DE2010974A1

DE2010974A1 - Verfahren zum Brennen und Sintern von körnigem, gebrochenem oder geformten Brenngut und Ofenanlage zur Durchführung des Verfahrens

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Publication number: DE2010974A1
Application number: DE19702010974
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-03-09
Filing date: 1970-03-09
Publication date: 1971-09-23
Also published as: US3715111A; GB1352186A; FR2083844A5; CH555304A

Description

Felix Sobek

Düsseldorf 17. Februar 1970

Friedrichstrasse 37

Verfahren zum Brennen und Sintern von körnigem, gebrochenem oder geformtem Brenngut und Ofenanlage zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Brennen und Sintern von körnigem, gebrochenem oder geformtem Brenngut in einem mittels flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen beheizten, bis auf die Zu- und Abführungs öffnung en für das Gut, die Zuschlagstoffe und Abgase geschlossenen langgestreckten Ofenraum, und ferner auf eine Ofenanlage zur Durchführung des Verfahrens. Als Brenngut kommen in Betracht beispielsweise Karbonate wie Kalkstein, Dolomit, Magnesit, Tone von zur Feuerfesterzeugung geeigneter Art, ferner sinterfähige, Flussstoffe wie Aluminiumoxyde, Eisenoxyde, Silikate enthaltende Materialien, ausserdem auch synthetisch hergestelltes, mittels Zusatz von geeigneten Flussmitteln sinterfähig aufbereitetes Brenngut, und zwar in jeder Form und Gestalt, als Agglomerate dieser Stoffe, unabhängig davon, ob diese durch Pelletisieren, Brikettieren sonstiges Pressen oder auf andere Weise hergestellt sind.

Aus diesen Materialien werden bei entsprechenden Prozesstemperaturen beispielsweise Branntkalk, kaustisch gebrannter und gesinterter Magnesit, gesinterter Dolomit, gebrannte Tonerde als Vormaterial der Feuerfestindustrie, Klinker in der Zementindustrie, reduzierte Pellets aus Eisen- oder Metallerzen und dergl. mehr erzeugt. Als Brennstoffe zur

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Erzeugir- der Prozesstemperaturen werden Naturgase, Generatorgase, Flüssiggase, Schwer- und Leichtöle, Leichtbenzin und dergl. verwendet. Entsprechend dem verwendeten Brennstoff sind die Brennstoffeinführungen als Düsen oder Brenner ausgebildet.

.Es ist bekannt, dass bei derartigen Brennprozessen grosse Schwierigkeiten dadurch entstehen, dass im Bereich der Brennstoffeinführungsstellen durch intensive Mischung von Brenngas und Luft örtliche Ueberhitzungen entstehen, durch die das Ofenfutter stark in Mitleidenschaft gezogen wird; weiterhin tritt als Nachteil ein ungleichförmiges Fortschreiten des Brenn- bezw. Sinterprozesses auf. Daher ist empfohlen worden, den Brennstoff durch den Brenner ohne oder-nur mit ganz geringem Luftzusatz einzuführen. Auf diese Weise lassen sich jedoch örtliche Ueberhitzungen der Ofenwandung nicht vermeiden, weil die entlangstreichende Luft aus der Kühlzone des Ofenraumes auf den einströmenden Brennstoff stösst und dadurch hohe örtliche Flammtemperaturen entstehen, die zur raschen Zerstörung auch hochwertiger Ofenfutter und ausserdem zum Verbrennen des Behandlungsgutes führen, welches dadurch unbrauchbar wird, während örtlich infolge ungenügender Brennstoffzufuhr keine ausreichende Reaktion stattfindet und daher das Material teilweise roh bleibt.

Es sind auch weitere Vorschläge bekannt geworden, um diesen immer wieder auftretenden Schwierigkeiten zu begegnen, die um so grosser werden, je mehr die Querschnitte der Ofenräume zunehmen. Um eine gleichmassige Temperaturverteilung zu erzielen, hat man auch die Brenner bezw. Brennstoffzuführungen in den Ofenraum hineinragen lassen; diese sind dadurch natürlicherweise einer hohen meachnischen und thermischen Beanspruchung ausgesetzt, welche erfahrungsgemäss zu raschem Verschleiss führt.

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Ferner hat man auch bei grösseren Ofenräumen diese durch verschiedenartige Einbauten, insbesondere durch Zwischenwände unterteilt, und die "dadurch geschaffenen einzelnen Qfenräume mit besonderen Brennstoff Zuführungen versehen. Auch durch diese Massnahmen konnten die bekannten Schwierigkeiten nicht behoben werden, weil damit der Zutritt der Luft und^! die intensive örtliche Flammen- und Hitze entwicklung nicht unterbunden oder gesteuert werden kann. Bei diesen Einbauten sind noch zusätzliche Störungen dadurch aufgetreten, dass deren Kühlsysteme örtlich nicht genügend wirksam waren, so dass es zu Durchbrüchen kam. Um dem besser begegnen zu können, sah man es auch als vorteilhaft an, bei Schachtofen der verwendeten Bauart zentral einen ringförmigen Einbau vorzunehmen, so dass der pfenraum ringförmig gestaltet und von zwei konzentrischen Rohren gebildet wurde; auch hierdurch konnten die bestehenden Mangel nicht wesentlich gebessert werden. _N

