DE1185978B

DE1185978B - Device on gas-heated shaft furnaces for the carbonate decomposition of minerals and method for operating the device

Info

Publication number: DE1185978B
Application number: DES66987A
Authority: DE
Inventors: Luigi Calzavara; Antonio Favero
Original assignee: Edison SpA
Current assignee: Edison SpA
Priority date: 1959-04-11
Filing date: 1960-02-06
Publication date: 1965-01-21

Description

Vorrichtung an gasbeheizten Schachtöfen für die Karbonatzersetzung bei Mineralien und Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung an gasbeheizten Schachtöfen für die Karbonatzersetzung bei Mineralien, wie Kalkstein, Dolomit, Magnesit od. dgl., die im Verlauf ihrer Behandlung die Vorwärmzone, Karbonatzersetzungszone und Kühlzone nacheinander passieren, und auf ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung.Device on gas-fired shaft furnaces for the decomposition of carbonate in minerals and methods of operating the device The invention relates to on a device on gas-fired shaft furnaces for the decomposition of carbonate Minerals such as limestone, dolomite, magnesite or the like, which in the course of their treatment pass through the preheating zone, carbonate decomposition zone and cooling zone one after the other, and to a method of operating the device.

Bei gasbeheizten Schachtöfen ist die Art der Zufuhr des Gases, vor allem bei öfen mit großen Abmessungen, von grundlegender Bedeutung, da hierbei große Gasmengen in den Ofen eingeführt werden müssen und überall im Ofeninneren möglichst gleiche Temperaturen erreicht werden sollen. Es hat sich herausgestellt, daß die Hauptnachteile eines mit Gas beheizten Industrieofens in den meisten Fällen die Folgen einer schlechten Brennstoffverteilung im Ofen sind, wobei diese schlechte Brennstoffverteilung eine Steigerung des Wärineverbrauches pro Tonne Gut und eine Herstellung von ungenügend karbonatfreiem Produkt, das folglich nicht homogen ist, verursacht.In the case of gas-fired shaft furnaces, the type of gas supply is above This is of fundamental importance, especially for ovens with large dimensions, since they are large Amounts of gas must be introduced into the furnace and everywhere inside the furnace as possible the same temperatures should be achieved. It turned out that the Main disadvantages of a gas-fired industrial furnace in most cases the Consequences of poor fuel distribution in the furnace are, these being poor Fuel distribution, an increase in heat consumption per ton of good and one Production of insufficiently carbonate-free product, which is consequently not homogeneous, caused.

Im Falle einer Gaszufuhr über an der Ofenwand angeordnete Brenner mit oder ohne Vorverbrennungskammer kommt zu den erwähnten Nachteilen noch eine sehr hohe Abnutzung des feuerfesten Auskleidungsmaterials in der Karbonatzersetzungszone hinzu. Besteht diese feuerfeste Auskleidung aus üblichen Silizium-Tonerde-Stoffen, dann kann man manchmal sogar ein Einschmelzen des feuerfesten Materials wegen örtlicher Konzentrierung erhöhter Temperaturen und infolge der Schmelzwirkung des basischen Oxydes des behandelten Materials beobachten. Jedenfalls wird der Betrieb eines Ofens, besonders wenn es sich um einen großen Ofen handelt, sehr schwierig und unsicher, und seine Lebensdauer ist durch die erwähnten Erscheinungen, die nicht immer wirksam kontrolliert werden können, stark herabgesetzt.In the case of gas supply via burners arranged on the furnace wall with or without a pre-combustion chamber, there is one more disadvantage in addition to the disadvantages mentioned very high wear of the refractory lining material in the carbonate decomposition zone added. If this refractory lining consists of the usual silicon-alumina materials, then sometimes you can even melt down the refractory material because of local Concentration of elevated temperatures and as a result of the melting effect of the basic Observe the oxide of the treated material. In any case, the operation of a furnace especially if it is a large furnace, very difficult and unsafe, and its lifespan is due to the phenomena mentioned, which are not always effective can be controlled, greatly reduced.

