-
Beschreibung
-
Die Erfindung betrifft die thermische Vcrarbeitung von festen Brennstoffen
und bezieht sich auf Vertikalöfen zur thermischen Verarbeitung von stückigem, festen
Brennstoff.
-
Der Ofen kann zweckmäßigerweise zur Verarbeitung von Brennschiefern
verwendet werden.
-
Aufgrund der Energiekrise hat man in vielen Ländern der Welt ein
großes Interesse an der Verwendung von Brennschiefen als Quelle für die Herstellung
von flüssigem Brennstoff. Eines der wichtigsten Probleme ist bei der industriemäßigen
Nutzung von größeren Schieferlagerstätten die Schaffung von Aggregaten mit einer
hohen Einheitsleistung. In der UdSSR finden bei der thermischen Verarbeitung von
Kukersitschiefer Öfen, d.h. Gasgeneratoren in Vertikalbauweise mit Innenbeheizung
und mit quer gerichtetem Strom eines gasförmigen Wärmeträgers eine breite Anwendung
(s.
-
W.M. Efimow, G.A. Isakow, S.K. Doilow, I.H. Rooks, Gasgenerator für
Schieferverarbeitung - UdSSR-Urheberschein 407 939. bekanntgemacht am 10.12.1973).
-
Diese Öfen weisen ein Vertikalgehäuse auf, wobei in Oberteil dieses
Gehäuses eine Schwelungszone, und im Unterteil eine Zone zur Vergasung von Halbkoks
und zur Abkühlung des festen Rückstandes der Verarbeitung vorgesehen sind. Oben
sind die Öfen mit Beschickungsvorrichtungen, und unten mit Austragvorrichtungen
en versehen.
-
Die Öfen besitzen Brenner für die Einführung von Luft und Gas, bei
dessen Verbrennen Rauchgase gebildet werden. AuBerdem weisen die Öfen Gasleitungen
für die Zuführung von Gas auf, das in einem Kondensierungssystem bei der Abscheidung
der flüssigen Produkte aus dem Dampf-Gas-Gemisch abgekühlt wird.
-
Das abgekühlte Gas wird mit Rauchgasen vermischt, wobei ein Wärmeträger
mit einer für die Schwelung des So hie fe rs erforderlichen Temperatur gebildet
wird.
-
Im Unterteil des Ofens ist eine Gebläsevorrichtung ffir die Einführung
des aus Dampf und Luft bestehenden Gebläsewindes zur Vergasung von Halbkoks angeordnet.
Als Ergebnis der Vergasung bildet sich auch ein Wärmetrager, der mit dem ersten
Wärmeträger vermischt wird, welcher beim Verbrennen von Gas erhalten worden ist.
Die Produkte der Vergasung von Halbkoks, die Produkte der Gasverbrennung, die Rauchgase,
sowie auch die durch die Schwelung von
Halbkoks erhaltellen flüchtigen
Produkte bilden ein Danlf-Gas- Gemisch, das in einer Sammel- und Abzugskammer esammelt
wird. Der Ofen besitzt auch einen Ableitungskanal für den Abzug des Dampf- und Gas-
Gemisches. In der Schwelungszone sind zwei vertikale Flachgitter angeordnet, welche
die Schwelungzone in eine Kammer für die Herstellung und Verteilung des YJärmetragers,
die "heiße" Kammer, eine Kammer zur Schwelung von Schiefer und eine Kammer zum Sammeln
und Abziehen von Dampf- Gas- Gemisch, die "kalte" Kammer einteilen.
-
Der YJurmetrager wird der "heißen" Kammer zugeführt, aus welcher
er in Querrichtung in die Schwelungskammer weitergeleitet wird, wo der Prozeß der
Zersetzung von Schiefer stattfindet, bei dem sich flüchtige Produkte ausscheiden.
Die letzteren werden mit dem Wärmeträger vermischt, wobei ein Dampf- Gas- Gemisch
gebildet wird, das in die "kalte" Kammer geführt wird, aus welcher es durch den
Ableitungskanal des Ofens abgezogen wird.
-
Einen vlesentlichen Nachteil der Ofen dieser Bauweise ist ein nicht
ausreichendes Durchwäinren des Brennstoffes in der Schwelungskammer an deren "kalten"
Seite, d.h.
-
an der Seite der Ableitung von Dampf-Gas-Gemisch aus der Brennstoffschicht
in die Kammer zum Sammeln und Abziehen von Dampf- Gas - Gemisch. Das läßt sich dadurch
erklären, daß sich die Bedingungen für die Wärmeübertragung an der "kalten" Seite
der Schwelungskammer im Vergleich zu der
"heißen" Seitc der Kammer,
d.h. der Seite, wo der gasförmige Wärmeträger in die Sch':elungskammer zugeführt
wird, stark verschlechtern.
-
Die Ursache dafür liegt darin, daß die volumetrische Wärincüberganszahl
"α#" in der Brennstoffschicht der Schwelungskammer von der Geschwindigkeit
des Wärmeträgers und von dessen Temperatur abhängig ist. Nach Angaben von M.Ja.
