DE2227516A1

DE2227516A1 - Schachtofen zur waermebehandlung von schuettgut

Info

Publication number: DE2227516A1
Application number: DE19722227516
Authority: DE
Inventors: Yves Collinet
Original assignee: CARMEUSE SEILLES SA; DISTRIGAZ SA
Current assignee: CARMEUSE SEILLES SA; DISTRIGAZ SA
Priority date: 1971-06-08
Filing date: 1972-06-06
Publication date: 1973-01-11
Also published as: IT959072B; ES403582A1; GB1385727A; NL7207725A; FR2141204A5

Description

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Patentanwälte

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MQnthon 22, Ste-nedorfstr. 1C _BE -J_-4 g_og

74-18.844P(18.845H) . 6. 6. 1972

S.A. Garmeuse, . Seilles

(Belgien)

S.A. Distrigaz, Brüssel

(Belgien)

Schachtofen zur Wärmebehandlung von Schüttgut

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schachtofen zur Wärmebehandlung von Schüttgut, insbesondere zum Brennen von Kalk, in welchem die Heizgase sich im Gegenstrom zum Gut bewegen, mit in einer oder mehreren Ebenen quer zur Lagerachse des Ofens angeordneten Brennern für die Zufuhr des Brennstoffes.

Ein Schachtofen weist im wesentlichen einen Schacht mit einer Beschickungsvorrichtung am oberen Ende, eine Austragvorrichtung am unteren Ende und eine Einrichtung für die Zufuhr von Luft auf, welche vom unteren Schachtende nach oben fliesst.

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Bei den meisten Schachtofen dieser Art wird als Brennstoff Koks verwendet, der beispielsweise mit dem Kalkstein gemischt gegichtet wird. Brenngut und Brennstoff bewegen sich im Schacht abwärts, im Gegenstrom zur aufsteigenden Luft. Der Ofen besteht üblicherweise aus 3 Zonen, der Vorwärmezone, Entkarbonisierungs- oder Brennzone und der Kühlzone. Die Nachteile des koksbeheizten Ofens sind allgemein bekannt. Es ist schwierig, Koks und Brenngut, beispielsweise Kalkstein, vollkommem gleichmassig zu mischen und beim Gichten Entmischungen zu vermeiden. Als Folge ergibt sich ungleichmässig gebranntes Material. Die Asche des Kokses verunreinigt das Brenngut, und der vom Brenngut aus dem Koks aufgenommene Schwefel vermindert für viele Verwendungszwecke die Qualität des Brenngutes.

Um diese Nachteile zu vermeiden, verwendet man als Brennstoff Gas oder OeI. Es ist bekannt, entweder diese Brennstoffe in Kammern ausserhalb des mit Brenngut gefüllten Schachtes zu verbrennen und die heissen Rauchgase als Wärmeträger in die Schüttung einzuführen oder den Brennstoff direkt durch in der Ofenwand angeordnete Rohre einzuführen. Diese Rohre münden auf der Innenseite der Ofenwand. Diese Oefen gewährleisten keine gleichmässige Verteilung oder Diffusion der Heizgase und dementsprechend auch keine entsprechende Verteilung der Kalorien im Brenngut. Dieser Nachteil wirkt sich auf die Qualität des Produktes aus, da notwendigerweise eine Ueberhitzung des Gutes an den Orten des Eintrittes des Heizmediums eintritt und auch die feuerfesten Wandauskleidungen beschädigt. Zudem fallen erhebliche Mengen nicht verbrannter Gase an, was sich entsprechend auf den Wärmeverbrauch des Ofens auswirkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ofen zu schaffen der die geschilderten Nachteile nicht aufweist, sondern eine optimale Wärmeverteilung und demgemäss einen optimalen Brennvorgang, so-

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wie eine leichte, schnelle und präzise Regulierung des Ofenbetriebes ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch einen Schachtofen^ der eingangs beschriebenen Art gelöst, bei welchem die Brenner teilweise ins Innere des Ofens ragen und quer zur Längsachse und in der Schüttung quer zur Längsachse des Ofens münden.

Dadurch erreicht man, dass die Gas- und Luftmengen sich gleichmassig im Brenngut mischen, so dass man eine gleichiaässige Wärmeverteilung auf dem ganzen Ofenquerschnitt erhält. Die Qualität des gebrannten Materiales wird gleichmässig und gleichzeitig schont man die Ofenauskleidung. Dazu wird der Wärmeverbrauch des Ofens vermindert und gleichzeitig die spezifische Leistung des Ofens vergrössert. Man erreicht somit eine erhöte , Produktion, wenn man einen bestehenden Ofen gemäss der Erfindung umbaut.

Die Erfindung ist in den Figuren 1 bis 5 beispielsweise dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 Einen Längsschnitt durch einen Schachtofen mit Vollkreisquer schnitt (Ofen geringerer Kapazität)·,

Fig. 2 einen horizontalen Schnitt in der Ebene II - II der Fig. 1,

Fig. 3 einen teilweisen Längsschnitt durch die Schachtwand in vergrösserter Darstellung,

Fig. 3a einen teilweisen Längsschnitt durch eine Brennmündung,

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Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Schachtofen mit Kreisringquerschnitt und

Fig. 5 einen horizontalen Schnitt, analog demjenigen nach Fig. 2, des Schachtofens nach Fig, 4.

Der Ofen besteht aus dem zylindrischen Schacht 1, der auf einer nicht gezeichneten Tragkonstruktion aufsitzt. An seinem oberen Ende befindet sich die' Beschickungseinrichtung 2. Das Brenngut, beispielsweise Kalkstein, wird von der Fördereinrichtung 3 eingebracht.

Am unteren Ende hat der Schacht einen Sammelbehälter 4, aus dem der gebrannte Kalk mittels einer Schüttelrinne 5 über ein Zwischenstück 6 auf das Förderband 7 gelangt. Für das Austragen des Kalkes oder für das Beschicken des Ofens mit Kalkstein können auch andere Einrichtungen verwendet werden.

Am unteren Ende des Schachtes wird die Verbrennungsluft durch eine Reihe von Rohren 8 zugeführt, die an die Luftringleitung 9 angeschlossen sind, in welche ein Gebläse 10 Luft fördert.

In der Entkarbonisierungszone ist der Schacht mit aus feuerfesten Gaszuführungsrohren bestehenden Injektoren oder Brennern 11 ausgestattet, die über die Innenseite der Ofenwand in die Schüttung hineinragen. Die Brenner sind vorteilhaft auf mehreren Ebenen verteilt. Die Brenner 11 sind an eine Ringleitung 12* in die ein Gebläse 13 fördert, welches an eine Abgasrückführungsleitung 15 angeschlossen ist. Vor dem Gebläse 13 befindet sich ein Mischinjektor 16, in den die Brennstoffleitung 17 mündet. Ein Teil der Abgase wird aus dem oberen Schachtende über die Sammelleitung 14 und die Leitung 15 vom Gebläse 13 angesaugt und mit Brennstoffgas vermischt durch die Brenner 11 in den

* angeschlossen, 209887/06? 6

Ofen gedrückt. Das Ventil 18 in der Abgasleitung 15 und das Ventil 19 in der Brennstoffleitung 17 gestatten, die Mengen an rückgesaugtem Abgas und Brennstoff zu regeln. Ebenso gestattet eine Regelung durch Drosseln oder durch Widerstandsänderung am Gebläsemotor die Einhaltung der am Fuss des Ofens eingedrückten Verbrennungsluft,

Die wieder eingeführten Abgase werden auf Temperatur gehalten, um jegliche Kondensation von Wasserdampf zu verhindern, welche eine Verschmutzung der Leitungen und der Injektoren zur Folge hätte. Man kann auch in bestimmten Fällen die Abgase kühlen und trocknen, indem sie nacheinander durch einen Wascher und einen Separator geführt werden, wie sie beispielsweise gewisse Verbraucher von C02 verwenden.

Die Brenner 11 welche die Einführung des gasförmigen Brennstoffes in die Schüttung ermöglichen, reichen nicht nur, bis zur feuerfesten Auskleidung des Ofens, sondern reichen in das Brenngut. Genaue Untersuchungen haben ergeben, dass das Heizgas, wenn es nur durch einfache Oeffnungen nur bis an die Innenseite des Ofenfutters geführt wird, unmittelbar am Futter hochsteigt, unabhängig davon, ob der Brennstoff mit geringem oder hohem Impuls eingebracht wird.

Die Diffusion des Gases in der Schüttung vollzieht sich in Form eines Konus, der von der Eintrittsöffnung ausgeht und sich langsam gegen den Oberteil des Ofens, praktisch entlang der Wand, ausbreitet, wie wenn es durch diese angesaugt würde. Die Folge davon ist ein Ueberhitzen des Ofenfutters und eine sehr schlechte Mischung zwischen Brennstoff und Luft, Der Kalk im Zentrum de»s Ofens bekommt zuwenig Wärme und entkarbonisiert: sich deshalb nicht. Wenn man das Volumen des eingedrückten Gases

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durch Zufügung einer erheblichen Abgasmenge vergrössert, erreicht man zwar eine gewisse Diffusion des Gases gegen die Ofenmitte; indessen verhindert die Anwesenheit von Abgasen im Luftbrennstoffgemisch eine vollständige Verbrennung, was den Anfall einer erheblichen Menge nicht verbrannter Gase, z.B. H_ CO, CH , zur Folge hat.

Wenn jedoch der Brenner in die Schüttung hineinragt, ist die Diffusion des Brennstoffes im ganzen, den Brenner umgebenden kugelförmigen Raum vollständig homogen und die Mischung mit dem Sauerstoff wird dadurch verbessert. Eingehende Versuche haben gezeigt, dass der Abstand der Brennermündung von der Innenseite des Ofenfutters zweckmässig zwischen 20 - 50 % des Ofenradius, bzw. der Tiefe der Brennzone beträgt. Durch diese Anordnung kann man die Menge der wieder eingeführten Rauchgase bis auf ein Drittel vermindern, wodurch der spezifische Verbrauch des Ofens verringert und die Verbrennung beträchtlich erleichtert wird.

Da die Verbrennung praktisch unmittelbar vom Moment an erfolgt, wo die Mischung zwischen Brennstoff und Luft in den Zündgrenzen erreicht ist, und das die Entkarbonisierungsgeschwindigkeit des Brenngutes eine verhältnismässig lange Operation ist, ist man am Auseinanderziehen der Brennzone auf eine grössere Höhe des Ofens durch Vermehrung der Brennerebenen interessiert.

Da jeder Brenner einen gut abgegrenzten Raum der Brennzone versorgt, kann man annehmen, dass die Gesamtproduktion eines Ofens, welche Funktion seines Volumens ist, annähernd proportional der Zahl der Brenner ist. Indessen hängt diese Zahl auch von der Qualität des zu erzeugenden Kalkes sowie von der Körnung und der Herkunft des Brenngutes ab.

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Das Verfahren hat den Vorteil, die Entkarbonisierungszone zwischen zwei weit auseinanderliegenden parallelen Ebenen zu begrenzen. Der Wärmeaustausch zwischen dem festen "und gasförmigen Material in der Kühl- und in der Vorwärmzone können beträchtlich verringert und wegen einer homogenen undjkontrollierten Verteilung der Luft, der Gase und der Verbrennungsprodukte genau begrenzt werden. Der Wirkungsgrad wird dadurch verbessert und die spezifische Produktion eines Ofens, der.gemäss der vorbeschriebenen Art ausgerüstet wird, wird um 50 - 60 % erhöht.

Die Brenner sind zweckmässig aus einem feuerfesten Material hergestellt, das einer Temperatur von 1 400 C widersteht. Da die Temperatur der Entkarbonisierungszone zwischen 9OO - 1 100° C beträgt entsprechend der Qualität, die man zu erhalten wünscht, beispielsweise losen und reagierenden oder überhitzen oder wenig poröser Kalk, ist kein zusätzliches Kühlsystem für die Brenner notwendig was die Anwendung des Verfahrens beträchtlich erleichtert. Weiter kann um jegliche Verstopfung am Gasaustritt zu vermeiden, der untere Teil der Mündung 11' des Brenners auf 45 angeschrägt sein.

Gegebenenfalls können Konsolen 26' unter den Brennern angeordnet werden, welche aus feuerfesten Steinen oder Beton der _ gleichen Qualität wie die Innenwandung des Ofens bestehen. Diese vorspringende Abstützung kann etwa ein Meter unterhalb des Brenners beginnen und mindestens 100 mm Tiefe beim Brenner erreichen.

Diese Konstruktion verlängert die Lebensdauer der Brenner, die dauernd einer erheblichen Axialbelastung durch die Schüttung unterworfen sind. Die Dimensionierung der Brenner (Wandstärke und Durchmesser) wird auf die Ofenschüttung abgestimmt. Bei Ver-

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Wendung.von Konsolen kann eine entsprechend höhere Belastung · zugelassen werden.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Brenner leicht demontiert werden können, was entsprechende Nacharbeiten ermöglicht, ohne den Ofenbetrieb zu unterbrechen.

Bei grossen Ofeneinheiten, d.h. mit grossem Durchmesser, begrenzt man die Länge der Brenner dadurch, dass man den Eindringraum durch einen zentralen zylindrischen Einbau aus demselben Material wie die Ofenwände verringert. Dieser Einbau kann hohl sein und mittels Luft gekühlt sein. Praktisch.;ist die Produktion dieses Ofens ungefähr proportional dem Durchmesser des Ofens.

Für Oefen mit sehr grossem Durchmesser (5 m und mehr), kann der zentrale Einbau zugänglich gemacht werden. Es ist dann möglich, an seiner Wand Brenner derselben Ausführung vorzusehen, wie sie in der Ofenwand vorgesehen sind. Dadurch kann der Ringraum zugunsten einer grösseren Produktion des Ofens erweitert werden.

Diese Art des Betriebes kann für sogenannte eingegrabene Oefen verwendet werden, deren Aussenwände nicht oder nur schwer zugänglich sind. Auch in diesem Falle ragen die Brenner in gleicherweise, nämlich etwa 20 - 50 % in den Ringraum.

Die Wiedereinführung einer geringen Menge von Ofenabgasen erlaubt die Verwendung irgendeines gasförmigen oder vergasbaren Brennstoffes wie z.B. Butan, Leichtbenzin und andere. Diese Brennstoffe werden zerstäubt und in der Leitung der warmen Ofenabgase unter Verwendung ihrer Wärme verdampft' und anschliessend in den Ofen eingeführt. Der Mischinjektor 16 wird hierbei

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durch eine Anzahl Zerstäuber ersetzt, welche in der Leitung 15 verteilt sind.

Die Leitungen 15 und 12 bis zu den Brennern werden dann wärmeisoliert. Für bestimmte Anwendungen wird gegebenenfalls eine Einrichtung zur Wiedererlangung von Kondensaten vor der Einführung der Gase in die Brenner vorgesehen.

Der Ofen hat wie üblich oberhalb der Brenner 11 eine Vorwärmzone 20, in der der Kalkstein vorgewärmt wird, eine mittlere Zone 21 (Reaktions- oder Brennzone), in der die Verbrennung und Entsäuerung stattfinden, und eine Kühlzone 22, in der der Branntkalk durch die aus den Rohren 8 kommende Verbrennungsluft gekühlt wird.

Mittels der Gasventile 23 können die Gasmengen der einzelnen Brenner eingestellt oder einzelne Brenner, wenn sie ausgebaut werden sollen, abgeschaltet werden.

Die Abgase des Ofens strömen durch einen Kamin 24 ab, eine Regelung ist durch das Ventil 25 möglich.

In den Figuren 1 und 2 sind die Brenner 11 auf zwei verschieden hohen Ebenen verteilt. Je nach Bedarf und Grosse des Ofens können die Brenner auf noch weiteren Ebenen verteilt werden. Vorteilhaft sind die Brenner der einen Ebene gegenüber den Brennern der anderen Ebene am Umfang versetzt angeordnet. Die Brenner können gegen das Ofeninnere leicht nach unten geneigt eingesetzt sein. Wenn der Brennstoff (das Gas) in der Leitung 17 unter höherem Druck (mindestens 4-5 atü) steht, kann das Gebläse 13 durch einen Injektor 16 ersetzt werden.

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Nach einer in den Fig. 1 und 2 nicht dargestellten Variante kann die Verbrennungsluft am unteren Schachtende auch durch einen auf der Gicht installierten Exhaustor angesaugt werden. Auch kann den wieder eingeführten, durch das Gebläse 13 angesaugten Rauchgasen eine gewisse Luftmenge zugefügt werden.

In Pig. 3 ist im grösseren Massstab eine Teil der Schachtwand 1 im senkrechten Schnitt dargestellt, und zwar durch einen Brenner 11. Die Wand besteht aus den feuerfesten Schichten 26, 27, 28 die von einem Stahlmantel 29 umgeben sind. Die Schachtwand hat eine Reihe von Oeffnungen 30, durch die die Brenner eingeführt werden. Jeder Brenner 11 ist am Stahlmantel mittels Plansch 31 oder durch Verschraubung befestigt. Eine Asbesteinlage 32 sorgt für Dichtheit zwischen Brenner und der Schachtwand. Jeder Brenner ist durch eine bewegliche oder feste Leitung 33 an die Ringleitung 12 angeschlossen. Jeder Brenner hat zweckmässig einen Abschlussdeckel 34 mit einer Schauöffnung zur Beobachtung der Innenseiten der Brenner, Die Ventile 23 können direkt an den Brennern 11 wie in Fig. 1 dargestellt montiert sein oder in den Zuleitungen 33. Der in die Schüttung hineinreichende Teil 38 des Brenners ist aus hitzebeständigem Material.

Die Fig. 4 zeigt eine weitere Form des erfindungsgemässen Schachtofens. Bei dieser Ausführung ist der Schacht 1 mit einem lotrechten, axialen, zylindrischen Einbau 35 versehen, womit der Ofenquerschnitt kreisringförmig wird. Der Branntkalk wird in diesem Fall durch mehrere, über den Kreisring verteilte Stutzen 4 bzw. mehrere Schüttelrinnen 5 über den Behälter 6 ausgetragen.

Der zentrale Einbau 35 besteht aus feuerfestem Material und hat zweckmässig einen axialen Kanal über seine ganze Höhe.

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Dieser Kanal ist unten an die Luftzuführungsrohre 8 aus der Ringleitung 9 angeschlossen, um den Zylindereinbau ständig zu kühlen. Diese Kühlung kann mittels eines eigenen Gebläses vorgenommen werden. . '

Die Ofenform mit dem zylindrischen Einbau nach Fig. 4 wird speziell für Oefen mit grösserem Durchmesser und höherer Leistung gewählt. Bei Oefen mit sehr grossem Durchmesser können Radialbrenner sowohl in der Schachtaussenwand 1 als auch in der Wand des Zylindereinbaues 35 eingebaut werden.

FigY !.5.zeigt einen, der Fig. 2 analogen Querschnitt des Ofens nach Fig. 4. Der in Fig. 5 dargestellte Ofen liegt im Erdreich. Die Brenner 11 der Schachtaussenwand 1 entfallen und werden ersetzt durch Brenner im zylindrischen Einbau 35. Diese Brenner können ebenfalls auf mehrere Niveaux verteilt sein. Sie sind an eine vertikale Gasleitung 37 und einem dem Gebläse 13 analogen Gebläse oder an einen Mischinjektor angeschlossen.

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Claims

Patentansprüche

1. Schachtofen zur Wärmebehandlung von Schüttgut, insbesondere zum Brennen von Kalk, in welchem die Heizgase sich im Gegenstrom zum Gut bewegen, mit in einer oder mehreren Ebenen angeordneten Brennern für die Zufuhr des Brennstoffes, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner teilweise ins Innere des Ofens ragen und in der Schüttung quer zur Längsachse des Ofens münden.

2. Schachtofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner der tieferen Ebeneneine grössere Eindringtiefe ins Ofeninnere aufweisen als die Brenner der anderen Ebenen

3. Schachtofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner der tieferen Ebeneneine Eindringlänge ins Ofeninnere zwischen etwa 30 und 50 % der halben Querausdehnung des Ofens aufweisen.

4. Schachtofen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner der anderen Ebeneneine Eindringlänge ins Ofeninnere von etwa 10 - 20 % der halben 'Querausdehnung des Ofens aufweisen.

5. Schachtofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner zweier Ebenen versetzt angeordnet sind.

6. Schachtofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner zur Einführung eines Gemisches von brennbarer Flüssigkeit und Brenngas ausgebildet sind.

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7. Schachtofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner fest und ohne Kühlung in der Ofenwand angeordnet sind.

8. Schachtofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Brenner auf Konsolen aus feuerfestem Material abstützen, welche von der Innenwand des Ofens abragen.

9. Schachtofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Partie der Brennermündung angeschrägt ist.

10. Schachtofen nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schüttgutguerschnitt mittels eines zentralen zylindrischen Einbaues kreisringförmig ausgebildet ist.

11. Schachtofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner der unteren Ebene eine Eindringlänge ins Ofeninnere zwischen etwa 30 und 50 % der radialen Tiefe der Schüttung aufweisen.

12. Schachtofen nach Anspruch 2 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner der anderen Ebenen eine.Eindringlänge ins ' Ofeninnere zwischen etwa 10 und 20 % der radialen Schüttguttiefe aufweisen.

13. Schachtofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Einbau hohl ausgeführt ist.

14. Schachtofen nach Anspruch 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner nur in der Wandung des zentralen Einbaues eingebaut sind.

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15. Schachtofen nach Anspruch 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner sowohl in der Aussenwand des Ofens als auch in der Wandung des zentralen Einbaues angesetzt sind.

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