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Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung silikatischer Baustoffe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von silikatischen
Baustoffen durch Vereinigen von Rohstoffen auf schmelzflüssigem Wege.
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Die bekannten Verfahren schmelzen in einem Schachtofen grobstückige
Rohstoffe durch Verbrennen von Koks oder anderen hochwertigen Brennstoffen zu Baustoffen
von besonderer chemischer Zusammensetzung und den entsprechenden Eigenschaften ein,
die in schmelzflüssigem Zustand abgezogen, durch rasche Kühlung granuliert oder
in Formen gegossen werden. Statt Schachtöfen sind auch vielfach Elektroöfen angewandt
worden, in denen das Einschmelzen der Rohstoffe durch den elektrischen Lichtbogen
erfolgt. Die besondere Beschaffenheit der Rohstoffe und Brennstoffe, die bei der
Durchführung dieser Verfahren verlangt wird, ließ es aus wirtschaftlichen Gründen
nur in Sonderfällen zu, solche Verfahren anzuwenden. Die erforderliche hohe Temperatur
beim Einschmelzen der Rohstoffe hat einen hohen Brennstoffverbrauch zur Folge, wenn
die Abhitze nicht für das Verfahren selbst ausgenutzt oder anderweitig nutzbringend
verwertet wird.
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Bei anderen bekannten Verfahren werden daher die Rohstoffe zu feinem
Mehl aufbereitet und miteinander innig vermischt, gegebenenfalls noch geformt und
schließlich bis zum Sintern des Produktes erhitzt. Infolge der niedrigeren Temperatur
ist der Brennstoffbedarf bei diesen Verfahren geringer. Es wird erkauft durch die
kostspielige Aufbereitung der Rohstoffe.
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Das aus der deutschen Patentschrift 421427 bekannte Verfahren verarbeitet
.die flüssige Schlacke von Gaserzeugern und Kohlenstaubfeuerungen auf Portlandzement,
indem den sich bildenden flüssigen Aschen noch im Bad selbst vor dem Abstich derartige
Zuschläge an Kalkstein, Calciumoxyd, Kaihydrat, Kieselsäure, Eisenoxyd, Aluminiumoxyd
u. dgl. zugegeben werden, daß sie die Zusammensetzung von Portlandzement erhalten.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist die verhältnismäßig geringe Wärme, die nur in
Form der fühlbaren Wärme der flüssigen Schlacken für das Einschmelzen der Zuschläge
zur Verfügung steht. Es ist deshalb in der Regel notwendig, das Schlackenbad in
einer dem Gaserzeuger oder der Kohlenstaubfeuerung vorgebauten Kammer durch eine
Zusatzfeuerung weiter zu erhitzen, die wegen der erforderlichen hohen Temperatur
mit hochwertigen Brennstoffen, z. B. Kohlenstaub, Öl, Gas oder elektrischem Strom,
betrieben werden muß. Bei den aus den deutschen Patentschriften 369 906 und 551272
bekannten Verfahren zum Erschmelzen von Glas werden die Glasbestandteile fortlaufend
in eine Schmelzkammer fallen gelassen und hier durch unter Druck eingeführte und
zur Verbrennung gelangende Heizgase gleichzeitig geschmolzen und gegen die Wand
der Schmelzkammer gewirbelt, von welcher das Schmelzgut in einen Sammelbehälter
herabläuft, in dem es durch erneute Erhitzung fertiggeschmolzen und geläutert wird.
Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß der Schmelzvorgang in zwei Stufen stattfindet.
In der ersten werden die Rohstoffe im schwebenden Zustand weitgehend geschmolzen,
während in der zweiten Stufe das Schmelzgut fertiggeschmolzen und geläutert wird.
