DE19845495A1 - Verfahren zum Brennen von carbonhaltigem Gestein unter Erzeugung eines Abgasstroms mit hohem CO2-Gehalt,sowie Doppelschachtofen zur Durchführung der Verfahren - Google Patents
Verfahren zum Brennen von carbonhaltigem Gestein unter Erzeugung eines Abgasstroms mit hohem CO2-Gehalt,sowie Doppelschachtofen zur Durchführung der VerfahrenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft in erster Linie ein Verfahren zum rationel
len Brennen von Kalziumcarbonat, wobei ein Abgasstrom mit hohem
CO2-Gehalt erzeugt wird, und weiterhin für die Durchführung des
Verfahrens in besonderem Maße geeignete Doppelschachtöfen, in wel
chen das Brenngut jeweils periodisch abwechselnd während einer
bestimmten Zeitspanne einmal in dem einen und anschließend in dem
anderen Schacht entsäuert und gebrannt wird, und in dem nicht im
Brennbetrieb arbeitenden Schacht das Brenngut von Prozeßgasen
durchströmt wird.
Doppelschacht-Gleichstrom-Regenerativ-Öfen, wie z. B. MAERZ-Öfen,
zeichnen sich durch eine hohe Wirtschaftlichkeit aus. Bei ihnen
übt das aufgeheizte Brenngut im oberen Bereich jeweils eines der
beiden Schächte die Funktion eines Regenerators aus. Hierzu ist
auf die Literaturstelle in "Zement-Kalk-Gips", 8 (1965), S.
386-394 zu verweisen. Typische Vertreter dieses Ofentyps sind die
Öfen von HEIMSOTH, SCHMID/HOFER bzw. MAERZ, insbesondere nach
den DE-PS 3 17 832, 11 57 133, 29 27 834 und 29 29 819. Es han
delt sich bei diesen Öfen jedoch um Gleichstrom-Regenerativ-Schacht
öfen, die sich dadurch vom Gegenstand der Erfindung grund
sätzlich unterscheiden.
In einigen Industriezweigen, wie z. B. in der Zucker-, der Soda- und
der Kalk-Industrie, in letzterer für die Herstellung von Kal
ziumpräzipitat, wird einerseits gebrannter Kalk und andererseits
Kohlendioxid benötigt. Hierzu werden üblicherweise koksbefeuerte
Schachtöfen, deren Abgas einen relativ hohen Anteil an CO2 ent
hält, eingesetzt, die aber im Verhältnis zu den moderneren Ofen
typen unwirtschaftlich sind und wegen des Brennstoffs Probleme
bereiten.
Gleichstrom-Regenerativ-Schachtöfen sind dagegen erheblich wirt
schaftlicher zu betreiben und werden mit Erdgas, Heizöl oder Koh
lenstaub beheizt. Diese Öfen haben aber den entscheidenden, sy
stembedingten Nachteil, daß sie wegen des zu geringen CO2-Anteils
im Abgas nicht universell einsetzbar sind, und insbesondere nicht
in der Zucker- und Sodaindustrie, bzw. in Industriebetrieben, wo
ebenfalls aus verfahrenstechnischen Gründen eine nachgeschaltete
CO2-Verwertung erfolgen soll. Der maximale CO2-Anteil im Abgas
liegt bei ca. 20%-22%, während 30% und mehr erwünscht sind.
Bei den vorbekannten Doppelschachtöfen wird den zueinander pa
rallelen Schächten das Brenngut periodisch abwechselnd zugeführt
und dann einmal in dem einen, und danach in dem anderen Schacht
im Gleichstrom entsäuert und gebrannt. Wenn der eine Schacht im
Brennbetrieb betrieben wird, strömt in ihm die Verbrennungsluft
im Gleichstrom abwärts der Brennzone zu, wobei sie von dem vor
gewärmten Brenngut aufgeheizt wird. In dem anderen Schacht dage
gen strömen gleichzeitig die Kühlluft nach Durchströmen der Kühl
zone und die Abgase aus der Gleichstrom-Brennzone im Gegenstrom
nach oben und heizen dabei das durchströmte Brenngut zwecks des
sen Vorwärmung auf. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne wird der
Luftaufheiz- bzw. Regenerativ- und der Brennbetrieb in dem einen
Schacht und der Brenngut-Vorwärmbetrieb in dem anderen Schacht
abgebrochen. Nach einer betriebsbedingten Umschaltpause wird der
Betrieb in den beiden Schächten mit nunmehr vertauschten Rollen
wieder aufgenommen.
Nachteilig bei diesem vorbekannten Verfahren sind vor allem die
umschaltungsbedingten Betriebsunterbrechungen, sowie die außer
ordentliche Sensibilität der Steuerung dieser Öfen im Betrieb.
Vorteilhaft ist dagegen, daß Temperaturspitzen in unzulässiger
Höhe nicht auftreten können, weil die Entsäuerung des Brennguts
im Gleichstrom erfolgt. Ein weiterer Mangel dieses Verfahrens
beruht darauf, daß dessen Anwendung in all denjenigen Fällen aus
geschlossen ist, wo aus verfahrenstechnischen Gründen die Verwen
dung des Abgases mit hoher CO2-Konzentration erforderlich ist.
