DE2230590B2 - Verwendung der Abgase eines MHD-Generators zur Beheizung eines Drehrohrofens - Google Patents

Description

7. Vorrichtung für eine Verwendung nach An- schwach ionisiert; dieses leitfähige Gas wird im spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden als Plasmagas bezeichnet
Längsachsen (21, 23) des Drehrohrofens (1) und Das Plasmagas expandiert beim Austreten aus der des MHD-Generators (2) etwa parallel zuein- 50 sich in Strömungsrichtung erweiternden Düse und ander liegen. wird dabei sehr stark beschleunigt. Durch den an der

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge- Düse angeordneten Elektromagneten wird ein starkennzeichnet, daß der MHD-Generator (2) am kes Magnetfeld erzeugt, dessen Kraftlinien das die Gutaustragsende des nach dem Gegenstromprin- Düse durchströmende Plasmagas schneiden, so daß zip arbeitenden Drehrohrofens (1) angeordnet ist. 55 elektrische Energie erzeugt wird, die durch die

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge- Elektroden abgenommen und über einen Umformer kennzeichnet, daß der MHD-Generator am Gut- einem Drehstromnetz zugeführt wird. Bei diesem eintragsende des nach dem Gleichstromprinzip MHD-Generator treten in der Brennkammer Tempearbeitehden Drehrohrofens angeordnet ist. raturen von etwa 3000° C auf. Das aus der Düse

.·, .- ■■'':...:' 60 austretende Plasmagas besitzt immer noch eine Temperatur von über 2000° C, weshalb das ausgeströmte

Die Erfindung betrifft eine neuartige Beheizung Plasmagas üblicherweise zum Vorwärmen der Vereines Drehrohrofens zum Brennen und Sintern von brennungsluft ausgenutzt wird.
Gut aller Art, insbesondere zur Herstellung von Problematisch ist bei diesem MHD-Generator, daß Zementklinker. 65 zur Erzeugung der hohen Brennkammertemperatur Drehrohrofen werden zur Wärmebehandlung von Von etwa 3000° C eine Vcjiwäfmung der Verbren-Gut aller Art verwendet, beispielsweise zur Herstel- nungsluft in einem Wärinetauschersystem auf etwa lune von Zementklinker und zum Sintern von Erzen. 2000° C mit den etwa 2400° G heißen Abgasen des

Generators vorgenommen werden muß. Dabei tritt werden im Drehrohrofen alle die Nachteile vermie-

ein beträchtlicher Verschleiß im Wärmetauscher- den, die sich bei der üblichen Flammenbeheizung

system auf, was zu erheblichen Standzeitproblemen eines Drehrohrofens aus einer durch Schlagen und

führt Andererseits ist der Gesamtwirkungsgrad eines Flattern der Flamme, Ausfallen von unverbrannten

MHD-Generators auf Grund der hohen Verbren- 5 Brennstoffpartikeln, Ansatzbildungen usw. bedingten

nungstemperaturen um etwa 20 % höher als der ungleichmäßigen Teniperaturverteilung ergeben.

Wirkungsgrad üblicher Kraftwerke. Während ferner bei einer durch öl oder Kohlen-

Es ist auch bekannt (vgl. VDI-Z 114, Jahrgang staub befeuerten Flamme vielfach reduzierende

1972, ?, 550 bis 553), die Abgaswärme eines MHD- Zonen in der Flamme auftreten, die bei Berührung

Generators durch indirekte Wärmeübertragung auf io mit dem Gut zu unerwünschten Reaktionen führen,

ein anderes Medium auszunutzen. Bei einer bekann- ist dieser Nachteil bei Beheizung des Drehrohrofens

ten Anlage dieser Art durchsetzen die Abgase des durch die heißen Abgase eines MHD-Generators

MHD-Generators zunächst einen Luftvorwärmer (die keine derartigen reduzierenden Zonen enthalten)

und gelangen dann in einen Dampferzeuger, wobei in vermieden.

beiden Stufen eine indirekte Wärmeübertragung von is Von großer praktischer Bedeutung ist schließlich,

heißen Abgasen auf das zu erhitzende Sekundär- daß bei der Beheizung eines Drehrohrofens durch

medium erfolgt Bei einer anderen bekannten Anlage die heißen Abgase eines MHD-Generators eine

dieser Art (deutsche Auslegeschrift 1 256 777) wird wesentliche Verkürzung des Drehrohrofens möglich

durch die Abgase des MHD-Generators ein schmelz- wird, da die bei einer üblichen Flammenbeheizung

flüssiges Übertragungsmedium aufgeheizt, das dann 20 notwendige Flammenausbrandstrecke entfällt. Diese

in einem gesonderten Behälter zur Aufwärmung der Strecke liegt bekanntlich etwa in der Größenordnung

Verbrennungsluft dient des vierfachen Ofendurchmessers, so daß bei einem

Um die Schwierigkeiten bei der Verbrennungsluft- Ofendurchmesser von 5 m eine Verkürzung der aufwärmung im MHD-Generator zu vermeiden, ist Ofeniänge von etwa 20 m erreicht wird.
es schließlich bekannt, an Stelle heißer Luft mit 25 Die Verwendung von mit Sauerstoff angereicherter Sauerstoff angereicherte kalte Luft einzusetzen. Der Verbrennungsluft ermöglicht es, auf ein Wärme-Sauerstoffgehalt der Luft muß zu diesem Zweck auf tauschersystem zur Vorwärmung der Verbrennungsetwa 50 bis 60 % angereichert werden. Ein Nachteil luft zu verzichten, was die Anlage erheblich vereindieser Verfahrensweise besteht darin, daß zur Ge- facht und die erwähnten Standzeitprobleme verwinnung von Sauerstoff nicht unbeträchtliche Kosten 30 meidet. Für die Erfindung ist damit auch die Eraufgewendet werden müssen. Dieses Verfahren hat kenntnis wesentlich, daß bei der erfindungsgemäßen sich daher bisher bei der Erzeugung von elektrischer Verwendung der Abgase eines MHD-Generators die Energie mittels eines MHD-Generators nicht durch- ansonsten noch nicht wirtschaftliche Verwendung setzen können. von mit Sauerstoff angereicherter Verbrennungsluft

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein 35 (statt Vorwärmung der Verbrennungsluft) sinnvoll

Verfahren zum Brennen und Sintern von Gut aller und zweckmäßig ist. Auf diese Weise verringert sich

Art in einem Drehrohrofen zu entwickeln, das sich nämlich die durch den Drehrohrofen zu führende

durch eine Verbesserung der Wärmewirtschaft aus- Heißgasmenge beträchtlich, was für den Drehrohr-

zeichnet ofenbetrieb eine Reihe spezifischer Vorteile mit sich

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch 40 bringt (Durchmesserverringerung des Drehrohrofens, die Verwendung der Abgase eines auf ein Drehstrom- Verkleinerung der Abwärmeverluste des Ofennetz arbeitenden MHD-Generators, dem mit Sauer- systems, kleinerer Entstaubungsaufwand usw.).
stoff angereicherte Verbrennungsluft zugeführt wird, Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der zur direkten Beheizung eines Drehrohrofens zum erfindungsgemäßen Verwendung wird die bei der Brennen und Sintern von Gut aller Art, insbesondere 45 Kühlung des gebrannten bzw. gesinterten Guts anzur Herstellung von Zementklinker, wobei der aus fallende Kühlerabluft zusammen mit einem Teil, vorder Düse des MHD-Generators austretende Plasma- zugsweise 50 bis 90 °/o, der Abgase des Drehrohrgasstrom unmittelbar in den Drehrohrofen eingeführt ofens zur Vorwärmung des zu brennenden bzw. zu wird. sinternden Guts verwendet, während der Rest, vor-

Für die erfindungsgemäße Verwendung ist somit 50 zugsweise 10 bis 50 °/o, der Abgase des Drehrohrwesentlich, daß eine direkte Wärmeübertragung von ofens verworfen wird.

den Abgasen des MHD-Generators auf das im Dreh- Dieses Verwerfen eines verhältnismäßig großen rohrofen befindliche, aufzuheizende Gut erfolgt. Für Anteils der Abgase des Drehrohrofens kann man eine solche Ausnutzung der Abgase des MHD-Gene- sich bei der erfindungsgemäßen Verwendung ohne rators zum direkten Wärmeaustausch liefert der be- 55 wesentliche Beeinträchtigung der Wärmewirtschaft kannte Stand der Technik kein Vorbild. Während es des Systems nur deshalb leisten, weil durch die Vernämlich bei den geschilderten bekannten Anwen- wendung von mit Sauerstoff angereicherter Verbrendungsfällen im wesentlichen nur um die Ausnutzung nungsluft des MHD-Generators die den Drehrohrder Abgaswärme des MHD-Generators geht, werden ofen durchsetzende Heißgasmenge gegenüber den mit der erfindungsgemäßen Verwendung, für die der 60 bekannten Anlagen merklich verkleinert ist. Das direkte Kontakt von Abgasen und Gut wesentlich ist, Abführen eines größeren Teils der DrehrohrOfengegenüber der üblichen Flammenbeheizung eines abgase (ohne diese durch den Vorwärmer zu leiten), Drehrohrofens (z. B. durch öl- oder Kohlenstaub- vermeidet die bei der Wärmebehandlung von alkalibefeuerung) ganz spezifische Vorteile erzielt: haltigem Material sonst auftauchenden Probleme des

Die aus der Düse des MHD-Generators austreten- 65 Alikalikreislaufs. _a

den heißen Abgase besitzen — bezogen auf den Beim Brennen von alkalihaltigem Gut, raSbesön-

Querschnitt des Gaskanals — eine außerordentlich dere zur Herstellung von Zementklinker, werden

gleichmäßige Temperaturverteilung. Infolgedessen gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der er-

findungsgemäßen Verwendung aus dem Drehrohr- Die Beheizung des Drehrohrofens 1 durch den ofen alkalihaltige Gase abgesaugt und als lonisie- MHD-Generator 2 geschieht nach dem erfindungsrungsmittel dem MHD-Generator zugeführt. Auf gemäßen Verfahren wie folgt (dabei ist angenommen, diese Weise läßt sich ein Teil der nicht dem Vor- daß der Drehrohrofen 1 zum Brennen von alkaliwärmer zugeführten Drehrohrofenabgase sinnvoll 5 haltigem Material Verwendung findet, beispielsweise verwerten, und man setzt zugleich das in der Brenn- für die Erzeugung von Zementklinker),
kammer des MHD-Generators benötigte lonisie- Der Brennkammer 3 des MHD-Generators 2 werrungsmittel in einem hoch vorgewärmten, sehr den zunächst — wie bei herkömmlichen Feuerungsreaktiven Zustand ein. einrichtungen — Brennstoff (z. B. öl, Gas, Kohlen-

Ein Ausführungsbeispiel einer Anlage für die er- "> staub) über die Leitung 14 und mit Sauerstoff an-

findungsgemäße Verwendung ist in der Zeichnung gereicherte Luft über die Leitung 10 zugeführt. Im

veranschaulicht. Es zeigt Anfahrzustand des MHD-Generators 2 wird ferner

Fig. 1 eine Schemadarstellung der Anlage, eine kleine Menge des Ionisierungsmittels (z.B.

F i g. 2 einen Ausschnitt aus der Anlage gemäß Kalium) aus dem Vorratsbehälter 12 α über die Lei-

F i g. 1 mit Einzelheiten des MHD-Generators. 15 tung 12 in die Brennkammer 3 eingeführt. Auf diese

Die in F i g. 1 dargestellte Anlage, die beispiels- Weise entstehen die bereits weiter oben erwähnten weise zur Herstellung von Zementklinker dient, ent- Plasmagase (Pfeile 6), die in der Brennkammer 3 eine hält einen Drehrohrofen 1, einen zur Beheizung vor- Temperatur von etwa 3000° C besitzen und durch geschalteten MHD-Generator 2, einen Vorwärmer 25 den Auslaß 4 der Brennkammer 3 in die Düse 5 für das zu brennende bzw. zu sinternde Gut sowie *o ausströmen. Diese sich erweiternde Düse 5 wird von einen Kühler 26 für das im Drehrohrofen 1 behan- den Plasmagasen etwa mit Schallgeschwindigkeit delte Gut. Das Gut durchsetzt den Vorwärmer 25, durchströmt, wobei sich der Plasmagasstrom dann den Drehrohrofen 1 und den Kühler 26 in Richtung bis auf etwa Atmosphärendruck entspannt. Beim der Pfeile 27. Die Kühlerabluft (Pfeil 28) wird mit Durchströmen der Düse 5 wird das Plasmagas von einem Teil (Pfeil 29) der Abgase des Drehrohrofens 1 as Kraftlinien des an der Düse angeordneten Magneten dem Vorwärmer 25 zugeführt. Der Rest (Pfeil 30) 18 geschnitten, wodurch elektrische Energie erzeugt der Abgase des Drehrohrofens 1, vorzugsweise 10 wird, di<· vom Elektrodenpaar 19 über den Wechseibis 50 ⁰Zo der Drehrohrofenabgase, wird verworfen. richter 20 an das Drehstromnetz abgeführt wird.

Fig. 2 zeigt die Einzelheiten der Beheizung des Die aus der Düse5 in Richtung der Pfeile6 aus-Drehrohrofens 1 durch den MHD-Generator 2. Die- 30 strömenden Plasmagase werden durch den Gasser MHD-Generator 2 ist bei dem dargestellten Aus- kanal 7 direkt in das Gutaustragsende 22 des Drehführungsbeispiel an das auslaufseitige Ende des rohrofens 1 eingeführt. Diese Plasmagase haben da-Drehrohrofens 1 angeschlossen, so daß der Dreh- bei eine Temperatur in der Größenordnung von rohrofen nach dem Gegenstromprinzip betrieben 2000^c C (bzw. etwas darüber), so daß im Drehrohrwird. 35 ofen die erforderliche Materialendtemperatur von

Der MHD-Generator 2 enthält eine Brennkam- etwa 1450° C erreicht wird. |

Hier 3, an deren Auslaß 4 sich eine Düse 5 anschließt. Nun treten im Drehrohrofen beim Brennen von |

die sich in Strömungsrichtung (Pfeile 6) der Abgase alkalihaltigem Material Alkalidämpfe auf. Dies wird |

erweitert. Zwischen der Düsenmündung und dem bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in der Weise

Ende des Drehrohrofens 1 befindet sich ein Gas- 40 vorteilhaft ausgenutzt, daß zumindest ein Teil der

kanal 7. Alkalidämpfe über den Ventilator 15 und die Leitung

In einer Mischkammer 8 mit Sauerstoff an- 13 aus dem Drehrohrofen 1 abgesaugt und der

gereicherte Luft wird durch einen Ventilator 9 über Brennkammer 3 als Ionisierungsmittel zugeführt

eine Leitung 10 einem Einlaß 11 der Brennkammer 3 wird. Die Zuschaltung des Ventilators 15 und der

zugeführt Mit dem Einlaß 11 stehen ferner eine 45 Leitung 13 kann jedoch erst dann erfolgen, wenn der

Leitung 12 für die Zuführung eines Ionisierungs- Drehrohrofen voll in Gang ist, so daß genügend

mittels, eine weitere, mit dem Drehrohrofenende ver- Alkalidämpfe erzeugt werden; bis zum Erreichen

bundene Leitung 13 sowie eine Leitung 14 zur Zu- dieses Zustands wird die erforderliche Menge des

führung von Brennstoff in Verbindung. Die genann- Ionisierungsmittels über die Leitung 12 dem Vor- J

ten Leitungen 10,12,13 und 14 sind vor dem Einlaß 50 ratsbehälter 12 α entnommen. Das Zu- und Abschal- J

11 zusammengefaßt ten der Leitungen 12 und 13 erfolgt durch die Steue-Die Leitung 12 ist an einen Vorratsbehälter 12 α für rung der Ventile 16, 17, beispielsweise in Abhängigein Ionisierungsmittel, beispielsweise Kalium oder keit von der im Drehrohrofen vorhandenen Menge Kaliumkarbonat angeschlossen. In der Leitung 13 bzw. Konzentration der Alkalidämpfe.

ist ein Ventilator 15 angeordnet der alkalihaltige 55 Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird da-

Dämpfe aus dem Drehrohrofen 1 absaugt und sie mit ein ausgezeichneter, gegenüber dem üblichen j

dem Einlaß 11 der Brennkammer 3 zuführt. Die Verfahren wesentlich verbesserter thermischer Wir- J Leitungen 12 und 13 enthalten Ventile, die bei 16 kungsgrad des Drehrohrofenprozesses und ein aus- I

und 17 !ediglich angedeutet und in einer gemein- gezeichneter elektrischer Wirkungsgrad der Strom- ^

samen Ventilsteuerung zusammengefaßt sind. Durch 60 erzeugung erreicht. Da die erzeugte elektrische S

diese Ventilsteuerung können die beiden Leitungen Energie teilweise im Prozeß der Zementherstellung ΐ

12 bzw. 13, je nach dem Betriebszustand des Dreh- verwendet werden kann, ergibt sich eine beachtliche :| rohrofens 1, wahlweise zugeschaltet werden, wie Verringerung des Gesamtenergiebedarfs für die | noch näher erläutert wird. Zementherstellung. |

Im Bereich der Düse 5 sind ein Elektromagnet 18 65 Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich jedoch ii|

sowie ein oder mehrere Elektrodenpaare 19 vor- nicht nur für die Herstellung von Zementklinker,

gesehen. Dieses Elektrodenpaar ist über einen Wech- sondern zur Wärmebehandlung von Gut aller Art I

selrichter 20 mit einem Drehstromnetz verbunden. vorteilhaft einsetzen. Dabei kann der MHD-Gene- *

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rator entweder am Gutaustragsende oder am Gut- Werden die Längsachsen 21 bzw. 23 des Dreheintragsende des Drehrohrofens angeordnet werden, rohrofens 1 und des MHD-Generators 2 etwa parso daß dieser entweder nach dem Gegenstromprinzip allel zueinander angeordnet, so erreicht man eine oder nach dem Gleichstromprinzip arbeitet. konstruktiv sehr einfache Ausführung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

O9533/345

Claims (6)

1. . ν _{Für dne soIche} wärmebehandlung ist es erforder-

   f Patentansprüche· lieh, den Drehrohrofen mittels durchströmender

   • * ^v Heißgase auf eine bestimmte Temperatur aufzu-

   L Verwindung der Abgase eines auf ein Dreh- heizen. So liegt beispielsweise bei der Erzeugung

   stromnetz ^arbeitenden MHD-Generators, dem 5 von Zementklinker^ die Wärmebehandlungstempe-

   mit Sauerstoff angereicherte Verbrennungsluft ratur bei etwa 1450° C.

   zugeführt -wird, zur direkten Beheizung eines Zur Beheizung eines Drehrohrofens werden im

   Drehrohrofens zum Brennen und Sintern von allgemeinen Einrichtungen verwendet, die wie eine

   Gut aller Art, insbesondere zur Herstellung von übliche Öl-, Gas- oder Kohlenstaubfeuerung ausge-

   Zementklinker, wobei der aus der Düse des io bildet und mit einer lanzenartigen Brennerdüse an

   MHD-Generators austretende Plasmagasstrom einem Ofenende angeschlossen sind,

   unmittelbar in den Drehrohrofen eingeführt Der Wärmeverbrauch von nach diesem Verfahren

   wird. arbeitenden Drehrohrofenanlagen wird maßgeblich
2. 2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch ge- durch die Wänneverluste des Systems bestimmt kennzeichnet, daß die bei der Kühlung des ge- 15 Diese Wärmeverluste sind einerseits durch den brannten bzw, gesinterten Guts anfallende Küh- Wärmeinhalt der Abgase des Drehrohrofens und lerabluft zusammen mit einem Teil, vorzugsweise andererseits durch die Strahlungsverluste der Anlage 50 bis 90 °/o, der Abgase des Drehrohrofens zur bedingt Letztere werden spezifisch um so kleiner, Vorwärmung des zu brennenden bzw. zu sintern- je höher die Durchsatzleisrung der Drehrohrofenden Guts verwendet wird, während der Rest, 20 anlage ist.

   vorzugsweise 10 bis 50 %, der Abgase des Dreh- Eine Verbesserung des wärmetechnischen Wirrohrofens verworfen wird. kungsgrads einer Drehrohrofenanlage setzt daher
3. 3. Verwendung nach Anspruch 1, zum Bren- eine Verringerung der Abgasverluste und/oder eine nen von alkalihaltigem Gut, insbesondere zur Senkung der Strahlungsverluste, beispielsweise durch Herstellung von Zementklinker, dadurch gekenn- 25 eine Erhöhung der Durchsatzleistung, voraus,
   zeichnet, daß aus dem Drehrohrofen alkalihaltige Nun sind zur Erzeugung elektrischer Energie in Gase abgesaugt und als Ionisierungsmittel dem den letzten Jahren besondere Einrichtungen beMHD-Generator zugeführt werden. schrieben und erprobt worden, die als magneto-
4. 4. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch ge- phydrodynamische Generatoren, im folgenden kurz kennzeichnet, daß die dem MHD-Generator zu- 30 MHD-Generatoren genannt, bezeichnet werden. Ein geführte Verbrennungsluft auf einen Sauerstoff- solcher MHD-Generator enthält eine Brennkammer, gehalt von 50 bis 60 % angereichert wird. Leitungen zur Zuführung von Brennstoff (z. B. öl,
5. 5. Vorrichtung für eine Verwendung nach An- Gas, Kohle) und Verbrennungsluft sowie einen spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die Brennkammerauslaß, der mit einer sich in Abström-Brennkammer (3) des MHD-Generators (2) über 35 richtung der Gase erweiternden Düse verbunden ist, eine Ventilsteuerung zwei Leitungen (12, 13) an- an der ein Elektromagnet und ein Elektrodenpaar schaltbar sind, von denen die eine (12) an einen angeordnet ist und an die sich ein Gaskanal an-Vorratsbehälter (12 α) für Ionisierungsmittel und schließt. Im Gaskanal ist dabei ein Wärmetauscher die andere (13) an den Drehrohrofen (1) an- angeordnet, durch den Verbrennungsluft hindurchgeschlossen ist 40 geführt wird, die auf diese Weise von den aus der
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- Brennkammer abströmenden Gasen vorgewärmt kennzeichnet, daß die Leitungen (10, 12, 13, 14) wird. Die zugeführten Brennstoffe werden in der zur Zuführung von Brennstoff, Verbrennungsluft Brennkammer in üblicher Weise verbrannt, wobei und Ionisierungsmittel vor der Einlaßöffnung (11) den Verbrennungsgasen eine geringe Menge eines der Brennkammer (3) des MHD-Generators (2) 45 Ionisierungsmittels (z.B. Kalium) zugeführt wird, zusammengefaßt sind. Auf diese Weise werden die Verbrennungsgase