In der Schmelzkammer wird offenbar vorwiegend niedrig schmelzender Rohstoff verflüssigt,
der .die mit an die Wand geschleuderten hochschmelzenden Stoffe in den Sammelbehälter
führt, wo sie durch weitere Erhitzung und Bildung von niedrig schmelzenden Silikaten
allmählich homogen eingebunden werden. Diese Läuterung des Schmelzgutes vollzieht
sich sehr langsam.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung verfolgt unter Vermeidung der Nachteile
dieser bekannten Verfahren das Ziel, bei der Herstellung silikatischer Baustoffe
die Rohstoffe ohne kostspielige Aufbereitung einzuschmelzen und in schmelzflüssigem
Zustand innig zu vermischen bei Verwendung von beliebigen Brennstoffen, die minderwertig,
fest, flüssig oder gasförmig sein können, sowie die Abhitze weitgehend für das Verfahren
selbst nutzbar zu machen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst
durch Aufblasen der festen Rohstoffe auf ein aus dem Fertigprodukt bestehendes Schmelzbad
unter gleichzeitiger Erzeugung der erforderlichen Schmelzwärme durch Aufblasen von
Brennstoffen und Luft od. dgl. auf die Oberfläche des Schmelzbades und kontinuierliches
oder periodisches Abziehen des Schmelzproduktes in dem Maße, wie es sich bildet,
wobei sämtliche Stoffe, die Feststoffe vorzugsweise feinteilig und die Rohstoffe
gemäß ihrem Anteil im Endprodukt dosiert, mittels gasförmiger oder flüssiger Trägermittel,
besonders Luft, durch Düsen, die schräg zur Schmelzbadoberfläche und tangential
zu den in den Auftreffpunkten gedachten konzentrisch zum Schmelzbadumfang verlaufenden
Kreisen gestellt sind, dem Schmelzbad so zugeführt werden, daß es durch die Strömungsenergie
der Rohstoffe, Brennstoffe und Verbrennungsmittel in eine heftige, turbulent um
seine senkrechte Achse rotierende Bewegung versetzt wird.
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Damit wird erfindungsgemäß von einer Technik Gebrauch gemacht, .die
bei der kontinuierlichen Vergasung von Brennstoffen in Schlackenbadgeneratoren bereits
bekannt ist (s. »Chemie-Ingenieur-Technik«, 28. Jahrgang, 1956, Nr.1, S. 25 bis
30). In diesem bekannten Fall wird dabei das Schlackenbad, dessen Oberfläche die
Form eines Rotationsparaboloids annimmt, in eine rasche rotierende Bewegung versetzt.
Das Schlackenbad dient zugleich als Wärmespeicher, Wärmeübertragungsmittel und Reaktionsvermittler.
Der Schlackenanfall ist jedoch im bekannten Fall, entsprechend dem Aschengehalt
des Brennstoffes, gering. Durch Zuschläge kann zwar die Viskosität oder chemische
Zusammensetzung der bei der Vergasung entstehenden Schlacke verändert werden, insbesondere
wenn sie als Baustoff oder Rohstoff verwendet werden soll. Das gleichzeitige Einschmelzen
von Rohstoffen in diesem Generator ist jedoch nicht ohne weiteres möglich, da der
Generatorprozeß nicht die hierfür erforderliche Wärmemenge liefert. Dies wird erfindungsgemäß
dadurch ermöglicht, .daß das Schlackenbad nicht im Zusammenhang mit einer Brennstoffvergasung,
sondern mit Hilfe einer regelrechten Brennstoffverfeuerung zum Wärmeträger für die
Einschmelzung bzw. Umsetzung der Rohstoffe gemacht wird.
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Die eingeführten Rohstoffe durchlaufen von ihrem Einführungsort bis
zum Abzug .des fertigen Schmelzproduktes eine im wesentlichen spiralförmige Bahn,
auf welcher sie sich nach überführung in den schmelzflüssigen Zustand im Schmelzbad
innig mischen und erhitzen. Diesem natürlichen Ablauf der Vorgänge des Schmelzens,
Mischens und Erhitzens wird die örtliche Einführung der Rohstoffe, Brennstoffe und
Verbrennungsmittel angepaßt. Entsprechend dem Abzugsort der Schmelze, z. B. im Zentrum
des Schmelzbades durch Schmelzeüberlauf oder durch einen Ablauf an der Peripherie
des Schmelzbades, verläuft die vorerwähnte spiraIförmige Bahn von der Peripherie
des Schmelzbades zum Zentrum, oder umgekehrt. Die zunächst in den schmelzflüssigen
Zustand übergeführten Rohstoffe werden auf dem Wege im Schmelzbad zum Abzug des
Schmelzproduktes hin unmittelbar der Wirkung von mit hoher Geschwindigkeit anströmenden
Brennstoffen und Verbrennungsmitteln ausgesetzt, wodurch sie weiter erhitzt und
durchmischt werden, ehe das fertige Schmelzprodukt abfließt. Diese Nacherhitzung
ist erforderlich, um die Viskosität der Schmelzprodukte zu erniedrigen und eine
innige Durchmischung zu ermöglichen.
