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Verfanren zum Brennen von Zement rohstoffen in einem Schachtofen
und Scnacntofen hierfür.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Brennen von Zementronstoffen,
insbesondere von gemahlenen und granulierten oder gebrochenen Kalkstein, in einem
Schachtofen, wobei urcn as in Form einer Säule den Ofen von oben nach unten durchwandernde
Brenngut ein Verbrennungsluftstrom von unten nach oben geführt wird, mit welchem
im oberen Bereich der Brenngutsäule der Brennstoff verbrannt wird.
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Hierbei diente bisher als Brennstoff Kohle, welche granuliert und
dem Brenngut,in der Regel Kalkstein, beigemischt wurde.
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Das Arbeiten mit Kohle hat verschiedene Nachteile. So ist, wenn Kohle
nicht in der Nähe des Zementwerks abgebaut wird, der Transport der Kohle zum Zementwerk
aufwendig. Auch erfolgt der Brennvorgang verhältnismäßig ungleichmäßig, da eine
100ig gleichmäßige Mischung von Kalkstein und Kohle meist nicht möglich ist. Wenn
ein Schachtofen erst einmal einseitig brennt, ist es sehr schwer, ihn wieder zum
symmetrischen Abbrand zu bringen. Bilden sich in der Brenngutsäule im Schachtofen
Kohlenester, so brennen diese zuerst aus, wodurch im Bereich der ausgebrannten Kohlenester
der Strömungswiderstand für die VerbrennungsluSt verringert wird und nun in einem
solchen Bereich der VerbrennWngsluftstrom besonders stark wird, was wiederum das
ungleichmäßige Brennen des Ofens fördert. Diese Mängel des Schachtofens haben vielfach
dazu geführt, daß der Drehofen bevorzugt wurde, obwohl dieser wesentlich aufwendiger
ist, nicht kurzfristig abgestellt werden kann und wenig elastisch im Betrieb ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennverfahren für einen
Schachtofen zu schaffen, welches auch ohne Kohle durchgeführt werden kann und in
welchem darüberhinaus eine Möglichkeit zur sehr genauen Regelung des Brennvorgangs
besteht. Hierbei geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus,
daß
die Verbrennung des Brennstoffs kontinuierlich in einer im Ofen angeordneten Kammer
erfolgen soll und daß erst die wenigstens-zum Teil verbrannten Rauchgase in die
Brenngutsäule eingeführt werden sollen. Dementsprechend ist das Verfahren gemäß
Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die den Schachtofen von unten nach oben durchströmende
Verbrennungsluft,die im unteren Teil der Brenngutsäule, in welchem der Brennvorgang
bereits beendet ist, vorgewärmt wird, in wesentlichem Abstand vom oberen und unteren
Ende der Brenngutsäule aus dieser herausgeführt, außerhalb des von der Brenngutsäule
erfüllten Raums mit dem brennenden gas-oder staubförmigen oder flüssigen Brennstoff
verbrannt und wieder in die Brenngutsäule eingeführt wird, in der das Rauchgas nach
oben steigt, wobei der Bereich der Einführung des Rauchgases in die Brenngut säule
einen sqlchen Abstand vom Bereich der Herausführung der Verbrennungsluft aus der
Brenngutsäule hat, daß der Strömungswiderstand der Brenngutsäule einem Überströmen
wesentlicher Teile der Verbrennungsluft in den Rauchgasstrom verhindert.
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Bevorzugt wird gasförmiger oder flüssiger Brennstoff. Wenn dieser
ausfällt, kann jedoch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verhältnismäßig einfach
auf Kohlenstaub als Brennstoff umgestellt werden.
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Auch wenn ständig mit Kohlenstaub gearbeitet wird, bietet das Verfahren
gemäß Erfindung immer noch den Vorteil einer genauen Regelmöglichkeit des Verbrennungsvorgangs,
wie er bei dem bisher üblichen Brennverfahren nicht möglich war.