In diesem Zusammenhang ist es von Bedeutung, daß die regenerati
ve Aufheizung der Verbrennungsluft bei diesem vorbekannten Ver
fahren lediglich zu dem Zweck erfolgt, den Gesamtwärmebedarf mög
lichst niedrig zu halten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bei den bekannten
Doppelschachtöfen angewandte Betriebssystem unter Beibehaltung
der positiven Merkmale derart zu modifizieren, daß bei einer be
stimmten Menge Kalks eine dazu in Relation stehende größtmögliche
Menge CO2 erzeugt wird, deren Anteil im Abgas wenigstens 30% be
trägt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
das vorbekannte Betriebssystem abzuändern und in der Weise zu ge
gestalten, wie dies in den Ansprüchen 1 bzw. 2 angegeben ist. Mo
difikationen dieser Verfahren gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Gegenstand der Erfindung sind weiterhin Doppelschachtbrennöfen,
die zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren in besonde
rem Maße geeignet sind, und deren wesentliche, konstruktiven Merk
male sich aus den Ansprüchen 10 bis 16 ergeben.
Nähere Details hinsichtlich der erfindungsgemäßen Verfahren ge
hen aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dar
gestellten Ausführungsbeispiele bevorzugt zur Anwendung gelangen
der Schachtöfen hervor.
Es zeigen:
Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch einen Schachtofen
mit zwei Schächten in seinem oberen Bereich und drei
Brennzonen, neben welchem sich ein Temperaturdiagramm
befindet;
Fig. 2 einen Vertikalen Längsschnitt durch einen Schachtofen
analog demjenigen nach Fig. 1, jedoch mit nur zwei
Brennzonen;
Fig. 3 einen vertikalen Längsschnitt durch einen Schachtofen
mit zwei Schächten und drei Brennzonen in schematischer
Darstellung.
Der in Fig. 1 dargestellte Schachtofen 11 entspricht äußerlich in
seinem oberen Aufbau in etwa dem bekannten "MAERZ-GR-Schachtofen",
jedoch weicht er von diesem insofern ab, als er lediglich in sei
nem oberen Bereich zwei einander parallele, durch eine Trennwand
12 voneinander getrennte Schächte 13 und 14 aufweist. Die Quer
schnitte der Schächte sind vorteilhafterweise rechteckig; sie
könnten aber auch durchaus rund oder elliptisch ausgebildet sein.
Im unteren Bereich des Schachtofens 11 befindet sich die Kühlzo
ne 15. Im mittleren Bereich liegt die Brennzone, welche vorlie
gend in drei Abschnitte unterteilt ist, nämlich in die untere
Brennzone 16, die mittlere Brennzone 17 und die obere Brennzone 18.
Nachfolgend ist in Bezug auf den in Fig. 1 dargestellten Ofen
der im oberen Bereich des Ofens 11 befindliche Schacht 13 als
"linker Schacht", und der Schacht 14 als "rechter Schacht" be
zeichnet. Der Brennbetrieb erfolgt im linken Schacht 13 und der
Regenerativbetrieb im rechten Schacht 14.
Wie ersichtlich liegt die obere Brennzone 18 im unteren Bereich
des linken Schachtes 13, und über dieser liegt die Vorwärmzone
19, in welcher die aufwärts strömenden Verbrennungsgase das Brenn
gut aufheizen und damit vorwärmen. Im rechten Schacht 14 befin
det sich oberhalb der mittleren Brennzone 17 die sich über die
ganze Höhe des rechten Schachtes 14 erstreckende Regenerativ-
bzw. Gasaufheizzone 20, in welcher das abwärts strömende Misch
gas, bestehend aus Luft oder Abgas oder einem Gemisch derselben,
zu ihrer Vorwärmung auf Prozeßtemperatur aufgeheizt werden.
In der unteren Brennzone 16 ist in der Mittenebene des Ofens 11
ein Verdrängungskörper 21 mit dreieckigem Querschnitt angeordnet.
Weitere Verdrängungskörper 22a und 22b mit ebenfalls dreieckigem
Querschnitt befinden sich an den Außenwänden des Ofens 11 und ra
gen in die mittlere Brennzone 17 hinein. Die Verdrängungskörper
21, 22a und 22b, wie auch die Trennwand 12, haben an ihrer Unter
seite eine solche Breite, daß sich unter ihnen, bedingt durch die
Böschungsflächen des stückigen, stetig nach unten sinkenden Brenn
guts, Hohlräume 23, 24a und 24b und 25 ausbilden, welche in idea
ler Weise als Brennräume für die Verbrennung des in diese einge
führten Brennstoffs dienen.
Aus Vorstehendem ergibt sich, daß in Bezug auf das Brenngut einer
seits und die Brenngase andererseits der linke Schacht 13 im Ge
genstrom, und der rechte Schacht 14 im Gleichstrom betrieben wer
den. In Bezug auf den ganzen Ofen 11 werden bis auf die Regene
rativ- bzw. Gasaufheizzone 19 im rechten Schacht 14 alle anderen
Zonen im Gegenstrom betrieben, und zwar während einer vorbestimm
ten Zeitdauer, nach deren Ablauf der Betrieb im oberen Ofenbe
reich, d. h. in den beiden Schächten 13 und 14 vertauscht wird, so
daß sich dann die obere Brennzone 18 und die Vorwärmzone 19 des
im rechten Schacht 14, und die Regenerativ- bzw. Gasaufheizzone
20 im linken Schacht 13 befinden.
