DE1902390A1

DE1902390A1 - Verfahren zur thermischen Behandlung von feinkoernigen Stoffen in der Schwebe in einem heissen Gasstrom und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1902390A1
Application number: DE19691902390
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Herbert Deussner
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1969-01-18
Filing date: 1969-01-18
Publication date: 1970-08-06
Also published as: FR2028578A1; CA951120A; CH523713A; US3645513A; AT294668B; ES375513A1; AU1032870A; BR7016103D0; RO58747A; BE744558A; GB1302417A

Description

Anlage zum Patentgesuch der

Klöckner-Humboldt-Deutz „

Aktiengesellschaft ⁿ

vom 16. Januar I969 Lg/He

Verfahren zur thermischen Behandlung von feinkörnigen Stoffen in der Schwebe in einem heißen Gasstrom und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von feinkörnigen Stoffen, insbesondere von Kalk, Dolomit oder Magnesit in der Schwebe in einem heißen Gasstrom und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der deutschen Patentschrift i?¹.·. J. P£P. ?£P. ist es für die thermische Behandlung von feinkörnigen Stoffen, beispielsweise zur jintsäuerung von Zementrohmehl bekannt, einen heißen Gasstrom durch mehrere hintereinander geschaltete Zyklonabscheider zu führen, wobei das Staubaustragsrohr eines jeden Zyklonabscheiders, mit Ausnahme des in Strömungsrichtung der Gase gesehen ersten Zyklonabscheiders, in die jeweils zu dem vorhergehenden Zyklonabscheider führende Gasleitung eingeführt ist, und das feinkörnige Behandlungsgut in die Gasleitung zwischen dem in Strömungsrichtung gesehen letzten und vorletzten Abscheider eingebracht wird. Hierdurch wird erreicht, daß das feinkörnige Aufgabegut stufenweise entgegen der Strömungsrichtung der Behandlungsgase geführt und so mit immer heiÄeren

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Gasen in Kontakt gebracht wird. Diese Anordnung ist unter dem Namen Zyklonwärraetauscher bekannt.

Da üblicherweise bei der Zerkleinerung des Rohgutes ein feinkörniges Aufgabegut erzielt wird, das Gutteilchen unterschiedlicher Korngröße, also ein sogenanntes Kornband aufweist, besteht bei Stoffen wie beispielsweise Kalk, Dolomit oder Magnesit die Gefahr eines "Überbrennens" der feinen Kornfraktionen des Aufgabegutes. Es besteht z. B. die Forderung, daß beim Brennen von feinkörnigem Kalkstein das einzelne Kalksteinteilchen nicht über maximal etwa 1200 C erhitzt werden darf, da sonst die Qualität des erzeugten Branntkalks sehr nachteilig beeinflußt wird. Diese nachteilige Wirkung tritt bei Temperaturen an der oberen zulässigen Temperaturgrenze um so eher ein, je kleiner das Kalksteinteilchen ist. Andererseits ist es .wegen der Dissoziationstemperatur für das Kohlendioxid erforderlich, die gesamte Dissoziationswärme oberhalb von 800 G mit den Heißgasen aufzubringen.

Es ist daher beim Brennen von Kalk aus feinkörnigem Kalkstein, etwa in dem bekannten Zyklonwärmetauscher für den praktischen Betrieb notwendig, die Heißgastemperatur auf eine Temperatur von etwa 1000 C einzustellen, um den feinen Anteil des Aufgabegutes nicht durch "Überbrennen¹¹ zu schädigen. Dies

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zieht in Jedem Fall einen erhöhten Wärmeverbrauch nach sich, da infolge der Tatsache, daß die Dissoziation erst oberhalb etwa 800°C vonstatten geht und somit die Dissoziationswärme in dem Temperaturintervall von 1000 bis 800 C mit dem Heißgas zur Verfügung gestellt werden muß, eine große Heißgasmenge notwendig wird, deren Wärmeinhalt unterhalb 800 C für die Dissoziation nicht nutzbar ist.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, bei dem mit einer höheren Ausgangstemperatur der Heizgase gearbeitet werden kann und bei dem somit im höheren Anteil des Gesamtwärmeinhalts der Heizgase ausgenutzt wird.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die in etwa vertikal aufwärtsströmenden Behandlungsgase in zwei parallele Gasströme mit unterschiedlicher Geschwindigkeit aufgeteilt werden, und daß das zu behandelnde Gut in den Gasstrom mit der geringeren Strömungsgeschwindigkeit eingeführt wird,

