DE2453613A1 - Verfahren zum behandeln eines bettes von absinkendem schuettbaren feststoffmaterial mit gegenstroemendem gas - Google Patents

Description

DR. MÜLLER-BORE DiPL.-ING. GROENING DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL DIPL.-CHEM. DR. SCHÖN DIPl.-PHYS. HERTEL

PATENTANWÄLTE

12. Nov. 1974

THE ASSOCIATED PORTLAND CEMENT MANUFACTURES LIMITED

London, England

Verfahren zum Behandeln eines Bettes von absinkendem schüttbaren Feststoffmaterial mit gegenströmendem Gas

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln eines Bettes von absinkendem schüttbaren, insbesondere körnigem oder kugeligem bzw. klumpigem Feststoffmatörial, mit einem im Gegenstrom nach oben durch das nach unten sinkende Bett von Feststoffmaterial geführten Gas. Die Erfindung betrifft somit die Steuerung der Abwärts- bzw. Sinkbewegung von zerteiltem Feststoffmaterial in einem Bett dieses Materials im Gegenstrom eines Gases. Die Erfindung betrifft insbesondere die Steuerung dieser Abwärtsbewegung in einem Bett mit einem ringförmigen horizontalen Querschnitt, beispielsweise zur Regulierung des Kontaktes zwischen dem Feststoff und dem Fluid.

Die Erfindung wird unter spezieller Bezugnahme auf eine ringförmige Vorrichtung zum Kontaktieren eines Feststoffes mit einem Gas zum Zwecke des Wärmeaustausches oder einer Reaktion, beispielsweise unter Bezugnahme auf einen ringförmigen Ofen, beschrieben. Die Erfindung kann jedoch ganz allgemein bei ringförmigen Betten von körnigen und klumpigen Feststoffen verwendet werden.

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Zum leichteren Verständnis der Erfindung wird zuerst die Entwicklung des Ringofens aus dem üblichen Vertikalofen oder Schachtofen beschrieben.

Bei den meisten Äusführungsformen eines Vertikalofens oder Schachtofens für die Behandlung von beispielsweise eisenhaltigen oder nicht eisenhaltigen Erzen, Zementklinker, Dolomit, Calciumoxyd oder dergleichen, wird das Entfernen des fertig behandelten oder wärmebehandelten Produktes am unteren Ende des Schachtes, d. h. am Abgabeende, dadurch erschwert, daß die gesamte Masse des zu behandelnden Materials, welches den Schacht füllt, dazu gebracht werden soll, direkt auf der Abgabeeinrichtung zu lasten _t, so daß das Material über dem ganzen Querschnitt angreift und die Charge so gleichförmig wie möglich durch den Schacht sinkt, um dadurch eine einigermaßen konsistente Gasdurchlässigkeit über dem ganzen wirksamen Querschnitt aufrechtzuerhalten.

Diese Schwierigkeiten sind aus einer Reihe von Literatursteilen bekannt (H. Eigen, Zement-Kalk-Gips, Oktober 1956, Seite 354 bis 356; GB-PS 934 230, US-PS 2 86I 788; E. Spohn, .Tagungsberichte der Zement-Insustrie, 1955, ti, 39 bis 55; F.P. Somogyi, The Vertical Kiln, Cement Lime and Gravel, Mai 1952 und GB-PS 95ο 576),.

Diese Druckschriften zeigen auch, daß wegen des Fehlens einer gleichförmigen Belastung über dem Schachtquerschnitt und der dementsprechend ungleichförmigen Abgabegeschwindigkeit aus der Mitte zum Umfang oder zur Außenwand hin nicht nur die Wärmebehandlung des Materials ungleichförmig ist, sondern daß es auch unmöglich ist, beispielsweise im Falle der Calcinierung von ungebranntem Kalk oder Dolomit, ein Produkt zu erhalten, welches eine gleichförmige poröse Qualität hat und bei welchem eine ursprüngliche Größenklassierung so weit wie möglich beibehalten wird. Wie aus der GB-PS 934 230 hervorgeht, können

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diese Eigenschaften auch mit den besten vorhandenen Abgabevorrichtungen nur unvollständig erreicht werden. Um diesen Eigenschaften jedoch so nahe wie möglich zu kommen, wird versucht, das Material von dem Schachtofen gleichförmig und ohne übermäßige Zerkleinerung durch Einführen eines festen Abgabetisches abzuführen, der, wenn er unter der unteren Öffnung des Ofens angeordnet ist und einen Durchmesser hat, der größer ist als der der Öffnung, stabilisierende und belastüngsverringernde Eigenschaften ent sprechend dem Schüttwinkel des Materials am Umfang mit sich bringt. Dadurch bleibt die Abziehvorrichtung frei, so daß sjß die Abführwirkung vervollständigen kann.

Die gleichförmige Behandlung des Materials in dem Schachtsystem kann weiterhin ernsthaft durch die Loslösewirkung gestört werden, die am Umfang oder der Außenwand einsetzen muß,und die bisher den Maximaldurchmesser der meisten stationären Schachtsysterne auf wenige Meter begrenzte.

Es wurden bereits verschiedene Versuche unternommen, sowohl das Volumen als auch das Leistungsvermögen von Schachtöfen oder Vorerhitzen durch Verwendung von Kernabschnitten zu erhöhen, um so das Ringprinzip einzuführen. In jedem Fall basierten diese Versuche auf statischen Anordnungen, bei welchen keine Relativbewegung zwischen dem äußeren Schacht und den inneren Kernwänden gegeben war. Ein weiterer interessanter Versuch (GB-PS 95o 576) bestand darin, den Schachtofen sowohl zu neigen als auch in Drehung zu versetzen, um so Staus in der Brennzone zu verhindern und um den Feststoffen und heißen Gasen eine innigere Vermischung zu erteilen. Der praktische Einsatz dieser Anordnungen unterblieb jedoch deshalb, weil·sie sowohl hinsichtlich ihrer Herstellung als auch ihres Betriebs extrem kompliziert sind.

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Bei einem bekannten ortsfesten Ringschachtofen (US-PS 2 8^2 35o) ist die Mittelöffnung in dem Ringboden für die Abgabe des Feststoffmaterials, welches durch den ringförmigen Schacht herabgesunken ist, kleiner als der Innendurchmesser des Ringschachtes. Koaxial über der mittigen Boden-· öffnung ist ein Ringaufbau abgestützt, der einen Kanal für das Gas bildet, welches nach oben und dann durch das ringförmige Bett geführt werden soll, während behandelter Feststoff über den Rand des Bodens unter dem Ringaufbau abgeführt wird. Das Gas soll in das Feststoffbett durch die Oberfläche der Feststoffcharge eintreten, die sich von dem inneren Boden des ringförmigen Schachtes zur Oberseite des Ringaufbaus nach unten neigt. Bezüglich dieses allgemeinen Problems wurden außerdem ringförmige Vorerhitzer eingesetzt, (GB-PS 828 886), bei welchen die vorstehenden Nachteile dadurch überwunden werden sollten, daß eine exzentrische Abgabeöffnung in dem Boden vorgesehen wird, die von dem Boden und der Wand gebildete Schale gedreht wird und ein äußeres Mitnehmergestänge verwendet wird, welches die hydraulischen Abgabeschieber betätigt, um die behandelten Feststoffe zu dem Rand der Öffnung zu schieben. Diese Maßnahmen beseitigen tatsächlich sowohl das Beschickungs- als auch das Abdichtungsproblem· Diese beiden Probleme waren bei den ziemlich hohen Saugwirkungen, die bei einem Tiefbettbetrieb mit nach oben gerichtetem Luftstrom auftreten, für das Ausbleiben eines industriellen Erfolges der Konstruktion der US-PS 2 842 350 verantwortlich. Die Annäherung durch die Konstruktion gemäß der GB-PS 828 886 erfüllt jedoch nicht die wesentlichen Anforderungen an eine kontinuierliche und gleichförmige Zuführung eines körnigen oder kugeligen Feststoffs, da, wie später noch erläutert wird, die Schale, ihr Boden und die innere Haube in einer fixen geometrischen Beziehung zueinander gehalten werden. Darüber hinaus kann die intermittierende Abgabewirkung der Schieber nur dazu beitragen, unannehmbar hohe Brechkräfte auf das zu behandelnde Feststoffmaterial auszuüben, so daß dadurch eine gleichförmig verteilte Abgabewirkung

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und der geordnete Abwärtsstrom von Peststoffen, der für einen wirksamen Gegenstromwärmeaustausch so wesentlich ist, nicht vorgesehen werden kann.

Bei dem ringförmigen Vorerhitzer bzw. Ringofen gemäß dem GB-PS 828 888 und der US-PS 2 9^5 687 wurde ein weiterer bedeutender Schritt zur Überwindung der vorstehend erwähnten Nachteile dadurch gemacht, daß der Boden* das Bodenstück bzw. das Bodengestell einerseits und die Wände des Rings, auf dem manchmal als Schale (außen) und als Haube (innen) Bezug genommen wird, andererseits um ihr.e jeweilige mittlere vertikale Achse drehbar angeordnet werden, wobei diese parallelen. Achsen voneinander um einen bestimmten Abstand versetzt sind. Die sich dadurch ergebende Präzession sowie die Zwischenwirkung zwischen der Schalenwand und dem Boden, die als Wirkung der versetzten Beschickung bezeichnet wird, führen dazu, daß die Peststoffe am Boden des Bettes zu dem Rand der Abgabeöffnung hin und darüber geschoben werden. Die Nocken- bzw» Gestängeanordnungen der früheren Versionen werden dadurch überflüssig^ Der Effekt der Versetzungswirkung in diesem Fall ist einer unendlichen Anzahl von radialen Schiebern um den Umfang herum äquivalent, was zu einer Feststoffströmung mit verbesserter Glätte bzw. Gleichmäßigkeit unter günstigen Bedingungen führt.

Während einer vollständigen Umdrehung des Vorerhitzers gemäß der US-PS 2 9^5 687 ist die Relativbewegung zwischen dem Ring und dem Boden kreisförmig, d. h. der Ort eines Punktes, in dem sich drehenden Ring bezogen auf den sich . drehenden Boden ist ein Kreis mit einem Radius, der gleich dem Versetzungsabstand ist, wobei davon ausgegangen wird, daß der Ring und der Boden übereinstimmend- gedreht werden, d. h. mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit, wobei keiner hinter dem anderen zurückbleibt. Diese Rotation im Gleichklang ist in der Praxis nur dadurch erreichbar , daß sowohl der Boden als auch der Ring zwangsweise angetrieben.

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werden. Wenn nur der Boden allein zwangsweise angetrieben wird, würden die Reaktionen zwischen dem Boden, dem Peststoff -Beschickungsmaterial und den Ringwänden nur zu einer Rotation des Rings mit einem bestimmten Schlupf bezüglich des Bodens führen, so daß die vorstehend genannte Stelle
von der Kreisbahn abweichen und zum Beschreiben einer zykloiden Kurve neigen würde.

Wie in der US-PS 3 4o3 Ö95 beschrieben ist, hat man versucht, die Wirkung der relativen Kreisbewegung zwischen
dem Ring und dem Boden gemäß der US-PS 2 9^5 687,ohne den Ring oder den Boden um ihre eigene zentrale vertikale Achse tatsächlich zu drehen^ dadurch zu erreichen, daß entweder nur dem Boden oder nur dem Ring eine Orbitalbewegung bzw. UmIaufbewegung 3rteilt wird, beispielsweise durch eine
Rotation der vertikalen Achse des Bodens um die vertikale Achse des Rings. Der Zweck besteht darin, die
Leistungsanforderung des Systems zu verringern. Es wird
jedoch mehr Energie als bei dem System gemäß der US-PS
2 9^5 687 erforderlich. Außerdem kann nur eine Feststoffcharge benutzt werden, die in weitem Rahmen erheblichen
Zerkleinerungskräften widersteht, da kein tangentialer
Schlupf zwischen dem Boden, der Charge und den Ringwänden möglich ist.

Der Vorteil einer bestimmten Tangentialbewegung in einer
teilweise analogen Situation ist aus der US-PS 1 429 925 bekannt. Dort ist unter einem Schachtofen ein horizontaler Rost so angeordnet, daß ein Umfangsraum zwischen dem Boden des Schachtes und dem darunter befindlichen Rost verbleibt. Der Rost wird einer Planetenbewegung unterworfen, wodurch das Feststoffmaterial der Charge aus dem Ofen, welches auf dem Rost ruht, radial nach außen abgezogen wird und über
den Rand des Rostes zu einem Trichter läuft. Diese Planetenbewegung verursacht eine Tangentialbewegung des Materials, welches den Rost abdeckt, so daß jedes Klemmen bzw. Blockieren vermieden wird, das sonst zwischen dem Rost und dem
Schacht auftreten würde.

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Bei allen ringförmigen Vorerhitzern und Öfen, auf die bisher Bezug genommen wurde, basiert die Abgabe im "wesentlichen vollständig auf einer Schiebewirkung, die durch ein Umfangsteil aufgebracht wird, beispielsweise durch eine Hydraulik oder eine Wand, um das Chargenmaterial zu zwingen, sich nach innen von dem Boden des eigentlichen ringförmigen Bettes aus über den Boden zu dem Abgabeauslaß in dem Boden zu bewegen. Diese Schiebe-oder Rammwirkung, auf die später noch näher eingegangen wird, bedingt die Ausübung beträchtlicher Kräfte auf das eigentliche Chargenmaterial und auf die Lagerabstützungen der Vorrichtung, was mit hohen Zersetzungs- bzw. Zerkleinerungsanteilen der Charge und einem Verschleiß der Maschinenteile verbunden ist.

Die GB-PS 1 o59 1^9 und die US-PS 3 331 595 beschreiben Modifizierungen des ringförmigen Vorerhitzers oder Ofens gemäß der US-PS 2 9^5 687 mit der versetzten Beschickungswirkung* Diese Modifizierungen bestehen einerseits darin, daß von dem ebenen horizontalen Boden auf einen Boden übergegangen wird, der sich konisch nach unten zu der Mitte mit einem flachen Winkel zu der Horizontalen neigt, und andererseits darin, daß eine Dichtungseinrichtung an den Enden der Schale und der Haube vorgesehen wird, welche eine völlig unabhängige Rotation der drei Komponenten zuläßt, nämlich dem Bodenstück oder Boden, der Schale oder der Außenwand und der Haube oder Innenwand. ' '

Dieser ringförmige Wärmetauscher arbeitet wie seine Vorgänger dadurch, daß das Chargenmaterial über den Bodenabschnitt zum Abführen durch die Öffnung geschoben wird, mit Ausnahme spezieller Umstände, auf die die Erfindung gerichtet ist und die infolge der beiden vorstehend genannten Modifizierungen anwendbar sind. Es wurde gefunden, daß eine Vorrichtung der unmittelbar vorher beschriebenen Art mit einem ringförmigen Bett von absinkendem bzw. sich nach unten bewgendem körnigen oder kugeligen-Material auf eine besonders vorteilhafte Weise betrieben werden kann, wenn die geometrische

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Auslegung und die Steuerung der Vorrichtung eine geeignete Beziehung zu den physikalischen Eigenschaften des Chargenmaterials des Bettes haben. Wenn dieser Beziehung entsprochen wird, kann man sagen, daß die Vorrichtung bei einer kritischen Betriebsart arbeitet, bei welcher die Schiebewirkung, wie sie vorher erwähnt wurde, durch eine andersartige Wirkung aufgehoben ist, so daß man die später aufgezählten Vorteile erreicht.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, die vorstehend genannten Zustände für die kritische Betriebsart zum Aktivieren bzw. Behandeln eines ringförmigen Bettes von niedersinkendem körnigen oder kugeligen Material zu schaffen.

Im folgenden werden die einzelnen Einflußgrößen näher erläutert.

Chargenmaterial;

Als Chargenmaterial kann jedes körnige, kugelige oder klumpenförmige Feststoffmaterial verwendet werden, solange es nicht so fein oder so leicht ist, daß das durch es im Gegenstrom hindurchgeführte Gas es ganz mit nach oben reißt, und solange es nicht aus Teilchen besteht, die bezüglich der Breite des Ringraums zu groß sind, um frei in einem solchen Raum zusammen nach unten fallen zu können«

Art der Vorrichtung:

Die erfindungsgemäß benutzte Vorrichtung hat eine ringförmige Basis, die als Boden oder Bodenabschnitt bezeichnet wird, in einer im wesentlichen horizontalen Ebene liegt und um ihre im wesentlichen vertikale Mittelachse drehbar angeordnet ist. Über dem Boden sind zwei im wesentlichen koaxiale Zylinder vorgesehen, deren Mittelachsen im wesentlichen vertikal sind und die von der parallelen Achse des

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Bodens um einen Abstand verschoben sind, der als Versetzungsabstand bezeichnet wird. Die Hublänge, auf die später Bezug genommen wird, beträgt das Zweifache des Versetzungsabstandes.

Der äußere dieser beiden Zylinder, der als Schale bzw. Mantel bezeichnet wird, ist so installiert, daß er um seine Achse unabhängig drehbar ist, wobei die Unterseite des,Zylinders mit dem Boden eine Gleitdichtung bildet. Der innere der beiden Zylinder, der als Haube bezeichnet wird^ ist ebenfalls so angeordnet, daß er um seine Achse unabhängig drehbar ist. Das Unterteil dieses inneren Zylinders ist über" dem Bodenniveau, d. h. dem horizontalen Qurchmesser der Bodenfläche um einen bestimmten Abstand angeordnet, der als Drosselhöhe bezeichnet wird, wobei auf den Bodenrand der Haube als Drossel Bezug genommen wird. Die Haube ist vorzugsweise derart gehaltert, daß ihre Achse um einen kleinen Winkel aus dar Vertikalen geneigt ist. Dieser Winkel wird im folgenden als Schräglagewinkel bezeichnet. Die Mittelöffnung des ringförmigen Bodens hat einen Durchmesser, der kleiner ist als der der Haube. Diese Öffnung ist die Abgabeöffnung. Die Oberseite des Bodens neigt sich vom Bodenumfang zur Mittelöffnung im Boden in einem flachen Winkel zur Horizontalen nach unten. Dieser Winkel wird als Bodenwinkel 0 bezeichnet. Der Boden ' hat so die Form eines flachen

Die jeweiligen Zylinder bilden mit der Außen- bzw. Innenkante einer ringförmigen oberen Abdeckung bzw. einem oberen Aufsatz zwei Gleitdichtungen, wobei der Aufsatz den Ring zwischen den Zylindern begrenzt, die Oberseite des Daches jedoch zur Atmosphäre hin offen läßt, welches die Haube überspannt und verschließt. Die Unterseite dieses Daches neigt sich nach unten und nach innen vom Umfang zur Mitte, d. h. von der Drossel aus in einem Winkel, auf den als Drosselentlastung Bezug genommen wird. Die obere Abdeckung, die statisch bleibt, hat einen Einlaß zum Zuführen von Feststoffchargenmaterialien sowie einen oder mehrere Auslässe für das Abgeben von Gas oder Dampf.

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- Io -

Wie bereits erwähnt, muß der Durchmesser der Bodenöffnung um einen bestimmten, später noch zu definierenden Betrag kleiner sein als der Hauptdurchmesser. Wenn dieser Bedingung, die im folgenden als Stabilitätskriterium bezeichnet wird, genügt wird, fällt zerteiltes Feststoffmaterial, welches in die Vorrichtung eingefüllt wird, nicht geradeaus durch die Öffnung, sondern bildet ein stabiles Bett in dem Ringraum zwischen den Zylinder und läuft über den Boden in einer radial nach innen weisenden Richtung in einem Ausmaß, das anfänglich von dem Schüttwinkel des zerteilten Feststoffmaterials abhängt.

