DE2317303A1 - Schachtofen - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DiPL-ING. BUSCHHOFF

DIPL-ING. HENNiCKE BE 15 212

DIPL-ING. VOlUACH '

5 KÖLN

KAlSER-WiLHEiM-RlNG 24

Köln, den 4. April 1973 u.Z.: Mr 809

MAERZ OFENBAU AG, . Zürich

(Schweiz)

Schachtofen

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schachtofen zum Brennen von körnigem Gut, bestehend aus drei gleichen, kreisförmigen oder vieleckigen Schächten, die unter Winkeln von 60 angeordnet sind und von denen periodisch jeweils ein Schacht im Gleichstrom mit dem niedergehenden Gut beheizt wird, während die Rauchgase dieses Schachtes durch die beiden anderen, parallel geschalteten, jeweils unbeheizten Schächte im Gegenstrom abziehen, wobei jeder Schacht im Bereich zwischen Brennzone und Kühlzone einen Ringkanal aufweist, die Ringkanäle untereinander auf gleichem Niveau liegen und durch Stichkanäle verbunden sind.

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Es ist eine Ofenanlage mit vier Schächten und vier Kanalsystemen bekannt (GB-PS 4166/1902), von denen das erste Kanalsystem der Zuleitung des Heizgases zu jeweils einem der Schächte, das zweite der Weiterleitung der Heissluft vom Schacht, der abgekühlt wird, zum Brennschacht, das dritte der Weiterleitung der Rauchgase vom Brennschacht zum Vorwärmschacht und das vierte der Abfuhr der Rauchgase in die Esse dient. Einer der vier Schächte ist jeweils abgeschaltet und die drei anderen für jede Phase in Serie geschaltet. Das hat eine komplizierte Leitungsverbindung der Schächte zur Folge, die abwechselnd unten und oben erfolgt.

Bekannt sind weiter Schachtofen zur Wärmebehandlung von körnigem Gut, z.B. zum Brennen von Kalkstein, die aus drei miteinander verbundenen Schächten bestehen, wobei ein Schacht im Gleichstrom mit dem sich nach abwärts bewegenden Gut beheizt wird, während die Rauchgase durch die beiden anderen Schächte im Gegenstrom zum Gut nach oben abfliessen. Die Rauchgase des beheizten Schachtes treten aus der Materiälböschung im Bereich zwischen Brennzone und Kühlzone, bei kreisförmigem oder vieleckigem Schachtquerschnitt in einen Ringkanal, aus und durch die analogen Ringkanäle der Abzugschächte in deren Schüttung ein. Die drei Ringkanäle sind bei der bekannten Ausführungsart durch drei kurze, unter 120 angeordnete, gerade Stichkanäle in Form eines 3-armigen Sternes verbunden. Ringkanäle und Stichkanäle liegen auf demselben Niveau. Diese Sternanordnung der Stichkanäle.unter Winkeln hat zwar den Vorteil, dass der Eustand der Rauchgase (Zusammensetzung, Temperatur, Druck u.a„) jeweils im Mittelpunkt des Sternes, dort wo sich die drei Stichkanäle treffen, in einfacher Weise geprüft werden kann, jedoch stehen diesem Vorteil schwerwiegende betriebliche Nachteile gegenüber:

a) Die Rauchgase aus dem Ringkanal des beheizten Schachtes strömen von zwei Seiten dem Anschlussquerschnitt des zugeordneten Stichkanales zu. Dort, wo die beiden Strömungen

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des Ringkanales aufeinandertreffen, werden sie gleichzeitig rechtwinklig umgelenkt. Beide Strömungsvorgänge, das Zusammentreffen und die Umlenkung, führen zu heftigen Wirbeln, die sich im Stichkanal fortsetzen und zu starken Staubabscheidungen führen. Der abgelagerte Staub kann in Abhängigkeit von seinem Gehalt an Alkalien und dem SO_-Gehalt der Rauchgase feste Krusten bilden, die die Strömung im Ofen stören und die periodisch entfernt werden müssen. Eine weitere Ursache der Wirbelbildung ist die Umlenkung der Rauchgase an der Gabelung des Stichkanales. Die Wirbelbildung beim Uebergang vom Ringkanal zum Stichkanal der Sternanordnung hat noch den weiteren Nachteil, dass es, wenn der Brennstoff im beheizten Schacht nicht 100%-ig ausgebrannt ist, bei der Wirbelbildung zu einer innigen und vollständigen Vermischung von Unverbranntem mit der Verbrennungs- und der Kühlluft kommt. Durch die plötzliche Nachverbrennung entstehen örtlich höhere Wandtemperaturen, die;zu einem starken Versintern der Staubablagerung führen.

