DE2828439A1 - Verfahren zum behandeln von stueckigen bzw. koernigen materialien mit gasfoermigen medien - Google Patents
Verfahren zum behandeln von stueckigen bzw. koernigen materialien mit gasfoermigen medienInfo
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Description
Vereinigte österreichische Eisen- und Stahlwerke - Alpine Montan Aktiengesellschaft
Wien, Österreich
Verfahren zum Behandeln von stückigen bzw. körnigen Materialien mit gasförmigen Medien
809884/0751
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. gewärmtTi 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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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 |
Wärmeüberschuß Vorwärmzone 48 Wärmeüberschuß Kühlzone 50
Wärmedefizit Brennzone 49
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 (2)
- 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.809884/0751
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- 1977-07-18 AT AT515977A patent/AT353233B/de not_active IP Right Cessation
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- 1978-06-28 DE DE19782828439 patent/DE2828439A1/de not_active Withdrawn
- 1978-07-10 US US05/923,093 patent/US4197084A/en not_active Expired - Lifetime
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