DE19843820A1

DE19843820A1 - Kalkbrennschachtofen

Info

Publication number: DE19843820A1
Application number: DE19843820A
Authority: DE
Inventors: Adolf Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-09-24
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2000-03-30

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines aus der DE-PS 1157133 in seinen Grundzügen an sich bekannten Schachtofens zum Brennen von Kalkstein bei Einsatz von Erdgas, Heizöl, Kohlestaub oder dgl. als Brennstoff (BS), wobei während der ersten Brennperiode die frische Verbrennungsluft (L¶P¶) in der Vorwärmzone (VZA) des einen Schachtes (A) im Gleichstrom auf ca. 700 bis 750 DEG C regenerativ erhitzt wird, dass am oberen Ende der Brennzone (BZA) des einen Schachtes (A) von dem Gesamtbedarf an Brennstoff (BSA) nur ca. 60 bis 70% unmittelbar in das Schüttgut geleitet werden, dass die Verbrennung in der Brennzone (BZA) des einen Schachtes (A) im Gleichstrom nahezu stöchiometrisch erfolgt, dass die Abgase der Brennzone (BZA) des einen Schachtes (A) mit ca. 900 DEG C in den Verbindungskanal (VK) eintreten, dass der restliche Brennstoff (BSK) von ca. 40 bis 30% in dem Böschungsgewölbe dem Schüttgut zugeleitet wird, um durch Verbrennung unter Mithilfe der Kühlluft (L¶K¶) die Abgastemperatur auf ca. 1250 DEG C zu erhöhen, eine Entsäuerung des Schüttgutes in der Brennzone (BZB) des anderen Schachtes (B) im Gegenstrom erfolgt, das Abgas das obere Ende der Brennzone (BZB) des anderen Schachtes (B) mit einer Temperatur von über 900 DEG C verläßt und die darüber liegende Vorwärmzone (VZB) des anderen Schachtes (B) durchströmt, worauf sich durch Umschalten in einer zweiten Brennperiode diese Vorgänge gegengleich wiederholen, indem der eine Schacht (A) zum Sekundärschacht und der ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens zum Brennen von Kalkstein bei Einsatz von Erdgas, Heizöl, Kohlestaub oder dgl. als Brennstoff. Der verwendete Schachtofen hat mindestens zwei senkrechte Schächte, von welchen jeweils mindestens ein anderer Schacht (Primärschacht) beheizt wird und mindestens ein Schacht (Sekundärschacht) dem Abzug der Abgase dient. Jeder Schacht bildet eine obere Vorwärmzone, eine mittlere Brennzone und eine untere Kühlzone. Am unteren Ende der Brennerzone sind die Schächte über einen horizontalen Verbindungskanal miteinander verbunden. Die Schächte werden von oben mit dem zu brennenden Kalkstein als Schüttgut beschickt und aus ihnen wird nach unten der Kalk ausgetragen. Während einer ersten Brennperiode wird der Vorwärmzone des einen Schachts von oben frische Verbrennungsluft zugeführt. Die Verbrennungsluft wird nach dem Durchströmen der Brennzone des einen Schachtes im Gleichstrom über den Verbindungskanal in den anderen Schacht und dort nach oben im Gegenstrom durch die Brennzone und die Vorwärmzone des anderen Schachtes nach außen geführt. Brennstoff wird am oberen Ende der Brennzone des einen Schachtes sowie im Bereich des Verbindungskanals in das Schüttgut eingeleitet. Kühlluft wird wenigstens in den einen der Schächte im Gegenstrom von unten der Kühlzone zugeführt und mit der Verbrennungsluft im Bereich des Verbindungskanals vereinigt. Durch Umschalten in eine zweite Brennperiode werden diese Vorgänge gegengleich wiederholt, indem der eine Schacht zum Sekundärschacht und der andere Schacht zum Primärschacht wird.

Eine derartige Betriebsweise ist z. B. aus der DE-PS 11 57 133 bekannt, wobei dem ersten Schacht nur so viel Primärluft zugeführt wird, dass der diesem Schacht aufgegebene Brennstoff zur Gänze erst mit der zugegebenen Sekundärluft im zweiten Schacht verbrennt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, als Alternative zum koksbeheizten Schachtofen ein Ofensystem zur Verfügung zu stellen, welches bei relativ niedrigem Brennstoffverbrauch ein prozessfähiges Ofenabgas produziert, dessen CO₂-Konzentration gegenüber herkömmlichen Betriebsweisen nennenswert erhöht ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Schachtofen der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass während der ersten Brennperiode die frische Verbrennungsluft in der Vorwärmzone des einen Schachtes im Gleichstrom auf ca. 700 bis 750°C regenerativ erhitzt wird, dass am oberen Ende der Brennzone des einen Schachtes von dem Gesamtbedarf an Brennstoff nur ca. 60 bis 70% unmittelbar in das Schüttgut geleitet werden, dass die Verbrennung in der Brennzone des einen Schachtes im Gleichstrom nahezu stöchiometrisch erfolgt, dass die Abgase der Brennzone des einen Schachtes mit ca. 900°C in den Verbindungskanal eintreten, dass der restliche Brennstoff von ca. 40 bis 30% in dem Böschungsgewölbe dem Schüttgut zugeleitet wird, um durch Verbrennung unter Mithilfe der Kühlluft die Abgastemperatur auf ca. 1250°C zu erhöhen, eine Entsäuerung des Schüttgutes in der Brennzone des anderen Schachtes im Gegenstrom erfolgt, das Abgas das obere Ende der Brennzone des anderen Schachtes mit einer Temperatur von über 900°C verläßt und die darüber liegende Vorwärmzone des anderen Schachtes durchströmt, worauf sich durch Umschalten in einer zweiten Brennperiode diese Vorgänge gegengleich wiederholen, indem der eine Schacht zum Sekundärschacht und der andere zum Primärschacht wird.

Auf diese Weise kann ohne Erhöhung des Brennstoffverbrauchs die CO₂-Konzentration im Abgas von bisher lediglich 22 bis 23 Vol.-% auf ca. 30 Vol.-% erhöht werden. Der Kern der Erfindung besteht dabei in der wärmetechnischen Änderung der Betriebs weise des Schachtofens.

Das Abgas des jeweiligen Sekundärschachtes kann erfindungs gemäß als Prozessgas unmittelbar einem Verbraucher, z. B. in der Zucker- und Sodaindustrie oder einem Hersteller von Präzipitaten, zugeleitet werden.

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Luftfaktor der frischen Verbrennungsluft im Bereich der Zuführung des jeweiligen Brennstoffanteils oberhalb der Brennzone bei n = 1 liegt.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Betriebsweise kann ferner erreicht werden, dass der Luftfaktor des in die Vorwärmzone des jeweiligen anderen Schachtes eintretenden Abgases bei lediglich n = 1,3 bis 1,4 liegt, d. h. gegenüber bekannten Werten von mindestens 1,8 wesentlich gesenkt werden kann.

Auch der Kühlzone kann bei Bedarf ein Brennstoffanteil derart zugeführt werden, dass im Übergangsbereich von Brennzone zu Kühlzone eine Restentsäurung des auszutragenden Kalks stattfindet.

Der Kühlzone des jeweils als Primärschacht fungierenden Schachtes kann ferner mehr Kühlluft zugeführt werden als der Kühlzone des jeweils als Sekundärschacht fungierenden Schachtes.

Wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Brennstoff über vertikale Lanzen der jeweiligen Brennzone zugeführt werden, sind die Lanzen, vorzugsweise mittels gewaschenem Abgas, gekühlt.

Der Zyklus zwischen der Betriebsweise des einen Schachtes und der Betriebsweise des anderen Schachtes als Primär- bzw. Sekundärschacht beträgt vorzugsweise etwa 15 bis 30 Minuten.

Die Umschaltung des Betriebes der Schächte als Primärschacht bzw. Sekundärschacht erfolgt von einer Brennperiode zur nächsten insbesondere unterbrechungslos, um kontinuierlich eine hohe Abgasqualität zu liefern.

Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Die einzige Figur veranschaulicht schematisch die erfindungs gemäße Betriebsweise eines Schachtofens zum Brennen von Kalk mit lediglich zwei Schächten. Es wird jedoch deutlich, dass die erfindungsgemäße Betriebsweise ohne weiteres auch auf Schachtöfen mit mehreren Primärschächten, d. h. gleich strombeheizten Schächten, und mehreren Sekundärschächten, d. h. Abzugsschächten im Gegenstrom übertragen werden kann, wie sie aus der Praxis an sich bekannt sind.

Der dargestellte Schachtofen eignet sich zum Brennen von Kalksteins bei Einsatz von Erdgas, Heizöl, Kohlenstaub oder dgl. als Brennstoff BS. Der Schachtofen hat zwei parallel zueinander angeordnete vertikale Schächte A, B, welche am unteren Ende ihrer Brennzonen BZA und BZB über einen Verbin dungskanal VK miteinander verbunden sind. Beide Schächte A, B werden in bestimmten Zeitabständen wechselweise im Gleich- und Gegenstrom betrieben. In der zeichnerischen Darstellung ist der Schacht A im Gleichstrom, der Schacht B im Gegenstrom wiedergegeben. Dabei wird in dem Schacht A am oberen Ende der Brennzone BZA ein Brennstoffanteil BS_A über mehrere mittels gewaschenem Abgas kühlbare vertikale Lanzen LZA direkt in die Kalksteinschüttung geleitet. Der Brennstoffanteil BSA beträgt je nach Gesamt-Luftfaktor ca. 60 bis 70% des Gesamtbedarfs an Brennstoff BS. Im Gegensatz zur bekannten Betriebsweise werden also hier nicht 100% des Gesamtbedarfs an Brennstoff BS zugeführt, sondern deutlich weniger.

Die für den oberhalb der Brennzone BZA eingeführte Brennstoff anteil BS_A erforderliche frische Verbrennungsluft L_p tritt am oberen Ende des Schachtes A zunächst in die Vorwärmzone VZA ein und wird dort im Gleichstrom auf ca. 700 bis 750°C regenerativ mit Hilfe des aus der vorherigen Brennperiode verbliebenen Kalksteins erhitzt. Die Verbrennung des am oberen Ende der Brennzone BZA eingeführten Brennstoffanteiles BS_A erfolgt dann nahezu stöchiometrisch im Gleichstrom, so dass eine Überhitzung des Brenngutes nicht erfolgen kann.

Nach Abgabe der Dissotiationswärme treten die Abgase aus der Brennzone BZA mit ca. 900°C in den Verbindungskanal VK. Hier wird die restliche Brennstoffanteil BS_VK von ca. 30 bis 40% im Böschungsgewölbe zugegeben. Als Verbrennungsluft steht jetzt die aus der Kühlzone KZA des einen Schachtes A auf strömende Kühlluft L_K zur Verfügung. Im Verbindungskanal VK erfolgt eine Verbrennung derart, dass nach Vermischung aller Teilströme eine Temperatur von ca. 1250°C erreicht wird und der gebrannte Kalk bei Eintritt in den Schacht B thermisch nicht mehr beschädigt werden kann.

Eine Restentsäuerung erfolgt in der Brennzone BZB des anderen Schachtes B im Gegenstrom, wobei das gesamte Abgas das obere Ende der Brennzone BZB mit einer Temperatur von über 900°C verläßt und in die darüber liegende Vorwärmzone VZ strömt. Dort erfolgt die Vorwärmung des Kalksteins mit der er forderlichen Überspeicherung für den nächsten regenerativen Zyklus von Schacht B nach Schacht A.

Erfindungsgemäß erfolgt also die Brennstoffzugabe in wenig stens zwei vorbestimmten Mengenanteilen BS_A und BS_VK an wenigstens zwei verschiedenen Stellen, nämlich oberhalb der Brennzone BZA bzw. BZB und in dem Verbindungskanal VK, so dass aufgrund unterbrechungsloser Umschaltung ständig mindestens diese Brennzonen BZ im Gleich- und Gegenstrom aktiv sind. Die aufströmende Kühlluft L_KZA bzw. L_KZB wird zur Verbrennung mitverwendet, so dass der Gesamtluftüberschuss auf den Faktor n = 1,3 bis 1,4 gesenkt werden kann. Die maximal zulässigen Brenntemperaturen für den Brennkalk (von ca. 1300°C) werden dabei im Verbindungskanal VK deutlich unterschritten. Die CO₂-Konzentration kann auf 29 bis 33 Vol.-% angehoben werden. Der Brennstoffverbrauch beträgt aus Gründen des Wirkungsgrades der Carbonatation ca. 900 kcal/kg gebrannter Kalk. Der Wärmever brauch liegt beim gleichen Wert wie bei einem Koksschachtofen. Wenn auch der Kühlzone KZ ein geringer Brennstoffanteil zugeführt wird, so dient dies einer Restentsäuerung des Kalkes in den dortigen Randzonen des Übergangsbereiches zwischen Brennzone BZ und Kühlzone KZ.

Bezugszeichenliste

A Schacht (Primärschacht, Gleichstrombetrieb)
B anderer Schacht (Sekundärschacht, Gegenstrombetrieb)
BS Brennstoff
BS_A

Brennstoffanteil Schacht A
BS_B

Brennstoffanteil Schacht B
BS_VK

Brennstoffanteil Verbindungskanal VK
BS_KZ

Brennstoffanteil Kühlzone KZ
BZ Brennzonen
BZA Brennzone des Schachtes A
BZB Brennzone des Schachtes B
KZ Kühlzonen
KZA Kühlzone des Schachtes A
KZB Kühlzone des Schachtes B
L_K

Kühlluft
L_p

frische Verbrennungsluft
L_z

Lanzen
VK Verbindungskanal
VZ Vorwärmzonen
VZA Vorwärmzone des Schachtes A
VZB Vorwärmzone des Schachtes B

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens zum Brennen von Kalkstein bei Einsatz von Erdgas, Heizöl, Kohlestaub oder dgl. als Brennstoff (BS), mit mindestens zwei senkrechten eine obere Vorwärmzone (VZ), eine mittlere Brennzone (BZ) und eine untere Kühlzone (KZ) aufweisenden Schächten (A, B), von welchen jeweils mindestens ein Schacht (Primärschacht) beheizt ist und mindestens ein anderer Schacht (Sekundärschacht) dem Abzug der Abgase dient, welche Schächte (A, B) am unteren Ende der Brennzone (BZ) über einen horizontalen Verbindungskanal (VK) miteinander verbunden sind, welche Schächte (A, B) von oben mit dem zu brennenden Kalkstein als Schüttgut beschickt werden und aus welchen Schächten (A, B) nach unten Kalk ausgetragen wird, wobei während einer ersten Brennperiode der Vorwärmzone (VZA) des einen Schachtes (A) von oben frische Verbrennungsluft (L_p) zugeführt, die Verbrennungsluft (L_p) nach dem Durchströmen der Brennzone (BZA) des einen Schachtes (A) im Gleichstrom über den Verbindungskanal (VK) in den anderen Schacht (B) und dort nach oben im Gegenstrom mit dem bereits entstandenen Abgas durch die Brennzone (BZB) und die Vorwärmzone (VZB) des anderen Schachtes (B) nach außen geführt wird, wobei Brennstoff (BS) am oberen Ende der Brennzone (BZA) des einen Schachtes (A) sowie im Bereich des Verbindungskanals (VK) in das Schüttgut eingeleitet wird, und wobei Kühlluft (L_K) in wenigstens den einen Schacht (A) im Gegenstrom von unten der Kühlzone (KZA) des wenigstens einen Schachtes (A) zugeführt und mit der Verbrennungsluft (L_p) im Bereich des Verbindungskanals (VK) vereinigt wird, worauf sich durch Umschalten in einer zweiten Brennperiode diese Vorgänge gegengleich wiederholen, indem der eine Schacht (A) zum Sekundärschacht und der andere Schacht (B) zum Primärschacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der ersten Brennperiode die frische Verbrennungsluft (L_p) in der Vorwärm zone (VZA) des einen Schachtes (A) im Gleichstrom auf ca. 700 bis 750°C regenerativ erhitzt wird, dass am oberen Ende der Brennzone (BZA) des einen Schachtes (A) von dem Gesamtbedarf an Brennstoff (BSA) nur ca. 60 bis 70% unmittelbar in das Schüttgut geleitet werden, dass die Verbrennung in der Brennzone (BZA) des einen Schachtes (A) im Gleichstrom nahezu stöchiometrisch erfolgt, dass die Abgase der Brennzone (BZA) des einen Schachtes (A) mit ca. 900°C in den Verbindungskanal (VK) eintreten, dass der restliche Brennstoff (BSK) von ca. 40 bis 30% in dem Böschungsgewölbe dem Schüttgut zugeleitet wird, um durch Verbrennung unter Mithilfe der Kühlluft (L_K) die Abgastemperatur auf ca. 1250°C zu erhöhen, eine Entsäuerung des Schüttgutes in der Brennzone (BZB) des anderen Schachtes (B) im Gegenstrom erfolgt, das Abgas das obere Ende der Brennzone (BZB) des anderen Schachtes (B) mit einer Temperatur von über 900°C verläßt und die darüber liegende Vorwärmzone (VZB) des anderen Schachts (B) durchströmt, worauf sich durch Umschalten in einer zweiten Brennperiode diese Vorgänge gegengleich wiederholen, indem der eine Schacht (A) zum Sekundärschacht und der andere Schacht (B) zum Primär schacht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas des jeweiligen Schachtes (A, B) als Prozessgas unmittelbar einem Verbraucher, z. B. der Zucker- und Sodaindu strie oder einem Hersteller von Präzipitaten, zugeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftfaktor der frischen Verbrennungsluft (L_p) im Bereich der Zuführung des jeweiligen Brennstoffanteils (BS_A, BS_B) oberhalb der Brennzone (BZA, BZB) bei n = 1 liegt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftfaktor des in die Vorwärmzone (VZA, VZB) des jeweiligen anderen Schachtes (A, B) eintretenden Abgases bei n = 1,3 bis 1,4 liegt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlzone (KZ) ein Brenn stoffanteil (BS_KZ) zugeführt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlzone (KZA, KZB) des jeweils als Primärschacht fungierenden Schachtes (A, B) mehr Kühlluft (L_K) zugeführt wird als der Kühlzone (KZA, KZB) des jeweils als Sekundärschacht fungierenden Schachtes (A, B).

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Brennstoff (BSA, BSB) über vertikale Lanzen (LZA, LZB) der jeweiligen Brennzone (BZA, BZB), zugeführt wird und die Lanzen (BZA, BZB) ggf. mittels gewaschenem Abgas, gekühlt werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zyklus zwischen der Betriebs weise des einen Schachtes (A) und der Betriebsweise des anderen Schachtes (B) als Primär- bzw. Sekundärschacht etwa 15 bis 30 Minuten beträgt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung des Betriebes der Schächte (A, B) als Primärschacht bzw. Sekundärschacht von einer Brennperiode zur nächsten unterbrechungslos erfolgt.