In Betrieb drehen sich die Vorrichtungsteile, ausgenommen die obere Abdeckung, um ihre jeweiligen Achsen. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art, bei welcher nur der Boden direkt mittels eines dafür vorgesehenen Antriebs in Drehung versetzt wird. Es gibt keinerlei mechanisches Gestänge bzw. mechanische Verbindungen zwischen dem Mantel und der Haube, auch nicht zwischen dem Mantel oder der Haube und dem Boden. Die beobachtete Rotation des Mantels und der Haube, wenn der Boden der beschickten Vorrichtung angetrieben wird, erfolgt durch die Zwischenwirkung zwischen den drei unabhängig drehbaren Komponenten, nämlich Boden, Mantel und Haube, und der dazwischen befindlichen Feststoffcharge.

Zur besseren Erläuterung der Erfindung wird die Linie eingeführt, welche die Drossel mit ihrem nächst^en Punkt am Bodenrand des Mantels verbindet. Diese Linie wird als Drossellinie oder Drossel schrägung bezeichnet. Die Kegelstumpffläche, die durch diese. Linie erzeugt wird, wenn der Ring eine Umdrehung um seine Achse ausführt, wird als Drosselzwischenfläche bzw. Drosselgrenzfläche unabhängig davon bezeichnet, ob sie tatsächlich vorhanden ist oder nur hypothetisch existiert. Die Ringbreite ist durch die Differenz

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zwischen den jeweiligen Radien des Mantels und der Haube definiert. Es wird davon ausgegangen, daß das ringförmige Bett seitlich von dem Mantel bzw. der Haube, oben durch das sich in Betrieb einstellende Niveau und unten durch die Drosselgrenzfläche begrenzt. Zerteiltes Feststoffmaterial, das unterhalb oder radial innerhalb der Drosselgrenzfläche angeordnet ist, kann einfach als Material angesehen werden, das auf dem Boden im Verlauf der Abgabe von dem Bett ruht. :

Die exzentrische Rotation des Bodens bezüglich der des Bettes unterwirft dadurch, daß ein Entfernen des Feststoffmaterials von unterhalb des Bettes in einer Radialrichtung herbeigeführt wird, das Material einer bestimmten Winkelkomp-ression, die ihre Entlastung in einer Höhenzunahme des Haufens mit abnehmendem Radius findet, bis das Material über den Rand der Öffnung in dem Boden gleitet.

Einige Ausführungsformen der in der GB-PS 1 o59 1^9 und der US-PS 3 331 595 beschriebenen Vorrichtungen bilden Beispiele für diese erfindungsgemäß verwendete Vorrichtung·

Die kritische Betriebsweise:

Wenn die vorstehend .beschriebene Ringbettvorrichtung auf die kritische Weise betrieben wird, zeichnet sie sich dadurch aus, daß die Charge besonders leicht und glatt durch das Bett geht und daraus austritt. Dies wird mit Hilfe der Erfindung erreicht und durch eine Anzahl beobachtbarer und quantitativ meßbarer Ergebnisse, die nachstehend erläutert werden, erkennbar gemacht. .

Wie erwähnt, betrifft die Erfindung die Arbeitsweise eines Ringbettes der beschriebenen Art in der kritischen Betriebsweise.

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Bei der kritischen Betriebsweise kann körniges, klumpiges bzw. kugeliges Material in dem Bett auf gleichmäßige Weise, was nachstehend näher definiert wird, absinken, wodurch im wesentlichen jedes Stück von körnigem oder kugeligem Material einem im wesentlichen gleichen Behandlungszyklus ausgesetzt ist, wenn es im Gegenstrom zu einem aufsteigenden Gas über die volle Höhe des Bettes, d. h. des Ringes geht.

Gleichförmiges Absinken;

Die Gleichförmigkeit, mit der das Chargenmaterial absinken bzw. sich nach unten durch das Bett bewegen soll, wird ohne Berücksichtigung der Unterschiede der Drehzahl zwischen dem Ring und dem Boden folgendermaßen definiert:

Im Idealfall beschreibt jedes Stück des Feststoffchargenmaterials, wenn es sich von der Oberseite zur Unterseite des ringförmigen Bettes bewegt, nicht bezüglich der sich drehenden Vorrichtung, sondern bezüglich der Erde eine vertikale Schraubenbahn mit konstantem Radius und konstanter Ganghöhe bei einer konstanten horizontalen Komponente der Winkelgeschwindigkeit. Der konstante Radius ist gleich dem Abstand des Stücks bzw. Teilchens von der Drehachse des Ringes. Die konstante Ganghöhe ist proportional der Hublänge der Vorrichtung und die horizontale Winkelgeschwindigkeit ist gleich der Winkelgeschwindigkeit des Rings als Ganzes. Die Hublänge ist als zweifacher Abstand zwischen der Drehachse des Bodens und der Drehachse des Rings definiert.

Dementsprechend sinkt die Feststoffcharge im wesentlichen ohne irgendeine horizontale Vermischung nach unten, und jeder Teil bewegt sich über die gleiche Entfernung für irgendeine vorgegebene vollständige Umdrehung des Rings nach unten. Solange somit auf der Oberseite das Bett mit einem

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gleichförmigen Mengenstrom mit gleichförmig verteiltem Chargenmaterial versorgt wird, wird eine gleichförmige Verteilung und eine gleichförmige Verweilzeit aufrechterhalten, wenn das Chargenmaterial gleichförmig durch das Bett nach " unten sinkt.

Da sich das Bett stetig dreht, ist es sehr einfach, das Chargenmaterial mit einem gleichförmigen Mengenstrom von einem darüberliegenden festen Punkt aus zu beschicken und dadurch eine gleichförmige Verteilung in Umfangsrichtung zu erreichen. Da die Vorwärtsbewegung des Chargenmateriäls durch die Vorrichtung abhängig von dem Abgabemengenstrom ist und, wie später noch erläutert wird, der Abgabemengenstrom erfindungsgemäß konstant gehalten werden kann, kann der gleichförmige Beschickungsmengenstrom auf einfache Weise dadurch erreicht werden, daß das Niveau der Oberseite des Bettes konstant gehalten wird,·beispielsweise durch automatische Einrichtungen, die mit der Geschwindigkeit gekoppelt sind. Eine gleichförmige Verteilung in Radialrichtung-wird dadurch gewährleistet, daß das Material der Oberseite des Bettes in der Nähe der Innenwand des Ringes zugeführt wird. Dies führt dazu, daß die Oberseite des Betts nach unten zur Außenwand in einem wirksamen Schüttwinkel des Chargenmaterials geneigt wird oder sich neigen kann.

Relativ zu dem sich drehenden Ring geht jedes Teilchen des FeststoffChargenmaterials nach unten auf einer im wesentlichen vertikalen Bahn durch das Bett. Betrachtet man diese Bahn jedoch relativ zum Ring oder, relativ zur Erde, so ist die Vertikalkomponente der Geschwindigkeit des Chargenmat.erials nicht konstant. Jeder Teil der Charge unterliegt bei jeder vollständigen Umdrehung dem gleichen,sich konstant wiederholenden Beschleunigung^- und Verzögerungszyklus, was noch näher anhand der Abziehwirkung erläutert wird. Dementsprechend sind die Neigungen der aufeinanderfolgenden Drehungen bzw»

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Gänge der schraubenförmigen Bahn nicht konstant, sondern zueinander parallel.

In der Praxis geht die gleichförmige, nach unten gerichtete Bewegung des Materials von dem vorstehenden Idealbild aus, sie liegt jedoch innerhalb des Rahmens der Erfindung, wenn die nachstehende primäre Beziehung eingehalten wird.

Primäre Beziehung; ' '

Die Erfindung basiert darauf, daß zum Betreiben der beschriebenen Ringbettvorrichtung in der kritischen Betriebsart es erforderlich ist, im wesentlichen Gleichheit zwischen a) dem Winkel der Drosselgrenzfläche mit der Horizontalen und b) dem wirksamen Schiittwinkel des Chargenmaterials unter der Drossel aufrechtzuerhalten . Unter dem Auedruck "im wesentlichen Gleichheit" ist zu verstehen, daß die Drosselhöhe H nicht kleiner und nicht größer sein soll als der Wert mit einer Io %-igen Unter- oder Überschreitung, der der nachstehenden Beziehung (1.) genügt:

tan 0 = h/a (1)

wobei 0 der wirksame Schüttwinkel, a die Breite des .Ringraums und h die senkrechte Höhe der Drossel über dem Umfang des Bodens ist.

Ein Gesichtspunkt der Erfindung besteht deshalb auch darin, ein Ringbett der beschriebenen Art so zu dimensionieren,und arbeiten zu lassen, daß die vorstehend erwähnte wesentliche Gleichheit erreicht wird.

Man sieht, daß die Vorrichtung, mit der und in der die Erfindung ausgeführt werden kann, bereits durch die GB-PS 1 o59 1^9 und die US-PS 3 331 595 bekannt ist und im weiten Rahmen beispielsweise zur Herstellung von Zement und Koks

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und für die Behandlung von Erzen oder anderen Mineralien eingesetzt ist. Was jedoch bisher nicht bekannt ist, sind

a) die Existenz der kritischen Betriebsweise

b) die spezielle Ausführungsform der Vorrichtung, die gewählt werden muß, und

c) die Bedingungen und Beziehungen, die erfüllt werden müssen, wodurch die Form der Feststoffabgabe erreicht werden kann, die für die Erfindung charakteristisch ist und nachstehend beschrieben wird.

Chargenabziehwirkung:

Das Abführen des festen körnigen Materials aus dem Ringbett· wird erfindungsgemäß passender als Abziehwirkung bezeichnet, da das Material nicht gedrückt oder geschoben, sondern vom Boden des Bettes ausgetragen wird. Das gleichförmige Nachuntensinken, welches bereits erläutert wurde, ist ein direktes Ergebnis dieser Abziehwirkung. . '

Zweckmäßigerweise wird zuerst die Zwischenbeziehung der Teile eines ringförmigen Bettes betrachtet, welches auf einem konzentrischen ringförmigen Boden ruht. Betrachtet man die Außenwand des leeren Ringes, die auf dem konzentrischen Ringboden ohne die Innenwand sitzt, so erhält man tatsächlich ein Rohr mit einem Innenrand um den Bodenumfang herum. Das körnige Material kann auf diesen Ring aufgebracht werden, bis die volle Breite des Rings belegt ist. Die Oberseite des Haufens von körnigem Material hat eine umgekehrte kegelstumpfförmige Oberfläche mit einer Neigung entsprechend dem Ablaufschüttwxnkel des körnigen Materials;· Wenn weiteres körniges Material zugeführt wird, gleitet alles sofort durch die Bodenöffnung ab. Dieses Verhalten wird zweckmäßigerwedse als "Ablaufen" bezeichnet.

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Wenn nun eine konzentrische Innenwand, deren Durchmesser größer ist als der der Bodenöffnung, in der Außenwand wenigstens soweit abgesenkt wird, bis der Bodenrand der . Innenwand gerade den sich neigenden Haufen von körnigem Material berührt, kann weiteres körniges Material dem Ringbett zwischen den Wänden zugeführt werden, ohne daß irgendein Material abläuft. Ein solches Bett wird als stabil bezeichnet» Später wird diese notwendige Beziehung zwischen dem Chargenmaterial und den Abmessungen der Vorrichtung für den stabilen Betrieb bei der kritischen Betriebsart als Stabilitätskriterium bezeichnet.

Die Funktion der Abziehwirkung besteht darin, von unterhalb eines stabilen Ringbettes Chargenmaterial abzuziehen, welches sich durch das Bett nach unten bewegt hat, wobei es in einer insgesamt radialen Richtung über den Rand oder den Ringboden gezogen wird, damit es durch die Bodenöffnung nach unten fallen kann, ohne daß die Stabilität des Bettes gestört wird und insbesondere die Arbeitsweise bei der kritischen Betriebsart erleichtert wird.

Die Abziehwirkung wird erreicht, wenn der ringförmige Boden nicht konzentrisch zu dem ringförmigen Bett ist und um seine Mittelachse gedreht wird, während der vorstehend genannten primären Beziehung genügt wird. Wenn a) der exzentrische, sich drehende ringförmige Boden eine Mittelöffnung hat, die bezüglich des Bodens konzentrisch ist und die so groß wie die Außenwand des ringförmigen Bettes ist, fällt das gesamte Chargenmaterial in dem Bett gerade durch den Boden heraus. Wenn b) der Durchmesser der Öffnung, die einen extra Rand für die Exzentrizität ermöglicht, kleiner ist als die Stabilitätsgrenze, bleibt das Bett stabil. Zwischen diesen beiden Bedingungen a) und b) läuft das Chargenmaterial in stärkerem oder Schacherern Ausmaß entsprechend dem Ausmaß ab, in welchem die Öffnung das sonst stabile Bett hinterschneidet und bei welchem Anteil einer jeden Umdrehung dies der Fall ist.

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Wenn die Öffnung klein genug ist, so daß das Bett stabil bleiben kann, wird Chargenmaterial in einer insgesamt radialen Richtung über den Boden zu der Öffnung bewegt und zwar infolge der relativen Wechselwirkung zwischen dem Boden und dem Bett, die durch ihre exzentrische Drehung verursacht wird. Bei dieser Bewegung über den Boden erfährt die Charge eine Schiebewirkung, wenn nicht die Abziehwirkung gemäß der Erfindung durch Arbeiten bei der kritischen Betriebsart erreicht wird.

Wenn die Öffnung zu klein ist, um das über den Boden geführte Material durchzulassen·,; konant natürlich die Transport bewegung zum Stillstand.

In Betrieb von Ringbettvorrichtungen hat sich bisher gezeigt, daß der Abgabemengenstrom an Feststoffmaterial aus dem Bett abhängig von der Große der Abgabeöffnung in dem Boden ist. Wenn der Abgabemengenstrom sich als abhängig von der Öffnungsgröße erweist, gibt es drei Möglichkeiten, nämlichJ

1) Die Öffnung ist viel zu klein; diese Möglichkeit wurde bereits erläutert.

2) Die Öffnung ist zu groß und genügt dem Stabilitätskriterium nicht. Das Chärgenmaterial "läuft aus", d. h. die Charge wird mit einem unerwünschten hohen und ungleichmäßigen Mengenstrom abgegeben. ·

3) Die Abgabe erfolgt durch die Wirkung der Ringwand, welche das Chargenmaterial über den Boden drückt. Demzufolge hängt der Mengenstrom von der Größe des zu schiebenden Materialhaufens ab und somit vom Abstand vom Bett zur Öffnung.

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Diese Möglichkeiten ergeben sich jedoch nicht, wenn nach der kritischen Betriebsart gearbeitet wird, bei welcher der Abzugsmengenstrom im wesentlichen unabhängig von der Abgabeöffnungsgröße für ein stabiles Bett ist.

Auf den durch die jeweiligen Drehmitten der Außenwand und des Bodens gehenden Durchmesser wird als die Versetzungsachse Bezug genommen. Diese Achse wird als Bezugslinie für die Beschreibung der Bewegungen der Ringbettvorrichtung genommen. Während der Drehung des Bodens folgt jeder bestimmte Punkt auf der Oberfläche des Bodens einem Ort, der sich abwechselnd der Rotationsmitte des Ringbettes nähert und davon entfernt bei der wechselseitigen Relativbewegung zwischen dem Bett und dem Bodenstück, wodurch das Abziehen des Chargenmaterials von dem Bett herbeigeführt wird» Wenn dieser gegebene Punkt sich in seinem entferntesten Abstand von der Drehmitte des Bettes befindet, liegt er auf der Versetzungsachse in einer Lage, die als ^¹ ss 0 -Lage bezeichnet wird. Für die Erläuterung ist es nicht von Bedeutung, ob alle Lagen auf dem Ort des gegebenen Punktes von V=O bis 360 bezüglich der Versetzungsachse um die Mitte des Ringbettes herum oder des Bodens genommen werden, wenn der Versetzungsabstand verglichen mit dem Durchmesser des Bodens klein ist. ?ur Klarstellung wird die Mitte des Bodens als Winkelbezugspunkt für die Drehlage der Vorrichtung genommen.

Jeder Punkt auf einem gegebenen Radius des Bodens nähert sich, wenn er von der γ= 0 -Lage zu der ^*= 180 -Lage während einer Halbumdrehung des Bodens geht, der Achse des Ringbettes um einen.Gesamtabstand, der gleich dem Zweifachen des Versetzungsabstandes ist, d. h. gleich der Hublänge der Vorrichtung, und zwar mit einer Annäherungsgeschwindigkeit, die allmählich zunimmt und proportional zu sin Y ist. Die Geschwindigkeit erreicht, ausgehend von null in der γ= O°-Lage, ein Maximum in der J/ = 9o -Lage

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und nimmt proportional zu sin· ν von dem Maximum aus nach null in der ^ = l8o -Lage ab. Dementsprechend wird das Feststoff Chargenmaterial, welches auf dem Boden ruht, bei der kritischen Betriebsart zu der Achse des Ringbettes mit der genannten Annäherungsgeschwindigkeit befördert. Der effektive Radius des Bodens, der dem Ringbett ausgesetzt ist, wird um eine Hublänge wieder bei der genannten Geschwindigkeit erhöht, wenn Punkte auf dem Bodenradius, die außerhalb der Außenwand waren, in Lagen innerhalb dieser Wand gelangen. Die Zunahme des wirksamen Radius ermöglicht bei der kritischen Betriebsart einen Zugang von weiterem Chargenmaterial zum Boden unter dem Bett, was zu einer Bewegung des Chargenmaterials nach unten in dem Bett über einen Gesamtabstand, der gleich tan 0 χ Hublänge ist, bei einer Absinkgeschwindigkeit führt, die allmählich proportional zu sin Y von null in der y = 0, -*Lage zunimmt, ein Maximum

ο *
in der V = 9o -Lage erreicht und allmählich proportional zu sin γ auf null in der U* = l8o -Lage abnimmt. Während somit die Charge von unterhalb des Bettes während dieser Halbumdrehung abgezogen wird, sinkt Material in dem Bett nach unten. Das,Bett kann entsprechend an der Oberseite zweckmäßigerweise in dem Bereich über der V - 9o -Lage gefüllt werden. Die Halbumdrehung von V=O bis ν = l8o ist deshalb der Füllhub. Während des Füllhubs wird das Bett beweglich und in stärkerem Maße gasdurchlässig.

Jeder Punkt auf einem gegebenen Radius des Bodens weicht, wenn er von der V - l8o -Lage in die V = 360 -Lage während einer halben Umdrehung des Bodens herumgeht, von der Achse des Ringbettes um einen Gesamtabstand zurück, der gleich dem zweifachen Versetzungsabstand ist, d. h. gleich der Hublänge der Vorrichtung, wobei die Geschwindigkeit des Zurückweichens allmählich zunimmt und proportional zu sin V* ausgehend von null in der \/ = l8o°-Lage ein Maximum in der γ = 27o -Lage erreicht und allmählich proprotional zu sin V- ausgehend von dem Maximum auf null in der γ = 36o°-Lage wieder abnimmt. Auf dem Boden liegendes Feststoffchargenmaterial ist bei der kritischen Betriebsweise

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durch das Vorhandensein des Bettes stabilisiert und bleibt in einem mehr oder weniger fixierten Abstand von der Achse des Ringbettes, wenn das Feststoff Chargenmaterial unterschneidet. Das Material geht bezüglich des Bodens weiter zu der Bodenöffnung in einem Mengenstrom, der im wesentlichen gleich der vorstehend erwähnten Rückweichgeschwindigkeit ist. Nach den einleitenden Umdrehungen,während denen der Boden mit FeststoffChargenmaterial bedeckt wird, erhält man eine stetige Abgabe von FeststoffChargenmaterial über den Rand der Bodenöffnung mit einer Geschwindigkeit bzw. mit einem Mengenstrom, der allmählich und im wesentlichen proportional zu sin γ ausgehend von null in der γ = l8o°-Lage zunimmt, ein Maximum in der y = 27o -Lage erreicht und allmählich proportional zu sinV von dem Maximum auf null in der γ = 360 -Lage wieder abnimmt. Während der halben Umdrehung von J^ = 180 bis Y = 360 bleibt das Chargenmaterial in dem Bett im wesentlichen stationär, während das Material, welches von der Bodenöffnung unterschnitten wird, durch die Öffnung herausfällt. Diese halbe Umdrehung ist der Abgabehub. Während des Abgabehubes wird das Bett statisch und für Gas weniger durchlässig.