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Die Rohstoffe können bereits vorgemischt oder jeder für sich in das
Schmelzbad eingeführt werden. Vorteilhafter ist die getrennte Einführung, weil .dann
jeder Rohstoff seinen Anteil im Endprodukt entsprechend dosiert zur Schmelzvorrichtung
gefördert wird, wodurch die vorherige Mischung entfällt. Der Brennstoff wird zweckmäßig
getrennt von den Rohstoffen aus regeltechnischen Gründen eingeführt.
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Man hat dann jederzeit die Möglichkeit, die Temperatur in der Schmelzvorrichtung
durch Veränderung der Brennstoff- und Luftmenge nach Bedarf zu regulieren.
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Die Förderung der feinkörnigen oder staubförmigen Rohstoffe erfolgt
von einem Vorratsbunker aus über eine Dosiervorrichtung und Staubpumpe, z. B. Fullerpumpe,
pneumatisch in bekannter Weise, wobei vorzugsweise Luft als Trägergas verwendet
wird. Auch feste Brennstoffe können auf diese Art der Schmelzvorrichtung zugeführt
werden. In Sonderfällen sind auch andere Gase, z. B. Heizgase, Rauchgase u. a.,
hierfür anwendbar. Stehen stückige oder sehr grobkörnige Rohstoffe zur Verfügung,
können sie durch bekannte Vorrichtungen in das Schmelzbad geschleudert werden.
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Als Verbrennungsmittel für den Brennstoff wird allgemein Luft, in
Sonderfällen sauerstoffangereicherte Luft oder Sauerstoff verwendet. Zur Erzielung
hoher Verbrennungstemperaturen bei gleichzeitiger Ausnutzung der fühlbaren Wärme
der abziehenden Verbrennungsgase werden die Verbrennungsmittel im Wärmeaustausch
mit den Verbrennungsgasen vorgewärmt. Auch die Trägergase für die Förderung der
Rohstoffe können auf dieseWeisevorgewärmtwerden.
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Gemäß der Erfindung werden die heiß abziehenden Verbrennungsgase zur
Vorbehandlung eines oder mehrerer Rohstoffe, gegebenenfalls auch von festen Brennstoffen,
benutzt. Unter dieser Vorbehandlung soll verstanden werden das Trocknen, Entwässern,
Entsäuern, Entgasen dieser Stoffe. Die Stoffe werden in innige Berührung mit den
mehr oder weniger heißen Verbrennungsgasen gebracht, die einen Teil ihrer fühlbaren
Wärme an die Stoffe abgeben, wobei ihre Entsäuerung, Entwässerung od. dgl. erfolgt.
Soweit darüber hinaus noch fühlbare Wärme in den Verbrennungsgasen verbleibt, wird
sie vorteilhaft zur Dampferzeugung benutzt. Wenn keine Vorbehandlung eines oder
mehrerer Rohstoffe durchgeführt wird, kann die ganze fühlbare Wärme der Verbrennungsgase
zur Erzeugung von Dampf von beliebigem Druck und Temperatur oder für andere Zwecke
ausgenutzt werden.
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Der in den Verbrennungsgasen mitgeführte Flugstaub wird abgeschieden
und in das Schmelzbad zurückgeführt. Dieser Flugstaub besteht aus einem geringen
Anteil der in das Schmelzbad eingeführten Rohstoffe, die nicht in die Schmelze eingebunden
wurden, und gegebenenfalls aus Rohstoffen, die durch die heißen Verbrennungsgase
einer Vorbehandlung unterzogen wurden. Je nach den verwendeten Rohstoffen können
bei der angewandten hohen Temperatur leichtflüchtige Bestandteile, z. B. Alkalien,
verdampfen. Sie sublimieren auf dem Wege der Verbrennungsgase und können auf trockenem
oder nassem Wege in bekannter Weise gewonnen werden. Auch gasförmige Zersetzungsprodukte,
z.B.
S02, die mit den Verbrennungsgasen abgeführt werden, sind,
wenn sie in ausreichender Konzentration vorhanden sind, auf einem der bekannten
Wege verwertbar.
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Das Schmelzprodukt kann in ein Wasserbad laufen und granulieren oder
in Formen gegossen werden wie auch zu Gesteinswolle verblasen werden. Die bei der
Verbrennung der Brennstoffe entstehenden Verbrennungsgase werden in Vorrichtungen
geleitet, in denen ihre fühlbare Wärme nutzbar gemacht wird und gegebenenfalls mitgeführte
Stoffe entfernt werden, ehe sie abgeleitet werden.