b) Der Querschnitt der Stichkanäle ist begrenzt, eine gewisse Strömungsgeschwindigkeit kann nicht unterschritten werden,, denn die Decke der Stichkanäle soll auch aus statischen Gründen auf gleichem Niveau::liegen wie die Decke der Ringkanäle, und ihre Sohle muss höher liegen als die durch die Materialböschung gebildete Sohle der Ringkanäle, um das Ablagern von Brenngut auf der Stichkanalsohle zu vermeiden.

c) Die Länge der Stichkanäle und damit die Länge der Sohle, an denen sich Staubkrusten ansetzen können, kann nicht unter ein Mindestmass verkürzt werden, denn an den Stellen, wo zwei gegenüberliegende Ringkanäle sich am nächsten kommen, müssen noch Wände von mindestens 2 χ 250 mm (zwei Normalsteinlängen) untergebracht werden können.

d) Die Decke über den Stichkanälen muss in Form eines scheitrechten Gewölbes ausgeführt werden. Hängedecken kommen da-

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für nicht in Frage, einerseits wegen der Schwierigkeit, sie beim Anschluss an die Ringkanäle abzudichten (ein solcher Ofen arbeitet mit üeberdruck), andererseits würde die Tragkonstruktion einer Hängedecke die Anordnung von Stocheröffnungen, Messöffnungen usw. in der Decke und die Zugänglichkeit zu diesen sehr erschweren. Es bleibt deshalb nur die Lösung, die Decke über den Stichkanälen aus drei scheitrechten Bogen in Kreuzform zu bauen. Bei dieser Deckenform 1st die Deckenlänge in der Mitte am grössten und nimmt gegen die Widerlager hin.ab, was aus Belastungsgründen unerwünscht ist. Je breiter nun die Stichkanäle werden, umso kürzer wird die Decke an den Widerlagern. Auch hier liegt eine Grenze für die Breite der Stichkanäle.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schachtofen zu schaffen, der die Nachteile der bekannten Ausführung nicht aufweist. Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch einen Schachtofen der eingangs erwähnten Art gelöst, bei welchem jeder Ringkanal eines Schachtes durch je einen ständig offenen Stichkanal mit jedem der beiden anderen Schächte verbunden ist und die Lage der Stichkanäle den Seiten eines Dreieckes entspricht. Durch diese Anordnung der Stichkanäle erreicht man, dass jeweils zwei Schächte parallel geschaltet sind und deshalb die Stichkanäle nur mit etwa der Hälfte der Gasmenge beaufschlagt sind. Zudem sind die Stichkanäle dort angeordnet, wo sich 'die Schächte bzw. die Ringkanäle am nächsten kommen, und es kann das bei der Sternanordnung notwendige Mauerwerk im Bereich der Stichkanäle zwischen den Ringkanälen teilweise entfallen, die Schächte nähergerückt und die Stichkanäle kürzer ausgeführt werden.

Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung in Fig„ 3 und 4 dargestellt und mit der bekannten Ausführung nach Fig. 1 und 2 verglichen. Es zeigt:

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Pig. 1 Einen Horizontalschnitt durch einen Schachtofen mit drei Schächten auf der Höhe der Ringkanäle mit sternförmiger Anordnung der Stichkanäle nach bisheriger bekannter Ausführung,

Fig, 2 eine Ansicht der Decke über den Stichkanälen mit einer zentralen Stocheröffnung und gestrichelt eingezeichnet die ideale Lage der Stocheröffnung,

Pig, 3 einen Vertikalschnitt durch zwei Schächte eines Schachtofens mit drei Schächten gemäss der Erfindung,

Fig. 4 einen Horizontalschnitt nach der Linie IV - IV der Fig. 3 und

Fig. 5 eine Ansicht der Deckenform über den Stichkanälen beim Schachtofen nach Fig. 3 mit Stocheröffnungen.