In der sich abwechselnden Folge von Füllhüben und Abgabehüben, die ein Teilchen des Feststoffchargenmaterials nach dem Eintritt auf der Oberseite des Bettes mitmacht, bewegt sich das Teilchen längs der Folge von Stadien der Periode tan 0 χ Hublänge, was die konstante Ganghöhe der genannten Schraubenbahn ist.

Die Maschinenkräfte, welche auf das Abgabematerial bei der kritischen Betriebsweise wirken, sind die Kräfte, die aus dem Bewegungswiderstand über dem Boden (nicht beim Übergang vom Bett zum Boden) entstehen, welche sich radial aufheben. Diese Kräfte werden speziell auf ein Minimum reduziert, was nachstehend erläutert wird.

nachträglich
geändert

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Der Reibungsfaktor F zwischen dem Chargenmaterial und dem Boden wird vorteilhafterweise dadurch reduziert, daß das Bodenstück nach unten zur Mitte in einem Winkel θ von etwa 5 bis 7,5 oder mehr geneigt ist. Der Reibungsfaktor geht im Bereich einer Neigung von 25° auf null zurück. Bei einer Neigung über 2o° wird die Stabilität des Bettes jedoch unsicher. Die Neigung des Bodens wird natürlich nicht bis zum äußersten Umfang des Bodens geführt, da der Teil des Bodens, der direkt unter der Außenwand oszilliert, eben und horizontal verlaufen muß. " "

Der Reibungsfaktor F wird weiterhin dadurch auf F cos ß reduziert, wenn sich die Feststoffcharge bei einem Winkel ß zum Bodenradius bewegt. Es ist eine Eigenschaft des Ringbettes mit versetztem drehenden Abgabesystem, daß ein Teil der Bahr* der Körner oder Klumpen des FeststoffChargenmaterials mit dem Radius einen Winkel bildet. Bei der Ringbettvorrichtung wie sie erfindungsgemäß verwendet wird, können sich die Ringwände frei unabhängig voneinander und vom Boden drehen. Demzufolge kann sich die Außenwand langsamer als der ange- . triebene Boden drehen. Wenn das Abziehen des Chargenmaterials mit einer vernachlässigbaren Kraft zwischen dem Chargen- , material und der Außenwand erreicht wird, d« h. bei der kritischen Betriebsweise, muß in dem System ein tangentialer Schlupf derart vorhanden sein, daß die sich drehende Außenwand hinter dem sich drehenden Boden um einen Umfangsabstand nacheilt, der sich bei jeder vollständigen Umdrehung einer Hublänge annähert oder ihr gleich ist. Der Ort eines Punktes auf der Außenwand bezüglich des Bodens ist eine zykloide Kurve anstelle des Kreises bei der Ringbettvorrichtung gemäß den US-PSn 2 9^5 687 und 3 koj 895. Der Winkel ß ist dementsprechend größer und der Reibungsfaktor kleiner, als es der Fall sein würde, wenn der Schlupf fehlt.

Die Maschinenkräfte werden auch auf ein Minimum reduziert ,1 wenn ein eng sortiertes FeststoffChargenmaterial verwendet wird, worauf noch eingegangen wird.

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Die Vorrichtung erzeugt in Betrieb einen resultierenden Schub zwischen dem Boden und der Außenwand. Dieser Schub wird in einer konstanten Richtung aufgehoben, wenn die Vorrichtung der kritischen Betriebsweise unterworfen ist» Wenn die Wände und der Boden für eine unabhängige Drehung vorgesehen sind, wird der Schub rechtwinklig zu der Versetzungsachse ausgeübt, d. h. auf die Außenwand, wo er in der γ = 27o -Lage gemessen werden kann, und auf den Boden in der 9o -Lage, wo eine Messung ni :ht erfolgt, da der Boden angetrieben wird. Bei einem Betrieb in der kritischen Betriebsweise verlängert sich der Betrag des Schubs zu der idealen Größe hin, bei welcher er die Resultierende der Antriebskräfte und der Maschinenreibung darstellt, beispielsweise der Stützrollen, wobei die Chargenmaterialreibung vernachlässigbar ist, da die Kraft, welche die Charge durch die Vorrichtung bewegt, nahezu gänzlich der Schwerkraft zuzurechnen ist.

Im allgemeinen folgt die Drehung der Innenwand des Ringbettes der der Außenwand, so daß das Ringbett insgesamt als eine Einheit umlauft, obwcfhl sich das Chargenmaterial nach unten bewegt, wie dies beschrieben wurde, und zwar auf Bahnen parallel zu den Wänden. Es gibt kleinere Variationen bei der sichtbaren Rotationsgeschwindigkeit der Innenwand. Wenn die Innenwand, was bevorzugt ist, so angeordnet ist, daß sie in irgendeiner Ebene etwas aus der vertikalen Achse entsprechend der Einstellung, die sie ansprechend auf die vorherrschenden Schubkräfte annehmen möchte, gekippt werden kann, nimmt sie tatsächlich eine geringe Schrägstellung ein, im allgemeinen längs der Versetzungsachse in der V = 0 -Richtung. Diese Schrägstellung, die für das Chargenmaterial eine Federungswirkung bringt, umfaßt eine sehr geringe Exzentrizität zwischen den Wänden des Rings, wodurch die Relativgeschwindigkeit der Innenwand bezüglich des nächsten Teils der Außenwand im Verlauf einer jeden vollständigen Umdrehung zunimmt und «abnimmt. Die Schrägstellung und die

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Geschwindigkeitsänderung wird von einer leichten Rührwirkung begleitet, wenn das Chargenmaterial abwechselnd durch die Zonen mit etwas zunehmender und abnehmender Ringbreite umläuft.

Ein bedeutendes Ergebnis der Fähigkeit der Wände, in einer relativ freien Art und Weise auf Schübe anzusprechen, die ■ sonst auf das Chargenmaterial ausgeübt würden, besteht darin, daß die Behandlung des Chargenmaterials äußerst milde ist. Insbesondere wird, jede Neigung des Chargenmaterials zur Brückenbildung über der Ringbreite, die sonst zu Schaden an der Charge führen würde, durch das Fehlen der Abstützung an den Enden der Brücke ausgeschlossen.

Die Abziehwirkung der Ringbetevorrichtung bei der kritischen Betriebsweise wird der Abgabewirkung einer ähnlichen Vorrichtung gegenübergestellt, die auf die bisherige Weise betrieben wird.

Wenn man zuläßt, daß die Ringbettvorrichtung, welche anfänglich erfindungsgemäß arbeitet, von der" kritischen Betriebsweise abweicht, beispielsweise durch eine zu geringe Drosselhöhe, wodurch die Freiheit einer der Wände beschränkt wird, oder durch Einführen von degradiertem Chargenmaterial in das Bett, wobei jeder dieser Effekte die anderen nach sich zieht, tritt eine Anzahl weiterer bedeutender Änderungen im Verhalten der Vorrichtung und ihrer Charge ein. Dies sind beispielsweise folgende Änderungen:

1) Der Sektor des Bodenöffnungsrandes, über den die maximale Abgabe erfolgt, wandert von der Y = 27o -Lage zu der Y = 360 -Lage. Anstatt den Boden über die Bahn der geringsten Kraft zu kreuzen, wartet die Feststoffcharge darauf, daß sie. zum Ende des Abgabehubes hin zwangsweise weggedrückt wird.

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2) Die Position des maximalen Schubs bzw. Drucks an der Außenwand wandert ebenfalls von der V= 27o -Lage zu der g = 360 -Lage. Der Betrag des Schubs nimmt relativ hohe Werte mit einer Größenordnung an, die gegenüber der vollkommen verschieden ist, wie sie bei der kritischen Betriebsweise auftritt. Bezüglich der bekannten Größenordnung wird auf die US-PS 3 4o3 895 hingewiesen. Dadurch steigen die Leistungsanforderungen sehr steil an.

3) Bei der kritischen Betriebsweise nähert sich die Umfangsnacheilung zwischen der Außenwand und dem Boden einem Wert, der gleich der Hublänge ist. Die Kraft für das Drehen der Außenwand ist minimal. Außerhalb der kritischen Betriebsweise wird die Nachailung geringer und die Freiheit der Wände, hinter dem Boden herzueilen, wird durch eine Neigung zu einem zwangsweisen Antrieb von dem Boden durch die Beschickung behindert. Die Innenwand kann einer beträchtlichen Beschleunigung unterliegen.

h) Das Chargenmaterial wird in dem Bereich der Drossel Mahl-und Zerkleinerungskräften ausgesetzt, so daß das Chargenmaterial abgebaut bzw. in der Qualität verschlechtert wird oder die Vorrichtung einen starken Verschleiß erleidet oder beide Effekte zusammen auftreten«

5) Die Bewegung und Verteilung des Feststoffchargenmaterials in dem Bett wird in jedem Sinne ungleichförmig, wobei insgesamt eine starke Verschlechterung der Gasstromsteuerung und des Leistungsvermögens auftritt und . sich lokale Erscheinungen, wie Heißstellen, bilden. Die Arbeitsweise der Vorrichtung wird in zunehmendem Maße unkontrollierbar und zerstörend, während bei der kritischen Betriebsweise die Vorrichtung leicht und leistungsstark arbeitet und einfach zu steuern ist.

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Während also bei der kritischen Betriebsweise die Feststoffcharge hauptsächlich durch die Vorrichtung infolge der Schwerkraft geführt wird, erfolgt der Durchlauf der •Charge durch die Vorrichtung außerhalb der kritischen Betriebsweise hauptsächlich durch Antriebsenergie. Das Übermaß dieser letzteren Energieform über die Schwerkraftenergie drückt sich in Form zerstörender Effekte aus«

Bei der kritischen Betriebsweise ändert das Chargenmaterial, welches vertikal nach unten zum Boden des Ringbettes gesunken ist, die Richtung um 9o glatt und schreitet über den Boden in einer unbegrenzt zunehmenden geordneten Weise weiter. Darüber hinaus ist die Arbeitsweise der Vorrichtung bei der kritischen Betriebsweise in jeder Hinsicht bezüglich Bewsgung und Leistung nicht nur in dem Sinne kontinuierlich, daß sie kontinuierlich eintritt, sondern auch in dem Sinne, daß jede Kurve, welche ihr Verhalten charakterisiert, frei, von Diskontinuitäten ist. Die Erfindung basiert nicht auf der Anwendung einer speziellen Theorie des Mechanismus des glatten Übergangs des Ladungsmaterials durch die Drosselregion in der kritischen Betriebsweise. Das beobachtete Verhalten ist jedoch bei einem Drossel- bzw. Verengungsüberführungsmechanismus gleichbleibend, der in dem Idealfall arbeitet, wie er erläutert ist und auf den noch anhand der Zeichnungen Bezug genommen wird. " ■

In Verbindung mit dem Drosselüberführungsmechanismus hat sich ergeben, daß, wenn die Beschickung der Ringbettvorrichtung mit der Feststoffcharge an der Zuführung unterbrochen wird, so daß die Maschine beginnt, sich zu leeren, der Leerungsprozeß in der kritischen Betriebsweise fortschreitet, bis sich ein ringförmiger Materialhaufen auf dem Boden ausbildet, wobei die äußerste obere Oberfläche dieses Haufens kegelstumpfförmig ist und in der y = 0 -Lage mit der vorausgesetzten Drosselgrenzfläche zusammenfällt, während in der V = l8o°-Lage sie parallel zu der Grenzfläche

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ist, jedoch nach innen davon durch die Hublänge der Maschine gezogen wird. Die sichelförmig geformte Bodenfläche, die sich dann hinter dem Chargenmaterial gegen die Außenwand von einem Punkt bei y = 0° zu einer maximalen Breite, die gleich der Hublänge bei ^= l8o° ist und zurück zu einem Punkt bei γ = 36o° erstreckt, ist im wesentlichen sauber von Chargenmaterial. Die Maschine ist jedoch nicht in der Lage, sich weiter selbst zu entleeren. In dem eigentlichen Bett befindet sich kein Material. Auf diesen Zustand wird als nomineller Leerurigszustand Bezug genommen..Eine ähnliche Maschine, die mit einer Schiebewirkung für das Abführen arbeitet, d. h. eine Maschine, die nicht nach der kritischen Betriebsweise arbeitet, kann sich in diesem Ausmaß nicht selbst entleeren.

Es wird davon ausgegangen, daß der Drossalüberführungsmechanismus in der nachstehenden Weise in einer Ringbettvorrichtung wirkt, die mit FeststoffChargenmaterial gefüllt ist und in der kritischen Betriebsweise arbeitet. Wenn der Boden sich radial nach innen relativ zu dem Ringbett während des Füllhubs bewegt, trägt er mit sich das gesamte FeststoffChargenmaterial, welches unter der DrosselgrenZ-flache liegt, da durch die Definition der kritischen Betriebsweise die Dross.elgren.zflache mit dem wirksamen Schüttwinkel oder dem Winkel der Gleitreibung des Haufens von Feststoffmaterial, der auf diese Weise vorwärtsbefördert wird, zusammenfällt. Da jeder Teil des Haufens unmittelbar unter der Drosselgrenzfläche eine inkrementelle bzw. zusätzliche Bewegung von der Grenzfläche in einer Radialrichtung weg ausführt, kann deshalb ein entsprechender Teil des Materials unmittelbar über dem ersten Teil über der Grenzfläche durch die Schwerkraft fallen, um den Platz des ersten Teils einzunehmen. Im Idealfall kann diese. Wirkung im wesentlichen fortschreiten, ohne daß eine Neuanordnung oder Ausdehnung der Charge erforderlich ist.

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Während eines jeden Füllhubs wird deshalb eine Lage der Peststoffcharge vom Boden des Bettes an der Drosselgrenzfläche "abgeschält". Diese Schicht, welche von der Grenzfläche mit vernachlässigbarer Kraft weggebracht wird, hat eine Länge, die gleich dem halben (mittleren) Umfang der Drosselgrenz fläche ist, und einen Querschnitt hat, der ein Parallelogramm mit einer vertikalen Höhe, die-gleich der Drosselhöhe ist, mit einer Basis, die gleich der Hublänge ist, und mit einer Seitenneigung mit dem effektiven Schüttwinkel ist. Eine nachstehend abgeleitete Formel für den Beschickungsmengenstrom auf dieser Basis hat sich in der Praxis als übereinstimmend innerhalb der Versuchsfehlergrenzen mit den Daten erwiesen, die man bei einer breiten Vielfalt von Ringbetten erhält, wobei die Durchmesservariation von weniger als einem Meter bis zu zehn Metern reicht und die Änderungen sogar eir.en größeren Bereich von Durchsatzmengenströmen entsprechend der Hublänge oder der Kotationsgeschwindigkeit betreffen.

Wenn die Schicht die Drosselgrenzfläche verläßt, wird ihr Platz von einer Schicht mit den gleichen Abmessungen und einer Neigungsstellung eingenommen, die sich in dem Bett nach unten in die gleiche Stellung mit einer Geschwindigkeit der Schicht- bzw. Lagentiefe (tan 0 χ Hublänge) für jede Umdrehung des Bettes ausgehend von einer Anfangslage auf der Oberseite des Bettes bewegt hat, wo die eigentliche Beschickung die Feststoffcharge kontinuierlich nach unten mit dem wirksamen Schüttwinkel (der Beschickung) auflegt. Wenn das Bett mit der kritischen Betriebsweise arbeitet, ändert sich die Klassierung der Charge bei der Bewegung nach unten durch das Bett nicht genug, um irgendeine beträchtliche Änderung in dem effektiven Schüttwinkel herbeizuführen.

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Das Fortschreiten des Chargenmaterials Schicht um Schicht erleichtert eine enge bzw. genaue Steuerung der Behandlung in dem Bett, wobei die Schichttiefe direkt proprotional zur Hublänge ist, d. h. zu dem Versetzungsabstand. Die Betthöhe kann innerhalb einer Toleranz eines Bruchteils des Verschiebeabstands mittels einer Rückführ- bzw. Feedback-Regulierung konstant gehalten werden, die mit der Abgabe verbunden ist, welche bei der Zuführungseinrichtung verwendet wird, wobei dies anstelle einer Wägung geschieht. Eine Änderung des oberen Pegels des Bettes von einer Schichttiefe oder von einem Korndurchmesser kann unabhängig von der mittleren Weglänge des Bettmaterials erreicht werden.

Aus dieser Schicht-für-Schicht-Behandlung erhält man einen optimalen Vorteil dadurch, daß ein kleiner Versetzungsabstand benutzt wird, der gewünschtehfalls sogar einer Schicht entspricht, die nur die Stärke eines Korns oder eines Klumpens hat, so daß der Durchsatz pro Umdrehung niedrig ist, jedoch auf den gewünschten Gesamtmengenstrom gebracht werden kann, wenn die Drehzahl des Bettes erhöht wird.

Die gesamte Arbeit, beispielsweise der Wärmeaustausch oder eine physikalische oder chemische Änderung, die bei dem FeststoffChargenmaterial durch den Gegenstrom gegen das hochgezogene Gas durchgeführt werden soll, soll innerhalb des eigentlichen Bettes stattfinden, wo die Abwärtsbewegung des Materials und "die Verweilzeit gleichförmig sind, d. h. über der Drosselgrenzfläche. Im folgenden wird die Bewegung des Chargenmaterials zwischen der Drosselgrenzfläche und der Bodenöffnung nach dem Ausführen dieser Arbeit betrachtet.

Eine gegebene Menge von FeststoffChargenmaterial muß, während es von dem Boden in Radialrichtüng zu der Achse des ringförmigen Bettes getragen wird, d. h. zu der Mitte eines Kreises, fortschreitend kleinere Umfange des Kreises

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einnehmen. Das Volumen einer gegebenen Menge der Feststoffcharge auf dem Boden kann nur bis zu einem stark begrenzten Ausmaß reduziert werden, so daß die Abnahme in Umfangsrichtung oder der Zwangswinkel bzw. der winkelförmige Grenzwert durch eine Zunahme der Höhe des Materialhaufens kompensiert.wird, worauf anhand der Beschreibung der Zeichnungen noch näher eingegangen wird. Die vorstehend erwähnte Schicht, die von der Drosselgrenjzflache "abgeschält" worden ist, verkürzt dementsprechend unmittelbar den Umfang während des Abziehens vom Boden des Bettes und erhöht im wesentlichen dementsprechend die Höhe. Jedes Teilchen (körnig oder kugelförmig) in der Schicht folgt demzufolge einem unterschiedlichen radialen Weg, der einen Winkel mit dem Boden bildet, der umso größer ist, je höher das Teilchen in der ursprünglichen Lage der Schicht der Drosselgrenzfläche sitzt, bis die Bahn d:j.e Innenfläche des Haufens von Chargenmaterial erreicht, das sich zu dem Bodenöffnungsrand mit dem wirksamen Schuttwinkel des Chargenmaterials hin neigt. Der Schüttwinkel an dieser Stelle ist geringfügig größer als der unter der Drossel bei der kritischen Betriebsweise.