Zur Vermeidung dieser Nachteile und vor allem zur Erlangung einer wirksameren Verteilung der Wärme im Ofen wurde bereits vorgeschlagen, bei öfen mit an den Ofenwandungen angeordneten Hauptbrennem einen Hilfsbrenner einzuschalten, der in der Ofenmitte angeordnet ist und über den eine zusätzliche Gasmenge in den Ofen eingeführt wird. Es konnte hierbei festgestellt werden, daß ein solcher Hilfsbrenner einen besseren Betrieb und vor allem eine Verminderung des durchschnittlichen C02-Restgehaltes im Produkt bewirkt.To avoid these disadvantages and above all to obtain a More effective heat distribution in the furnace has already been suggested for furnaces with to switch on an auxiliary burner on the main burner arranged on the furnace walls, which is arranged in the middle of the furnace and through which an additional amount of gas enters the Furnace is introduced. It was found that such an auxiliary burner better operation and, above all, a reduction in the average residual C02 content causes in the product.

Es sind aber auch Vorrichtungen zur Karbonatzersetzung bei Mineralien der angegebenen Art bekannt, die im wesentlichen aus einem im Inneren des Ofens parallel zur Ofenachse angeordneten Zentralbrenner und gegebenenfalls am Ofenumfang angeordneten Radialbrennem bestehen. Bei diesen bekannten Vorrichtungen ist es üblich, den Brenner mit einer Schamotteverkleidung zu versehen, da bei Betriebstemperaturen für die Karbonatzersetzung die Kühlung nur durch die Primärluft bei metallischen Brennem ohne Verkleidung nicht ausreichend ist. Außerdem wird aus diesem Grunde auch eine zusätzliche Wasserkühlung für den Brenner vorgeschlagen. Selbst bei Schachtöfen zum Rösten von Erz, wobei erheblich niedrigere Temperaturen als bei der Karbonatzersetzung zur Anwendung kommen, ist eine Wasserkühlung für den Brenner vorgesehen.But there are also devices for carbonate decomposition in minerals of the type indicated, which essentially consist of an inside the furnace Central burner arranged parallel to the furnace axis and, if necessary, on the furnace circumference arranged radial burners exist. In these known devices, it is common to to provide the burner with a fireclay cladding, since at operating temperatures for the carbonate decomposition cooling only by the primary air in the case of metallic ones Burning without cladding is not sufficient. Also, for this reason also suggested additional water cooling for the burner. Even with shaft furnaces for roasting ore, at considerably lower temperatures than for carbonate decomposition are used, water cooling is provided for the burner.

Weiterhin sind auch Schachtöfen bekannt, bei denen der Brenner durch Schamottesteine ummantelt ist und der kegehge Kopf aus feuerfestem Material besteht, sehr dick und damit sehr schwer ist. Hierbei ist das Gaszufuhrrohr mit einer zusätzlichen Schicht aus Kieselgur ausgestattet, die unmittelbar in Verbindung mit dem Schamotteringmauerwerk steht. Bei allen diesen bekannten Schachtöfen haben die Brenner, falls sie nicht mit feuerfestem Material umkleidet werden, nur eine sehr geringe Lebensdauer.Furthermore, shaft furnaces are known in which the burner through Fireclay is coated and the kegehge head is made of refractory material, is very thick and therefore very heavy. Here is the gas supply pipe with an additional Layer of kieselguhr fitted directly in connection with the Schamottering masonry stands. In all of these known shaft furnaces the burners have, if they do not clad with fireproof material has a very short lifespan.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für Schachtöfen zur Karbonatzersetzung bei Mineralien, mit der die angeführten Nachteile beseitigt und eine wesentlich längere Lebensdauer der Breriner gegenüber den bekannten erzielt wird. sowie auch ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Vorrichtung zu schaffen.The invention is therefore based on the object of providing a device for Shaft furnaces for carbonate decomposition with minerals with which the The disadvantages mentioned are eliminated and the Breriner has a much longer service life compared to the known is achieved. as well as a method of operating a to create such a device.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst worden, daß bei einem Schachtofen, der aus einem im Inneren des Ofens parallel zur Ofenachse angeordneten Zentralbrenner und gegebenenfalls am Ofenumfang angeordneten Radialbrennem besteht ', der Zentralbrenner vom unteren Ende des Schachtofens bis in die Karbonatzersetzungszone hineinragt, ganz aus Metall besteht, für den Durchlaß mindestens des Großteils des erforderlichen Brenngases und von Verbrennungsluft ausgelegt ist und sein Durchlaßquerschnitt so eng bemessen ist, daß die Kühlwirkung der hindurehgedrückten Brenngas-und Luftmengen ausreichen, um seine Temperatur unter seinem Erweichungspunkt zu halten.This object has been achieved according to the invention in that at a shaft furnace, which consists of a arranged inside the furnace parallel to the furnace axis There is a central burner and, if necessary, radial burners arranged on the circumference of the furnace ', the central burner from the lower end of the shaft furnace to the carbonate decomposition zone protrudes, made entirely of metal, for the passage of at least the majority of the required fuel gas and combustion air is designed and its passage cross-section is dimensioned so closely that the cooling effect of the fuel gas and air being pushed through sufficient to keep its temperature below its softening point.