Fig. 1 und 2 beziehen sich auf die bekannte Ausführung des Schachtofens , Er weist drei Schächte 1,2,3 mit Ringkanälen 4, 5 und 6 auf. Die Ringkanäle 4,5,6 sind durch je einen Stichkanal mit den Achsen 7, 8, 9 im Zentrum der drei Schächte 1,2,3 miteinander verbunden.

Die Form der über den Stichkanälen zu errichtenden Decke ist in Fig. 2 dargestellt. Günstig wäre die Anordnung von Stocheröffnungen auf den Achsen 7,8, 9 der Stichkanäle, wie dies gestrichelt dargestellt ist, jeweils würde dadurch die Gewölbekonstruktion zu stark geschwächt, weshalb man gewöhnlich eine einzige Stocheröffnung im Schnittpunkt der drei Stxchkanalachsen 7, 8, 9 anordnet.

In Fig. 3 und 4 ist ein Schachtofen dargestellt, bei welchem die Stichkanäle abweichend von der Ausführung nach Fig. 1 und 2 ausgeführt sind,

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~ 6 τ.

Mit 1, 2_r 3 sind wieder die mit Brenngut gefüllten Schächte bezeichnet, in denen eine Vorwärmzone A, eine Brennzone B und eine Kühlzone C unterschieden wird. Der obere Teil der Vorwärmzone A mit der Begxchtungseinrichtung ist in Fig. 3 nicht mehr dargestellt, ebenso der unterste Teil der Kühlzone C und die Austragvorrichtung. Der Schacht 1, in welchem strichpunktiert einige Brennstoffzuführungsrohre 11 angedeutet sind, sei der beheizte Schacht, in welchem mit Pfeil 10 die Zufuhr der Ver-. brennungsluft und mit Pfeil 12 der Uebergang der Rauchgase in den Ringkanal 4 angedeutet ist. Die Flamme bzw. die Rauchgase strömen im Schacht 1 im Gleichstrom mit dem Gut von oben nach unten. Die Verbrennungsluft wird oberhalb des Steinspiegels, also über der Vorwärmzone A, dem beheizten Schacht 1 zugeführt. Die. Rauchgase des beheizten Schachtes 1 treten über eine durch die Erweiterung des Schachtquerschnittes am Ende der Brennzone, gebildete Böschung 15 in den Ringkanal 4 ein. Das Schachtmauerwerk 13 wird durch Pfeiler 14 getragen, deren Tragbogen in Form eines Vieleckes angeordnet sind.

Der Schacht 1 ist mit dem Schacht 2 durch einen Stichkanal 16 und mit dem Schacht 3 durch einen weiteren Stichkanal 17 ver-^ bunden. Der Schacht 2 ist mit Schacht 1 durch den bereits erwähnten Stichkanal 16 und mit dem Schacht 3 durch einen Stichkanal 18 verbunden. Entsprechend ist der Schacht 3 mit dem Schacht 1. durch den Stichkanal 17 und mit Schacht 2 durch den Stichkanal 18 verbunden. Wesentlich ist somit, dass jeder Schacht mit dem Schacht durch einen separaten Stichkanal verbunden ist, d.h. die Rauchgase treten durch zwei Stichkanäle in die anderen Schächte über.

Durch die Anordnung von zwei Stichkanälen je Ringkanal ergibt sich bereits eine Verdoppelung des Querschnittes gegenüber dem früheren, einzigen Ringkanal. Die Breite jedes Stichkanales ist zudem statisch nicht so beschränkt wie bei der Sternanordnung.

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Bei dem scheitrechten Gewölbe, mit dem jeder Stichkanal abgedeckt ist, handelt es sich tun eine einfache Decke, deren Länge gegen die Widerlager hin immer grosser wird, und die im mittleren Teil am kürzesten wird, was in bezug auf Stabilität und Haltbarkeit sehr vorteilhaft ist, siehe Fig. 5,