Das FeststoffChargenmaterial, welches auf der Oberseite des Arbeitsbettes in der Nähe der Innenwand eintritt, sinkt durch das Bett in der Nähe der Innenwand ab, geht durch die Drosselgrenzfläche nahe unter dem Drosselpunkt, läuft auf der Oberseite des kraterförmigen Haufens von Chargenmaterial, wenn es nach innen über dem Boden bewegt wird, und rutscht abschließend die innere Schrägung hinab nach " außen durch die Abgabeöffnung.

Das Feststoffmaterial, das auf der Oberseite des Arbeitsbettes in der Nähe der Außenwand eintritt⁷,' sinkt durch das Bett in der Nähe der Außenwand nach unten, geht durch die Drosselgrenzfläche in der Nähe der Unterseite der Außen-, wand und lauft in Kontakt mit dem Boden zu der Abgabeöffnung.

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Je näher zum Boden das Material in dem Haufen läuft, desto langer ist die Zeit, die es in dem Haufen bleibt. In dem Grenzfall, wenn die Abgabeöffnung einen maximalen Durchmesser hat, kann das Material an der Oberseite des Haufens in einem einzigen Hub der Vorrichtung abgezogen werden, während das Material in Kontakt mit dem Boden in dem Haufen während der Dauer einer Anzahl von Hüben verbleibt .

Stabilitätskriterium:

R sei der Radius der Abgabeöffnung im Boden.

R. sei der Radius, der Schale oder der äußeren Ringwand.

a sei die Ringbreite des Bettes, d. h. die Differenz der jeweiligen Radien der Außenwand und der Innenwand des Ringbettes.

O sei der Neigungswinkel zwischen dem Boden und der Horizontalen.

0 sei der effektive Schüttwinkel des Chargenmaterials unter der Drossel, wenn die Vorrichtung mit der kritischen Betriebsweise arbeitet.

Wenn angenommen wird, daß der wirksame Schüttwinkel· an der Abgabeöffnung gleich' 0 ist und der Versetzungsabstand vernachlässigbar ist, da er bezüglich R_& und R_fe klein ist, kann das Stabilitätskriterium durch die folgende Beziehung (2) ausgedrückt werden:

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Diese Beziehung gibt die maximale Grenze, die von dem Abgabeöffnungsdurchmesser nicht überschritten werden darf, wenn das Bett stabil bleiben soll.

Im allgemeinen sollte der Abgabeöffnungsdurchmesser nicht mehr betragen als der Wert ausmacht, der durch das Stabilität skr it er ium bei dem niedrigsten erwarteten Schuttwinkel des Chargenmaterials festgelegt ist, d. h. bei dem Winkel, der der besten .Klassierung entspricht,, der wegen der Bodenneigung die größte Bodenbreite für die Stabilität erfordert. Mit dieser Vorsichtsmaßnahme arbeitet die Vorrichtung auch stabil, wenn die Klassierung sich verschlechtert und der Schüttwinkel demzufolge ansteigt.

Der Haufen von KäststoffChargenmaterial, der auf dem Boden radial von der Drosselgrenzfläche während des Füllhubs weggetragen wird, neigt dazu, in der Höhe zuzunehmen, wenn er die Drosselstelle verläßt, worauf noch näher eingegangen wird. Idealerweise sollte sich deshalb das Dach über dem sich nach innen ,bewegenden Haufen nach oben von dem Dachumfang an der Drossel neigen, um eine Freigabe zu ermöglichen, d. h. um die Höhenzunahme aufzunehmen. Eine weitere Freigabe ist durch die nach unten gerichtete Neigung des Bodens gegeben.

Eine unzureichende Freigabe hat die Wirkung einer horizontalen Drosselung, die verschieden von der vertikalen Drosselung der Höhe H ist. Ein bestimmter horizontaler Dr.osseleffekt ist vorhanden, wenn nicht der Drosselpunkt bezüglich des Versetzungsabstandes ausreichend scharf ist. Jede merkliche Fläche der Dachoberfläche, die sich horizontal nach innen von dem Umfang an der Drossel erstreckt, läßt einen wesentlichen horizontalen Drosselungseffekt entstehen, wodurch der Haufen komprimiert wird, was die Gefahr nach sich zieht, daß das Feststoffmaterial abgebaut bzw. zerkleinert wird und von der kritischen Betriebsweise abgewichen wird.

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Wenn eine horizontale Drosselungswirkung vorhanden ist, sollte die Abgabeöffnung so groß wie möglich innerhalb der durch das Stabilitätskriterium gesetzten Grenzen bei einem minimalen Schüttwinkel sein.

Schüttwinkel:

Der Schüttwinkel von zerteiltem Feststoffmaterial kann direkt dadurch gemessen werden, daß das Material auf eine ebene Stützfläche geschüttet wird oder daß etwas Material von einem Haufen über den Rand einer flachen Stützfläche abgezogen wird. Der Schüttwinkel, d. h. der Winkel zwischen der geneigten Seite des sich ergebenden Haufens und der Stützfläche kann dann direkt gemess an werden. Man sieht jedoch, daß sich der durch Schütten erreichte Schüttwinkel im allgemeinen von dem durch Abziehen gebildeten Schüttwinkei unterscheidet.

Es wird nicht angenommen, daß der dynamische oder wirksame Schüttwinkel 0 des FeststoffChargenmaterials unter der Drossel genau der gleiche ist (obwohl er annähernd der gleiche ist) wie der Neigungswinkel, der direkt entweder innerhalb der Vorrichtung oder an einem äußeren Haufen des gleichen Materials beobachtet werden kann. Der effektive Schüttwinkel ist der Winkel, der die primäre Beziehung (l) erfüllt, wenn die Ringbettvorrichtung mit der kritischen Betriebsweise arbeitet. Somit kann der effektive Schüttwinkel durch ein indirektes Verfahren bestimmt werden, bei welchem die Vorrichtung bei der kritischen Betriebsweise dadurch arbeiten gelassen wird, daß die Drosselhöhe für eine gegebene Ringbettbreite eingestellt wird, worauf der Winkel 0 dadurch gefunden werden kann, daß die Betriebswerte der Drosselhöhe und der Ringbettbreite in die primäre Beziehung (1) eingesetzt werden.

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Die Feststellung der Arbeitsweise in der kritischen Betriebsweise ist in der Praxis nicht schwierig, da das beobachtete Verhalten der Vorrichtung bei dieser Arbeitsweise so deutlich charakterisierend ist., beispielsweise bezüglich der Größenklassierungsqualität an der Abgabe, der Leistungsanforderung und insgesamt des leichten Laufes. Aus den vorstehenden Ausführungen für die Wirkungen beim Arbeiten mit der kritischen Betriebsweise ergibt sich, daß die Einstellung dieser Betriebsweise durch Bezug auf das optimale Erreichen eines dieser Effekte erreichbar ist. Zu den Effekten gehören beispielweise:

1) Die Umfangsnaeheilung bei der Ringbettdrehung hinter der des Bodens ist so nahe dem Idealwert,wie die Vorrichtung in der Lage ist, mit der Boden-Wand-Abdichtung einen freien Laufzustand zu erreichen.

2) Die Richtung des maximalen seitlichen Schubs auf die Aussenwand nähert sich y = 270 bezogen auf die Versetzungsachse so nahe wie möglich, und dieser maximale Schub erreicht seinen niedrigsten Wert.

3) Jeder Abbau bzw. jede Zerkleinerung, die das Chargenmaterial erleidet, liegt bei einem Minimum.

k) Die erforderliche Gesamtantriebsleistung ist ein Minimum.

5) Das FeststoffChargenmaterial wird über den Rand der Boden-Öffnung so nahe der V = 27o -Lage abgegeben, wie es die Vorrichtung zuläßt.

6) Die Behandlung des FeststoffChargenmaterials erreicht den höchsten Wert an Gleichförmigkeit; der Beschickungsmengenstrom nähert sich sehr stark der Beziehung (3)» di.^e noch definiert wird.

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Soweit die Erfindung von dem Grad abhängt, in welchem einer dieser Effekte sich dem Optimalzustand nähert, kann dieser Grad leicht experimentell auf den Bereich der Drosselhöhe bezogen werden, der durch die primäre Beziehung gestattet ist.

Werte für 0 können dementsprechend bestimmt werden, um gegebene Materialien so zu charakterisieren, daß weitere Vorrichtungen aufgrund dieser Werte in der erfindungsgemäßen Weise ausgelegt und betätigt werden können.

Die Erfindung umfaßt somit ein Verfahren zum Messen des wirksamen Schüttwinkels, der im Hinblick auf den eingesetzten Mechanismus als idealer oder natürlicher Schüttwinkel angesehen werden kann. Wenn das Ringbett mit körnigem, kugeligem oder stückig gemachtem Material beschickt wird, das größer als 5 mm ist, kann davon ausgegangen werden, daß die unterteilten Feststoffe, welche aus der Vorrichtung austreten, im wesentlichen die gleiche Teilchengrößenverteilung wie an der Drossel haben. Für alle praktischen Zwecke sind diese Feststoffe Kugeln oder Körner, die abhängig von ihrem Anfangszustand und dem Grad des Bruchs, dem sie ausgesetzt worden sind, in einer ununterbrochenen Größenklassierung liegen, ausgehend von einer Größe von wenigstens o,3 mm, gewöhnlich wenigstens 1 mm, bis zu einer Größe, die normalerweise 4 cm nicht übersteigt. Die Klassierung selbst kann bei einer vorherrschenden Klassierung einer Größe, alsp Teilchen mit vorherrschend einer Größe, bis zu einer eng gepackten Klassierung reichen, die sich der Klassierung annähert, bei welcher der breiteste Bereich von Größen vorhanden ist.

Diese Verteilungen sind in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt und entsprechen einem Schüttwinkel, der in der Praxis zwischen 3o und 4o° liegt, so daß tan 0 zwischen o,6 und l,o liegt. Auf die Klassierung wird nachstehend noch eingegangen.

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Material unter 0,3 nun in der Größe wird im allgemeinen unter Berücksichtigung durch das strömende Gas ausgeschlossen, da das Material entweder in Suspension im oberen Teil der einzelnen Hohlräume zwischen den Körner gehalten wird oder aus dem Bett abgeführt wird, so daß dieses gereinigt wird.. Bei einem gegebenen ausreichenden Gasdruck oder einer gegebenen ausreichenden Saugwirkung eines Gebläses, kann das Ringbett auch das sehr stark zerkleinerte Material behandeln, solange die kritische Betriebsweise aufrechterhalten wird.·

Es hat sich jedoch gezeigt, daß Werte von 0, die wie oben beschrieben erreicht werden, auf andere, meßbare Parameter bezogen sind und daß die letzteren.in der erfindungsgemäßen Praxis anstelle von 0 vorteiXhafterweise verwendet werden können.

So hat sich gezeigt, daß tan 0 eine im wesentlichen lineare Beziehung, die in den Zeichnungen dargestellt ist und durch Versuch erhalten wird, zu der Schüttdichte bzw. Fülldichte Sj' des Feststoff Chargenmaterials an der Abgabestelle hat. Diese Beziehung ist zufriedenstellend über einen Bereich des spezifischen.Gewichts von 1,5 bis 4,ο anwendbar. Diese Fülldichte kann natürlich leicht von den bepbachteten Volumen- und Massenbeschickungsströmen bestimmt werden, die am Abgabeauslaß gemessen, werden. .

Dementsprechend betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betätigen einer Ringbettvorrichtung der beschriebenen Art,, bei welchem die primäre Beziehung (1) für einen Wert von 0 erfüllt ist, der der betrachteten Schüttdichte des abgegebenen Materials entspricht. ·..-""'

* lb/ft , entsprechend 24 bis 64 p/cnr

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Beziehung für den Beschickungsmengenstrom:

Im Nachstehenden wird die Gleichung für den Volumenstrom .für die Beschickung aufgeführt, die man dadurch erhält, daß man das Volumen der unter der Drossel bei der kritischen Betriebsweise bei jeder vollständigen Umdrehung abgezogenen Schicht betrachtet. Die Ableitung dieser Gleichung, die in den Zeichnungen veranschaulicht ist, geht davon aus, daß der Drosselübertragungsmechanxsmus, wie vorstehend postuliertarbeitet. Die Bedeutung der Gleichung liegt in ihrer guten Übereinstimmung mit den beobachteten Daten.

V = 2ir e (R - e) (h + a tan O) (3) r m

In dieser Gleichung sind:

V das pro Umdrehung zugeführte Volumen, e der Versetzungsabstand, die Exzentrizität bzw. die halbe Hublänge,

R der mittlere Radius des Ringbettes bzw. (R, -a/2), m u

h die Drosselhöhe,

a die Ringbreite zwischen der Innenwand und der Außenwand und . ■*' θ der Neigungswinkel des Bodens zur Horizontalen. .

Für den Massenstrom der Beschickung ergibt sich dementsprechend für die hier betrachteten Feststoffe ..die folgende ,Gleichung, wobei M die Masse pro Umdrehung ist:

M = ^2T^B *^Rm ~ ^e* *^{h + a tan} °*

Wenn man die kleine Komponente dieser Beschickung betrachtet, die sich tatsächlich aus dem Bett bei dem Füllhub infolge der Bodenneigung unter dem Bett nur als eine Freigabe für die Drosselwirkung bewegt, erhält man eine erste Annäherung, wobei e bezüglich R vernachlässigt wird:

nachträglich
geändert

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M_r = 2Te y_n R_m h (3A)

KIa s si erung:

Ein weiterer Parameter, der anstelle von 0 einsetzbar ist und eine bedeutende Verbindung zu anderen wichtigen Parametern gibt, ist der Klassierungsfaktor P, wie er für das Feststoffmaterial an der Abgabestelle benutzt wird. Der Klassierungsfaktar drückt das Gewichtsverhältnis oder Volumenverhältnis in einer Probe von körnigem Feststoffmaterial zwischen a) der Franktion, welche eine erste festgelegte Größe, beispielsweise 25 mm, überschreitet, und b) der Fraktion aus, die kleiner ist als eine zweite, vorher festgelegte Größe, beispielsweise 9,5 mm, die in die Zwischenräume d&r ersten Fraktion passen iriirde. Das Verhältnis kann beispielsweise als + 25/-I0 mm oder +I/-3/8" ausgedrückt werden. Ein weiteres Beispiel für einen Klassierungsfaktor, der bei einer Drosselfestlegung nützlich ist, ist +4o/-lo mm.

Im vorstehenden wird'zur Vereinfachung angenommen, daß das körnige oder kugelige bzw» klumpige Chargenmaterial bezüglich der Wicht der einzelnen Körner oder Kugeln homogen ist, so daß P bezogen auf Gewicht oder Volumen gleichgemacht werden kann. Wenn gemischte Materialien behandelt werden, ist es natürlich erforderlich, eine dementsprechende Kompensierung vorzusehen.

Obwohl die erfindungsgemäßen Vorteile im allgemeinen mit körnigen oder kugeligen Materialien erreicht werden können, sind sie in steigendem Ausmaß gesichert, wenn sich die Klassierung zu einer Einzelgrößenklassierung hin verbessert, d. h. sich einem hohen Klassierungsfakt'or P näher.

Eine Berücksichtigung der Maße, welche den Klassierungsfaktor der anfänglichen Beschickung erhöhen, ist deshalb in einem wesentlichen Ausmaß vorteilhaft.

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Der effektive Schüttwinkel 0 ändert sich mit dem Klassierungsfaktor P in einer Weise, die leicht anhand einer Ver-.suchsanalyse bestimmt werden kann. Mit zunehmendem Klassierungsfaktor nimmt der Schüttwinkel zu Werten in der Nähe von 3o ab, wobei infolge des abnehmenden Hohlraums eine entsprechende Reduzierung der Schüttdichte auftritt. Die Eichung ist in der Zeichnung dargestellt.

Erfindungsgemäß wird somit ein Verfahren zum Betreiben einer Ringbettvorrichtung der beschriebenen Art geschaffen, bei welchem die primäre Beziehung (l) für einen Wert von 0 erfüllt wird, der dem beobachteten Klassierungsfaktor des abgegebenen Materials entspricht. Der Klassierungsfaktor, der durch +25/-Io mm (+1/-3/8") ausgedrückt wird, gibt einen Wertebereich von etwa 0,06 bis 6o für klassiertes Material, welches zwischen einem sehr dichten Material liegt und. bis zu einem Material reicht,bei welchem 0 .= 3o .

Eine zweckmäßige Beziehung besteht nicht nur zwischen P, und V/, wie dies erläutert wurde, sondern auch mit d , dem mittleren (kornförmigen oder kugelförmigen) Teilchendurchmesser des Chargenmaterials. Die verschiedenen Beziehungen, die zwischen Parametern des Ringbettes und ihrer Arbeitsweise bei der kritischen Betriebsweise erstellt werden können, ermöglichen es dem Konstrukteur oder der Bedienungsperson, einen Wert oder alle Werte zu bestimmen. Der Klassierungsfaktor P ist ein besonders günstiger Verbindungsparameter des zu behandelnden Chargenmaterials in mehreren solchen Beziehungen, wie sie nachstehend noch dargestellt werden.

Gasstrom:

Wenn die Verteilung und die Bewegung des körnigen oder kugeligen bzw. klumpenförmigen Feststoffmaterials in der Gas-Feststoff-Kontakteinrichtung nicht gleichförmig ist, ist es nicht möglich, einen gleichförmigen Gasstrom oder eine gleichförmige^

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Behandlung des Feststoffes durch das Gas herbeizuführen. Wenn ein körniges oder festen Material verteilt wird und sich in gleichmäßiger und regelmäßiger Weise in einem nach unten sinkenden Bett bewegt, kann angenähert eine im wesentlichen gleichförmige Behandlung des Feststoffes durch das hochgezogene Gas erreicht werden, wenn das Gas dem Bett in geeignet verteilter Weise zugeführt wird, so daß ein wirklicher Gegenstrom durch die volle Höhe des Bettes hindurch erzielt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Ringbettvorrichtung erstreckt sich das Bett definitionsgemäß entsprechend der tatsächlich 3n Betriebsweise von der oberen Oberfläche des Chargenmaterials nach unten zu der Drosselgrenzr- bzw. -zwischenfläche. Wenn das Bett in der kritischen Betriebsweise betrieben wird, bestimmt der Feststoffstrom den Gasstrom. Es zeigt sich, daß der sich ergebende Gasstrom bemerkenswert gleichförmig ist. Der Grund für diese aerodynamische Nivellierung ergibt sich beispielsweise aus der Gleichförmigkeit des Produktes, beispielsweise in einem mit der kritischen Betriebsweise arbeitenden Ringofen zu Koks umgewandelte pelletisierte Kohle; durch die Eignung der Korrelationsfaktoren, welche den Gasdruckabfall Δ. P in dem Bett (gesamte Einschnürung R geteilt durch die Betthöhe H) und die Klassierung der Feststoffcharge verknüpfen, die beispielsweise durch einen Klassierungsfaktor P oder durch einen mittleren Teilchendurchmesser d oder durch 0 charakterisiert ist;

und durch das Erreichen von im wesentlichen gleichen Temperaturen an Stellen quer über die Bettbreite.

Das Bett aus körnigem oder kugeligem bzw. klumpenförmigem Material ist über der Drosselgrenz fläche beweglich, "lebt" und erreicht die maximale Gasdurchlässigkeit während des Füllhubs. Während des Abgabehubs ist das Material des Bettes

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- ko -

statisch und so seine Gasdurchlässigkeit geringer. Wenn hier auf Δρ oder R Bezug genommen wird, so bedeutet dies, daß die Mittelwerte für den ganzen Ring gemeint sind. Obwohl das Bett rotiert, bleiben sowohl der Füllsektor als auch der Abgabesektor in einer Richtung bezüglich der Grundfläche ausgerichtet. Wenn sich das Bett nicht wirklich dreht, kann die kritische Betriebsweise nicht eingestellt wer.den, und es besteht keine "Möglichkeit, einen zufriedenstellenden Gasstrom zu erreichen.

Während des Füllhubs wird der Materialhaufen auf dem Boden von der Drosselgrenzfläche weg unter gleichzeitiger Reduzierung der Schüttdichte beschleunigt, während beim Abgabehub der Teil des Haufens angrenzend an dio Drosselgrenzfläche tatsächlich statisch bzw. unbeweglich in Beziehung auf das Bett bleibt. Die Eintrittsstelle für das Gas ist normetlerweise die Feststoffabgabeöffnung. Das Gas kann jedoch auch zusätzlich durch einen geeigneten Einlaß oder Brenner im Dach der Haube zugeführt werden. Auf jeden Fall trifft das Gas, unabhängig davon, ob es unter Druck zugeführt oder durch die Saugwirkung bewegt wird, zuerst auf die Kraterneigung des Haufens des körnigen oder kugeligen Feststoffmaterials. Der kürzeste Weg zum Auslaß an der Oberseite des Bettes würde das Gas nahe zur Drossel führen. Infolge der Beschleunigung des Haufens von der Drosselgrenzfläche weg, sinkt jedoch die lokale Schüttdichte ab, d. h. wird dieser Teil des Haufens geöffnet, so daß der Effekt einer "Speicherkammer" herbeigeführt wird, in welche das Gas leicht strömt und sich quer über dem Boden des Bettes ausgleicht. Von allen Stellen am Boden des Bettes sind, wie hier definiert wurde, die Wege zur Oberfläche gleich, wobei es keine bevorzugten Kanäle gibt, mit Ausnahme relativ kleiner Wandeffekte. Das Ergebnis ist das gleiche wie in dem Fall, in welchem Gas durch einen Vielkanalinjektor oder Verteiler zugeführt wird, der so ausgelegt ist, um Gas mit einem gleichförmigen Druck an alle Teile des Füllsektors des Bettbodens (y = 0 bis l8o ) abzugeben.

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Die Gasdurchlässigkeit und Gasgleichförmigkeit wird noch dadurch begünstigt _τ daß wegen des "Anfüllungseffekts" (plenum effect) das von dem Ringbett zu einer zurückweichenden Oberfläche des Haufens absinkende Chargenmaterial ebenfalls gegen das hochströmende Gas fällt, was die gleiche Größenordnung des Massenstroms wie die Feststoffcharge haben kann, Demzufolge muß der in dem Bett eingeschlossene Staub an den oberen Flächen der zwischen den Teilchen liegenden Hohlräume in dem Bett gehalten werden, wodurch nicht nur die Durchlässigkeit verbessert wird, sondern auch die Beibehaltung des wirklichen Gleitreibungswinkel 0 an der Drosseltrennfläche begünstigt wird. Dabei neigt der Betrieb innerhalb der kritischen Betriebsweise dazu, sich selbst aufrechtzuerhalten, während im Gegensatz dazu ein Abweichen von der kritischen Betriebsweise zu einer automatischen Verschlechterung tendiert. Die zulässigen Io % für die Erhöhung der Drosselhöhe über den Wert hinaus, der der primären Beziehung (l) genügt, representieren den Übergangspunkt zwischen diesen beiden entgegengesetzten Tendenzen gut.

Die Leichtigkeit, mit welcher das Gleichförmigkeitsverhalten des Gases erreicht werden kann, ist natürlich im be'-stinimten Ausmaß von der guten Klassierung (hoher P-Vert) abhängig. Das Ringbett arbeitet jedoch bei der kritischen Betriebsweise besser als andere Bettarten, sogar-bei einem schlecht klassierten Material.

Das Arbeiten bei der kritischen Betriebsweise ermöglicht die Korrelation des GasStroms direkt oder indirekt mit allen anderen Parametern des Bettes. Dies kann auf verschiedene Weise erreicht werden, was in Prinzip von Fall' zu Fall feststellbar ist, jedoch nur wegen der gleichförmigen Natur des Stroms anwendbar ist. Bei den meisten Anwendungen wird in einer solchen Ringbettvorrichtung beispielsweise das Behandlungsgas mit Temperaturen zugeführt,

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die im wesentlichen innerhalb des Bereichs von 8oo° bis 9oo C liegen. Für eine typische Gaszusammensetzung hat sich ergeben, daß die folgende Beziehung mit den bei Ringbettanlagen beobachteten Daten für die am weitesten variierten Größen und Durchsatzraten übereinstimmen.

JL . _(5A)

^IGA 5,93 Γ

^Α Vp

Dabei sind:

R die Gasstromeinschnürung in dem Bett (in inch Wasserstandsanze ige)

H die Betthöhe (in inch)

2 2 G die Gasmassenstromdichte in lb/min ft (ft bezieht

sich auf den Ringquerschnitt) und P der Klassierungsfaktor +l"/-3/8^M , wobei R/H = Δ p.

2
"(Wird G. in kp/min m eingesetzt, muß die linke Gleichungsseite mit dem Faktor 1/25 multipliziert werden.)

Die nachstehende Tabelle 1 zeigt einen Vergleich der berechneten Werte mit den tatsächlichen Werten, die bei .einer Vielzahl von körnigen Feststoffen, wie Eiseners und .-- verschiedener Klassierungen erreicht werden. Die Zahlen in der ersten Spalte beziehen sich auf die in Fig. 11 numerierten Kurven. Die tatsächlichen Werte entsprechen Fig. 17, worauf später noch Bezug genommen wird.

	P	TABELLE	1	berechnet	41	I ficlOFl ιΓ· -.*** fOit E α ι5* ί* *"> '*s λ* »■**
Nr.	0,076	tatsächlich		o,95o
1	ο,42	l,o		o,728
2	4,5	o,734		o,475
3	12,5	o,475		o,4o2
4	60	o,4o2		o,3o8
VJl		0,308
	509820/1	0

Obwohl,für die meisten praktischen Zwecke die Annäherung von Gleichung (5A) zufriedenstellend ist, führt sie zu einer beträchtlichen Abweichung in manchen Fällen, insbesondere im Bereich der in Fig. 17 gestrichelten Linien. Eine besser Annäherung wird durch die nachstehende Beziehung erreicht, bei deren Ableitung die Reynolds-Zahl mit berücksichtigt ist.

I= 186 w_t ¹'»v_t ^<»''7 _{χ lo}-3 _(5B)

_d 1,67

Darin sind:

R die GasStromeinschnürung
H die Bettiiöhe

R/H =Δρ, wobei der Druckabfall in Wasseranzeige pro Betthöhe jeweils in inch oder cm gemessen wird, W₊ die Oberflächengasgeschwindigkeit in m/s bei der Temperatur t, in diesem Fall bei 800 C,

2 U₊ die kinematische Viskosität des Gases in «n /s bei

der Temperatur t, in diesem Fall bei 800 C, und d die mittlere Teilchengröße des FeststoffChargenmaterials in m.

Diese Beziehung kann auch folgendermaßen ausgedrückt werden: R/H = k.„ . W*'³³ / d *»^6? (5C)

wobei k. eine Konstante ist, die für ein gegebenes Gas festgelegt werden kann.

Verwendet man die in den Figuren I3 und l6 zwischen P und d gezeigte Beziehung, auf die später noch eingegangen wird, so findet man beispielsweise, daß für klumpenförmige Stoffe zur Herstellung von Zement in einem Ringofen, dem Gas bei 800⁰C mit einer Geschwindigkeit von 0,71 m/s bei 800 C

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wobei \> . ΐΛο χ Ιο" m /s ist, gilt für Material mit relativ schlechter Klassierung:

P = l,oj R/H = o,912 cm/cm (inch/inch) .Für ein Material mit oberer mittlerer Klassierung:

P = lo,o; R/H = o,52o cm/cm (inch/inch) Für ein Material mit guter Klassierung: P = 60 ; R/H = o,294 cm/cm (inch/inch)

Im Falle typischer, in Öfen verwendeter Verbrennungsgase bei 800 C entspricht ein Durchsatz von 1 kp/m s einer Geschwindigkeit von 1 m/s.

Ein Diagramm der Beziehung (5B) bzw. (5C), in welchem R/H über W, in logarithmischen Koordinaten aufgetragen ist, ergibt eine Gruppe von parallelen Geraden, also jeweils eine Gerade für einen speziellen Klassierungsfaktor P, der einem speziellen Wert von d entspricht. Diese Geraden stimmen sehr gut mit den Daten überein, die in einem weiten Bereich von Bettgrößen und Durchsätzen beobachtet werden.

Der folgende Vergleich in den Tabellen 2 und 3 zwischen zwei Versuchsläufen in dem gleichen Ringofen zeigt nicht nur die enge Übereinstimmung zwischen den tatsächlichen Werten von R/H und den aus der Beziehung (5B) berechneten, sondern auch die starke Verschlechterung von R/H, wenn der Ofen von der kritischen Betriebsweise abweicht.

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Bedingungen:

2453513

- 45 - TABELLE

Arbeiten nach der kritischen Betriebsweise; tan 0 = h/a

Abgabe = 22 bis 23 t/h Klinker Gasmassenstrom G = 9o8 kp/min (2ooo lb/min) G/A = 4o,6 kp/min m² (8,3 lb/min ff² .wobei A die Ringfläche ist)

W₊ = o,59 m/s

fi y_A = l4o χ Io m/s

Stunden nach dem Beginn	P +25 mm/ -Io mm	Mitt1.Klumpen durchmesser in mm	R tat- säcnlich	cm	(in)	χ lo3	Drosselung R/H cm/cm (ins/in)	--	be rechnet
	(+1»/- -3/8»)	j 1,67 α tn	16,8	(6,6)	,67	tat sächlich		o,275
3	2,6	9,1	17,5	(6,9)		o,275	o,282
5	2,3	8,9	19,1	(7,5)	o,288	o,313
Io	2,1	8,0	2o, 3	.'*.<>)	o,313	o,334
15	χ Α	7,5	22,1	(8,7)	o,334	o,352
2o	1,7	7,1	25,1	(9,9)	0,363	o,4l8
3o	1,4	6,0	26,7	(lo,5)	o,4l2	o,48o
35	1,2	5,2	28,2	(11,1)	o,438	o,51o
4o	1,1	4,9	31,2	(12,3)	o,462	o,556
5o	l,o	4,5	34,3	(13,5)	o,512	o,556
6o	l,o	4,5	o,562
		n/u 2500
		d 1

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Bedingungen:

- 46 TABELLE 3

Starke Dichte an der Drosselung,

übermäßige Kompaktierung,

h <. a · tan 0, keine kritische Betriebsweise,

Abgabe.* 17 bis 19 t/h Klinker

Gasmassenstrom G = 863 kp/min (I900 lb/min)

G/A =38,6 kp/min m² (7,9 lb/min ft²)

	Wt	= 0,56 m/s = l4o χ lo"6	2/ m /s	(11,4)	Drosselung R/H cm/cm (ins/in) tat- be sächlich rechnet	0,278	■	0,288
Stunden nach dem Beginn	P +25 mm/ - Io mm ( + 1"/ -3/8»)	Mittl. Klumpen durchmesser in mm d 1^ m		(11,6)	ot5l8	o,324
3	2,1	8,3	R tatsächlich cm (in)	(12,1)	0,526	0,316
5	-	-	29,o	(12,6)	0,550	-
Io	2,0	8,0	29,5	(13,1)	o,573	o,4lo
15	1,7	7,1	3o,7	(13,6)	0,596	-
2o	1,8	7,3	32,o	(14,1)	0,619	o,47o
25	-	-	33,3	(14,6)	o,64o	-
3o	1,3	5,6	34,5	(15,1)	o,664	o,47o
35	-	. -	35,8	(15,6)	0,687
4o	1,1	**,9	37,1	(16,5)	0,709
45	-		38,4		0,750
50	l,o	.4,9	39,6
		2300 χ TJ /W . _. . .	4l,9
ίο-?

_d 1.67 m

Ein Vergleich der jeweiligen R/H-Werte zeigt eine gleichbleibende, annähernd 50 % betragende Erhöhung der Gasdrosselung infolge der Effekte aufgrund der dichten Beschickung und der Drosselkompression gegenüber den entsprechenden Werten bei der kritischen Betriebsweise.

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Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt im Schnitt in der Ebene der Versetzungsachse einen Ringofen für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Dnaufsieht auf die drei Hauptkomponenten der Ringbettvorrichtung, d. h. den Boden, oder das Bodenstück, die Außenwand oder die Schale und die Innenwand oder die Haube, wobei die Relativbewegung der Teile erkennbar ist und das Chargenmaterial sich darin in der kritischen Betriebsweise befindet. .

Fig. 3 zeigt schematisch in einem vertikalen Schnitt durch die Drosselregion der Ringbettvorrichtung die Einstellung des Stabilitätskriteriums 2, bei der kritischen Verfahrensweise.

Fig. k zeigt schematisch im Vertikalschnitt durch die Drosselregion der Ringbettvorrichtung die Einstellung der Beziehung für den Beschickungsstrom in der kritischen Betriebsweise. -'·■■.·

Fig. 5 zeigt eine Modifizierung von Fig. k bei der Einstellung des Volumens, das bei der kritischen Verfahrensweise beim Abgabehub zugeführt wird.

Fig. 6 zeigt, in einem Diagramm Daten eines weiten . Bereichsvon Ringöfen bei der kritischen Betriebsweise, bezogen auf eine Gerade, welche die Beschickungsstrombeziehung (3) darstellt.

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Fig. 7 zeigt schematisch im Vertikalschnitt durch die Drosselregion die Bewegung eines Materialhaufens auf dem Ringboden beim Füllhub bei der kritischen Betriebsweise.

Fig. 8 zeigt in einem Diagramm die Verweilzeit des Chargenmaterials in einem Ringbett abhängig von der Radiallage im Bett bei der kritischen Betriebsweise.

Fig. 9 zeigt in einem Diagramm mit logarithmischen Koordinaten die Schüttdichte abhängig von tan 0.

Fig. Io zeigt in einem Diagramm die Schüttdichte abhängig von tan 0.

Fig. 11 zeigt in einem Diagramm eine Reihe von fünf kontinuierlichen Klassierungen von körnigem Material.

Fig. 12 zeigt in einem Diagramm die Beziehung zwischen tan 0 und dem Klassierumgsfaktoi* P.

Fig. 13 zeigt in einem Diagramm den mittleren Teilchendurchmesser d über dem Klassierungsfaktor P.

Fig. l4 zeigt in einem Diagramm tan 0 über dem mittleren Teilchendurchmesser d .

Fig. 15 zeigt in einem logarithmischen Wahrscheinlichkeitsnetz die Reihen von fünf kontinuierlichen Klassierungen von Fig. 11. .

Fig. l6 zeigt in einem Diagramm mit logarithmischen Koordinaten tan 0 und den mitteleren Teilchendurchmesser über dem Klassierungsfaktor in der kritischen Betriebsweise.

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Fig. 17 zeigt in einem Diagramm die Gaseinschnürung bzw. Gasdrosselung über dem Gasmassenstrom bei verschiedenen. Klassierungsfaktoren bei der kritischen Betriebsweise.

Fig. 18 ist eine geometrische Darstellung für die Bestimmung der Maßstabsabmessungen einer Ringbettvorrichtung für das Arbeiten in der kritischen Betriebsweise.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung hat einen Ringboden oder ein Bodenstück 1 aus feuerfestem Material, das auf einer Basisplatte abgestützt ist, wodurch der Boden einer ringförmigen Prozeßkammer 24 gebildet wird, die von Außenwandteilen 2 und Innenwandteilen 2¹ begrenzt wird und durch die körniges oder kugeliges bzw. klumpenförmiges Feststoffmaterial hindurchgeht, welches getrocknet, erhitz/t, gekühlt oder auf andere Weise behandelt werden soll. Oer Boden bzw. das Bodenstück 1, die Innenwand 2· und die Außenwand 2 sind für eine getrennte Drehung installiert, wobei der Boden um eine Achse χ und die Wände um eine· versetzte Achse y rotieren.Die Kammer 24'ist auf der Oberseite durch eine ortsfeste ringförmige Abdeckplatte 4o abgeschlossen, die an dem Oberbau 39 befestigt ist, der von Stützen 18 getragen wird.

Die Abdeckung ist so angeordnet, daß sie die Kammer luftdicht durch nach unten hängende Flanschplatten 21' verschließt, die sich in mit Flüssigkeit gefüllte Rinnen 31 und 32 erstrecken, die an dem Aufbau der Außenwand 2 bzw. Innenwand vorgesehen sind. Gewünschtenfalls können überhängende Schutzplatten vorgesehen werden, um den Verlust an Abdichtungsmedium durch Verdampfung, wenn das Medium eine Flüssigkeit ist, auf ein Minimum zu reduzieren, und um.das Eindringen von Schmutz und Staub zu verhindern. Für die Abdichtungsrinnen 31 und 32 wird die Flüssigkeif, vorzugsweise Wasser, konstant durch Rohre zugeführt, um die Rinnen auf der Höhe

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-. 5ο -

von Überströmrohren gefüllt zu halten, die in eine nicht gezeigte Abzugsrinne führen, welche an den Stützen l8 des Oberbaus befestigt ist.'

Der Boden 1 besteht aus einem Rahmen, der auf seiner Unterseite mit einem ringförmigen Laufband oder einer Schiene 9¹ versehen ist, durch welche der Boden drehbar auf einer Vielzahl von Rollen 9 sitzt, die in nicht gezeigten Trägern für ein Umlaufen installiert sind, die ihrerseits an dem Boden gehaltert sind. Um die Bewegung des Bodens 1 bezüglich der Drehung um die Achse χ zu begrenzen, ist eine Vielzahl von am Umfang im Abstand angeordneten Schubrollen 8 vorgesehen, die an der Seitenwand der Ringschiene 9¹ angreifen. Die Rollen 8 sind seitlich mittels Schrauben längs nicht gezeigter, radial ausgerichteter Führungen einstellbar.

Der Boden 1 ist so angeordnet, daß er über einen Elektromotor M angetrieben werden kann, der über ein geeignetes Untersetzungsgetriebe G ein Ritzel 33 antreibt, welches mit einem gezahnten Antriebsring 3^ .am Außenumfang des Bodens 1 kämmt·

Die Außenwand 2 ist mit einem Reifen 15 versehen, durch den sie drehbar an Rollen 16 abgestützt, ist, die an den Stüzten l8 für einen Umlauf um radial ausgerichtete horizontale Achsen sitzen. Schrauben aufweisende, nicht gezeigte Einrichtungen dienen zu einer vertikalen Einstellung der Rollen Die Bewegung der Außenwand 2 wird auf die Drehung um die y-Achse durch seitliche Schubrollen 17 begrenzt. Eine Aufwärt sbewegung der Außenwand wird dadurch verhindert, daß an der Oberseite ein zweiter Satz von Rollen l6· angreift.