Ver-, wobei die Strömungsgeschwindigkeit der Behändlungsgase vor der/

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zweigungsstelle und in dem Teilstrom mit der größeren Geschwindigkeit größer und die Strömungsgeschwindigkeit der Behandlungsgase in dem Teilstrom mit der geringeren Strömungsgeschwindigkeit kleiner ist als die Sinkgeschwindigkeit der groben Kornfraktion des Gutes.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß in dem Kanal _} in den das zu behandelnde Gut eingeführt wird und in dem eine Strömungsgeschwindigkeit herrscht, die geringer istj als die Sinkgeschwindigkeit der groben Kornfraktion des Gutes, entsprechend der Gasgeschwindigkeit eine Sichtung des Gutes erfolgt, wobei die feine Kornfraktion von den Behandlungsgasen mitgenommen wird, während die grobe Kornfraktion entgegen der Gasströmung in Richtung auf die Verzweigungsstel-

d e r le nach unten fällt. Das hat zur Folge, daß durch die In/Gasströmung nach unten fallende grobe Kornfraktion des Gutes ein Teil des Wärmeinhaltes der Gase aufgenommen wird, so daß die Temperatur dieses Teilstromes der Behandlungsgase im Bereich der Gutaufgabe geringer ist als an der Verzweigungsstelle. An der Verzweigungsstelle tritt die grobe Kornfraktion in die

einer
heiße Gasströmung mit/höheren Strömungsgeschwindigkeit als der Sinkgeschwindigkeit der gröbsten Gutteilchen ein und wird von der heißen Parallelströmung mitgerissen. Hierbei erfolgt die weitere Wärmeübertragung auf die groben Teilchen im Gleichstrom. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es somit, die

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thermische Behandlung feinkörniger Stoffe bei Gastemperaturen durchzuführen, die an der oberen, für den entsprechenden Stoff zulässigen Grenze liegen, ohne daß die feinen Kornfraktionen überbrannt und damit geschädigt werden. Entsprechend können die Heißgasmengen herabgesetzt und somit auch die Abgaswärmeverluste weitgehend vermindert werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten der beiden parallelen Gasströme zueinander einstellbar zu gestalten, so daß auch während des Betriebes eine Anpassung an die Kornzusammensetzung, die Durchsatzmenge und/oder die zulässigen Temperaturgrenzen des zu behandelnden Gutes möglich ist.

In weiterer, vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, das behandelte Gut nach Trennung von den Behändlungsgasen in einer Kühlvorrichtung, vorzugsweise in einem an sich bekannten Zyklonwärmetauscher mit Hilfe von Luft zu kühlen und die aufgeheizte Kühlluft einem Heißgaserzeuger als Verbrennungsluft zuzuführen. Hierdurch laßt sich der Brennstoffverbrauch senken.

Ebenso ist es zur Senkung des Wärmeverbrauehs vorteilhaft, die Behandlungsgase nach Trennung von dem behandelten Gut einer Vorerhitzungseinrichtung für das zu behandelnde Gut,

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vorzugsweise einem an sich bekannten Zyklonwärmetauscher, zuzuführen.

Außerdem ist es zur Senkung des Wärmeverbrauchs vorteilhaft, einen Teil der aus der Vorerhitzungseinrichtung austretenden Behandlungsgase, die noch einen beachtlichen Wärmeirihalt aufweisen, dem Heißgaserzeuger zuzuführen. Die für die Durchführung des Verfahrens erzeugten Brenngase weisen eine zu hohe Temperatur auf, die durch kühlere Gase herabgesetzt werden muß. Werden zu diesem Zweck rückgeführte Gase verwendet, so kann der Wärmeinhalt wenigstens dieses Teiles der aus der Vorerhitzungseinrichtung austretenden Abgase voll ausgenutzt werden.

Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die aus einem vorzugsweise vertikalen Strömungskanal besteht, der erfindungsgemäß in zwei parallele, von den Behandlungsgasen durchströmte Reaktionskanäle verzweigt ist, die mit Abstand oberhalb der Verzweigurigsstelle wieder zusammengeführt sind und von denen der eine Reaktionskanal mit einer Gutzuführung^ einrichtung verbunden ist.

Anhand eines Ausführungsbeispieles, dem weitere Merkmale der Erfindung zu entnehmen sind, wird das erfindungsgemäße Ver-

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fahren und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens erläutert.

Die Zeichnungen zeigen in schematischer Darstellung in

Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung im Vertikalschnitt,

Fig. 2 dac erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Fließschemas.

