-
Schachtofen zum Brennen von Zement, Kalk, Dolomit und ähnlichen Stoffen
Die Erfindung betrifft einen Schachtofen zum Brennen von Zement, Kalk, Dolomit und
ähnlichen Stoffen sowie zum Sintern und Reduzieren von Erzen. Das zu verarbeitende
Material wird dem Ofenschacht von oben aus zugeführt und durchläuft, unter dem Einfluß
seines Gewichtes, nacheinander eine Vorwärmzone, eine Brenn- bzw. Sinterzone und
eine Abkühlzone. Der Ofen besitzt an seinem oberen Schachtende mindestens einen
Verbrennungsraum zur Erzeugung von nicht mehr brennbaren Heißgasen als ausschließliche
Wärmequelle für den Brennprozeß.
-
Es ist bereits ein Schachtofen bekannt, bei dem der Verbrennungsraum
oberhalb des Schachtendes angeordnet ist und die Heizgase von oben nach unten im
Gleichstrom mit dem Material den Schachtofen durchlaufen. Bei dieser bekannten Ofenbauart
findet jedoch die Verbrennung der Gase nicht außerhalb, sondern erst innerhalb des
Ofenschachtes statt.
-
Bei einem anderen bekannten Schachtofen sind zwei Gruppen von Heizkanälen
vorgesehen, wobei die eine Gruppe der Kanäle die Heißgase annähernd von oben nach
unten in den mittleren Teil des Schachtes und die andere Gruppe von der Ofenwandung
her annähernd radial in die Gutschicht eingeführt werden. Auch hierbei findet die
Verbrennung der Heizgase erst innerhalb des Ofens statt.
-
Es ist ferner bekannt, die Heißgase in einen außerhalb des Schachtofens
vorzugsweise an der Ofenseitenwand angebrachten Ausbrennkanal zu erzeugen.
-
Demgegenüber besteht die Erfindung in der gleichzeitigen Anwendung
folgender Maßnahmen: a) Der Verbrennungsraum ist zentral am oberen Schachtende angeordnet,
verjüngt sich nach unten zu und ragt mit seinem unteren Ende in die Ebene der Ofenachse
bis in den Bereich der Brennzone des Ofens hinein; b) am unteren Ende des Verbrennungsraumes
sowie in etwa gleicher Höhe an den Seitenwänden des Ofens sind Gasaustrittsöffnungen
vorgesehen, wobei Verbindungsleitungen vom zentralen Verbrennungsraum zu den seitlichen
Gasaustrittsleitungen führen; c) beiderseits des keilförmigen, sich verjüngenden
Teiles des Verbrennungsraumes sind Schächte, die der Gutvorwärmung und Gutzuführung
zum Brennschacht dienen, vorgesehen und sind gegen die Strahlungswärme des Verbrennungsschachtes
abgeschirmt; d) oberhalb und unterhalb der Gasaustrittsöffnungen sind Gasabzugseinrichtungen
mit Regeleinrichtungen vorgesehen, die es ermöglichen, einen wählbaren Teil der
Abgase oberhalb und unterhalb der Gasaustrittsöffnungen abzuziehen.
-
Für das völlige Sintern von Zementrohmaterial beispielsweise ist es
erforderlich, das Ausgangsmaterial innerhalb ziemlich enger Temperaturgrenzen zu
erhitzen, die bei Kalkstein und ähnlichen Stoffen weiter voneinander liegen. Es
sind Einrichtungen bekannt, um das zu behandelnde Material in radialer Richtung
entweder von außen nach innen oder von einem hohlen Kern aus von innen nach außen
durchströmen zu lassen. Da sich die Heißgase beim Eindringen in das Material abkühlen,
ist für ein innerhalb enger Temperaturgrenzen zu verarbeitendes Material nur ein
kurzer radialer Weg zulässig, der in der Praxis so klein ausfällt, daß einerseits
Betriebsstörungen auftreten können infolge des Hängenbleibens der Ofencharge und
andererseits der sich daraus ergebende nutzbare Ofenquerschnitt für eine industrielle
Anlage ungenügend ist.
-
Um die mit Ofengut gefüllte radiale Schachtabmessung vergrößern zu
können, sind erfindungsgemäß zwei Gruppen von Heißgaskanälen vorgesehen, die von
einem am oberen Schachtende angeordneten Verbrennungsraum zur Brenn- bzw. Sinterzone
des Ofenschachtes führen, wobei die Kanäle der ersten Gruppe annähernd senkrecht
von oben in den mittleren Teil des Schachtquerschnittes und diejenigen der zweiten
Gruppe rings an der Ofenwandung verteilt, annähernd radial und auf annähernd gleicher
Horizontalebene
wie die Kanäle der ersten Gruppe, in den Ofenschacht
einmünden.
