DE2414496A1

DE2414496A1 - Schachtofen zum brennen von stueckigem, insbesondere endotherm reagierendem gut

Info

Publication number: DE2414496A1
Application number: DE2414496A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Prof Dr Ing Jeschar
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-03-26
Filing date: 1974-03-26
Publication date: 1975-10-16

Description

Schachtofen zum Brennen von stückigem, insbesondere endotherm reagierendem Gut Die Erfindung bezieht sich auf einen Schachtofen zum Brennen von stückigem, insbesondere endotherm reagierendem Gut, wie zum Beispiel Kalk, dem von unten Kühlluft für die in einer Kühlzone stattfindende Abkühlung des in einer Brennzone gebrannten, heißen Gutes zugeführt wird, welche Kühlluft in der Kühlzone im Gegenstrom nach oben strömt und in die Brennzone gelangt, und wobei die heißen Reaktionsabgase in einer für das Gut wirksamen Vorwärmzone den oberen Schachtabschnitt durchströmen.
Schachtöfen dieser Art finden insbesondere zum Brennen von Kalkstein Verwendung. Die erforderliche Energie wird bei älteren Öfen in Form von mit dem stückigen Kalkstein vermischten Koks von oben in den Schacht eingebracht und bei modernen Öfen in Form von Heizöl oder Brenngas in der Brennzone zugeführt. In der Vorwärmzone wird das stückige Gut auf Reaktionstemperatur erhitzt, während ihm in der Brennzone im wesentlichen die für das Brennen notwendige Wärme zugeführt wird. Beim Kalkstein wird unter dem Brennen die Aufspaltung des Kalziumkarbonates in Kalziumoxyd und Kohlendioxyd verstanden, welcher Vorgang je g etwa 400 cal erforderlich macht. Da der Zersetzungsdruck des Kohlendioxydes im Kalkstein erst bei etwa 900° den Teildruck CO2 im Abgas erreicht, kann man eine bei stückigem Kalkstein vollständige Entsäuerung meist erst oberhalb 1000 OC erreichen. Um die Entsäuerung bis zum Innern des stückigen Gutes zu gewährleisten, muß ein genügend großes Temperaturgefälle von der Randzone bis zur Kernzone bestehen. Als Folge diese Forderung treten aber häufig Überhitzungen auf, die die Qualität des ausgebrachten Gutes erheblich herabsetzen. Die Gefahr der Überhitzung ist nun bei allen solchen Schachtöfen besonders groß, die auch in der Brennzone im Gegenstrom betrieben werden, wobei zunächst Luft und in zunehmendem Maße Abgase von unten nach oben strömen, während das Gut von oben nach unten gelangt.
Schachtöfen, deren Brennzone ganz oder teilweise im Gleichstrom betrieben wird, haben hingegen zu sehr aufwendigen und mitunter störanfälligen Konstruktionen geführt.
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Schachtofen der beschriebenen Art derart auszubilden, daß er bei wirtschaftlicher Ausnutzung der eingesetzten Energie eine schonendere Behandlung des zu brennenden, stückigen Gutes gewährleistet.
Dabei soll der konstruktive Aufwand nicht nur gering bleiben, sondern insbesondere auch zu einer Anlage führen, die einen weitgehend störungsfreien Betriebsablauf gewährleistet, wobei die einzelnen Elemente der Anlage nur in geringem Maße der Abnutzung unterliegen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß sich in der Schachtwandung am Übergang von der Kühlzone in die Brennzone Gasaustrittsöffnungen sowie am Übergang von der Brennzone in die Vorwärmzone in wenigstens zwei beabstandeten Lbenen Gaseintrittsöffnungen befinden, wobei die Gase aus den Gasaustrittsöffnungen über Wdrmeaustauscher und diesen nachgeschaltetete Umwälzgebläse ganz oder teilweise in die Gaseintrittsöffnungen des oberen Abschnittes des Überganges von der Vorwärm- in die Brennzone einströmen, während in den Wärmeaustauschern erhitzte Frischluft, der wahlweise ein Teil der Gase zugesetzt sein kann, unter Zufuhrung von Brennstoff in die Gaseintrittsöffnungen des unteren Abschnittes des Überganges von der Brennzone in die Vorwärmzone geführt wird. Bei einem derartigen Schacht ofen ist in einer besonders einfachen und zuverlassigen Weise das Prinzilr verwirklicht, in der Kühlzone und in der Vorwärmzone einen Gegenstrom der aufsteigenden Gase und der nach abwärts gleitenden Beschikkung aufrechtzuerhalten, während in der Brennzone ein Gleichstrom zwischen den in dieser Zone nach abwärts strömenden Gase und der abwärts gleitenden Beschickung besteht.
Dank dieses Gleichstromes wird die Überhitzungsgefahr bei stückigem Gut umso mehr verringert, je grobstückiger das zu brennende Material, also insbesondere der Kalkstein, ist, weil der Temperaturgradient innerhalb der einzelnen Stücke in praktisch der gesamten Brennzone auf einem optimalen Wert gehalten werden kann.
Es kommt dabei beidseitig der Brennzone zu einem Richtungswechsel der Strömung im Schachtofen. Um mit Sicherheit die jeweils beabsichtigte Strömungsumkehr zu erzielen, werden am Übergang von der Kühlzone in die Brennzone die Gasaustrittsöffnungen in wenigstens zwei beabstandeten Ebenen vorgesehen, während weiterhin für die Gaseintrittsöffnungen im unteren Abschnitt des Überganges von der Brennzone in die Vorwärmzone ebenfalls wenigstens zwei senkrecht beabstandete Ebenen vorgesehen sind. Der sich einstellende Strömungsverlauf kann überwacht werden, wenn in den jeweils oberen und unteren Ebenen der Gasaustritts- bzw.
Eintrittsöffnungen, die die Übergänge von der Kühlzone in die Brennzone und von letzterer in die Vorwärmzone begrenzen, Druckentnahmeöffnungen vorgesehen werden. Man kommt somit zu zwei Paar Druckentnahmeöffnungen, wobei jeweils der Druck zwischen den Entnahmeöffnungen eines Paares gemessen wird. Sofern er auf Null gehalten werden kann, ist gewährleistet, daß die Strömungsumkehr an den vorgesehenen Stellen stattfindet.
Um den neuen Schachtofen mit Sicherheit in der beabsichtigten Weise betreiben zu können, werden für die Zuführung der Kühlluft in die Kühlzone und der Frischluft in die Verbrennungszone sowie für die Absaugung des Abgases aus dem oberen Abschnitt der Vorwärmzone jeweils Gebläse vorgesehen. Insbesondere läßt sich der Betrieb des auf diese Weise ausgestatteten Schachtofens mit zwei Reglern durchführen, deren Regelgröße die auf Null zu haltenden Druckdifferenzen zwischen den beiden Paaren der Druckentnahmeöffnungen bei den Übergängen von der Kühlzone in die Brennzone und von der Brennzone in die Vorwärmzone sind.
Die vorgeschlagenen Gebläse dienen entweder der Förderung kalter Luft oder aber der Absaugung eines weitgehend abgekühlten Gases, welches seine Wärme in der Vorwärmzone des Schachtofens im wesentlichen abgegeben hat. Daher lassen sich die genannten Gebläse auch zuverlässig und mit wenig Wartungsaufwand betreiben, Es ist aber auch möglich, das zuvor erwähnte Umwälzgebläse mit weitgehend abgekühlten Gasen zu betreiben. Zu diesem Zweck besteht der gleichfalls zuvor vorgeschlagene Wärmeaustauscher aus einem System von wenigstens zwei Regeneratoren oder einem ersten Rekuperator und einem sich daran anschließenden, weiteren Rekuperator, in welch letzteren die Frischluft für die Verbrennungszone aufgeheizt wird, und an dessen Abgasausgang das Umwälzgebläse angeschlossen ist, welches das abgekühlte Abgas durch einen der Regeneratoren oder den ersten Rekuperator drückt, Selbstverständlich läßt sich in gleicher Weise das Umwälzgebläse unter Inanspruchnahme der erwähnten Regler steuern, da es der Absaugung durch die Gasaustrittsöffnungen am Übergang von der Vorwärmzone in die Brennzone dient.
Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung sei auf die schematische, sich auf ein Ausführungsbeispiel beziehende Zeichnung Bezug genommen.
Man erkennt zunächst den Schacht 1 eines Schachtofens, dessen oberer Abschnitt die Vorwärmzone 2 ist. Der mittlere Abschnitt ist die Brennzone 3, während der untere Abschnitt die Kühlzone 4 ist.
Für die Verbrennung eines Brennstoffes sind eine oder mehrere Brennkammern 5vorgesehen, die zweckmäßig außerhalb des Schacht es liegen. Man kann auf diese Weise weitgehend den Brennstoff in Form flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe zuführen. Einbauten im Schacht selbst, die den Materialfluss stören würden, lassen sich durch die außerhalb liegenden Brennkammern vermeiden.
Die Aufgabe des stückigen Gutes erfolgt an der Stelle 6, während es in gebranntem Zustand an der Stelle 7 den Schacht 1 verläßt, In den unteren Abschnitt des Schachtes 1 wird mit Hilfe des Kühlluftgebläses 8 an der Stelle 9 die Kühlluft in die Kühlzone eingebläsen, / nach oben strömt und den Schacht an der Stelle 10 über beliebig viele, zweckmäßig über den Umfang des Schacht es verteilte Öffnungen verläßt. Die auf diese Weise erhitzte Luft wird mit den durch gleichfalls zweckmäßig mehrere, über den Umfang des Schachtes 1 verteilte Öffnungen 12 entweichenden, heißen Abgasen an der Stelle 11 gemischt und über die Leitung 13 den Regeneratoren 14 a und 14b zugeführt, die wechselweise durchströmt werden können, wie durch die gestrichelte Linienführung zum Ausdruck gebracht wurde. Innerhalb dieser Regeneratoren kommt es zu einer teilweisen Abkühlung des Gasgemisches, welches dann in den Rekuperator 15 eintritt, um sich darin abzukühlen, so daß es schließlich in weitgehend abgekühltem Zustand mit Hilfe des Umwälzgebläses 16 durch einen der Regeneratoren gedrückt werden kann. Anstatt der beiden umschaltbaren Regeneratoren 14 a und 14 b könnte gleichfalls ein erster Rekuperator Verwendung finden. Bei Verwendung von Regeneratoren hat der genannte Rekuperator 15 u.a. auch die Aufgabe, Wärme mit der Zielsetzung abzuführen, daß sich die beiden Regeneratoren nicht auf eine überall gleiche Temperatur aufheizen können.
Das wieder erwärmte Abgas wird ganz oder teilweise über die Leitung 17 in den unteren Abschnitt der Vorwärmzone eingeführt, zu welchem Zweck der Schacht über seinen Umfang verteilte Gaseintrittsöffnungen 18 aufweist. Mit Hilfe des Abgasgebläses 19 wird schließlich das in der Vorwärmzone weitgehend abgekühlte Gas abgesaugt.
Es ist gleichfalls möglich, daß über die gestrichelt gezeichnete Leitung 22 ein Teil des Gases, welches in einem der Regeneratoren bzw. im ersten Rekuperator eine Wiedererhitzung erfahren hat, in die Brennzone 3 über die Brennkammern 5 einzuführen. Im übrigen werden die Brennkammern 5 mittels der Leitungen 23 mit Brennstoff versorgt. In diesem Falle wird also ein Teil des Abgases als Umwalzgas geführt. Der Verbrennung des Brennstoffes dient im wesentlichen die Frischluft, die mit Hilfe des Gebläses 20 gefördert, im Rekuperator 15 erhitzt und über die Leitung 21 zugeführt wird. In den Brennkammern 5 wird ein sehr heißes Abgas erzeugt, das über die Gaseintrittsöffnungen 24 und 25, die ebenfalls über den Umfang des Schachtes verteilt angeordnet sein können, in die Brennzone 3 eingeführt.
Dank dieser Anordnung ergibt sich in der Brennzone 3 ein Gleichstrom, wohingegen in der Vorwärmzone und in der Kühlzone ein Gegenstrom besteht. In den Übergangsbereichen der Zonen ineinander kommt es daher jeweils zu einer Strömungsumkehr. Aus diesem Grunde sind die Gebläse 8, 19 und 20 sowie das Umwälzgebläse 16 derart dimensioniert, daß unabhängig von der jeweiligen Leistung des Ofens zwischen den Stellen 18 und 24 einerseits und den Stellen 12 und 10 andererseits die Druckdifferenz in der Beschickung im wesentlichen gleich Null beträgt. Für die Betriebsweise wirkt es sich dabei sehr vorteilhaft aus, daß sämtliche durch den Ofen fließende Stoffe ununterbrochen in immer nur einer Richtung strömen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schachtofen zum Brennen von stückigem, insbesondere endotherm reagierendem Gut, wie z.B. Kalk, dem von unten Kühlluft für die in einer Kühlzone stattfindende Abkühlung des in einer Brennzone gebrannten, heißen Gutes zugeführt wird, welche Kühlluft in der Kühlzone im Gegenstrom nach oben strömt und in die Brennzone gelangt, und wobei die heißen Reaktionsabgase in einer für das Gut wirksamen Vorwärmzone den oberen Schachtabschnitt durchströmen, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Schachtwandung am Übergang von der Kühlzone (4) ind die Brennzone (3) Gasaustrittsöffnungen (10,12) sowie am Übergang von der Brennzone (3) in die Vorwärmzone (2) wenigstens in zwei senkrecht beabstandeuten Ebenen Gaseintrittsöffnungen (18,24,25) befinden, wobei die Gase aus den Gasaustrittsöffnungen (10,12) über Wärmeaustauscher und diesen nachgeschaltetem Umwälzgebläse (20) ganz oder teilweise in die Gaseintrittsöffnungen (18) des oberen Abschnittes des Überganges von der Vorwärmzone (2) in die Brennzone (3) einströmen, während die im Wärmeaustauscher erhitzte Frischluft, der wahlweise ein Teil des Gases zugesetzt sein kann, unter Zuführung von Brennstoff in die Gaseintrittsöffnungen (24,25) des unteren Abschnittes des Überganges von der Brennzone in die Vorwärmzone geführt wird.

