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Anlage zum Patentgesuch der
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Elöckner-Humboldt-Deutz Regenerativ-Gl eichstrombrennverfahren für
die Kalkherstellung Die Erfindung betrifft ein Regenerativ-Gleichstrombrennverfahren
zur Erzeugung von Branntkalk unter Verwendung von mindestens zwei schachtförmigen
Brennöfen, die im Wechseltakt Kalk brennen und wobei die Abgase des befeuerten Schacht
es im anderen Schacht regenerativ Wärme abgeben.
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Die Ausnutzung der regenerativen Vorwärmung zur Verbesserung der Wärmebilanz
von Schachtöfen ist seit längerem bekannt. Der Grund für die Anwendung der regenerativen
Vorwärmung liegt darin, daß die für den Betrieb eines Kalkbrennofens benötigte Verbrennungsluft
durch vorherige Verwendung als Kühlluft für den gebrannten Kalk nur auf etwa
5000
a vorwärmbar ist. Bis zu der Entsäuerungstemperatur von 800 bis 9000 C besteht also
eine Lücke, die entweder durch erhöhten Brennstoffverbrauch bei der Verbrennung
oder durch die weitere Vorwärmung der Verbrennungsluft geschlossen werden muß.
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Ein Verfahren zur Ausnutzung der Abgaswärme durch die Regenerativ-Vorwärmung
der Verbrennungsluft ist aus der Zeitschrift "Zement-Ealk-Gips" Nr. 6, 1970, Seite
277 bis Seite 284, bekannt. Dem hier beschriebenen Verfahren haften jedoch wesentliche
Nachteile an. Diese ergeben sich insbesondere daraus, daß Gie zur Kühlung des gebrannten
Kaltes verwendete Luft nicht als Verbrennungsluft, sondern zur regenerativen Vorwärmung
verwendet wird. Die Kühlluft vereinigt sich mit den Abgasen der Brennzone und erhöht
deren für die Vorwärmung des Rohsteins ohnehin zu großen Wärmeinhalt. In dem Bestreben,
das Verfahren zu verbessern, wird daher hier mit relativ geringen Kühlluftmengen
gearbeitet, was eine schlechte Kühlung des gebrannten Kaltes nach sich zieht. Die
Endtemperatur und damit die nutzlos abgegebene Wärme ist relativ hoch.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die bei den bisher bekannten Regenerativ-Gleichstromschachtöfen
bekannten Brennverfahren zu verbessern und eine optimale Ausnutzung der dem Gesamtsystem
zugeführten Energie zu ermöglichen, sowie eine einfache Bauart anzugeben, die besonders
betriebssicher arbeitet.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verbrennungsluft
zunächst durch den fertiggebrannten Kalk beider Schächte vorerwärmt, aus den Schächten
abgezogen und dann über den durch die Abgase aufgeheizten Rohstein im befeuerten
Schacht auf etwa Entsäuerungstemperatur erhitzt wird. Diese erfindungsgemäße Anordnung
hat den Vorteil, daß der Wärmeinhalt des fertiggebrannten Kaltes fast vollständig
ausgenutzt und zu dem Wärmeinhalt des im oberen Teil des Brennofens befindlichen,
durch das Abgas erhitzten Rohsteins hinzugefügt werden kann. So ist eine optimale
Aufheizung der Verbrennungsluft gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird also zu der Wärme, die durch die Kühlung des
gebrannten Kaltes gewonnen wird, die Wärme des von den Abgasen aufgeheizten Rohsteines
hinzugefügt.
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Hierdurch wird sowohl eine Abführung noch nutzbarer Wärme
durch
die Abgase als auch durch den gebrannten Kalk vermieden.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die aus Verbrennungsgasen
und ausgetriebenem Kohlendioxyd bestehenden Abgase aus dem befeuerten Schacht durch
ein, oberhalb der Abzugsstelle der in den Schächten vorgewärmten Verbrennungsluft
angeordnetes tberleitungsorgan, abgezogen und dem Abgasschacht aufgegeben werden.
Durch diese Verfahrensweise ergibt sich im befeuerten Schacht auch ohne den Einbau
von Trennwänden eine vorteilhafte Gasführung, die die Kühlzone und die Brennzone
strömungsmäßig voneinander trennt. Trotz der strömungsmäßigen Trennung bleibt der
einfache, durchgehende Schachtaufbau erhalten.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Verbrennungsluft
nach der Vorerwärmung durch den gebrannten Kalk vor der Erhitzung auf Entsäuernngstemperatur
ein regelbares Gebläse durchläuft. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, daß innerhalb
des Verbrennungsluftweges an einer Stelle, an der noch gut beherrschbare Temperaturen
(um etwa 5000 C) vorhanden sind, durch ein Gerät eine Steuerung der Strömung in
den beiden Teilen des Verbrennungsluftweges möglich ist.
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Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Kalk im Brennschacht
nacheinander eine, jeweils strömungsmäßig definierte, Vorwärmzone, Regenerationszone,
Brennzone, Nachentsäuerungszone und Kühlzone durchläuft. Durch diese Aufteilung
in Zonen wird eine Behandlung des Ealksteines entsprechend den jeweiligen wärmetechnisch
und brenntechnisch notwendigen Maßnahmen erreicht, so daß insgesamt ein wärmetechnisch
und brenntechnisch optimales Erzeugnis entsteht.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß am Kopf des befeuerten
Schachtes und am Fuß beider Schächte ein Innendruck eingestellt wird, der etwa dem
Außendruck entspricht. Hierdurch können besonders vorteilhaft komplizierte und teure
Verschlußmechanismen am Schachtfuß entfallen.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Verbrennungsluft
durch eine Druckabsenkung am Beginn der Kühlzone im Kreislauf Abgas zugemischt wird.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß, falls erforderlich, durch eine einfache
regeltechnische Maßnahme ein weicherer Brennverlauf erreicht werden kann.
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Des weiteren ist vorgesehen, daß die Abgase nach Durchlaufen des Abgasschachtes
durch ein ebenfalls regelbares Abgasgebläse abgezogen werden. Durch diese Maßnahme
wird im Verein mit dem regelbaren Verbrennungsluftgebläse für optimale Luft- und
Gasführung in beiden Schächten gesorgt.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Vorrichtung
vorgesehen, bei der die Brennöfen in der Reihenfolge der Gutbewegung jeweils eine
gasströmungsmäßig definierte Vorwärmzone, Regenerationszone, Brennzone, Nachentsäuerungszone
und schließlich eine Kühlzone aufweisen. Hierdurch steht eine Vorrichtung zur vorteilhaften
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfügung.
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In einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, daß die beiden
Brennöfen ein gemeinsames regelbares Verbrennungsluftgebläse aufweisen, das in der
Verbindung zwischen Kühlzone und Regenerationszone angeordnet ist.
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Durch diese Anordnung ergeben sich vorteilhaft, sowohl bezüglich der
Temperaturbelastung des Gebläses als auch bezüglich der Druckverhältnisse vor und
hinter dem Gebläse, besonders günstige Verhältnisse.
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Weiterhin ist vorgesehen, daß die beiden Brennöfen ein gemeinsames
regelbares Abgasgebläse aufweisen, das auf die Verbindungsleitung der Ofenköpfe
wirkend angeordnet ist.
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In Ausgestaltung ist weiterhin vorgesehen, daß die Verbindungsleitungen
zwischen den Brennöfen Zustandsmeß-und Regelorgane aufweisen. Durch diese Organe
wird die beim Brenntaktwechsel nötige Sperrung der Zuleitung des einen Schachtes
und Öffnung der Zuleitung des anderen Schachtes bewirkt, wobei gleichzeitig der
Zustand der strömenden Medien überwacht und als Regelgröße für die Steuerung der
Gebläse verwendet wird. Von besonderer Wichtigkeit sind Drosselorgane für die am
Schachtfuß eintretende Kühlluft. Damit ist es möglich, durch eine Drosselung der
Kühlluftzufuhr und eine Erhöhung der Saugleistung des Kühlluftgebläses, den Druck
am Eintritt der Kühlluft in die zum Gebläse führende Eühlluftentnahmeleitung soweit
zu senken, daß Abgase durch die Nachentsäuerungszone hindurch angesaugt werden und
sich so durch eine einfache regeltechnische Maßnahme der Verbrennungsluft zumischen.
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Es ist fernerhin vorgesehen, daß die Brennöfen als Teile einer Ringschachtanlage
ausgebildet sind. Hierdurch wird vorteilhaft eine Möglichkeit für sehr große Mengenleistungen
geschaffen, bei der die Schachtöfen nicht mehr als Einzelöfen, sondern als Teile
einer Ringschachtanlage mit entsprechend angeordneten Schächten ausgebildet sind.
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Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert, die eine
bevorzugte Ausführung zeigt und aus der weitere Einzelheiten zu entnehmen sind.
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Die-Zeichnung zeigt zwei erfindungsgemäße Schachtöfen schematisch
im Schnitt.
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Der befeuerte Schacht ist mit A und der nicht befeuerte Schacht, in
dem die regenerative Vorheizung durchgeführt wird, mit B bezeichnet. Wegen der identischen
Ausbildung der beiden Schächte sind entsprechend gleiche Teile mit gleichen Ziffern
und den Indizes A und B versehen.
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Die beiden Schächte sind wie folgt ausgeführt: Unter dem Ofenkopf
1, der den Gichtverschluß 2 aufweist und in den die durch einen Pfeil angedeutete
Materialzugabe während der Befeuerung erfolgt, ist die Vorwärmzone I angeordnet.
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An die Vorwärmzone I schließt sich nach unten die Regenerationszone
II und darunter die Brennzone III an. Unterhalb der Brennzone III folgt die Nachentsäuerungszone
IV und unter dieser die Kühlzone V. Am Ofenfuß befindet sich der Branntkalkaustrag
3. Die einzelnen Zonen sind dabei jeweils durch Gas- bzw. Brennstoffzuführungsorgane
strömungsmäßig und verfahrensablaufmäßig voneinander getrennt.
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Zwißchen-der Vorwärmone I und der Regenerationszone II mündet entsprechend
die Verbrennungsluftzuführnng 8 ein, zwischen Regenrationszone II und Brennzone
III befindet sich die BrennstoffzuSührung 9, zwischen der Nachentsäuerungszone IV
und der Brennzone III die Abgasentnahme 10, zwischen der Nachentsäuerungszone IV
und der Kühlzone V die Kühlluftentnahme 5 und am Ende der Kühlzone mündet die Xühlluftzuführung
4 ein.
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Zwischen der guhlluftentnahme 5 und der Verbrennungslufteingabe 8
ist das Gebläse 7 in der Verbindungsleitung 6 angeordnet. Oberhalb der Vorwärmzone
I befindet sich die
Abgasleitung 11 mit dem Gebläse 12. In den
Leitungen 4, 5, 6, 8, 10 und 11 sind Zustandsmeß- und teilweise Regelorgane 13,
14, 15, 16, 17, 18 und 19 angeordnet.
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Das erfindungsgemaße Verfahren zum Brennen von Kalk läuft wie nachfolgend
beschrieben ab. Dabei ist zwischen Gas-und Gutbewegung zu unterscheiden, die jeweils
durch die Pfeile G (Gasbewegung) und die Pfeile K (Gutbewegung) gekennzeichnet sind.
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Das Gut durchläuft nacheinander die Behandlungszonen I bis V. Die
Gutbewegung E wird durch den Abzug des gebrannten Kalks aus dem Schachtfuß 3 während
des jeweiligen Brenntaktes gesteuert.
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In der Vorwärmzone I liegt das Gut bei Beginn des Brenntaktes vorgewärmt
vor und wandert unter gleichzeitigem Nachbeschicken abwärts in die Regenerationszone
II.
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Während des Brenntaktes wird also in der Vorwärmzone die in die Regenerationszone
abgesunkene Gutmenge durch noch nicht vorgewärmtes Gut ersetzt; dieses wird beim
anschließenden nächsten Brenntakt von den heißen Abgasen erwärmt.
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Unterhalb der Zuführung 8 für die Verbrennungsluft befindet sich die
Regenerationszone II. In dieser Zone wird die Verbrennungsluft regenerativ bis auf
etwa 9000 C erhitzt, indem Abgaswärme über den Kalkstein auf die Verbrennungsluft
übertragen wird.
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Unterhalb der Brennstoffeinführung 9 befindet sich die Brennzone III,
in der der Brennvorgang abläuft. Trotz der Verbrennung direkt im Haufwerk kann auch
unmittelbar hinter der Brennstoff zugabe keine Uberhitzung auftreten, da der Entsäuerungsvorgang
des Kalkstein den entsprechenden Wärmeüberschuß aufnimmt. Zur Beeinflussung des
Brennvorganges ist dabei die Zumischung sauerstoffarmer Abgase vorgesehen, die durch
Drosselung der Kühlluftzuführung 4 und die Erhöhung der Gebläseleistung des Gebläses
7 erreicht wird. Als Folge dieser Maßnahmen entsteht nämlich an der Eühlluftentnahme
5 ein Unterdruck gegenüber der Abgasüberführung 10, so daß Abgas durch die Hachentsäuerungszone
IV hindurch angesaugt wird.
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Unterhalb der Brennzone, begrenzt durch die Abgasüberführung 10 und
die Eühlluftentnahme 5, befindet sich die Nachentsäuerungszone IV. Hier kann im
Regelfall unbeeinflußt von Abgasen und auf jeden Ball ohne sofortige Kühlung eine
Nachentsäuerung des Kalkstein stattfinden.
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Nach unten wird die Nachentsänerangszone IV abgeschlossen durch die
Kühlluft- bzw. Yerbrennungsluftentnahme 5, in die als Verbrennungsluft die ERhlluSt
einströmt, von der der gebrannte heiße Kalk auf seinem Weg durch die bis zum Kühllufteintritt
4 reichende Kühlzone V gekühlt wurde.
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Die Gutentnahme erfolgt aus dem befeuerten Schacht jeweils nur so
weit, daß die im Dauerbetrieb erzeugte Qualität des Branntkalkes der gewünschten
Qualität noch entspricht.
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Hierauf erfolgt die Umschaltung auf den nächsten Brenntakt im anderen
Schacht.
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Der Gasweg während des Breunprozesses ist aus den dargestellten Gaspfeilen
G ersichtlich. Die Luft tritt durch die Leitungen 4 in den Unterteilen der Schächte
A und B ein, durchströmt beide Kühlzonen, wird dann durch die Kühlluftentnahme 5
vereinigt und gelangt durch die Leitung
6, das Gebläse 7 und die
Leitung 8 zur Oberseite der Regenerationszone II. Hier beginnt die weitere Erhitzung
der Verbrennungsluft auf etwa 9000 C. Diese Temperatur wird innerhalb der Regenerationszone
II erreicht, am Ende des Brenntaktes etwa in der Ebene des Überganges von Regenerationszone
II zur Brennzone III.
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Mittels der über die Brenner 9 zugeführten Brennstoffwärme findet
in der Brennzone III sodann die Entsäuerung statt. Die Verbrennungsgase zuzüglich
des bei der Entsäuerung ausgetriebenen Kohlendioxyds werden dann am Ende der Brennzone
III in den als Abgasschacht dienenden zweiten Schacht B durch die Leitung 10 übergeleitet,
steigen als Gesamt-Abgase im Schacht B zunächst ohne wesentliche Wärmeabgabe hoch,
da hier je ebenfalls bereits entsäuertes und vorgewärmtes Material vorhanden ist,
erwärmen in der Regenerationszone wieder den während des vorhergegangenen Brenntaktes
durch die Verbrennungsluft teilweise abgekühlten Kalkstein und anschließend in der
Vorwärizone den aus höheren und kälteren Lagen abgesunkenen sowie den neu eingebrachten
Kalkstein. So steht dieser thermisch regenerierte Stein beim nächsten Brenntakt
als vorgewärites Material für die Wärmeabgabe an die Verbrennungsluft zur Verfügung.
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Das vorgeschlagene Brennverfahren ist nicht auf die Verwendung von
zwei Schachtöfen beschränkt, sondern kann ebenso mit drei Schachtöfen oder mit einer
größeren Zahl von Öfen, die in Form eines Ringes angeordnet sind, durchgeführt werden.
In allen Fällen ergibt sich die vorteilhafte optimale Ausnutzung der durch den Brennprozeß
in den Kalkstein eingeführten Wärme.
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- Patentansprüche -