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Es wurde gefunden, daß sich der Schmelzablauf von Rohstoffen, die
fein zerteilt in ein turbulent um seine senkrechte Achse bewegtes Schmelzbad eingeführt
werden, in sehr erheblich kürzerer Zeit vollzieht als schwebend in den Verbrennungsgasen
einer Schmelzkammer. Die besondere Wirkung eines solchen Schmelzbades besteht außerdem
noch darin, daß auch hochschmelzende Rohstoffe in überraschend kurzer Zeit unter
Verflüssigung in die Schmelze eingebunden werden, auch wenn die Temperatur der Schmelze
unter dem Schmelzpunkt dieser Rohstoffe liegt. Hierbei tritt wider Erwarten keine
nennenswerte Erhöhung der Viskosität der Schmelze ein, so daß sich der Ablauf des
Schmelzvorganges und die Bildung von niedriger schmelzenden Komplexverbindungen
ungehemmt vollziehen kann. Diese überraschende Wirkung war nicht vorauszusehen,
da bekanntlich die Viskosität von Schmelzen schon durch die Zufuhr von geringen
Mengen hochschmelzender Stoffe außergewöhnlich erhöht wird.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung hat durch die innige Durchmischung
der Rohstoffe im schmelzflüssigen Zustand noch den Vorteil, .daß man beliebige,
auch bisher wertlose oder minderwertige Rohstoffe zur Erzeugung von hochwertigen
Baustoffen verwenden kann. Es ermöglicht, als Rohstoff Aschen, Schlacken oder sonstige
geeignete Abfallprodukte, wie z. B. Müll, zu verwenden, die ihrer Zusammensetzung
nach oft sehr nahe an die von Baustoff herankommen, so daß vielfach nur ein verhältnismäßig
geringer Zusatz von ein oder mehreren Rohstoffen genügt, um ein hochwertiges Produkt
zu erhalten. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß alle flüchtigen Bestandteile
bei der hohen Arbeitstemperatur, sei es durch Verdampfen, Dissoziation u. dgl.,
ausgetrieben werden, wodurch ein gegen äußere Einflüsse sehr beständiger Baustoff
erhalten wird.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
besteht aus einem Behälter zur Aufnahme des flüchtigen Schmelzbades und Düsen für
die Einführung der Rohstoffe, Brennstoffe und Verbrennungsmittel in Richtung auf
.das Schmelzbad. Für die Abführung der Schmelze in dem Maße, wie sich neue bildet,
ist vorzugsweise zentral im Behälter ein Überlauf vorgesehen, wenn dies kontinuierlich
erfolgen soll. Bei periodischer Abführung der Schmelze sind Abstichöffnungen in
der Höhe des niedrigsten Schmelzenspiegels und gegebenenfalls auch darüber in der
Behälterwand vorgesehen. Die bei der Durchführung des Verfahrens entstehenden Verbrennungsgase
werden im oberen Teil des Behälters abgezogen. Auf ihrem Wege innerhalb oder/und
außerhalb des Behälters sind Einrichtungen bekannter Art zur Ausnutzung ihrer fühlbaren
Wärme und zur Entfernung und Gewinnung von Stoffen angeordnet, die mit den Verbrennungsgasen
mitgeführt werden.
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Erfindungsgemäß sind die Düsen für die Einführung von Rohstoffen,
Brennstoffen und Verbrennungsmitteln in das Schmelzbad so gestellt, daß sie in Richtung
auf das Schmelzbad und tangential auf in Höhe der Schmelzbadoberfläche gedachte,
zum Umfang des Schmelzbades konzentrische Kreise weisen.
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Die Neigung der Düsen in Richtung auf das Schmelzbad zu dessen Oberfläche
wird entsprechend der angestrebten Durchmischung und Bewegung des Schmelzbades zwischen
30 und 80°, vorzugsweise etwa 45°, gewählt. Bei zentral angeordnetem Schmelzeüberlauf
werden zur Nacherhitzung der in den schmelzflüssigen Zustand übergeführten Rohstoffe
die Düsen für die Brennstoffe und Verbrennungsmittel außerdem in Richtung tangential
auf einen in Höhe der Schmelzbadoberfläche gedachten Kreis von kleinerem Durchmesser
als dem halben Durchmesser des Gehäuses gestellt. Der entsprechende Wirkungskreis
der Düsen für die Rohstoffe liegt dann im äußeren Umfangsbereich des Schmelzbades,
wo der Vorgang des Einschmelzens der Rohstoffe in das Schmelzbad einsetzt. Bei kontinuierlichem
oder diskontinuierlichem Schmelzeabzug durch eine Abstichöffnung an der äußeren
Behälterwand ist die Düsenanordnung umgekehrt. Der Wirkungsbereich der Rohstoffdüsen
befindet sich dann im Zentrum und der der Brennstoffe und Verbrennungsmittel außerhalb
des Zentrums, damit die in den schmelzflüssigen Zustand übergeführten Rohstoffe
auf ihrem Wege durch die heiße Zone hocherhitzt und dabei innig durchmischt werden.