2. Schachtofen nach Anspruch 1, dadurch yekennzeichnet, daß die Gasaustrittsöffnungen (10, 12) am Übergang von der Kühlzone (4) in die Brennzone (3) in wenigstens zwei senkrecht beabstandeten Ebenen vorgesehenen sind, und daß weiterhin die Gaseintrittsöffnungen (24, 25) im unteren Abschnitt des Überganges von der Vorwärmzone (2) in die Brennzone (3) in wcnigestens zwei Ebenen vorgeseher sind.

3. Schachtofen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich in den jeweils oberen und unteren Ebenen der Gasaustrittsöffnungen (10, 12) bzw. Gaseintrittsöffnungen (18, 24), die die Übergänge von der Kühlzone (4) in die Brennzone (3) und vor, der Brennzone (3) in die Vorwärmzone (2) begrenzen, Druckentnahmeöffnungen befinden.

4. Schachtofen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zuführung der Kühlluft in die Kühlzone (4) und der Frischluft in die Brennzone (3) sowie für die Absaugung des Abgases aus den oberen Abschnitt der Vorwärmzone (2) jeweils Gebläse (8, 20, 19) vorgesehen sind.

5. Schachtofen nach den Ansprüchen 3 ud , dadurch ,oekennzeichnet, daß für den Betrieb der Gebläse (8, 1E, 19, 20) Regler vorgesehen sind, deren Regelgrößen die auf Null zu haltenden Druckdifferenzen zwischen den Druckentnahmeöffnungen bei den Übergängen der Kühlzone in die Brennzone und der Brennzone i in die Vorwärmzone sind.

6. Schachtofen nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauscher alls einem System von wenigstens zwei Regeneratoren (14a, 14b) oder einem ersten Rekuperator und einem sich daran anschließenden weiteren Rekuperator (15) besteht, in welchletzterem die Frischluft aufgeheit wird, und an dessen Abgasausgang das Umwälzgebläse (10) angeschlossen ist, welches das abgekühlte Abgas durch einen der Regeneratoren (14a, 14b) oder den ersten Rekuperator drückt.

7. Schachtofen nach den Ansprüchen 1 bis , dadurch gekennzeichnet, daß für die in die Brennzone (3) einzuführenden Gase mit der Frischluft und dem brennstoff wenigstens eine außerhalb des Schachtes (1) liegenden Brennkammer (5) vorgesehen ist.