-
Diese Konstruktion der Heißgaszufuhr zur Brenn-bzw. Filterzone ermöglicht
eine gleichmäßige Erwärmung einer in radialer Richtung dickeren Ofengutschicht,
da die Heißgase jeder Kanalgruppe nur den halben Weg der Schichtdicke zurücklegen
müssen. Die am oberen Schachtende angeordnete Brennkammer gestattet kurze Zuführungsleitungen
für die Heißgase zur Brenn- bzw. Sinterzone, wodurch die Leitungsverluste klein
bleiben und die Temperaturregulierung zuverlässig zu handhaben ist.
-
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung des Schachtofens mit
unrundem Schachtquerschnitt werden die in dem mittleren Teil des Schachtquerschnittes
führenden Heißgaskanäle durch eine keilförmige Verlängerung der Brennkammer gebildet,
wobei diese keilförmige Verlängerung von oben, mit der Schmalseite nach unten, in
das Schachtinnere hineinragt und auf diese Weise den unrunden Schachtquerschnitt
längs seiner längeren Achse in zwei Teilquerschnitte aufteilt. Damit die Beschickung
des Ofens einfach gestaltet werden kann, wird vorgesehen, daß die Transportmittel
zur Zuführung des zu verarbeitenden Materials aus zwei gleichartigen Teilen bestehen
und das Material beidseits des keilförmig gestalteten Verbrennungsraumes, längs
der geneigten Seitenwände desselben, dem Schachtofen zugeführt wird.
-
Bei einer anderen zweckentsprechenden Anordnung umgibt der Verbrennungsraum
das obere Schachtende ringartig, so daß die an der Peripherie der Schachtwandung
verteilte Gruppe von Heißgaskanälen durch annähernd radiale Verbindungskanäle verwirklicht
werden und die im wesentlichen senkrecht von oben in den mittleren Teil des Schachtquerschnittes
mündende Gruppe von Heißgaskanälen über eine Querverbindung, die den Schacht diagonal
überspannt, mit der ringförmigen Brennkammer verbunden ist.
-
Die Schachtöfen gebräuchlicher Konstruktionen konnten für das Brennen
von Zement, mit Ölbetrieb, nicht verwendet werden, da der Temperaturbereich, der
nicht unter- und nicht überschritten werden darf, sehr eng ist und da ein Temperaturausgleich
über den Schachtquerschnitt bisher nicht in genügendem Ausmaß möglich war. Durch
die keilförmige Verlängerung des oben angeordneten Brennraumes wird zunächst der
Schachtquerschnitt unterteilt, und die nicht mehr brennbaren Heißgase werden direkt
in die Mitte der Sinterzone eingeblasen. Hierdurch entsteht erstens ein guter Temperaturausgleich
über den Schachtquerschnitt, und die seitlich der Brennkammer einmündenden Zuführungsschächte
verteilen das Brenngut gleichmäßig über den Querschnitt. Da diese Zuführungsschächte
außerdem schräggestellt sind, ergibt sich ein wesentlich kleinerer vertikaler Druck
des Geführten auf das im Schacht befindliche Material. Auch dies ist von großer
Bedeutung, da sonst die Zwischenräume zwischen den Körnern zu klein sind und das
Material vom Heißgas und weiter unten von der Kühlluft nicht mehr genügend durchsetzt
werden kann. Bei zu großem Nachfließdruck würde außerdem das Material zusammenpappen,
und seine Porösität würde zu gering werden.
-
Die Anordnung der Zufuhrschächte gemäß der Erfindung hat den weiteren
Vorteil einer Vorwärmung des zugeführten Materials ohne zusätzlichen Aufwand, wobei
gleichzeitig der untere Teil der Brennkammer entsprechend gekühlt wird und sich
daher die sonst unerläßlichen Kühleinrichtungen erübrigen.
-
Der Schachtofen kann für die Verarbeitung von Materialien verwendet
werden, die dem Ofenschacht von oben als Formlinge, Granulat oder in anderer stückigen
Form zugeführt werden. Dabei ist je nach Art des Materials eventuell eine zusätzliche
Vortrocknung, Vorwärmung oder Entstaubung desselben vor dem Eintritt in den Ofenschacht
erforderlich. Entsprechend dem Materialfluß von oben nach unten wird die Trocknung
und Vorwärmung des Materials vorzugsweise gänzlich über der Brenn- bzw. Sinterzone
im Ofenschacht durchgeführt. Dabei ist die durch die Ausmündung der Heißgaskanäle
in den Ofenschacht bestimmte Lage der Brenn- bzw. Sinterzone unter Berücksichtigung
der Sinter- und Vorwärmeeigenschaften des Materials entsprechend tiefer vorzusehen
als die Materialaufgabe. In der Trocknungs- und Vorwärmzone obliegt das Material
der Einwirkung des bereits etwas abgekühlten Heißgasstromes aus der Brenn- bzw.
Sinterzone. In Fällen, da der Wärmebedarf in der Vorwärmzone sehr groß ist, sind
direkte Heißgasleitungen von der Brennkammer zur Vorwärmzone vorzusehen. Dabei wird
der am oberen Schachtende angeordnete Verbrennungsraum wiederum sehr kurze Verbindungsleitungen
ermöglichen, Bei dem Schachtofen werden die benötigten Heißgase durch Verbrennung
flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe erzeugt. Es sei jedoch ausdrücklich darauf
hingewiesen, daß auch feste Brennstoffe hierzu verwendet werden können, wenn dieselben
vorher vergast oder verbrannt werden.
