DE19845495A1 - Verfahren zum Brennen von carbonhaltigem Gestein unter Erzeugung eines Abgasstroms mit hohem CO2-Gehalt,sowie Doppelschachtofen zur Durchführung der Verfahren - Google Patents

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 T_zul 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 T_max 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 T_zul 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.

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.

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).