Diese Ausführung hat den Vorteil, daß ohne jede besondere Kühleinrichtung für den Brenner der Schachtofen betrieben werden kann, ohne die Lebensdauer gegenüber verkleideten Brennem herabzusetzen, d. h., es wird erreicht, daß das Metall des Brenners auf einer Temperatur gehalten wird, die seinen Bestand und einen guten Betrieb für lange Zeit sichert, ohne daß Verstopfungen der Gaszuführungsöffnungen oder ein Nachgeben der Metallinnenstruktur zu befürchten sind. Es ist mit dieser Vorrichtung möglich, das Brenngas unmittelbar in die Mitte der Karbonatzersetzungszone zu leiten, so daß eine rationelle Verteilung der Temperaturen, ein qualitativ gutes Produkt und ein geringerer Verbrauch an Brennstoff sowie an feuerfestem Material erzielt werden.This embodiment has the advantage that the shaft furnace can be operated without any special cooling device for the burner, without reducing the service life compared to clad burners, i.e. That is, it is achieved that the metal of the burner is kept at a temperature which ensures its existence and good operation for a long time without the fear of clogging of the gas supply openings or yielding of the metal internal structure. With this device it is possible to direct the fuel gas directly into the center of the carbonate decomposition zone, so that a rational distribution of temperatures, a good quality product and a lower consumption of fuel and refractory material are achieved.

Bei dieser Ausgestaltung ist es vorteilhaft, den Zentralbrenner aus einem den Brennermantel bildenden Rohr für die Verbrennungsluft und einem im Inneren dieses Rohres koaxial mit radialem Ab- stand angeordneten Zuführungsrohr für das Brenngas sowie einem am oberen Ende des Rohres vorgesehenen kegeligen Kopf herzustellen. Hierbei endet das Zuführungsrohr für das Brenngas mit Abstand unterhalb des kegelförmigen Kopfes, so daß ein freier Raum unterhalb des Kopfes geschaffen ist, in welchem sich das Brenngas mit der Verbrennungsluft verwirbeln kann.In this embodiment it is advantageous, with a radial gap was arranged supply pipe for the fuel gas and a provided at the upper end of the tube tapered head coaxially produce the central burner from a burner coat forming tube for combustion air and an inside of this tube. Here, the feed pipe for the fuel gas ends at a distance below the conical head, so that a free space is created below the head in which the fuel gas can swirl with the combustion air.

Zusätzlich können das Mantelrohr und auch der Kopf des Zentralbrenners mit Kühlrippen versehen sein. Der kegelförmige Kopf kann noch zusätzlich radiale Schlitze aufweisen, und um das Mantelrohr des Zentralbrenners können Verstärkungsringe angeordnet werden.In addition, the jacket pipe and the head of the central burner be provided with cooling fins. The conical head can also be radial Have slots, and reinforcement rings can be placed around the jacket tube of the central burner to be ordered.