Während des kontinuierlich laufenden Betriebs wird die Kühlzone 15
von einem hohen Anteil der insgesamt benötigten Verbrennungsluft
als Kühlluft von unten nach oben durchströmt. Das etwa 1.100°C
heiße Brenngut kühlt sich dabei fast restlos ab, während sich die
Kühlluft entsprechend dem Wärmeinhalt des Brennguts auf eine Tem
peratur von ca. 700 bis 800°C aufheizt. Der in den am oberen En
de der Kühlzone 15 und unterhalb des Verdrängungskörpers 21 be
findlichen Brennraum 23 eingeleitete Brennstoffanteil, der etwa
20 bis 25% der erforderlichen Gesamtbrennstoffmenge entspricht,
verbrennt in der unteren Brennzone 16 zusammen mit dem Sauerstoff
der aufgeheizten Kühlluft bei hohem Luftüberschuß, wobei ggf. noch
weitere Verbrennungsluft als Primärluft 1 in den Brennraum 23 ein
geleitet wird. In dieser Brennzone erfolgt die Restentsäuerung des
Carbonats. Die sich hier einstellende Verbrennungstemperatur Tzul
ist von der zugeführten Brennstoffmenge abhängig und soll einen
Wert von z. B. 1.200 bis 1.300°C nicht übersteigen.
In die mittlere Brennzone 17 strömen einerseits die einen hohen
Luftüberschuß aufweisenden Brenngase aus der unteren Brennzone 16
und andererseits der in die Brennräume 24a und 24b unterhalb der
Verdrängungskörper 22a und 22b eingeleitete Brennstoffanteil von
etwa 25 bis 35% und die Primärluft 2 ein, wo es zu einer sauberen
Verbrennung bei noch erheblichem Luftüberschuß kommt. Auch hier
ist die Verbrennungstemperatur von der Menge des zugeführten zwei
ten Brennstoffanteils abhängig und soll nicht über der zulässigen
Temperatur von ca. 1.200 bis 1.300°C liegen.
Die heißen Verbrennungsgase aus der zweiten Brennzone 17 strömen
nunmehr in die dritte Brennzone 18 ein, die sich vorliegend im
linken Schacht 13 befindet. Dabei durchdringen die Gase aus dem
rechten Bereich der Brennzone 17 das in ihr befindliche Brenngut
im Querstrom nach links, wodurch eine gleichmäßige Entsäuerung im
Kern gewährleistet ist. Hierbei geben sie die zur Entsäuerung des
Brennguts notwendige Wärmemenge an dieses ab, so daß sie schließ
lich auf die Prozeßtemperatur von ca. 810°C abgekühlt sind.
Der restliche Brennstoffanteil von ca. 45 bis 60% für die sich
vorliegend im linken Schacht 13 befindende dritte Brennzone 18
wird schließlich in den Brennraum 25 unterhalb der Trennwand 12
eingebracht, in welchen auch noch Primärluft 3 in vorbestimmter
Menge eingeleitet wird. Diese und die aus der zweiten Brennzone
17 aufwärts strömenden Brenngase enthalten gerade noch soviel
Sauerstoff, daß ein Ausbrennen der restlichen Brennstoffmenge bei
insgesamt geringstmöglichem Luftüberschuß erfolgen kann, wobei
der Gesamtluftüberschuß der Gesamtbrennzone den Gesamtbrennstoff
verbrauch der Anlage bestimmt. Die dabei im Brennraum 25 und im
Brenngut in der dritten Brennzone 18 entstehenden Temperaturen
erreichen eine Höhe, die weit über der dort zulässigen liegt, und
welche der Tmax im Temperaturdiagramm entspricht, wie dies auch
aus dem Temperaturdiagramm - gestrichelte Linie in der dritten
Brennzone - ersichtlich ist. Durch die unzulässig hohen Tempera
turen wird nicht nur das Brenngut selbst, sondern auch die Feuer
festauskleidung des Ofens in dem hier in Betracht kommenden Be
reich geschädigt. Daher sind Maßnahmen erforderlich, diese Tem
peratur auf einen zulässigen Wert Tzul abzusenken. Um dies zu er
reichen, wird ein auf die Prozeßtemperatur vorgewärmtes Mischgas
in der Brennerebene der dritten Brennzone in diese eingeführt,
wodurch überdies ein geringstmöglicher Brennstoffverbrauch ge
währleistet wird.
Das vorerwähnte Mischgas, das zur Vermeidung einer Überhitzung
des Brennguts und auch der Feuerfest-Auskleidung der dritten
Brennzone 18 zugeführt wird, ist ein Abgas-Luft-Gemisch, welches
durch das während des vorangegangenen Verfahrenszyklus vorgewärm
te Brenngut im rechten Schacht 14 im Gleichstrom abwärts geführt
wird, um es auf Prozeßtemperatur zu erwärmen. Die in die dritte,
obere Brennzone 18 eintretenden Gase enthalten soviel Sauerstoff,
damit eine restlose Verbrennung des Brennstoffs bei geringstmög
lichem Luftüberschuß gewährleistet ist. Durch das Mischgas wird
die Temperatur im hier fraglichen Bereich auf die für das Brenn
gut zulässige Temperatur abgesenkt. Damit aber die gesamte Brenn
stoffmenge, die von der Luftüberschußzahl in der gesamten Brenn
zone, d. h. in allen drei Brennzonen 16, 17, 18 bestimmt wird,
nicht erhöht werden muß, wird das der dritten Brennzone 18 zuge
führte Mischgas in der zuvor beschriebenen Weise auf die Prozeß
temperatur - bei Calziumcarbonat z. B. ca. 810°C - vorgewärmt.