Dau erfindungsgemäße Verfahren wird anhand des in Fig. 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles für eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens näher erläutert. Ein Strömungskanal 1, zweckmäßigerweise ein vertikaler Schacht, ist gemäß der Erfindung durch eine Zwischenwand 2 in zwei parallel verlaufende Reaktionskanäle 3 und 4 unterteilt. Die Zufuhr der heißen Behandlungsgase zu beiden Reaktionskanälen erfolgt über eine Rohrleitung 5 am unteren Ende, der Abzug der Gase aus beiden Reaktion^kanälen erfolgt über eine Rohrleitung 6 am oberen Ende den Schachtes. Am oberen Ende der Zwischenwand, d. h. vor der Zusammenführung der beiden Reaktionskanäle, ist zweckmäßigerweise eine Reguliervorrichtung, beispielsweise eine Klappe 7 angeordnet, mit der in vorteilhafter V/eise das Verhältnis der Auötrittsquerschnitte der Reaktionskanäle 3 und 4 zu-

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einander und somit das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten in beiden Reaktionskanäle zueinander beliebig eingestellt werden kann. In den Reaktionskanal 4 mündet eine gasdichte Gutaufgabevorrichtung, beispielsweise eine Zellenradschleuse 8, durch die das Gut in den Reaktionskanal 4 eingeführt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren läuft wie folgt ab. Die für die thermische Behandlung erforderlichen Heißgase treten über die Rohrleitung 5 mit der Geschwindigkeit c, und der Temperatur tp in die Verzweigung zu den beiden Reaktionskanälen 3> 4 ein. Hierbei ist die Geschwindigkeit c, so bemessen, daß sie größer ist als die Sinkgeschwindigkeit der gröbsten Anteile des Aufgabegutes. Mit Hilfe der Klappe J wird der Austrittsquerschnitt des Strömungskanales 4 so eingestellt, daß die Strömungsgeschwindigkeit Cu der Behandlungsgase im Reaktionskanal 4 so niedrig ist, daß dieser Gasstrom den Teil der in den Reaktionskanal 4 eingeführten Gutmenge mitnimmt, der einem vorher gexvählten Kornband mit der Korngröße 0 bis χ mm entspricht. Dementsprechend fallen alle Gutteilchen mit einer Korngröße größer als χ mm entgegen der Gasströmung nach unten durch. Diese groben Gutteilchen gelangen im Bereich der Verzweigung in den Hauptgasstrom bzw. in den Teil strom im Reaktionskanal 3, dessen Geschwindigkeit c, bzw. c, größer ist als die Sinkgeschwindigkeit dieser groben Gutteilchen, so daß das ge-

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samte, aus dem Reaktionskanal 4 in die Verzweigung eintretende grobe Gut nach oben in den Reaktionskanal j? getragen wird. Im Bereich der Zusainmenführung der beiden Reaktionskanäle am oberen Ende des Schachtes wird der Querschnitt der Rohrleitung 6 so ausgelegt, daß die Strömungsgeschwindigkeit Cp der Gase ausreicht , das gesamte Aufgabegut weiter zu transportieren. Hierbei ist die Volumenänderung der Gase durch die Abkühlung einerseits und durch das abgespaltene Kohlendioxid, beispielsweise im Falle des Kalkbrennens, zu berücksichtigen. Die im Reaktionskanal 4 in den aufwärtsströmenden Gasen nach unten fallenden Gutteilchen mit einer Korngröße größer χ mm nehmen von den heißen Gasen Wärme auf, so daß dieser Teilstrom von der hohen Gastemperatur t„ auf eine für Korngrößen kleiner χ mm noch zulässige Temperatur t , abgekühlt wird. Die feinen Gutteilchen v/erden von diesen Gasen in Richtung der Zusammenführung transportiert und hierbei auf die Dissoziationstemperatur erhitzt, so daß beispielsweise das Kohlendioxid ausgetrieben wird, ohne daß diese feinen Teilchen überbrannt werden. Hierbei sinkt die Gärtemperatur im Bereich der Zusammenführung auf t..

