DE2657135C2

DE2657135C2 - Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von pulverförmigem, aktivem Kalziumoxid durch Kalzinieren des organische Stoffe enthaltenden Abfallkalks der Zuckerindustrie

Info

Publication number: DE2657135C2
Application number: DE19762657135
Authority: DE
Inventors: Fritz Dr.-Ing. 8192 Geretsried Schoppe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-12-16
Filing date: 1976-12-16
Publication date: 1986-11-13
Also published as: FR2374270B2; GB1595956A; FR2374270A2; JPS5376196A; JPS61146708A; DE2657135A1

Description

Breite des Zulaufkanals (3)

der Eintrittsspirale(1): k - 1600mm

Höhe der Eintrittsspirale (1): .'i = 950 min

Höhe des kegelartigen

Gehäuseteils (2): I₂ = 5700 mm

Durchmesser des kegelartigen

Gehäuseteils(2)am unteren Ende: d\ = 1600mm Durchmesser des kegelartigen

Gehäuseteils (2) am oberen Ende: d₂ = 3200 mm

wobei der Spiralwinkel α der Eintrittsspirale (1) gegen die Umfangsrichtung 6° bis 12° beträgt und für den Betrieb mit kleinem Luftüberschuß der Durchmesser d\ des kegelartigen Gehäuseteils (2) am unteren Ende maximal mit dem Faktor 1,4 vermindert sein kann, und daß die Abmessungen für den Betrieb mit anderen Luftdurchsätzen bei unverändertem Druckverlust proportional der Wurzel aus dem Luftdurchsatz-Änderungsverhältnis und für den Betrieb mit anderen Druckverlusten bei unverändertem Luftdurchsatz umgekehrt proportional zur 4. Wurzel aus dem Druckverlust-Änderungsverhältnis verändert sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sich an das obere Ende des kegelartigen üehäuseteils (2) anschließende Gehäuseteil (4) sich mit größerem Kegelwinkel auf einen Durchmesser dz= 1,28 d-i erweitert und der an ihm tangential ansetzende Auslaß (5) einen Querschnitt von 0,31 (Z₂X 0,31 d₂ aufweist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche ist aus der DE-PS 22 57 539 bekannt.

Diese Vorrichtung besteht aus einer Kalzinierkammer in Form eines aufrechtstehenden, kegelartigen Gehäuses mit Einlaßanschluß für die zugleich als Trägergas dienenden Verbrennungsluft am den kleineren Kegeldurchmesser aufweisenden unteren Ende, einer inneren, einen Drall erzeugenden Einrichtung, beispielsweise eine Spirale, für die Verbrennungsluft, sowie einen KaIk-

to und gegebenenfalls Zusatzbrennstoffeiniaß am oberen Kegelende.

Die Vorrichtung hat sich zur Ausführung des in der genannten Patentschrift ebenfalls beschriebenen Verfahrens zwar gut bewährt, als insbesondere aus dem karbonatationsschlamm ein Kalziumoxid herstellbar ist, das sich für die Kalkmilchherstellung des Zuckerprozesses besser eignet als etwa ein im Schachtofen hergestelltes Kalziumoxid, jedoch zeigte die Erfahrung zwischenzeitlich, daß in der Praxis der Zuckerherstellung noch einige besondere Bedingungen zu beachten sind, die nachfolgend im einzelnen ci'iäuieri werden sollen, um die Bedeutung der vorliegenden Erfindung besser erkennen zu lassen.
Die erwähnten besonderen Bedingungen hängen damit zusammen, daß entsprechend der Zuckerherstellungen die Kalzinationsanlage einer Zuckerfabrik nur etwa drei Monate im Jahi in Betrieb ist. Dabei dauert es mehrere Tage, bis der in der Kalzinationsanlage zu verarbeitende Karbonatationsschlamm seine endgültige Durchsatzmenge und Zusammensetzung erreicht. Dies bedeutet, daß die Anlage entsprechend dem Anlauf der Zuckerfabrikation einen von kleinen Mengen an langsam steigenden Schlammanfall ebenso gut verarbeiten können muß, wie die im endgültigen Betriebszustand anfallenden großen Mengen.

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triebsausfälle niemals ganz ausschließen kann. Diese können mehrere Stunden dauern, in dieser Zeit würde der Karbonatationsschiamm, üer nuv im Zustand der Bewegung flüssig ist, in den Leitungen erstarren und diese sofort verstopfen. Sie könnten nur gereinigt werden, indem man sie demontiert und mit Druckwasser oder mechanischen Mitteln entleert Um dies zu vermeiden, muß die Kalzinationsanlage sofort auf kleinste Leistung heruntergefahren werden, um die Stillstandsperiode aus dem vorhandenen Schlammvorrat überbrükken zu können.

Umgekehrt muß np.ch der Stillstandsperiode oder gegen Ende der Zuckerkampagne die Anlage sogar mit höherer als der vorgesehenen Leistung laufen, um den restlichen vorhandenen Schlamm schnellstmöglich zu vei arbeiten, damit die Zuckerfabrik endgültig abgefahren werden kann. Dies bedeutet, daß die Anlage sowohl mit geringer Teillast wie auch mit Überlast laufen können muß.

Die Versuche ergaben, daß dies hinsichtlich der Hilfsaggregate, wie Pumpen, Gebläse etc. kein Problem darstellt. Der kritische Punkt der Anlage ist jedoch die eingangs beschriebene Kalzinierkammer als zentraler Bestandteil der Rückgewinnungsanlage.

Deren Funktion beruht auf einem korrekt kontrollierten Strömungsverlauf mit einer wandnahen, aufwärts strebenden Durchsatzströmung und einer zentralen, von oben nach unten laufenden Rückströmung, welche Zusatzbrennstoff und das Rohprodukt in die Reaktionskammer einträgt. Insbesondere ergab sich, daß die korrekte Steuerung dieser Rückströmung kritisch und entscheidend dafür ist, wie weit man die Leistung der Gc-

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samtanlage nach oben oder unten regulieren kann.

Bei Reduzierung der Leistung sinken die örtlichen Strömungskräfte (Staudrucke etc.) mit dem Quadrat des Durchsatzes. Man nähert sich dann einer Grenze, an der die nach unten laufende Rückströmung nicht mehr in der Lage ist, die nach oben gerichteten Auftriebskräfte zu überwinden. Man muß hier also die Rückströmung stark genug machen, damit sie in der Lage ist Zusatzbrennstoff 'T.d Rohprodukt hinreichend weit nach unten in die Kalzinierkammer einzutragen.

Steigert man dagegen die Leistung über den Nennweit hinaus, steigen die örtlichen Strömungskräfte ebenfalls mit dem Quadrat des Durchsatzes. Dies wird kritisch in demjenigen Bereich der Eintrittsspirale der Kalzinierkammer, in dem die Rückströmung abgebremst wird, sich radial nach außen kehrt und zusammen mit dem neu eintretenden Heißgas nach oben strebt Während dieses Umlenkvorganges sind die von der Rückströmung mitgeführten Feststoffteilchen einer starken Fliehkraft unterworfen, durch weiche die Teilchen bei Überschreiten einer gewissen Grenze der Geschwindigkeit der Rückströmung, das hei3t einer bestimmten Grenze der Fliehkraft in Gefahr geraten, aus der Rückströmung ausgeschleudert zu werden.

Zwar ist dies im Prinzip beabsichtigt um durch die Abzugsöffnung Überkorn, Verunreinigungen etc. aus der Kalzinierkammer auszutragen und den nachfolgenden Prozeß vor diesen Verunreinigungen zu schützen. Wenn die Fliehkräfte jedoch eine gewisse, in bekannter Weise von Teilchengröße und Strömungsverhältnisse abhängige Grenze überschreiten, werden nicht nur die in relativ geringen Anteilen vorhandenen Verunreinigungen im Umlenkbereich der Rückströmung ausgeschleudert, sondern auch in steigendem Maße die gröbere Kornfraktion des CaO. Dies führt wie festgestellt werden mußte, sehr schnell zu erheblicher. Ablagerungen von mehr oder weniger kalziniertem CaO im Zen trum der Eintrittsspirale. Aus diesem Grunde darf die Rückströmung auch bei Steigerung der Leistung gewisse obere kritische Grenzen nicht übersteigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die den zuvor beschriebenen Betriebsbedingungen gerecht wird, indem ihr Durchsatz an den jeweiligen Bedarf angepaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Meikmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruchs.

Durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung ist tatsächlich eine Möglichkeit geschaffen worden, die beiden widersprüchlichen Forderungen — Erzielung einer starken Rückströmung an der unteren Leistungsgren/.e. Vermeidung einer zu starken Rückströmung an der oberen Leistungsgrenze — durch bauliche Maßnahmen zu erfüllen. Diese Maßnahmen gehen von der Beobachtung aus. daß der Durchmesser, den die Rückströmung im Bereich der Eintrit'.sspirale bei ihrer Umlenkung nach außen ausfüllt, nicht, wie ursprünglich aufgrund der Modellähnlichkeit der Strömungsbilder angenommen, konstant und unabhängig vom Durchsatz isi, sondern sich doch mit dem Durchsatz ändert. Es konnte jedoch nicht geklärt werden, ob dies nur, wie im vorliegenden Fall, bei staubhaltigen Strömungen der Fall ist, oder ob dies grundsätzlich gilt

Jedenfalls konnte beobachtet werden, daß bei höheren Durchsätzen die Rückströmungszone, die durch Beobachtungsfenster als hell glühende Staubwolke deutlich erkennbar war, sich mit steigendem Durchsatz verbreiterte. Dies bedeutet daß für die Umlenkung der Rückströmung ein größerer Querschnitt zur Verfügung steht, weswegen geringere Fliehkräfte auftreten. Offensichtlich ist dies eine Art selbstregulierender Effekt der es somit ermöglicht über einen überraschend großen Regelbereich brauchbare Betriebszustände zu erzielen. Voraussetzung hierfür sind hinreichend bemessener Raum für die Umlenkung der Rückströmung in der Eintrittsspirale sowie ein darauf abgestimmter Impuls der Rückströmung. Letzterer ist gegeben durch das Druckgefälle entlang der Achse der Kalzinierkammer von oben nach unten, das die Rückströmung antreibt Dies Druckgefälle wiederum ist gegeben durch die Lauflänge der Rückströmung, also die Länge der Kalzinierkammer, sowie den Anstieg des statischen Druckes von unten nach oben infolge der konischen Erweiterung der Kammer. Diese Abmessungen sind also Voraussetzung für das Zustandekommen des beobachteten Effekts.

Für einen Durchsatz von 3""00OmVh Luft

4 ΊΛΛΟ IJKAJ

von iier

von p = 6kPa, entsprechend einer Erzeugung von ca. 3001 pro Tag CaO oder einem Einsatz von etwa 1100—1200 t pro Tag Karbonatationsschlamm ergeben sich ..Me in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Abmessungen, für deren Erläuterung die Zeichnungen heranzuziehen sind. Von diesen zeigt:

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Kalzinierkammer von der Seite,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie H-II von Fig. I und

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie IH-III von Fig. 1. Die Zeichungen zeigen eine Kalzinierkammer mit einer Eintrittsspirale 1 am unteren Ende, an die sich ein kegeliges Gehäuseteil 2 anschließt, das sich nach oben

teils 2 schließt sich ein erweitertes Gehäuseteil 4 an, das mit einem tangentialen Auslaß 5 versehen isi und eine zentrische Öffnung hat. durch die der Karbonatationsschlamm und gegebenenfalls Zusatzbrennstoff einführ-Oar sind.

Unter den oben angegebenen Forderungen bzw. Bedingungen haben sich folgende Abmessungen ergeben, von denen, wie später noch erläutert wird, einige unkritisch sind:

Höhe der Eintrittsspirale 1:	/>	= 950 mm
Höhe des kegelartigen
Gehäuseteils 2:	h	= 5700 mm
50 Höhe des Auslasr-es5:	k	= 1000 mm
Breite des Auslasses 5:	U	= 1000 mm
Breite des Eintrittskar.als 3 der
Ei: iriitsspirale 1:	h	= 1600 mm
Durchmesser des kegeligen
55 Gehäuseteils2 u.iten:	dl	= ί 500 mm
Durchmesser des kegeligen
Gehäuseteils 2 oben:	di	= 3200 mm
Durchmesser des erweiterten
Gehäuseteils 4:	di	= 4100 mm
60 Spiralwinkel der Eintrittsspirale 1:	a	= ca. 8°

Der Durchsatz kann bei den gegebenen Abmessungen heruntergeregelt werden bis auf einen Druckverlust in der Kalzinierkrmmer von z/p=500—600 Pa entsprechend einem Luftdurchsatz von lOOOOOm-Vh bei 1300⁰C, und hinaufgeregelt werden bis auf einen Luftdurchsatz von 400 000 m³/h bei unveränderter Temperatur.

An der unteren Leistungsgrenze kann der Schlammdurchsatz noch weiter heruntergeregelt werden durch Verringerung des in die Rückströmung eingeführten Zusatzbrennstoffs sowie auch durch Erniedrigung der Lufteintrittstemperatur. Hier liegt eine deutliche, scharfe Grenze bei 880—900⁰C. Unterhalb dieser Grenze springt die Reaktion nicht an. Bei Annäherung an die Grenze steigt bereits der Rest-CO₂-Gehalt im CaO.

Da mit Ausnahme der beschriebenen Vorgänge im Zentrum der Eintrittsspirale ί ansonsten das Strömungsbild in der Kalzinierkammer nicht von der Reynolds/ahl abhängt, gelten hier die einfachen Modellgesetze der Strömung mit näherungsweise konstanten Reibungs- und Verlustbeiwerten. Das bedeutet, daß der Druckverlust in guter Näherung proportional dem Quadrat des Durchsatzes ist. Für andere Durchsätze sind die Abmessungen in bekannter Weise proportional der Wurzel aus dem Durchsatzverhältnis zu verändern. Will man die Vorrichtung bei gegebenem Durchsatz mit anderen Druckverlusten betreiben, sind die Abmessungen umgekehrt proportional der vierten Wurzel aus dem Verhältnis der Druckverluste zu verändern. Alles dies entspricht den bekannten Regeln der Strömungslehre.

Versuche zeigten, daß die angegebenen Abmessungen mit einer Genauigkeit von etwa ±5% eingehalten werden sollten, ausgenommen die Abmessungen /3 und /4 des Auslasses 5. Dessen Abmessungen sind unkritisch. Ein wesentlich zu großer Austrittsquerschnitt bewirkt lediglich, daß sich hier eine derartige Ablagerungshöhe von CaO einstellt, bis sich im verbleibenden freien Querschnitt hinreichende Strömungsgeschwindigkeiten für den Abtransport des CaO ergeben.

Weiterhin ist aus der Strömungslehre nach dem Drallsatz bekannt, daß man eine prozentuale Vergrößerung des Durchmessers d\ am unteren Ende des kegeligen Teils 2. durch eine entsprechende Verkleinerung der

das Produkt aus beiden Größen konstant bleibt. Systematische Versuche zeigten, daß dies bis zu Veränderungsfaktoren jeder einzelnen Größe von etwa 1.4—1,5 möglich ist.

Der nach dem Drallsatz zu erwartende Einfluß des Winkels a. den die Eintrittsspirale 1 mit der Umfangsrichtung bildet, wurde in dem hier in Frage kommenden Bereich zwischen 6° und ca. 12—13° nicht gefunden. So ergab eine Verkleinerung des Spiralwinkels von 12° auf 8^C keine meßbare Änderung des Unterdrucks im Zentrum der Eintrittsspirale 1. Als günstig erwiesen sich Spiralwinkel von 8—1 Γ.

Dagegen zeigte es sich, daß bei ansonsten konstanten Verhältnissen der Unterdruck im Zentrum der Eintnttsspirale 1 und damit der Impuls der Rückströmung verstärkt werden konnten dadurch, daß der Durchmesser d\ am unteren Ende des kegeligen Teils 2 etwas verkleinert wird, maximal um den Faktor 13 bis 1.4. Der Unterdruck im Zentrum der Eintrittsspirale 1 und damit der gesamte Druckverlust der Kalzinierkammer steigen damit gegenüber den vorstehend angegebenen Werten etwa mit der 1.6. Potenz des Durchmesserverhältnisses. Daß hier nicht, wie es nach den einfachen Modeligesetzen der Strömungslehre zu erwarten gewesen wäre, die 2. Potenz gefunden wurde, steht in Übereinstimmung mit der dieser Erfindung zugrunde liegenden Beobachtung, daß der Durchmesser des von der Rückströmung ausgefüllten Kernes der Eintrittsspirale 1 nicht konstant ist. sondern sich mit dem Durchsatz verändert Diese Verringerung des Durchmessers d\ innerhalb der angeeebenen Grenzen erwies sich dann als nützlich, wenn man die Verbrennung der organischen Komponenten im Karbonatationsschlamm und gegebenenfalls des Zusatzbrennstoffes mit besonders kleinem Luftverhältnis ausführen will. Allerdings können hier aus den Schlammeigenschaften heraus Grenzen gegeben sein, insbesondere wenn der Karbonatationsschlamm einen hohen Gehalt an Lehm hat. Bei zu starker Verringerung des Durchmessers d\ können diese Komponenten des Schlammes zu Ablagerungen im unteren Bereich an den Wänden der Kalzinierkammer führen.

Die vorstehend genannten erfinderischen Maßnahmen erwiesen sich als ebenso wirksam in der Anlaufperiode der Zuckerfabrikation, wenn noch kein Karbonatationsschlamm vorliegt und das benötigte CaO aus gemahlenem Kalkstein erzeugt wird, ebenso in der Übergangsperiode, wenn Schlamm und Kalkstein gemeinsam eingesetzt werden, ebenso bei der Kalzination anderer kalzinierbarer Stoffe in der gleichen Anlage.

Bei den vorstehend getiäüfiicn Abmessungen erwies sich die Kalzinierkammer als unempfindlich gegen die unvermeidlichen Rauhigkeiten und Unrundheiten der Feuerfestmauerung. Allerdings muß auf gleichmäßige und strähnenfreie Zuströmung der heißen Luft in der Eintrittsspirale 1 geachtet werden, damit ein drehsymmetrisches Strömungsbild in der Reaktionskammer gewahrt bleibt. Um hier hinreichend niedrige Geschwindigkeiten zu erzielen, ist es günstig, bei gegebener axialer ErsLtckung h =950 mm der Eintrittsspirale die Breite des Eintrittskanals 3 mit /5 = 1600 mm zu wählen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von pulverförmigen aktivem Kaiziumoxid durch Kalzinieren des organische Abfallstoffe enthaltenden Abfallkalks der Zuckerindustrie in Gegenwart von zugleich als Trägergas dienender heißer Luft, wobei man in einer Kalzinierkammer den gegebenenfalls vorgetrockneten und vorgewärmten Kalk mit einer aufwärts geführten Luftströmung im Schwebezustand gleichmäßig verteilt, bei einer Aufheizgeschwindigkeit von mehr als 400° C/s und einem Luftverhältnis zwischen etwa 1,4 und 2,5, bezogen auf die theoretisch erforderliche Menge an Luft, auf die Kalziniertemperatur aufheizt und das Kalziumoxid nach einer Verweilzeit von weniger als 1 s mit der Luft am Kopf der Kalzinierkammer abzieht und wobei die Kalzinierkammer aus einem aufrecht stehenden ke^elartigen Gehäuseteil (2) mit einer an dem einen kleinen Durchmesser aufweisenden unteren Ende angeordneten, einen Zulaufkanal (3) besitzenden Eintrittsspirale (1) für die Luft und aus einem sich an das kegelartige Gehäuseteil (2) am oberen Ende anschließenden Gehauseteil (4) mit einem Kalk- und gegebenenfalls Zus?tzbrennstoff-Einlaß und einem Auslaß (5) für das Kalziumoxid besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalzinierkammer für den Betrieb mit einem Luftdurchsatz von 350 000 mVh und bei einem Druckverlust von 6 kPa urjefähr folgende Abmessungen aufweist: