DE2828439A1

DE2828439A1 - Verfahren zum behandeln von stueckigen bzw. koernigen materialien mit gasfoermigen medien

Info

Publication number: DE2828439A1
Application number: DE19782828439
Authority: DE
Inventors: Paul Ing Muellner; Ernst Dipl Ing Wildling
Original assignee: Voestalpine AG
Current assignee: Voestalpine AG
Priority date: 1977-07-18
Filing date: 1978-06-28
Publication date: 1979-01-25
Also published as: JPS5420961A; AT353233B; US4197084A; ATA515977A

Description

Vereinigte österreichische Eisen- und Stahlwerke - Alpine Montan Aktiengesellschaft Wien, Österreich

Verfahren zum Behandeln von stückigen bzw. körnigen Materialien mit gasförmigen Medien

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von stückigen bzw. körnigen Materialien mit gasförmigen Medien.

Teilchenförmige Materialien, wie z.B. Kalk, Magnesit, Dolomit, werden für verschiedene Zwecke aufbereitet, wie z.B. gewärmt_Ti gekühlt, getrocknet, geschwelt, geröstet, gesintert, gebrannt oder reduziert. Bei diesen Behandlungsverfahren wird ein gasförmiges Medium bei bestimmter Temperatur und eventuell bei erhöhtem Druck durch das körnige Material geleitet. Die beispielsweise aufgezählten Behandlungsverfahren unterscheiden sich untereinander durch Temperatur, Druck, Wärmebedarf bzw. Wärmeanfall und durch die Behandlungsdauer.

Für die Behandlung von körnigen Materialien mit einem gasförmigen Medium sind zahlreiche Verfahren unter Verwendung verschiedener Vorrichtungen bekannt. So werden beispielsweise für die Behandlung bei hohen Temperaturen (bis etwa 1500 C), wie beispielsweise zum Rösten, Sintern, Brennen, Reduzieren Schachtöfen bzw. Retorten, Drehrohröfen, Bandanlagen oder eine Kombination dieser Vorrichtungen verwendet. Alle die mit diesen Vorrichtungen durchführbaren Behandlungsverfahren haben jedoch den Nachteil, daß sie nur für bestimmte Materialien geeignet sind.

Ein Schachtofen bzw. eine Retorte eignen sich z.B. nicht zum Fritten, da das gefrittete Material nicht ausgetragen werden kann; auch ein Material, das aufgrund der Dichte seiner Packung nicht ausreichend gasdurchlässig ist, kann unter Verwendung dieser Vorrichtungen nicht behandelt werden. Außerdem ist es schwierig, das zu behandelnde Material einer Zwischenbehandlung zu. unterwerfen sowie den Behandlungsprozeß zu steuern.

Bei Verwendung eines Drehrohrofens können zwar die Behandlungsverfahren besser variiert werden, jedoch sind seine Investitionskosten sehr hoch. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß er hinsichtlich seines Wärmehaushaltes unwirtschaftlich ist. Prozeßänderungen in weiten Bereichen sind nur unter großem Zeitaufwand durchführbar.

Weiters ist es bekannt, die Behandlung eines körnigen Materials unter Verwendung von Wanderrosten durchzuführen. Solche Wanderroste werden aus Rostwagen gebildet, die zu einer endlosen Kette aneinandergereiht sind und kontinuierlich einen Ofen durchlaufen. Bei hohen Behandlungstemperaturen besteht die Gefahr, daß die Roste unzulässig stark verformt oder gar zer-

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stört werden, da die Behandlungsgase auch durch den Rost gedrückt bzw. gesaugt werden. Für sehr hohe Behandlungstemperaturen und gleichzeitig lange Behandlungszeiten, wie sie beispielsweise beim Brennen von Kalk erforderlich sind, sind Wanderroste jedoch nicht geeignet. Aber auch für Behandlungsarten bei niedrigen Temperaturen, bei denen hohe Druckunterschiede erforderlich sind (z.B. für das Trocknen von Kohle), sind Verfahren mit Verwendung von Wanderrosten nicht geeignet, da die Aufrechterhaltung der hohen Druckunterschiede nicht möglich ist.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zum Behandeln von stückigen bzw. körnigen Materialien mit gasförmigen Medien zu schaffen, welches für verschiedene Behandlungen, wie beispielsweise beim Pelletisieren von Erzen bzw. beim Trocknen, Schwelen, Rösten, Wärmen und Kühlen Verwendung finden kann, wobei die Unterschiede, die hinsichtlich der Temperatur, des Druckes, des Wärmebedarfes bzw. Wärmeanfalles und der Behandlungsdauer bei diesen Behänd]ungen vorhanden sind, berücksichtigt werden können und welche Behandlungen unter Verwendung einer einzigen Vorrichtung durchführbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das zu behandelnde Gut in Behälter eingebracht wird, die mindestens zv/ei nebeneinander liegende Kammern aufweisen, die in ihren Bodenbereichen miteinander nach Art kommunizierender Gefäße in Verbindung stehen, wobBi die zu behandelnden Materialien als Festbett im Bodenbereich und im Verbindungsbereich der beiden Kammern an den Behälterwandungen auf- bzw. anliegen, wobei eine Mehrzahl von Behältern hintereinander einen Umlauf bildend angeordnet wird und die Behältermündungen mit Deckeln bzw. Hauben abdeckbar sind, die jeweils eine Zuleitung für eine Behälterkammer und eine Ableitung für die andere Behälterkammer aufweisen, und daß die Behälterkette taktweise unter in Förderrichtung stationär angeordneten Deckeln bzw. Hauben geführt wird, wobei während jeder Verweilphase die Deckel bzw. Hauben die Behälter abschließen und das Behandlungsgas durch die Behälterkammern geleitet wird.

Die vorliegende Erfindung stellt sich insbesondere die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, welches mit großem Vorteil zum Brennen von

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Kalk eingesetzt werden kann. Die bisher bekannten Verfahren zum Kalkbrennen werden üblicherweise in Schachtofen durchgeführt, wobei der stückige Kalkstein am oberen Ende des Schachtes aufgegeben wird und nach unten zu durch eine Brennzone, die mit Gas- oder Ölbrennern beheizt ist, absinkt. An der unteren Öffnung des Schachtes wird Kaltluft zugeführt, die im Gegenstrom zu dem absinkenden, die Brennzone verlassenden gebrannten Kalk erwärmt wird, bis sie bei Erreichen der Brennzone eine Temperatur von etwa 1000⁰C besitzt. Das beim Zerfall des Kalksteins entstehende Kohlendioxid und das Abgas aus der Brennstoffverbrennung strömt im Gegenstrom zu dem aufgegebenen Kalkstein nach oben durch den Schacht und erhitzt durch seine Abwärme den zu brennenden Kalkstein.

Infolge der in der Brennzone einzuhaltenden hohen Temperatur von 900 bis 1000°C kann die Wärme des Abgases in der Vorwärmzone nicht ausgenützt werden, sondern das Abgas hat am oberen Schachtende noch immer eine Temperatur von mehr als 300 C. Die dieser Temperatur entsprechende Wärmemenge geht entweder ungenutzt verloren oder kann in aufwendigen rekuperativen Systemen verwertet werden. Ein besonderes Ziel der Erfindung besteht darin, beim Kalkbrennen diese hohe Äbgastemperatur zu vermeiden und die Wärme der Abgase in einer Form zurückzugewinnen, die eine Brennstoffersparnis in der Brennzone ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die mit körnigem Kalkstein gefüllte Behälterkette taktweise durch eine stationäre Vorwärmzone, Brennzone und Kühlzone geführt wird, wobei am Ende der Kühlzone Kaltluft im Gegenstrom zur Förderrichtung der Behälterkette in die Behälterkammern eingeleitet wird; in der Brennzone durch Verbrennen von Brennstoff, insbesondere Öl oder Gas, die zum Brennen des Kalksteins erforderliche Temperatur erzeugt wird und die Prozeßgase vorzugsweise im Gegenstrom zur Förderrichtung der Behälterkette in die Behälterkammern eingeleitet werden; und in der Vorwärmzone heißes Abgas unter überspringen mindestens eines Behälterkammerpaares durch die verbleibenden Behälterkammerpaare im Gegenstrom durchgeleitet wird, wogegen in die übersprungenen Behälterkammerpaare im Gleichstrom kalte Luft durchgeleitet wird, so daß abwechselnd jeweils ein Behälterkammerpaar duch das Abgas erwärmt und sodann

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durch Kühlluft abgekühlt wird, worauf die in der Vorwärmzone aufgewärmte Kaltluft zur Ersparung von Brennstoff in die Brennzone eingeleitet wird'.