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Der Behälter zur Aufnahme des Schmelzbades wird vorzugsweise kreisrund
oder oval ausgebildet. Die Düsen oder Vorrichtungen zur Einführung der Rohstoffe,
Brennstoffe und Verbrennungsmittel werden gleichmäßig über den Umfang des Behälters
verteilt, um einen gleichmäßigen Ablauf der Vorgänge, wie Schmelzen, Durchmischen
und Erhitzen, im Reaktionsraum zu erreichen.
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Die Rohstoffe können voneinander getrennt oder ganz oder zum Teil
gemischt durch eine oder mehrere Düsen dem Schmelzbad zugeführt werden. Sie werden
von einem Bunker über Dosier- und Fördereinrichtungen bekannter Art versorgt.
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Die Einführung der Brennstoffe und Verbrennungsmittel kann getrennt
oder gemeinsam erfolgen. Bei gemeinsamer Einführung werden vorzugsweise die Brennstoffe
und Verbrennungsmittel unmittelbar vor oder nach ihrem Austritt aus den Düsen innig
vermischt.
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Für die Einführung von Rohstoffen in den mehr oder weniger heißen
Verbrennungsgasstrom zur Vorbehandlung von einem oder mehreren Rohstoffen, z. B.
Entsäuern, Entwässern u. a., sind ®ffnungen im Behälter oder in den Wandungen. des
Verbrennungsgasweges und zum Abscheiden dieser vorbehandelten Stoffe aus dem Strom
der Verbrennungsgase Vorrichtungen bekannter Bauart vorgesehen, wenn die Stoffe
in feinkörniger oder staubförmiger Form vorliegen. Die Vorbehandlung erfolgt dann
im Gleichstrom mit den Verbrennungsgasesa, indem sie die Stoffe in feinverteiltem
Zustand mittragen oder in einer Wirbelschicht. Grobkörnige Rohstoffe werden in einem
vorgesehenen Schacht im Gegenstrom zu den Verbrennungsgasen geführt.
Der
Behälter für die Aufnahme des flüssigen Schmelzbades wird aus metallischen Doppelwänden
oder aus einem System von eng aneinanderliegenden Rohren gebildet, durch die ein
Kühlmittel geleitet wird. Diese Kühlwände umschließen auch mindestens einen Teil
des Weges der Verbrennungsgase, auf dem deren Temperatur bis unterhalb des Schmelzpunktes
der Schmelze absinkt. Der so ausgebildete Behälter kann in eine Dampfkesselanlage
eingeordnet sein, in der die gesamte oder ein Teil der fühlbaren Wärme der Verbrennungsgase
zur Erzeugung von Dampf beliebiger Spannung und Temperatur ausgenutzt wird.
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Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht dann vorzugsweise aus einem senkrechten Schacht, gebildet aus einem System
von eng aneinanderliegenden Dampfkesselrohren, die von einem gasdichten Mantel umschlossen
werden, versehen mit wassergekühlten Düsen oder Vorrichtungen zur Einführung von
Rohstoffen, Brennstoffen und Verbrennungsmitteln in das Schmelzbad und von einem
oder mehreren Rohstoffen in den Schachtraum mit nachgeordneten Wärmeaustauschern
zur Erhitzung der Verbrennungsmittel oder/und zur Erzeugung und Überhitzung von
Dampf oder/und Vorbehandlung von Rohstoffen sowie Abscheidung zur Entfernung der
in den Verbrennungsgasen mitgeführten staubförmigen oder feinkörnigen Stoffe und
Vorrichtungen bekannter Art zur Rückführung dieser Stoffein das Schmelzbad.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.
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F i g. 1 der Zeichnung veranschaulicht im Längsschnitt einen Schmelzbehälter
mit Abzug des flüssigen Schmelzproduktes durch einen Schmelzeüberlauf im Zentrum
des Schmelzbades, F i g. 2 den Querschnitt dieses Schmelzbehälters nach .der Schnittebene
a-b und der Düsen für die Einführung der Rohstoffe, Brennstoffe und Verbrennungsmittel
nach der Schnittebene c-d; F i g. 3 zeigt eine Einrichtung zur Erzeugung von Portlandzement.