Nachdem durch diese baulichen Massnahmen eine wirksame Abhilfe nicht erzielt werden konnte, wurden verfahrensmässige Verbesserungen vorgeschlagen, und zwar beispielsweise (DAS 1 086 165) den Einblasedruck der unbrennbaren Gase sowie den Sog an den Abzugsstellen der Kühlluft so zu bemessen, dass durch die so geschaffenen Druckverhältnisse die Flamme von der Wandung des Ofenraumes weg und in die Richtung der Ofenachse gelenkt werden sollen. Doch auch diese Verfahrensweise konnte nicht zu einer wesentlichen Verbesserung führen, weil bei stärkerer Absaugung im Bereich der Brennstoffeinführungen eine gleichmässige Verbrennung bis zu Mitte des Ofenraumes erschwert, wenn nicht unmöglich gemacht wurde.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es, insbesondere bei Brennräumen grossenQuerschnitts, notwendig ist, den Brennstoff über den Querschnitt des Ofenraumes so zu verteilen, dass es nicht zu Örtlich grossen Ansammlungen von Brennstoff kommen kann, der dann mit dem stets vor-

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handenen Luftsauerstoff (der Kühlluft) heftig unter grosser Flammen- und Wärmeentwicklung reagiert. Diese wichtige, der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis gilt daher für alle Bauarten von Oefen und für jede Art des Ofenbetriebes, ob es sich um gesaugte Oefen mit Unterdruckbetrieb oder gedrückte Oefen mit Ueberdruckbetrieb handelt. Es wurde erkannt, dass eine gleichmässige Verteilung des Brennstoffes von nicht zu hohem Brennwert über den Querschnitt und über das ganze Volumen des Brennraumes ermöglicht werden muss, wenn ein homogener Reaktionsablauf unter Vermeidung von örtlichen Ueberhitzungen erreicht werden soll, der eine gleichmässige Wärmeerzeugung und -Verteilung zur Voraussetzung hat. Ausserdem ist es noch notwendig, die bei der Reaktion entstehenden Abgase in einer Weise abzuführen, dass die Druck- und Zugverhältnisse im Ofenraum die gleichmässige Verteilung des Brennstoffes und das gleichmässige Fortschreiten der Reaktion begünstigen.

Ausgehend von diesen Erkenntnissen besteht das Verfahren nach der Erfindung nunmehr darin, dass als Brennstoff ein unter sehr schwachem Druck zugeführtes, aufbereitetes Magergas verwendet und die Ofenatmosphäre auf Grund von Druck- und Abgasmengenmessung durch getrennte und voneinander unabhängige Regelung von Druck und Menge der aus den Verbrennungs- und Entsäuerungsprozessen sowie aus den bei der Verbrennung auftretenden zusätzlichen Reaktionen entstehenden Abgase gesteuert wird.

Man hat bisher offenbar nicht erkannt, dass die von der Fachwelt festgestellten starken örtlichen Reaktionen des zugeführten Brenngases mit dem Luftsauerstoff, insbesondere im Bereich der Brennraumwandungen bezw. Zuführungsstellen des Brennstoffs, vor allem auf die hohen Heizwerte der verwendeten Brenngase zurückzuführen sind; statt die Ursache

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zu erkennen, war man sogar bestrebt, dem Ofenräum möglichst reiche, also hochwertige Brennstoffe zuzuführen,· um zu günstigen Leistungsdaten zu gelängen. Nach einem der wesentlichen Grundgedanken der !Erfindung ist die gegenteilige Massnahme richtig, nämlich sehr magere Brenngase zu verwenden, deren Heizwerte etwa zwischen 750 kcal/Nm

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und höchstens 1200 kcal/Nm liegen. Auf diese Heizwerte'müssen nach der Lehre der Erfindung die zur Verfügung stehenden gasförmigen oder flüssigen Brennstoffe aufbereitet bezw. abgemagert werden, bevor sie dem Brennraum zugeführt werden können. Dies geschieht dadurch, dass der zur Verfügung stehende Brennstoff entsprechenden Heizwertes einem vorhandenen neutralen oder inerten Trägergas in entsprechender Dosierung und möglichst homogener Verteilung zugemischt wird.

Nach einem weiteren Grundgedanken der Erfindung werden die jeweils prozesseigentümlichen Ofendrücke und Abgasmengen gemessen bezw. ermittelt, und es werden auf Grund dieser Werte die sich aus den Verbrennungs-und Entsäuerungsprozessen ergebenden, sowie die bei der Verbrennung zusätzlich entstehenden Abgase durch getrennte und voneinander unabhängige Regelung von Druck und Menge abgeführt. Durch eine so geregelteAb gas führung ist es möglich, eine solche Ofenatmosphäre zu schaffen und aufrechtzuerhalten, die eine gleichmässige Durchdringung des Brennraumquerschnittes mit dem im Trägergas gleichmässig verteilt enthaltenen Brennstoff zu gewährleisten, sodass auch der Brennvorgang in einem homogen ablaufenden Prozess im gesamten Brennraum stattfindet. Oertliche Ueberhitzungen durch Ansammlung von hochwertigen, stark entflammbaren Brennstoffmengen können bei dieser Verfahrensweise nicht mehr auftreten.

Das erfindungsgemässe Verfahren bietet auch eine einfache Möglichkeit, unter voller Wahrung aller seiner Vorteile, den Verbrennungsprozess

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und damit die Ofenatmosphäre dem jeweils zu behandelnden Brenngut anzupassen und damit jeden gewünschten Prozess einwandfrei zu beherrschen. Es ist ohne weiteres möglich, die Temperatur und die Intensität der Verbrennung, den Verbrennungsfortschritt, im Sinne einer Verlängerung der Feuerzone, also einer Verlangsamung des Brennprozesses und somit eine Verlängerung der Verweilzeit des Brenngutes im Reaktionsbereich dadurch zu steuern, dass der Heizwert des eingeführten Magergases im Sinne einer weiteren Magerung verändert wird. Selbstverständlich ist auch die Umkehrung ohne weiteres möglieh, nämlich eine Beschleunigung des Brennprozesses durch entsprechende Anreicherung des Brenngases. Da man jedoch bei den meisten in Betracht kommenden Prozessen bestrebt ist, den Prozessfortschritt zu verlangsamen, um eine längere Verweilzeit des Gutes zu erreichen, kommt der erstgenannten Steuerungsmöglichkeit nach der zusätzlichen Erfindung eine wesentliche Bedeutung bei.

Bei manchen Arten von zu entsäuerndem Brenngut, vor allem bei verlangten grossen Durchsatzleistungen und dadurch bedingter verkürzter Verweilzeit des Gutes, insbesondere bei grobstückigen Korngrössen, bereitet es grosse Schwierigkeiten eine ausreichende Restentsäuerung zu erzielen. Man hatteilweise versucht, den Prozess zu intensivieren, indem man mit mehr oder weniger starkem Ueberdruck gearbeitet hat. Demgegenüber wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, in diesen Fällen eine die Restentsäuerung begünstigende Ofenatmosphäre von geringem Unterdruck aufrechtzuerhalten.

Bei vielen Brenn- und Sinterprozessen werden Ofenanlagen benutzt, bei denen das Abgas der Brennzone, dem Ofenraum als Rückgas wieder zugeführt wird, sei es um die noch brennbaren Bestandteile nach Umwandlung zu verwerten (Boudouard'sche Reaktion), sei es um die nichtbrennbar en

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Anteile als Kühlgas oder Sperr gas zu verwenden. Die weitere Erfindung bezieht sich auf eine derartige Ofenanlage und hat eine Verfahrensweise zum Gegenstand, bei der das Abgas des Ofens als Trägergas für auf karburierte Fremdgase dient und dem Ofenraum als Brenngas wieder zugeführt wird. Durch eine entsprechend geringe Anreicherung des Rück-' gases mit dem zur Verfügung stehenden Heizgas von im allgemeinen sehr hohen Wärmeinhalt wird das benötigte Magergas erzeugt; diese Arbeitsweise ermöglicht einen wirtschaftlichen, vorteilhaften Ofenbetrieb.

Dabei kann nach der weiteren Erfindung durch Veränderung des Aufkarburierungsgrades und/oder der Menge und/oder des Druckes des Brenngases vor Eintritt in den Brennraum mittels jeweils voneinander betätig- und einstellbarer Steuerorgane auf Grund der ermittelten Werte der Ofenatmosphäre der Heizwert des Magergases und dadurch der Verbrennungsfortschritt geregelt werden.

Es stehen somit zur Beeinflussung der dem Ofen zuzuführenden Stoffströme drei getrennte und unabhängig voneinander steuerbare Einstell·' möglichkeiten zur Verfügung» durchweiche für jeden Brenn-und Sinterprozess unter Berücksichtigung des zur Verfügung stehenden Brenngutes optimale Prozessverhältnisse geschaffen werden können. Das Verfahren ist universell anwendbar, weil erfindungsgemäss als Fremdgase zur Aufkarburierung des Rückgases Naturgase jeder Art, brennbare Abfallgase wie z. B. Gichtgas, künstlich hergestellte Gase wie Holzgas, Koksofengas,, Flüssiggase wie Propan, Butan, Leichtbenzin und im Wege der redu^ zierenden Verbrennung gewonnene Spaltgase verwendet werden können.

Wenn nach der Erfindung als Brennstoff Leicht- oder Schweröl verwendet wird, so bedarf es ebenfalls wie bei der Verwendung von gasförmigen Brennstoffen einer Möglichkeit, die Zuführung des Brennstoffes in den

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Brennraum nach Karburierungsgrad sowienach Druck und Menge zu regeln. Um diese Regelung zu erreichen, müssen die Stoff ströme vor dem Spaltungsprozess - ausgenommen das nur mengenmässig zu dosierende OeI - nach Druck und Menge getrennt voneinander geregelt werden. Demgemäss besteht das hierfür vorgesehene Verfahren nach der Erfindung darin, dass zur Auf karburierung des Trägergases- ein in einer Brennkammer im unterstöchiometrischen Prozess unter Zuführung von Luft für die Primärverbrennung des OeIs in durch getrennte Steuerorgane unabhängig voneinander einstellbarer Menge und Druck

fe erzeugtes Spaltgas verwendet wird. Bei einigen Sinterprozessen liegt die

Prozesstemperatur des dem Sintern vorangehenden Entsäuerungsprozesses relativ hoch. Beispielsweise liegt die Sintertemperatur bei manchen Dolomiten bei 1400 bis 1500 Grad C, während die Temperatur bei der vorgeschalteten Entsäuerung etwa zwischen 1000 und 1200 Grad C liegt. Diese geringe Differenz der Prozesstemperaturen zwischen dem Sintervorgang und dem vorangehenden Brennvorgang führt dazu, dass die Abgase aus dem tiefer im Ofen stattfindenden Sinterprozess einen für die Durchführung der Entsäuerung noch ausreichenden Wärmeinhalt nicht mehr aufweisen. Man hat daher bereits versucht» die für die Entsäuerung fehlende Prozesswärme oberhalb der Sinterzone zusätzlich zuzuführen.

Ik Zu diesem Zweck hat man eine zusätzliche oder mehrere weitere Brennebenen dadurch geschaffen, dass man weitere Düsen zum Zuführen von Gasen oder weitere Brenner oberhalb der Sinterzone angeordnet hat; teilweise ist auch eine direkte Eindüsung von flüssigem Brennstoff in diesem Bereich angewandt worden.

Durch diese Massnahmen konnten die oben dargestellten Mängel nicht behoben werden, denn auch bei Anwendung von weiteren Düsen bezw. Brennern nach den bekannten Verfahrensweisen ergibt sich eine ungenügende Verteilung des Brennstoffes im Brennraum und daher keine

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gleichmässige Erfüllung des Querschnitts und Schachtvolumens mit einem homogenen Brenngas. Im Bereich der Zuführungsstellen des Brennstoffes, insbesondere auch bei der Direkteindüsung, haben sich örtlich unzulässige hohe Erhitzungen gezeigt, die zu schlechten, wenn nicht unbrauchbaren Produkten geführt haben.

Demgegenüber erbringt auch bei der Anwendung von zwei oder mehr Brennebenen das erfindungsgemässe Verfahren ganz erhebliche zusätzliche Vorteile, weil nunmehr über die genaue und prozess eigentümliche Steuerung der Ofenatmosphäre über den Hauptbrennraum hinaus auch die Abstimmung der Temperaturen zwischen den verschiedenen Brennebenen einwandfrei beherrscht werden kann. Daher besteht das weitere Verfahren nach der Erfindung darin, dass zwei oder mehr Reaktionszonen mit unterschiedlichen Prozessbedingungen bei Zuführung des Brenngases in mehreren Ebenen durch unterschiedliche Karburierungsgrade des Magergases und entsprechende Einstellung von Druck und/oder Menge des zugeführten Brenngases in den verschiedenen Brennzonen sowie durch entsprechend getrennte und voneinander unabhängige Regelung von Druck und Menge der abgeführten'Abgase ausgebildet und aufrechterhalten werden.

Die Verfahrensweisen nach der Erfindung beruhen somit im Kern auf dem Grundprinzip, auf Grund von Druck und Abgasmengenmessungen eine kontrollierte Ofenatniosphäre entsprechend den jeweiligen Prozess daten aufrechtzuerhalten, und dabei im Gegensatz zu den üblichen Betriebsbedingungen das erforderliche Wärmeangebot auf ein grösseres Quantum von Trägergas gleichmässig verteilt in die Brennzone einzuführen, die somit ganz wesentlich vergrössert und in der die Strömung sehr verlangsamt wird. Dadurch wird die Behandlungszeit erheblich verlängert, was beispielsweise zur Erzeugung qualitativ wesentlich hochwertigeren Brenngutes führt.

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Diese Verfahrensweisen können unter Wahrung ihrer Vorteile auch angewandt werden, wenn dem Behandlungsgut zur Erzeugung der Prozesstemperatur und Durchführung der Reaktion feste Brennstoffe beigemengt werden. Je nach Art der Verteilung der festen Brennstoffe oder Brennstoffanteile ergeben sich vorteilhafte Verbrennungsverhältnisse, die die obengenannten Bedingungen der erfindungsgemässen Verfahrensweise erfüllen, und zwar unabhängig davon, ob ausser den festen Brennstoffen noch Brennstoff in gasförmigem Zustand zugeführt, oder mit Unter-

oder Ueberdruck im Ofenraum gearbeitet wird. I

Ausgehend von diesen Erkenntnissen besteht das weitere Verfahren nach der Erfindung darin, dass bei Durchführung der Reaktion mittels Verbrennung von dem Behandlungsgut beigegebenen festen Brennstoffen und gegebenenfalls gleichzeitiger Zuführung von Brennstoff in gasförmigem Zustand unter Aufrechterhaltung eines geringen Unterdruckes im Brennraum die Ofenatmosphäre auf Grund von Druck- und Abgas mengenmessung durch getrennte und voneinander unabhängige Regelung von Druck und Menge beim Absaugen der aus den Verbrennungs- und Entsäuerungsprozessen sowie aus den bei der Verbrennung auftretenden zusätzlichen Reaktionen entstehenden Abgase. Die Verfahrensweise kann ferner dahingehend abgewandelt werden, dass bei Aufrechterhaltung eines bestimmten Ueberdruckes im Brennraum die Ofenatmosphäre auf Grund von Druck und Abgasmengenmessung durch getrennte und voneinander unabhängige Regelung von Druck und Menge der zugeführten Kühl- und Verbrennungsluft gesteuert wird.

Die Verfahrensweisen nach der Erfindung können bei mehreren Gattungen von Ofenanlagen Anwendung finden. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet sind Schachtöfen für zahlreiche Behandlungsverfahren, ohne dass jedoch die Erfindung auf diese Oefen beschränkt ist. Sie ist vielmehr überall da an-

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Wendbar* wo bei Ofenanlagen die hier aufgezeigten Probleme auftreten, insbesondere wo es auf die Schaffung einer weitgehend homogenen Of enatmosphäre und eine leichte Steuerbarkeit des Prozessfortschritts ankommt, wie beispielsweise bei den technologisch vergleichbaren Ofenanlagen Tunnelofen, Wanderrostöfen, Drehherd-und ähnliche Herdbezw. Kammeröfen, bei denen das Behandlungsgut den Querschnitt des Of enräumes weitgehend ausfüllt.

Bei einer derartigen Ofenanlage, die mit Abgas-Absaugöffnungen und nachgeschalteten Exhaustor en sowie niit Rückgas Zuführungen versehen ist, besteht die weitere Erfindung darin, dass die Abgase mittels Leitungen in einen Schornstein geführt sind, der mit einer regelbaren Stauklappe versehen ist, unterhalb welcher die als Trägergas benötigte Abgasmenge in einer Rückgasleitung abgeführt und nach Auf karburierung dem Brennraum zugeführt wird. Dadurch wird ein Stauraum innerhalb eines Teils des Schornsteins von regelbarem Staudruck geschaffen, aus welchem das als Trägergas benötigte Abgas abgeführt werden kann; das Abgas wird in einer Rückgasleitung der Karburierungsvorrichtung zugeführt, von Welcher es in geregelter Menge und mit geregeltem Druck als Brenngas dem Brennraum des Ofens zugeleitet wird. Zum Zwecke der Steuerung von Druck und Menge der Abgas- und Zuschlag-Stoff ströme sind in die diese Ströme führenden Leitungen'erfindungsgemäss unabhängig voneinander betätigbare Drosselvorrichtungen eingeschaltet. Anstelle von Drosselvorrichtungen können zur voneinander unabhängigen Steuerung von Zug oder Druck bezw. Menge der Abgas- und Zuschlagstoff ströme in die diese Ströme führenden Leitungen Ventilatoren bezw. Exhaustoren eingeschaltet sein, deren Durchsatzleistungen bezw. Pressung mittels Drehzahlregel, Schaufelverstellung oder dergl. Mittel veränderbar ist*

Eine besondere Aufgabenstellung besteht, bei der Anwendung des erfin-

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dungsgemässen Verfahrens in derartigen Ofenanlagen darin, die dem Ofenraum zuzuführenden Brenngase und Zuschlagstoffe und die abzuführenden Abgase mittels einer zweckmässigen Leitungsführung vorteilhaft ein- bezw. abzuleiten, um zu erreichen, dass die Zu- und Abführungsleitungen gleichmässig von den unter geringem Druck stehenden und sehr langsam strömenden Gasen beaufschlagt sind. Der Erfolg des erfindungsgemässen Verfahrens hängt auch davon ab, dass die Gas- und Zuschlagstoffströme unter gleichmässigem Druck und mit gleichmassiger Geschwindigkeit zu- bezw. abgeführt werden. Zu diesem Zweck sind erfindungsgemäss die Ringleitungen, an welche die Zuführungsleitungen für das Rückgas und/oder das Brenngas und/oder die Primärluft für die Brennkammern angeschlossen sind, mittels einer mit zwei gegenüberliegenden Einführungen versehenen Halbringleitung mit dem Ofenraum bezw. den Versorgungssträngen verbunden. Durch diese Anordnungs- und Ausbildungsweise wird gewährleistet, dass unabhängig von der Zahl und Lage der Zu- bezw. Abführungsleitungen aus oder zum Ofenraum eine gleichmässige Beaufschlagung der Hauptringleitungen und der von diesen abführenden Zuführungsleitungen, beispielsweise zu den Brennern oder Gasdüsen erfolgt.

Bei derartigen Ofenanlagen ist es teilweise zweckmässig, die Brennkammern zur Erzeugung von Spaltgas aus Heizölen am Umfang des Brennraumes verteilt und in einem Anstellwinkel nach unten gerichtet anzuordnen. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass das Brenngut nicht in die Brennkammer gelangen und ferner, dass die Brennkammer von Rückständen leichter gesäubert werden kann, die beim Säuberen der

Kammer von selbst nach unten in den Ofenraum fallen. Ausgehend von dieser bekannten Ausbildungs- und Anordnungsweise besteht die weitere Erfindung darin, dass der Brennkammer nachgeschaltet eine Mischkammer angeordnet ist, in welche das Trägergas zugeführt und mit dem

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-13-er zeugten Spaltgas aufkarburiert wird. In die Mischkammer führt die das Träger gas führende Rückgasleitung, so dass dort das durch Karburierung des Abgases als Brenngas benötigte Magergas erzeugt wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht noch in einer besonderen Gestaltung des Uebergangsbereiches zwischen Brenn- und Mischkammer, und zwar ist erfindungsgemäss in diesem Bereich eine Verengung des lichten Querschnitts an Teilen des Umfanges angebracht, wobei sich die Einengung auf die seitlichen Flächenteile beschränkt; dadurch bleibt der Uebergangsbereich zwischen Brenn- und Mischkammer am unteren Wandungsteil eben, was den Vorteil erbringt, dass die Reinigung der Brenner erheblich erleichtert ist, weil die Rückstände mittels eines Schiebers oder Kratzers auf dem unteren ebenen Wandungsteil einfach schräg nach unten in den Ofenraum, abgeschoben we^;rden können.

Ein zusätzliches Merkmal der Erfindung bezieht sich noch auf die Ausgestaltung der Mischkammer. Diese weist erfindungsgemäss einen etwas geringeren lichten Querschnitt als die Brennkammer auf, der sich insbesondere aus Einschnürungen bezw. Abflachungen der seitlichen Wandteile der Kammer ergibt. Durch die Quer Schnitts verminderung der Mischkammer gegenüber der Brennkammer werden höhere Strömungsturbulenzen und damit eine intensivere Vermischung von Brenngas und Trägergas erreicht. Die Gestaltung der Querschnittsverminderung durch einengende Abflachungen ergibt ähnliche Vorteile wie bei der Gestaltung der Brennkammern, nämlich günstigere Reinigungsmöglichkeiten.¹

Die Erfindung umfasst auch noch ein Verfahren zum Inbetriebsetzen einei gas-bezw. ölbeheizten Ofenanlage, die darin besteht, dass mittels besonderen, den Brenngaszuführungsdüsen zugeordneten Zündbrennern ein

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Gas-Luft-Gemisch auf die Beschickung gerichtet und von Hand mit Hilfe einer Lunte entzündet wird, und dass der Luftanteil des Zündbrenners entsprechend dem Fortschritt der Erwärmung des Brenngutes allmählich verringert und bei ausreichender Erwärmung zuletzt ganz abgesperrt wird, wobei in allmählich zunehmendem Masse die Brennluft .aus dem Ofenbrennraum herangezogen wird, und dass im Zuge des sich mehr und mehr vergrössernden Anteils des auf Betriebstermperatur erwärmten Brenngutes die Zündbrenner abgeschaltet und die normale Brenngaszuführung eingeschaltet wird. Auf diese Weise ist es möglich, einen derartigen gasbeheizten Ofen anzufahren, ohne dass es der Verwendung von zusätzlichen Fremdbrennstoffen bedarf.

Die Erfindung ist anhand der in der Zeichnung dargestellten Ofenanlage näher erläutert. Es zeig en

Fig. 1 Aufriss und Teilschnitte eines Schachtofens, der für die

Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens mit den Vorrichtungen nach der Erfindung versehen ist;

Fig. 2 horizontale Teilschnitte X-X des Schachtofens gern Fig.

Fig. 3 Längsschnitt (A-A nach Fig. 4) einer Brennereinheit nach

der Erfindung, bestehend aus Brenn- und Mischkammer;

Fig. 4 die Brenner einheit gem. Fig. 3 in einem anderen Längs

schnitt (B-B nach Fig. 3)

Fig. 5a, 5b, 5c Querschnitte der Brenner einheit nach Fig. 3 (C-C, D-D, E-E)

Der in Fig. 1 dargestellte Schachtofen ist auf einem Sockel 1 angeordnet,

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in welchem, auch der Sammelsilo 2 angeordnet ist. In diesem sammelt sich das kontinuierlich erzeugte Behandlungsgut, welches durch die Siloentleerungsvorrichtung 3 an dessen unterem Ende entnommen wird. Der Sammelsilo 2 ist ferner mit Luftzutritts öffnung en versehen, die mit einstellbaren Jalousien ausgerüstet sind; diese dienen zur Regelung der Geschwindigkeit des Luftzutritts in den Brennraum..

Der eigentliche Ofenschacht 5 ist mit einer Anordnung von umfangsverteilt angebrachten, in die Mitte des Schachtes weisenden Brennervorrichtüngen 6 versehen, wie dies auch aus Fig. 2 hervorgeht. Jede Brennervorrichtung 6 besteht aus einer Brennkammer 61 und einer Mischkammer 62. Die Einzelheiten des Aufbaues der Brennervorrichtungen .6 sind aus den Fig. 3, 4 und 5a bis 5 c ersichtlich.

In den Prennkammern 61 findet die Primärteilverbrennung des Heizöles statt. Die hierzu erforderliche Primärverbrennungsluft erhalten die Brennkammern 61 über die Leitungen 7 zugeführt, welche an eine Ringleitung 8 angeschlossen sind; diese wird mittels eines Gebläses aus der Atmosphäre mit Luft versorgt. Zur Kühlung der Brennkammern 61 ist mittels der Leitungen 9 die Zuführung von Spülgas vorgesehen, welches aus der Ringleitung 10 stammt. Dieser Ringleitung wird das Spülgas von dem Gebläse 12 über die Halbringleitung 11 zugeführt. Das Spülgas wird vom Geläse 12 über die Rückgasleitung 13 aus dem im Kamin 16 gebildeten Stauraum 14 unterhalb.der Stauklappe 15 abgesaugt.

In die Mischkammern 62 wird zur Erzeugung des Brenngases das. Trägergas eingeleitet, welches ebenfalls aus der Ringleitung 10 entnommen und mittels der Leitungen 17 den einzelnen Mischkammern 62 zugeführt wird.

An der Gicht 18 des Schachtofens 5 ist die Begichtungsschleuse 19 mit dem

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Senkkegel 20 angebracht. Ferner ist die Gicht mit einem ringförmigen Abgasabsaugekanal 21 versehen, dem das Abgas durch Einströmöffnungen zuströmt. An den ringförmigen Gasabsaugekanal 21 ist die Abgas-Falleitung 22 angeschlossen, an deren oberstem Punkt ein Notkamin 23 mit einer Explosionsklappe 24 angeordnet ist. Zur Absaugung der Abgase in die Abgas-Falleitung 22 dient ein Abgas exhaustor 25, welcher die angesaugten Abgase durch den Kamin 16 ins Freie drückt.

^ Aus Fig. 3 geht unter Weglassung der nicht zum Verständnis erforderlichen Teile der Aufbau der Brennervorrichtung 6 und deren Anordnung an der Ofenschachtwandung hervor. Wie bereits erwähnt, ist die Brennervorrichtung in einem Winkel nach unten weisend angebracht und führt durch die Ofenausmauerung 51 in den Ofenraum. Die Brennkammer 61, zu der die nicht dargestellten Leitungen für Spülgas und Primärluft und ferner für das Heizöl führen, ist in einem zylindrischen Stahlmantel 63 angeordnet und mit einem Futter 64 aus Stampfmasse versehen. An die Brennkammer 61 schliesst sich, durch die Einschnürung 65 abgeteilt, die Mischkammer 62 an, die in den Ofenraum führt. Zur Einführung des Trägergases in die Mischkammer 62 dient die in dieser angeordnete HaIb-

^ ringleitung 171, die die Mischkammer teilweise umgibt, und von der

mehrere Zuführungsdüsen 172 in den Mischkammerraum führen. Die Halbringleitung 171 ist an die nicht näher dargestellte Zuführungsleitung (in Fig. 1, 17) für das Trägergas angeschlossen.

Die Einschnürung 65 zwischen Mischkammer 62 und Brennkammer 61 hat im Querschnitt die Gestalt seitlicher Abflachungen 66, wie aus Fig. 5 b (Schnitt E-E) ersichtlich ist, während die Fig. 5 a (Schnitt C-C) eine Draufsicht auf die Einschnürungsstelle 66 zeigt. Im Bereich der Mischkammer 62 sind geringere Abflachungen 67 vorgesehen, wodurch eine Querschnitts- und damit Volumensverminderung auf einfache Weise er-

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reicht wird, um die Strömungsturbulenz zu erhöhen und damit die Mischintensität zu steigern.

Die Erzeugung des Brenngases für die Aufkarburierung des Trägergases erfolgt durch unter stöehiometris ehe Verbrennung des zugeführten Heiz Öles in den Brennkammern 6.1; die Aufkarburierung erfolgt in den anschliessenden Mischkammern 62 in die das Heizöl nach der Primärteilverbrennung eintritt. Dabei ist es nötig, die Temperatur der Wandungen der Brennkammern in engen Grenzen konstant zu halten, um eine Zerstörung der Kammern zu vermeiden. Zu diesem Zweck ist eine nicht näher dargestellte Kühlung der Brennkammern 61 durch das in den Leitungen 9 zugeführte Spülgas vorgesehen.

Die Regelung der Ofenatmosphäre erfordert eine entsprechend den Prozessbedingungen genaue Steuerung der Mengen und Drücke der in den Brennraum eingeführten Brenngase und der aus dem Brennraum abziehenden bezw. abzuziehenden Abgase. Die Abgase werden im dargestellten Aus führungsbeispiel durch den Abgas exhaustor 25 - gesteuert nach Druck und Menge mittels Drehzahl -und Drosselregelung - abgesaugt. Auf diese Weise kann den jeweiligen Anforderungen des Behandlungsprozesses entsprechend ein mehr oder weniger starker Unterdruck bei einem in dieser Weise betriebenen, gesaugten Schachtofen aufrechterhalten werden, und es kann auch die Kühl- und Verbrennungsluft nach Druck und Menge dosiert durch die Jalousien der Luftzutritts öffnung en 4 in den Ofenraum einströmen. Die durch das Behandlungsgut vorgewärmte Verbrennungsluft, die aus der Kühlzone im unteren Teil des Ofenschachts kommt, vermischt sich mit dem aus den Brennervorrichtungen 6 einströmenden Brenngas. Das dadurch entstehende Luft-Gas-Gemisch wird durch das glühende Behandlungsgut gezündet und verbrennt unter Erzeugung der Reaktionstemperatur auf dem ■Vege zur Ofengicht.

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Claims

Felix Sobek 17. 2. 1970

Patentansprüche

1, Verfahren zum Brennen und Sintern von könrigem, gebrochenem oder geformtem Brenngut in einem mittels flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen beheizten, Bis auf Zu._und Abführungsöffnungen für Gut, Zuschlagstoffe und Abgase geschlossenen, langgestereckten Ofenraum, insbesondere Schachtofen,

gekennzeichnet

durch die Verwendung von unter sehr schwachem Druck geführtem aufbereitetem Magergas als Brennstoff, und Regelung der OfenatnioSphäre auf ^rund von Druck-und Abgasmengenmessung durch getrennte und voneinander unabhängige Regelung von Druck und M_enge bei der Abführung der aus den Verbrennungs-und Entsäuerungsprozessen sowie den bei der Verbrennung auftretenden zusätzlichen Reaktionen entstehenden Abgase«

β Verfahren nach Anspruch 1
gekennzeichnet

durch Steuerung des Verbrennungsfortschritts in der Z_eiteinheit im Sinne einer Verlängerung der i'euerzone und dadurch vergrößerte Verweil±eit der Brenngase im Reaktionsbereich durch Veränderung des Brennwertes des Magergases im Sinne einer Verringerung des Brennwertes.

3. Vetfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß bei der Behandlung von zu entsäuerndem Brenngut eine den Austritt der Kohlensäure, besonders die Restentsäuerung begünstigende Ofenatmosphäre von geringem Unterdruck aufrechterhalten wird.

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4· Verfahren zum Betrieben einer Ofenanlage zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet,

daß das Abgas als ^xrägergas für aufkarburieDEndePremdgase dient und dem Ofenbrennraum als Brenngas wieder zuegführt wird.

5· Verfahren nach Anspruch 4 " ^^" dadurch gekennzeichnet,

— daß durch Veränderung des Aufkarburierungsgrades und/oder der Menge und/oder des Druckes des Brenngases vor Eintritt in den Brennraum mittels jeweils voneinander unabhängig betätigbarer und einstellbarer Steuerorgane auf. Grund der gemessenen Werte der Ofenatmosphäre der Brennwert des Magergases und dadurch der Verbrennungsfortschritt regelbar ist.

6» Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5 dadurch gekennzeichnet,

daß als ^'remdgase zur Auf karburierung Naturgase, brennbare Abfallgase wie z.B. Gichtgas, künstlich hergestellte Gase wie Holzgase, ^oksofengase, flüssiggas, wie Propan, Butan, "Leichtbenzin, im Wege der reduzierenden Verbrennung aus Dexcht-und Schwerölen gewonnene Spaltgase, verwendet werden*»

7· Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6 unter Verwendung von ■^eicht-oder Schweröl als Brennstoff
dadurch gekennzeichnet,

daß zur Auf karburierung des '^rägergases ein in einer Brennkammer ( 61) im unterstöchiomeirischen Prozeß unter Zuführung von Luft für die Primärverbrennung des ^Ia in durch getrennte SteueroBgane unabhängig voneinander einstellbaren Mengen und Drücken erzeugtes Spaltgas verwendet wird.

8· Verfahren nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der darauffolgenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,

daß bei Zuführung des Brenngases in mehreren Ebenen zwei oder mehr Eeaktionszonen mit unterschiedlichen Prozeßbedingungen durch unterschiedliche Karburierungsgrade des ^Trägergases und entsprechende Einstellung von Druck-und /oder

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Menge dee Öugeführten Brenngases in den verschiedenen Brennzonen, sowie durch entsprechend getrennte und voneinander unabhängige Regelung von Druck und Menge der abgeführten Abgase ausgebildet und aufrechterhalten w&rdsn.

Verfahren nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der darauffolgenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,

daß bei Durchführung der Reaktion mittels Verbrennung von dem Behandlungsgut beigegebenen festen Brennstoffen und gegebenenfalls gleichzeitiger Zuführung von Brennstoff in gasförmigem Zustand unter Aufrechterhaltung eines geringen Unterdruckes im Brennraum die Ofenatmosphäre auf Grund von Druck-und Abgasmengenmessung durch getrennte und voneinander unabhängige Regelung von Druck und Menge beim Absaugen der aus den Verbrennungs-und Entsäuerungsprozessen sowie aus den bei der Verbrennung auftretenden zusätzlichen Reaktionen entstehenden Abgase.

10. Verfahren nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der darauffolgenden Ansprüche

dadurch gekennzeichnet,

daß bei Durchführung der Reaktion mittels Verbrennung von dem Behandlungsgut beigegebenen festen Brennstoffen und gegebenenfalls gleichzeitiger ²ufrührung von Brennstoff in gasförmigem Zustand unter Aufrechterhaltung eines bestimmten Überdruckes im Brennraum die Ofenatmosphäre auf Grund von Druck-und Abgasmengenmessung durch getrennte und voneinander unabhängige Regelung von Druck-und Menge der zugeführten Kühl-und Verbrennungsluft gesteuert wird·

11. Ofenanlage zur Durchführung der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, mit Absaugöffnungen und diesen nachgeschaltettn Rückgasexhaustoren sowie Rückgaszuführungen dadurch gekennzeichnet,

daß die Abgase mittels Leitungen (21,22) in einen Kamin (16} geführt sind, der mit einer regelbaren Stauklappe (15) ver-

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sehen ist, unterhalb welcher die als ^rägergas b~enotigi;e . Abgasmenge in einer Rückgasleitung (13) abgeführt und nach Aufkarburierung dem Brennraum zugeführt wird·

12. Ofenanlage nach Anspruch 11
dadurch gekennzeichnet,

daß zur getrennten und voneinander unabhängigen Steuerung von Menge und Druck bezw. Zug der Abgas-und Zuschlagstoffströ'me in die diese Strome führenden Leitungen DrossAvorrichtungen eingeschaltet sind.

13· Ofenanalge nach Anspruch 11

dadurch gekennzeichnet, . . . ....'..· daß zur getrennten und voneinander unabhängigen Steuerung von Druclrund Menge\bezw· Zug) der Abgas-rund Zuschlag-■ stoffströme.in die diese Ströme führenden Leitungen (13,22) Ventilatoren bezw. Sxhaustoren (12,25) eingeschaltet sind, , deren Durchsatzleistung und Pressung veränderbar ist.

14» Ofenanlage nach Anspruch 11
dadurch gekennzeichnet,

daß die Hingleitungen (8,10), an welche die Zufuhrungsleitungen für das Rückgas und/oder das· Brenngas und/oder die Primärluft (7»9>17) für die Brennkammern (61) angeschlossen sind, jeweils mittels einer mit zwei einander gegenüberliegenden Einführungen versehenen Halbringleitung (11,11a) mit dem Ofenraum bezw. Versorgungsstrang ,verbunden sind,

15· Ofenanlage nach Anspruch 11 mit am Umfang des Brennraums verteilt unter einem Anstellwinkel nach unten gerichtet angeordneten Brennkammern zur Erzeugung von Spaltgas aus Heizölen dadurah gekennzeichnet>

daß der Brennkammer (61) nachgeschaltet eine Mischkammer (62) angeordnet ist, in welcher das ¥rägergas zugeführt, und mit de* erzeugten Spaltgas aufkarbiriert wird. ' -■-.. „,

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16. Ofenanalge nach Anspruch 11 und 15
dadurch gekennzeichnet,

daß im Übergangsbereich zwischen Brenn (61) - und Mischkammer (62) eine Verengung bezw. Einschnürung (65) des lichten Querschnitts an Teilen des Umfanges angebracht ist, wobei sich die Einschnürung auf die seitlichen Plächenteile (66) beschränkt.

17. Ofenanlage nach den Ansprüchen 15 und 16 dadurch gekennzeichnet,

daß die Mischkammer (62) einen etwas geringeren lichten Querschnitt aufweist als die Brennkammer (61), der sich insbesondere aus Einschnürungen bezw. Abflachungen (67) der seitlichen Wandteile der Kammer ergibt.

18. Verfahren zum Inbetriebsetzen einer gas-bezw. ölbeheizten Ofenanlage nach den Ansprüchen 11 bis 17 dadurch gekennzeichnet,

daß mittels besonderen, den Brenngaszuführungsdüsen zugeordneten Zündbrennern ein Gas-Luft-Gemisch auf die Beschickung gerichtet und von Hand mit Hilfe einer Lunte entzündet wird, und daß der I>uftanteil dee Zündbrenners entsprechend dem Fortschritt der Erwärmung des Brenngutes allmählich verringert und bei ausreichender Erwärmung zuletzt ganz abgesperrt wird, wobei in allmählich zunehmendem Maße die Brennluft aus dem Ofenbrennraum herangezogen wird, und daß im Zuge des sich mehr und mehr vergrößernden Anteils des auf Betriebstemperatur erwärmten Brenngutes die Zündbrenner abgeschaltet und die normale Brenngaszuführung eingeschaltet wirdo

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