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Einrichtung zur Behandlung von staubförmigem Gut, insbesondere von
Kalkstaub, Zementrohmehl od. dgl. Zum bekannten Stand der Technik gehören Verfahren
und Vorrichtungen, bei welchen die heißen Abgase von industriellen Ofenanlagen,
wie z. B. Drehrohröfen, dazu benutzt werden, staubförmige Stoffe vor Eintritt in
derartige öf en unter Ausnutzung des Wärmeinhalts der Abgase dieser öfen vorzuwärmen.
Beispielsweise in der Kalk- und Zementindustrie finden diese bekannten Verfahren
Anwendung für die Vorwärmung und teilweise Entsäuerung des Rohmehls in der Staubphase
vor Eintritt in den Dreh-Ofen.
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Das Verfahrensprinzip dieser Einrichtungen sei an Hand eines in F
ig. 1 dargestellten schematischen Beispiels aus der Zementindustrie wie folgt
erläutert: Die z. B. von einem Drehrohrofen stammenden heißen Abgase mit einer Temperatur
von etwa 1000' C werden mit Hilfe eines Gebläses 1 durch eine Reihe
von Zyklonen, Sichtem od. ä. bekannten Staubabscheidem 2, 3, 4,
5 gesaugt, die z. B. in der Höhe und seitlich versetzt zueinander angeordnet
und durch Steigleitungen 6 und Querleitungen 7 miteinander verbunden
sind, wobei oben in den Abgasstrom Rohmehl aufgegeben wird, welches sich in den
Zyklonen in Kontakt mit den Gasen erwärmt und unten wieder aus dem Gasstrom abgeschieden
wird. Die Staubabscheider werden trotz Unterteilung des Staubflusses in mehrere
hintereinandergeschaltete Stufen jeweils von der gesamten Gasmenge nacheinander
durchströmt, so daß der Wärmeaustausch im ganzen System nach Art des Gegenstromprinzips
erfolgt.
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Dieser bekannten Einrichtung haften nun insbesondere folgende schwerwiegenden
Mängel und Nachteile an: 1. die Größe der einzelnen Staubabscheider
(Zy-
klone, Sichter od. dgl.) ist jeweils nach der gesamten Gasmenge zu dimensionieren
(Prinzip der Hintereinanderschaltung); 2. durch die Anordnung der Staubabscheider
in Serie ist es erforderlich, zur Erzeugung der Gasströmung den Gesamtdruckverlust
aller eingesetzter Staubabscheider und Verbindungsleitungen zu überwinden
' d. h., daß bei Einsatz von beispielsweise vier Zyklonen von je 100
mm
WS Druckverlust ein Gesamtdruckverlust von mehr als 400 mm WS zu überwinden
ist; 3. das kalt aufgegebene staubförmige Zementrohmehl wird auf seinem Weg
durch die Leitungen und die Staubabscheider von Stufe zu Stufe höher erwärmt. Die
zu dieser Aufwärmung erforderliche Wärme wird naturgemäß den Gasen entzogen, deren
Temperatur infolgedessen, in entgegengesetztem Strömungssinn gesehen, immer mehr
abnimmt. Aus diesem Grund stehen in denjenigen Kontaktstufen, in welche das Rohmehl
mit noch relativ niedriger Temperatur eintritt, auch nur abgekühlte Gase mit relativ
niedriger Temperatur zur Wärmeübertragung zur Verfügung und der Wärmeaustausch wird
daher hier in Abhängigkeit der relativ kleinen Temperaturdifferenz auch nur begrenzt
sein können. Daraus ergibt sich erfahrungsgemäß bei Zementanlagen, welche nach diesem
Verfahren arbeiten, die betriebshemmende Erscheinung der Kondensation der in den
Gasen enthaltenen Alkali- bzw. Alkalioxyddämpfe.
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Es ist bereits bekannt; bei einer Einrichtung dieser Art den Heißgasstrom
in mehrere Teilströme zu unterteilen, welche sich nach Durchzug durch die auf gleicher
Höhe liegenden Abscheider wieder vereinigen, um sich dann nochmals auf ebensolche,
etwas -höher angeordnete weitere Abscheider zu verzweigen. Im Prinzip bleibt dabei
die Hintereinanderschaltung mit ihren Mängeln, wie sich summierende Druckverluste
und abnehmende Temperaturdifferenzen zwischen Gut und Heißgas in den höher gelegeneu
Stufen durchaus bestehen.
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Auch die bauliche Zusammenfassung mehrerer solcher dessen Abscheider
einzelnen zu Abschnitten einem durchgehenden getrennte Teilströme Körper' p des
Heißgases zugeführt werden, ist mit denselben Nachteilen behaftet, da die Teilströme
der unteren Stufen sich jeweils zu den der höher gelegenen addieren, so daß zum
Transport des vergrößerten Gasvolumens auch ein entsprechend höherer Unterdruck
am Gebläse erforderlich wird und auch der letzte Abschnitt für die gesamte Gasmenge
zu be-
messen ist.