Auch lassen sich die Stocher- und Kontrollöffnungen 19 eines Stichkanales in idealer Lage anordnen, ohne die Stabilität der Decke zu stören. Die in Fig. 2 gestrichelt eingetragenen Stocher-Öffnungen würden dagegen die Stabilität der Decken bei Sternanordnung sehr nachteilig beeinflussen, weshalb sie nicht an die betriebstechnisch günstigste Stelle gesetzt werden können. Der wesentliche Vorteil der Dreiecksanordnung der Stichkanäle 16, 17, 18 liegt jedoch in den wesentliche günstigeren Strömungsverhältnissen. Die aus der Böschung 15 in den Ringkanal 4 austretenden Rauchgase strömen von der eine Seite durch den Stichkanal 16 zum Abzugschacht 2 und von der anderen Seite durch den Stichkanal 17 zum Schacht 3. Die Ringkanalströmungen treffen im 'Gegensatz zur Sternanordnung niemals aufeinander. Auch die Umlenkung an der Gabelung des Stichkanales entfällt. Die Wirbelbildung ist bei der Dreiecksanordnung daher wesentlich geringer, und damit werden die Staubablagerungen vermindert. Es sind auch keine Aufprallflächen vorhanden. Die grösseren Kanalquerschnitte reduzieren zudem beträchtlich die Geschwindigkeit. Mit der Verringerung der Wirbel und der Verminderung der Geschwindigkeit wird auch die "Stoffübergangszahl" reduziert, die für die Abscheidung der Alkalien und den Uebergang von S0_ an die Staubablagerungen massgebend ist. Versuche haben gezeigt, dass bei kleiner Stoffübergangszahl die Staubansätze zum grössten Teil aus CaO bestehen, nicht sehr fest werden und bei Erreichung einer gewissen Stärke von selbst abfallen. Durch die verminderte Wirbelbildung tritt zudem eine etwaige Nachverbrennung erst beim Wiedereintritt der Rauchgase in die Böschungen der Abzugschächte auf, was absolut unschädlich ist.

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Bei der Dreiecksanordnung sind auch die Höchstgeschwindigkeiten in den Ringkanälen 4, 5, 6 wesentlich geringer. Bei der Sternschaltung nimmt der Ringkanal, aus dem ein Abfluss besteht, die gesamten Rauchgase des beheizten Schachtes auf (Einströmen der Rauchgase über 360 des Ringkanales) , bei<.der Dreiecksanordnung strömen nur jene Rauchgasmengen in den Ringkanal, die innerhalb eines Winkels von etwa 180 aus dem Schacht austreten, :(In Fig. durch Pfeile angedeutet.) Die maximale Rauchgasgeschwindigkeit im Ringkanal beträgt bei Dreiecksanordnung daher nur etwa die Hälfte der maximalen Geschwindigkeit bei Sternanordnung. Die andere Hälfte der Rauchgase fliesst direkt von der Böschung des beheizten Schachtes zu den Böschungen der Sekundärschächte.

Der Schachtofen wird'periodisch nach etwa 10 bis 15 Minuten umgesteuert, d.h. die Beheizung wird dann von einem Schacht auf den anderen verlegt, während der bisher beheizte Schacht Abzugschacht wird. Jeder Schacht wird eine Periode lang beheizt und zwei Perioden lang ziehen die Rauchgase durch diesen Schacht ab. In allen drei Schächten wird von unten, wie durch Pfeile 20 angedeutet ist, Kühlluft eingeblasen, die nicht der Verbrennung, sondern der Kühlung-des gebrannten Gutes dient.

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Claims (1)

1. Patentanspruch

   Schachtofen zum Brennen von körnigem Gut, bestehend aus drei gleichen, im Querschnitt kreisförmigen oder vieleckigen Schächten, die unter Winkeln von 60 angeordnet sind und von denen periodisch jeweils ein Schacht im Gleichstrom mit dem niedergehenden Gut beheizt wird, während die Rauchgase dieses Schachtes durch die beiden anderen, parallel geschalteten, jeweils unbeheizten Schächte im Gegenstrom abziehen, wobei jeder Schacht im Bereich zwischen Brennzone und Kühlzone einen Ringkanal aufweist, die Ringkanäle untereinander auf gleichem Niveau liegen und durch Stichkanäle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Ringkanal (4, 5, 6) eines Schachtes (1, 2, 3) durch je einen ständig offenen Stichkanal (16, 17, 18) mit jedem der beiden anderen Schächte verbunden ist, und die Lage der Stichkanäle den Seiten eines Dreieckes entspricht.

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   27.3.1973
   My/db

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