DE1281111B - Verfahren zum Brennen von Kalkstein od. dgl. in einem Schachtofen und nach diesem Verfahren arbeitender Schachtofen - Google Patents

Description

• Verfahren zum Brennen von Kalkstein od. dgl. in einem Schachtofen und nach diesem Verfahren arbeitender Schachtofen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Brennen von Kalkstein, Dolomit od. dgl. in einem gas- oder ölbeheizten Schachtofen, bei dem das Gut nacheinander eine Vorwärmzone, eine Brennzone und eine Kühlzone durchwandert und bei dem am oberen Ende der Kühlzone diese Zone von unten nach oben durchströmende Kühlluft zusammen mit den in der Brennzone abwärts strömenden Brenngasen aus der Kühlzone abgesaugt und unter Zumischung von Brennstoff und Luft in die Gutsäule eingeführt wird, in der es teilweise aufwärts strömt und teilweise, abwärts strömend, in der Brennzone wieder umgewälzt wird, sowie einen Schachtofen zur Ausführung dieses Verfahrens.
• Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wird das am oberen Ende der Kühlzone abgesaugte, aus Kühlluft und im Schacht nach unten strömendem Gas bestehende Gasgemisch durch Injektorwirkung in eine außerhalb des Schachts angeordnete Brennkammer gesaugt und nach Zumischung von Brennstoff und zusätzlicher Luft am oberen Ende der Brennzone wieder in den Schacht eingeführt und in diesem teilweise umgewälzt. Da bei diesem Verfahren, bei dem das umzuwälzende Gas über einen erheblichen Teil der Schachtlänge nach unten strömt, eine sehr große Gasmenge umgewälzt werden muß, ist eine entsprechend hohe Injektorleistung erforderlich, die den diesem Verfahren innewohnenden Vorteil, daß durch Verwendung von Umwälzgas hoher Temperatur der Wärmewirkungsgrad nicht herabgesetzt wird, wie dies mit Umwälzung von Abgasen niedriger Temperatur der Fall ist, und den Vorteil, daß die durch die Kühlzone hochsteigende Luftmenge verhältnismäßig gering gehalten werden kann, so daß ihre Temperatur am oberen Ende der Kühlzone verhältnismäßig hoch ist, wieder aufwiegt. Nachteilig ist auch, daß bei diesem Verfahren die Gefahr besteht, daß bei größerer Ofenbelastung der heißeste Teil dieser langen Brennzone nach unten wandern kann, was ein unerwünschtes Ansteigen der Temperatur der abgezogenen Umwälzgase zur Folge hat. Zur Vermeidung dieser Nachteile und zur Verbesserung dieses Verfahrens wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß nur in dem unteren Teil des unteren Brennzonenbereichs mit Umwälzung von Gasen gearbeitet wird und daß der Brennstoff der den oberen Bereich der Brennzone aufwärts durchströmenden Brennzone und den den unteren Bereich dieser Zone teilweise aufwärts und teilweise abwärts durchströmenden Brenngasen getrennt und so geregelt zugeführt wird, daß in an sich bekannter Weise im oberen Brennzonenbereich zur intensiven Entsäuerung des Guts bei geringem Luftüberschuß und hoher Temperatur und im unteren Brennzonenbereich zur restlichen Entsäuerung bei großem Luftüberschuß mit niedriger Temperatur gefahren wird.
• Die Verbesserung des bekannten Verfahrens. von dem die Erfindung ausgeht, wird bei dem neuen Verfahren zunächst dadurch erreicht, daß die umzuwälzende Gasmenge erheblich verringert wird, da eine Umwälzung nur im unteren Ende des unteren Brennzonenbereichs erfolgt, so daß die für das Umwälzen aufzubringende Leistung in wirtschaftlich vertretbaren Grenzen liegt. Ferner wird .durch das getrennte Zuführen von Brennstoff im oberen und unteren Bereich der Brennzone ermöglicht, im oberen Bereich die dort erwünschte höhere Brenngastemperatur mit einer sehr geringen Luftmenge zu erzielen, da der Luftüberschuß der aus dem unteren Brennzonenbereich aufwärts strömenden Brenngase zur Verbrennung herangezogen werden kann. In dem unteren Brennzonenbereich findet die restliche Entsäuerung bei einer im wesentlichen konstanten Temperatur statt, die 1250° C möglichst nicht übersteigen soll.
• Hier sei erwähnt, daß für Querstromöfen, bei denen die Kühlluft zusammen mit einem Teil des gasförmigen Brennstoffs am unteren Ende der Brennzone quer durch die Gutsäule geführt wird, bereits eine Verfahrensweise vorgeschlagen ist, bei der dem den Ofenschacht oberhalb .der Einführungsstelle zickzackförmig mehrfach durchströmenden Brenngasluftgemisch in jeder Durchgangszone so viel gasförmiger Brennstoff zugeführt wird, daß in jeder dieser Zonen eine erwünschte Temperatur erhalten werden kann. Bei diesem Querstromverfahren kann der am unteren Ende der Brennzone eingeführten Kühlluft zur Herabsetzung der Brenntemperatur aus der Vorwärmzone abgezogenes Gas von entsprechend niedriger Temperatur zugesetzt werden, wodurch die zum Betrieb von Querstromöfen erforderliche sehr hohe Gebläseleistung noch weiter erhöht und der Wärmewirkungsgrad verringert wird, was beides bei der Erfindung, bei der Abgase von sehr hoher Temperatur nur im unteren Ende der Brennzone umgewälzt werden, vermieden wird. Eine gegebenenfalls bei Änderungen des Ofenganges erwünschte Regelung der in den einzelnen Ofenzonen zur Verfügung stehenden Verbrennungsluft läßt sich bei diesem Verfahren nicht erreichen.
• Vorzugsweise wird bei dem neuen Verfahren das ohne Berührung mit der Gutsäule in der Ofenmitte nach oben geleitete Gasgemisch aus Kühlluft und abwärts strömendem Gas ohne Berührung mit der Güt='-säule radial durch diese hindurch nach außen geführt und am Ofenumfang verteilten Brenngaseinführungsstellen zugeleitet, um - zu verhindern, daß sich die Gasströmung an der Schachtwand konzentriert.
• Bei einem zur Ausführung des neuen Verfahrens besonders geeigneten Schachtofen, der gemäß einem älteren Vorschlag mit einem zur Umleitung von Gasen dienenden, in der Ofenmitte angeordneten, durch dachartige, im Bereich der Brennkammern vorgesehene radiale Rippen mit der Schachtwand verbundenen rohrförmigen Einsatz versehen ist, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Hohlraum mit den am Schachtumfang verteilten Brennkammern mittels durch die Rippen hindurchgeführten, mit Injektoren versehenen Leitungen zu verbinden.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden Teil der Beschreibung an Hand von Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil eines Schachtofens, wobei, der einfacheren Darstellung halber, die Dachrippen beider Etagen als untereinander und sich gegenüberliegend angeordnet gezeigt sind, obwohl sie tatsächlich zueinander versetzt und nicht untereinander angeordnet sind, F i g. 2 eine Querschnittsansicht durch eine Brennetage, wobei die Schnittebene bei einem der Brenner dieser Etage durch eine" der Dachrippen und bei den übrigen Brennern unterhalb der zugehörigen Dachrippen verläuft und ferner ein Injektor in einer dritten Ebene im Längsschnitt gezeigt ist.
• Der in der Zeichnung als Ausführungsbeispiel schematisch dargestellte Schachtofen hat runden Querschnitt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Schachtöfen mit rundem Querschnitt beschränkt.
• Die Beschickungs- und Austragevorrichtung und die Kühlluftzuführung am unteren Ende der Kühlzone können beliebiger Bauart sein und sind daher nicht gezeigt.
• Abweichend von Schachtöfen üblicher Bauart ist innerhalb des Schachts 10 ein mittlerer Schachteinsatz 11 angeordnet. Der Einsatz 11 ist vorzugsweise hängend an im oberen Ofenende befestigten Profilträgern 12 abgestützt- (F i g. 1) und besteht aus einem doppelwandigen Stahlzylinder 13, der außen über seine ganze Länge und ferner in seinem unteren Teil auch innen mit einer feuerfesten Auskleidung 15 versehen ist. Der Stahlzylinder ist an seinen feuerfest ummantelten Abschnitten mit vorstehenden Blechrippen zum Abstützen' d-er Radialsteine der Ausklei= dung versehen. Diese BIechrippen sind nicht dargestellt. Der zwischen den beiden Wänden des Stahlzylinders 13 'liegende ' Ringkana116 dient zur Führung von Kühlluft;' wie weiter -unten im einzelnen be= schrieben wird. Der im unteren Teil des Einsatzes vorhandene unten offene Hohlraum 17 ist an seinem oberen Ende etwa in Höhe des unteren Endes der oberen Brennzone durch eine Trennwand 18 aus feuerfestem Material abgeschlossen.
• Der Schachteinsatz 11 ist mit der Ofenwand 19 durch eine Anzahl von radial verlaufenden, winkelförmigen Rippen verbunden, die im folgenden wegen ihrer dachartigen Ausbildung als Dachrippen bezeichnet werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind im Bereich der Brennzone des Ofens zwei mit Abstand voneinander angeordnete Reihen oder Etagen von Dachrippen angeordnet, von denen die oberen mit 20 und die unteren mit 21 bezeichnet sind.
• Die oberen bzw. unteren Dachrippen 20 bzw. 21, von denen jeweils in dem gezeigten Ausführungsbeispiel fünf vorgesehen sind, liegen in der gleichen Ebene, können aber auch höhenmäßig versetzt angeordnet sein, wenn größere Durchgangsquerschnitte zwischen den Rippen erforderlich sind. Die unteren Rippen 21 sind relativ zu den oberen Rippen 20 auf Lücke bzw. um 45° seitlich versetzt angeordnet.
• Jede der Rippen 20 oder 21 ist mit zwei Durchlässen versehen. Die oberen dieser Durchlässe 22 sind an ihren inneren Enden mit dem Ringkanal 16 verbunden. Ihre äußeren Enden gehen durch die Ofenwand hindurch und sind offen, so daß Umgebungsluft in den Ringkanal 16 gelangen kann, die vom oberen Ende des Schachteinsatzes, durch einen kastenförmig verkleideten Träger und ein an diesem befestigtes, schornsteinartiges Rohr 24 ins Freie geleitet werden kann. Die unteren Durchlässe 25 stehen an ihren inneren Enden mit dem Hohlraum 17 in Verbindung. Ihre äußeren Enden liegen innerhalb von aus der Ofenwand vorstehenden Ansätzen 26. In diesen Ansätzen 26 sind unterhalb der Durchlässe 25 hochfeuerfest ausgekleidete Brennkammern 27 vorgesehen, deren innere Enden in die Hohlräume der Gutfüllung einmünden, die unterhalb der Dachrippen vorhanden sind. An den äußeren Enden der Brennkammern sind Brenner 28 angeordnet.
• Die unteren Durchlässe 25 sind nahe ihrer äußeren Enden nach oben abgebogen. An diese oben abgebogenen Enden schließen sich schräg nach unten in Richtung auf einen ihnen benachbarten Ansatz 26 erstreckende Anschlußrohre 29 an, die injektorartig ausgebildet sind. Diese injektorartig ausgebildeten Rohre 29 münden bei 30 tangential in die Brennkammern des benachbarten Ansatzes. Das in das Injektorrohr 29 hineinragende Treibmittelzuführungsrohr 31 ist mit einer Ringleitung 32 verbunden, an die auch die Primärluftleitung 33 für die Brenner 28 angeschlossen sind. Die Leitungen 31 und 33 sind mit Regelorganen versehen, die nicht dargestellt sind.
• Die Ringleitung 32 ist mit dem aus dem oberen Ende des Ofens herausgeführten Auslaßrohr 34 eines in das obere Ende des Einsatzes 12 eingehängten Rekuperator 35 verbunden. Der Rekuperator 35 besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Hohlkörper 36, der in eine kleine obere Abgaskammer 37 und eine große untere Luftkammer 38 unterteilt ist. Ein Teil des die Brennzone verlassenden Abgases strömt durch in den Wandungen- des Einsatzes vorgesehene Öffnungen 39 in den Einsatz und dann durch die Luftkammer 38 durchdringende Rohre 40 in die Abgaskammer 37 des Rekuperators, aus der er über eine Leitung 41 dem Saugstutzen eines Abgasventilators 42 zugeführt wird, von dem auch das zum oberen Ende des Ofens durch das Gut strömende Abgas über ein Rohr 43 abgesaugt wird. Durch Einstellung von Regelorganen 44 a und 44 b kann der Anteil des durch den Rekuperator strömenden Abgases geregelt werden.
• Das obere Ende der Luftkammer 38 des Rekuperators ist über eine sich durch die Abgaskammer hindurch erstreckende Leitung 45 mit der Druckseite eines nicht gezeigten Frischluftventilators verbunden. Durch diese Leitung 45 ist das Heißluftauslaßrohr 34 geführt, das sich bis in die Nähe des unteren Endes der Luftkammer 38 erstreckt.
• Die in der Kühlzone hochsteigende Luft kann von einem nicht gezeigten Frischluftventilator in das untere Ofenende gedrückt werden.
• Die neue Ofenanordnung kann auf verschiedene Weise betrieben werden. Wenn der Ofen beispielsweise zur Erzeugung eines weich gebrannten Kalks dienen soll, so ist es einerseits, zur Erzielung einer hohen Wärmewirtschaftlichkeit, wünschenswert, daß der Kalkstein im oberen Brennzonenbereich bei hohen Brenngastemperaturen, aber mit möglichst geringem Luftüberschuß so intensiv entsäuert wird, daß der Entsäuerungsvorgang im wesentlichen abgeschlossen ist, wenn der Kalkstein den unteren Brennzonenbereich erreicht. Andererseits soll bei der restlichen Entsäuerung im unteren Brennzonenbereich eine Temperatur von etwa 1250° C möglichst nicht überschritten werden. Beide Bedingungen werden bei der neuen Ofenanordnung erfüllt, beispielsweise dann, wenn man den kleineren Teil des Brennstoffes (bei Öl etwa 30 bis 35 % des gesamten zugeführten Öls) im Bereich der unteren Brennzone über die etwa in der Mitte dieser Zone angeordnete untere Etage von Brennern bzw. Brennräumen 27 zuführt und dort mit hohem Luftüberschuß (A bis zu 2) verbrennt, wobei man durch geeignete Regelung der Treibluftzufuhr die Geschwindigkeit der durch die Durchlässe 25 der unteren Dachrippen 21 aus dem Hohlraum 17 angesaugten Luft so einstellt, daß ein Teil der aus den Brennräumen 27 in die Hohlräume unter den Dachrippen 21 austretenden Brenngase im Gleichstrom mit dem Gut nach unten strömt. Dieser abwärts strömende Teil der Brenngase ist beim Erreichen des unteren Endes des Schachteinsatzes 11 völlig verbrannt. Wegen des hohen Luftüberschusses ist auch die Abgastemperatur verhältnismäßig niedrig, so daß die Temperatur des Kalksteins in den von diesen Gasen durchströmten Schachtbereich auf der gewünschten Höhe (etwa 1250° C) gehalten werden kann. Die noch viel überschüssige Luft enthaltenden Abgase mischen sich am unteren Ende des Schachteinsatzes mit der aus der Kühlzone des Ofens hochsteigenden Kühlluft, ohne deren Temperatur auf einen unzulässig hohen Wert zu erhöhen.