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Der Schachtofen gemäß Erfindung ist so wie die bekannten Schachtöfen
mit einem Mantel versehen, einem diesen unten abschließenden Austrag, einer ihn
oben abschließenden Haube mit einer Beschickeinrichtung, einer Verbrennungsluft-Zufuhr
am unteren Ende und einem Abgasauslaß am oberen Ende. Der Schachtofen ist dadurch
gekennzeichnet, daß im mittleren Bereich des Mantels Öffnungen vorgesehen sind,
an welche mindestens eine außerhalb des Mantels nach oben führende Verbrennungsluftführung
anschließt, daß diese Verbrennungsluftführung anderenends oben an eine konzentrisch
im oberen Bereich des Ofens angeordnete, nach oben abgeschlossene, sich nur über
einen Teil des Ofenquerschnitts erstreckende Brennkammer anschließt, welche mit
einem Brenner für die Verbrennung des Brennstoffs versehen und nach unten offen
ist. Auf diese Weise wird der untere Bereich der Brenngutsäule nach wie vor zum
Vorwärmen der Verbrennungsluft ausgenützt. Dennoch können die in der Brennkammer
entstehenden Rauchgase nachher die Brenngutsäule von unten nach oben durchströmen.
Der Brennvorgang findet dann im Bereich unmittelbar unter der Brennkammer und seitlich
der Brennkammer statt. Wenn es auch beispielsweise möglich ist,
die
Brennkammer als Ringkammer auszubilden, deren Außenwand mit der Außenwand des Schachtofens
zusammenfällt,oder etwa die Brennkammer in mehrere Teilbrennkammern mit Einzelbrennern
zu unterteilen, wird es jedoch bevorzugt, daß die Brennkammer zentral, also in der
Mitte des Schachtofens angeordnet ist.
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Diese Anordnung ist nicht nur baulich günstiger als die oben erwähnte,
sie hat des weiteren den Vorteil, daß die Gefahr des Überströmens von Verbrennungsluft
aus dem unteren Bereich in den Rauchgasströmungsbereich verhältnismäßig gering ist.
Das hat den Vorteil, daß der Abstand dieser beiden Bereiche ebenfalls entsprechend
niedrig bemessen werden kann. Selbstverstandlich müssen die Druckverhältnisse in
den verschiedenen Teilen des Strömungsweges der Verbrennungsluft und des Rauchgases
entsprechend bemessen sein. Je größer der Druckabfall vom unteren Teil der Brenngutsäule
zu den Öffnungen im Mantel, umso geringer kann der Abstand dieser Offnungen vom
Rauchgasstrom sein.
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Die bisher erwähnte Verbrennungsluft muß nicht die gesamte Verbrennungsluft
sein. Mit dem Brennstoff kann dem Brenner in der krennkat=mer auch Primärluft zugeführt
Wurden. Die Menge dieser Primärluft ist dann jedoch weit geringer als die Menge
der durch den unteren Teil der Brermeutsäule zuströmenden Verbrennungsluft.
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Vorteilhaft ist die Brennkammer ebenso wie der Schachtofen im wesentlichen
zylindrisch. Vorteilhaft ist der Brenner im oberen Abschluß der Brennkammer angeordnet
und richtet seine Plamme nach unten.
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Vorzugsweise weist die Beschickeinrichtung,wie an sich bekannt, im
Innern des Ofens eine um die Vertikalachse des Ofens rotierende Rutsche auf, welche
das Brenngut gleichmäßig über den Ringraum zwischen dem Ofenmantel und der Brennkammer
verteilt.
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Da die Wandung der Brennkammer innen der Flamme ausgesetzt ist und
außen ebenfalls von heißen Rauchgasen bestrichen wird, wird die Wandung in der Brennkammer
vorteilhaft zumindest soweit, wie sie mit Brenngut in Berührung kommt, gekühlt.