Diese Vorrichtung wird gemäß der Erfindung am vorteilhaftesten derart betrieben, daß mindestens 905c. der gesamten, für die Karbonatzersetzung notwendigen Gasmenge durch den Zentralbrenner geleitet wird.This device is most advantageously such according to the invention operated that at least 905c. all necessary for the carbonate decomposition Gas volume is passed through the central burner.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles hervor. Es zeigt F i g. 1 einen Gasbrenner für zentrale Anordnung in Kalköfen im Axialschnitt und F i g. 2 den Mittelteil eines Kalk-Schachtofens mit einem Gasbrenner nach F i g. 1, von dem nur der Oberteil sichtbar ist und der koaxial zum Ofen in der Höhe des Unterteiles der Karbonatzersetzungszone angeordnet ist, ebenfalls im Axialschnitt im kleineren Maßstab.Further properties and advantages of the invention emerge from the description in conjunction with the drawings of an exemplary embodiment. It shows F i g. 1 shows a gas burner for central arrangement in lime kilns in axial section and FIG . 2 the middle part of a lime shaft furnace with a gas burner according to FIG. 1, of which only the upper part is visible and which is arranged coaxially to the furnace at the level of the lower part of the carbonate decomposition zone, also in axial section on a smaller scale.

Der Zentralbrenner (Fig. 1) besteht aus einem den Brennermantel bildenden Rohrl, in dem ein Zufuhrrohr2 angeordnet ist. Am oberen Ende des Rohres 1 ist ein kegelförmiger Kopf 3 aus Stahl bzw. aus Metallguß angeordnet, der dann gegebenenfalls mit inneren Kühlungsrippen und mit radialen Schlitzen3' für den Gasaustritt versehen ist. Das Rohrl wird durch Verstärkungsringe4 geschützt, die im unteren Teil hohl und im oberen Teil massiv, 5, sind.The central burner (Fig. 1) consists of a tube forming the burner jacket in which a feed tube 2 is arranged. At the upper end of the tube 1 a conical head 3 made of steel or cast metal is arranged, which is then optionally provided with internal cooling ribs and with radial slots 3 'for the gas outlet. The tube is protected by reinforcing rings 4, which are hollow in the lower part and solid in the upper part, 5 .

Der Zentralbrenner nach F i g. 1 ist im Schachtofen 6 koaxial angeordnet, wobei der kegelförmige Kopf 3 etwa in der Höhe der unteren Grenze der Karbonatzersetzungszone liegt. Der Zentralbrenner wird am Ofenboden auf irgendeine beliebige Art befestigt und ist mit den Zufuhrleitungen in an sich bekannter und in der Zeichnung nicht dargestellter Weise verbunden. Zwischen dem Rohr 1 und dem Zufuhrrohr 2 srömt die primäre Verbrennungsluft ein. Die Radialbrenner 8 und 9 bekannter Ausführung sind für Schachtöfen von großem Durchmesser vorgesehen, jedoch stets nur für eine beschränkte Gasmenge von maximal etwa 10% der gesamten erforderlichen Gasmenge. Um den Nachteil eines Zuschließens der Gasaustrittsschlitze des kegelförmigen Kopfes 3 infolge des durch die im Ofen herrschenden Temperaturen hervorgerufenen, halbplastischen Zustandes des Stahles zu vermeiden, hat es sich, ohne Hilfskühleinrichtungen einsetzen zu müssen, als genügend erwiesen, den Zentralbrenner so anzuordnen, daß die erforderliche Gasmenge vollständig oder fast vollständig über ihn zugeführt wird, wobei die umfangsseitige Gaszufuhr auf maximal 105c der gesamten zugeführten Gasmenge beschränkt wird.The central burner according to FIG. 1 is arranged coaxially in the shaft furnace 6 , the conical head 3 being approximately at the level of the lower limit of the carbonate decomposition zone. The central burner is attached to the furnace floor in any desired way and is connected to the supply lines in a manner known per se and not shown in the drawing. The primary combustion air flows in between the pipe 1 and the supply pipe 2. The radial burners 8 and 9 of known design are intended for shaft furnaces of large diameter, but always only for a limited amount of gas of a maximum of about 10% of the total amount of gas required. In order to avoid the disadvantage of closing the gas outlet slots of the conical head 3 as a result of the semi-plastic state of the steel caused by the temperatures prevailing in the furnace, it has proven to be sufficient, without having to use auxiliary cooling devices, to arrange the central burner so that the required Amount of gas is completely or almost completely supplied via it, the circumferential gas supply being limited to a maximum of 105c of the total amount of gas supplied.

Es hat sich gezeigt, daß unter diesen Bedingungen die durch den Zentralbrenner durchströmende, große Gasmenge genügt, um zu erreichen, daß das Metall des Brenners auf einer Temperatur gehalten wird, die seinen Bestand und einen guten Betrieb für lange Zeit sichert, ohne daß Verstopfungen der Gaszufuhröffnungen oder ein Nachgeben der Metallinnenstruktur zu befürchten sind. Es ist nunmehr möglich, das Brenngas unmittelbar in die Mitte der Karbonatzersetzungszone zu leiten, so daß eine rationelle Verteilung der Temperaturen, ein qualitativ gutes Produkt und ein geringerer Verbrauch an Brennstoff sowie an feuerfestem Material erzielt wird.It has been shown that under these conditions by the central burner A large amount of gas flowing through is sufficient to reach the metal of the burner is kept at a temperature that will last and operate properly secures for a long time without clogging of the gas supply openings or yielding the internal metal structure are to be feared. It is now possible to use the fuel gas to lead directly into the middle of the carbonate decomposition zone, so that a rational Distribution of temperatures, a good quality product and lower consumption is achieved in fuel as well as in refractory material.

In diesem Zusammenhang konnte außerdem festgestellt werden, daß bei einer zweckmäßigen Auslegung des Durchmessers des Brenners und des entsprechenden Ofendurchmessers die Brenngaszufuhr ausschließlich über den Zentralbrenner erfolgen kann, wodurch neben einem besonders regelmäßigen Betrieb auch ein viel geringerer Verbrauch an feuerfestem Material als bei den üblichen Öfen mit am Ofenumfang angeordneten Brennern und damit eine bedeutend längere Haltbarkeit des Ofens erreichbar ist.In this context it could also be established that in an appropriate design of the diameter of the burner and the corresponding Furnace diameter, the fuel gas is supplied exclusively via the central burner can, which means that in addition to particularly regular operation, it is also much less Consumption of refractory material than with the usual ovens with arranged on the furnace periphery Burners and thus a significantly longer shelf life of the furnace can be achieved.

Claims

Claims: 1. Device on gas-heated shaft furnaces for the carbonate decomposition of minerals such as limestone, dolomite, magnesite od Central burner arranged on the furnace axis and, if necessary, radial burners arranged on the furnace circumference, characterized in that the central burner protrudes from the lower end of the shaft furnace into the carbonate decomposition zone, consists entirely of metal, is designed for the passage of at least the majority of the required fuel gas and combustion air and its passage cross-section is as follows is tightly dimensioned that the cooling effect of the fuel gas and air forced through is sufficient to keep its temperature below its softening point.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the central burner consists of a tube forming the burner jacket for the combustion air and a feed tube (2) for the fuel gas and one at the upper end of the tube (1) arranged coaxially in the interior of this tube at a radial distance. provided conical head (3) . 3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the feed pipe (2) for the fuel gas ends at a distance below the conical head (3) so that a free space is created below the head in which the fuel gas swirl with the combustion air can. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the tube (1) and the head (3) of the central burner is provided with cooling fins. 5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the conical head is provided with radial slots (Y) . 6. Apparatus according to claim 2 to 5, characterized in that reinforcing rings (4) are arranged around the tube (1) of the central burner. 7. A method for operating a device C according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least 901 / o of the total amount of gas necessary for the carbonate decomposition is passed through the central burner. Considered publications: German Patent Nos. 325 538, 468 782, 713 555; Swiss patents Nos. 53 310, 253 433, 310 192.