Die Innenwand 2· ist mit einem Dachaufbau 25 verbunden, der die Mitte des Bodens überspannt und darüber einen Raum abgrenzt· und umschließt. Der Dachaufbau umfaßt einen Rahmen 26,

der auf seiner Unterseite mit feuerfestem Material 25 verkleidet ist und der durch einen mittleren rohrförmigen Stab oder einen Achsschenkelbolzen 27 aufgehängt XSt₁ der an einer Spindel 37 - befestigt ist, die ihrerseits für ein Drehen in einem mittleren Lager 38 aufgehängt ist. Das Lager jQ wird wiederum von dem Oberbau 39 getragen. Schubrollen 44, die für einen Umlauf um vertikale Achsen an einer Reihe von am Umfang beabstandeten Trägern 47 sitzen, welche von dem Oberbau 39 herabhängen, greifen an einer am Rahmen 26 des Dachaufbaus befestigten kreisförmigen

Schiene 45 an, um zu gewährleisten, daß der Dachaufbau

sich um die Achse y dreht und keine übermäßige seitliche Bewegung a u.s i'iihr en

Das zu behandelnde Material wird- der Prozeßkaramer 24 über eine Ventileinrichtung Io5 zugeführt, die über einer Öffnung in der Abdeckung 4o angeordnet ist. Die Vorrichtung ist als Längsschnitt auf der Versetzungsachse dargestellt, so daß sich das Ventil in Wirklichkeit nicht in der gezeigten Lage befindet, sondern an einer Stelle angeordnet ist, die um 9o° um die y-Achse hinter die Zeichenebene gedreht werden muß. Das Material wird über eine Rinne 115 eingeführt, um es zu der Innenwand 2* zu lenken, so daß es ein Bett . bilden kann, das von dem Boden 1 getragen wird und zwischen den Wänden 2 und 2·. in der vorstehend beschriebenen Weise enthalten ist.

Ein zwangsweiser Rotationsantrieb der Innenwand 2¹ oder der Außenwand 2 ist nicht vorgesehen. Wenn die Vorrichtung in Gebrauch ist und die Kammer 24 mit Material gefüllt ist, wird der Antrieb, wie bereits erläutert wurde, auf die Wände durch das Chargenmaterial übertragen, das in Kontakt damit steht und auf dem Boden ruht, der zwangsweise angetrieben wird.

Bei einer solchen Umdrehung des Bodens drehen sich infolge der Versetzung zwischen den Achsen χ und y der Boden und die Kammer exzentrisch, was dazu führt, daß das Material kontinuierlich von dem Bett an dem Boden 1 abgeschält wird und durch eine mittlere Abgabeöffnung 5 austritt, die im Boden 1 konzentrisch dazu vorgesehen ist.

Die Prozeßgase, beispielsweise heiße, aus einem Ofen austretende Gase, werden der Vorrichtung über einen Schacht S durch die Abgabeöffnung 5 zugeführt, wobei eine Flüssigkeit oder eine andere geeignete Abdichtung 3<> zwischen dem Schacht S und dem Boden 1 vorgesehen ist. Zwischen dem unteren Ende der Außenwand 2 und dem Boden 1 ist eine weitere Abdichtung 35 vorgesehen. Von dem Raum über dem Boden, der von dem Dachaufbau 25 umschlossen ist, in welchen die Gase anfänglich eingeführt werden, werden die Prozeßgase zwangsweise durch das Materialbett im Gegenstrom dazu geführt. Die Gase werden schließlich aus der Prozeßkammer über einen oder mehrere Schächte oder Rohre 48 abgezogen oder können dort entweichen, obwohl sie sich in der Praxis nicht über der Versetzungsachse befinden.

Man sieht, daß dadurch, daß eine ortsfeste Abdeckung 4o für die Prozeßkammer 24 abhängig von dem Hauptdachaufbau 25 vorgesehen ist, der Rahmen 26 dieses Aufbaus und die Oberseite des eigentlichen Daches zur Atmosphäre hin offen ist.

Die Dachauskleidung 25' hat am Umfang einen Randabschnitt 28, der für eine Freigabe bzw. Entspannung sorgt, wo das FeststoffChargenmaterial nach dem Verlassen der Drosselstelle 29 aufsteigen soll.

Weitere Einzelheiten des Aufbaus und der Bedeutung von Teilen der Vorrichtung von Fig. 1 ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der anderen Figuren.

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Um Betriebseinstellungen vornehmen zu können, sind vorzugsweise schraubbare Einrichtungen oder andere geeignete Einrichtungen vorgesehen, um das Dach 25 anzuheben und
abzusenken und um die Versetzung xy auf kontinuierlich gesteuerte Weise zu vergrößern oder zu verkleinern. Weiterhin ist eine Einrichtung zum Feststellen des Bettniveaus vorgesehen, die das Niveau der Oberseite des Bettes abtastet und die vorzugsweise mit einer Aufzeichnungseinrichtung . für das Bettniveau verbunden ist.

Die Lagen X, 0, O¹ und X¹ werden in Verbindung mit Fig. erläutert. "

Weitere Ausführungsformen der Vorrichtung, die in der
Praxis gernäß der Erfindung verwendet we..-den können, sind in der GB-PS 1 o59 1^9 und in der US-PS 3 331 595 beschrieben. Es muß jedoch berücksichtigt werden, daß diese Vorrichtungen nur dann benutzt werden können, wenn sie so gebaut sind, daß einerseits die Innenwand, die Außenwand und der Boden unabhängig voneinander drehbar sind, und daß
andererseits die Abmessungen eine Einhaltung der Bedingungen ermöglichen, die durch die primäre Beziehung (l) festgelegt sind.

In Fig. 2 ist in der Draufsicht der kreisförmige Boden
bzw.' das Bodenstück 1 einer Ringbettvorrichtung gezeigt, die erfindungsgemäß, verwendet wird, wobei der Boden eine konzentrische Abgabeöffnung 5 und eine Mitte O¹ hat. Die Außenwand 2 und die Innenwand 2¹ des Rings haben ihre
Mitte bei 0.

Der Radius des Bodens 1 ist mit R, , der Radius der Außenwand 2 mit R (Schale), der Radius der innenwand 2· mit
R (Haube) und der Rddius der Abgabeöffnung 5 niit R ba-

CL . SL

zeichnet.

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- 5k -

Wenn sich der Boden 1 in der durch den Pfeil gekennzeichneten Richtung dreht, dreht er sich um einen Winkel V . Der Winkel V zeigt entweder die Drehlage des Bodens 1 oder der Außenwand 2 unabhängig von dem Unterschied infolge des Versetzungsabstandes e zwischen den Mitten O und O¹, da der Wert von e, der zur besseren Darstellung in der Zeichnung übertrieben groß eingetragen ist, in der Praxis bezüglich R. und R. klein ist, so daß beispielsweise die jeweiligen Lagen V = 27o sowohl für den Boden als auch für dievVand im wesentlichen die gleichen sind. 00' oder AA¹ ist die Versetzungsachse«

Während der Rotation der beschickten Vorrichtung geht ein Punkt auf der Oberfläche des Bodens 1 bei X auf der Versetzungsachse unti-ittelbar unter der Außenwand 2, d. h. bei γ = U ,herum zum Punkt X¹ , d. h. bei V' = l8o , wenn sich der Boden um l8o dreht. Dieser Halbkreisweg, der durch die gestrichelte Linie gezeigt ist, ist der Füllhub, während welchem der Boden sich radial nach innen von unterhalb der Wand 2 so zurückzieht, daß X¹ bei y = l8o -ein Abstand 2e von der Wand 2 ist. Auf dem Boden liegendes Material wix~d auf dem Boden mit einer radialen Geschwindigkeit nach innen getragen, die bei der kritischen Betriebsweise zunimmt und abnimmt, was bereits unter "Abziehwirkung¹¹ beschrieben wurde,· die bei V = 9o ein Maximum erreicht.

Während der weiteren Drehung um einen Halbkreis kehrt der Punkt X' zu X . zurück und unterschneidet nun das auf dem Boden liegende Material, da das Material auf diesem Halbkreis um die Mitte 0 unter dem Zwang des dahinterstehenden Bettes anstelle um die Mitte 0· umläuft. Dadurch erreicht es entweder bei der gleichen Umdrehung oder bei einer darauffolgenden die Öffnung 5 und fällt durch sie heraus. Somit bewegt sich Feststoffmaterial, welches durch das Bett in der Nähe der Außenwand 2 abgesunken ist und an der Stelle X auf dem Boden angekommen ist, längs einer Bahn P

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geändert

weiter, ohne daß es irgendeiner plötzlichen Änderung der kinetischen Energie ausgesetzt wird, bis es die Abgabeöffnung erreicht\v Infolglb der Verzeichnungswirkung aufgrund des. in der Zeichnung übertrieben groß dargestellten Wertes von e und dadurch, daß gemäß der Zeichnung kein Schlupf bzw. Gleiten dieses Ortes gestattet wird, der um 0 und 0· in abwechselnden Halbkreisen kreist, liegt die Abgabeöffnung nicht in der γ = 27o°-Lage oder in der Nähe davon, wo sie sich bei der kritischen Betriebsweise in der Praxis sehr wahrscheinlich befindet. ·' .

Wenn bei der kritischen Betriebsweise der Punkt auf dem Boden 1 einmal von X durch X· und zurück zu X gegangen ist, so zeigt sich, daß der Punkt an der Außenwand 2, der bei X zu Beginn dieser Umdrehung war, am Ende dieser einzigen Umdrehung des Bodens um 360 nur B erreicht hat, was eine am Umfang gemessene Nacheilung von 2e der/Wand hinter dem Boden bedeutet. Bei der gleichen Umdrehung erreicht ein entsprechender Punkt an der Innenwand 2*, der von der Versetzungsachse bei C ausgeht , nur den-Punkt D.

Aus Fig. 1 ist in einem vertikalen Schnitt, der sich mit der Vorrichtung dreht, ersichtlich, daß die Bewegung irgendeines gegebenen Korns oder Klumpens des Chargenmaterials relativ zur Volrichtung nach unten durch das sich vertikal erstreckende Bett geht, worauf eine Bewegung in einer mehr oder weniger horizontalen Richtung über dem Boden folgt. Die Bahn des Materials anderc sich somit im Bereich der Drossel um 9o°. Es ist jedoch festzustellen, daß dies nicht mit einem körnigen Material zu vergleichen ist, welches um einen in einem Rohr vorgesehenen rechten Winkel herumgeht, sondern daß das körnige Material auf Bahnen läuft, welche einem glatten Richtungsübergang unterliegen, liobei der Abweichungswinkel bei irgendeinem gegebenen Punkt nicht mehr als tan (e/R.) ist.

nachträglich
geändert

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Aus Fig. 2 ist zu ersehen, daß ein in dem Bett nach unten sinkendes Teilchen Kreise um O beschreibt. Beim Erreichen das Bodens oder allgemein der Drosselgrenzfläche beginnt das Korn einen Kreis um 0 zu beschreiben, bis es die Versetzungsachse überquert, worauf es zu einer Kreisbahn um 0 mit einem kleineren Radius als der des vorhergehenden Kreises um 0 zurückfällt. Dieses Korn ist so den Schritten ausgesetzt, daß die Radialbeschleunigung erhöht wird, wenn es die Drossel erreicht, wobei die Änderung der Beschleunigung relativ gering ist und zum Entstehen von nur einem geringen Krümmungswinkel in der Bahn auch in der maximalen Stellung V = 9o führt. Darüber hinaus ist der Annäherungswinkel zwisehen dem Korn und dem Boden oder dem auf dem Boden liegenden Material sehr flach und ist proportional '--zu 2e tan 0 geteilt durch den Umfang der Vorrichtung.

Bei der kritischen Betriebsweise hat der maximale seitliche Schub auf die Außenwand eine lineare Beziehung zu dem Chargengewicht und ergibt sich zu T, d. h. bei y = 27o . Die Bewegung der Linie des maximalen Schubs kann leicht in Form eines Stereogramms mittels zwei oder mehrerer Schubmesser festgestellt werden, die an geeigneten Umfangssteilen plaziert -werden. Bei einer Ringbettvorrxchtung, die von der kritischen Betriebsweise abweicht, bewegt sich die Schublinie nicht nur zu der 360 -Lage herum, sondern erhöht sich auch 'steil auf Werte ., die in der Größenordnung vom Zehnfachen des optimalen Wertes liegen. Wenn sich die Schublinie; soweit herum bis zur Versetzungsachse bewegt, kann sich die tatsächliche Versetzung durch die Veränderung der Maschine zu einem konzentrischen Zustand hin aufheben, was einen Verlust an Beschickung zur Folge hat.

Trotz der Schrägstellung der Innenwand, ansprechend auf die Schubkräfte bei der kritischen Betriebsweise, kann 0 in jeder radialen vertikalen Ebene genommen werden.

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Fig. 3 zeigt die geometrischen Beziehungen, welche den maximalen Durchmesser der Abgabeöffnung entsprechend dem Stabilitätskriterium (2) festlegen. Die Figur zeigt den Bereich der Drossel der Vorrichtung von Fig. 1 im vertikalen Radialschnitt in der Y = 0 -Lage, wo die Abgabeöffnung 5 sich der Innenwand 2* während des Betriebs bei der kritischen Betriebsweise am nächsten befindet.

BZ bezeichnet in Fig. 3 die Horizontale ausgehend vom Bodenumfang bei B und genauer ausgehend vom Außenwandboden. ·¥ ist die vertikale Drosselhöhe h, BN die Ringbreite a. Es wird davon ausgegangen, daß die Schüttwinkel 0 (NBC) und (NMC) gleich sind. Der Fehler infolge dieser Annäherung liegt in Richtung eines glatteren und stabileren Betriebs. Die Abstände BN und NM sind deshalb jeweils gleich a. Der Bodenneigungswinkel 6 ist zur Horizontalen gemessen.· Somit gilt

MY ₌ 2a·sin 0

sin (0 - 0.)

MZ = MY'cos 0

und R + e < R,-BZ , wenn das Bett stabil sein soll, a. b

Daraus folgt:

_ _t _" _ ' f . sinO · cos 0 »

^Ra ^{+ e} < V^{2a ( 1 +} > ■ .

Dabei sind R = der Radius der Abgabeöffnung

£1'

R = der Rdius der Außenwand

e = der Versetzungsabstand .

Der Grad der Versetzung e ist durch das Stabilitätskrifür, einen gegebenen Wert von R begrenzt. Da 0 jc .er ϋΐΛγι) ^a

n der Praxis größer als 0 (NBC) ist und e bezüglich

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R klein ist, erhält man als Annäherung:

t> s τ» o~ (-ι t sin θ »cos 0\ a b sxn (0 - Θ)

Die Stabilität bezüglich der Betriebseigenschaften wird auch dadurch begünstigt, daß eine Betthöhe H, vertikal gemessen von der Drosselgrenzfläche BC zu der Bettoberseite parallel zu BC, von wenigstens h cot 0 (=a) oder vorzugsweise von 2h verwendet wird.

Im Falle (A) , in dem R bezüglich 0 zu groß ist, stellt sich ein Zustand des Ablaufens ein, wie er in.Fig. 3 in gestrichelten Linien gezeigt ist. Wenn der Schüttwinkel 0 gleich dem Winkel NBW wird, wird die Neigung der Oberseite des Haufens, nach unten zur Öffnung WY, su daß Material, welches sich in dem Bett über der Linie VW befindet, abrutscht, beispielsweise längs der Linie TMU, und durch die Öffnung 5 fällt. Auf diese Weise strömt das Material in dem Bett mit einer übermäßigen und nicht steuerbaren Geschwindigkeit ab, also nicht bei der kritischen Betriebsweise. Das Ablaufen erfolgt mehr oder weniger um den ganzen Umfang der Abgabeöffnung herum, wodurch ein sich drehender Trichter von fallendem Material erzeugt wird. Dieser Zustand kann nur durch Absenken der Innenwand 2¹ beseitigt werden.

Fig. 3 zeigt auch den engen bzw. fest gepackten Drosselzustand, der hervorgebracht wird (B), wenn h nicht hoch genug ist bezüglich 0. Wenn 0 der Winkel NBQ wird, beispielsweise durch Einführen'von abgebautem Material bzw. von Material verringerter Qualität, ergibt sich, daß das Chargenmaterial über dem Niveau QC gegen die Innenwand 2* statisch bzw. stationär bleibt. Dieses Verhalten steht im Einklang mit einer Wanderung des Drosselpünktes C zum Punkt Q, wobei ein Drosselüberführungsmechanismus,wie oben beschrieben und in Fig. k gezeigt ist, arbeitet, jedoch auf der Basis einer Dros.selgrenzflache bei BQ anstelle von BC,

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so daß die Maschine nur über die Linie BQ beschickt. Wenn sich der Boden nach rechts bewegt, wie dies beim Füllhub der Fall ist, so kann Material über QC nicht nach unten gelangen.

Dies führt dazu, daß die Komprimierung der Charge in der Drosselregion erfolgt. Der Beschickungsmengenstrom fällt stark und die Vorrichtung weicht von der kritischen Betriebsweise ab, was zu den vorstehend genannten Ergebnissen führt, wie der Wanderung des maximalen Abgabepunktes und der maximalen seitlichen Schublinie von V = 360 aus. Der Totberei'ch über QC füllt sich schnell mit Staub und anderen Bruchstücken, da der Gasstrom in diesem Bereich fehlt. Die Drosselung ^/H wird relativ höher.Dieser Zustand kann nur durch Anheben der Innenwand 2' beseitigt.werden.

Unter der Bedingung (A) oder (B) sind die Bedingungen für einen guten Wäremübergang zwischen dem Gas und dem Feststoff gestört. .

Fig. k zeigt die Ableitung einer Beschickungsmengenstromgleichung. Es wurde vorausgesetzt, daß das Material an der Drosselgrenzfläche BC, wie dies anhand des Drosselüberführung smechanismus beschrieben wurde, während einer Umdrehung (tatsächlich bei dem Füllhub) des Bodens um eine Hublänge 2e zu. der Lage ED gezogen wird. Das, heißt mit anderen Worten, daß der Querschnitt der Schicht, die bei einer Umdrehung, was unter "Abziehwirkung" beschrieben wurde, abgeschält wird, ein Parallelogramm BCDE ist.

Wie im einzelnen aus Fig. 7 zu ersehen ist, steigt in der Praxis Material bei C längs der Linie CC* während des Füllhubs wegen der Effekte der Winkeleinschränkung, die das Material erleidet, während es sich radial zur Mitte hin vorwärtsbewegt. Der durch die relativ kurze Länge 2e eingeführte Fehler kann vernachlässigt werden. Wegen der

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- 6ο -

Winkeleinschränkungswirkungen ist jedoch die Lage D·, die von dem Material von C aus in zwei Umdrehungen des Bodens erreicht wird, höher als G¹. Abhängig von R , d. h. von

der Bodenbreite, ist für das Material über dem Boden eine größere oder kleinere Anzahl von Umdrehungen des Bodens erforderlich, um die Position auf der nach unten gehenden Neigung zur Öffnung 5 für das Herausfallen zu erreichen. Trotzdem ist der Beschickungsmengenstrom, wie bereits erläutert, der gleiche, unabhängig von R , solange dieser Wert nicht zu groß oder zu klein wird» Demzufolge können die Abmessungen der Materialmenge, die von dem Haufen in die Abgabeöffnung 5 bei einer Umdrehung des Bodens abrutschen, nicht direkt festgestellt werden. Die Menge muß jedoch' die gleiche sein, wie die durch die DrosselgrenZflache hindurchgehende.

R ist der mittlere Ringradius und gleich (R, + R,)/2, wobei m D α

R₁ der Außenwandradius und R, der Innenwandradius sind, b d

Das quer über die Drosselgrenzfläche zugeführte Volumen oder die Schicht des Querschnitts BCDJ£ hat pro Umdrehung des Bodens nur einen Halbkreis als. Ergebnis des jeweiligen Füll- und Abgabehubes. Das Volumen des kegelstumpfförmigen Halbrings des Querschnittes BCDE kann auf verschiedene Weise festgestellt werden, beispielsweise als die Hälfte des Produktes der Fläche der Drosselgrenzfläche . *7T S(R +R -e)j wobei S die Länge BC = h/sin 0 und die Schichtdicke 2e "sin ist. Das Volumen kann auch als Hälfte des Produktes des mittleren Umfangs 2*iT(R —e) und der Lagenquerschnittsfläche 2 eh oder auch durch Integration über ein Ringvolumen von O bis "TT ermittelt werden.

Dementsprechend ist das pro Umdrehung in dem Füllhub zugeführte Volumen Vj

V, = 2TTe h (R -e) 1 m

- 6i -

In Fig. 5 sind Teile von Fig. k gezeigt, wobei die Bodenneigurig 0 stark übertrieben gezeigt ist. Infolge der Geometrie ersieht man aus Fig. 5, wenn man einer Fig. 4 analogen Begründung folgt, daß ein kleines Volumen V₀ an der

Ci

Drosselgrenzfläche während des Abgabehubes vorbeigeführt wird. Dieses Volumen V₀ ^xträgt dazu bei, die Drossel zu entlasten. Das Volumen V₀ hat eine Schichtquerschnittsflache

Ct

BEFG, so daß man als gute Annäherung erhält:

V₀ = 2Te a tan 0 (R -e) c\ m

Summiert man die Gleichungen für V und V₀ und vernachlässigt man die Wirkung des Schlupfes, so erhält man die bereits genannte Beschickungsmengenstromgleichung zu

V = 217 e (R -e) (h + a tan 0) (3)

r m ■

M = annähernd 2TTe h ^ R (3A)

Wenn mit der kritischen Betriebsweise gearbeitet wird, ergibt sich, daß die Beziehung zwischen dem eintretenden Beschickungsstrom und der Bodenumdrehungsgeschwindigkeit für verschiedene Versetzungsabschnitte linear ist. Die Neigungen dieser Beziehung ergeben, wenn sie über e aufgetragen werden, ein lineares Diagramm. * , "

Fig. 6 zeigt die gute Übereinstimmungt die A*¹ der Praxis über dem weitest möglichen Bereich von Bettkapazitäten gefunden wurde, zwischen den tatsächlichen Beschickungsströmen und denen nach Gleichung (3A) berechneten. In Fig. 6 ist der mittlere Ringdurchmesser in Ausdrucken des Radius R in m

bzw. ft über einem Korrelationsfaktor F aufgetragen. Die Beschickungsmengenstromgleichung (3A) hat die Form y = 2?Πχ,

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wobei χ den mittleren Radius und y-M /e h V darstellt, d. h. die Gleichung (3A) ist eine lineare Gleichung mit der Neigung 2 TT,

Die in Fig. 6 numerierten Punkte wurden jeweils anhand der Betriebsdaten verschiedener Ringöfen der Bauweise von Fig. 1 ermittelt, die mit Zementmaterialien von annähernd der gleichen Schüttdichte arbeiten. Für jeden Fall wird die Neigung der linearen Beziehung zwischen dem Beschickungsmengenstrom in Materialtonnen pro Stunde und der Ofengeschwindigkeit in Umdrehungen pro Stunde verwendet, um den Mengenstrom T in Tonnen pro Umdrehungen zu finden. Die Beziehung zwischen T und e" ist ebenfalls linear, wobei e bekannt ist. Der Wert T /e wird durch die bekannte Drosselhöhe h geteilt, wobei e und h entweder in ft oder in m gemessen werden, so daß man den Korrelationsfaktor F in

2 2
Tonnen pro ft bzw. m pro Umdrehung erhält, der dann über dem bekannten Schalenradius aufgetragen ist. Man sieht, daß unter Betrachtung der primären Beziehung die aufgetragenen Punkte eng mit einer Geraden der Neigung 2"*Γ übereinstimmen. Für die vollständige Umwandlung in y = 21Γ χ (wobei y der Korrelationsfaktor ist) müssen die im wesentlichen konstante Schüttdichte und das. Verhältnis von Tonnen zu Pfund bzw. kg berücksichtigt werden.' ' · - . "

Die beiden Punkte mit der Nummer 3 und die beiden Punkte mit der Nummer k -sind jeweils ein Paar von Ergebnissen für einen speziellen Ofen. Die Punkte mit der Nummer 9 und Io zeigen den Betrieb außerhalb der kritischen Betriebsweise mit einer dichten Drosselstelle (h< a tan 0) in dem Ofen, für welchen der Punkt mit der Nummer 8 das Arbeiten mit der kritischen Betriebsweise veranschaulicht. Der Punkt mit der Nummer 7 veranschaulicht den Betrieb eines Ofens, dessen Abmessungen das Arbeiten bei der kritischen Betriebsweise nicht erlauben. Nach einer Korrektur der Haube erhält man die durch den Punkt mit der Nummer 6 bezeichnete Betriebsweise.

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Fig. 7 zeigt wieder den Bereich der Drossel in einer Ringbettvorrichtung gemäß Fig. 1, wobei der Anstieg des Chargenmaterials, welches den Boden überquert, erkennbar ist, um die abnehmende Umfangsabmessung aufzunehmen. Das Ausmaß des Anstiegs hängt unter anderem von der Bodenbreite (R_x-R ) und von der Anfangshöhe auf dem Bettboden b a

BC und deshalb von der radialen Lage eines gegebenen Elementes von Chargenmaterial während seiner Abwärtsbewegung durch, das Bett ab, wie dies schematisch durch die gestrichelten Linien dargestellt ist, welche die' Segmente des Chargenmaterials voneinander trennen, die von 1 bis 11 durchnumeriert sind.

Die tatsächlichen Bewegungen der Körner im Bett nach unten ausgehend von den Anfangslagen auf einem Radius des Bettes und dann- über dem Boden, wurden durch Kennzeichnung ier Körner festgelegt, indem sie gefärbt wurden. Das Chargenmaterial konnte somit in Segmenteschritten gleicher Höhe an der Drosselgrenzfläche betrachtet werden, wie dies in der Figur gezeigt ist. Bei einem Ringofen, der mit den nachstehenden Abmessungen arbeitet» zeigen die Zahlen, die gegenüber den jeweiligen Segmenten an der Neigung des Kraters C¹Y nach unten aufgetragen sind, die "mittlere Weglänge, die sich für die Chargenelemente von dem Bettboden BC zu der Abrutschneigung CY für diese Segmente in m bzw. ft ergeben haben. ·

Ofenabmessungen: . .

Bodenbreite R,-R = I,o6 m (3,5 ft) äußerer Bettradius R, = 1,37 m (4,5 ft) innerer Bettradius R, = I,o3 m (3,4 ft)

a = ο, 33 m (1,1-ft) -

Drosselhöhe h =o,3om(l,o ft)

Schlechte Klassierung P< o,o9_t 0 über 4o

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536.lV

Versetzung e _r=_ 9,6 cm (3,8") (Hoch für Öfen dieser Größe. Dadurch wird die Anstiegswirkung betont.)

Betthöhe H = 0,87 m (2,85 ft) Ringfläche des Bettes A multipliziert mit H

=2,18 m³ (78 ft³) Verweilzeit im Bett = 66 min bei 4,2 t pro h Beschickung

In der nachstehenden Tabelle 4 sind die Einzelheiten der Berechnung der Änderung der Chargenverweilzeit gezeigt.

TABELLE

Weg

Nr. Länge Kompri:-
in m miertes
(ft)

Radialer Beschi. kungs-Volumen in nengenstrom

³ (ft³)

in

/^p (ft^/Upm)

Verweilzeit in min

Anzahl Zeit Gesamt-

der über zeit im

Um- dem Ofen in drthun- Boden gen in min min

o,33
(1,1)

0,36
(1,2)

o,46
(1,5)

o,52
(1,7)

0,58
JU.9).

~ö,67
(2,2)

o,73
(2,4)

o,82
(2,7)

0,88

(2,9)

o,91
(3,o)

1,03
(3,^)

0,0326
(l_ti5)

o,o354
(1,25)

o,o444
(1,57)

o,o5ol
(1,77)

ο,0560

(1,98)

•"0,0651

(2,30)

ο,0708

(2,50)

0,0793
(2,80)

ο ,0850

(3,00)

0,0886
(3,13)

o,lolo
(3,55)

0,0162 (o,575)

0,0167 (o,593)

o,ol73 (0,612)

0,0178 (0,630)

0,0183 (o,647)

- 0,0I89 (0,667)

o,ol94 (0,685)

o,ol99 (0,703)

o,o2o4 (o,721)

o,o21o (o,74o)

o,o215 (o,758)

2,00	12,4	78
2,Io	13,0	79
2,57	15,9	82
2,80	17,3	83
3,o6	18,8	85
336 -;~	21; 4 -^a-..-.	87
3,65	22,6	89
4,00	24t8	91
4,17	25,8	92
4,22	26,2	92
4.70	29,1	95

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Die Neigung des Bodens bei θ zur Horizontalen hat wenig oder keinen Einfluß auf den Beschickungsmengenstrom als solchen bei der kritischen Betriebsweise, spielt jedoch ■eine wesentliche Rolle beim Erreichen des kritischen Drosselüberführungsmechanismus bei verbesserter Bettstabilität und auf ein Minimum reduziertem Reibungsfaktor (und somit auf ein Minimum reduziertem Energieverbrauch durch die Versetzungswirkung) entsprechend einer Beziehung

f_Q = F₀ - b tan θ

wobei f_Q der Reibungsfaktor bei einem Neigungswinkel θ^:- und b eine Konstante sind, die in der Größenordnung von 1,37 für das fragliche Material liegt.

Darüber hinaus trägt die Neigung 9 dazu bei^, daß Körner oder Kugeln bzw. Klumpen in der Charge eine erneute Ausrichtung erreichen, die erforderlich ist, um eine Anpassung an den aonehmenden Umfang ihrer Bahnen zu erreichen, wenn sie sich spiralförmig nach unten zur Mitte des Bodens bewegen. Die Neigung θ hilft somit, die kritische Betriebsweise anstelle der früher beschriebenen Schiebewirkung aufrechtzuerhalten.

Das leichte und glatte Überqueren über den Boden wird weiterhin dadurch unterstützt, daß eine scharfe Drosselstelle bei G vorgesehen wird. Jede Neigung zur Abflachung bei C führt zu einer horizontalen Komponente der Drosselwirkung, auf die bereits Bezug genommen wurde, was eine Kompression der Charge zur Folge hat, die dazu neigt, das Dach an der Drossel um mehr als etwa Io Winkelminuten der Schräglage anzuheben, die für die kritische Betriebsweise zu erwarten ist, worauf die Bodenbreite ein Faktor wird, der bei der Aufrechterhaltung der kritischen Betriebsweise zu berücksichtigen ist, d. h.. R sollte so nahe wie praktisch möglich an dem Maximum liegen, welches durch das Stabilitätskriterium (2) möglich ist. Wenn R übermäßig groß ist, ist das Chargenmaterial in dem

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anfälligen heißen Zustand zu fest und zu lange in Kontakt mit dem Dach, ehe es entspannt wird bzw. freikommt und hochsteigt, so daß die kritische Betriebsweise verloren geht und das Chargenmaterial mit einer zunehmenden Rate zerbricht, da die übermäßige Winkelkompression 0 den Wert erhöht

Bei der kritischen. Verfahrensweise sind die schrittweisen Beschickungsmengenströme des Chargenmaterials bezogen auf den Radius des überquerten Bodens linear bezogen, d. h. sie sind mit den Beschickungsmengenstromgleichungen in Einklang.

Fig. 8 zeigt die Verweilzeit des Chargenmaterials über der radialen Lage in dem Bett in dem Ofen und unter Bedingungen, die denen in Verbindung mit Fig. 7 genannten ähnlich sind. Die Verweilzeit bei der kritischen Betriebsweise ist durch die Linie C_A angezeigt, die durch Punkte geht, welche man für die numerierten Segmente ähnlich denen von Fig. 7 erhält. Die zwischen der Linie Ciund der horizontalen Linie bei 87 min (welche die konstante Verweilzeit während des Nachuntensinkens bis zum Boden BC gemäß Fig. 7 darstellt) begrenzte Fläche ergibt sich durch die Bewegung der Charge über dem Boden nach dem Durchgang durch BC.

Man sieht, daß die Verweilzeit nicht nur völlig gleichförmig in dem eigentlichen Bett ist, sondern auch daß die gesamte Abweichung von der mittleren Verweilzeit von Io7 min während des restlichen Verbleibs in der Vorrichtung nicht groß ist bezogen auf die Gesamtverweilzeit, wenn sie mit der Verweilzeit irgendeiner anderen Vorrichtung verglichen wird.

Die Kurve C₀ zeigt das Verhalten eines Ringbettes in einem Ablaufzustand (da die Kurve unter den eigentlichen Wert für die in dem tatsächlichen Bett verbrachte Zeit fällt). Dies

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führt zu einer Zunahme der nominellen Beschickungsrate von etwa 15 %, wobei mehr als die Hälfte der Beschickung nicht gleichförmig behandelt und der Rest zu wenig behandelt wird.

Die Kurve C zeigt das Verhalten eines Ringbettes in einem Dichtzustand (h < a-tan 0), wobei die Beschickungsbehandlung vollständig ungleichförmig ist, den bekannten Schachtofen charakterisiert, abnorm niedrig ist und einer Blockierung angrenzend an-die Innenwand ausgesetzt ist.

Fig. 9 zeigt die durch Versuche ermittelte Beziehung zwischen.dem Logarithmus von tan 0 und dem der Schüttdichte /_n eines behandelten Klinker bildenden Zement-

3 Chargenmaterials mit dem spezifischen Gewicht von 28,7 p/dm (2,7 lb/ft ), woraus 0 für die Aufrechterhaltung der kritischen Betriebsweise festgestellt werden kann. Die Schüttdichte erhält man durch Vergleichen der gemessenen Volumen- und Massenbeschickungsströme der Vorrichtung zu irgendeiner gegebenen Zeit. Andererseits kann die Schüttdichte aus 0 festgestellt werden, wenn dieser Wert bekannt ist, oder aus dem beobachteten "Klassierungsfaktor und somit auch aus dem Gasstrom und dem Druckabfall im Bett ermittelt werden.

Fig. Io zeigt die der Linie von Fig. 9 entsprechende Kurve für γ über tan 0, die man aus den Massen- und Volutnenbeschiclcungsdaten einer Reihe von Versuchsanlagen und voll produzierenden Anlagen erhält. Maßstabseinstellungen der Schüttdichte mit geeigneten Faktoren ermöglichen es., die Kurve für Materialien mit anderen spezifischen. Gewichten anzuwenden.

Fig. 11 zeigt die Teilchengrößenanalyse oder die Klassierungskurven für fünf kontinuierlich klassierte körnige oder kugelige Materialien, die aus einem Ringofen abgeführt wurden. Wenn man die Kurven von links nach rechts

von 1 bis 5 durchnumeriert, entsprechen sie denen der Figuren 15 und 17, die Klassierungsfaktoren P (+l"/-3/8") darstellen, nämlich für 0,06, o,37, *t,6, 12,5 und 6o. Die Klassierungsfaktoren, nehmen in Fig. 11 von einer "zusammengeballten" Klassierung links zu einer Einzelgrößenklassierung rechts ab.

In Fig. 11 ist auf der Ordinate der Prozentsatz des Probenmaterials aufgetragen, welches durch ein.Sieb der auf der Abszisse aufgetragenen Größe hindurchfällt.

Fig. 12 zeigt die beobachtete Beziehung zwischen tan 0 und dem Klassierungsfaktor P aufgrund von Daten, die auf die vorstehend beschriebene Weise erhalten wurden, und durch eine Klassierungsanalyse des von den Ringöfen abgegebenen Materials. Die Kurve kann auch dazu benutzt werden, um eine Beziehung zwischen Schüttdichte und Klassierungsfaktor durch Vergleich mit Fig. 9 oder Fig. Io herzustellen. Die entsprechenden Schüttdichten in lb/ft auf der Ordinate für ein spezifisches Gewicht von ^3,3 p/dm^J (2,7 lb/ft^J) sind annähernd durch γ = loo tan gegeben. Für ein anderes Material, beispielsweise Koks, würde die Schüttdichte annähernd durch y_R = 5° tan 0 gegeben sein. Man sieht, daß die Beziehung zwischen 0 und P ( ₊ lM/_3/8") der Gleichung tan 0 = o, 83o/P^1/<lZ|r folgt.

Fig. 13 zeigt die Beziehung zwischen dem Klassierungsfaktor P (+l"/-3/8") und dem mittleren Teilchendurchmesser d in m bzw. ft χ lo~ , wobei der Ausdruck mittlerer Korndurchmesser bzw. mittlerer Klumpendurchmesser geeigneter ist und bei dieser Beziehung von den Materialien der Klassierungen von Fig. 11 ausgegangen wird. Die auf der Ordinate in Fig. 13 angegebenen Ziffern sollten mit einem Faktor 5 multipliziert werden. Die Werte von d wurden aus einer

gründlichen Klassierungsanalyse des Probenmaterials durch

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Berechnung des Verhältnisses erhalten:

1/2

[If/I=J

= d m

wobei m der Anteil der vorhandenen Teilchen mit einem Durchmesser d bei einer ausreichenden Anzahl von Probenpunkten längs jeder Klassierungskurve von Fig. Ii ist.

Fig. Ik zeigt die Beziehung zwischen tan 0 und d entin

sprechend Fig. 12 und I3.

Fig. 15 zeigt die Klassierungskurven von Fig. 11 aufgetragen in einem Wahrscheinlichkeitsnetz, wobei die Zahlen 1 bis entsprechend dem Klassierungsfaktor P eingetragen sind.

Fig. 16 zeigt die Beziehung zwischen d und P von Fig. in logarithmischen Koordinaten sowie die entsprechende Beziehung zu tan 0 von Fig. 12. Fig. iß zeigt auch eine ähnliche Beziehung zwischen d und einem Klässierungsfaktor P₁ (+koZ-lo mm), der sich auf Koks bezieht.

Fig. 17 zeigt die Beziehung zwischen R/H, der Gasstromdrosselung pro Höheneinheit des Bettes (cm gemessene Wasserhöhe pro cm) und G ', wobei G der Gasmassenstrom in

2 2 '

kp/min m bzw. lb/min ft ist. Jede Linie stellt die Beziehung für eiiien der Werte des Klassierungsfaktors P der Klassierungskurven von Fig. 11 gemäß der Beziehung her:

R/HG² = 6,17 x lo"³/P^1/5f93

/2 -3 Gemessene und kalkulierte Werte der Neigung R/HG χ Io sind in der Tabelle 1 gezeigt, die mit Ringflächen zwischen

2 2

ο,46 und 32,3 n» (5 his 35° ft ) erhalten wurden.

Die Beziehung zwischen d und P folgt der Abhängigkeit:

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- 7ο d_m (m) = 2,44 λΓΤχ Ιο"³

d (ft) = 8,0
m

tan 0 = I₁12·d

wobei d in ft einzusetzen ist m

Fig. l8 zeigt in einem Diagramm die Anteile einer Ringbettvorrichtung der allgemeinen Bauweise gemäß Fig. 1, die für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für ein Chargenmaterial geeignet ist, welches einen effektiven Schüttwinkel 0 = Winkel TAN in dem Dreieck TABDN aufweist.

In Fig. 18 sind

R der Radius der Abgabeöffnung a

R, der Außenradius des Ringbettes R, der Innenradius des Ringbettes .

R der mittlere Radius (R, + R,)/2 m bd

Wenn OY einen Außenbettradius R von o,5 bis über 6 m darstellt, werden die Teile der Vorrichtung durch folgende Ausdrücke wiedergegeben:

YC ist die Drosselgrenzfläche, wobei C der Schnittpunkt von AT mit der Vertikalen vom Schnittpunkt TB liiit OY ist.

MZ ist der Öffnungsradius, wobei Z der Schnittpunkt von TD mit der Linie YZ ist, die sich von Y aus mit einem gegebenen Bodenneigungswinkel OYZ = 0 nach unten neigt, d. h. MZ = R .

CQ ist die vertikale Linie durch C, welche die Innenbettwand mit dem '.
gleich der Betthöhe PY

Innenbettwand mit dem Radius R. darstellt. CQ ist

d.

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CZ ist die Kraterneigung des Haufens von Chargen— material auf dem Boden.

Die Fläche PQCY stellt das Bett dar, während CYZ den Haufen auf dem Boden wiedergibt.

Auslegung für den Betrieb;

Die verschiedenen geometrischen und betriebsmäßigen Beziehungen., die vorstehend angeführt wurden, ermöglichen es dem Konstrukteur oder der Gerätbedienung, eine Ringbettvorrichtung zu bauen oder einzustellen, so daß sie mit der kritischen" Betriebsweise arbeitet.

Wenn man beispielsweise von einem gewünschten Durchsatzmengenstrom Q ausgeht, 1st der erforderliche Gasmengenstrom G eine feststellbare Funktion von Q gewöhnlich in folgender Form:

G = k₁Q .

wobei k₁ eine Konstante ist, die sich aus thermodynamischen und chemischen Betrachtungen ergibt. Wenn G in lb/min und Q in t/h angegeben wird, beträgt k für die Zementnerstellung 7o,für das Verkoken 75 und 6o bis 9o für verschiedene Erzbehandlungen.

Die Gasdrosselungsbeziehungen (5A) und (5B) für R/H geben den maximalen Gasstrom an, der mit dem maximalen Druckabfall bei der kritischen Verfahrensweise in Einklang steht_r was von der verfügbaren Saugkapazität des Gebläses abhängt, so daß G/A, wenn A die Ringfläche ist, sich..in Ausdrücken von P direkt oder über d ergibt. P wird durch das Chargenmaterial direkt oder über V' oder 0 festgelegt. Dadurch kennt man den Maximalwert für G/A und somit den Minimalwert für A.

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Die Daten eines weiten Bereichs von Vorrichtungen geben eine Beziehung der Form:

Dabei sind D, der Außenwanddurchmesser, k_o eine Konstante und η kann aufgefunden werden. Durch Substituierung erhält man D. = k-A , wobei k_ eine Konstante ist.

Da man A kennt, ist D, (Minimum) bekannt. Da entsprechend der geometrischen Gestaltung A = ΊΓ(D.a-a ), erhält man a, d. h. die Ringbreite.

0, γ und P werden durch das Chargenmaterial festgelegt bzw. daraus ermittelt, so daß die Drosselhöhe h aus der primären Beziehung h = a tan 0 bekannt ist.

Das Stabilitätskriterium (2) gibt nun den Öffnungsdurchmesser R und <
a

forderlich ist

messer R und den Bodenneigungswinkel O₁ wenn dies era

Alternative Einrichtungen zum Beziehen von D, auf A sind durch die Beziehung A =7^(0 -h cot 0) h cot 0 gegeben, da a = h cot 0. Wenn man eine Betthöhe H = 2h nimmt und die Beziehung (5A) oder (5B) anwendet, ist das in der

Vorrichtung zurückgehaltene Chargenvolumen 2 η h cot 0 * (D,-h cot 0). Aufgrund dieser Betrachtungen kann der Wärmetauscher berechnet werden, wobei berücksichtigt ist, daß R/H und !/„bestimmt.

Das zurückgehaltene Volumen ist auch Qt/w-_„ χ 6ο, wobei t die Verweilzeit und K_ßT die Schüttdichte in Tonnen pro ft³ ist.

Das Volumen des Chargenmaterials auf dem Boden unter der

2 Drosselgrenzfläche XStTT(D -2a) h · cot 0 χ S.F., wobei S.F. ein Faktor ist, der von dem Stabilitätskriterium abhängt

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Wenn die Abmessungen für D und R bekannt sind, werden die

D a

Einzelheiten von Fig. l8 fixiert, so daß das Ringbett gebaut und für den Betrieb eingestellt werden kann. Die Betthöhe H, die den vorstehenden Begrenzungen unterworfen ist, wird so gewählt, daß man die geforderte Verweilzeit erhält.

Aus Fig. l8 kann auch _vder Beschxckungsmengenstrom über R geprüft werden, um so die Versetzung e zu erhalten.

In Betrieb wird die Drosselhöhe auf h eingestellt. Die Versetzung e wird eingestellt, so daß man eine grobe Steuerung des Durchsatzes erhält, wobei die "Schichtenstärke¹¹ des durchgesetzten Chargenmaterials bestimmt wird, welche so

klein wie d seih kann. Die Drehzahl des Bodens N wird dann m

so eingestellt, daß man eine Feinsteuerung des Durchsatzes abhängig von dem gewählten oberen Bettniveau erhält.

Wenn die Werte von h, e und N kontinuierlich einstellbar sind, kann die Vorrichtung vollautomatisch gemacht bzw. gefahren werden, wodurch die Beibehaltung der kritischen Betriebsweise auf übersichtliche Weise erleichtert ist, da die sonst erforderliche,während des Betriebs eines eingestellten Bettes zu überprüfende bzw. zu steuernde,ausreichende Anzahl von Variablen auf diese, di-ei Größen reduziert ist.

Vorteile: . .

Durch die Verwendung einer Ringbettvorrichtung der beschriebenen Bauweise erhält man eine Reihe von Vorteilen, die bereits aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich sind.

Berücksichtigt man die Beschrexbungsexnlextung, so sieht man, daß, obwohl vorhergehende Erfindungen auf einem fundamentalen Wechsel von dem kreisförmigen Schacht.zu einem ringförmigen

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Querschnitt basieren, die Tatsache, daß keine dieser Annäherungen in der Praxis zum Erfolg geführt hat, direkt zu dem einen fehlenden Faktor zurückverfolgt werden kann, nämlich daß in keinem Fall ein positiver Versuch gemacht wurde, auch nicht bei dem Vorerhitzer gemäß der US-PS 2 945 687» um ein tatsächlich wirksames Zivischenspiel' zwischen, der Geometrie und den physikalischen Abmessungen des Ringbettes, dem Abgabemechanismus und den Eigenschaften und Strömungscharakteristiken des behandelten Materials zu erreichen. Ohne eine solche enge Zwischenbeziehung ist es tatsächlich unmöglich, die Parameter auszuschließen, die für den Hauptzweck der Vorrichtung grundsätzlich überflüssig sind, die jedoch für Störungen und- das Fehlen des gleichförmigen Durchsetzens verantwortlich sind, beispielsweise bei Trocknungs-, Vörerhitzungs- und CaIcinierungsstufen in dieser Vorrichtung.

Da die Zuführungswirkung der Feststoffe nach unten den Aufstrom des Gasströmungsmusters festlegt,·gibt das Fehlen einer gleichförmig verteilten und glatten, nach unten gerichteten Zuführungswirkung der Feststoffe einen ungleichförmigen Erwärmungsgrad oder eine ungleichförmige andere Behandlung bei jeder gegebenen Schicht; Diese gleichen überflüssigen Merkmale sind deshalb bisher verantwortlich gewesen für einen unregelmäßigen Feststoff-Gas-Kontakt und für eine drastische Begrenzung des Gesamtwirkungsgrades der Wärmebehandlung oder anderer Prozesse.

Die Vorteile der Arbeitsweise einer Ringbettvorrichtung auf die erfindungsgemäße Weise können wie folgt zusammengefaßt werden:

Der verwendete Vorrichtungstyp selbst hat den Vorteil, daß er einfach konstruiert, robust und kompakt gebaut ist und aufgrund eines fehlenden Rostes bzw. einer fehlenden Mahlwirkung bei der Rotationsvorrichtung im Prinzip einfach mit

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zu behandelnden Feststoffen gleichförmig beschickt werden kann. Diese Vorteile fuhren zu minimalen Anlagekosten, beispielsweise bezogen auf eine Fabrik, und die zugehörigen technischen Einrichtungen. In Betrieb können positive Steuersysteme auf einfache Weise verwendet werden, so daß wenig Aufmerksamkeit erforderlich ist.

Die Wirtschaftlichkeit ist ein Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Arbeitsweise. Im Falle einer Wärmebehandlung werden die Wärmeverluste auf ein Minimum reduziert. Bei der kritischen Arbeitsweise tritt nur ein vernachlässigkarer Wärmeverlust durch die Wände auf, auch wenn massive Isolationen fehlen. Über dem Boden oder dem Bodenstiick wird eine Heißzone kontinuierlich über die ganze Chargenfläche wieder erstellt, wobei keine dies beeinträchtigenden Gitterstäbe vorhanden sind, so daß der maximale Wirkungsgrad erreichbar ist. Die Arbeitskapazität der Vorrichtung ist bezogen auf ihre Größe groß und · kann durch simple Geometriebetrachtungen im Maßstab vergrößert werden, wobei man den vollen Vorteil irgendeiner gewünschten Erhöhung der Höhe bezüglich des Durchmessers . erhält. Da die Hauptursache für die Zuführ.ungs- bzw. Durchgangswirkung'die Schwerkraft ist, ist die für das Umdrehen des Bettes erforderliche aufgebrachte Bewegungskraft sehr niedrig, sie liegt beispielsweise in der Größenordnung von 15 PS für ein Bett mit einem Durchmesser von 6 m und einer Höhe, von i ra für Rohmaterialien für die Zementherstellung, um eine .Last von über 3°o t zu drehen·'Die Einrichtung für den wirksamen Feststoff-Gas-Gegenstrorakontakt ermöglicht ein wirksames Trocknen oder einen Wärmeübergang für andere Zwecke. .

Die Ringbettvorrichtung in der kritischen Betriebsweise ist für eine genaue und einfache individuelle Steuerung aller Parameter geeignet, um das erforderliche Gleichgewicht zwischen der geometrischen Auslegung, dem Abgabemechanismus

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und den Strömungseigenschaften des behandelten Feststoffes beizubehalten. Die Zuführungs- bzw. Durchgangssteuerung ist volumetrisch und an dem Abgabeende vorgesehen, wo bei einem Erhitzungsprozeß das Material trocken abgeführt wird. Die Arbeitsweise eignet sich besonders für eine vollständige, genaue und vollautomatische Steuerung.

Die erfindungsgemäß betriebene Vorrichtung ist in der Anwendung und der Arbeitsweise flexibel. Sie kann für eine große Vielfalt von Prozessen verwendet werden, von denen einige bisher als unpraktisch erschienen oder nicht durchgeführt werden konnten. Die Vorrichtung kann auf einfache Weise in einerProduktionsfolge mit anderen Anlagen kombiniert werden, beispielsweise mit einem Pelletisierer, einem Brennofen oder einem anderen Ofen. Die Vorrichtung kann auch einen selbständigen Prozeß ausführen. Die Feststoff charge kann einem weiten Bereich von Verweilzeiten unterworfen werden, die so bemessen sind, daß sie den Anforderungen genügen und daß die Anlage in zweckmäßiger Weise angehalten und gestartet werden kann, ohne daß eine Beschädigung der Charge oder ein Materialverlust auftritt. Das Bett kann außerhalb der Normen liegende Beschickungsmaterialien und sogar mit Staub beladene Gaszuführungen verarbeiten.

Infolge der optimalen Gleichförmigkeit bezüglich Verweilzeit, Beschickungsrate, Verteilung und Behandlung von Feststoff und Gas erhält man einen hohen Standard von Qualität und Konsistenz bei dem Produkt, welches bei dem Prozeß nur eine minimale Zersetzung bzw. Zerkleinerung erleidet. Die Technik gemäß der Erfindung benutzt den Vorteil der Kugel- bzw. Klumpenqualität, anstatt deren Wert herabzusetzen.

Die Vorrichtung, die in der kritischen Betriebsweise arbeitet, zeichnet sich durch die merkliche Abwesenheit" von Teilen aus,

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die sich bei hoher Spannung und hoher Temperatur bewegen. Der niedrige Systemwiderstand ermöglicht den Einsatz der Vorrichtung bei zerbrechlichen oder sogar staubigen Beschichtungen, ohne daß der glatte, reibungsfreie Durchgang durch die Vorrichtung verloren geht.

Anstelle der hauptsächlich beschriebenen Wärmebehandlung von Materialien, beispielsweise von Rohmaterialien für die Herstellung von Zement, kann die Vorrichtung auch für die Wärmebehandlung von Erzen und anderen Materialien benutzt ■werden. Eine weitere Verwendung ergibt sich durch andere Prozesse, wie beispielsweise das Kühlen von Materialien im Gegensatz zu deren Erhitzung.

Die Erfindung kann auch bei chemischen Prozessen, für die Reinigung und eine andere Behandlung von Gasen mit Feststoffmaterial in körniger, klumpenförmiger oder kugeliger Form oder insgesamt unter solchen Umständen verwendet wer— denn,bei welchen ein Kontakt zwischen Feststoffen und Gasen bewirkt werden soll. Spezielle Beispiele sind das Wärmehärten von Tabletten, die aus Eisenerzkonzentraten hergestellt werden, sowie das Wärmehärten und die· teilweise Reduktion von Tabletten, die ein Gemisch von Eisenerzkonzentraten und fein gemahlenem Koks oder Kohle enthalten, wobei man dadurch einen Kohle enthaltenden Klumpen für die abschließende Reduktion in einem Schmelzofen erhält. Andere Anwendungszwecke sind das Brennen von Kalk, einschließlich der Calcinierung von Kalk enthaltenden Pellets, die Herstellung von leichtgewichtigen Massen, beispielsweise das Wärmehärten und Aufblähen von Klumpen aus Ton oder Schiefer oder von anderen geeigneten Mineralprodukten oder Abfallprodukten, sowie das Trocknen und Carbonisieren von Kohle, einschließlich von pelletisiertem Material.

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Claims (18)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Verfahren zum Behandeln von körnigem oder kugeligem bzw. klumpigem Feststoffmaterial mit einem gegenströmenden Gas, das nach oben durch das absinkende Bett des Feststoffmaterials geführt wird, welches in einer ringförmigen Kammer angeordnet ist, welche von gegenüberliegenden Flächen begrenzt wird, die sich im Radius durch eine Breite a unterscheiden, vertikale äußere und innere, im wesentlichen koaxiale zylindrische Wände haben, die über einem ringförmigen Boden sitzen, dessen Oberseite mit Ausnahme eines flachen Umfangsbereiehes sich zu einer Mittelöffnung für die Abgabe des Feststoffmaterials im Boden neigt, wobei der Bodenrand der Außenwand in gasdichter Gleitbeziehung zu dem flachen Umfangsbereich des Bodens steht und das untere Teil der Innenwand, um einen Abstand h höher ist als das Unterteil der Außenwand, die Innenwand und die Außenwand sich unabhängig frei um ihre vertikale Achse drehen können und der Boden um seine vertikale Achse angetrieben wird, die zu der Achse der Wände versetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bett auf einer stabilen Betriebsweise gehalten wird, die als ein Zustand definiert ist, bei welchem die Höhe h nicht wesentlich kleiner ist als und nicht wesentlich größer ist als der um Io % unter- bzw. überschrittene Wert, welcher der Beziehung tan 0 = h/a genügt, wobei 0 der wirksame Schüttwinkel des Feststoffmaterials am Boden des Bettes ist.

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2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Bett auf eine geordnete regelmäßige Weise nach unten bewegt, wobei im wesentlichen alle Teile des Bettes in der ringförmigen Kammer einem, im wesentlichen gleichförmigen Behandlungszyklus mit dem Gas wenigstens bezüglich Zeit und Temperatur ausgesetzt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die kritische Betriebsweise dadurch aufrechterhalten wird, daß die Höhe h ansprechend auf den beobachteten Wert eines Parameters des behandelten Feststoffmaterials gesteuert wird, der sich in einer vorher festgelegten Weise mit 0 ändert.
4. 4. Verfahren nach Anspruch' 3» dadurch gekennzeichnet, daß dieser Parameter die Schüttdichte des behandelten Feststoffmäterials ist.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß dieser "Parameter das Verhältnis zwischen der Fraktion des Feststoffproduktes, welches über eine erste vorher festgelegte Größe hinausgeht, und der Fraktion des Feststoffproduktes ist, welche kleiner ist als eine zweite, vorher festgelegte Größe, welche in die Zwischenräume der ersten Fraktion passen "würde.
6. 6. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die kritische Betriebsweise dadurch aufrechterhalten wird, daß die Höhe h ansprechend auf ein

   beobachtetes Ausmaß gesteuert wird, in welchem eine Betriebsbedingung erreicht wird, wobei ein optimales Erreichen dieser Bedingung dem Wert von h entspricht, welcher der Gleichung tan 0 = h/a genügt.

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7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand die Ausrichtung der Linien des maximalen seitlichen Schubs auf die Ringkammer senkrecht zu der Linie ist, welche die jeweiligen Drehmitten des Bodens und des Ringbettes in der Kammer verbindet.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand eine Umfangsnacheilung in der Drehung der Außenwand hinter der des Bodens ist, die gleich der Hublänge ist, wobei diese Länge gleich dem zweifachen Abstand zwischen den jeweiligen Drehmitten des Bodens und des Ringbettes in der Kammer ist·
9. 9» Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand das Auftreten der minimalen Leistungsanforderungen der Vorrichtung ist.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand darin besteht, daß der Abgabemengenstrom linear proportional zum Abstand zwischen den jeweiligen Drehmitten des Bodens und des Ringbettes in der Kammer ist.
11. 11. Verfahren nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Drehzentren im wesentlichen gleich dem mittleren Teilchendurchmesser der behandelten Feststoffe ist und daß die Umdrehungsgeschwindigkeit des Bodens ansprechend auf die festgestellte Betthöhe gesteuert wird, um diese Betthöhe im wesentlichen konstant zu halten·

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12. 12. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand darin besteht, daß die Stelle der maximalen Feststoffabführung am Umfang der Abgabeöffnung in dem Boden auf einer Linie liegt, die. Senkrecht zu der Linie ist, welche die jeweiligen Rotationsmitten·des Bodens und des Ringbettes in der Kammer verbindet.
13. 13· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung darin besteht, daß der mittlere" Gasdruckabfall durch das Bett für eine gegebene Betthöhe ein Minimum ist, während das Bettt stabil ist.
14. lk· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand darin besteht, daß das Feststoffmaterial durch seinen Durchgang durch das Bett gleichförmig verändert wird.
15. 15· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung darin besteht, daß der seitliche Schub an dem Ringbett ein Minimum ist.
16. 16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kritische Betriebsweise automatisch aufrechterhalten wird.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe h automatisch gesteuert wird.
18. 18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Großenlclassierung des Feststoffmaterials

    ' so gesteuert wird, daß sie einer gegebenen Höhe h entspricht. -

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