Im Bereich der Verzweigung am unteren Ende des Schachtes gelangt der grobe Anteil des Aufgabegutes in die Gasströmung mit der hohen Temperatur t„ und wird im Reaktionskanal j5 im Gleichstrom sehr schnell auf die Dissoziationstemperatur erhitzt. Hierbei wird beispielsweise bei Kalk das Kohlendioxid ent-

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sprechend dem größeren Wärmeangebot in diesem Reaktionskanal weitgehend ausgetrieben. Hierbei kühlt dieser Gasstrom soweit ab, daß er im Bereich der Zusammenführung der beiden Teilgasströme ebenfalls die Temperatur t. aufweist. In der Abgasleitung 6 erfolgt dann, soweit erforderlich, die Restentsäuerung bzw. die restliche, thermische Behandlung.

In dem Fließschema gemäß Pig. 2 ist die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Ausführungsbeispieles für das Brennen von Kalk dargestellt, dem weitere Merkmale der Erfindung zu entnehmen sind. Ein vertikaler Schacht 1 gemäß Pig. 1 mit den Reaktionskanälen 3 und 4 ist mit seinem unteren Ende über die Rohrleitung 5 mit einem Heißgaserzeuger 9 verbunden. Das obere Ende des Schachtes 1 ist über die Abgasleitung 6 zweckmäßigerweise mit einem Abscheider, vorzugsweise einem Zyklonabscheider 10 verbunden, um das behandelte Gut von den Behandlungsgasen (Abgasen) zu trennen und weiteren Behandlungsstufen, beispielsweise einer Kühlstufe zuzuführen. Die aus dem Abscheider 10 austretenden Abgase worden einer Vorcrhitzungseinrichtung, hier einen mehrstufigen Zyklonwärmetauscher zugeführt. Dieser besteht^ mit Bezug&uf die Strömungsrichtung der Gase, aus hintereinander geschalteten Zyklonabscheidern 11, 12 und 13>durch die die Gase von einem Abgasgebläse 14 hindurchgesaugt werden. Mit Rücksicht auf oiiieri besseren Abscheidegrad ist der Zyklon IJj als Düppelzyklon ausgebildet.

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Die Staubaustragsleitung des Zyklons IJ mündet in die Abgasrohrleitung zwischen den Zyklonen 11 und 12, die Staubaustragsleitung des Zyklons 12 mündet in die Abgasrohrleitung zwischen den Zyklonen 11 und 10 und die Staubaustragsleitung des Zyklons 11 mündet in den Reaktionskanal h des Schachtes 1. Das kalte Aufgabegut und zweckmäßigerweise der in der Entstaubungseinrichtung, beispiels\\⁷eise einem elektro-statischen Staubabscheider 15 anfallende Staub wird in die Abgasrohrleitung zwischen den Zyklonen 12 und Ij5 eingeführt. Auf diese Weise ist es möglich, das Aufgabegut in direkten Kontakt mit dem heißen Abgas stufenweise entgegen dem Abgasstrom über die Zyklone 13* 12 und 11 in den Schacht 1 zu führen und so den noch beträchtlichen Wärmeinhalt der aus dem Zyklon 10 austretenden Abgase zur Vererhitzung des Aufgabegutes bis nahe an die Dissoziationstemperatur auszunutzen. Anstelle des beschriebenen Zyklonwärmetauschers kann jede andere V;ärnieaustausehervorriehtung,die zur Erhitzung von feinkörnigem Material geeignet ist, beispielsweise eine nach dein V/irbelschichtprinzip arbeitende oder eine ähnliche Vorrichtung eingesetzt werden.

Das über den Zyklonabscheider 10 aus dem Behandlungsgasstrom ausgeschiedene, fertiggebrannte Gut wird einer mit Luft betriebenen Kühlvorrichtung aufgegeben, vorzugsweise ebenfalls einem mehrstufigen Zyklonwärmetauscher. Der Kühlwärmetauscher besteht hier, mit Bezug auf die Strömungsrichtung der Kühlluft,

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aus den hintereinander geschalteten Zyklonen 16, 17, IS und 19. Die Kühlluft wird über eine Rohrleitung 20 in den Zyklon 16 eingeführt und über das Kühlluftgebläse 21 aus dem Zyklon. 19, der in bekannter Weise mit Rücksicht auf einen besseren Abscheidegrad als Doppelzyklon ausgebildet ist, abgezogen.

Das im Abscheider 10 aus dem Behandlungsstrom abgeschiedene Gut wird zunächst in die Kühlluftrohrleitung 22 zwischen den Zyklonen l8 und I9 eingeführt und gelangt dann stufenweise im Gegenstrom zu der Kühlluft zum Zyklon 16, wo es zum Abtransport ausgetragen wird. Die mit dem Kühlluftgebläse abgezogene aufgeheizte Kühlluft wird über eine Rohrleitung 23 dem Heißgaserzeuger 9 als Verbrennungsluft zugeführt.

In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch die Kühlluft über die strichpunktiert dargestellte Rohrleitung 24 in die Ansaugleitung 25 des Abgasgebläses 14 eingeführt werden. Dies ist vor allem dann erforderlich, wenn die aus der Vorerhitzungseinrichtung austretenden Gase noch eine so hohe Temperatur aufweisen, daß das Abgasgebläse beschädigt werden würde. Durch die Zumischung der aufgeheizten Kühlluft, deren Temperatur mit Sicherheit unter der höchst^ailäsBLgen Temperatur für das Abgasgebläse liegt, kann die Gastemperatur soweit gesenkt werden, daß die Abgase ohne Gefährdung des Gebläses gefördert werden können.

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Zur Verminderung des Wärmeaufwandes wird zweckmäßigerweise ein Teil der noch heißen Abgase in den Heißgaserzeuger geleitet, so daß bei der Aufheizung der Behändlungsgase erhebliche Brennstoffmengen eingespart werden können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht auf den beschriebenen Schacht beschränkt. In gleicher Weise können beispielsweise auch zwei parallel geführte Rohrleitungen die Reaktionskanäle bilden.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur thermischen Behandlung von feinkörnigen Stoffen, insbesondere von Kalk, Dolomit oder Magnesit in der Schwebe in einem heißen Gasstrom, dadurch gekennzeichnet, daß die in etwa vertikal aufströmenden Behändlungsgase in zwei parallele Gasströme mit unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeit aufgeteilt werden und daß das zu behandelnde Gut in den Gasstrom mit der geringeren Strömungsgeschwindigkeit eingeführt wird, wobei die Strömungsgeschwindigkeit der Behandlungsgase vor der Verzweigungsstelle und in dem Teilstrom mit der größeren Geschwindigkeit größer und die Strömungsgeschwindigkeit der Behandlungsgase in dem Teilstrom mit der geringeren Strömungsgeschwindigkeit kleiner ist als die Sinkgeschwindigkeit der groben Kornfraktion des Gutes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten der beiden parallelen Gasströme zueinander einstellbar ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Gut beladenen Behandlungsgase nach der Zusammenführung der beiden parallelen Gasströme durch einen Ab-

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scheider, insbesondere einen Zyklonabscheider geführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß das aus den Behandlungsgasen abgeschiedene Gut einer mit Luft betriebenen Kühlvorrichtung, vorzugsweise einem an sich bekannten mehrstufigen Zyklonwärmetauscher aufgegeben wird und daß die aufgeheizte Kühlluft einem Heißgaserzeuger als Verbrennungsluft zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Behändlungsgase nach Trennung von dem behandelten Gut einer Vorerhitzungseinrichtung für das zu behandelnde Gut, vorzugsweise einem an sich bekannten mehr- ifigei. Zyklonwä^vimetauscher zugeführt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Vorerhitzungseinrichtung abgezogenen Behandlungsr gase teilweise dem Heißgaserzeuger zugeführt werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Kühlvorrichtung austretende aufgeheizte Kühlluft den aus der Vorerhitzungseinrichtung austretenden Behandlungsgasen vor Eintritt in ein saugendes Abgasgebläse zugemischt wird.

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8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4, 5, 6 oder J, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht für die Heißgaserzeugung

. verwendete Teil der Abgase einer Entstaubungsvorrichtung zugeführt wird und daß der abgeschiedene Staub zusammen mit dem zu behandelnden Gut der Vorerhitzungseinrichtung zugeführt wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bestehend aus einem vorzugsweise vertikalen Strömungskanal, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (l) sich in zwei parallele, von den Behandlungsgasen durchströmte Reaktionskanäle (3, 4) verzweigt, die mit Abstand oberhalb der Verzweigungsstelle wieder zusammengeführt sind und von denen der eine Reaktionskanal (4) mit einer Gutzuführungseinrichtung (8) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bestehend aus einem Schacht, dadurch gekennzeichnet, daß der Schacht durch eine Zwischenwand (2) in zwei parallele, von den Behandlungsgasen durchströmte Reaktionskanäle (j5, 4) unterteilt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß vor da? Zusammenführung der beiden Reaktionskanäle (5, 4) eine Reguliervorrichtung (7) angeordnet ist, mit der der Austrittsquerschnitt der beiden Reaktionskanäle im Verhältnis zueinander wahlweise verändert werden kann.

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