DE2624970B2 - Schachtofen zur Kalzinierung und Röstung von pulverförmigem Gut in der Wirbelschicht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schachtofen zur Kalzinierung und Röstung von pulverförmigem Gut in der Wirbelschicht, insbesondere zur Vorkalzinierung und -röstung von in einem Drehrohrofen wärmezubehandelndem Gut mit Hilfe des aua dem Drehrohrofen austretenden Abgases, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Schachtofen ist aus der US-PS 38 81 862 bekannt. Dabei erfolgt die Zufuhr der Verbrennungsluft in den unteren Bereich des Ofenschachtes hinein, während das Röstgas im Ansch-jß an die eigentliche Verbrennungszone in einem Mittelbereich des Schachtes eingeführt wird, wo eine Vt nischung mit den Verbrennungsgsasen erfolgt. Durch die Verbrennung des Brennstoffes in der Verbrennungsluft ohne Beimischung der Röstgase wird eine Verbrennung mit hohem Wirkungsgrad erzielt. Jedoch tritt dabei eine große Menge von Stickoxiden, welche in der Hochtemperaturverbrennung im Drehrohrofen erzeugt und im Röstgas enthalten sind, nicht durch die eigentliche Verbrennungszone hindurch, so daß diese Stickoxide nicht reduziert oder zersetzt werden und in hoher Konzentration im Abgas des Prozesses der Umgebung zugeführt werden.

Zwar könnte, wie dies beispielsweise aus der DE-PS 9 71 232 bekannt ist, dieses Problem dadurch umgangen werden, daß das Röstgas bereits vor der Verbrennung der Verbrennungsluft zugemischt wird, so daß die Stickoxide in der Verbrennungszone mit reaktionsfreudigem Kohlenmonoxid reduziert werden, welches im Verlauf der Verbrennung als Zwischenprodukt erzeugt wird und als Reduktionsmittel dient. Dann wird jedoch der Brennstoff ausschließlich im Gasgemisch verbrannt, in d^m die Sauerstoffkonzentration erheblich niedriger als in Luft ist, so daß die Verbrennung mit erheblich geringerem Wirkungsgrad abläuft, das Luftüberschußverhältnis des Schachtofens höher eingestellt werden muß und so der thermische Wirkungsgrad sinkt. Darüber hinaus können flüchtige Substanzen wie Alkali, Chlor usw., welche gasförmig im Röstgas enthalten sind, durch die Wand in der Nachbarschaft des Gaseintrittes in den Kalzinierofen gekühlt und kondensiert werden, so daß sich ein Oberzug bildet, der den Gasdurchlaß zusetzt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Schachtofen der im Oberbegriff des

Anspruchs 1 umrissenen Gattung zu schaffen, der neben einem hohen Verbrennungswirkungsgrad auch eine weitgehende Reduzierung oder Zersetzung der Stickoxide des Röstgases gewährleistet und eine Kondensation flüchtiger Substanzen des Röstgases an kühleren Wandabschnitten vermeidet

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs I gelöst

Dadurch wird erreicht, daß die Verbrennungsluft alleine die Wirbelströmung bereits im unteren Teil des Schachtes unter gleichzeitiger Verbrennung erzeugt und die Verbrennung zumindest in ihrem Hauptbereich weit überwiegend alleine in der Verbrennungsluft abläuft, so daß sich ein guter Verbrennungswirkungs- «rad mit ausreichendem Sauerstoffanteil ergibt Die wirbelnden Brenngase decken dabei die Schachtwand ab, so daß Röstgase dort unter keinen Umständen kondensieren können. Darüber hinaus erfolgt die Zufuhr des Röstgases nicht tangential in Strömungsrichtung hinter der Verbrennungszone, sondern mittig in den Innenraum der wirbelnden Verbrennungszone hinein. Durch die allmählich zunehmende Zentrifugalwirkung werden die Röstgase im Anschluß an den Hauptverbrennungsbereich allmählich zunehmend in die Verbrennungsluft hineingedrückt, ebenso wie die Gutpartikel, die getrennt von den Röstgasen oder in der bevorzugten Ausgestaltung nach Anspruch 2 zusammen mit den Röstgasen ebenfalls in den Mittelbereich der Wirbelströmung eingeführt werden. Dadurch erfolgt einerseits eine gute Reduzierung in den Röstgasen enthaltener Stickoxide im Bereich der äußeren, immer noch sehr heißen Brenngase und andererseits eine gute Kalzinierung des Gutes. Insgesamt wird somit erreicht, daß der Hauptteil der Verbrennung mit gutem Wirkungsgrad bei hohem Sauerstoffgehalt alleine in der Verbrennungsluft abläuft, daß aber dennoch eine allmählich ansteigende Zufuhr der Röstgase aus dem abgeschirmten Kernbereich der Wirbelströmung in die heißen Brenngase erfolgt, so daß eine ausreichende Reduzierung der Stickoxide erzielt wird. Dabei ist eine Beaufschlagung von kühlen Wandbereichen durch die Röstgase infolge der äußeren Abschirmung durch die heißen Brenngase sicher vermieden und erfolgt gleichzeitig eine optimale Kalzinierung des Gutes mit gutem Wirkungsgrad.

Aus der US-PS 34 52 968 ist es zwar an sich bekannt, bei einem Schachtofen zur Kalzinierung und Röstung von pulverförmigem Gut in der Wirbelschicht unterhalb des Brenners eine Luftkammer anzuordnen, der die Verbrennungsluft tangential zugeführt wird. Jedoch wird bei diesem bekannten Schachtofen überhaupt kein Röstgas zugeführt, so daß die oben umrissene Problematik nicht auftritt. Darüber hinaus ist der Brenner dieses bekannten Schachtofens mit einer eigenen Primärluftzufuhr im Oberteil des Schachtes zentral angeordnet, so daß der heißeste Bereich der Verbrennungszone mit der Primärluft im Zentralbereich des Schachtes und der Wirbelströmung liegt, während in der Wirbelschicht lediglich eine Nachverbrennung der im Primärluftstrom noch unverbrannten Brennstoffteilchen mit hohem Luftüberschuß erfolgt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier zeichnerisch veranschaulichter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigt

Fig. I eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schachtofens,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie Π-1Ι in Fig. 1, F ig. 3 einen Schnitt gemäß Linie HI-III in Fig. 1 und

Fig.4 einen Teilschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schachtofens.

Wie am besten aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist ein erfindungsgemäßer Schachtofen einen vertikalen Schacht 1 auf, der aus einem zylindrischen Abschnitt mit geschlossener Oberseite und gegebenenfalls einen umgekehrt kegelstumpfförmig ausgebildeten Diffusor besteht, wobei eine spiralförmige Luftkammer 2 (vgl. Fig.3) am unteren Ende des Schachtes 1 zur Einführung von Verbrennungsluft in den Schacht 1 unter Drall vorgesehen ist Im Boden der Luftkammer 2 mündet eine Röstgaszufuhrleitung S, die zu einem Drehrohrofen oder dgL führt, so daß Röstgas aus dem Drehrohrofen in den Schacht 1 gelangt Eine Mehrzahl von Brennern 4 ist am Schacht 1 in der Nachbarschaft von dessen unterem Ende oder an der Luftkammer 2, was nicht näher dargestellt ist, derart befestigt, daß die Achsen der Brenner 4 entweder zur Längsmittellinie des Schachtes 1 hin oder geringfügig tangential hierzu ausgerichtet sind. Eine tangentiale Abgasöffnung 3. wie sie in F i g. 2 veranschaulicht ist oder eine entsprechende Abgasöffnung 3 einer spiralförmigen Kammer mit ähnlicher Ausbildung wie diejenige der Luftkammer 2 ist am oberen Ende des Schachtes t vorgesehen und über eine Leitung mit einem nicht näher dargestellten Riehkraftabscheider verbunden. Verbrennungsluft strömt mit Drall aus der Luftkammer 2 unter Bildung der Wirbelschicht an der Wand des Schachtes 1 nach oben und wird dabei durch den an den Brennern 4 zugeführten Brennstoff verbrannt so daß im Mittelbereich des Schachtes 1 eine Unterdruckzone entsteht Das Röstgas, welches durch die Luftkammer 2 nach oben strömt wird in dieser Kernzone mit Unterdruck mit der Verbrennungsluft vermischt

Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Röstgases in der Röstgaszufuhrleitung 5 ausreicht, um das gesamte zu behandelnde Gut schwebend zu halten und mitzureißen, wird das Gut über eine Schütte 6 und eine Verteilerplattν 7 in die Röstgaszufuhrleitung 5 eingegeben. Wenn jedoch die Strömungsgeschwindigkeit des Röstgases in der Röstgaszufuhrleitung 5 nicht ausreicht, so kann ein Teil oder das gesamte Gut direkt über eine Schütte 6', welche sich von oben her durch die Abdeckung des Schachtes 1 erstreckt in die Kern- oder Unterdruclcione des Schachtes 1 eingegeben werden. Die Schütten 6 und 6' sind mit dem Gutaustrag eines nicht näher dargestellten Vorwärmers verbunden, wobei Einlaßklappen vorgesehen sind, weiche nicht nur die Luftdichtheit sicherstellen, sondern darüber hinaus eine gleichförmige Verteilung der Gutpartikel über den Querschnitt der Schütten 6 und 6' gewährleisten.

Die zweite Ausführungsform gemäß F i g. 4 entspricht im Aufbau derjenigen gemäß Fig. 1, jedoch mit der Ausnahme, daß ein Innenrohr 9 in der Form eines Zylinders oder eines umgekehrten Kegelstumpfes mit einer gegenüber der Bauhöhe der Abgasöffnung 3 vergrößerten Länge von der oberen Abdeckung des Schachtes 1 nach unten hängt, und daß die Schütte 6' am Boden dieses Innenrohrcs 9 mündet

Im Betrieb wird bis auf 650^eC bis 750⁸C in einem nicht näher dargestellten Klinkerkühler vorgewärmte Verbrennungsluft in die Luftkammer 2 eingeführt. Dadurch bildet sich im Schacht 1 eine gleichförmige und starke Wirbelströmung der Gase aus der Luftkammer 2 in Richtung auf die Abgasöffnung 3 entlang der Schachtwand aus, währer d sich im Mittelbereich eine Unterdruckzone ausbildet. Zerstäubter Brennstoff aus den Brennern 4 wird innig mit der Verbrennungsluft in der Wirbelschicht vermischt und verbrannt Gteichzeitig strömt Röstgas durch die Röstgaszufuhrleitung 5 nach oben durch die Luftkammer 2 mit einer solchen Geschwindigkeit hindurch, daß der Durchtritt im wesentlichen ohne Durchmischung mit der Verbrennungsluft erfolgt Das Röstgas wird sodann in die Unterdruckzone im Schacht eingeführt wo es innig mit der Wirbelströmung der Verbrennungsgase durchmischt wird. Die Anordnung nach der zweiten Ausführungsform gemäß F i g. 4 verhindert auf einfache und wirksame Weise jegliche Störungen der Wirbelströmung durch die Abgasöffnung 3.
Die Gutpartikel werden durch die Schütte 6 in die Röstgaszufuhrleitung eingeführt, wobei eine erste Kalzinierung erfolgt während die Partikel im Röstgas von einer Temperatur von 1000⁰C bis 1200⁰C schweben und dieses Gemisch aus Gas und Partikeln durch die Röstgaszufuhrleitung 5 strömt Durch den Wärmeaustausch sinkt die Gemischtemperatur iuf etwa 850° C beim Eintritt in die Unterdruckzone ab.

Die durch die Schütte 6' zugeführten Gutpartikel werden ebenfalls durch das Röstgas in der Nachbarschaft des unteren Endes des Schachtes 1 angehoben und gleichförmig über den Querschnitt des Schachtes 1 verteilt, wobei eine erste Kalzinierung erfolgt

In jedem Falle gelangen die Gutpartikel durch die in der Wirbelschicht herrschenden Zentrifugalkräfte anschließend in den Randbereich des Schachtes 1, also in die unmittelbare Verbrennungszone. In der Verbrennungszone erfolgt die Brennstoffverbrennung und die gleichzeitige und sofortige Übertragung der dabei entwickelten Wärme auf die Gutpartikel, so daß die Hauptkalzinierung erfolgt Dadurch sind sämtliche Gutpartikel erst vollständig kalziniert wenn sie zusammen mit den Abgasen durch die Abgasöffnung 3 zum Fliehkraftabscheider ausgetragen werden.

Im Fliehkraftabscheider werden die kalzinierten Gutpartikel von den einem nicht näher dargestellten

■to Drehrohrofen zuzuführenden Gasen getrennt wobei die Gase einen Vorwärmer durchströmen, in dem das in den Schachtofen einzuführende Gut vorgewärmt wird.

In den beiden dargestellten Ausführungsformen erstrecken sich die Schütten 6' nach unten, wobei sich jedoch versteht, daß die Schütten 6' in jeJer beliebigen Weise angeordnet werden können, sofern sichergestellt ist, daß die Gutpartikel derart in die Unterdruckzone gelangen, daß sie dort vom Gasstrom mitgenommen und mit dem Röstgas vermischt werden.

w Es hat sich gezeigt, daß bei der Verbrennung der Gehalt des Röstgases an Stickoxiden, der in der Größenordnung von 1000 ppm liegt auf einen Wert von nur etwa 30 bis 70% reduziert wird. Dabei erfolgt die Kalzimerung in zwei Stufen, nämlich einmal durch das

'<'■■ Röstgas und zum anderen durch die in der Verbrennungszone erzeugten Verbrennungsgase, .^co daß sämtliche Gutpartikel gleichförmig und hohem Maße kalziniert sind; bei Verwendung des Schachtofens zur Vorkalzinierung kam somit der nachgeschaltete Dreh-

ho rohrofen in Größe und Leistung vermindert werden. Gleichzeitig ergeben sich auch für den Schachtofen kompakte Abmessungen, da durch die zweistufige Kalzinierung praktisch alle Bereiche des Schachtes für eine Kalzinierung nutzbar gemacht werden. Am Boden des Schachtofens können sich keine Gutpartikel ansammeln, da absinkende Gutpartikel durch die heftige Strömung der Verbrennungsluft und des Röstgases durch die Luftkammer 2 nach oben mitgerissen werden.

Das Röstgas wird dabei durch Wärmeabgabe an das Gm abgeschreckt, so daß flüchtige Substanzen wie Alkali, Chlor usw. im Röstgas an den Oberflächen der Gutpartikel kondensieren, was im Verein mit der Abschirmung der Schachtwände durch die heiße Wirbelschicht Ablagerungen von Kondensaten ausschließt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schachtofen zur Kalzinierung und Röstung von pulverförmigem Gut in der Wirbelschicht, insbesondere zur Vorkalzinierung und -röstung von in einem Drehrohrofen wärmezubehandelndem Gut mit Hilfe des aus dem Drehrohrofen austretenden Abgases, enthaltend eine Röstgaszufuhrleitung und am unteren Ende des Schachtes in der Schachtwand angeordnete Brenner, denen Verbrennungsluft zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß an oder unter den Brennern (4) eine Luftkammer (2) angeordnet ist, der die Verbrennungsluft tangential zugeführt wird, wobei die Röstgaszufuhrleitung (5) in den Boden der Luftkammer (2) mündet

2. Schachtofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gutaufgabe in die Röstgaszufuhrleitung (5) hinein erfolgt

ίο