Gubergraz (S. das Buch "Thermische Verarbeitung von Kuckersit-Schiefer", Tallin,
Verlag" Valgus", 1966, Seite 290). wird diese Abhängigkeit durch folgende Formel
zum Außdruck gebracht:
worin Wo die Geschwindigkeit des Wärmeträgers unter normalen physikalischen Bedingungen
in m/sek; T die Temperatur des Wärmeträgers -in OK; und d den durchschnittlichen
Durchmesser der Schieferstücke in m bedeuten.
-
Die Geschwindigkeit des Wärmeträgers am Austritt aus der Schwelungskammer
der vorliegenden Öfen nimmt im Verglcich zu der Geschwindigkeit desselben am Eintritt
in die Kammer ab. Dabei geschieht das hautpsächlich infolge einer ÇenkNng der Temperatur
des Wärmeträgers (ungefähr von 800 bis 9000C auf 150 bis 2000C), weil die Fläche
des Eintrittes und die Fläche des Austritte des Wärmeträgers aus der Schwelungskammer
die gleiche ist.
-
Nach Berechnungen wird sich die Geschwindigkeit des Wärmeträgers in
diesem Fall um das 2,0-bis 2,5-Fache vermindern.
-
Ungefähr in derselben Größenordnung wird sich auch die volumetrische
Wärmeübergangszahl vermindern.
-
Die Wärmemenge Q", die von dem Wärmeträger auf den Schiefer übertragen
wird, wird durch folgende Formel bestimmt: Q = f (αv . V . #t), worin αv
die voliimetrische Wärmeübergangszahl in kJ/m3 h °C V das Brennstoffvolumcn in m3
und # t die durchschnittliche Temperaturdifferenz zwischen Wärmeträger und Brennstoff
in oC bedeuten.
-
Es ist naturgemäß, daß dt am Austritt des Dampf-Gas-Gemisches aus
der Schwelungskammer niedriger als am Eintritt in die Kammer sein wird. Folglich
vermindern (verschlecntern) sich beim Ofen dieser Bauart am Austritt des Dampf-
Gas- Gemisches aus der Schwel'ingskammer gleichzeitig zwei Kennziffern, αv
und # t. Folglich vermindert sich in diesem Fall die Wärmemenge "Q", die auf den
Schiefer übertragen wird. und verschlechtert sich das Durchwärmen desselben. Das
verursacht eine ungleichmäßige und unvollständige Schiefe rverarbeitung und führt
als Folge su einer Verminderung der Teerausbeute (Ausbeute am flüssigen Schieferbrenntoff).
-
Eincn anderen Nachteil des bekannten Ofens bildet die ungleichmäßige
Verteilung des Wärmeträgers in der Brenn:toffschicht.
-
Bekanntlich verteilt sich das Stückgut an den Seitenwänden des Ofengehäuses
nicht so dicht, wie in der Mitte der Schicht. Unter der Einwirkung dieser Erscheinung,
die als "Wandeffekt" bezeichnet wird, bewegt sich der Wärmeträger in der Schwelungskammer
vonviegend entlang der Seitenwände der Kammer, indem er hier das zu verarbeitende
Gut stark überhitzt t£nd die Brennstoffabschnitte nicht ausreichend durchwärmt,
die von den SeitensPnden der Kammer in Richtung zu ihrem Zentrum entfernt sind.-Infolse
eines ungleichmäßigen Durchwärmens des Brennstoffes in der Schwelungskammer vermindert
sich die Teerausbeute.
-
Auf diese Weise findet in dem Ofen dieser Bauart ein ungleichmäßiges
Durchwärmen des Brennstoffes in der Schwelungskammer, sowohl in der Breite als auch
in der Tiefe der Schicht, bezogen auf die Bewegung des Stromes des gasförmigen Wärmeträgers
statt. Das beeinflußt negativ die Teerausbeute; diese vermindert sich.
-
Ein weiterer Nachteil dieses Ofens ist ein geringer FUllungagrad
der Schwelungszone mit Brennstoff. Der genannte Baum (Nutzraum) beträgt nur noch
30 bis 40%. Den übrigen Teil des Baumes der Schwelungszone nehmen die Kammern fttr
die Herstellung und die Verteilung des Wärmeträgers sowie auch zum Sammeln und Abziehen
des
Dampf-Gas-Gemi.sches in Anspruch. Einen bedeutenden Thaum beanspruchen
auch Vertikalgitter an der "heißen" Seite der Schwelungskammer. Diese Gitter sind
aus einem feuerfesten Werks-toff ausgeführt und weisen eine vt.^.rke von 0,4 bis
0,5 m auf.
-
Da die Leistung der Öfen im wesentlichen vom Nu-tzraum der Schwelungszone
abhängig ist, können wegen des vehältnismäßig geringen Nutzungsgrades des Raumes
der Schwelungszone beim Ofen dieser Bauart keine Elowlen Leistungskennziffern bei
der Schieferverarbeitung erreicht werden. Die in den industriemäßig betriebenen
Öfen erreichte Leistung betragt nur noch 240 bis 250 t Schiefer pro Tag.
-
Bei einem diesbezüglich verbesserten Ofen wird die Schwelung des
Schiefers im horizontal und quer verlaufenden Strom eines gasförmigen Wärmeträgers
durchgeführt (s.
-
S. Feinberg, Gasgenerator vom Vertikaltyp zur Verarbeitung von Brennstoffen,
z.B. Brennschiefern, UdSSR-Urheberschein 150 963, bekanntgemacht am 25.1.1962).
Im Oberteil des Ofens ist die Schwelungszone angeordnet, die durch vier gitterförmige
Zwischenwände, welche parallel zu der Vertikalachse des Ofens geführt sind, in fünf
Kammern eingeteilt wird: eine Kammer zum Sammeln und Abziehen des Dampf-Gas-Gemisches,
d.h. die "kalte" Kammer, die entlang der Vertikalachse des Ofens angeordnet ist;
Schwelungskammern, die sich an die "kalte"
Kammer anschließen;
und DJei Kammern für die Herstellung und die Verteilung des Wärmeträgers, d.h. die
"heißen" rammern, die entlang der Vertikalachse des Ofens angeordnet sind und, sich
einerseits an die Schwelungskammern und andezerseits an .e Wand des Ofengehäuses
anschließen. Dabei sind die Gitter an der Lintrittsseite des Wärmeträ6ers in die
Schwelungskammern aus einem feuerfesten Werkstoff, und an der Austrittsseite des
Wärmeträgere aus Metall oder Roheisen hergestellt.
-
Im Unterteil des Ofengehäuses ist in der Zone der Vergasung von Halbkoks
und der Abkühlung des abgearbeiteten Rückstandes eine Gebläsevorrichtung vorgesehen.
Der Prozeß der Vergasung wird im aufsteigenden Strom des Dampi-Luft--Gemisches oder
i)ampf-Sauerstoff- Gemisches verwirklicht.
-
Jede "heiße" Kammer ist mit einem Brenner zur Herstellung von Rauchgas
versehen, der in der Wand des Ofengehäuses angeordnet ist; sie weist auch eine Gasleitung
für die Zuführung von Gas auf, das in einem Kondensierungssystem bei der Abscheidung
von flüssigen Produkten aus Dampf-Gas- Gemisch abgekühlt wird.
-
Der Schiefer wird mit Hilfe von speziellen Einrichtungen in den Oberteil
der Schwelungskammern aufgegeben, wo er einer Schwelung mit dem Wärmeträger bei
einer Temperatur zwischen 600 und 9000C ausgesetzt wird. Die für die Durchflhrung
des Prozesses eriorderliche Wärme erhält man durch Verbrennen eines Teils des abgekühlten
Gases in den
heißen Kammern, sowie durch die Vergasung von Halbkoks
im Unterteil des Ofens. Das Dampf-Gas-Gemisch wird aus den Schwelungskammern zur
Schwelung von Schiefer in die "kalte" Kammer geführt und durch einen Gasabzugskanal,
welcher im Oberteil der zimmer angeordnet ist, mit einer Temperatur von 150 bis
200°C in das Kondensierungssystem abgeleitet. Der verbrauchte Rückstand wird mittels
spezieller Einrichtungen aus dem Unterteil des Ofens ausgetragen und den Halden
zugeführt.
-
Im Vergleich zu den in der Industrie betriebenen Öfen weist dieser
Ofen einige Vorteile auf.
-
Der Füllungsgrad des Raumes der Schwelungszone erreicht 40 bis 50%.
Dadurch wird es möglich, Öfen mit einer Durchsatzleistung bis zu 1000 t Schiefer
pro Tag zu schaffen. Dadurch, daß in der Schwelungszone zwei Kammern zur Schieferschwelung
vorgesehen sind, verbessert sich das Durchwärmen der Schicht an der "kalten" Seite.
-
Zu den wesentlichen Nachteilen dieses bekannten Ofens gehören, wie
das auch bei den in der Industrie betriebenen Öfen der Fall ist, unbefriedigende
Bedingungen für die Erwärmung der Brennstoffschicht in den Schwelungskammern an
der "kalten" Seite und eine ungleichmäßige Verteilung des WErmeträgers über die
Breite der Schwelungskammern unter der Einwirkung des "Wandeffektes". Es ist deshalb
nicht möglich, Öfen von einer höheren Leistung infolge eines verhältnismäßig niedrigen
Füllungsgrades des Raumes der Schwelungszone
mit Schiefer zu schaffen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ofen zu schaffen,
bei dem die Kammer zum Sammeln und Abziehen des Dampf-Gas-Gemisches derart ausgeführt
ist, daß ein gleichmäßiges Durchwärmen der Schicht von stückigem Brennstoff in der
Schwelungszone gewährleistet wird.
-
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem Vertikalofen zur
Verarbeitung von stUckSgem Brennstoff, der hintereinander über der Höhe des Ofens
angeordnete Zonen zur Schwelung, Vergasung und Abkühlung, eine Beschickungsvorrichtung
zum Zuführen von festem Brennstoff in dem Oberteil des Ofens, eine Austragvorrichtung
zur Abführung von festem verbrauchten Gut aus dem Unterteil des Ofens, Zuführungen
für den Wärmeträger in die Zonen zur Schwelung und Vergasung und eine Kammer zum
Sammeln und Abziehen des Dampf-Gas-Gemisches, die in der Schwelungszone entlang
der Vertikalachse des Ofens angeordnet und durch ein Gitter begrenzt ist, aufweist,
erfindungsgemäß das Gitter eine zylindrische Oberfläche bildet, und die Zuführungen
für, den Wärmeträger in die Zone zur Schwelung und Vergasung am Umfang des Ofens
in mehreren Reihen angeordnet sind.