-
Der Schachtofen gemäß der Erfindung wird nachstehend an Hand der Fig.
1 und 2 beschrieben. In diesen Fig. 1 und 2 ist teilweise im Längsschnitt ein Aufriß
bzw. Seitenriß einer beispielsweisen Ausführung des Schachtofens gezeichnet. Am
oberen Ende des hier beispielsweise ovalen Ofenschachtes 1, gebildet durch die Schachtwandungen
2, erfolgt die kontinuierliche Zuführung des zu sinternden Materials durch die Schächte
3 und 4 über bekannte, hier nicht näher beschriebene Fördereinrichtungen. Der Verbrennungsraum
a ist von den Wandungen 6 umgeben, welche nach unten keilförmig ausgebildet sind.
Die Schmalseite 7 des Keiles reicht bis in das Innere des oberen Schachtendes hinein
und bildet im Ofenschacht einen zentralen Hohlkörper, dessen Wandungen 8 eine direkte
Beheizung des Aufgabegutes durch die Flammen oder Flammenstrahlung weitgehend unmöglich
machen. Vom Verbrennungsraum 5 führt eine erste Gruppe von Heißgaskanälen 9 und
9 a annähernd senkrecht von oben in die Sinterzone und versorgt den mittleren Teil
des Schachtquerschnittes mit Heißgasen. Eine zweite Gruppe von Heißgaskanälen 10
ist gleichmäßig an der Peripherie der Schachtwandung verteilt und steht über den
Ringkanal 11 und die Durchtrittsöffnung 12 mit dem Verbrennungsraum 5 in Verbindung.
Bei Bedarf kann durch Höherversetzen der Kanäle 9 a ein Teilstrom heißer Gase direkt
in die Vorwärmzone geleitet werden. Der Raum in den Zuführungsschächten3 und unmittelbar
.darunter bildet die Vortrocknungs- oder Vorwärmzone 13, während die eigentliche
Sinterzone entweder die mit 14a oder die mit 14b bezeichnete Ausdehnung annehmen
kann. Die Sinterzonenlänge entsprechend 14a wird erreicht, wenn die durch die Öffnungen
9, 9 a und 10 eingeströmten Heißgase
durch die Öffnungen
16 aus dem Ofenschacht abgezogen werden. Die Sinterzonenlänge entsprechend 14b wird
erreicht, wenn die durch dieselben öffnungen eingeströmten Heißgasmengen auch teilweise
durch die Absaugöffnungen 17 aus dem Ofenschacht entfernt werden.
-
Die Betriebsweise mit der längeren Sinterzone 14 b hat sich als vorteilhaft
erwiesen bei der Verarbeitung von empfindlichem Sintergut.
-
Dem Ofenschacht 1 wird am unteren Ende durch das Gebläse 18 ein Kühlluft-
oder Kühlgasstrom zugeleitet, der durch das gesinterte Material hindurch nach oben
strömt und durch die Kanäle 17 wieder nach außen gelangt. In der Kühlzone 15 wird
die fühlbare Wärme des gesinterten Materials an das Kühlgas abgegeben. Der Wärmeinhalt
dieses Kühlluft- oder Kühlgasstromes kann ausgenutzt werden, sei es zur thermischen
Aufbereitung des dem Schachtofen zuzuführenden Materials, sei es durch Verwendung
des Kühlluftstromes als Verbrennungsluft in der Brennkammer 5.
-
Die ausgezogenen Pfeile bezeichnen die Strömungsrichtungen der Heißgase,
um eine Sinterzonenlänge entsprechend der Ausdehnung 14 a zu erreichen. Hierfür
ist erforderlich, daß die den Gasdruck regulierenden Organe so eingestellt sind,
daß zwischen den Eintrittsschlitzen 9 und 10 und den Ableitungskanälen
17 keine Druckdifferenzen bestehen.
-
Wird in der Leitung 17 der Druck tiefer gehalten als bei den Eintrittsschlitzen
9 und 10, so strömt ein Teil der Heißgase in Richtung der gestrichelten Pfeile,
und es entsteht die Sinterzonenlänge nach 14 b. Die Vortrocknungs- oder Vorwärmzone
13 sowie die Kühlzone 15 ändern in keinem Falle ihre Lage.
-
Die Konstruktion derartiger Schachtöfen bereiten im allgemeinen gewisse
Schwierigkeiten an den Trennfugen zwischen stark beheizten und weniger heißen Teilen.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig.1 und 2 sind derartige Trennfugen weitgehend
vermieden, indem die stark beheizten Bauteile, durch welche die heißen Verbrennungsgase
strömen, dank der oben angeordneten Brennkammer eine in sich geschlossene bauliche
Einheit bilden.