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Durch die Erfindung sollen die aufgezeigten Nachteile der bekannten
Verfahren und Einrichtungen vermieden
und eine aus mehreren Staubabscheidern,
wie Zyklonen, bestehende, einem -Ofen in Richtung des Abgasstromes nachgeschaltete
Einrichtung zur Behandlung von staubförmigem Gut, wie insbesondere Kalkstaub, Zementrohmehl
od. dgl., geschaffen werden, durch welche die He-ißgase in. besonders intensiver
Weise mit dem Behandlungsgut zum Wärmeaustausch gebracht werden.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Abscheider miteinander und mit
dem Ofen durch Leitungen derart verbunden sind, daß der Gutstrom nacheinander durch
die Abscheider geführt wird, während der Gasstrom entsprechend der Anzahl der Abscheider
in Teilströme aufgeteilt, jeder Teilstrom durch je einen Abscheider geführt
wird und anschließend die Teilströme zu einem gemeinsamen Strom wieder vereinigt
werden.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung ist in zwei Ausführungsbeispielen
dargestellt, wobei F i g. 2 eine senkrecht und F i g. 3 eine waagerechte
Anordnung der Staubabscheider zeigt.
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Die Heiß- oder Reaktionsgase, beispielsweise mit Temperaturen von
500 bis 12001 C, aus einem Drehrohrofen kommend, werden in einer Sarnmelleitung
8
einer Reihe von Staubabscheidern (Zyklone) 2, 3,4 und 5 zugeleitet.
Dies erfolgt jedoch in der Weise, daß von der Samnielleitung 8 Zweigleitungen
9 zu den einzelnen Staubabscheidern führen, wodurch - der Heißgasstrom
in eine Anzahl von Teilströmen aufgeteilt wird. Die aus den Staubabscheidem 2 bis
5
austretenden Gase, welche sowohl l#:älter als ursprünglich als auch ärmer
an Reaktionsgas sein können, gelangen über die Leitungen 10 zu einer Sammelleitung
11, welche in den Staubabscheider 12 führt.
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An einer Stelle 14 der obersten Zweigleitung 9
wird über geeignete
Vorrichtungen das aufzuwärmende oder mit dem Reaktionsgas zu behandelnde staubförmige
Gut kontinuierlich aufgegeben. Die Teilchengröße des staubförmigen Gutes kann im
Bereich zwischen 1 und 1000 R, vorzugsweise aber im Bereich über
5 #t liegen. Dieses bei 14 aufgegebene Gut wird vom Teilgasstrom in den Staubabscheider
5
mitgerissen. Dort erfolgen der Wärmeaustausch und eine teilweise Trennung
der beiden Phasen, wobei der Gasstrom mit em«em geringeren Gehalt an Staub den Staubabscheider
5 durch die Leitung 10 verläßt; die Hauptmenge des Staubes sammel
sich im Staubabscheider 5 unten und gelangt durch eine geeignete Austragsschleuse
13 in die Leitung 17, welche in die Zweigleitung 9 des darunterhegenden
Staubabscheiders 4 mündet. Er wird dort in den Staubabscheider 4 mitgerissen, wo
er erneut frischem Heißgas ausgesetzt -
wird.
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In gleicher Weise ist dies auch in den Staubabscheidem 3 und
2 der Fall. Nachdem das staubförmige Gut die einzelnen Staubabscheiden-nacheinander
durchlaufen hat, erfolgt sein Austrag- aus dem Staubabscheider 2 in ein Fallrohr
15, welches dasselbe beispielsweise in den Drehrohrofen, aus welchem die
Heißgase stammen, leitet.
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Die in der Sammelleitung 11 zusammen efaßten Abgasströme,
welche über die Leitungen 10 aus den Staubabscheidern 2 bis 5
kommen, werden in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in einem Endstaubabscheider
12 geleitet, da sie noch relativ große Mengen an mitgerissenem Staub enthalten können.
In diesem erfolgt die nahezu vollständige Trennung des Staubes vom Gas. Letzteres
tritt Über die Leitung 16 und das Gebläse 1 aus dem System aus. In
entsprechenden Fällen kann eine Rückführung dieses Gases eventuell auch verbunden
mit Regenerierung, Wiederaufwärmung, Anreicherung mit Reaktionsgas usw,. erfolgen.
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Der im Staubabscheider 12 abgeschiedene Staub wird über die Schleuse
13 aus diesem ausgetragen und gelangt über die Leitung 18, welche
sich mit dem Fallrohr 15 in geeigiieter Weise vereinigt, zum gemeinsamen
Verwendungsort.
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In F i g. 3 sind drei auf gleicher Höhe befindliche, heißgasmäßig
parallelgeschaltete Staubabscheider 2 bis 4 mit einem nachgeschalteten Staubabscheider
12 vorhanden. Letzteres dient hier noch als Vorstufe für den Durchsatz des zu behandelnden
Staubes. Auch hier durchläuft der Staub die Staubabscheider nacheinander, indem
die Staubabzugsleitung 17 jedes Staubabscheiders in die Gaszuleitung9 des
danebenliegenden mündet.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung, bei welcher die Staubabscheider
des ganzen Systems nach Art des Kreuzstromprinzips geschaltet sind, bietet gegenüber
der in F i g. 1 beschriebenen, bekannten Einrichtung im wesentlichen folgende
beachtliche Vorteile: 1 . Da die einzelnen Staubabscheider nur von Teilströmen
des Heißgases durchströmt werden, kann ihre Größe reduziert werden.
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2. Da ein paralleles Durchströmen der Staubabscheider durch das Heißgas
vorliegt, suirnmieren sich die Druckverluste der einzelnen Widerstände nicht, und
die zum Fortbewegen der Heiß- oder Reaktionsgase aufzubringende Energie kann dadurch
verhältnismäßig klein gehalten werden. Entsprechend den eingangs angeführten Zahlen
stellt sich bei der neuen Einrichtung auch bei Einsatz von vier parallelgeschalteten
Staubabscheidern von je 100 mm Druckverlust, ohne Endstufe nur ein Gesamtdruckverlust
von etwa 100 mm WS ein.
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3. Da jedes erfindungsgemäß parallelgeschalteten Staubabscheider
mit Heißgasen höchster Temperatur beaufschlagt wird, sind die für den Wärmeaustausch
entscheidend zur Verfügung stehenden Teinperaturdifferenzen Heißgasstaub sehr -groß
und gewährleisten daher einen vergleichbaren Aufheizungseffekt in kürzerer Zeit
bzw. in weniger Kontaktstufen als bei dem bekannten Verfahren. Andererseits kann
erfindungsgemäß bei der Beibehaltung einer größeren Anzahl von Kontaktstufen Heißgasstaubphase
die Reaktions- bzw. Kontaktzeit zwischen beiden Phasen gegenüber dem bekannten Verfahren
bei gleichzeitigem Vorhandensein höchster Gastemperatur gesteigert werden. Dies
ist vor allem von Vorteil bei der Durchführung von beispielsweise thermischen Dissoziationsvorgängen,
welche erst, wie beispielsweise das Kalkbrennen, bei einer Temperatur von -über
750' C
auftreten. Es ist ersichtlich, daß für die Durchführung eines solchen
Verfahrens nicht nur die zur Verfügung gestellte Wärmemenge, sondern auch die Temperaturwertigkeit
der Heißgase von großer Bedeutung ist.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung gibt somit die Möglichkeit nicht
nur einer gegenüber den bekannten Verfahren und Einrichtungen rascheren Aufwärmung
des Behandlungsgutes auf eine entsprechende
Reaktionstemperatur,
sondern auch und gleichzeitig die Möglichkeit zu einer Verlängerung der Kontaktzeit
zwischen dem auf eine bestimmte Reaktionstemperatur erhitzten Staub mit Heißgasen
noch höherer Temperaturen. Für Fälle wie das bereits beispielsweise erwähnte Entsäuern
der Kalkkomponente einer Zementrohmehlmischung bedeutet dies ferner, daß der Entsäuerungseffekt,
welcher bei dem neuen Verfahren bei rund 20 bis 40% liegt, über die bei dem neuen
Verfahren erzielbaren längeren Kontaktzeiten und höheren Staubtemperaturen wesentlich
höher getrieben werden kann. Ferner kann ein intensiver, interner Staubkreislauf
im System durch Beeinflussung der Abscheidungseffekte der Staubabscheider erstellt
werden, welcher in seiner Größenordnung zusätzlich noch entscheidend zu einer Verlängerung
der Kontaktzeit beitragen kann.
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4. Aus den obigen Gründen wird somit auch die Kondensation von Alkalidämpfen
an besonders empfindlichen Stellen der Einrichtung, d. h. zum Beispiel in
den Staubabscheidern, wegen der höheren und über dem Kondensationspunkt der Alkalidämpfen
liegenden Heißgastemperaturen weitgehend vermieden.
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Die neue Einrichtung eignet sich nicht nur zur Vorwärmung und thermischen
Behandlung von Zementrohmehl, Kalkstaub oder auch von Feinerzen, sondern kann gegebenenfalls
auch Anwendung finden i# allen den Fällen, in denen staubförmige Stoffe einer Behandlung
durch Gase unterworfen werden sollen, so beispielsweise zur Entsäuerung, Reduktion,
Abröstung, Chlorierung usw. Ferner besteht auch die Möglichkeit, nicht nur dem gesamten
Heißgasstrom, sondern auch einzelnen Teilströmen desselben weitere z. B. gasförmige
Komponenten zuzuführen und diese Komponenten bzw. im Heißgas bereits vorhandene
Komponenten an beliebiger Stelle zu eliminieren.