-
Zweckmäßigerweise soll die zylindrische Oberfläche einen runden Querschnitt
aufweisen.
-
Eine derartige konstruktive Ausführung des Ofens gestattet es, die
Bedingungen für die Wärmeübertragung an Austritt des Dampf-Gas-Gemisches aus der
Schicht des Brennstoffes in der Schwelungskammer stark zu verbessern. Viemi man
anninrut, daß der Durchmesser des Ofens im Querschnitt 10 m, und der durchschnittliche
Durchmesser der rammer zuu Sammeln und Abziehen des Dampf-Gas-Gemisches 2 m betragen,
wird die Fläche des Austrittsquerschnittes (Fläche des Gitters an der "kalten" Seite
der Schelungskammer) um das 5- fache geringer als die Fläche des Eintrittsquerschnittes
(am Eintritt des Wärmeträgers in die Schvelungskammer) sein. Wenn innen dabei berücksichtigt,
daß in diesem Fall durch eine Senkung der Temperatur des Wärmeträgers (von 800 bis
900 auf 150 bis 2000C) in der Schieferschicht das Volumen des Wärmeträgers um das
2,0 bis 2,5-Fache geringer wird, ist die Geschwindigkeit des Wärmeträgers am Austritt
aus der Schwelungskammer um das 2,0 bbs 2,5-Fache höher als am Eintritt in die Kammer.
In derselben Größen'rdnung nimmt die Wärmeübergangszahl zu, weil wie oben angeführt
wurde, sich diese Wärmeübergangszahl aus
ergibt, Folglich nimmt im vorliegenden Fall bei der Betrachtung der Bedingungen
für die Wärmeübertragung in der Brennstoffschicht am Austritt des Dampf- Gas-Gemisches
aus der Schwelungskammer
die Kennziffer t, wie das bei den oben
beschriebenen Bauarten der Öfen der Fall war, ab und die Kennziffer g v um das-2,0
bis 2,5-Fache zu.
-
Als Folge nimmt die Wärmemenge Q = f (αv . V . #t ) , die auf
den Schiefer in der Schicht übertragen wird und die von der Wärmeübergangszahl direkt
abhängig ist, im Vergleich zu den oben beschriebenen Bauarten der Öfen wesentlich,
und zwar um das 2,0 bis 2,5-Fache zu, Dadurch wird das Durchwärmen des Brennstoffes
an der "kalten" Seite der Schwelungskammer verbessert.
-
Außerdem fehlen bei dem erfindungsgemäßen Ofen in der Schwelungskammer
in Bewegungsrichtung des Wärmeträgers Seitenwände, weil des Schwelungskammer nur
durch eine zylindrische Wand begrenzt ist; hier fehlt folglich ein 'Wandeffek*".
Das trägt zur Erreichung einer gleichmäßigen Verteilung des Wärmeträgers in der
Brennstoffschicht bei.
-
Zu einer gleichmäßigen Verteilung des Wärmeträgers in der Brennstoffschicht
trägt auch die Anordnung der Zuführungen des Wärmeträgers in mehreren Staffeln im
periphären Teil bei. Dabei kann der Wärmeträger durch Verbrennen von Gas in Brennern,
die unmittelbar an jeweils einer Zuführung angeordnet sind, oder in einem oder mehreren
Brennern mit der anschließenden Zufuhr des Wärmeträgers zu jeder der Wärmeträgerzufhrungen
im einzelnen erhalten werden.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Ofen ist es möglich, Aggregate mit einer
höheren Einheitsleistung fUr die
Verarbeitung von auf der Welt
besonders verbreiteten Brcnnschieferarten mit einem verhältnismißig geringen Gehalt
an organischen Bestandteilen zu schaffen.
-
In dem erfindungsgemäßen Ofen erreicht der Füllungsgrad des Schwelungsschachtes
bei der Verwendung der Kammer zum Sammeln und Abziehen des Dampf-Gas-Gemisches mit
einem, bezogen auf die Höhe, konstanten Querschnitt 80 bis 9ovo. Das ist um das
2 bis 4-Fache höher, als bei den bekannten Öfen mit dem horizontal und quer gerichteten
Strom des Wärmetriigers. Mit dem erfindungsgemäßen Ofen ist eine Verarbeitungsleistung
von 10.000 bis 15.000 t Schiefer pro Tag möglich.
-
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Ofens ist dessen einfache
konstruktive Ausführung. Öfen mit einer höheren Leistung fUr die Verarbeitung von
stückigem Schiefer zeichnen sich durch große Abmessungen aus (z.B. beträgt der Durchmesser
10 bis 12 m und die Höhe 30 bis 35 m). Bei solchen Abmessungen ist bei der Anwendung
von bekannten konstruktiven Lösungen der Gestaltung der Öfen mit horizontal und
quer gerichtetem Strom des gasförmigen krårmeträgers die Entwicklung von speziellen
Einrichtungen erforderlich, die zur Befestigung von Metallflachgittern an der Seite
der Abführung des Dampf-Gas-Gemisches aus den Schwelungskammern sowie auch zur Befestigung
von feuerfesten Gittern an der Eintrittsseite des Wärmeträgers dienen. Dadurch wird
die Konstruktion des bekannten Ofens bedeutend erschwert.
-
Die Tragfähigkeit von Flachgittern ist unter der Einwirkung des Druckes
des Schiefers bedeutend niedriger als die der zylindrischen Gitter. In konstruktiver
Hinsicht ist es nicht besonders schwierig, die Festigkeit eines zylindrischen Gitters
zu gewährleisten. Dabei ist die Konstruktion des Gitters einfacher und benötigt
weniger Metall als die Konstruktion des Flachgitters.
-
Die Errichtung eines feuerfesten Gitters an der Eintrittsseite des
gasförmigen Wärmeträgers in die Schwelungskammer entfällt bei dem erfindungsgemäßen
Ofen überhaupt.
-
Da in dem erfindungsgemäßen Ofen eine Kammer zur Aufbereitung und
Verteilung des Vlärmeträgers, d.h. eine Feuerungseinrichtung mit einem größeren
Raum fehlt, wird die Explosionsgefahr beim Betrieb des Aggregates vermindert und
die Einleitung von Maßnahmen zur Verhinderung von Explosionen erleichtert.
-
Folglich sind die Möglichkeiten der Schaffung von Aggregaten mit
einer Leistung von 10.000 bis 15.000 t Schiefer pro Tag auf der Grundlage der bekannten
technischen Lösungen, wie sie bei der Ausführung der Öfen mit dem horizontal und
quer gerichteten Strom des gasförmigen Wärmeträgers verwendet wurden, sehr beschränkt.
Abgesehen von der komplizierten konstruktionsmäßigen Ausführung von einzelnen Elementen,
wUrden Aggregate mit außerordentlich großen Abmessungen erforderlich, was zu sehr
hohen Investitionen filr den Bau solcher Öfen führen wUrde.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Ofen ist es notwendig, daß die Zuführungen
fl für den,Wt träger pi die Kammern zur
Schwelung und Vergasung
als Verteilungskanimern ausgebildet sind, von dene jede in der Wand des Ofens von
der Seite seines Innenraumes ausgehend, vorgcselien ist, gegen die benachbarte Kammer
isoliert is-t, der Forn der Ofena.and folgt und auf der Seite des Innenraumes des
Ofens durch ein Jalousiegitter begrenzt ist, dessen länge einen freien Austritt
von festen Brennstofftcilchen aus dem Unterteil der Kammer ermöglicht. Der Neigungswinkel
der Jalousicflächen auf der Seite des Arbeitsraumes des Ofens ermöglicht eine stetige
Bewegung des Brennstoffes über diese Flächen.
-
Die EinfuJirung des Wärmeträgers in die Breimstoffschicht durch die
Verteilungskamlnern mit den Gittern, die im Mauerwerk des Ofens angeordnet sind,
gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung des Wärmeträgers in der Brennstoffschicht
in der Horizontalebene des Ofens praktisch über die gesamte Außenfläche der Schwelungskammer.
-
Auf diese Weise gewährleistet der erfindungsgemäße Ofen im Vergleich
zu den bekannten Öfen eine gleichmäßigere Verteilung der Wärme in der Brennstoffschicht,
sowohl über deren Breite als auch über deren Tiefe, bezogen auf die Bewegung des
Stromes des Wärmeträgers. Folglich wird im vorliegenden Fall auch eine höhere Teerausbeute
gesichert.
-
Zweckmäßigerweise nimmt die zylindrische Oberfläche, die durch das
Gitter der Kammer zum Sammeln und Abziehen des Dampf-Gas-Gemisches gebildet wird,
stufenweise in Bewegungsrichtung des Dampf-Gas-Gemisches kegelstumpfähnlich zu.
-
Der Durchmesser der Kammer zum Sammeln und Abziehen des DamSf- Gas-
Gemisches sJird-so gewählt, . daß die Geschnvinlig,wit des Dampf- Gas- Gemisches
in der Kammer verhältnismaßig gering und das Austragen des Schieferstaubes aus dem
Ofen minimal sind. Die Berechnungen werden dabei für das Oberteil der Kammer zum
Sammeln und Abziehen des Dampf--Gas-Gemisches durchgeführt, in dem die Mengre dieses
Gemisches am größten ist, weil alle St-röme des Dampf-Gas-Gemiiches, die in die
Kammer über deren ganzer Höhe zugeführt werden, durch ihren Oberteil hindurchgehen.
-
Da der Querschnitt der Kammer zum Sammeln und Abziehen des Dampf-Gas-Gemisches
über die gesamte Höhe gleich ist, sind- die Geschwindigkeiten der Gasströme im Unterteil
der Kammer geringer als im Oberteil, obwohl vom Standpunkt einer Verminderung der
mit dem Dampf-Gas-Gemisch aus dem Ofen auszutragenden Staubmenge dies nicht notwendig
ist, weil die höchsten Geschwindigkeiten des Dampf-Gas-Gemisches im Oberteil der
Kammer bereits derart gewählt sind, daß die auszutragende Staubmenge minimal ist.
-
Folglich kann man den Durchmesser der Kammer zum Sammeln und Abziehen
des Dampf-Gas-Gemisches in der Richtung nach unten vermindern; dadurch wird es möglich,
den Rutzraum der Schwelungszone und dementsprechend die Leistung des Ofens hinsichtlich
der Schieferverarbeitung um 10 bis 15% zu vergrößeren.
-
Außerdem wird durch die veränderliche Stärke der Brennstoffschicht
im Ofen das Durchwnrmen der Schicht in der Schwelungszone über der Höhe der Zone
gleichmäßiger, weil bei einem größeren Durchmesser der Kammer zum Sammeln und Abziehen
des Dampf-Gas-Gemisches im Oberteil der Kammer im Vergleich zu ihrem Unterteil der
Strömungswiderstand der Brennstoffschicht minimal wird. Das trägt zu einem intensiveren
Durchwärmen des Gutes im Oberteil des Ofens in der Schwelungszone und als Folge
zu einem schnelleren Verdampfen der Feuchtigkeit des Schiefers bei. Der aufbereitete
Schiefer gelangt in die Zone der intensiven Schwelung und wird einer vollständigen
Schwelung ausgesetzt, wodurch die Teerausbeute und der thermische Wirkungsgrad des
Prozesses erhöht werden.
-
Auf diese Weise ermöglicht es der erfindungsgemäße Ofen im Vergleich
zu dem bekannten Ofen, höhere Leistungskennziffern hinsichtlich der Schieferverarbeitung
(10.000 bis 15.000 t Schiefer pro Tag) bei einer relativ einfachen konstruktionsmäßigen
Ausführung des Ofens zu erreichen, sowie auch die Teerausbeute und den thermischen
Wirkungsgrad des Prozesses zu erhöhen. Dabei kann der erfindungsgemäße Ofen zur
Verarbeitung von auf der Welt am häufigsten verbreiteten Schieferarten, die einen
verhältnismäßig geringen Gehalt an organischen Bestandteilen haben, eingesetzt werden.
-
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 schematisch im Iängsschnitt eine erste AusfWlrungsform
eines Ofens zur thermischen Verarbeitung von stükkigem Brennstoff mit einer Kammer
zum Sammeln und Abziehen des Dampf-Gcls-Gemisches, die in Form einer zylindrischen
Oberfläche ausgeführt ist; Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II von Fig. 1;
Fig. 3 eine Draufsicht auf den Ofen von Fig. 1 in Richtung des Pfeils A; Fig. 4
im Längsschnitt eine zweite Ausfilhrungsform eines Ofens, bei dem die Kammer zum
Sammeln und Abziehen des Dampf-Gas-Gemisches eine zylindrische Oberfläche hat, die
stufenweise in Bewegungsrichtung des Dampf-Gas-Gemisches zunimmt; Fig. 5 in einer
Hälfte einen Schnitt längs der Linie V-V von Fig. 4 und in der anderen Hälfte eine
Draufsicht auf den Ofen von Fig. 4, wobei die Feuerungsvorrichtungen um 450 geschwenkt
sind, und Fig. 6 schematisch in der Seitenansicht eine Zyklonfeuerung in Richtung
des Pfeiles B gesehen.
-
Der Vertikalofen zur thermischen Verarbeitung von stückigem Gut,
insbesondere Brennschie-1er, hat ein Gehause 1 (Fig. 1) mit einer zylindrischen
Form, dessen Wand 1 aus einem feuerfesten Werkstoff ausgeführt und in einen hermetisch
abgedichteten metallischen Itntel 2 eingeschlossen ist. Im Gehäuse 1 sind hintereinander
in der Höhe die Schwelungszone 3, die Vergasungszone 4 und die Kühlzone 5 angeordnet.
-
In der Schwelungszone 3 ist am oberen Deckel 6 des Ofens eine Kammer
7 zum Sammeln und abziehen des Dampf-Gas-Gemisches befestigt, die durch ein ?4otallgitter
8 begrenzt ist, das eine zylindrische Oberfläche mit einem runden Querschnitt bildet.
Die Kammer 7 ist im Oberteil mit einem nicht gezeigten Gasabzug verbunden.
-
Am Umfang des Ofens sind in mehreren Staffeln oder Reihen Feuerungsvorrichtungen
9 zur Aufbereitung eines Warmeträgers angeordnet, wobei die Vorrichtungen 9 jeder
darauffolgenden Reihe in bezug auf die vorhergehende Reihe in der Horizontalebene
um 450 (Fig. 2) versetzt sind. Jede der Feuerungsvorrichtungen 9 (Fig. 1) stellt
eine Kammer 10 dar, die von innen mit feuerfesten Ziegelsteinen ausgekleidet und
mit einem Brenner 11 zur Herstellung von Rauchgas versehen ist, das beim Verbrennen
des durch einen Stutzen 12 zugeführten Gases entsteht. Ein Stutzen 13 dient zur
Luftzufuhrung. Am Austritt aus der Kammer 10 ist eine Zuführung
14
für das abgekühlte Gas angeordnet, das ein nicht gezeigtes Kondensierungssystem
pa..sicrt hat. Mit diesem abgekühlten Gas wird die Temperatur des Wärmeträgers geregelt.
-
Der Wärmeträger wird aus den Feuerungsvorrichtungen 9 durch Wärmeträgerzuführungen,
z.B Gaszugs 15, in eine Schwelungskammer 16 unmittelbar der Brennstoffschicht zugeführt.
Die Kammer 16 ist durch die Wand 1' des Ofengehäuses 1 und das Gitter 8 der Kammer
7 zum Sammeln und Abziehen des Dampf-Gas-Gemisches begrenzt.
-
Eine derartige konstruktive Ausführung der Schwelunsszone gestattet
es, den Füilungsgrad der Zone mit Schiefer auf 80-90Ao zu erhöhen und eine gleichmäßige
Verteilung des Wärmeträgers in der Brennstoffschicht zu gewährleisten.
-
Dadurch wird die Möglichkeit für die Bleichung von höheren Leistungen
des Ofens hinsicht der Schieferverarbeitung (bis 10000 -15000 t pro Tag) bei verhältnismäßig
hohen Ausbeuten gewährt.
-
Die untere Reihe der Feuerungsvorrichtungen 9 dient zum Zuführen
eines Vergasungsmittels, z.B. Rauchgase und aus Rauch und Luft bestehender Gebläsewind,
in die Vergaslngszone 4. Die einführung des Vergasungsmittels erhöbt den Ausnutzungsgrad
der organischen Bestandteile des zu verarbeitenden Schiefers.
-
Die Beschickung des Ofens mit dem Schiefer wird mittels der automatischen
Beschickungsvorrichtungen 17 (Fig. 3) verwirklich; die am oberen Deckel 6 des Ofens
angeordnet sind.
-
Die Anzahl der Beschickungsvorrichtungen 17 wird ausgehend davon
gewählt, daß eine gleichmäßige Verteilung des Brennstoffes über den Querschnitt
des Ofen in der Horisntalebene gewährleistet wird. Es können, z.B. vier Beschickungsvorrichtungen
vervuendet werden.
-
In der Zone 5 (Fig. I) zur Abkühlung des verbrauchten festen Rückstandes
sind Vorrichtungen 18 und 19 zum Einführen des in dem nicht gezeigteil Kondensierungssystem
abgekühlten Gases vorgesehen. Der feste Rückstand, der bei der Verarbeitung anfällt,
wird aus dem Unterteil des Ofens mittels einer teilweise gezeigten Austragvorrichtung
20 entfernt.
-
Der Ofen zur thermischen Verarbeitung von festem Brennstoff, insbesondere,
Brennschiefer, hat folgende Wirungsweise: Der stückige Schiefer wird mittels aer
ßeschickungs-Vorrichtungen 17 (Fig. I) in die Schwelungskammer 16 eingeführt, wo
er mit dem Strom eines gasförmigen Wärmeträgers mit einer Temperatur von 500 bis
900°C, die in Abhängigkeit.
-
von der Qualität des zu verarbeitenden Schiefers gewählt wird erwärmt,
wobei der Wärmeträger durch Verbrennen von Gas in den euerungsvorrichtungen 9 und
Beimischen von dem durch die Zuführungen 14 zugeführten abgekühlten Gas zu den Rauchgasen
hergestellt wird. Der Wärmeträger wird in die Schwelungs kammer 16 durch die Gaszüge
15 zugeführt. Der Wärmeträger wird durch die sich nach unten bewegende Schieferschicht
in Querrichtung geführt. Bei der Erhitzung des Schiefers auf eine Temperatur von
500 bts-600°C wird dieser zuerst vorgetrocknot;
dann werden flüchtige
Produkte abgeschieden.
-
Aus der Schwelungskauimer 16 wird der gasförmige Wärmeträger zusammen
mit flüchtigen Schwelungs)roduktcn in die Kammer 7 zum Sammeln und Abziehen des
Dampf-Gas-Gemisches geleitet und bei einer Temperatur von höchstens 150 bis 2000C
in das in Fig.1 nicht gezeigte Kondensierungssystem abgesaugt.
-
Durch eine bedeutende Vergrößerung der Geschwindigkeit des Wärmeträgers
an der "kalten" Seite der Schvielungskammer 16 werden die Bedingungen für die Wärmeübertragung
trotz der stattfindenden Senkung der Temperatur des Gasstromes bedeutend verbessert.
Das tragt zu einer L'rhöhung der Teerausbeute und des thermischen Wirkungsgrades
des Prozesses bei.
-
Der Halbkoks wird aus der Schwelungskammer 16 weiter in die Zone
4 zugeführt, in der die Vergasung des Halbkoks dadurch verwirklicht wird, daß aus
den Feuerungsvorrichtungen 9 der ganz unteren Reihe ein Vergasungsmittel z.B. Rauchgase
zugeführt werden. Die sich dabei bildenden Gasströme werden aus der Zone 4 in die
Kammer 7 zum Sammeln und Abziehen des Dampf-Gas-Gemisches geführt. Die Temperaturen
für den Betrieb der Zone -4 werden anhand von Versuchen ermittelt.
-
Der feste Rückstand, der bei der Verarbeitung anfällt, wird aus der
Zone 4 in die Zone 5 zugeführt, wo er mit dem durch die Vorrichtungen 18 und 19
eingeführten Gas bis auf eine Temperatur von 80 bis 1000C abgekühlt wird. Im folgenden
wird
er mittels der Austragvorrichtung 20 auf Transporteinrichtungen ausgetragen und
zu Halden transportiert.
-
Bei der in Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsform hat die Kammer
7 zum Sammeln und Abziehen des Dampf-Gas-Gemisches eine zylindrische Oberfläche,
die stufenweise in Bcwegungsrichtung des Dampf-Cas-Gemische zunimmt. Die Kammer
7 ist aus einer Reihe von Gittern 21 (Fig. 4) zylindrischer Form hergestellt, die
starr aufeinander befestigt sind. Dabei vermindern sich die Durchmesser dieser Gitter
21 aufeinanderfolgend in Richtung zum Unterteil des Ofens. Die Gitter 20 haben im
montierten Zustand insgesamt eine kegelstumpfähnliche Form.
-
Die Feuerungsvorrichtungen 9, z.B. in Zyklonbauweise, haben eine
Kammer 22, die von innen mit feuerfestem Ziegelstein ausgekleidet und mit einem
Stutzen 23 (Fig. 5, 6) für die Luftzuführung, einem Stutzen 24 für die Gaszuführung
und einem Stutzen 25 für die Zuführung des abgekühlten Gases versehen ist. In der
Kammer 22 (Fig. 4) bildet sich Rauchgas durch Verbrennen von Gas. Die Rauchgase
werden mit dem abgekühlten Gas vermischt. Es bildet sich ein Wärmeträger, der durch
Gaszüge 26 in Verteilungskamnern 27 geführt wird, die als ZufUhrungen für den-Wärmeträger
in die Schwelungszone 3 und die Vergasungszone 4 dienen. Jede der Kammern 27 ist
in der Wand 1' des Ofens, ausgehend von der Seite des
Innenraumes
vorgesehen, gegen die benachbarte Kammer 27 isoliert, folgt der Form der Wand 1'
des Ofens und weist eine Neigung 28 auf. Außerdem ist jede Kamn;er 27 von der Seite
des Innenraumes des Ofens her durch ein Jalousiegitter 29 begrenzt, dessen Länge
einen freien Austritt der festen Teilchen des Brennstoffes aus dem Unterteil der
Kammer gewäkrleistet, falls sie durch das Jaleusiegitter 29 eindringen. An der Kammer
7 zum Sammeln und Abziehen des Dampf-Gas-Gemisches ist ein in Richtung zum Oberteil
des Ofens konvergierender Abschnitt 30 befestigt, der in einem Stutzen 31 endet.
-
Der Ofen hat ebenso wie der von Fig. 1 Vorrichtungen 18 und 19 zum
Einführen des im nicht gezeigten Kondensierungssystem abgekühlten Gases.
-
Der Ofen dieser Ausführungsform arbeitet wie der von Fig. 1, nur
wird der Wärmeträger in die Schwelungskammer 16 durch Gaszug 26, Verteilungskammern
27 und Jalousiegitter 29 zugeführt. Dadurch wird es möglich, die Gleichmäßigkeit
der Verteilung des Wärmeträgers in der Horizontalebene des Ofens zu verbessern,
was die Erreichung von höheren Teerausbeuten gewährleistet.
-
Der Wärmeträger durchdringt gleichmäßig die Schieferschicht in Querrichtung,
wobei eine Schieferschwelung stattfindet. Das Dampf-Gas-Gemisch wird in die Kammer
7 zugeführt, wo der Schieferstaub ausfällt; dann wird das Dampf-Gas-Gemisch mit
einer Temperatur von 100 bis 2000C durch den konvergenten Abschnitt bzw. Konfusor
30 und den Stutzen 31 in das Kondensierungssystem geleitet.
-
Eine derartige konstruktionsmäßige Gestaltung der Schwelungszone
3 gestattet es, einen Füllungsgrad dieser Zone mit Schiefer von 90 bis 95% zu erreichen
und eine gleichmäßige Verteilung des Wärmeträgers in der Brennstoffschicht bei einer
relativ geringen Anzahl der Feuerungsvorrichtungen 9 zu sichern.
-
silan erhält eine gleichmäßige Verteilung des Wärmeträgers in der
Brennstoffschicht bei einer geringeren Anzahl von Feuerungsvorrichtungen im Vergleich
zu der ersten Ausführungsform nach Fig. 1.
-
In den Figuren sind die Bewegungsrichtungen von Gas durch ausgezogene
Linien, von Luft durch punktierte Linien und von Wärmeträger durch Stichpunktlinien
bezeichnet.