Die Erfindung ist an einem Ausführungsbeispiel für das Brennen von Kalk anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei in Fig. 1 das erfindungsgemäße Verfahren schematisch an einer im Schrägriß gezeichneten Reaktionsbehälterkette dargestellt ist. Fig. 2 gibt den Temperaturverlauf des Abgases und der Kühlluft und Fig. 3 den Temperaturverlauf des Kalksteines bzw. des Kalkes wieder.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht, wie Fig. 1 zeigt, aus einer Mehrzahl von Reaktionsbehältern 1 bis 38, die z.B. gelenkig miteinander zu einer endlosen umlaufenden Kette verbunden sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind 3 8 Behälter vorgesehen, die über zwei Umlenkräder 39, 40 im Uhrzeigersinn weiterbewegt werden, u. zw. nach jeweils einer Verweilphase jeweils um einen Behälter.

Jeder einzelne Behälter weist zwei nebeneinanderliegende Kammern 41, 42 auf, die in ihren Bodenbereichen miteinander nach der Art kommunizierender Gefäße in Verbindung stehen, wobei die zu behandelnden Materialien als Festbett im Bodenbereich und im Verbindungsbereich der beiden Kammern an den Behälterwandungen auf- bzw. anliegen. Nicht dargestellte Zuleitungen im Oberteil bzw. im Deckel 52 der einen Kammer und"Ableitungen im Oberteil bzw. im Deckel 52 der anderen Kammer bewirken, daß das Prozeßgas durch das Festbett jedes Reaktionsbehälters hindurch zwangsgeführt wird. Während die Behälter 2 bis 16 in der nachfolgend beschriebenen Art von den Prozeßgasen durchströmt werden, wird der Behälter 1 mit Kalkstein 43 gefüllt. Die Behälter 2 bis 6 stehen bei der in Fig. 1 dargestellten Lage der Behälter in der Vorwärmzone 48 für den Kalkstein. Die Brennzone 49 erstreckt sich auf die Behälter 7 bis 12, wobei die Beheizung mittels Öl- oder Gasbrenner 53 erfolgt; der fertiggebrannte Kalk wird in den Behältern 13 bis 16, die in der Kühlzone 50 stehen, abgekühlt. Die Behälter 17, 18 und 19 werden über das Umlenkrad 40 gekippt, wodurch der fertig gebrannte Kalk 51 automatisch entleert wird.

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Um die Überschußwärme der Kühlzone 50 auszunützen, wird eine bestimmte Menge Kaltluft 44, welche in der Zeichnung mit dicken, voll ausgezogenen Linien veranschaulicht ist, durch den Behälter 16 geleitet und kühlt den darin befindlichen Kalk 51 ab, wobei sie sich erwärmt. Diese etwas erwärmte Kaltluft durchströmt anschließend den Behälter 15, kühlt den darin befindlichen Kalk um einen bestimmten Prozentsatz ab, und wird weiter erwärmt. Dieser Vorgang wiederholt sich beim Durchströmen der Behälter 14 und 13, wonach sie den Brennern 53 der Brennzone 49 zugeleitet wird.

Beim Brennen von Kalk kann man auf diese Art und Weise den Kalk von 1OOO°C auf etwa 80°C abkühlen und die ursprünglich kalte Luft auf ca. 900°C erhitzen.

Um den Kalkstein aufzuwärmen, wird das aus dem Behälter 7 austretende heiße Abgas 45, welches im wesentlichen aus Rauchgasen und.ausgetriebenem C0„ zusammengesetzt ist, und das in der Zeichnung durch eine doppelte, strichlierte Linie veranschaulicht ist, durch den Behälter 6 geleitet, wo es den darin befindlichen Kalkstein 43 erhitzt. Anschließend wird das noch immer heiße Abgas nach überspringen des Behälters 5 durch den Behälter 4 und anschließend nach Überspringen des Behälters 3 durch den Behälter 2 geleitet. Durch den Behälter 3 wird Kaltluft 46 (mit voll ausgezogener Linie dargestellt) hindurchgeführt,, die anschließend nach Überspringen des Behälters 4 durch den Behälter 5 hindurchgeleitet wird und weiter der auf ca. 900 C erwärmten und dem Behälter 12 zugeleiteten Luft 44 beigemengt wird, wonach dieser vereinigte Luftstrom dem Deckel der Zone zugeführt wird; die im Deckel installierten Brenner 53 verbrauchen jeweils eine Teilmenge der vorgewärmten Luft 44, 46 zum Verbrennen des Brennstoffes.

Sobald die Temperatur des den Behälter 2 verlassenden Abgases 45 ca. 120 C erreicht hat, wird die gesamte Behälterkette um einen Schritt weiterbewegt. Der Behälter 38 rückt in die Füllposition vor, der Behälter 1 nimmt die Stelle des Behälters 2 ein und der darin befindliche Kalkstein wird durch das Abgas erwärmt. Der Behälter 2, der nun an die Stelle des Behälters 3 gerückt ist, wird von kalter Luft 46 durchströmt, d.h. die ur-

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sprunglieh von den Abgasen in Behälter 2 gespeicherte Wärme wird an die Kaltluft abgegeben. Die solcherart erwärmte Kaltluft 46 strömt durch den Behälter 4, der nach dem Taktvorschub an die Stelle des Behälters 5 der Fig. 1 gerückt ist, und entzieht diesem Behälter einen Teil der vor dem Taktvorschub mittels der Abgase 45 zugeführten Wärmemenge. Den Behältern der Vorwärmzone 48 wird somit abwechselnd Wärme zugeführt und entzogen. Dadurch ist es möglich, die Wärme der Abgase 45 restlos auszunützen, so daß die Abgase die Vorrichtung"mit einer Resttemperatur von nur 120C verlassen.

Die den Abgasen 45 entzogene Wärmemenge ist erfindungsgemäß einerseits dem Kalkstein 43 und anderseits der im Gleichstrom der Vorwärmzone zugeleiteten und anschließend in die Brennkammer eingeleiteten Kühlluft 46 zugeführt, wodurch eine Einsparung an Brennstoff ermöglicht wird.

In Fig. 2 ist der Temperaturverlauf des in der Brennzone 49 auftretenden Gasgemisches 45 (Rauchgase und ausgetriebenes CO „ sowie vorgewärmte Kühlluft) und jener der Kaltluftzufuhr 44, 46 über die mit Gut gefüllte Behälterkette dargestellt, wobei für jeden Behälter der Brennzone 49 ein Brenner vorgesehen ist.

Fig. 3 veranschaulicht den dann sich einstellenden Temperaturverlauf des Kalksteins (durchgezogene Linie) bzw. des Kalkes (strichliert). Der zackenförmige Verlauf in der Vorwärmzone 48 ist durch den taktmäßigen Wechsel von Kaltluft 46 und heißem Gasgemisch 45 in den Behältern der Vorwärmzone verursacht.

Die nachstehenden Tabellen 1 bis 3 geben Aufschluß über die Wärmebilanz für das Brennen von 1 kg reinem CaCO₃ nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei Verluste unberücksichtigt sind.

Tabelle 1 gibt für jede Behandlungszone 48, 49 und 50 den Wärmeverbrauch und die Wärmeeinnahme an. In Tabelle 2 ist der errechnete Wärmeüberschuß bzw. das Wärmedefizit je Behandlungszone veranschaulicht, wogegen Tabelle 3 ersichtlich macht, daß der iedeale Prozeß dann geführt werden kann, wenn die Überschußwärme aus der Vorwärmzone 48 und Kühlzone 50 der Brennzone zugeführt wird.

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TABELLE 1

Zone	Wärmeverbrauch	in kJ
Vorwärmzone 48	Aufwärmen Kalkstein Abgaswärme CO„ Abgaswärme Rauchgas	1OOO°C - 1831 110⁰C - 56 110°C - 140
Brennzone 49	Zersetzung Kalkstein Aufwärmen Rauchgas	1OOO°C - 3180 1100°C - 1940
Kühlzone 50	Abwärmeverlust Kalk	80°C - 53
		- 7 200

Zone	Wärmee innahme	in kJ
Vorwärmzone 48	Wärmeinhalt CO₂ Wärmeinhalt Rauchgas	1OOO°C + 860 1100°C + 1940
Brennzone 49	Wärmeeinbringen Schweröl	+ 3540
Kühlzone 50	Wärmeinhalt Kalk	+ 860
		4- 7200

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TABELLE

1. Vorwärmzone 48	kJ
Wärmeverbrauch Wärmeeinnahme	- 2O27 + 2800
Wärmeüberschuß	+ 773
2. Brennzone 49
Wärmeverbrauch Wärmeeinnahme	- 51 2O + 354O
Wärmedefizit	- 1580
3. Kühlzone 50
Wärmeverbrauch Wärmeeinnahme	53 + 86O
Wärmeüberschuß	+ 8O7

TABELLE

Wärmeüberschuß Vorwärmzone 48 Wärmeüberschuß Kühlzone 50
Wärmedefizit Brennzone 49

kJ

+ 773 + 807 - T58O

O00O

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Das erfindungsgemäße Verfahren weist noch weitere Vorteile auf. So ist es z.B. möglich, das Brennen in der Brennzone 49 stufenweise zu führen, d.h. die erforderliche Gesamtbrennstoffmenge kann in über die Länge der Brennzone 49 verteilte Teilmengen 47 zugesetzt werden. Die Größe der Teilmenge hängt von der erwünschten Brenntemperatur ab und ist um so kleiner, je niedriger die Brenntemperatur sein soll, d.h. je niedriger die erwünschte Brenntemperatur ist, um so mehr Stufen mit dementsprechend kleinen Teilmengen sind erforderlich. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird Brennstoff in jeden in der Brennzone befindlichen Behälter, gemäß der in Fig. 1 dargestellten Lage der Behälter den Behältern 7 bis 12, zugesetzt. Beim Eintritt der vorgewärmten Luft in den Behälter 12 wird die erste Teilmenge an Brennstoff (flüssig oder gasförmig) zugegeben. Das sich bildende Rauchgas-Luft-Gemisch bestimmter Temperatur durchströmt den Behälter 12, gibt Wärme an den Kalkstein ab und zersetzt diesen. Vor Eintritt des Gemisches in den Behälter 11 wird wieder eine Teilmenge Brennstoff zugegeben und dieser Vorgang wiederholt sich bis einschließlich Behälter 7. Die Brennstoffteilmengen können in den verschiedenen Stufen ungleich groß sein, wodurch sich ein gewünschtes Temperaturprofil einstellen und steuern läßt. Es ist möglich, die Brenntemperatur über die Länge der Brennzone sehr nieder und möglichst konstant zu halten. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß es möglich ist, Druckverluste klein zu halten, indem die Prozeßgasströme auf mehrere Leitungen aufgeteilt werden.

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Claims

Patentansprüche:

1 . Verfahren zum Behandeln von stückigen bzw. körnigen Materialien mit gasförmigen Medien, dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde Gut in Behälter eingebracht wird, die mindestens zwei nebeneinanderliegende Kammern aufweisen, die in ihren Bodenbereichen miteinander nach Art kommunizierender Gefäße in Verbindung stehen, wobei die zu behandelnden Materialien als Festbett im Bodenbereich und im Verbindungsbereich der beiden Kammern an.den Behälterwandungen auf- bzw. anliegen, wobei eine Mehrzahl von Behältern hintereinander einen Umlauf bildend angeordnet wird und die Behältermündungen mit Deckeln bzw. Hauben abdeckbar sind, die jeweils eine Zuleitung für eine Behälterkammer und eine Ableitung für die andere Behälterkämmer aufweisen, und daß die Behälterkette taktweise unter in Förderrichtung stationär angeordneten Deckeln bzw. Hauben geführt wird, wobei während jeder Verweilphase die Deckel bzw. Hauben die Behälter abschließen und das Behandlungsgas durch die Behälterkammern geleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit körnigem Kalkstein gefüllte Behälterkette taktweise durch eine stationäre Vorwärmzone, Brennzone und Kühlzone geführt wird, wobei am Ende der Kühlzone Kaltluft im Gegenstrom zur Förderriehtung der Behälterkette in die Behälterkammern eingeleitet wird; in der Brennzone durch Verbrennen von Brennstoff, insbesondere Öl oder Gas, die zum Brennen des Kalksteins erforderliche Temperatur erzeugt wird und die Prozeßgase vorzugsweise im Gegenstrom zur Förderrichtung der Behälterkette in die Behälterkammern eingeleitet werden; und in der Vorwärmzone heißes Abgas unter Überspringen mindestens eines Behälterkammerpaares durch die verbleibenden Behälterkammerpaare im Gegenstrom durchgeleitet wird, wogegen in die übersprungenen Behälterkammerpaare im Gleichstrom kalte Luft durchgeleitet wird, so daß ein Behälterkammerpaar jeweils abwechselnd durch das Abgas erwärmt und sodanndurch Kühlluft abgekühlt wird, worauf die in der Vorwärmzone aufgewärmte Kaltluft zur Ersparung von Brennstoff in die Brennzone eingeleitet wird.

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