Als Kühlung kann beispielsweise Wasser dienen. Hierzu kann die Konstruktion so getroffen
sein, daß im Innern der Wandung der Brennkalumer eine Kühlwasserführung vorgesehen
wird0 Zur besseren Regelung der Strömungsverhältnisse wird vorteilhaft in der Verbrennungsluftführung
eine verstellbare Drosseleinrichtung vorgesehen. Diese Drosseleinrichtung kann beispielsweise
aus Drosselklappen bestehen,
Der Vertikalabstand vom unteren Rand
der Brennkammer zu den Austrittsöffnungen im Mantel beträgt vorteilhaft etwa das
o,5-fache bis o,8-fache der lichten Weite des Ofens. Die genauere Bemessung hängt
hier natürlich auch von den anderen Parametern für die Strömungsverhältnisse und
den Verbrennungsvorgang zusammen.
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Vorteilhaft wird die Brennkammer von in ihrem oberen Bereich an sie
anschließenden, am Ofenmantel gelagerten Trägern getragen.
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Die Brennkammer weist vorteilhaft einen Stahlmantel auf, der innen
feuerfest aus ge füttert und außen zumindest im unteren Bereich mit feuerfestem
Material ebenfalls überzogen ist. Der Stahlmantel kann im Falle einer Kühlung zugleich
die Kühlwasserführung darstellen, wenn er entsprechend nohl ausgebildet ist. Vorzugsweise
wird jedoch Luft zur Kühlung gewählt, die erhitzt als Primärluft wieder Verwendung
findet.
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Die Zuführleistungen für Brennstoff und Verbrennungsluft führen vorteilhaft
nahe dem oberen Ende der Brennkammer durch den Ringraum zwischen der Brennkammer
und dem Ofenmantel. Diese Leitungen durch den Ringraum können mit den die Brennkammer
tragenden Trägern vereinigt sein, indem man beispielsweise diese Träger als Rohre
ausbildet.
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Für eine weitgehend selbständige Regelung des Betriebs des Ofens ist
vorteilhaft ein Dempe-raturfühlglied im Abgasstrom vorgesehen, welches die Brennstoffzufuhr
zum Brenner steuert.
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Wird die Abgastemperatur zu niedrig;, so daß sie unter d-en Taupunkt
fällt, so wird die Brennerleistung erhöht; wird die Abgastemperatur höher als für
den einwandfreien Abtransport des Verbrennungswassers erforderlich, so drosselt
die Regeleinrichtung die Brennerleistung Nachfolgend ist anhand der Zeichnung ein
Ausfühtungsbeispiel der Erfindung erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Axialschnitt
durch die obere Hälfte eines Schachtofens gemäß Erfindung Der dargestellte Schachtofen
besitzt in üblicher Weise einen mit Schamotte 1 ausgemauerten Stahlmantel 2. Oben
ist der Stahlmantel durch eine Stahlhaube 3 abgeschlossen, welche mit zweckmäßig
mehreren gleichmäßig über den Umfang verteilten Abgaskaminen 4 versehen ist. In
der Mitte der Haube 3 befindet sich die nur angedeutete Beschickeinrichtung 5, an
welche unten eine um die Vertikalachse des Ofens rotierende Rutsche 6 anschließt.
Die Rutsche 6 verteilt den im Ausführungsbeispiel zu brennenden Kalkstein gleichmäßig
um die zentral etwa im Bereich des oberen Viertels des Stahlmantels angeordnete
Brenkkammer 7. Die Brennkammer besitzt einen zylindrischen
Stahlmantel
8, der im Ausführungsbeispiel als Doppelwandmantel ausgebildet ist, so daß in ihm
ein Kühlmedium zirkulieren kann, welcnes durch die Leitung 9 zu und durch die Leitung
10 abgeführt wird. Die erhitzte Kühlluft kann als Primärluft in den Brenner 11 geführt
werden. Innen ist die Brennkammer mit Schamotte ausgemauert. Desgleichen ist der
untere Bereich der Brennkammer außen mit Schamotte überzogen.
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Im oberen Abschluß der Brennkammer ist ein Brenner 11 beispielsweise
für Gas- oder Ölfeuerung vorgesehen. Er wird durch eine Brennstoffleitung 12 gespeist,
neben der gegebenenfalls auch eine Primärluftleitung laufen kann. Die Hauptverbrennungsluft
wird bei dem Schachtofen gemäß Erfindung in üblicner Weise vom unteren Ende des
Ofens her eingeführt. Sie durcnströmt den unteren Bereich des Ofens ebenfalls in
üblicner Weise von unten nach oben und wird hierbei vorgewärmt.
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Kurz über der durch die Linie 13 angedeuteten Mitte des Scnacntofens
ist dieser im Ausführungsbeispiel mit acnt seitlicnen itantelöffnungen 14 versenhen,
an welche Verbrennungsluftleitungen 15 anschließen, die in der Iföne des oberen
Endes der Brennkammer 7 tangential wieder nach innen zu der Brennkamrner fünren.
Die durch den Ringraum'zwischen Brennkammer und Ofenmantel fünrenden Teile der Leitungen
15 können zugleien als trragelerrlente für die Brennkammer 7 ausg)eblldet sein.
In den Leitungen 15 sind Drosselelemente 16 vorgesehen, uie im Ausfünrungsbeispiel
als Drosselklappen ausgebiLdet
sind. In den Abgaskaminen 4 können
nicht dargestellte Temperaturfühlglieder liegen, welche die Brennstoffzufuhr und
gegebenenfalls Primärluftzufuhr zum Brenner 11 regeln.
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Der zu brennende Kalkstein ist in der Zeichnung durch eine sich kreuzende
Schraffur angedeutet.
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Das Verfahren gemäß Erfindung läuft wie folgt ab Ständig wird von
oben durch die Beschickeinrichtung Kalkstein in den Ofen eingebracht. In gleichem
Maße wird gebrannter Kalkstein oder Klinker am unteren Ende aus dem Ofen abgezogen.
Am unteren Ende wird in den Ofen ferner zumindest der Großteil der Verbrennungsluft
als Kühlluft eingespeist. Diese durchströmt die bereits gebrannte Brenngutsäule
im Inneren des Ofens und naht, wenn sie die Öffnungen 14 erreicht, eine Temperatur
von 700 bis 8000C angenommen. Gleichzeitig hat sie die Brenngutsäule im Inneren
des Ofens gekühlt. Nun wird die Kühlluft als Verbrennungsluft wie durch Pfeile angedeutet
durch die Öffnungen 14 nach außen abgeführt und der Brennkammer 7 zugeführt, wo
sie zumindest den Großteil des Brennstoffs verbrennt. Hier strömt nun das Heißgas
ebenfalls wie durch Pfeile angedeutet, vertikal nach unten und kehrt aufgrund des
geringeren Drucks in den Abgaskaminen 4 seine Strömungsrichtung um, so daß es den
Ringraum außerhalb der Brennkammer 7 nach oben durchströmt un d schließlich durch
die Abgaskamine 4 den Ofen verläßt. Der IIauptbrennvorgang
findet
somit im Bereich kurz unterhalb und radial außerhalb der Brennkammer 7 statt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es naturgemäß von wesentlicher
Bedeutung, daß die richtigen Druckverhältnisse überall herrschen, damit keine unerwünschten
Strömungen auftreten. Selbstverstandlich wird immer ein geringer Teil der den unteren
Teil des Schachtofens durchströmenden Verbrennungsluft nicht durch die Öffnungen
14'nach außen treten sondern unmittelbar nach oben zu dem Rauchgasstrom. Wählt man
jedoch den Abstand der Öffnungen 14 vom Rauchgasstrom durch das Brenngut groß genug,
so ist der hierbei auftretende Verlust an Verbrennungsluft nicht störend.
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Ansprüche: