DE19835734A1

DE19835734A1 - Verfahren zur thermischen Behandlung von festen Stoffen

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Publication number: DE19835734A1
Application number: DE19835734A
Authority: DE
Inventors: E Ulrich Mathieu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-08-07
Filing date: 1998-08-07
Publication date: 2000-02-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von mineralischen Stoffen mit integrierter Kühlung am Beispiel einer Zementklinkerproduktion sowie der Verbrennung und/oder Verschwelung brennbarer Stoffe jeder Art bei erhöhten Temperaturen und vermindertem Schadstoffanteil in den Abgasen sowie einem erhöhten Wirkungsgrad und einem verminderten Anlagenvolumen, die insbesondere auch die Entwicklung von kleinen und mobilen Zementproduktionsanlagen und Verbrennungskraftwerken auf der Basis jeder Art, insbesondere auch nachwachsender Brennstoffe, ermöglichen. DOLLAR A Die unterschiedlichen thermischen Prozesse werden durchgeführt in mit kritischer Drehzahl angetriebenen Zentrifugal-Reaktoren, deren innere Wandungen mit einem wellenförmigen, geometrischen Profil versehen sind, und deren Drehzahl und Neigung stufenlos einstellbar sind. DOLLAR A Der Temperaturtransfer zwischen dem jeweiligen Gasmedium und dem durch die Zentrifugalkraft erzeugten Stoff-Wurfbahnen findet vergleichsweise einer vertikalen Wirbelschicht, ca. halbzeitlich in der Schwebe, und anhand der dadurch geschaffenen großen Reaktionsoberfläche in kurzer Zeit und in relativ kleinem Raum statt. DOLLAR A Zur Energieeinsparung und Beschleunigung der thermischen Behandlung von mineralischen Stoffen und zur Verschwelung oder Vergasung von brennbaren Stoffen findet die endotherme Phase in einem Vakuum statt. DOLLAR A Es wird quasi fliegend ein feinkörniger Zementklinker erzeugt, um anhand der wesentlich vergrößerten Oberfläche ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens zur thermischen Behandlung und Verbrennung von festen Stoffen in einem Ofen mit inte grierter Kühlung.

In der Grundstoffindustrie, beispielsweise der Zementklinkerproduktion, wird der Rohstoff durch eine ansteigende thermische Behandlung entwässert, calziniert und in einer Teil schmelze gesintert, dabei mineralisiert und danach abgekühlt.

Die zur Zeit hauptsächlich eingesetzten Brennverfahren und Vorrichtungen bestehen aus drei sehr unterschiedlichen, quasi separaten Anlagenteilen mit material- und wärmetech nisch nicht zufriedenstellenden Übergängen, aus einem Schwebegaswärmetauscher zur Vorwärmung und Calzinierung der mehlförmigen Rohstoffe, einem Drehrohrofen zur Rest calzinierung und Sinterung sowie einem Kühler für das Brenngut und zur Rückgewinnung von Wärmeenergie.

Die Wirtschaftlichkeit dieser Anlagen steigt erst mit Leistungsgrößen über 1000 t/d Ze mentklinker, sodaß kleine Anlagen nur geringe Chancen haben und Kleinstanlagen mit 50 bis 200 t/d nicht gebaut und angeboten werden.

Der Bau und Betrieb von kleineren und Kleinst-Zementproduktionsanlagen scheitert im wesentlichen daran, daß die zur Verfügung stehenden Brennverfahren unwirtschaftlich hohe Investitionen erfordern, und /oder als kleine Anlage einen zu hohen Energiebedarf haben, und/oder einen ungleichmäßigen Brennprozess mit starken Qualitätsschwankun gen aufweisen, und /oder nur noch mit teuren Spezialisten für den Betrieb und die War tung betrieben werden können.

Wahrend bei den modernen Zementanlagen mit einem Ausbringen von ca. 1-3 Mio t/a die Investitionskosten je t Zement bei 250 DM/t liegen, sind sie bei einer kleinen Produktions anlage mit 30.000-100.000 t/a um das 4-6 fache höher.

Neben diesen speziell für kleine Produktionsanlagen negativen Aspekten, weisen die be stehenden Drehrohofenanlagen bei Rohrdurchmessern bis zu 7 m und Längen bis über 100 m, mit einem oder mehreren 50 bis 120 m hohen vorgeschalteten Schwebegaswär metauschern und den bis 50 m langen nachgeschalteten, technisch äußerst aufwendigen Klinkerkühlern, die allein bereits einen Energiebedarf von 5 bis 8 kwh/t haben, sowie me terdicken zum Wärmetauscher führenden Klinkerkühlerabluft Rohrleitungen, ein äußerst aufwendiges System auf.

Dabei besteht das Ziel nur darin, das zu Rohmehl aufbereitete Rohmaterial von der Au ßentemperatur auf die Sintertemperatur von ca. 1450°C zu erhitzen und gleichzeitig aus den ca. 75% Kalkstein Anteilen, die ca. 44% Carbonatanteile (CO₂) auszutreiben (calzi nieren).

Die voluminösen Bauteile der Ofenanlage dienen im wesentlichen als Transportleitungen für Brenngase und Kühlerabluft sowie Wärmetauschvorrichtungen zur Verwirbelung der Heißgase mit dem Rohmehl, und um das Fertiggut, den Zementklinker, abzukühlen. Da aber die Verweildauer bzw. die Durchfallzeit des Rohmehls im Wärmetauscher nur sehr kurz ist, müssen diese Türme so hoch konstruiert werden, um eine minimale Zeit von ca. 25 sec. zu erreichen. Der nur mit ca. 13% Material am Boden befüllte, sich 2 bis 3 mal in der Minute drehende Drehrohrofen hat einen sehr geringen Wärmeübergang und muß deswegen derartig lang gestaltet werden. Der Brenngutkühler muß sehr großflächig sein, da der erbrannte Zementkinker in der Regel ein Kornband von 10 bis 300 mm hat, und deshalb nur unter großem Kühllufteinsatz sehr langsam seine Temperatur abgibt.

Diese voluminöse Ofenanlagen bedingt weiterhin, daß die Materialströme und -bewegun gen beispielsweise in einem 60 m langem Drehrohrofen mit über Stunden dauernder Durchgangszeit nicht oder nur mit hohem technischen Aufwand kontrolliert werden können.

Die Rohstoffe zur Produktion von Zementklinker bestehen zu ca. 75% aus Kalkstein (CaCO₃) mit ca. 44% Anteilen Kohlensäure (CO₂). Zur Produktion von einer t Zementklin ker werden 1,56 t Rohmaterial benötigt, somit 1,17 t Kalkstein und daraus ergeben sich ca. 0,5 t Kohlensäure, die in die Umwelt entlassen werden. Dieses Gas entspricht dem gleichen Kohlensäuregas, daß bei der fossilen Verbrennung entsteht und als Treibhausgas zur Erwärmung der Erdathmosphäre beiträgt.

Die überwiegend eingesetzten Rostkühler weisen einen weiteren entscheidenden Nachteil darin auf, daß das zu kühlende Material eine ungleichmäßige Schicht- und Korngrößen verteilung über dem Rost aufweist. Dadurch durchströmt die Kühlluft, nach dem Gesetz des geringsten Widerstandes, an Stellen mit geringerer Schüttung oder grobkörnigem Ma terial insbesondere aber in den Randzonen das Materialbett, sodaß sich ungleichmäßige kalte und heiße Zonen bilden. Diese ungleichmäßige Abkühlung kann zu Qualitätsminde rungen führen, bewirkt aber insbesondere, daß sich wenig hochtemperierte Abluft von nur maximal ca. 900°C als recycelbare Energie in der Sekundarluft der Verbrennung bildet, dagegen aber sehr viel niedertemperierte Abluft von 300 bis 500°C, die vielfach nicht weiter verwertet werden kann und verlorengeht, aber in jedem Fall ein großes zu transpor tierendes Volumen darstellt.

Ein weiterer negativer Aspekt der eingesetzten Rostkühler sind die heißen Zonen, denn an diesen Stellen mit einem großem Materialwiderstand, fehlt der kühlende Effekt der Kühl luft auch für die metallischen Roste; sodaß diese, um Schäden durch Verglühen oder Verspröden zu verhindern bzw. hinauszuzögern, aus besonders hochtemperaturbeständi gen und somit kostenintensiven Legierungen gefertigt oder in einem Rohrsystem wasser gekühlt werden müssen.

Dem eigentlichen Brenn- oder Sinterprozess ab ca. 1280 bis 1450°C geht die Trocknung des anhaftenden bzw. Austreibung des chemisch gebundenen Wassers bei 100 bis ca. 450°C voraus, dem ab ca. 700 bis 1000°C die Calzinierung folgt. Während Trocknung, Austreibung des chemisch gebundenen Wassers und Calzinieren ein stark endothermer Prozess ist, mit einem theoretischen Bedarf von ca. 510 kcal/kg (2140 kJ) Klinker, findet im Sintertemperaturbereich (1280 bis 1450°C) eine exotherme Reaktion bei der Klinkermi neralbildung mit einem Gewinn von ca. 110 kcal/kg (460 kJ) Klinker statt.

Somit ergibt sich ein theoretischer Wärmebedarf bei der Zementklinkerherstellung von ca. 420 kcal/kg (1760 kJ), dem die praktischen Verbrauchswerte weltweit von bestenfalls ca. 720 bis 1800 kcal/kg (3017 bis 7540 kJ) Zementklinker gegenüberstehen.

Eine thermische Behandlung von festen Stoffen, die auch eine Verbrennung, Vergasung oder Verschwelung zum Zweck der Gewinnung von Heiß- oder Brenngasen für beispiels weise eine Dampferzeugung beinhaltet, wird auf Brennrostsystemen, in einem langsam drehenden Drehrohofen, in einer Wirbelschicht sowie durch offene Verbrennung des fein zerkleinerten Stoffes durchgeführt.

Bei den Brennrostsystemen sind die Probleme und Nachteile gleich oder ähnlich denen, der bereits beschriebenen Rostkühler, insbesondere wird durch den unkontrollierten Frischluftzutritt in die Verbrennung bzw. Heißgaszone, eine nur relativ niedrige Flammen- bzw. Abgastemperatur erzielt, sodaß sich neben einer schlechten Umsetzung der potenti ell im Stoff befindlichen Energie unter anderem auch schädliche Stickoxzyde bilden kön nen bzw. vergaste Inhaltstoffe nicht verbrennen und in aufwendigen Filteranlagen aus dem Abgas entfernt werden müssen, und da dies zu 100% nicht möglich ist, in die Umwelt gelangen.

Eine Verbrennung von festen Stoffen auf einem Rost erweist sich auch dadurch schwierig, wenn große Stücke mit entsprechend kleinen Oberflächen nur langsam von außen nach innen durchbrennen und eine Aschen- oder oxidierte Schicht entwickeln, durch die ein Gasaustausch und somit die Verbrennung anhand der geringen Oberfläche verzögert wird.

In einem Drehrohrofen findet eine relativ verbesserte Bewegung der Stoffe statt, die aber nur partiell verbesserte Bedingungen für die zu behandelnden Stoffe bzw. Verbrennung bringt und eine direkte Ausnutzung der Strahlungswärme einer Flamme ausschließt.

Bei der Wirbelschicht und Verbrennung in offener Flamme müssen die zu verbrennenden Stoffe teilweise kostenintensiv feinkörnig zerkleinert werden.

In allen Fällen ist die Ausbeute an hochtemperierten Brenngasen und damit der Wir kungsgrad und die Schadstoffvermeidung nicht optimiert auch unter dem Aspekt, daß al le vier aufgeführten Verbrennungsverfahren die Restwärme aus den Verbrennungsrück standen nicht oder nur in einem geringen Umpfang zurückgewinnen können.

Ein weiterer Nachteil der bestehenden Verbrennungs- bzw. Kraftwerksanlagen liegt ähn lich wie bei der Zementindustrie in der Größe der Anlagen und der damit verbundenen Wirtschaftlichkeit sowie in einer Reihe weiterer Punkte wie einer eingeschränkten Nutz barmachung der Abwärme für eine Trocknung und Vorwärmung der zu verbrennenden Stoffe.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens zur thermischen Behandlung und Verbrennung von festen Stoffen in einem Ofen mit integrierter Kühlung zu entwickeln.

Ziel der Erfindung ist dabei in Bezug auf eine herkömmliche Zementklinkerbrennanlage ein reduzierter Bedarf an Brennstoff und elektrischer Energie um ca. 30% sowie eine Ver kleinerung des Anlagenvolumens auf ca. 30%, sodaß wirtschaftlichere, umweltfreundli chere, kleinere und unauffälligerere leicht zu überwachende Anlagen entwickelt, gebaut und betrieben werden können.

Ziel der Erfindung ist weiterhin, daß durch die sich einstellenden geringeren Investitions- und Betriebskosten, einer vereinfachten Steuer- und Regeltechnik, Betriebsführung und Wartung und einem gleichmäßigen, hochqualitativen Brennprodukt neben großen auch kleine und kleinste, vollautomatisch arbeitende, aber auch in Bezug auf einen Einsatz in Entwicklungsländern und wenig erschlossenen Regionen einfache, robuste Anlagen ge baut und betrieben werden können.

Ziel der Erfindung ist weiterhin die Entwicklung eines Verfahren mit einem verbesserten Wirkungsgrad beim beispielsweise Kalksteinbrennen oder bei einer thermische Be handlung von Erzen.

Ziel der Erfindung ist weiterhin die Entwicklung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Verbrennung von Stoffen, beispielsweise nachwachsender oder deren Abfälle aus dem Agrarbereich und der Holzwirtschaft, aber auch Müll sowie fester stückiger, fossiler Brennstoffe zur Gewinnung von Wärme für beispielsweise eine Dampf- bzw Energieerzeu gung durch offenen Brand oder in einer reduzierenden Athmosphäre zur Gewinnung von Schwelgasen mit einem verbesserten Wirkungsgrad durch einen gesteuerten und beein flußbaren Prozess und einer Rückgewinnung der Restwärme aus den Verbren nungsrückständen.

Ziel der Erfindung ist dabei durch eine höhere Abgas- und insbesondere Flammentem peratur die Entwicklungen von schädlichen Verbindungen wie Stickoxzyden zu verhindern bzw. zu verringern, und vergaste toxische oder organische Inhaltstoffe besser zu ver brennen.

Die Erfindung beinhaltet weiterhin das Ziel, die Voraussetzung zu schaffen, kleine auch mobile Kraftwerke zu entwickeln, die beispielsweise in Regionen mit einer intensiven Forst- und Landwirtschaft und an Stellen, an denen große Mengen brennbarer Stoffe als Abfall anfallen zur Energieerzeugung einzusetzen.

Ziel der Erfindung ist weiterhin die Möglichkeit zu schaffen, die Brennabfälle durch eine höhere Brenntemperatur zu schmelzen, um schädliche Schwermetalle zu unschädlichen Stoffen zu mineralisieren und diesen Vorgang durch ein weiteres Verfahren zu forcieren, um Baumaterial zu produzieren sowie mineralische Stoffe zu schmelzen bzw. mit Schad stoffen kontaminierte Materialien zu neutralisieren.

Ziel der Erfindung ist weiterhin die Entwicklung eines Verfahrens zu einer verbesserten und direkt mit der heißthermischen Behandlungsvorrichtung integrierten oder nachge schalteten Kühlung von Brenngut und Reststoffen sowie Rückgewinnung der Restwärme mit einem höheren Wirkungsgrad und einer technisch weniger aufwendigeren und insbe sondere robusteren Vorrichtung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens zur thermischen Behandlung und Verbrennung von festen Stof fen in einem Ofen mit integrierter Kühlung aufzuzeigen.

Die Lösung der Aufgabe liegt in einer Vielzahl von erfinderischen, grundsätzlichen ver fahrenstechnischen Schritten, die in entsprechenden gleichermaßen erfinderische Vor richtungen umgesetzt werden.

Um die einzelnen Prozessschritte zeitlich abzukürzen und kontrolliert zu steuern, ist der Wärmeübergang von den Energie- und Kühlträgern in das thermisch zu behandelnde Ma terial zu intensivieren. Dieser Schritt führt automatisch zu einer Verkleinerung der gesam ten Vorrichtung, mit verkürzten Wegen und fließenden Übergangen der einzelnen Pro zessstufen, einem verbesserten thermischen Wirkungsgrad, der noch verstärkt wird durch Verringerung bzw. Verhinderung von Falschlufteintritt, Wärmeabstrahlung und Druck verlusten bei gleichzeitig reduziertem Bedarf an Maschinen- und Antriebselementen. Die schnellste und intensivste thermische Behandlung erfolgt bei Stoffen mit einer großen Oberfläche also in einer pulverförmigen bis feinkörnigen Form, die sich in der Schwebe befindet, mittels einem gasförmigen Medium.

Ein feinkörniges Material in Ablauf und Zeit kontrolliert in der Schwebe zu halten, kann nur entsprechend dem erfinderischen Gedanken mit Hilfe der Zentrifugalkraft in einem im kritischen Drehzahlbereich drehenden zylindrischen Gefäß erzielt werden.

Material, daß sich in einem entsprechend bewegten Drehrohr befindet, wird bis in den Zenit angehoben und fällt dann unter dem Einfluß der Schwerkraft in einem ballistischen Bogen wieder ab. Dadurch ergibt sich ein Materialschleier, durch den nunmehr das gas förmige heiße oder kalte Medium gesaugt oder gedrückt wird. Es entsteht ein inniger Kon takt zwischen Gas und Material und hohe Temperaturdifferenzen werden bereits in Bruchteilen einer Sekunde egalisiert. Messungen haben ergeben, daß die Erwärmung ei nes Materialteilchens von 0 auf 750°C in ca. 0,1 sec stattfindet.

Eine kritische Drehgeschwindigkeit verlangt Drehzahlen je nach Durchmesser des Zylin ders von 20-40 Upm, sodaß sich das Material ständig in Bewegung und ca. halbzeitlich im freien Fall befindet. Durch den einstellbaren Neigungswinkel des Drehrohres von ca. 0-6° kann die Verweildauer des Materials von Stillstand bis Durchmarsch vorgegeben werden.

Zur Vermeidung von Materialfreiräumen im Drehrohrinnenraum, die automatisch entste hen, wenn das Material nur gleichmäßig aus dem Zenit abfällt, wird erfinderisch die inne re Wandung des Drehrohres mit einem wellenförmigen dem zu behandelnden Stoff spe zifisch anzupassenden individuellen Profil (Fig. 3, 19 und Fig. 2, Schnitt A-A, 19) verse hen, so daß sich unterschiedliche Bedingungen und Durchmesser und dadurch differen tierte Wurfbögen (Fig. 3. 19a) ergeben. Auf diese Weise wird der gesamte Querschnitt des Rohres mit einem Materialschleier beschickt, und unerwünschte Gasströmungen ohne Materialkontakt verhindert.

Die Zentrifugalkraft laßt sich nach der Formel "m (v²/r)" berechnen, und daraus geht hervor, daß die Masse "m", also das spezifische bzw. Schüttgewicht des Materials, der entscheidende Faktor ist und der Radius "r" sowie die Drehgeschwindigkeit "V" darauf abgestimmt werden müssen. Das spez. Gewicht des aufgegebenen Materiales ändert sich während der thermischen Behandlung durch die Entwässerung, Calzination und Sin terung und dementsprechend sind Drehzahl und Innendurchmesser der einzelnen Ab schnitte anzupassen. Insbesondere in der Sinterung ist in Abhängigkeit vom Aufgabe material in der Eingangszone ein anderer Durchmesser zu wählen als im Bereich der Sinterung und in der Kühlzone.

Somit liegt die Lösung der Aufgabe in der Hauptsache in dem erfinderischen, verfah renstechnischen Schritt, die thermische Behandlung und Verbrennung von festen Stof fen in einem Ofen mit integrierter Kühlung durchzuführen, der aus einem oder mehre ren miteinander verbundenen Zentrifugalreaktoren besteht, deren innere Wandungen mit einem wellenförmigen, geometrischem Profil versehen, und deren Drehzahl und Neigung stufenlos verstellbar sind.

Calzinieren ist ein endothermer Prozess, der bezogen auf einen Kalkstein (CaCO₃) mit ca. 44% Anteilen CO₂ und 56% CaO, einen theoretischen Bedarf an Energie von ca. 520 kcal/kg Zementklinker bei einer Temperatur um 900-1000°C unter einem athmo sphärischen Druck von 1013 mbar für den Entsäurungsvorgang benötigt.

Wird der Partialdruck während der Calzination durch ein Vakuum auf ca. 20 mbar redu ziert, findet eine Calzinierung anhand der Dissoziationsgleichgewichte, bereits bei ca. 650°C statt, sodaß sich gleichermaßen der Wärmebedarf für das Entsäuern des Kalkstei nes um ca. 30% senken läßt.

Bezogen auf Zementrohmaterial mit einem mittleren Gehalt an Calciumcarbonat von 75% und einem theoretischen Bedarf an Wärme für die Klinkerbildung von 420 kcal/kg, erge ben sich neue theoretische Wärmebedarfswerte von ca. 300 kcal/kg Klinker entsprechend einem Minderbedarf an Energie bei der Zementklinkerherstellung von ca. 120 kcal/kg Klin ker (500 bis 630 kJ/) entsprechend ca. 16%.

Endotherme Prozesse sind auch die bereits bei 100°C beginnende Abgabe des adsor bierten und chemisch gebundenen Wassers der Tonmineralien in dem Rohmaterial bzw. der Rohmischung.

Die bei der Entsäurung des Rohmateriales freiwerdenden ca. 0,5 t Kohlensäuregase (CO²) je t Zementklinker sind als Treibhausgas anzusehen, und sollten nicht in die Umwelt ent lassen werden, sondern separiert aufgefangen und kontrolliert entsorgt oder weiterverwen det werden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist deshalb vorgesehen, zur Energieeinsparung und Be schleunigung des Prozesses sowie einer kontrollierten Entsorgung der Kohlensäure oder anderer Bestandteile, die thermische Behandlung des Zementrohmateriales sowie ande rer Stoffe während der endothermen Phase in einem Vakuum durchzuführen.

Unabhängig davon kann, um den Aufwand eines speziellen Vakuumcalzinators zu vermei den, auf diesen verzichtet werden, und die Vorwärmung, Calzination und Sinterung so wie Kühlung des Brenngutes im Brenngutkühler in einem einzigen bzw. drei Teilreaktoren durchgeführt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein feinkörniger Zementklinker (0 bis 5 mm) erzeugt, um anhand der wesentlich vergrößerten Oberfläche eine entsprechend forcierte Kühlung bzw. Abgabe an hochwertiger Wärme an das Kühlmedium in einem Zentrifugal- Kühlreaktor zu erzielen. Der forcierte Wärmetransfer hat zu Folge, daß weniger Kühlluft benötigt wird, wodurch die Temperatur der Kühlerabluft um einige 100°C ansteigt.

Der Wärmeinhalt der Kühlluft aber erhöht sich um ca. 30 kcal/kg Klinker (126 kJ)/ 100°C Temperaturerhöhung.

Dieses Kühlverfahren verbessert den gesamten thermischen Wirkungsgrad der Ofenanla ge und führt weiterhin zu kleineren Anlagenbauteilen, welche wiederum unter anderen Vorteilen weniger Wärmeverluste ergeben.

Mit der forcierten Abkühlung des feinkörnigen Klinkers wird weiterhin das geforderte schnelle Einfrieren durch kristallisieren der in der Sinterung erfolgten Mineralbildung er zielt, welches zu höheren Zementqualitäten und einer leichteren Vermahlung zu Zement führt. Weitere positive Synergieeffekte ergeben sich durch den Wegfall eines in der Regel aufwendigen, separaten Kühlers, eine Vereinfachung des Fertigguttransportes und der Lagerung.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, mittels Spiegel und optischer Vorrichtungen gewonnene Sonnenenergie für den Brennprozess in einem Zentrifugal- Sinterreaktor einzusetzen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß durch die sich mittels der Zentrifugalreaktotechnologie einstellenden geringeren Investitions- und Betriebskosten, einer vereinfachten Steuer- und Regeltechnik, Betriebsführung und Wartung und einem gleichmäßigen hochqualitativen Brennprodukt neben großen auch kleine und kleinste so wie automatisch gesteuerte Zementklinkerbrennanlagen gebaut und wirtschaftlich betrie ben werden können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die thermische Aufbereitung von Mineralien beispielsweise Kalkstein beim Kalksteinbrennen oder von Erzen in Zen trifugal-Reaktoren und falls sinnvoll unter Einsatz eines Vakuumreaktors durchgeführt wird, dergestalt, daß das Rohmaterial vor dem Prozess vermahlen wird und nicht wie übli cherweise danach, um die Erwärmung und Kühlung anhand der durch Feinkörnigkeit vergrößerten Oberfläche vereinfacht, schneller und wirtschaftlicher durchzuführen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, mittels Einsatz der Zentrifugal- Reaktoren einen verbesserten Wirkungsgrad durch erhöhte Flammen- und Abgastempe raturen bei der Verbrennung von Stoffen, beispielsweise nachwachsender bzw. deren Abfälle aus dem Agrarbereich, der Holzwirtschaft, aber auch Müll sowie fossilen, fester Brennstoffe zur Gewinnung von Wärme für eine Dampferzeugung durch offenen Brand oder in einer reduzierenden Athmosphäre zur Gewinnung von Schwelgasen zu erzielen, da mittels der ständig in freiem Fall befindlichem Stoffe eine vertikale Wirbelschicht er zeugt wird mit einer hohen Reaktionsoberfläche, der nur noch die wirklich benötigte Ver brennungsluft zugeführt werden muß.

Die Verwirbelung führt zu einem starken Auflockern, Zerkleinern und Abstreifen von Asche und Oxydationsschichten der zu verbrennenden Stoffe und dadurch zu einem we sentlich intensiveren Kontakt mit dem Sauerstoff der Verbrennungsluft und einer be schleunigten Oxidation also einem Brennvorgang. Durch diese Art der Verwirbelung wird es auch möglich, feinkörnige Stoffe wie beispielsweise Sägemehl oder Schalen offen zu verbrennen.

Ähnlich wie bei der Herstellung von Zementklinker kann in drei Stufen vorgegangen wer den, indem mittels Restwärme aus dem Kühler bzw. auch Teilströme aus den Abgasen die Stoffe im Vorwärm-Reaktor getrocknet, in einem Vakuumreaktor verschwelt, und der nunmehr kohlenstoffreiche Gruß oder Koks in dem Zentrifugal-Brennreaktor bei Ent wicklung hoher Temperaturen verbrannt wird. Die durch Verschwelung im Vakuumreaktor gewonnenen Gase können der Verbrennung wieder zugeführt werden oder in beispiels weise in Gasmotoren verstromt werden.

Mit diesem Verfahren kann auch Gruß oder Koks für eine andere Verwendung beispiels weise Filtermaterial gezielt hergestellt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, mittels der sich einstellenden we sentlich höheren Abgas- und insbesondere Flammentemperatur die Entwicklungen von schädlichen Verbindungen wie Stickoxzyden zu verhindern bzw. zu verringern und verga ste toxische oder organische Inhaltstoffe stärker zu verbrennen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, mittels der erzielbaren höheren Verbrennungstemperaturen, diese durch geeignete Maßnahmen wie beispielsweise einer Zugabe von Sauerstoff derartig zu erhöhen, daß die mit toxischen Bestandteilen kontami nierten Stoffe neutralisiert oder verbrannt werden können sowie eine Einbindung von bei spielsweise Schwermetallen in den Schlacken für die Umwelt unschädlich stattfinden kann.

Ziel der Erfindung ist weiterhin, daß die Aschen und Restbestände einer Verbrennung bzw. mineralische Stoffe wie beispielsweise Erze anhand der höheren Brenntemperaturen geschmolzen und/oder zu unschädlichen Stoffen mineralisiert werden.

Durch das Einblasen von Zementrohmehl kann dieser Vorgang intensiviert werden, sodaß der Anteil an schädlichen Emmissionen weiter verringert wird und gleichzeitig beispielswei se ein Baustoff produziert wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die Zentrifugal-Reaktortechnologie in einem Zentrifugal-Brennreaktor zur Dampferzeugung in einem Dampfkraftwerk anzu wenden, indem die Reaktorwandungen aus einem Dampfrohrsystem wie beispielsweise in Fig. 4, 32 dargestellt, bestehen, und der gesamte Reaktor korbartig konzipiert und mit ei nem ganz oder teilweise geschlossenen Ausgang versehen ist.

Die offen oder verdeckten Dampfrohre sind dabei zu wellenförmigen, geometrischen Profil Paketen gebündelt, um die bereits beschriebene Stoffverteilung (Fig. 3) im mit kritischer Drehzahl gedrehten Reaktor zu erzielen. Das Rohrsystem verwertet in besonderem Maße die Strahlungstemperatur aus der Verbrennung und ist dabei durchlässig für die Abgase von innen nach außen und gegebenenfalls für zusätzliche Verbrennungsluft beispielswei se aus dem Kühler von außen nach innen. Auch können sich Kombinationen von korbarti gen und geschlossenen Reaktorwänden ergeben. Die Aschen und Schlacken können in einem Kühlreaktor gekühlt und danach entsorgt werden.

Die heißen Abgase können gleichermaßen durch das Rohrsystem beispielhaft in den ober halb des Reaktors plazierten Dampferzeuger oder aber zum Ende des Rohres gesaugt oder geleitet werden.

Im Gegensatz zu dem in Fig. 1, 17 gezeigten Sinterreaktor kann die Verbrennungsluft parallel zur Aufgabe der zu verbrennenden Stoffe zugeführt werden.

Bei dieser Art von Brennreaktor ergeben sich diverse Konstruktionsmöglichkeiten einer weiterführenden Frischlutfführung unter Ausnutzung der Restwärme in den Aschen und Schlacken und der Integration in die gesamte Dampferzeugungsanlage. Auch können bei einer unzureichenden Versorgung des Verbrennungsvorganges mit Sauerstoff beispiels weise im Zentrum des Reaktors wie in Fig. 4, 36a dargestellt eine verlängerte Versor gungsleitung für Verbrennungsluft mit mehreren Ausströmöffnungen vorgesehen werden. Auf diese Weise können Verpuffungen und eine Entwicklung von beispielsweise Kohlen monoxyd verhindert werden, gleichzeitig aber der Brennvorgang beschleunigt und die Temperatur erhöht werden.

Diese Art Brennreaktor zeichnet sich durch eine einfache Konstruktion aus, mit der Opti on, jegliche brennbaren auch feinkörnigen, leichten, schalenartigen Stoffe zu verbrennen, die weiterhin mittels hoher Flammentemperatur die Entwicklung von Schadstoffen ver meidet, eine hohe Energieausbeute somit hohen Wirkungsgrad aufweist, und sich ins besondere auch für kleine und mobile Kraftanlagen in beispielsweise holzreichen Regionen und Entwicklungsländern eignet, die nachwachsende Pflanzen und Abfälle aus der Forst- und Landwirtschaft zur Verfügung haben.

Mittels dieser Zentrifugalreaktor Technologie kann somit auch für die gesuchten "Klei nen Zementproduktionsanlagen" wie in der DE 44 43 400 A1 (Herstellverfahren für Bau stoffe) beschrieben, mit einer modifizierten Vorrichtungen die benötigte elektische Ener gie aus einer Verstromung der Schwelgase produziert und durch die Verbrennung der Koks- und Grusrückstände aus der Verschwelung, die Sintertemperatur zum Brennen des Zementklinkers im Zentrifugal-Sinterreaktor erzielt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die Mäntel oder Rohrwandungen der Zentrifugalreaktoren mehrwandig auszuführen, um gezielt an bestimmten Stellen Frisch- oder Kühlluft zuzuführen oder Gase zu entnehmen bzw. auch als Wärmetauscher zu fungieren.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Reaktoren mit Teilstüc ken von kleineren Innendurchmessern als Beruhigungszone ausgestattet sind, die eine Unterbrechung der Zentrifugalverwirbelung der Stoffe bewirken, um nunmehr als Beruhi gungszone einen Niederschlag von durch die Gasbewegung mitgerissenen Stoffteilen zu erzielen. Diese beruhigten Zonen können erfindungsgemäß gasdurchlässige Mäntel ha ben, durch die ein Teil des Gases, im sogenannten Bypass, abgezogen werden, um bei spielsweise unerwünschte Anreicherungen bestimmter Bestandteile im Gas zu unterbinden.

In Erweiterung der Erfindung können diese Beruhigungszonen auch eigenständige immo bile geschlossene Räume verbunden mit einer Staubabförderanlage sein.

In Erweiterung der Erfindung können, um unterschiedlich achsiale Bewegungsgeschwin digkeit von großen Stoffenstücken zu verhindern, die Wandung der Innenmäntel neben einem wellenförmigen Profil zusätzlich mit einer stufigen Formgebung ausgestattet wer den, entsprechend von Sortierplatten in einer Kugelmühle.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung entsteht mittels Einsatz der Zentrifugalreaktoren technologie ein selbständiger Zentrifugal-Kühler mit einem verbesserten Wirkungsgrad durch eine beschleunigte bis auf Außentemperatur in mehreren Stufen durchzuführende Kühlung bei gleichzeitig optimierter Rückgewinnung von hochtemperierter Wärme, in ei ner maschinen- und steuerungstechnisch wenig aufwendigen, robusten Vorrichtung, die bei diversen thermischen Prozessen eingesetzt, und in bestehenden nachgerüstet wer den kann.

Die Erfindung eines Verfahrens und eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens zur thermischen Behandlung und Verbrennung von festen Stoffen in einem Ofen mit inte grierter Kühlung beruht auf folgenden Schritten.

Beschreibung des Verfahrens und der Vorrichtung Gesamtanlage (Fig. 1.)

Die einzelnen Schritte einer thermischen Behandlung von festen Stoffen am Beispiel einer Zementklinkerproduktion wird in einer einzigen kompakten Anlage durchgeführt. Der Temperaturtransfer zwischen Heißgasen bzw. Kühlluft und dem pulverförmigen bis klein stückigen Material findet mittels einer durch Zentrifugalkraft erzeugten Materialbewegung hauptsächlich in der Schwebe statt (Fig. 3). Die vier bekannten Verfahrenschritte einer Ze mentklinkerproduktion, bestehend aus der Vorwärmung, Calzination, Sinterung und Küh lung, werden in einer kompakten Verbundanlage mittels einem Zentrifugal-Vorwärmer 4, einem Zentrifugal-Calcinator 10, einem Zentrifugal-Sinterreaktor 17 und einem Zentri fugal-Brenngutkühler 21 mit fließenden bzw. geschlossenen Übergängen integriert. Bei allen Reaktoren mit Ausnahme des Vakuum-Calzinators ist der innere Mantel des Drehrohres mit einem wellenförmigen Profil (Fig. 2, Schnitt A-A, C-C, D-D, 19 und Fig. 3, 19a) ausgestattet.

Der Antrieb für die Rotation der Reaktoren wird durch einen Zentralantrieb 12 oder durch Einzelantriebe bzw. Kombinationen vorgenommen, wobei bei Bedarf einzelne Reaktoren auch gegenläufig angetrieben werden können. Die Einzelantriebe werden sich ergeben, wenn in Abhängigkeit von dem zu behandelnden Stoff, spezifische Reaktordurchmesser in den einzelnen Prozessphasen benötigt werden, die eine entsprechend Drehgeschwindig keit zur Erzielung der Zentrifugalkraft benötigen. Die Drehzahl und die Neigung der Reaktoren ist stufenlos verstellbar.

Zentrifugal-Vorwärmer (Fig. 1, 4)

Das thermisch zu behandelnde Aufgabegut 1 (Rohmehl) wird unter Ausnutzung der Rest wärme aus dem Calzinator 10 bzw. Brennvorgang im Sinterreaktor 17 und der Kühlerab luft aus dem Kühlreaktor 21 in einem Zentrifugal-Vorwärmer 4 auf ca. 400-600°C erhitzt.

Der Vorwärmer 4 wird durch die Aufgabe 1 mit Rohmaterial beschickt. Das Rohmaterial durchwandert den Reaktor 4, und wird über eine Sammelvorrichtung 7 und einer Rohr schnecke 5 mit Antrieb 6, die zur Vermeidung von Falschluft als konische Stopfschnecke ausgebildet ist, in den Vakuumcalzinator 10 transportiert.

Der Vorwärmer Innenmantel ist mit einem wellenförmigen geometrischen Profil 5 ausge stattet und durch eine Rollenstation mit Laufring 13 gelagert. (Fig. 2. Schnitt A-A) Der Antrieb erfolgt mittels Zentralantrieb 12.

Die Abgase aus dem Vorwärmer 4 werden durch einen Ventilator 3 abgezogen und kön nen weiter verwertet werden, beispielsweise in einer Rohmühle, die dem Vorwärmer di rekt vorgeschaltet und in der Gesamtanlage integriert sein kann.

Zentrifugal-Vakuumcalzinator (Fig. 1, 10)

Der Vakuumcalzinator 10 ist ein gasdichtes, implusionsfestes Gefäß mit mehreren Flam menrohren 11, ähnlich einem Abhitzekessel, dem Wärmetauscher Rohrsystems (Fig. 2, Schnitt B-B), durch daß die Abgase aus der Verbrennung im Sinterreaktor 17 und die Kühlerabluft aus dem Niedertemperaturkühler 21b gezogen werden.

Je nach Ausführung des Calzinators 10 und des Wärmetauscher Rohrsystems 11 kann Abgas und Kühlerabluft gemischt oder getrennt durch den Calzinator gefördert werden. Das vorgewärmte Rohmehl wird durch eine vakuumdichte Stopfschnecke 9 eingetragen und durch die Rotation und Neigung gleichmäßig verteilt und wandert Richtung Auslaß bzw. Sammelvorrichtung 15. Heiße mineralische Pulver oder Mehle haben eine sehr nied rige Viskosität und verhalten sich wie Wasser, sodaß eine gleichmäßige Verteilung und Bewegung gegeben ist.

Die Antiebswelle der Transportschnecke 5 ist als Saugrohr 7 ausgebildet und vorzugswei se mit einem Kühlkondensator mit nachgeschalteter Gasballastpumpe 8 versehen. Diese Vorrichtung entspricht einer Vakuumpumpe, erzeugt den Unterdruck im Calzinator 10 und saugt gleichzeitig die gasförmige Kohlensäure ab. In dem Kondensator können die ca. 400°C heißen Gase zum überwiegenden Teil für einen Wärmezweck zurückgewonnen werden, und die Balastpumpe arbeitet mit einem abgekühlten Medium.

Die Rohrschnecke 5 transportiert das in einer Sammelvorrichtung 15 aufgenommene, cal zinierte und auf 700-800°C erwärmte Material mittels einer Stopfschnecke 18, zur Vermeidung von Falschluft, in den Zentrifugal-Sinterreaktor 17.

Zentrifugal-Sinterreaktor (Fig. 1, 17)

Der Sinterreaktor 17 ist ein Drehrohr entsprechend dem Vorwärmer 4, (Fig. 2, Schnitt C- C). Das mittels Stopfschnecke 18 in den Sinterreaktor 17 transportierte, calzinierte und auf 700-750°C erwärmte Material, wird durch eine im Brenner 20 offenen Flamme er zeugten Strahlungs- und Gaswärme auf die Sintertemperatur von ca. 1360 bis 1450°C er hitzt. Ein oder mehrere Brenner 20 sollten eine breite Flamme erzeugen und im Reaktor achsial verschiebbar sein.

Die Zuführung des Brennstoffes und der Primär- bzw. Trägerluft erfolgt durch die Zufüh rungsleitung 23, die durch ein Panzerrohr 24 geschützt ist, welches wegen Materialanhaf tungen gegebenenfalls drehbar einzurichten ist.

Das sich durch die hohe Drehzahl ständig in Bewegung und ca. halbzeitlich im freien Fall befindliche Material, erfährt einen innigen Kontakt mit der Wärmequelle und erreicht in kurzer Zeit eine Wärmezufuhr. Ab einer Temperatur von ca. 1260°C beginnt die exother me Reaktion der Materialkomponenten, sodaß für die eigentliche Sinterung keine wesentli che Wärmezufuhr mehr benötigt wird. Die Reaktion, die zur Bildung der Klinkerminera lien führt, setzt sich autogen fort und und geht fließend in die gleichfalls intensive Kühlung über, friert diesen Zustand ein und bildet die gesuchte Kristallisation. Hier ergeben sich durch die erfinderische Gestaltung des Reaktors weitere Möglichkeiten, anhand von Bren nereinstellungen und insbesondere der aus dem Kühlreaktor 21 zurückgewonnenen und mittels Blende 38 steuerbaren Kühlluft- und damit Wärmemenge, Einfluß auf diverse Re aktionen in Zeit und Temperatur zu nehmen.

Die Agglomerierung der Rohmaterialkomponentenpartikel zu Klinker findet durch die wäh rend der ständigen Bewegungen gegebenen Kontakte und Stöße und dem Aufprall auf dem Reaktorboden quasi fliegend statt.

Die Klinkerbildung und insbesondere ihr Abschluß und die Klinkerpartikelgröße lassen sich durch diverse Verstellungen am Brenner 20, und mittels der Menge und Temperatur der Sekundärluft sowie durch die Neigung des Sinterreaktores steuern, sodaß der ge suchte feinkörnige Klinker produziert werden kann.

Als Kristallisationskerne bei der Klinkerbildung werden aus dem Klinkerkühler 21 eingetra gener Klinkerstaub Partikel (Saatklinker) dienen bzw. kann bei schwierigem Material im Einlaufbereich durch eine Gas- und Material durchlässige Trennwand eine Kammer ge bildet werden, in der beispielsweise temperaturbeständige Kugeln das Material durch die Schlagkraft teilweise bereits agglomeriert. Auch besteht die Möglichkeit drehende Prallbal ken im Sinterreaktor 17 einzurichten, auf denen es zu einer Agglomeration des zu sintern den Materiales kommt.

Der Rohrmantel des Sinterreaktors 17 ist an der Außenseite auf der dem Kühlerreaktor- und/oder Calcinatorseite mit Schaufelblättern 27 versehen, sodaß durch die hohe Dreh zahl des Reaktors die Wirkung eines Ventilators 27 entsteht. Mit dem Ventilator 27 wird die Kühlerabluft aus dem Niedertemperaturkühler 21b durch den Übergangsteil 26 ange saugt und über den Übergangsteil 16 zwischen Calzinator 10 und Sinterreaktor 17 in den Calzinator 10 gedrückt bzw. bereits vom Abgasventilator 3 angesaugt. Die Isolierhaube 28 bildet den Leitkanal für die Kühlerabluft 21c.

Die Kühlerabluft 21c wirkt gleichzeitig als Heißkühlung für den Sinterreaktoraußenmantel 17, sodaß einerseits eine Überhitzung des Mantels verhindert wird und weiterhin keine Wärme verlorengeht, sondern in der Kühlerabluft verbleibt.

Das in der Sinterung befindliche Material überwandert den Brenner 20 und gelangt ohne Übergang als Klinker in den direkt verbundenen Zentifugal-Brenngutkühler 21.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann durch eine besondere doppelwandige Vorrichtung des Klinkerkühler Mantels 21 kalte Frischluft direkt in die Phase der Klinker kühlung im Hochtemperatur Brenngutkühler eingebracht werden, um eine weitere individu elle Steuerung des Prozesses zu erzielen.

Zentrifugal-Brenngutkühler (Fig. 1, 21)

Der Zentifugal-Brenngutkühler 21 ist direkt mit dem Sinterreaktor 17 verbunden und un terteilt in den Hochtemperaturkühler 21a und den Niedertemperaturkühler 21b. Der Kühler ist gleichermaßen ein Zentrifugalkühler 19 (Fig. 2, Schnitt D-D) und wirkt wie der Sinterre aktor 17.

Im Hochtemperaturkühler 21a wird der aus dem Sinterreaktor 17 ca. 1450°C glühende, feinkörnige Klinker abgekühlt, sodaß die Flüssigmasse aushärtet und ein Verkleben weit gehend ausgeschlossen wird. Gleichzeitig entsteht eine ca. 1300°C hochwertige Sekundärluft.

Der auf ca. 800°C abgekühlte Klinker gelangt über das Übergangsteil 26 in den Nieder temperaturkühler 21b und wird von der von außen angesaugten oder eingeblasenen Kühlluft 22 bis auf eine geringe Restwärme abgekühlt und über 25 entlassen. Die im Nie dertemperaturkühler 21b gewonnene Kühlluft wird durch den am Mantel des Sinterreaktors 17 integrierten Ventilator 27 um den Reaktor herum in den Calzinator 10 transportiert.

Für den Fall, daß die zwei Kühlstufen nicht ausreichen, kann eine 3. Kühlerstufe vorgese hen werden, bei der die Restwärme (Schwachtemperatur) aus dem Kühlgut gewonnen wird, und beispielsweise durch eine besondere erweiterte Vorrichtung zur Erhöhung der Abkühlgeschwindigkeit im Hochtemperaturkühler 21a oder zu Trocknungsaufgaben im Zentrifugal-Vorwärmer (Fig. 1, 4) oder beispielsweise einer integrierten Rohvermahlung verwertet wird.

Isolierhaube und Leitkanal für Kühlerabluft (Fig. 1, 28)

Die Isolierhaube 28 ist eine selbsttragende Vorrichtung, in der Teile oder die gesamte Re aktoranlage rotiert, mit der Aufgabe, eine Wärmeabstrahlung, sowie Staub- und Geräu schemissionen zu verhindern. Die Haube 28 ist entsprechend isoliert und kann seitlich aufgeklappt (Fig. 2, Schnitt B-B 28, 28a und C-C, 28, 28a) oder verfahren werden, um Wartungsarbeiten durchzuführen oder um einzelne Reaktorteile insgesamt auszu tauschen.

Die Isolierhaube hat gleichzeitig die Funktion, zusammen mit dem Außenmantel des Sin terreaktors 17 den Leitkanal für die Kühlerabluft 21c zu bilden.

Am Fuß der Isolierhaube 28 befindet sich eine Klinkerstaubsammel- und förder vorrichtung 29 für im Leitkanal 28 abgesetzten Klinkerstaub 30.

Die Erfindungen werden im weiteren anhand vier Figuren näher erläutert

Fig. 1 Darstellung des gesamten Zentrifugal-Reaktors, für eine Zementklinkerproduktion

Fig. 2 Vier Schnittdarstellungen zu Fig. 1

Fig. 3 Schnittdarstellung eines Zentrifugal-Reaktorinnenraumes

Fig. 4 Zentrifugal-Brennreaktor in Korbform

Fig. 1 zeigt den gesamten Zentrifugal-Reaktor, wie er für eine Zementklinkerproduktion eingesetzt wird:
Die Rohmaterial bzw. Rohmehl Aufgabe 1 erfolgt über die Rohmaterialdurchlaßvorrichtung 2 in den Zentrifugal-Vorwärmreaktor 4 mit der wellenförmigen, inneren Reaktor-ausklei dung 19 und wird über die Sammelvorrichtung 15 und der Rohmaterialförderschnecke 5, die als Stopfschnecke ausgebildet ist, über den Rohmaterialeinlauf 9 in den Zentrifugal- Vakuumcalzinator 10 gefördert.

Durch den Zentrifugal-Vakuumcalzinator 10 mit dem Wärmetauscher Rohrsystem 11 werden die heißen Abgase aus dem Sinterreaktor 17 und die Kühlerabluft aus dem Nie dertemperaturkühler 21b durch den Ventilator 4 gesaugt. Mittels der Gasballastpumpe mit dem Kühlkondensator 8 wird über das Absaugrohr 7 in der Rohmaterialförderschnecke 5 das im Vakuum-Calzinator 10 erzeugte Kohlensäuregas abgesaugt. Das calzinierte Rohmehl gelangt über die Sammelvorrichtung 15 mittels der Stopfschnecke 5 und den Materialeinlauf 18 in den Zentrifugal-Sinterreaktor 17. Die Verbindung 16 zwischen dem Calzinator 10 und dem Sinterreaktor 17 ist gleichzeitig der Gasdurchlaß für die Kühlerab luft 21c aus dem Brenngutkühler 21.

Im Sinterreaktor 17 mit der wellenförmigen, inneren Reaktorauskleidung 19, wird durch ei ne Verbrennung im Brenner 20 die Sintertemperatur erzeugt. Brennstoff und Trägerluft werden über die Zuführung 23 mit dem Schutzrohr 24 herangeleitet. Das Brenngut über wandert den Brenner 20 und wird mittels der Kühlluft 22 im Zentrifugal-Brenngutkühler 21 abgekühlt, der aus zwei Abteilungen besteht.

Im Hochtemperatur Brenngutkühler 21a wird die Sekundärluft für die Verbrennung erzeugt und kann mittels der Sekundärluft Blende 31 mengenmäßig reguliert werden. Im Nieder temperatur Brenngutkühler 21c wird die Abkühlung fortgesetzt aber die Kühlerabluft über den Durchlaß im Übergangs- und Verbindungsteil 26 abgeleitet und mittels der am Sin terreaktor 17 integrierten Ventilatorflügel 27, die mit dem Sinterreaktor 17 einen Ventilator 27 bilden, abgesaugt und um den Reaktor herum in den Calzinator 10 gefördert. Der Ka nal für die Kühlerabluft 21c wird durch die Isolierhaube 28 gebildet. Das gekühlte Brenn gut verläßt den Brenngutkühler 21 über den Auslaß 25.

Der gesamte Zentrifugal-Reaktor 4, 10, 17, 21 wird durch einen Zentralantrieb 12 ange trieben und ist über drei Laufringe auf Laufrollenstationen 13 abgelagert.

Die Isolierhaube 28 mit der Vorrichtung zur Öffnung 28a ist mit einer Klinkerstaub 30 Transportvorrichtung 29 verbunden.

Fig. 2 zeigt Schnittdarstellungen zu dem unter Fig. 1 dargestellten Zentrifugalreaktor. Der Schnitt A-A stellt dar den Zentrifugal-Vorwärmreaktors 4 im Bereich der Rollen station 13. Der Reaktormantel 14 ist versehen mit der wellenförmigen, inneren Reaktor auskleidung 19. Im Zentrum des Reaktors verläuft das Rohr der Rohmaterialförder schnecke 5 mit dem Absaugrohr für Gase aus dem Vakuumcalzinator 10.

Der Schnitt B-B stellt dar den Zentrifugal-Vakkuumreaktor 10 im Bereich des Über gang- und Verbindungteiles zum Zentrifugal-Sinterreaktor 17. Der Reaktormantel 14 mit den Übergangs- und Verbindungsteilen 16 zum Sinterreaktor 17 umschließen das Vaku umcalzinator-Wärmetauscherrohrsystem. Im Zentrum befindet sich die Rohmaterialförder schnecke 5 mit der Sammel- und Aufgabevorrichtung 15 für das calzinierte Material sowie der Materialeinlauf in den Zentrifugal-Sinterreaktor 18. Der Vakuum-Reaktor 10 dreht sich innerhalb der Isolierhaube 28, die das Endstück des Leitkanales für die Niedertemperatur- Kühlerabluft 21c bildet. Die Isolierhaube 28 kann mittels der Vorrichtung zur Öffnung 28a für Montagezwecke geöffnet werden. Der mit der Kühlerabluft 21c mitgerissene Klinker staub 30 wird über Transportvorrichtung 29 abtransportiert.

Der Schnitt C-C stellt dar den Zentrifugal-Sinterreaktor 17 im Bereich des Übergan ges in den Zentrifugal-Brenngutkühler.

Der Reaktormantel 14 ist versehen mit der wellenförmigen, inneren Reaktorauskleidung 19. Der Rohrmantel 14 des Sinterreaktors 17 ist an der Außenseite mit Schaufelblättem 27 versehen, sodaß durch die hohe Drehzahl des Reaktors die Wirkung eines Ventilators 27 entsteht. Mit dem Ventilator 27 wird die Kühlerabluft aus dem Niedertemperaturkühler 21b angesaugt und in den Calzinator 10 gedrückt bzw. bereits vom Abgasventilator 3 angesaugt. Die Schaufelblätter 27 sind verbunden mit dem Übergangs und Verbindungs teiles 26 zum Niedertemperatur Brenngutkühler 21b und Durchlaß für die Niedertempera tur Kühlerabluft 21c. Die Isolierhaube 28 bildet den Leitkanal für die Kühlerabluft 21c und ist mit einer Vorrichtung zur Öffnung 28a für Montagearbeiten versehen.

Der Schnitt D-D stellt dar den Zentrifugal-Brenngutkühler 21 im Niedertemperatur- Brenngutkühler 21b im Bereich der Rollenstation 13. Der Reaktormantel 14 ist versehen mit der wellenförmigen, inneren Reaktorauskleidung 19. Im Zentrum des Reaktors verläuft das Schutzrohr 24 für die Versorgung des Brenners 20 mit Brennstoff und Träger luft 23.

Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung eines Zentrifugal-Reaktorinnenraumes. Der Reak tor Mantel 14 ist innen mit wellenförmigen, ungleichmäßigen, geometrischen Profilen 19 ausgestattet, die die zu behandelnden Stoffe in unterschiedlichen Wurfbögen 19a abfal len lassen und dadurch einen Materialschleier bilden und die Stoffe fast halbzeitlich in der Schwebe halten.

Fig. 4 zeigt die Darstellung eines Zentrifugal-Brennreaktor in Korbform 32.

Die Brennstoffaufgabe 33 erfolgt über die Brennstoffförderschnecke 34 und den Brennstof feinlauf 35 in den Brennreaktorkorb gebildet aus Dampfröhren 37. Die Dampfröhren 37 mit dem Endkrümmer 47 werden versorgt mit Speisewasser, das über den Speisewasservor lauf 39 und den Heißwasser Rücklauf 40 gepumpt wird. Im Brennreaktorbasisdrehteil 44 befindet sich die Drehdurchführung 46 für das Speisewasser und den Heißwasserrücklauf, die verbunden ist mit der Versorgungsleitung 45.

Im Brenner 36 wird die Verbrennung gezündet und mit der Primärluft über die Verbren nungsluftzufuhr 38 und gegebenenfalls mit Temperaturverstärker oder Schlackebildner versorgt. Die Zweitbrenner Primärluft Ausströmöffnung 36a versorgt den inneren Brenn raum gegebenenfalls mit Verbrennungsluft.

Die Verbrennung kann durch Sekundärverbrennungsluft 41 beispielsweise aus einem Schlackenkühler unterstützt werden. Das Heißgas bzw. Abgas 43 verlässt den Brenner korb 37 zur Ausgangsöffnung oder durch den Brennerkorb aus Dampfröhren 37. Gleicher maßen werden die Brennrückstände Asche und Schlacke 42 aus dem Brennerkorb 37 entsorgt.

Bezugszeichenliste

1

Rohmaterial Aufgabe

2

Rohmaterialaufgabedurchlaß

3

Abgasventilator

4

Zentrifugal-Vorwärmreaktor

5

Rohmaterial Förderschnecke, Beschickung und Entleeren des Vakuumcalzinators

10

6

Antrieb für Förderschnecke

5

7

Absaugrohr für Gase aus Vakuumcalzinator

10

8

Kühlkondensator und Gasballastpumpe

9

Rohmaterialeinlauf in Vakuumcalzinator

10

Zentrifugal-Vakuumcalzinator

11

Vakuumcalzinator-Wärmetauscherrohrsystem

12

Laufrolle und Antrieb für gesamten Reaktor

13

Laufring mit Rollenstation

14

Reaktor Mantel

15

Sammel- und Aufgabevorrichtung für Material in Förderschnecke

5

16

Übergangs- und Verbindungsteil vom Calzinierreaktor

10

zum Sinter reaktor

17

sowie Gaseinlaß der Kühlerabluft

21

c

17

Zentrifugal-Sinterreaktor

18

Materialeinlauf in Sinterreaktor mittels Stopfschnecke

19

Wellenförmige, innere Reaktorauskleidung

19

aMaterial Wurfbogen

20

Brenner

21

Zentrifugal-Brenngutkühler

21

aHochtemperatur Brenngutkühler

21

bNiedertemperatur Brenngutkühler

21

cNiedertemperatur Kühlerabluft

22

Kühllufteintritt für Brenngutkühler

21

23

Zuführung für Brennstoff und Trägerluft für Brenner

20

24

Schutzrohr für Zuführung

23

25

Austritt Fertiggut aus Zentrifugal-Brenngutkühler

26

Übergangs- und Verbindungsteil Sinterreaktor

17

zum Brenngutkühler sowie Durchlaß für Niedertemperatur Kühlerabluft

21

c

27

Am Sinterreaktor

17

integrierte Ventilatorflügel zum Niedertemperatur kühler-Ablufttransport

21

c

28

Isolierhaube und Leitkanal für Kühlerabluft aus Niedertemperatur Kühler

28

aVorrichtung zur Öffnung der Isolierhaube

29

Transportvorrichtung für Klinkerstaub

30

Klinkerstaub

31

dSekundärluft Blende

32

Zentrifugal-Brennreaktor in Korbform

33

Brennstoffaufgabe

34

Brennstoffförderschnecke

35

Brennstoffeinlauf

36

Hauptbrenner-Primärluft

36

aZweitbrenner-Primärluft Ausströmöffnung

37

Brennerkorb aus Dampfröhren

38

Verbrennungsluftzufuhr

39

Speisewasservorlauf

40

Heißwasser Rücklauf

41

Sekundärverbrennungsluft

42

Asche-Schlacke

43

Abgas-Heißgas

44

Brennreaktor Basisdrehteil

45

Versorgungsleitung

46

Drehdurchführung für Speisewasser/Rücklauf

47

Dampfrohrendkrümmer

Claims

1. Verfahren zur thermischen Behandlung von festen Stoffen dadurch gekennzeichnet daß die thermische Behandlung in einem oder mehreren miteinander verbundenen mit kritischer Drehzahl angetriebenen Drehrohren (Zentrifugal-Reaktoren 4, 10, 17, 21) unterschiedlicher Aufgabenstellung durchgeführt wird, deren innere Wandungen mit einem wellenförmigen, geometrischen Profil (19) versehen sind, und die in der Drehzahl und Neigung stufenlos verstellbar sind, und daß die Reaktoren derartig mit einander verbunden sind, daß sich verlustlose kurze Material- und Gaswege erge ben, sodaß gleichzeitig eine Erwärmung oder Kühlung von Reaktorteilen stattfindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Behandlung der zu behandelnden Stoffe während der endo thermen Phase in einem Vakuum-Reaktor (10) durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver- und Endsorgung der Reaktoren mit den zu behandelden Stoffen mittels einer Transportschnecke (5) vorgenommen wird, die im Vakuumbereich als Stopfschnecke (9, 18) ausgebildet ist, und daß die während der endothermen Phase freiwerdenden Gase mittels des zum Rohr erweiterten Antriebsrohres (7) der Schnecke (5) mittels Gaspumpe (8) abgesaugt werden.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3 dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifugal-Reaktoren in der Drehrichtung gleich- und gegenläufig ange trieben werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Isolierhaube (28) der Zentrifugalreaktoren und dem Drehrohr Gaska näle gebildet werden.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß mittels am Außenmantel der Reaktoren (14) angebrachter Ventilatorflügel (28) das Reaktordrehrohr die Funktion eines Ventilators ausübt.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung von aller Art Stoffen in jeglicher Korngröße, unsortiert und ge mischt in einem Zentrifugal-Brennreaktor (17) durchgeführt wird, und daß der Ver brennung Aufbereitungsprozesse wie Trocknung, Vorwärmung (4) und Schwe lung (15) vorausgehen.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung von Stoffen in einem geschlossenen Zentrifugal-Brennreak tor sowie in einem korbartigen, gasdurchlässigen Dampfrohrsystem (37) mit offe nen oder verdeckten zu wellenförmig, profilierten Rohrpaketen (19) gebündelten oder geformten Rohren sowie in Kombinationen durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß anhand höherer Flammentemperaturen in einem Zentrifugal-Brennreaktor die Entwicklungen von Stickoxzyden verhindert bzw. verringert wird und toxische oder organische Inhaltstoffe weitgehend verbrannt werden, und daß durch Zugabe von temperaturerhöhenden brennbaren oder oxidierenden Materialien oder Gasen die Verbrennungstemperatur weiter erhöht wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß zur thermischen Aufbereitung von Mineralien und ähnlicher Stoffe das Rohma terial vor dem Prozess feinkörnig zerkleinert wird.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Aschen und Restbestande einer Verbrennung bzw. mineralische oder toxisch kontaminierte Stoffe anhand der höheren Brenntemperaturen neutralisiert, geschmolzen und/oder zu unschädlichen Stoffen mineralisiert werden, und daß die Einbindung und Mineralisierung von Schadstoffen in die Schlacken aus der Verbrennung von Stoffen durch das Einblasen von Zementrohmehl oder ähnlicher Stoffe intensiviert wird.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-11 dadurch gekennzeichnet, daß ein entsprechend der Zentrifugalreaktorentechnologie selbständiger Zentrifugal- Brenngutkühler für kühlende Prozesse und zur Wärmerückführung eingesetzt und auch in bestehende Vorrichtungen nachgerüstet wird.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglomerierung der Rohmaterialkomponentenpartikel zu Zementklinker während der ständigen durch die Zentrifugalkraft erzeugten Turbulenzen und und den damit verbundenen Kontakt- und Pralleffekten fliegend sowie auf dem Re aktorboden stattfindet und durch Prallvorrichtungen unterstützt wird, und daß zur Gewinnung von Kristallisationskernen im Einlaufbereich des Zentrifugal-Sinterreak tors eine Kammer gebildet wird, in der temperaturbeständige Prallkörper das Mate rial durch die Schlagkraft teilweise bereits agglomerieren.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge und Temperatur der Verbrennungs- bzw. Trägerluft aus dem Brenn gutkühler in den Sinter-Reaktoren mittels einer verstellbaren Blende (31) kontrol liert wird.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Zentrifugalreaktor-Technologie der für die Zementproduktion benö tigte Zementklinker sowie die entsprechend notwendige Elektro- und Wärmeener gie aus einer thermischen Behandlung mit jeder Art und Mischung von nachwach senden und fossilen Energieträgern sowie anderen brennbaren Stoffen erzeugt wird.

16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Spiegel und optischer Vorrichtungen gewonnene Sonnenenergie für thermische Behandlungen von Stoffen in der Zentrifugal-Reaktortechnologie ein gesetzt wird.

17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Zentrifugal-Reaktortechnologie stationäre und mobile Wärmekraft anlagen mit jeder Art und Mischung von nachwachsenden und fossilen Energieträ gern sowie anderen brennbaren Stoffen betrieben werden.

18. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprü che 1-17 dadurch gekennzeichnet, daß die Mäntel oder Rohrwandungen der Zentrifugalreaktoren mehrwandig ausgeführt sind, um sie als Wärmetauscher zu benutzen und um gezielt an bestimmten Stellen Frisch- oder Kühlluft zuzuführen oder Gase abzuleiten.

19. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprü che 1-18 dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifugal-Reaktoren neben- und untereinander angeordnet sind.

20. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprü che 1-19 dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktoren wellenförmige, konische, verjüngende und erweiternde Außen wände oder Innenwände aufweisen, und daß die Reaktoren mit Teilstücken von klei neren Innendurchmessern und/oder mit immobilen geschlossenen Räumen als Beruhigungszone ausgestattet sind.

21. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprü che 1-20, dadurch gekennzeichnet, daß die wellenförmigen, geometrischen Profile der Reaktorinnenwände (19) ein entsprechend dem zu behandelndem Stoff individuelles Profil (40) aufweisen.

22. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprü che 1-21, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Zentrifugal-Kühlreaktor aus mehreren Kühlstufen mit entsprechen den Kühlerabluftkanälen bildet.

23. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprü che 1-22, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsleitung für die Verbrennungsluft in den Brenn-Reaktor hinein ragt und mehr als eine Ausströmöffnung 36a aufweist.