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Der Schmelzbehälter 1 (F i g. 1 und 2) besteht aus einem Doppelmantel
oder aus einem System von eng aneinanderliegenden Rohren, durch die Wasser im Umlauf
gehalten wird. Er ist Bestandteil einer Dampfkesselanlage. Ein wassergekühlter Schmelzeüberlauf
2 im Boden des Behälters hält den Stand des Schmelzbades 3 aufrecht. Für die Einführung
der Rohstoffe in das Schmelzbad sind vier durch die Seitenwände des Behälters hindurchgeführte
wassergekühlte Düsen 4 a, 4 b, 4 c und 4 d gleichmäßig über den Umfang verteilt
vorgesehen. Sie sind unter einem Winkel von etwa 30° zur Schmelzbadoberfläche geneigt
und tangential in Richtung auf einen in Höhe der Schmelzbadoberfläche gedachten
Kreis 5 gestellt. Durch sie werden die feinkörnigen oder staubförmigen Rohstoffe
pneumatisch mit Luft mit einer Austrittsgeschwindigkeit von etwa 30 bis 50 m/sec
in das Schlackenbad geblasen. Für die Einführung des Brennstoffes sind vier Düsen
6 und für das Verbrennungsmittel, z. B. hoch vorgewärmte Luft, vier Düsen 7 vorgesehen.
Brennstoff- und Verbrennungsmitteldüse sind im Beispiel zu einem Brenner zusammengefaßt.
Der Brennstoffaustritt befindet sich unmittelbar vor dem Austritt der Verbrennungsmitteldüse.
Brennstoffe und Verbrennungsmittel mischen sich auf dem Wege zum Schmelzbad und
ergeben eine heiße Flamme, die unmittelbar in ihrem Wirkungsbereich Wärme und Strömungsenergie
auf das Schlackenbad überträgt. Der Brennstoff tritt aus seiner Düse in der Regel
mit einer Geschwindigkeit von 30 bis 50 m/sec und die Verbrennungsmittel mit etwa
100 bis 200 m/sec aus. Die Neigung von Brennstoff- und Verbrennungsmitteldüse zur
Oberfläche des Schmelzbades beträgt etwa 45°.
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Die Düsen sind außerdem so eingestellt, daß ihre Mittelachse von oben
.gesehen einen gedachten Kreis 8 in Höhe der Oberfläche des Schmelzbades tangieren,
dessen Durchmesser kleiner als der halbe Durchmesser des Schmelzbadumfangs ist.
Hierdurch wird im Zentrum des Schmelzbades eine sehr heiße, turbulent bewegte Zone
geschaffen, durch welche die am äußeren Umfang des Schmelzbades eingeschmolzenen
Rohstoffe hindurchgeführt werden.
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Es können feste, flüssige oder gasförmige Brennstoffe verwendet werden.
Feste Brennstoffe werden in feinkörniger oder staubförmiger Form pneumatisch mit
Trägerluft den Düsen zugeführt. Flüssige Brennstoffe werden unter Anwendung eines
entsprechenden Überdruckes oder mit Luft, Dampf od. dgl. unmittelbar bei ihrem Austritt
zerstäubt.
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Die Verbrennungsmitteldüsen stehen mit einer Ringleitung 9 in Verbindung,
der durch einen Stutzen 10 hoch vorerhitzte Verbrennungsluft zugeführt wird.
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Durch die Öffnung 11 des Schmelzeüberlaufes 2 fließt das fertige Schmelzprodukt
in dem Maße kontinuierlich ab, wie Rohstoffe eingescholzen werden. Die heißen Verbrennungsgase
ziehen schraubenlinienförmig rotierend nach oben ab, wobei aufgewirbelte Schlackentröpfchen
und in die Schlacke nicht eingebundene Rohstoffanteile ausgeschleudert und von der
Behälterwand in das Schmelzbad zurückfließen. Die fühlbare Wärme der abziehenden
heißen Verbrennungsgase wird zur Vorwärmung der Verbrennungsmittel und gegebenenfalls
der Trägergase für die Rohstoffe und Brennstoffe zum Teil ausgenutzt. Ferner wird
ein Teil dieser fühlbaren Wärme zur Vorbehandlung der Rohstoffe, Brennstoffe sowie
zur Dampferzeugung u. a. benutzt.
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Die Kühlung der Behälterwand bewirkt, daß sich an ihr im Bereich der
höchsten Temperatur bis zum Schmelzpunkt des Baustoffes herunter ein Schmelzansatz
bildet, der den Wärmedurchgang bis zu einem gewissen Grad hemmt. Eine Ausmauerung
des Behälters mit feuerfesten Stoffen ist daher nicht erforderlich. Eine solche
würde auch nicht lange dem chemischen Angriff der Schmelze standhalten. Zur Verhinderung
des Abplatzens der Schmelzeschutzschicht von der Behälterwand, z. B. bei Temperaturwechsel,
wird diese durch mit ihr verschweißte Stahlstifte in kurzen Abständen in bekannter
Art versehen.
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Die im Beispiel beschriebene Anordnung und Stellung der Düsen ist
für Schmelzbehälter bis etwa 2 m Durchmesser im allgemeinen ausreichend; für größere
Behälter wird man die Zahl der Düsen vermehren und ihre Wirkungsbereiche auf breitere
Zonen der Schmelzbadoberfläche verteilen. Zur Aufrechterhaltung der Temperatur im
Einschmelzbereich der Rohstoffe ist eine entsprechende Anzahl von Brennstoff- und
Verbrennungsmitteldüsen vorzusehen, die in diesem Bereich unmittelbar wirksam wird.
Durch Gruppierung und Verteilung der Rohstoff-, Brennstoff- und Verbrennungsmitteldüsen
mit
aufeinander abgestimmten Wirkungsflächen auf das Schmelzbad
läßt sich jede erforderliche Temperaturverteilung im Schmelzbad selbst und im Behälterraum
oberhalb des Schmelzbades erreichen.. -Die Einrichtung zur Erzeugung von Portländzement
(F i g. 3) besteht im wesentlichen aus dem Schmelzbehälter 30 zur Aufnahme des Schmelzbades
31, den Winderhitzern 32, Fluggutabscheider 33, Abgaskamin 34, den Bunkern für gebrannten
Kalk 35, Ton 36, Sand 37, Kohle 38 und Kalkstein 39, den Dosier- und Fördervorrichtungen
für diese Stoffe 40, 41, 42, 43, 44 und Förderleitungen 45, 46, 47, 48 und
49 sowie Düsen 50, 51; 52, 53 und 54 für die Einführung
dieser Stoffe in den Schmelzbehälter, Windgebläse 55, Leitungen 56 und Steuerorganen
57 für den Wind zu den Winderhitzern 32, Steuerorganen 58 und Leitungen 59
für den Heißwind zur Ringleitung 60, Leitungen 61. von der Ringleitung-
zu den Winddüsen 62 für die Einführung des Heißwindes in den Schmelzbehälter, Schmelzeüberlauf
63 in der Mitte des Schmelzebehälters mit Tauchrohr 64, Schmelzgutwanne 63, Schmelzeaustragevorrichtung
66 und Transportband 67, das die fein granulierte Portlandzementschmelze zur Mahlanlage
fördert, Verbindungsleitungen 68 und 69 zwischen Schmelzbehälter und Winderhitzern
mit den dazwischenliegenden Steuerorganen 70, Steuerorganen 71 und Leitungen 72
zwischen Winderhitzern und Fluggutabscheider 33.
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Von den Bunkern für feinkörnigen gebrannten Kalk, Ton und Sand werden
die Rohstoffe bemessen über Dosiervorrichtungen den Fördervorrichtungen zugeteilt,
die sie pneumatisch mit Trägerluft über die Förderleitungen zu den Düsen im Schmelzbehälter
führen, durch die sie in das Schmelzbad geblasen werden. In gleicher Weise wird
der feinkörnige Brennstoff von seinem Bunker aus pneumatisch in das Schmelzbad geblasen.
Als Dosiervorrichtungen werden Schnecken, Zellenräder, Drehteller u. a. bekannter
Bauart verwendet, die eine kontinuierliche Zuteilung der Stoffe in regelbarer Menge
gewährleisten. Die Förderung erfolgt durch Pumpen, z. B. Fullerpumpen, oder Düsen
nach Art eines Injektors mit Luft oder einem anderen geeigneten Gas als Trägermittel.
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Die Luft zur Verbrennung des Brennstoffes wird in einen der Lufterhitzer
geleitet, deren Besatz abwechselnd in bekannter Weise durch die abziehenden Verbrennungsgase
aufgeheizt und durch die Verbrennungsluft kaltgeblasen wird. Die Umschaltung der
Winderhitzer erfolgt in festgelegten Zeitabständen. In der Zeichnung ist nur ein
Lufterhitzer dargestellt. Die im Erhitzer 32 hocherhitzte Luft wird zur Ringleitung
geführt, von wo sie auf die Winddüsen im Schmelzbehälter gleichmäßig verteilt wird.
