DE2610015A1

DE2610015A1 - Verfahren und vorrichtung zum brennen von kalkstein

Info

Publication number: DE2610015A1
Application number: DE19762610015
Authority: DE
Inventors: Terence Arthur Rourke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-03-17
Filing date: 1976-03-10
Publication date: 1976-09-30
Also published as: US4031183A; IN142431B; DE2610015B2; DE2610015C3

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF DIPL.-ING. SCHWaBH DR. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE 2 6 1 Ω O

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 8602 45

Anwaltsakte 26 888.' 10. März 1976

Terence Arthur Rourke R.R. 3» Nelson, B.C. / Kanada

Verfahren und Vorrichtung zum Brennen von Kalkstein

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Brennen von Kalkstein und betrifft insbesondere einen neuartigen Vertikalofen zum Brennen von Kalkstein sowie ein Verfahren für den Betrieb desselben.

609840/0744

8 Manchen 80, MauerkircherstraQe 45' Banken: Bayerische Vereinsbank München 4S3100

Telegramme: BERGSTAPFPATENT München Hypo-Bank München 3892623 TELEX: 0524560 BERG d Postscheck München 65343-808

ORtGIMAL

Der Ausdruck Kalkstein bezeichnet im allgemeinen Karbonatgestein oder -fossilien, vorzugsweise aus Kalziumkarbonat oder einer Kombination von Kalzium- und Magnesiumkarbonat mit größeren oder kleineren Mengen von Verunreinigungen Wie Kieselerde und Tonerde. Der durch Brennen von Kalkstein gewonnene Kalk wird als Branntkalk oder gelöschter Kalk verwendet. Beim Brennen des Kalksteins zu Branntkalk werden Wasser und Kohlendioxid freigesetzt. Durch Zursatz von Wasser zum Branntkalk oder Kalziumoxid erhält man Kaiziumhydroxid, d.h. gelöschten Kalk. Kalkstein, Branntkalk und gelöschter Kalk haben gewisse Ihnlichkeit im Hinblick auf Eigenschaften und Verwendung. Die Erfindung schafft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von Branntkalk.

Dieser ist seit vielen Jahrhunderten bekannt und wird weltweit jährlich in großen Mengen für die verschiedensten Zwecke, etwa als Flußmittel für Metalle oder als Absorptionsmittel verbraucht. In seiner Verwendung als industrielle Chemikalie steht Branntkalk allein der Schwefelsäure nach.

Ebenso vielfältig wie die Verwendungsarten von Branntkalk sind die zu seiner Herstellung entwickelten Verfahren und Vorrichtungen von der alfeaegyptisehen Zeit bis heute. Die Herstellungsverfahren reichen vom Brennen von aufgehäuftem Kalkstein bis zur Verwendung von chargenweise oder kontinuierlich arbeitenden Vertikalöfen, waagerechten Drehofen, Fließbettöfen,und Ringöfen. Je nach den Kosten und der Verfügbarkeit von Brennstoffen sind solche öfen für

609840/0744

den Betrieb mit Holz, öl, Kohle, Koks oder Erdgas eingerichtet, wobei jeweils angestrebt wird eine möglichst große Ausbeute an Branntkalk bei einem gegebenen Aufwand an Wärme zu erzielen. Dabei muß außerdem die zugeführte Wärme möglichst gleichmäßig verteilt und müssen übermäßig hohe Flammtemperaturen vermieden werden. Die meisten modernen Verfahren lassen sich in drei Stufen unterteilen, nämlich Vorwärmen, Brennen und Abkühlen. Die beim Kühlen anfallende Wärme wird so weit wie möglich für die Vorwärmung mit Luft verwendet, so daß nur zum eigentlichen Brennen Brennstoff zugeführt wird. Es wurde berechnet, daß für die Umwandlung von 100% reinem Kalziumkarbonat zu Branntkalk eine theoretische Mindestwärmemenge von 687,514- Kcal/kg notwendig ist, zuzüglich 397»12 kcal/kg zum Erwärmen des Gesteins auf die Brenntemperatur von 898 ⁰C. Die für die Vorwärmung erforderliche Wärmemenge wird jedoch gewöhnlich vernachlässigt, da sie theoretisch nur zu Beginn für das Vorwärmen der ersten Charge aufgewendet wird, worauf die folgenden Chargen dann mit der Wärme der beim Brennen freigesetzten Gase vorgewärmt werden. Ein Wirkungsgrad von 100% ist jedoch hauptsächlich aus drei Gründen nicht erzielbar. Erstens ist 100% reiner Kalkstein nicht verfügbar. Zweitens ist das Brennen von Kalk ohne einigen Wärmeverlust nicht möglich, und drittens ist auch das vollständige Durchbrennen der Kalkstexnbrocken ohne Rekarbonisation praktisch nicht möglich. Im Laufe der Jahre wurde der Wärmebedarf der verschiedenen Arten von Brennofen stetig verringert und beträgt heute bei modernen Drehofen etwa

609840/0744

1365 bis ca. 2482 kcal/kg, bei Azbe-Vertikalöfen etwa 1241 bis 1737 kcal/kg, bei Doppel-Vertikalöfen ca. 1017 Kcal/kg, bei Calcimatic-Drehherdöfen etwa 1265 bis 1365 kcal/kg, bei Schmid-Hoffer Regenerieröfen etwa 794 kcal/kg und bei Brennöfen mit gemischter Zufuhr etwa 744- bis 1241 kcal/kg.

Die Erfindung schafft einen Vertikalofen zum Brennen von Kalkstein mit einem geringeren Wärmebedarf als bisher für möglich gehalten wurde, sowie ein Verfahren zum Herstellen von Branntkalk in einem neuartigen Vertikalofen unter Aufwendung einer dem theoretischen Minimum angenäherten Wärmemenge .

In einer Ausführungsform schafft die Erfindung ein Verfahren für die kontinuierliche Herstellung von Branntkalk aus Kalkstein in einem Vertikalofen und sieht dabei vor, daß Kalkstein in Brocken mit einer Größe bis zu ca. 125 mm am oberen Teil des Ofens zugeführt wird, so daß er sich darin abwärts bewegt, daß eine für die Verbrennung ausreichende Luftmenge im Gegenstrom zur Bewegung des Kalksteins eingeblasen wird, ein Brennstoff über eine Anzahl von entlang dem Umfang des Ofens verteilten Injektoren zugeführt wird und Branntkalk am unteren Ende des Ofens abgeführt wird, wobei ferner vorgesehen ist, daß die Injektoren in einigem Abstand oberhalb des unteren Endes des Ofens in einer einzigen Ebene angeordnet sind und daß der zum Brennen des Kalksteins verwendete Brennstoff in einer vorbestimmten Reihenfolge von den einzelnen Injektoren mit einem relativ hohen Druck, einer Folge von 100 bis 500 Injektionen pro

609840/0744

Injektor und Minute und jeweils über eine Dauer von 0,02 und 0,2 see pro Injektion injiziert wird, so daß eine anfänglich laminare Strömung von Brennstoff und Luft im Ofen erzeugt wird.

In einer anderen Ausführungsform schafft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen von Branntkalk mit einem hitzebeständig ausgekleideten senkrechten Schacht, einer Beschickungseinrichtung, einer Brennstoffzuführeinrichtung, einer Luftzufuhreinrichtung, Abgaseinrichtungen und Einrichtungen zum Abführen des Branntkalks von der Vorrichtung, welche im übrigen gekennzeichnet ist durch mit dem unteren Ende des Schachts verbundene, die Einrichtungen zum Abführen des Branntkalks einschließende Kühleinrichtungen, durch einen zwischen der Kühleinrichtung und dem Schacht angeordnetes, eine Trennwand dazwischen bildenden Abzugboden, durch eine quer zum unteren Ende des Schachts angeordnete Abzugscharre zum Befördern von auf dem Abzugboden liegendem Material in die Kühleinrichtung, durch eine Anzahl von in einer im wesentlichen waagerechten Ebene oberhalb des unteren Ende des Schachts um dessen Umfang herum verteilten Brennstoffinjektoren und durch Einrichtungen für die Brennstoffspeisung der Injektoren mit relativ hohem Druck in einer Folge von 100 bis 500 Injektionen pro Minute.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand des Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm für die Berechnung des thermischen Wirkungsgrads eines Ofens aus der Analyse der

609840/0744

2610Q15

Abgase (Aus Azbe, Rotary Kiln Evaluation and Development, Rock Prod. Mar. 1954)

Pig. 2 eine schematisierte Sclmittansicht eines bekannten Azbe-Vertikalofens großer Kapazität,

Fig. 3 eine schematisierte Schnittansicht eines Aton-Hansen-Impulsbrennerofens,

Fig.3a eine schematisierte Darstellung der zyklischen Brennst off Injektionen in einem Ofen nach Fig. 3»

Fig. 4 eine vereinfachte Schnittansicht des unteren Teils eines erfindungsgemäßen Brennofens und

Fig. 5 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Brennofens im Schnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 4.

Fig. 1 zeigt ein Diagramm für die Berechnung des thermischen Wirkungsgrads eines Brennofens aus der Analyse der Abgase, wie sie im einzelnen in: Boynton, "Chemistry and Technology of Lime and Limestone", John Wiley & Sons, 1966 beschrieben ist. Es sei angenommen, daß ein Branntkalk mit hohem Kalziumgehalt unter Verwendung von hochwertiger Kohle in einem in Fig. 2 dargestellten Azbe-Brennofen gebrannt wird und daß die Abgase 2,5% O₂ (A) und 30,1% CO₂ (B) enthalten. Eine von A ausgehende waagerechte Linie schneidet eine von B ausgehende Senkrechte an einem Punkt C. Zur Berücksichtigung der 2,5% O₂ wird eine aequivalente Menge CO₂ herangezogen, indem eine Linie vom Punkt C parallel zu den Führungslinien abwärts an einem Punkt D entsprechend 34,2% gezogen wird. Die Senkrechte wird bis ,an einen Punkt E verlängert, an welchem sie eine Kennlinie für die als Brennstoff verwendete Kohle sfahneidet. Für an-

609840/0744

dere Brennstoffe wie Koks, Öl und Erdgas sind weitere . Kennlinien vorhanden, welche die unterschiedlichen Wärmewerte berücksichtigen. Eine von E zu einem Punkt F an der linken Ordinate gezogene Waagerechte läßt einen Wärmeaufwand von 14-39 »56 Kcal/kg erkennen. Bei einem CaO-Gehalt des Produkts von 95% wird von F eine Diagonale zu·..einem Punkt G gezeogen, an welchem sie die Senkrechte für 95% CaO schneidet. Schließlich läßt eine von G nach einem Punkt H gezogene waagerechte Linie einen Netto-Wärmeaufwand von 1389»92 kcal/kg erkennen. Enthalten die Abgase auch GO, so kann dies am Punkt B berücksichtigt werden, indem für jedes Prozent CO 0,5% COp hinzugerechnet werden.

Bei einer Verbrennung mit Luftüberschuß kann sich der COp-Gehalt der Abgase verringern, während sich der Op-Gehalt erhöht. Unvollständige Verbrennung bewirkt eine Verringerung des COo-Gehalts und die Bildung von CO. Da in diesen beiden Fällen Wärme verloren geht, ist die Ermittlung der aequivalenten COp-Menge insofern wichtig, als sich daraus die bei ausgeglichener Verbrennung ohne Luftüberschuß theoretisch vorhandene COp-Menge ergibt. Je höher, insgesamt betrachtet, der COp-Gehalt der Abgase ist, um so höher ist der thermische Wirkungsgrad.

Der in Fig. 2 dargestellte bekannte Azbe-Vertikalofen hat einen mit Ziegelwerk ausgekleideten Schacht 1, eine ölbrenn- ; kammer 3» Lufteinlässe 5» ein Heißluft-Umlaufsystem mit Heißluftauslässen 7> Heißluftgebläsen 9, 11 und Einlassen ΐ

13 für die zurückgeführte Heißluft, eine über ein Becher-

609840/0744

werk 19 mit einer Rutsche gespeiste Beschickungseinrichtung 17 und eine hydraulische Auszugkratze 21 zum Abziehen von Branntkalk am Boden des Ofens und Zuführen desselben zu einem Förderband 23· Während der gezeigte Ofen für ölfeuerung eingerichtet ist, sind für die Umstellung auf den Betrieb mit Gas, Holz oder Kohle nur geringfügige Änderungen erforderlich. Falls Holz zu tragbaren Kosten verfügbar ist, wäre es der ideale Brennstoff für einen Ofen dieser Art, da es eine längere Flamme erzeugt als andere feste, flüssige oder gasförmige Brennstoffe, so daß die Wärme in größerer Tiefe der Steinmasse freigesetzt und eine größere Brennzone bei niedrigeren Temperaturen geschaffen wird. Dadurch erhöht sich die Kapazität des Ofens auf das größtmögliche Maß und das Brennen des Kalks vollzieht sich gleichmäßig und behutsam. Bei der Verbrennung von Holz entsteht mehr Dampf als bei der Verbrennung anderer Brennstoffe, so daß sich die Temperatur der zum Brennen verwendeten Flamme verringert. Die niedrigere Temperatur verringert ihrerseits die Gefahr des Überbrennens. Daher besteht bei der durch Kosten oder Verfügbarkeit bedingten Verwendung anderer Brennstoffe das Bestreben, die Verbrennungscharakteristik möglichst ähnlich der von Holz zu gestalten. Von allen den Wirkungsgrad des Kalkbrennens beeinflussenden Faktoren ist die gesteuerte, langsame Freisetzung der Wärme im Ofen wahrscheinlich der wichtigste. Auf dieses Ziel sind vielfache Bemühungen einschließlich der vorliegenden Erfindung gerichtet.

609840/0744

Die Versuche, die Verbrennungseigenschaften von Holz nachzuahmen, umfassen u.A. die Anwendung der Impuls-Verbrennung in einem Aton-Hansen-Vertikalofen der in Fig. 3 dargestellten Art, wie sie von R.Rittmann in Zement-Kalk-Gips, Nr. 5> 1970 beschrieben ist. Ein mit Kalkstein in Brocken von 50 bis 100 mm Größe und darüber beschickter Vertikalofen 51 hat eine Anzahl von Brennern oder Einspritzdüsen 52 mit einem Durchmesser von 0,5 bis 1,5 mm» welche in zwei, drei oder vier parallelen waagerechten Ebenen 53» 54-, 55 angeordnet sind. Vorzugsweise sind in Jeder Ebene drei in gleichmäßigen Abständen entlang dem Umfang des Ofens angeordnete Brenner vorhanden, wobei jedoch die Brenner einer Ebene in Umfangsrichtung gegenüber denen der beiden anderen Ebenen versetzt sind (Fig. 3a)· Die ölzufuhr zu den einzelnen Brennern ist mittels eines elektronischen Steuergeräts 56 so gesteuert, daß die einzelnen Brenner in jeder Ebene nacheinander einen Einspritzimpüls erhalten. So werden bei einem ersten Arbeitstakt beispielsweise die Brenner 1, 2, 3 in den Ebenen 55 bzw. 54- bzw. 53 gespeist, beim zweiten Arbeitstakt werden die Brenner 1, 3, 2 der Ebenen 53 bzw. 54- bzw. 55 und beim dritten Arbeitstakt die Brenner 2, 1, 3 in den Ebenen 53 bzw. 54- bzw. 55 gespeist. Das öl wird von den Brennern verdampft und vermischt sich mit von unten her zugeführter Verbrennungsluft 58, so daß während etwa eines Drittels jedes vollständigen Arbeitsspiels eine etwa nierenförmige Verbrennungszone vor jedem Brenner gebildet wird. Dieses Verfahren der Impulsverbrennung erfordert angeblich

609840/0744

weniger als 1000 kcal/kg Kalk und ermöglicht die Herstellung von ca. 13 »4-55 t Branntkalk pro m Ofenquer schnitt und Tag. Wegen Eindringschwierigkeiten und den zum Halten der Brennznnen nahe an'den Brennern erforderlichen nieddrigen Drücken ist dieses Verfahren jedoch auf Kalkstein in relativ großen Brocken beschränkt. Selbst mit der Anordnung der Brenner in drei Ebenen ist die nachstehend beschriebene, erfindungsgemäße laminare Strömung des Brennstoffs nicht erzielbar. Eine solche Strömung ist jedoch besonders geeignet für einen hohen Durchsatz bei geringstmöglichem Wärmeaufwand. Bei dem beschriebenen Aton-Hansenverfahren sind die einzelnen Brennstoffimpulse oder -stoße bei der üblichen Verwendung von öl relativ lang im Vergleich zur Dauer eines vollen Arbeitsspiels und werden mit relativ niedrigem Druck abgegeben.

Der Ausdruck laminare Strömung ist hier für die Beschreibung eines dreistufigen Verbrennungsvorgangs verwendet. In der ersten Stufe wird der Brennstoff nahezu schlagartig über eine Dauer von 0,02 bis 0,2 see mit einem relativ hohen Druck von etwa 141 bis 1120 kp/cm , vorzugsweise

von ca. 422 bis 562 kp/cm , gemessen an der Düse, durch jeweils eine von mehreren in einer einzigen Waagerechten Ebene entlang dem Umfang des Ofens angeordneten Düsen eingespritzt. Die Düsen spritzen den Brennstoff in einer vorbestimmten Reihenfolge in die jeweils davor liegende Masse des heißen Kalksteins, so daß dieser Bereich unter Ausschluß jeglicher Verbrennungsluft von dem Brennstoff überschwemmt wird. In der zweiten, auf den kurzen Einspritz-

609840/0744

•impuls folgenden Stufe verstreicht eine relativ längere Zeit bis zum nächsten EinspritzVorgang. Während dieser Zeit bewegt sich die Verbrennungsluft aufgrund des zwischen dem unteren und dem oberen Ende des Ofens herrschenden Druckunterschieds aufwärts und verdrängt die darüber liegende, brennstoffgesättigte Zone. In der dritten Stufe findet eine stetige Vermischung zwischen Verbrennungsluft und Brennstoff im Grenzbereich zwischen der Luft- und der Brennstoffzone statt, so daß die Verbrennung einsetzt und Wärme an einer von der Einspritzdüse entfernten Stelle langsam freigesetzt wird. Diese Vorgänge wiederholen sich anschließend an der nächsten Einspritzdüse der Reihenfolge-. Das schnelle, pulsierende Einspritzen des Brennstoffs in ein Bett aus glühendem Kalkstein bewirkt praktisch eine Folge von relativ schwachen Explosionen innerhalb des Ofens, ähnlich wie dies bei der Zündung der Zylinder einer Brennkraftmaschine der Fall ist. Diese Explosionen unterstützen die Durchmischung der Verbrennungsgase und der Verbrennungsluft mit dem Kalkstein. Außerdem tragen die dabei entstehenden Stoßwellen dazu bei, unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten der Gase in Durchlässen der Ofenecharge mit unterschiedlichem Strömungswiderstand auszugleichen.

Bei Kalk tritt bekanntlich ein Oberflächen-Verbrennungseffekt auf, bei welchem Verbrennungsluft und Brenngas scheinbar von den porösen Oberflächen adsorbiert werden und so verbrennen, daß Wärme ohne einen wahrnehmbaren Verbrennungsvorgang di-rekt absorbiert wird. Da der Ofen kontinuierlich arbeitet, bewegen sich Kalk und Kalkstein dauernd

609840/0744

abwärts entgegen den aufwärts strömenden Gasen, so daß eine gründliche Vermischung von Brennstoff und Luft stattfindet. Die Vermischung wird weiterhin begünstigt durch das pulsierende Einspritzen des Brennstoffs in zeitlichen Abständen aus den einzelnen Einspritzdüsen, welches wechselnde waagerechte Verschiebungen in den Strömen von Verbrennungsluft und Gasen hervorruft.

Die Brenngeschwindigkeit ist weitgehend durch die zeiliche Steuerung der Einspritzimpulse sowie durch die Einspritzmenge bestimmt. Eine schnelle Einspritzfolge mit kleineren Einspritzmengen sowie Luftüberschuß bewirkt in Abhängigkeit von anderen Faktoren wie Größen und Art des Kalksteins und den Abmessungen des Ofens eine schnellere Freisetzung der Wärme.

Zur Erzielung der vorstehend beschriebenen laminaren Strömungsverhältnisse ist ein in Fig. 4 und 5 schematisch dargestellter Ofen mit einer Öl-Einspritzanlage eines gewöhnlichen Dieselmotors versehen. In einer praktischen Ausführung eines solchen Ofens wurde eine gerade verfügbare Einspritzanlage eines Sechszylinder-Dieselmotors verwendet, wobei jedoch nur vier der sechs Einspritzventile am Ofen angebracht wurden. Die Art und Anzahl der verwendeten Einspritzventile hängt von der Konstruktion des Ofens ab und ist in keiner Weise kritisch für den Betrieb eines Impulsbrennerofens der beschriebenen Art.

Wie man in Fig. 5 erkennt, hat der Ofen einen senkrechten Schacht 30 mit rechteckigem Querschnitt. Der Schacht 30 hat

609840/0744

einen Stahlmantel 31 mit einer Auskleidung 32 aus basischen Ziegeln etwa der als "MAGNECON" bekannten Art. Der Schacht 30 ist durch (nicht gezeigte) Stützen in senkrechter Stellung gehalten und mit einem trichterförmigen Bodenstück aus Stahlblech verbunden. Dieses hat etwas größere Außenabmessungen als der Schacht und weist eine Luftschleuse zum Austragen des Brannkalks auf. Etwas unterhalb des unteren Endes des Schachts 30 ist im Bodenstücke 33 ein■Abzugboden 35 angeordnet, welcher etwas größere Abmessungen hat als der Schacht und das gebrannte Material 36 trägt, bevor es durch einen entlang dem Umfang verlaufenden Auslaß 38 in eine im Bodenstück 33 gebildete Kühlkammer 37 fällt. Ein hydraulischer Abzugzylinder 39 dient der Betätigung einer sich entlang dem Boden 35 b-in und her bewegenden Abzugscharre 40, welche das gebrannte Material abwechselnd über die Ränder des Bodens 35 und durch den Durchlaß 38 hindurch in die Kühlkammer 37 befördert. Kalkstein mit Brockengrößen imrBereich von ca. 8 bis 16mm, 16 bis 32 mm, 32 bis 63 mm und/oder 63 bis 127 mm in einem Sortierungs verhältnis von 1:2 wird mittels (nicht gezeigter) herkömmlicher Beschickungseinrichtungen in das obere Teil 42 des Schachts 30 eingetragen und bildet in diesem eine auf dem Boden 35 ruhende, gasdurchlässige Säule. Die Brockengröße des Kalksteins beträgt gewöhnlich bis zu etwa 63 mm,, je nach den Abmessungen des Ofens und dem Brennverfahren können jedoch auch Größen bis ca. 127 mm verarbeitet werden. Von einem (nicht gezeigten) Kompressor zugeführte Verbren*· nungsluft wird über ein Ventil 49 und einen Einlaß 41 in

609840/0744

die Kühlkammer 37 eingeblasen, so daß darin ein Überdruck von ca. 115 mm Ws aufrechterhalten wird. Die Verbrennungsluft strömt aufwärts durch die Duchlässe 38 und erwärmt sich unter Abkühlung des sich abwärts bewegenden Branntkalks, so daß dieser mit einer Temperatur von ca. 38 bis über die Luftschleuse 34 austritt. Die Luft wird in einer für die Verbrennung ausreichenden Menge zugeführt, wobei der Sauerstoffgehalt der Abgase bei einem größtmöglichen Wirkungsgrad im wesentlichen gleich Kuli sein soll. In jedem Falle soll der Sauerstoffgehalt vorzugsweise unter etwa 5% liegen, wobei dann die Luftzufuhr durch Überwachung und Analyse der Abgase gesteuert werden kann.

Der Brennstoff wird in einer bestimmten Impulsforlge mit einem Druck von ca. 141 bis IO5O kp/cm vorzugsweise von ca. 422 bis 562 kp/cm über herkömmliche federbelastete Einspritzventile 43, 44, 45 und 46 mit einer Düsenöffnung von ca. 0,075 nra in die Kalksteincharge eingespritzt, worauf er sich aufwärts bewegt und mit der kontinuierlich* aufwärts strömenden, vorgewärmten Luft vermischt, bis er sich schließlich entzündet und mit langer Flamme verbrennt. Wie vorstehend angedeutet ist die impulsweise erfolgende Brennstoffzufuhr und die dadurch erzielte laminare Strömung ein wesentliches Merkmal der Erfindung und kann auf verschiedene bekannte Weise erzielt werden. Aus praktischen Gründen erweist sich die mit einer Pumpe 47 arbeitende Einspritzanlage 48 äines Dieselmotors als besonders zweckmäßig. Ein herkömmlicher Dieselmotor hat die Zündfolge 1^563-6-2-4. Zur Erzielung einer laminaren Strömung von

609840/0744

Luft und Brennstoff im Schacht arbeitet die Einspritzanlage vorzugsweise mit einer simulierten Motordrehzahl von 200 bis 1000 U/min, so daß also jedes Ventil 100 bis 500 mal pro Minute einspritzt. Bei dem in Fig. 4 und 5 dargestellten Ofen, welcher für eine Leistung von 5 to/Tag ausgelegt ist und einen Schachtquerschnitt von ca. 305 x 610 mm bei einer Höhe von 2,438 m hat entsprechen die Einspritzventile 43, 44, 45 und 46 denen der Zylinder 1 bzw. 5 bzw. bzw. 2. Der sonst für die Zylinder 3 und 4 bestimmte Brennstoff wird nicht benötigt und wird zum Brennstoffbehälter zurückgeleitet. Bei öfen mit größeren Abmessungen können je nach der Querschnittsform und der zum Brennen der Charge benötigten Brennstoffmenge aus sechs, zwölf oder mehr Einspritzventile notwendig sein.

Im folgenden ist die Arbeitsweise eines Brennofens der vorstehend beschriebenen Art erläutert. Der Ofen hat einen 2,438 m hohen Schacht mit einer ca. 75 mm dicken Auskleidung aus basischen, feuerfesten Ziegeln und einem Innendurchmesser von 305 x 610 mm, sowie einen sich um ca. 200mm abwärts über die Auskleidung hinweg erstreckenden Kuhlabschnitt aus Stahl. Vier Einspritzventile sind 305 mm über dem unteren Ende der feuerfesten Auskleidung angeordnet, und Luft wurde in die Kühlkammer eingeblasen, um einen Innendruck von 108 mm Ws aufrechtzuerhalten. Der Schacht wurde am oberen Ende mit Kalkstein aus den Shawinigan Mines, Bedford, Quebec, Kanada, mit einem Gehalt von 98 - 99% CaCO, in einer Sortierung von ca. 16 bis ca. 32 mm beschickt. Über die Einspritzventile wurde Heizöl Nr. 6 mit 240 Impulsen

Β098Α0/07ΛΛ

Ib —

pro Ventil und Minute eingespritzt und entzündet. Fach Erreichen eines stabilen Betriebs wurden die folgenden Temperaturen abgelesen:

tabelle 1

	Ventilen	Temperatur	⁰C
f Meßstelle	Ventilen	1010	⁰C
305 mm über	Ventilen	843	⁰C
1165 mm über		788	⁰C
1372 mm über	Austrag Branntkalk	121	°C
Abgas		66

Für den fortlaufenden Austrag des Branntkalks aus dem Ofen wurde die Austragescharre bei 1 min 40 see pro Hin- und Herbewegung betrieben. Auf diese Weise wurden 5 to CaO pro 24- h mit einem Brennstoffverbrauch von ca. 13 »13 l/h erzeugt. Unter Zugrundelegung eines Wärmewerts von 10 323 Kcal/1 für Heizöl Nr. 6 ergibt sich somit ein Wirkungsgrad von · 640,32 kcal/kg.

Das Produkt enthielt ca. 90% CaO, so daß also der Hetto-Wirkungsgrad 711,466 kcal/kg betrug.

Die Abgase wurde während 24 h jede Stunde analysiert. Die Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle 2 zusammengefaßt.

609840/0744

Tabelle 2

Zeit	Brennstoff	Einspritzungen	Luft	CO₀	0	CO
		Ventil/min	mm Hg	d.
•14_yoo				20,1	5	0
15,oo				25	0	1
16,oo				27	0	2
17,oo	Öl Nr. 2	240	57,15	31	2	0
18,oo	2	240	57,15	30	1	0
19,oo	2	240	57,15	30	2	0
20,oo	2	240	50,8	29	0	2
22,3o	2	240	88,9	30	3	0
O3900	2	240	95,25	32	5	0
02,oo	2	240	95,25	33	4	0
03,oo	2	240	101,6	32	4	0
04,oo	² :	240	104,6	33	5	0
05,oo	2	240	95,25	34	4	0
06,oo	2	240	108,0	33	6	0
07,oo	2	240	108,0	32	5	0
07.30	Öl Nr. 6 ;	2#0	108,0	33	4	0
08,3o	6	240	108,0	34	6	0
09,15	6 ' I	240	108,0	33	5	0
10,3o	6	220	108,0	30	2	0
10,45	6	220	108,0	32	5	0
13,oo	6	220	101,6	34	4	0

Die Daten der Abgasanalyse können in das in Fig. 1 dargestellte Diagramm.eingesetzt werden und erlauben so eine vom Brennstoffverbrauch ausgehende Überwachung des thermischen Wirkungsgrads. So seien· beispielsweise die Daten für die Analyse um 07,3o Uhr mit 33% CO₂, 4% O₂ und 0% CO bei Verwendung von öl Nr. 6 als Brennstoff in Fig. 1 eingesetzt. Ausgehend von dem Punkt A' entsprechend 4% O₂

609840/0744

gelangt man über die Punkte B¹, C, D¹, E¹, F¹, G-¹ und H¹ in der vorstehend beschriebenen Weise zu dem Ergebnis, daß bei einem Endprodukt mit 90% CaO der thermische Wirkungsgrad bei 806,65 kcal/kg Branntkalk liegt. Daraus ergibt sich eine bemerkenswerte Übereinstimmung mit den auf dem Brennstoffverbrauch;beruhenden Berechnungen, sowie eine beträchtliche Verbesserung des Wirkungsgrads gegenüber bekannten öfen.

Die Erfindung ist vorstehend zwar im Hinblick auf das Brennen von Kalk unter Verwendung von Öl als Brennstoff beschrieben, der Brennofen kann jedoch im Rahmen der Erfindung auch anders als beschrieben ausgeführt sein, und das erfindungsgemäße Brennverfahrren ist auch für andere Stoffe anwendbar. So kann ein solcher Ofen etwa für die thermische Zersetzung von Stadtmüll oder sonstigen Abfällen verwendet werden. Als Brennstoff sind Erdgas oder andere Brenngase geeignet, sowie auch feste Brennstoffe wie etwa Staubkohle oder -koks mit einem Gas oder einer Flüssigkeit als Träger.

609840/07 A4

Claims

Patentansprüche;

Λ J Verfahren für die kontinuierliche Herstellung von Brannkalk aus Kalkstein in einem Vertikalofen, bei welchem Kalkstein in Brocken mit einer Größe bis zu ca. 125 mm am oberen Teil des Ofens zugeführt wird, so daß er sich darin abwärts bewegt, eine für eine Verbrennung ausreichende Luftmenge im Gegenstrom zur Bewegung des Kalksteins eingeblasen wird, ein Brennstoff über eine Anzahl von entlang dem Umfang des Ofens verteilten Injektoren zugeführt wird und Branntkalk am unteren Ende des Ofens abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektoren in einigem Abstand oberhalb des unteren Endes des Ofens in einer einzigen waagerechten Ebene angeordnet sind und daß der zum Brennen des Kalksteins verwendete Brennstoff in einer vorbestimmten Reihenfolge von den einzelnen Injektoren mit einem relativ hohen Druck, einer Folge von 100 bis 500 Injektionen pro Injektor und Minute und jeweils über eine Dauer von 0,02 bis 0,2 see pro Injektion injiziert wird, so daß eine anfänglich laminare Strömung von Brennstoff und Luft im Ofen erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff ein Brennöl, ein natürliches oder künstliches Gas und/oder Staubkohle verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff unter einem Druck von 141 bis 1050 kp/cm injiziert wird.

609840/0744
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff mit einem Druck von

422 bis 562 kp/cm injiziert wird.
5. "Vorrichtung zum Herstellen von Branntkalk mit einem hitzebeständig ausgekleideten senkrechten Schacht, einer Beschickungseinrichtung, einer Brennstoffzuführeinrichtung, einer Luftzufuhreinrichtung, Abgaseinrichtungen und Einrichtungen zum Abführen des Branntkalks von der Vorrichtung, gekennzeichnet durch eine mit dem unteren Ende des Schachts (30) verbundene, die Einrichtungen (34) zum Abführen des Branntkalks einschließende Kühleinrichtung (37), durch einen zwischen der Kühleinrichtung und dem Schacht angeordneten, eine Trennwand dazwischen bildenden Abzugboden (35), durch eine quer zum unteren Ende des Schachts angeordnete Abzugscharre (39,40) zum Befördern von auf dem Abzugboden liegendem Material in die Kühleinrichtung, durch eine Anzahl von in einer im wesent·*- lichen waagerechten Ebene oberhalb des unteren Endes des Schachts um dessen Umfang herum verteilter Brennstoffinjektoren (43 bis 46) und durch Einrichtungen (47) für die Brennstoffspeisung der Injektoren mit einem relativ hohen Druck in einer Folge von 100 bis 500 Injektionen pro Minute.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schacht (30) rechteckigen Querschnitt hat.

609840/0744
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffinjektoren an einander gegenüberliegenden Seiten des Schachts (30) angeordnete Düsen (43 bis 46) sind.
8. "Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7y dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für die Brennstoffspeisung für Brennstoff-Injektionen von jeweils 0,02 bis 0,2 see Dauer eingerichtet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für die Brennstoffspeisung eine steuerbare Pumpeinrichtung (47) aufweist.

609840/0744

ι ^W ■

Leerseit