Eine zusätzliche Brennstoffeinsparung läßt sich erreichen, wenn
die kalte Primärluft 3, welche ein Teil der benötigten Gesamtver
brennungsluft ist, anstatt sie durch den Vorwärmschacht 15 hin
durchzuleiten, nach ihrer Aufheizung auf Prozeßtemperatur von ca.
810°C zusätzlich zum Mischgas direkt in den Brennraum 25 einge
leitet wird.
Die Verbrennungsgase der dritten Brennzone 18 durchströmen das
über dieser befindliche Brenngut in der Vorwärmzone im linken
Schacht 13 im Gegenstrom und heizen dabei das Brenngut auf Pro
zeßtemperatur auf. Die Abgase werden dann am oberen Schachtende
mit relativ niedriger Temperatur von z. B. 100°C abgezogen.
In der Abgasleitung 26 am oberen Ende des Schachts 13 ist eine
Umschaltklappe 27 angeordnet, mittels welcher das Abgas aus dem
im Brennbetrieb betriebenen linken Schacht 13 mit einer Tempera
tur von ca. 100°C einem Entstaubungsfilter zugeführt wird. Die
Umschaltklappe 28 in der Gasleitung 29 leitet das erforderliche
Abgas aus dem Entstaubungsfilter oder Mischgas bzw. Mischluft in
den rechten, im Gleichstrom betriebenen Schacht 14 zwecks deren
Aufheizung auf Prozeßtemperatur von ca. 810°C.
Die vorbeschriebene Betriebsweise erfolgt für eine vorbestimmte
Zeitdauer von beispielsweise etwa 10 bis 20 Minuten. Danach wird
die Betriebsweise hinsichtlich der beiden Schächte 13 und 14 ver
tauscht, was in einfachster Weise durch Verstellen der Umschalt
klappen 27 und 28 erfolgt, ohne daß dabei der Brennbetrieb unter
brochen zu werden braucht.
Der Doppelschachtofen nach Fig. 2 ist gegenüber demjenigen nach
fig. 1 dadurch vereinfacht, daß bei ihm bei grundsätzlich glei
chem Aufbau die Gesamtbrennzone anstelle von drei nur zwei Brenn
zonen aufweist.
Der in Fig. 3 dargestellte Schachtofen 11 entspricht äußerlich in
seinem Aufbau in etwa dem bekannten "MAERZ"-GR-Schachtofen. Er
weist in seinem oberen Bereich zwei einander parallele, durch ei
ne, ggf. hohle, Trennwand 12 voneinander getrennte Schächte 13
und 14 auf. Die Querschnitte der Schächte sind vorteilhafterweise
rechteckig; sie könnten aber auch halbrund, rund oder elliptisch
ausgebildet sein.
Im unteren Bereich des Schachtofens 11 befindet sich die mittels
einer Trennwand 15 in zwei Zweige 16 und 17 geteilte Kühlzone KZ.
Im mittleren Bereich liegt die Brennzone BZ, welche vorliegend
in drei Abschnitte unterteilt ist, nämlich in die untere Brenn
zone I, die mittlere Brennzone II und die obere Brennzone III.
Nachfolgend ist in Bezug auf den dargestellten Ofen der im obe
ren Bereich des Ofens 11 befindliche Schacht 13 als "linker
Schacht", und der Schacht 14 als "rechter Schacht" bezeichnet.
Der Brennbetrieb erfolgt im linken Schacht 13 und der Regenera
tivbetrieb im rechten Schacht 14.
Wie ersichtlich, liegt die obere Brennzone III im wesentlichen
im unteren Bereich des linken Schachts 13. Über dieser liegt die
Vorwärmzone VZ, in welcher die aufwärts strömenden Verbrennungs
gase das Brenngut aufheizen und damit vorwärmen. In dem rechten
Schacht 14 befindet sich oberhalb der mittleren Brennzone II die
sich über dessen ganze Höhe erstreckende Regenerativ- bzw. Gas
aufheizzone HZ, in welcher das abwärts strömende, im Filter 18
gereinigte Rückgas, dem ggf. ein geringer Anteil Luft beigemischt
sein kann, zu seiner Vorwärmung auf Prozeßtemperatur aufgeheizt
wird.
Den beiden unteren Brennzonen I und II ist an deren unteren En
den dem Brennstoff ein Gemisch aus gereinigtem Rückgas und einer
bestimmten Menge diesem zugemischter Luft zuzuführen. Um dieses
Gasgemisch aufzuheizen, wird es durch die flachen, in Nischen in
den Ausmauerungen der Schächte 13 und 14 im Bereich der Vorwärm
zone VZ eingesetzte Wärmetauscher 19 hindurchgeleitet, bevor es
durch die Leitungen 20 den Brennzonen zugeführt wird.
