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Verfahren zur Entstaubung und Nachverbrennung von teilweise unverbrannten
heißen Gasen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entstaubung und Nachverbrennung
von teilweise rn#erbrannten heißen Gasen, wobei die Entstaubung in einem Zyklonabscheider
mit einem als gekühltes Doppelmantelrohr ausgebildeten Zentralrohr erfolgt.
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Zweck der Erfindung ist eine Vereinfachung und Verbesserung des Entstaubungs-
und Nachverbrennungs-Verfahrens durch eine besonders kompakte Bauweise.
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Aus der DT-OS 2 042 907 ist bekannt, daß beispielsweise die Abscheidung
von Feststoffen aus heißen metallchlorillaltigen Gasen in Zyklonabscheidern erfolgt,
die bei Temperaturen von 1200 0C betrieben werden. Dabei treten wegen der hohen
Temperaturen Schwierigkeiten bei der Auswahl des Materials, insbesondere des Zentralrohres
bzw. Tauchrohres des Zyklonabscheiders auf. Dieses Material muß sowohl den hohen
Temperaturen als auch dem korrosiven Angriff der Gase sowie der Erosion der Stäube
standhalten. #So hat man versucht, die besonders beanspruchten Zentralrohre aus
keramischem Material herzustellen. Solche Zentralrohre aus keramischem Material
sind zwar gegenüber einem chloridhaltigen Gas bei Temperaturen um 1200 0C noch beständig,
sie haben jedoch den Nachteil geringer mechanischer Stabilität und brechen deshalb
leicht. Deshalb hat man versucht, die Zentralrohre als Doppelmantelrohre auszubilden
und mit Kilhlschlangen oder Leit- und Verteilungsmitteln zu versehen. Diese Doppelmantelrohre
können bei ausreichender Kühlung aus Edelstahl
oder unlegiertem
Stahl hergestellt werden, ohne daß es zu den oben erwähnten Schwierigkeiten kommt.
Der Kühlmitteleintritt befindet sich dabei ebenso wie der Kühlmittelaustritt am
oberen Ende des Doppelmantelrohres.
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Bei der magnetitgebenden Röstung von pyritischem Material treten ähnliche
Probleme auf. Hier werden die aus dem Röstofen kommenden staubhaltigen heißen Röstgase
mit Temperaturen über 800 0C ebenfalls einem Zyklonabscheider zugeführt.
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Weil die magnetitgebende Röstung mit Luftunterschuß erfolgt, ist das
Gas noch teilweise unverbrannt, d.h. es enthält Elementarschwefeldämpfe. Das Gas
muß nach der Vorabscheidung im Zyklon in einer separaten Verbrennungskammer nachverbrannt
werden. Bei der Nachverbrennung werden je nach der zugeführten Luftmenge neben dem
Sublimatschwefel auch Sulfidschwefel aus den von diesen Gasen mitgeführten Feinstäuben
weitgehend mitverbrannt. Das sulfidische Material wird dabei zu Je203 As203 Sb203
u.a. oxydiert.
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In einem solchen Staubabscheider macht die Formbeständigkeit des Zentralrohres
besondere Schwierigkeiten, weil wegen der hohen Temperaturen und des in dieser Stufe
vorhandenen Schwefeldampfpartialdruckes keine nickelhaltigen warmfesten Stähle verwendet
werden dürfen und andere Legierungen nur unbefriedigende Festigkeitseigenschaften
im erforderlichen Temperaturbereich aufweisen.
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Zyklonabscheider für hohe Temperaturen werden ausgemauert.
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Auch hat man versucht, die Zentralrohre mit keramischen Stampfmassen
zu belegen, doch ließen siqh keine festen Verbindungen zwischen dem metallischen
Untergrund und der Stampfmasse herstellen. Die Stampfmasse zeigte Risse und brach
stückweise aus. Man ging daher dazu über, hochlegierte, Chrom-Silizium-enthaltende
nickelfreie Edelstähle, beispielsweise Sicromal 8, zu verwenden. Aber auch bei diesen
Zentralrohren machte die Formbeständigkeit der Zentralrohre
besondere
Schwierigkeiten wegen der hchen Temperaturen. Die Zentralrohre verformten sich elliptisch
oder wurden von dem heißen tangential einströmenden Gasen eingedrückt und willkürlich
verformt.
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Hier setzt nun die Erfindung ein, die es sich zur Aufgabe gestellt
hat diese Nachteile zu vermeiden und das Verfahren so zu verbessern, daß sowohl
die Formbeständigkeit des Zentralrohres erhöht wird als auch die separate Nachterbrennungskammer
hinter dem Zyklon eingespart werden kann.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß durch das als Doppelmantelrohr
ausgebildete Zentralrohr kaltes sauerstoffhaltiges Gas geführt wird, dieses Gas
am unteren Ende des Doppelmantelrchres unter Druck in das Innere des Zentralrohres
ausgeblasen und mit dem bereits entstaubten und teilweise unveitrarinten heißen
Gas vermischt und das Gasgemisch längs des gekühlten Zentralrohres verbrannt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, die Nachverbrennung
in das Innere des Zentralrohres des Zyklons zu verlegen und gleichzeitig die MaterialschlfierigReiten
da durch zu überwinden, daß das zur Nachverbrennung notwendige sauerstoffhaltige
Gas als Kühlmittel in dem als Doppelmantelrohr ausgebildeten Zentralrohr geführt
wird. Dieses kalte sauerstoffhaltige Gas wird von oben in das Innere des Doppelmantelrohres
eingeführt, wobei eine Verteilung nicht notwendig ist, weil es unter Überdruck steht
und am unteren Ende des Doppelmantelrohres in das Innere des Zentralrohres ausgeblasen
wird. Im Inneren des Zentralrohres findet die Verbrennung des restlichen sublimierten
Schwefels aus der Röstung statt. Durch das Einblasen am unteren Ende des Zentralrohres
in den aufsteigenden Wirbel des Zyklonabscheiders wird eine intensive Vermischung
des sauerstoffhaltigen im Doppelmantelrohr des Zentralrohres vorgewärmten Gases
mit dem teilweise unverbrannten und entstaubten Röstgas erreicht; sie führt zu einer
schnellen Nachverbrennung
im Inneren längs des Zentralrohres und
kann sich evtle noch in die anschließende ausgemauerte Leitung fort.-pflanzen. Durch
die Zuführung des sauerstoffhaltigen Gases durch den Doppelmantel wird das Zentralrohr
zu einem formbeständigen Rohr, das auch bei größeren Betriebstemperaturen über 800
° - 1000 0C und mehr zu keinerlei Schwierigkeiten mehr führt. Dies erlaubt aber
bei solchen Verfahren mit höheren Temperaturen zu arbeiten.
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Gemåß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung stairlnit das teilweise
unverbrannte Gas aus der Röstung schwefelhaltlger Erze. Dies hat den Vorteil, daß
durch die Verbrennung im Zentralrohr die unverbrannten flüchtigen schwefelhaltigen
Materialien bzw. Gase oxydiert werden und eine separate Verbrexmungskasmer eingespart
wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht das schwefelhaltige
Erz aus pyritischem Material, Das Verfahren eignet sich besonders für die Abgase
aus der magnetitgebenden Röstung von pyritischem Material, das mit Luftunterschuß
abgeröstet wird. Weil die Staubabscheidung am unteren Ende des Zentralrohres bereits
beendet ist, kann die cberhalb dieser Stelle im Gas strom eintretende Oxydation
durch die Zugabe des sauerstoffhaltigen Gases aus dem Zentralrohr und die evtl.
eintretende Rekombination der Stäube mit dem Arsen, Antimon und anderen Stoffen
die Qualität des im Zyklon abgeschiedenen magnetitischen Staubes nicht mehr beeinflussen.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen Fig. 1 die Vorderansicht Fig.
2 den Schnitt A - A nach Fig. 1.
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Das ca. 800 - 1000 0C heiße Abgas tritt über eine ausgemauerte Leitung
1 tangential in den zylindrischen Teil 2 des Zyklonabscheiderszein. Das Gehäuse
des Zyklons ist ebenfalls mit hitzefesten Steinen ausgemauert. Der durch Zentrifugalkräfte
abgeschiedene Staub wird über den unteren konischen Teil 3 des Zyklon-Abscheiders
einem Staubaustrag 4 zugeführt. Nach oben ist der Zyklonabscheider mit einem Deckel
5 gasdicht abgeschlossen. In dem Deckel 5 befindet sich mittig das Zentralrohr 6,
das in den zylindrischen Teil 2 des Zyklonabscheiders eintaucht Eine sinngemäße
Ausführung gilt für Zyklone mit tangentialer Gasaustrittsrichtung, bei denen sich
oberhalb des Zentralrohres die übliche Umlenkkammer anschließt. Das Zentralrohr
6 selbst ist als Doppelmantelrohr ausgebildet und mit dem Deckel 5 mittels eines
Flansches verschraubt. Das Doppelmantelrohr besteht aus Edelstahl, beispielsweise
einem Edelstahl unter dem Handelsnamen Sicromal 8. Am oberen Ende des Doppelmantelrohres
außerhalb des Zyklonabscheiders befindet-sich ein Anschluß 7 für die Zuführung von
kaltem sauerstoffhaltigem Gas, beispielsweise Luft. Das kalte Gas wird über ein
Gebläse in das ringförmige Innere 8 des Doppelmantelrohres gedrückt und gelangt
durch gleichmäßig über den Umfang des unteren Endes des Doppelmantelrohres verteilte
feine Bohrungen 9 in das Innere des Zentralrohres Eine Verteilungsvorrichtüng für
das kalte Gas zur gleichmäßigen Kühlung der Wände des Doppelmantelrohres ist nicht
notwendig, weil das Gas unter Überdruck durch die in das Innere des Zentralrohres
gerichteten Öffnungen 9 geblasen wird. Wegen der starken Drallströmung des heißen
unverbrannten Gases im Inneren des Zentralrohres findet eine schnelle Verwirbelung
und Mischung des im Doppelmantelrohr vorgewärmten sauerstoffhaltigen Kühlgases mit
dem unverbrannten heißen Gas statt.
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Die Entstaubung des heißen, teilweise unverbrannten Gases ist am Eintritt
in das Zentralrohr beendet. Der abgeschiedene Staub kann abgeführt und in den Prozeß
zurückgeführt werden. Das teilweise unverbrannte Gas enthält noch geringe
Mengen
an restlichem unverbranntem Schwefel, der mit dem eingeblasenen sauerstoffhaltigen
Gas sofort reagiert, -d.h. zu S02 verbrannt wird. Aber auch der Feinstaub oder das
verflüchtigte Arsen oder Antimon im Gas werden dabei oxydiert. Die dabei auftretende
Erhöhung der Temperatur ist nur geringfügig, beispielsweise von 900 0C auf 930 -
950 0C im Inneren des Zentralrohres. Durch die Kühlung der 5 nde des Zentralrohres
behält dieses seine Formstabilität bei, so daß selbst ein Betrieb bei noch höheren
Temperaturen möglich ist. Ein solcher Betrieb mit noch höheren Temperaturen wirkt
sich vorteilhaft auf den Durchsatz des Röstofens aus. Neben der Einsparung einer
Nachverbrennungskammer werden also noch weitere verfahrenstechnische Vorteile gewonnen.
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Beispiel Die Abgase einer magnetitgebenden Röstung von pyritischem
Material werden mit einer Ofenaustrittstemperatur von 900 0C einem Zyklon von 3200
mm Durchmesser im zylindrischen Teil in einer Menge von 10 000 Nm3 zugeführt. Das
Zentralrohr hat einen mittleren Durchmesser von 825 mm. In dieses Zentralrohr wird
sauerstoffhaltiges Gas, in diesem Falle Luft, in einer Menge von 1000 Nm3/h bei
Umgebungstemperatur über ein Gebläse eingeführt. Am unteren Ende des Doppelmantelrohres
befinden sich über den Umfang des Zentralrohres gleichmäßig verteilt 52 Bohrungen
mit einer Öffnungsweite von 15 mm. Die Verbrennungsluft im Doppelmantelrohr erwärmt
sich auf ca. 500 0C am unteren Ende und tritt mit einer Gasgeschwindigkeit von ca.
85 m/s in das Innere des Zentralrohres ein. Zum Einblasen dieser Gasmenge müssen
ca. 250 mm WS überwunden werden. Durch die Verbrennung im Zentralrohr findet eine
Temperatursteigerung um ca. 50 OC statt.
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Patentansprüche