Im Schmelzbehälter erfolgt das Einschmelzen der Rohstoffe, wie bereits beschrieben.
Das erzeugte Schmelzprodukt fließt über den Schmelzeüberlauf in die mit Wasser gefüllte
Wanne, wo es granuliert und durch ein Kratzerband ausgetragen und auf ein Transportband
geworfen wird, das das Schmelzprodukt zur Mahlanlage fördert. Da das Schmelzprodukt
trocken die Mahlanlage erreichen soll, wird die Temperatur des Wassers im Schmelzgutbehälter
in Nähe seines Siedepunktes auf etwa 80 bis 90° C gehalten. Hierdurch besitzt das
Granulat nach seinem Austritt noch so viel Eigenwärme, ,daß das an seiner Oberfläche
anhaftende Wasser verdampft. Die Verbrennungsgase ziehen durch den Schacht des Schmelzbehälters
nach oben -ab In- den heißen Verbrennungsgasstrom werden vom -Kalksteinbunker
39 durch Dosier- und Fördervorrichtungen 44, Leitungen 49 und Düsen 54 feinkörniger
Kalkstein mit Luft oder aus dem Hauptstrom abgezogene Verbrennungsgase als Trägermittel
geblasen. Die Düsen 54 sind entgegengesetzt dem Drall der im Schacht des.Schmelzbehälters
30 aufsteigenden Verbrennungsgase gestellt; so,daß eine innige Durchmischung von
Kalkstein und Verbrennungsgasen erfolgt. Die Verbrennungsgase übertragen einen Teil
ihrer fühlbaren Wärme auf den in ihr feinverteilten Kalkstein, der eine Temperatur
von fast 1100° C annimmt und hierbei entsäuert wird. Sie tragen den nunmehr gebrannten
Kalk durch die Winderhitzer 32, wo das Gemisch ihre fühlbare Wärme an deren Besatz
bis auf eine Temperatur von etwa 250° C abgibt. In der Abscheidevorrichtung 33 wird
der gebrannte Kalk restlos aus den Verbrennungsgasen entfernt, die durch den Kamin
34 in die Atmosphäre entweichen. Der zum Teil bereits am Boden des Winderhitzers
und in der Abscheidevorrichtung anfallende gebrannte Kalk wird über Schleusen 73
und 74 und Leitungen 75 und 76 zum Bunker 35 geleitet.
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Der Schmelzbehälter 30 ist in ein Dampfkesselsystem eingeordnet, das
der besseren übersicht wegen in der Zeichnung nicht .dargestellt wurde. Der Wärmedurchgang
durch die Wand wird zur Dampferzeugung ausgenutzt. Ein an geeigneter Stelle des
Verbrennungsgasweges eingeordneter überhitzer überhitzt den erzeugten Dampf, bevor
er das Kesselsystem verläßt. Als Kühlwasser für die Düsen und den Schlackenüberlauf
kann das Kesselspeisewasser verwendet werden.
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Statt der Winderhitzer, die die Verbrennungsluft regenerativ vorwärmen,
können auch Rekuperatoren verwendet werden. Sie sind in ihrem Aufbau einfacher,
weil sie ohne Umschaltorgane arbeiten.
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Als Mittel zur Kühlung des Schmelzproduktes können statt Wasser auch
Luft oder Dampf verwendet werden, wenn dies für das Produkt nützlicher erscheint.
Ausführungsbeispiel Zur täglichen Erzeugung von etwa 150 t Portlandzementschmelze
werden dem Schmelzbehälter, der einen Durchmesser von etwa 2 m aufweist, stündlich
zugeführt: 7,36 t Kalkstein, aus dem 4,12 t gebrannter Kalk entstehen, deren Einführung
in das Schlackenbad erfolgt, 1,58 t Ton, 0,77 t Sand, 1,79 t Kohle mit einem Heizwert
von etwa 7000 koal/kg, 14 500 Nm3 Verbrennungsluft, 500 Nm3 Preßluft zur Förderung
der Rohstoffe und Kohle, 4,2 m3 Kesselspeisewasser.
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Die Rohstoffe und die Kohle kommen in staubförmiger oder feinkörniger
Form mit einer Korngröße von etwa 0 bis 3 mm zum Einsatz.
Es entstehen
stündlich 6,30 t Portlandzementschmelze mit einem Gehalt von rund 660/9 Ca0, 24
% SiO2, 10 % A1203,
3,82 t Dampf mit einem Druck von 74 atü und einer
Temperatur von 450° C.