Der Brennstoff wird durch die Brennstoffleitungen 21a und 21b
dem Ofen 11 zugeführt. Der unteren Brennzone I wird der Brenn
stoff mittels der in der Trennwand 15 liegenden 2×2 Leitungen
22a, 22b und 22c, 22d den Austrittsöffnungen 23 im oberen Ende
der unteren Trennwand 15 ihn der Kühlzone KZ, und den je 4, zu
einander parallelen Leitungen 24a-d und 24e-h dort zugeführt, wo
auch die unteren Zweige der Gasgemischleitungen 20 einmünden.
Durch diese Anordnung wird eine gleichmäßige Verteilung des Brenn
stoffs über die gesamte Querschnittsfläche des Schachtes hinweg
erreicht, und eine gute Brennstoffversorgung des Brennguts in der
Ofenmitte gewährleistet.
Die analog angeordneten Brennstoffzufuhrleitungen 25a-d bzw. 25e-25h
zur Brennstoffversorgung der mittleren Brennzone II münden un
terhalb der Wandstufen 26, die sich im Bereich des unteren Endes
dieser Zone befinden und welche gegen den Innenraum des Schachts
vorspringen. Durch sie wird das zu brennende Gut etwas nach innen
abgedrängt und so eine noch gleichmäßigere Verteilung des Brenn
stoffs und des Gasgemischs in der Tiefe des Ofens begünstigt.
Zur Versorgung der oberen Brennzone III mit Brennstoff dienen die
im deren unteren Bereich in die Innenräume der Schächte 13 und
14 einmündenden Brennstoffleitungen 27a-d und 27e-h, welche grup
penweise mittels der Absperrorgane 28a und 28b ab- und zuschalt
bar sind. Befindet sich der linke Schacht 13 im Brennbetrieb, so
sind nur die Brennstoffzufuhrleitungen 27e-h zugeschaltet. Da
durch wird erreicht, daß der dort eingeleitete Brennstoff unter
halb der Trennwand 12 das Brenngut in ganzer Tiefe in Querrich
tung durchströmt.
Für einen erfolgreichen Betrieb des Ofens ist es notwendig, daß
die Einleitung und Führung sowohl des Brennstoffs, wie auch der
Gase, d. h. der Verbrennungsluft, des Rückgases und/oder deren Ge
mische, wie auch die Betriebsparameter (Mengen und Drücke) in ei
ner solchen Weise erfolgen, daß einerseits das Brenngut insbeson
dere in den Brennzonen II und III in Querrichtung gut durchströmt,
und andererseits die Temperaturen in den Brennzonen den maximal
zulässigen Wert nicht übersteigen.
Aus Vorstehendem ergibt sich, daß in Bezug auf das Brenngut einer
seits und die Brenngase andererseits der linke Schacht 13 im Ge
genstrom, und der rechte Schacht 14 im Gleichstrom betrieben wer
den. In Bezug auf den ganzen Ofen 11 werden bis auf die Regene
rativ- bzw. Gasaufheizzone HZ im rechten Schacht 14 alle anderen
Zonen im Gegenstrom betrieben, und zwar während einer vorbestimm
ten Zeitdauer, nach deren Ablauf der Betrieb im oberen Ofenbe
reich, d. h. in den beiden Schächten 13 und 14 vertauscht wird,
so daß sich dann die obere Brennzone III und die Vorwärmzone VZ
im rechten Schacht 14, und die Regenerativ- bzw. Gasaufheizzone
HZ im linken Schacht 13 befinden.
Während des kontinuierlich laufenden Brennbetriebs wird die Kühl
zone KZ von einem hohen Anteil der insgesamt benötigten Verbren
nungsluft als Kühlluft von unten nach oben durchströmt. Das etwa
1.100°C heiße Brenngut kühlt sich dabei fast restlos ab, wäh
rend sich die Kühlluft entsprechend dem Wärmeinhalt des Brennguts
auf eine Temperatur von ca. 700 bis 800°C aufheizt. Der am obe
ren Ende der Kühlzone KZ in die untere Brennzone I eingeleitete
Brennstoffstoffanteil, der etwa 25 bis 40% der erforderlichen
Gesamtbrennstoffmenge entspricht, verbrennt in dieser zusammen
mit dem Sauerstoff der aufgeheizten Kühlluft bei relativ hohem
Luftüberschuß, wobei neben diesem primären Luftstrom, je nach den
vorgegebenen Betriebsparametern ggf. noch Rückgas mit evt. Luft
zusatz in die Brennzone I eingeleitet werden kann, in welcher
die Restentsäuerung des Carbonats erfolgt. Die sich hier einstel
lende Verbrennungstemperatur ist im wesentlichen von der zuge
führten Brennstoffmenge abhängig und soll einen Wert von z. B.
1.200 bis 1.300°C nicht übersteigen.
In die mittlere Brennzone II strömen einerseits die einen hohen
Luftüberschuß aufweisenden Brenngase aus der unteren Brennzone I
und andererseits der in diese unterhalb der Wandstufe 26 einge
leitete Brennstoffanteil von etwa 25 bis 35%, sowie ein weite
rer, aus Rückgas und ggf. Luft bestehender Gasstrom ein, so daß
es dort zu einer sauberen Verbrennung bei noch erheblichem Luft
überschuß kommt. Auch hier ist die Verbrennungstemperatur von der
Menge des zugeführten zweiten Brennstoffanteils abhängig und soll
nicht über der zulässigen Temperatur von ca. 1.200 bis 1.300°C
liegen.
Die heißen Verbrennungsgase aus der zweiten Brennzone II strömen
nunmehr in die dritte Brennzone III ein, die sich vorliegend im
linken Schacht 13 befindet. Dabei durchdringen die Brenngase aus
dem rechten Bereich der Brennzone II das in ihr befindliche Brenn
gut im Querstrom nach links, wodurch eine gleichmäßige Entsäue
rung im Kern des Haufwerks gewährleistet ist. Hierbei geben sie
die hierfür notwendige Wärmemenge an dieses ab, wobei sie sich
schließlich auf die Prozeßtemperatur von ca. 810°C abkühlen.
Der restliche Brennstoffanteil von ca. 25 bis 40% für das sich
vorliegend im linken Schacht 13 befindende Brenngut wird schließ
lich in die dritte Brennzone III eingeleitet, in welche auch noch
das im Schacht 14 vorgewärmte Rückgas mit diesem evt. zugemisch
ter Luft in vorbestimmter Menge eingeführt wird. Diese Gase ent
halten insgesamt gerade noch soviel Sauerstoff, daß ein Ausbren
nen der restlichen Brennstoffmenge bei insgesamt geringstmögli
chem Luftüberschuß erfolgen kann, wobei der Gesamtluftüberschuß
in der Brennzone BZ den Gesamtbrennstoffverbrauch der Anlage be
stimmt. Da dabei das Brenngut in der dritten Brennzone III Tempe
raturen erreichen könnte, die weit über dem zulässigen Wert lie
gen, ist es erforderlich, dort für eine Temperaturabsenkung zu
sorgen, damit nicht nur das Brenngut selbst, sondern auch die
Feuerfestauskleidung des Ofens in dem hier in Betracht kommenden
Bereich nicht geschädigt wird. Um dies zu erreichen, wird das in
etwa auf Prozeßtemperatur vorgewärmte Mischgas am unteren Ende
der oberen, dritten Brennzone III in diese eingeführt, wodurch
überdies ein geringstmöglicher Brennstoffverbrauch gewährleistet
ist.
Die Verbrennungsgase der dritten Brennzone III durchströmen den
linken Schacht 13 im Gegenstrom und heizen dabei das Brenngut auf
Prozeßtemperatur auf. Die Abgase werden dann am oberen Schacht
ende mit relativ niedriger Temperatur abgezogen und dem Staubfil
ter 18 zugeleitet, den es im gereinigten Zustand verläßt um einer
seits für den Brennbetrieb als Rückgas und andererseits als CO2
haltiges Abgas Verwendung zu finden. Mittels der in den in Be
tracht kommenden Gasleitungen 29 angeordneten Absperr- und Regel
organe 30, sowie der Gebläse 31 werden die Gasströme entsprechend
den jeweiligen Betriebsbedingungen gesteuert. Die Umschaltung vom
Brennbetrieb auf Regenerativbetrieb und umgekehrt in den beiden
Schächten 13 und 14 erfolgt jeweils nach relativ kurzen Zeitspan
nen von etwa 10 bis 20 Minuten, und zwar so rasch, daß der Brenn
betrieb nicht unterbrochen zu werden braucht, was einem kontinu
ierlichen Verfahrensablauf zugute kommt. Damit ist auch die Vor
aussetzung dafür gegeben, das Verfahren und den auf dieses opti
mal abgestimmten Ofen in Industriezweigen einzusetzen, in wel
chen fortlaufend Abgas mit hoher CO2-Konzentration benötigt wird.
Der vorbeschriebene und dargestellte Doppelschachtofen mit seinen
drei Brennzonen kann bei grundsätzlich gleichem Aufbau und glei
cher Betriebsweise in vereinfachter Form als Ofen mit nur zwei
Brennzonen ausgeführt werden. An den prinzipiellen Merkmalen än
dert sich dadurch nichts.
Beim Brennen von carbonathaltigem Gestein ist man stets bestrebt,
den Brennstoffverbrauch so niedrig wie möglich zu halten, um so
einen möglichst hohen wärmetechnischen Wirkungsgrad zu erreichen.
Hierzu ist der Luftüberschuß bei der Verbrennung des Brennstoffs
in der Nähe des stöchiometrischen Punkt zu halten. Die Folge hier
von ist, daß die Verbrennungsgase das Brenngut auf eine erheblich
zu hohe Temperatur aufheizen. Diese ist aber sowohl für das Brenn
gut selbst, als auch für die Feuerfest-Auskleidung des Brennofens
viel zu hoch, und damit schädlich. Dieser Hauptmangel läßt sich
bei Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahren vermeiden. Bei der
in mindestens zwei, vorzugsweise jedoch drei Brennzonen unter
teilten Gesamtbrennzone wird in der unteren, bzw. unteren und
mittleren Brennzone die maximal zulässige Brenntemperatur über
die in diese eingeleiteten Brennstoffteilmengen beeinflußt. Um
nun aber eine zwangsläufig unzulässig hohe Brenntemperatur in der
oberen Brennzone zu verhindern, wird in dieser die Temperatur
durch die Zufuhr eines Luft- oder Luft-Abgas-Gemischs auf einen
noch zulässigen Wert abgesenkt. Um nun aber den Brennstoffver
brauch zu minimieren, muß das in die obere Brennzone eingeleitete
Mischgas mindestens auf Prozeßtemperatur von beispielsweise etwa
810°C aufgeheizt werden, was auf sehr einfache Art und Weise da
durch geschieht, daß es periodisch und wechselweise durch das
Brenngut in den oberen Bereichen der beiden Schächte des Ofens
im Gleichstrom abwärts geführt wird, wobei es sich entsprechend
aufheizt. Die notwendige Wärmemenge wird dabei von dem erhitzten
Brenngut abgegeben.
Durch eine ausreichend zur Verfügung stehende Kühlluftmenge wird
eine intensive Kühlung des Brennguts bei höchstmöglichem Wärme
rückgewinn erreicht. Die Kühlluftmenge liegt daher im Vergleich
zu den herkömmlichen Brennverfahren um etwa 30 bis 50% höher.
Da die periodische Umschaltung des Brennbetriebs von einem Schacht
auf den anderen mittels der Umschaltklappen einfach und unkompli
ziert ist, ist eine Unterbrechung des Brennbetriebs nicht erfor
derlich, was einem kontinuierlichen Verfahrensablauf zugute kommt.
Damit ist auch die Voraussetzung dafür gegeben, das Verfahren und
den auf dieses optimal abgestimmten Ofen in Industriezweigen ein
zusetzen, in welchen Abgas mit hoher CO2-Konzentration benötigt
wird.
Bei Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens läßt sich Brennstoff
zusätzlich noch dadurch einsparen, daß die in die obere Brennzone
zugeführte tertiäre Verbrennungsluft vorgewärmt wird.
Eine Qualitätsverbesserung des Endprodukts wird durch eine gleich
mäßige und optimierte Mittendurchströmung des Brennguts erzielt.
Dies beruht auf der entsprechenden Führung der Brenngase im Brenn
zonenbereich, welche das Brenngut im zentralen Bereich weitestge
hend gleichmäßig im Gegen- und Querstrom durchdringen. Dies wird
weiterhin durch die periodische Umschaltung des Brennbetriebs in
den beiden Schächten gefördert, weil das aufwärts und in Querrich
tung strömende Gas seine Strömungsrichtung periodisch ändert.
Claims (16)
1. Verfahren zum Brennen von carbonathaltigem Gestein, wie
Kalk- oder Dolomitgestein oder deren Gemischen mittels Erdgas, Heiz
öl oder Kohlenstaub in einem Schachtofen, mit zumindest in
seinem oberen Bereich zwei zueinander parallel angeordneten
Schächten zum Erzeugen von Kalzium- oder Kalzium-Magnesium
oxid oder deren Gemischen sowie von Kohlendioxid in einer
größtmöglichen, im Abgas enthaltenen Menge, wobei sich der
Brennbetrieb periodisch abwechselnd einmal in dem einen und
danach in dem anderen der beiden Schächte abspielt,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei ununterbrochener Brennstoffzufuhr im Gegenstrom zum
Brenngut zu wenigstens zwei, im Abstand von- und übereinan
der liegenden Brennzonen zwecks Verhinderung unzulässig hoher
Spitzentemperaturen im Bereich der obersten Brennzone dieser
ein auf Prozeßtemperatur aufgeheiztes Abgas-Luft-Gemisch zu
geführt wird, welches zuvor das Brenngut wechselweise in ei
nem der beiden Schächte im Gleichstrom von oben nach unten
durchströmt und sich dabei aufgeheizt hat, und dann die ober
ste Brennzone und die darüber befindliche Vorwärmzone im Ge
genstrom durchströmt.
2. Verfahren zum Brennen von Kalziumcarbonat mittels Erdgas,
Heizöl oder Kohlenstaub in einem Schachtofen, mit zumindest
in seinem oberen Bereich zwei zueinander parallel angeordne
ten Schächten zum Erzeugen von Kalziumoxid und von Kohlendi
oxid in einer größtmöglichen, im Abgas enthaltenen Menge, wo
bei sich der Brennbetrieb periodisch abwechselnd einmal in
dem einen und danach in dem anderen der beiden Schächte ab
spielt, ggf. nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei ununterbrochener Brennstoffzufuhr im Gegenstrom zum
Brenngut jeweils am unteren Ende von wenigstens zwei, vorzugs
weise drei übereinander liegenden Brennzonen, deren oberste
sich in dem im Brennbetrieb befindlichen einen Schacht befin
det, auf Prozeßtemperatur aufgeheiztes Abgas bzw. ein Abgas-
Luft-Gemisch in diese eingeleitet wird, wobei deren Aufhei
zung im Gleichstrom in dem anderen, im Regenerativbetrieb be
findlichen Schacht, und die Aufheizung des Abgas-Luft-Gemischs
für die anderen Brennzonen in einem der in den beiden Schäch
ten an deren oberen Enden liegenden Wärmetauschern erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gesamtmenge des zum Brennen benötigten Brennstoffs
dem Brenngut in drei Brennzonen zugeführt wird, wobei der
Anteil des den beiden unteren Brennzonen zugeführten Brenn
stoffs etwa 45 bis 60% beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gesamtmenge des zum Brennen benötigten Brennstoffs
dem Brenngut in zwei Brennzonen zugeführt wird, wobei der
Anteil des der unteren Brennzone zugeführten Brennstoffs et
wa 30 bis 50% beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem das Brenngut im Bereich der obersten Brennzone
durchströmenden Gasstrom Luft zugesetzt wird.
6. Verfahren nach 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die dem Gasstrom zugesetzte Luft aufgeheizt wird.
7. Verfähren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gesamtmenge des zum Brennen benötigten Brennstoffs
drei Brennzonen zugeführt wird, wobei der Anteil des den
beiden unteren Brennzonen zugeführten Brennstoffs etwa 50
bis 80% beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gesamtmenge des zum Brennen benötigten Brennstoffs
zwei Brennzonen zugeführt wird, wobei der Anteil des der
unteren Brennzone zugeführten Brennstoffs etwa 40 bis 70%
beträgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das den unteren Brennzonen zugeführte, gereinigte Rück
gas ohne oder mit beigemischter Luft durch Wärmetausch vor
gewärmt wird.
10. Schachtofen zum Brennen von carbonathaltigem Gestein mit min
destens zwei parallel zueinander angeordneten Schächten, zur
Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die die beiden Schächte (13, 14) trennende Wand (12) nur
im Bereich der Vorwärmzone (19) und der obersten Brennzone
(18) angeordnet ist, und daß unterhalb derselben die Brenn
stoffzufuhrleitungen für die oberste Brennzone (18) in diese
einmünden.
11. Schachtofen nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß unterhalb der obersten Brennzone Verdrängungskörper (21,
22a, 22b) angeordnet sind, unterhalb welcher sich im Brenngut
Hohlräume (23, 24a, 24b) ausbilden, in welche Brennstoffzufuhr
leitungen einmünden.
12. Schachtofen nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen zwei zentralen Verdrängungskörpern (21, 12) pe
riphere Verdrängungskörper (24a, 24b) angeordnet sind.
13. Schachtofen zum Brennen von Kalziumcarbonat und zum Erzeugen
von Kohlendioxid in größtmöglicher Menge, mit mindestens zwei
parallel zueinander angeordneten Schächten in seinem oberen
Bereich, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An
sprüche 2 und 7 bis 9,
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
- a) der Schachtofen weist in seinem oberen Bereich die beiden Schächte (13) und (14) auf, welche durch eine Wand (12) vonein ander getrennt sind;
- b) der Schachtofen weist in seinem unteren, die Kühlzone KZ enthaltenden Bereich eine diese trennende Wand (15) auf;
- c) der Schachtofen weist zwei untere Brennzonen I und II auf, welche zwischen dem oberen Ende der Kühlzone KZ bzw. der unteren Trennwand (15) und dem unteren Ende der oberen Trenn wand (12) liegen;
- d) die dritte Brennzone III befindet sich oberhalb der Unter kante der Trennwand (12) im Schacht (13) oder im Schacht (14);
- e) die Vorwärmzone VZ befindet sich oberhalb der dritten Brennzone im Schacht (13) oder im Schacht (14);
- f) die Leitungen zur Zuführung des Brennstoffs zu den drei Brennzonen I, II und III münden jeweils in deren unteren Bereichen;
- g) Gasleitungen für Rückgas ohne oder mit beigemischter Luft münden im Bereich der Brennstoffleitungsmündungen in den beiden unteren Brennzonen I und II;
- h) die an- und abschaltbaren Leitungen zur Zuführung von Brenn stoff zur dritten Brennzone im Schacht (13) bzw. im Schacht (14) mündet in etwa in Höhe der Unterkante der Trennwand (12).
14. Schachtofen nach Anspruch 13 und zur Durchführung des Ver
fahrens nach Anspruch 9,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
im oberen Bereich der Schächte (13) und (14) befinden sich fla che Wärmetauscher (19), welche sich über die Höhe der Vorwärm zone VZ erstrecken, und welche in Nischen in den Schachtin nenwänden wandbündig eingesetzt sind.
im oberen Bereich der Schächte (13) und (14) befinden sich fla che Wärmetauscher (19), welche sich über die Höhe der Vorwärm zone VZ erstrecken, und welche in Nischen in den Schachtin nenwänden wandbündig eingesetzt sind.
15. Schachtofen nach Anspruch 5 oder 6,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
die Seitenwände des Ofenschachts weisen oberhalb der unte ren, ersten Brennzone I eine flache, gegen den Schachtinnen raum vorspringende Stufe (26) auf, unterhalb welcher die Ver sorgungsleitungen für die zweite Brennzone II münden.
die Seitenwände des Ofenschachts weisen oberhalb der unte ren, ersten Brennzone I eine flache, gegen den Schachtinnen raum vorspringende Stufe (26) auf, unterhalb welcher die Ver sorgungsleitungen für die zweite Brennzone II münden.
16. Schachtofen nach Anspruch 5, 6 oder 7,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
zusätzliche Brennstoffzuführungsleitungen führen zu Brenn stoffaustrittsöffnungen am oberen Ende der unteren Trenn wand (15).
zusätzliche Brennstoffzuführungsleitungen führen zu Brenn stoffaustrittsöffnungen am oberen Ende der unteren Trenn wand (15).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19845495A DE19845495A1 (de) | 1997-10-03 | 1998-10-02 | Verfahren zum Brennen von carbonhaltigem Gestein unter Erzeugung eines Abgasstroms mit hohem CO2-Gehalt,sowie Doppelschachtofen zur Durchführung der Verfahren |
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DE19743824 | 1997-10-03 | ||
DE19838110 | 1998-08-21 | ||
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