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Ofen zur thermischen Aufbereitung von stückigem festen Brennstoff
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der thermischen Aufbereitung fester Brennstoffe
und betrifft Öfen zur thermischesl Aufbereitung von stückigem festem Brctnsto-f.
Der erfindungsgemäße Ofen wird am zweckmäßigsten zur Aufbereitung von Bronnschiefen
verwendet.
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Es ist ein Ofen zur thermischen Aufbereitung von stückigem festen
Brennstoff, und zwar von Brennschiefer bekannt, bei dem der letztere im waagerechten,
quergerichteten Strom eines gasförmigen Wärmeträgers verschwelt. wird (s. UdSSR-Urheberschwein
Nr. 407 939, 1973). Im Oberteil dieses Ofens befinden sich eine Schwelzone, welche
eine senkrechte Kammer zum Destillieren des Schiefers enthält, und auch eine Kammer
zum Vorbereiten und Verteilen des Wårmeträgers in der Schwelzone (die heiße Kammer)
sowie eine Kammer zum Sammeln und Ableiten des Dampf-Gas-Gemisches (die kalte Kammer).
Im Unterteil des Ofens befinden sich die Vergasungszone für Schwelkoks und die Kühlzone
für den abgearbeiteten Rückstand. In der Vergasungszone verläuft der Prozeß im.
aufsteigenden Strom des Vergasungsmittels, das in den Ofenunterteil zugeführt wird.
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Der Schiefer wird durch eine Beschickungsvorrichtung in den Oberteil
der Kammer zur Schieferdestillation eingegeben, wo er durch den Wärmeträger, der
eine Temperatur von 600 bis 9000C hat, verschwelt wird. Die für den Prozeß erforderliche
Wärme wird sowohl durch Verbrennen eines Teils des Zirkulationsgases in der heißen
Kammer als auch durch Vergasen des Schwelkokses im Ofenunterteil erhalten. Das Dampf-Gas-Gemisch
strömt aus der Kammer zur Schieferdestillation in die kalte Kammer und wird mit
einer Temperatur von 150 bis 2OO0C über einen im Oberteil der kalten Kammer befindlichen
Gasbzug in die Kondensationsanlage abgeleitet.
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Der verbrauchte Feststoff wird aus dem Ofenunterteil durch eine Entladevorrichtung
eiitfernt und zur Halde weitergeleiw tet. Die Entladevorrichtung (s. US-PS 264 589)
besteht aus einer auf einem Kugeldrucklager rotierenden Schale, in die der Unterteil
des Ofenkörpers eingetaucht ist und die durch einen mechanischen Antrieb mit Schneckentrieb
in Beweglliig gesetzt wird. In die Schale, auf deren Boden sich ein Stabrost mit
Windei.nblaskopf befindet, wird Wasser gegossen, lm einen Wasserverschluß zu erzeugen.
Am Unterteil des in die Schale eingetauchten Ofenkörpers sind pflugartige Kratzmesser
angeschweißt. Bei umlaufender Schale wird der auszuladende Feststoff längs dieser
pflugartigen Messer hochgehoben und in den daneben liegenden Bunker geschüttet,
dessen Ende aus einer Rinne besteht. Der verbrauchte Feststoff wird längs dieser
Rinne auf Förderbänder geleitet und aus der Werkstatt entfernt.
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Ein wesentlicher Nachteil des bekannten Ofens ist sein verhältnismäßig
niedriger Durchsatz, welcher höchstens 200 t Schiefer pro Tag beträgt, so daß die
Aufstellung solcher Öfen eine bedeutende Produktionsfläche erfordert. Einer der
Hauptgründe, welcher bei den bekannten Öfen das Erreichen großer Durchsätze während
der Schieferaufbereitung verhindert, ist die geringe Effektivität der Entladevorrichtungen
dieser Öfen. Die Entladevorrichtungen haben einen niedrigen
Wasserverschluß
(300 bis 400 mm Wassersäule), was verhindert, daß der Ofen mit forcierter Windeinblasung
betrieben wird, sowie eine beg<*enzte Schalendrehgeschwindigkeit, wodurch keine
großen Mengen des verbrauchten Fe.ststoffes ausgeladen werden können. Das Vergrößern
der Höhe des Wasserverschlusses bei den bestehenden Entladevorri chtungen ist technisch
schwer durchführbar, da dies eine Vergrößerung der Schalenhöhe erfordert, wodurch
das Entfernen des verbrauchten Feststoffes aus der Schale bedeutend erschwert znrurde.
Selbst eine geringe Vergrößerung der Drehgeschwindigkeit der Schale ist infolge
ihrer sperrigen Abmessungen ebenfalls unmöglich. Doch selbst wenn diens möglich
wäre, würde es große Schwierigkeiten beim Entfernen des Stoffes aus der Schale hervorrufen,
da hierbei die Reibung zwischen den Innenwänden der Schale und dem auszuladenden
Stoff vermindert wird, so daß der letztere nicht längs den pflugartigen Nessern
hochsteigt.
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Die umlaufenden Schalen sind konstruktiv kompliziert, sperrig und
gewährleisten, wie ihr praktischer Einsatz gezeigt hat, keine gleichmäßige Verschiebung
des aufzubereitenden Schiefers im Ofenquerschnitt, wodurch ein unvollkommenes Verschwelen
des Schiefers und eine Verminderung des thermischen Wirkungsgrades des Prozesses
hervorgerufen werden.
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Außerdem besteht ein Nachteil der erwähnten Entladevorrichtungen in
einem verhältnismäßig großen Wasserverbrauch bei der Bildung dcs Wasserverschlusses,
da der auszuladende Stoff eine bedeutende Wassermenge mitreißt. Hierdurch wird auch
die Förderbarkeit des verbrauchten Feststoffes verschlechtert.
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Letzthin können die umlaufenden Schalen bei Öfen mit hohem Durchsatz,
die im Schwelschacht mehrere Kammern zur Schieferdestillation besitzen, nicht verwendet
werden, da sie konstruktiv kompliziert und außerdem sperrig sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ofen zur thermischen
Aufbereitung von stückigem festem Brennstoff zu schaffen, dessen Entladevorrichtung
bei einfachem Äufbau
und hoher Betriebssicherheit einen großen
Ofendurchsatz in Bezug auf den aufzubereitenden Feststoff bei einer verhältnismäßig
geringen, durch den Ofen eingenommenen Produktionsfläche gewährleistet und außerdem
einen erhöhten thermischen Wirkungsgrad des Prozesses, einen geringeren Wasserverbrauch
zur Erzeugung des lWasscrv-ersclllusses sowie auch eine Automatisierung und Regulierung
des technologischen Prozesses bei der Aufbereitung des festen Brennstoffes ermöglicht.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß beim Ofen zur thermischen
Aufbereitung eines stückigen festen Brennstoffes, der einen Körper mit in Höhenrichtung
in ihm h,.ntereinander angeordneten Schwel- Schwelkoksvergasung s - und Kühlz onen
für den verbrauchten Feststoff, sowie auch Kammern, die zum Zuführen von Gas in
diese Zonen und zum Ableiten des Gas-Dampfb Gemisches aus ihnen eingerichtet sind,
eine Beschick.ungsvorrich-tung zum Eingeben des festen Brennstoffes in den Körper
oberteil und eine Entladovorrichtung zum Entfernen des verbrauchten Feststoffes
aus dem Körperuntertcil besitzt, erfindungsgemäß die Entladevorrichtung aus einem
nach unten zu enger werdenden Bunker mit einem Wasserverschluß besteht, der einen
zylindrischen Boden besitzt, welcher in eine Schrägschurre in der Zone, in der der
verbrauchte Feststoff aus dem Wasserverschluß austritt, übergeht, wobei der Bunker
mit einem hin- und herbeweglichen, sektorförmigen Ausstoßer versehen ist, der mit
Hydraulikzylindern verbunden und über dem zylindrischen Teil des Wasserverschlußbodens
angeordnet ist, und außerdem mit einem Handschrapper ausgerüstet ist, der sich über
der Schrägschurre befindet und mit dem sektorförmigen Ausstoßer kinematisch so verbunden
ist, daß der Handschrapper beim Arbeitshub des sektorförmigen Ausstoßers einen Leerhub
ausführt.
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Zweckmäßigerweise besteht die kinematische Verbindung des sektorförmigen
Ausstoßers mit dem Handschrapper aus einer an ihnen angelenkten Zugstange, deren
Lange so gewählt wird,
daß der Handschrapper in seiner äußersten
Stellung beim Arbeitshub die Austrittskante der Schrägschurre nicht erreicht.
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Die Konstruktion der Entladevorrichtung gewährleistet das Ausladen
des verbrauchten Stoffes aus dem Ofen bei hohem Wasserverschluß der Vorrichtung,
der eine Höhe von 1.000 mm Wassersäule erreicht. Hierdurch werden günstige Bedingungen
für das Aufarbeiten von Feststoff, z.B. Schiefer, bei forcierter Arbeits.ieise geschaffen
und das Erreichen eines Ofendurchsatzes von 1.000 t und rilehr Schiefer im Laufe
eines Tages ermöglicht.
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Der gleichr.1aßige Abwärtsgang des Beschickungsgutes ii Ofen, der
durch das glei.chmäßige Aufladen des verbrauchten Feststoff fes gewährleistet wird,
ermöglicht es, auch das gleichmäßige EraJärmen des Schiefers im Schwelsehacht zu
verbessern sowie hierdurc'.a den thermischen Wirkungsgrad des Prozesses zu erhöhen.
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Die Entladevorrichtung selbst zeichnet sich durch eine einfache Konstruktion
und hohe Betriebssicherheit aus, so daß sie bei Öfen verwendet werden kann, die
im Schwelschacht mehrere Kammern zur Schieferdestillation besitzen. Da die Betriebsgeschwindigkeit
der Vorrichtungsteile in weitem Bereich geändert werden kann, wird die Lösung einer
ganzen Reihe von Fragen bei der Automatisierung des Prozesses wesentlich erleichtert.
Die in der Entladevorrichtung vorgesehene Schrägschurre ermöglicht es, in den Wasserverschluß
einen Teil des Wassers aus dem auszuladenden Stoff zurückzuführen und den Wasserverbrauch
zum Erzeugen eines konstanten Wasserverschlusses zu vermindern.
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Im Ergebnis sind bei den erfindungsgemäßen Öfen im Vergleich zu den
bekannten die Selbstkosten des erhaltenen Harzes während des Aufbereitens von Schiefer
um 20 bis 25% niedriger und die Arbeitsproduktivität 3 bis 4 mal höher als bei den
bekannten Öfen.
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Anhand des in der Zeichnung deirgestellten Ausführungsbeispiels wird
die Erfindung näher erleutert. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer
Darstellung einen Querschnitt durch einen Ofen zur thermischen Aufbereitung von
stückigem festen Brennstoff; und Fig. 2 eine Entladevorrichtung in vergrößertem
Maßstab.
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Der Ofen zur thermischen Aufbereitung von festem Brennstoff, insbesondere
von Brenschiefer, enthält ein Gehäuse 1 (Fig.
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1), in dem in Höhenrichtung hintereinander eine Schwelzone 2, eine
Schwelkoksvergasungszone 3 und eine Kühlzone 4 für den verbrauchten Feststoff angeordnet
sind. In der Schwelzo ne befinden sich zwei Kammern 5 zur Schieferdestillation.
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Hierdurch wird die Verwendung von zwei Entladevorrichtungen erforderlich.
Der Ofen kann jedoch auch nur eine Kammer zur Sehieferdestillation aufweisen und
hat natürlich in diesen Fall nur eine Entladevorrichtung.
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Der Ofen hat eine Kammer 6 (die heiße Kammer) zum Vorbereiten und
Verteilen eines Wärmeträgers längs der Schtrelzone 2 und Kammern 7 (die kalten Kammern),
die zum Sammeln und Ableiten des Dampf-Gas-Gemisches dienen. Die Kammer 6 ist von
den Wammern 5 durch senkrechte Wände 8 aus feuerfestern Material mit Düsen 9 für
den Durchtritt des Wärmeträgers getrennt. Die Kammern 7 sind von den Kammern 5 durch
Metallgitter 10 getrennt.
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Seitenkammern 11 mit Düsen 12 in der Wand 13 aus feuerfestem Material
dienen zum Einführen des Vergasungsmittels oder des Wärmeträgers in die Schwelkoksvergasungszone
3. Die Kammern 6 und 11 sind mit Gasbrennern 14 und Einrichtungen 15 zum Zuleiten
von Zirkulationsgas versehen.
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Die Beschickung des Ofens mit aus Bunkern 16 kommendem Schiefer erfolgt
durch automatische Beschickungsvorrichtungen 17, die zum Dosieren des zugeführten
Schiefers in ihrem Oberteil einen Schieber 18 und im Unterteil einen aufgehängten
Kegel 19 aufweisen, der die Beschickungsvorrichtung 17 vom Oberteil der Kammer 5
zur Schieferdestillation trennt. Das Dampf-Gas-Gemisch wird über Gasabzüge 20 aus
dem Ofen entfernt.
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In der Kühlzone 4 für den verbrauchten Feststoff befinden
sich
eine Einrichtung 21 zum Zuleiten des gekühlten Zirkulationsgases und zwei Entladevorrichtungen
zur Entfernung des verbrauchten Feststoffes.
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Die Entladevorrichtung enthält einen nach unten zu enger werdenden
Bunker 22, der in einen Wasserverschluß 23 eintaucht wld in einem Abstand über dessen
zylindrischem Boden endet.
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Im Spalt zwischen dem Ende des Bunkers 22 und dem Boden des Wasserverschlusses
23 ist ein sektorförmiger Ausstoßer 24 (Fig. 1, 2) hin- und herbeweglich an den
Seitenwänden 25 (Fig. 2) des Wasserverschlusses 23 gelenkig aufgehängt. Die Länge
des sektorförmigen Ausstoßers 2> und die Öffrnrngen des Bunkers 22 werden entsprechend
den Ofenabmessungen gewählt.
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Die Hebel 26 des sektorfürmigen Ausstoßers 24 sind mit den Rolbenstangen
27 zweier hydraulischer Hauptzylinder 28 gelenkig verbunden.
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Der sektorförmige Ausstoßer 24 ist mit einem Handschrapper 29 kinematisch
verbunden, der über einer Schrägsohurre 30 angeordnet ist, in welche der zylindrische
Boden des Wasserverschlusses 23 in der Zone übergeht, in der der Feststoff aus dem
Wasserverschluß 23 austritt. Die kinematische Verbindung des sektorförmigen Ausstoßers
24 und des Uandschrappers 29 erfolgt durch eine an ihnen angelenkte Zugstange 31,
deren Länge so gewählt ist, daß der Handschrapper 29 in der äussersten Stellung
beim Arbeitshub die Austrittskante der Schrägschurre 30 nicht erreicht. Hierdurch
wird der verbrauchte Feststoff wirkungsvoll entwässert.
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Der Handschrapper 29 ist an zwei Hebeln 32 gelenkig befestigt, welche
den Handschrapper 29 bei seinem Leerhub heben. Zum Heben dienen zwei hydraulische
Hilfszylinder 33. Alle Hydraulikzylinder 28, 33 sind parallel geschaltet und so
gewählt, daß der Druck zum Heben und Senken des Handschrappers 29 immer geringer
als der Druck zum Verschieben des sektorförmigen Ausstoßers 24 ist. Unter der Schrägschurre
30 ist ein Bandförderer 34 aufgestellt.
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Fig. 2 zeigt die Lage aller Glieder der Entladevorrichtung nach dem
Beenden des Arbeitshubs des sektorförmigen Ausstoßers 24.
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Der Ofen zur Aufbereitung von festem Brennstoff, insbesondere von
Brennschiefer, arbeitet folgendermaßen.
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Der aus den Bunkern 16 (Fig. 1) kommende, stückige Schiefer wird durch
die Beschickungsvorrichtungen 17 in die Kammern 5 geleitet, wo er durch den Strom
eines gasförmigen Wärmeträgers mit einer Temperatur von 600 bis 9000C erwärmt wird.
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Dieser Strom kommt über Dosen 9 in den senkrechten Wänden 8 aus der
Kammer 6 und durchströmt die herabsinkende Schiefer schicht in Querrichtung. Ein
Teil des Wärmeträgers wid durch Verbrennen des im Unterraum der Kammer 6 zirkulierenden
Gases erhalten. Zu diesem Zweck sind hier die Brenner 14 und die Gaseinführungseinrichtungen
15 vorgesehen. Der andere Teil des Wärmeträgers kommt aus der Vergasungszone 3.
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Aus der Kammer 5 gelangt der Wärmeträger zusammen mit flüch tigen
Verschwelungsprodukten in die Kammern 7 und wird bei einer Höchsttemperatur von
150 bis 200°C über die Gasabzüge 20 abgesaugt. Der Schwelkoks kommt weiterhin in
die Zone 3, wo er durch Einführen eines entsprechenden Vergasungsmittels (Dampf-Luft-,
Gas-Luft- oder Rauch-Luft-Gemisches und möglicherweise Rauchgasen) oder eines Wärmeträgers
(Gemisch aus Rauchgasen mit gekühltem Zirkulationsgas) vergast oder zusätzlich erwärmt
wird. Der Wärmeträger kommt aus den Seitenkammern 11, welche die Brenner 14 und
die Einrichtungen 15 zum Einführen von Zirkulationsgas und auch, wenn dies erforderlich
ist, (aus Fig. 1 nicht ersichtliche) Einführungen für Wasserdampf enthalten.
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Die aus der Zone 3 kommenden Gasströme werden sowohl in die Kammer
6 als auch in die Kammern 7 geleitet, wobei sie das Beschickungsgut gleichmäßig
erwärmen. Die optimale Arbeitsweise in der Zone 3 wird auf experimentellem Wege
gewählt.
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Der verbrauchte Feststoff gelangt aus der Zone 3 in die Zone
4,
wo er durch das Zirkulationsgas, welches über die Einrichtung 21 zugeleitet wird,
auf 80 bis 10000 gekühlt und dann durch die Entladevorrichtung aus dem Ofen ausgeladen
wird.
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Die Entladevorrichtung arbeitet folgendermaßen.
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Beim Wechseln von Arbeitshub auf Leerhub wird der Druck in die kolbenstangenlosen
Hohlräume der hydra.ulischen ITauptzylinder 28 und in die koltbenstangenlosen Hohlräujpe
der hydraulischen Hilfszylinder 33 (Fig. 2) geleitet. Da der erforderliche Druck
zum Senken des Handschiappers 29 geringer als der zum Verschieben des Ausstoßers
24 ist, wird der Handschrapper 29 gesenkt und tritt l.n den auszuladenden Stoff
ein. Naciideu der Handschrapper 29 hrabgeführt ist, steigt der Druck in der Hydraulikanlage,
die Hydraulikzylinder 28 beginnen ihre Tätikeit und der Ausstoßer 24 wird in der
Richtung verschoben, die der Schrägschurre 30 gegenüberliegt. Hierbei verschiebt
der Handschrapper 29 einen Teil des Stoffes längs der Schrägschurre 30. Da der Handschrapper
29 die Austrittskante der Schrcigschurre 30 nicht errecht, wird der Stoff, welcher
auf der Schrägschurre 30 liegenbleibt, wirkurJgsvoll entwässert.
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Der Handschrapper 29 reguliert die Verschiebung des auszuladenden
Stoffes im Oberteil des Wasserverschlusses 23, begrenzt das Niveau des Stoffes und
vermindert hierdurch den Widerstand beim Hervorstoßen des Stoffes unter der Austrittsöffnung
des Bunkers 22.
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Beim Verschieben des Stoffes längs der Schräeschurre 30 fließt das
überflüssige Wasser in den Wasserverschluß 23 zurück, während der verbrauchte und
entwässerte Stoff beim folgenden Hub des Handschrappers 29 auf den Bandförderer
34 gestoßen wird.
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Am Ende des Leerhubes des Ausstoßers 24 wird umgeschaltet.
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Jetzt stehen die kolbenstangenseitigen Hohlräume der hydraulischen
Hauptzylinder 28 und der hydraulischen Hilfszylinder 33 unter Druck. Aus demselben
Grund wie im ersten Fall wird zuerst der Handschrapper 29 gehoben und dann der Ausstoßer
24 in Richtung der Schrägschurre 30 verschoben, wobei die
nächste
Portion des auszuladenden Stoffes herausgestoßen wird, während der Handschrapper
29 im angehobenen Zustand in Richtung der Mitte des Wasserverschlusses 23 verschoben.
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wird.
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Beim Betrieb der Entladevorrichtung sind deren Glieder so miteinander
verbunden, daß während des Arbeitshubes des Ausstoßers 24 der Handschrapper 29 im
angehobenen Zustand einen Leerhub ausführt. Umgekehrt führt beim Leerhub des Åuss-tossers
24 der fiandschrapper 29 im abgesenkten Zustand einen Arbeitshub aus. Bei einer
solchen Verbindung der Glieder wird der Widerstand bei jedem Hub bedeutend vermindert.
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Die Leistung der Entladevorrichtung wird durch ein Drosselventil geregelt,
das in den nicht-abgebildeten Hydraulikantrieb eingeschaltet ist. Die Hydraulikanlage
des Antriebs ermöglicht eine stoßfreie und in weitem Bereich regelbare Arbeitsgeschwindigkeit
der einzelnen Glieder der Entladevorrichtung. Hierdurch werden günstige Bedingungen
für das automatische Regulieren des Prozesses beim thermischen Aufbereiten von Brennstoff
im erfindungsgemäßen Ofen geschaffen.