• In der etwa am unteren Ende der oberen Brennzone liegenden oberen Etage von Brennern 28 und Brennräumen 27 wird der größere Teil des Brennstoffs mit geringem Luftüberschuß oder mit einer gerade zu seiner vollständigen Verbrennung ausreichenden Luftmenge verbrannt, wobei sich die hier zur Verbrennung zur Verfügung stehende Luft aus dem Luftanteil des über die Durchlässe 25 der oberen Dachrippen 20 angesaugten, bereits hoch erhitzten Abgasluftgemisches, der im Rekuperator vorgewärmten Treibluft und dem Luftanteil des von den Dachrippen 21 direkt nach oben strömenden Teils der Brenngase zusammensetzt.
• Es ist ersichtlich, daß sich durch die Verwendung von Luft als Treibmittel der Ofengang unter Erhöhung des Wärmewirkungsgrads des Ofens vielseitig regeln läßt, was bei bekannten Ofenanordnungen nicht möglich ist, bei denen im Schacht hochsteigende und am oberen Ende der Kühlzone unter Umgehung eines Teils der Brennzone umgeleitete Kühlluft unter Verwendung des (gasförmigen) Brennstoffs als Treibmittel beschleunigt wird.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Brennen von Kalkstein, Dolomit od. dgl. in einem gas- oder ölbeheizten Schachtofen, bei dem das Gut nacheinander eine Vorwärmzone, eine Brennzone und eine Kühlzone durchwandert und bei dem am oberen Ende der Kühlzone diese Zone von unten nach oben durchströmende Kühlluft zusammen mit den in der Brennzone abwärts strömenden Brenngasen aus der Kühlzone abgesaugt und unter Zumischung von Brennstoff und Luft in die Gutsäule eingeführt wird, in der es teilweise aufwärts strömt und teilweise, abwärts strömend, in der Brennzone wieder umgewälzt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß nur in dem unteren Teil des unteren Brennzonenbereichs mit Umwälzung von Gasen gearbeitet wird und daß der Brennstoff der den oberen Bereich der Brennzone aufwärts durchströmenden Brennzone und den den unteren Bereich dieser Zone teilweise aufwärts und teilweise abwärts durchströmenden Brenngasen getrennt und so geregelt zugeführt wird, daß in an sich bekannter Weise im oberen Brennzonenbereich zur intensiven Entsäuerung des Guts bei geringem Luftüberschuß und hoher Temperatur und im unteren Brennzonenbereich zur restlichen Entsäuerung bei großem Luftüberschuß mit niedriger Temperatur gefahren wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ohne Berührung mit der Gutsäule in der Ofenmitte nach oben geleitete Gasgemisch aus Kühlluft und abwärts strömendem Gas ohne Berührung mit der Gutsäule radial durch diese hindurch nach außen geführt und am Ofenumfang verteilten Brenngaseinführungsstellen zugeleitet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Brenngaseinführungsstellen zugeführte zusätzliche Luft in an sich bekannter Weise innerhalb des Ofens vorgewärmt wird.
4. 4. Schachtofen zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit in der Ofenwandung angeordneten, mit Brennern versehenen Brennkammern, Kühlluftzuführung am unteren Ende des Schachtes und zu den Brennern führenden, mit dem oberen Bereich der Kühlzone kommunizierenden Umleitkanälen, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Schachtofen mit einem zur Umleitung von Gasen dienenden, in der Ofenmitte angeordneten, durch dachartige, im Bereich der Brennkammern vorgesehene radiale Rippen mit der Schachtwand verbundenen rohrförmigen Einsatz (11) der Hohlraum (17) mit den am Schachtumfang verteilten Brennkammern (27) mittels durch die Rippen hindurchgeführten, mit Injektoren (26) versehenen Leitungen (25, 30) verbunden ist.
5. 5. Schachtofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektoren (26) einzeln regelbar sind.
6. 6. Schachtofen nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Injektoren mit einem im Schacht angeordneten Rekuperator verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Rekuperator (35) im oberen, im Bereich der Vorwärmzone befindlichen Teil des Schachteinsatzes (11) angeordnet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 976 930; britische Patentschrift Nr. 870 649.