DE2828482A1 - Verfahren und vorrichtung zur verbesserung der waermeuebertragung zwischen gas und material in einem zement-rotierofen - Google Patents

Description

• "Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der
• Wärmeübertragung zwischen Gas und Material in einem Zement-Rotierofen" Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, die Wärmeübertragung zwischen den heissen Gasen, die einen Zement-Rotierofen durchströmen und dem aufzuheizenden Material durch ein neuartiges Verfahren mittels einer neuartigen wärmetauschenden Vorrichtung zu untensivieren, und zugleich die Zirkulation von feinen Materialteilchen, die von den Ofengasen mitgerissen werden, auf ein Minimum zu reduzieren.
• Gegenwärtig werden in bekannter Weise in Zement-Rotieröfen verschiedene konstruktive Prinzipien verwendet, di.e das Ziel haben, den Wärmsaustausch zwischen dem mehlfeinen Rohmatarial und den Ofengasen dadurch zu verbessern, dass die Mehlpartikel über die sich im rotierenden Ofen bildende Böschung hinausgehoben werden. Solche Konstruktionen können z.B. aus aus Stahl fabrizierten Hebeleisten oder Bechern bestehen, es kann sich aber auch um stählerne Kreiseinbauten oer solche aus hitzebeständigen Ziegeln handeln. Diese Vorrichtungen entnnnnen Teile des Robmaterials aus dem sich im Ofen durch die Rotation natürlich bildenden Haufwerk über eine kurze Strecke mit und schütten sie in den Gasstrom, sodass ein intensiver Kontakt zwischen den einzelnen Materialpartikeln und den Gasen stattEinden kann. Es ist in der Tat wichtig, das Material auf eine mDglichst grosse Oberfläche auszubreiten und in Kontakt mit den Gasen zu bringen, weil ohne ein solches Verfahren der Wårmeaustausch zwischen Material und Gas nur an der Oberfläche der sich im unteren Teil des Ofens natürlich formenden Böschung stattfinden kann. Daneben findet allerdings noch ein gewisser Wärmaübergang statt, zwischen der inneren Oberfläche und dem Material, das auf dieser Fläche aufliegt.
• Die oben beschriebenen und bis jetzt zur Verwendung gekcmnenen Verfahren und Vorrichtungen haben allerdings den ausserordentlich schwerwiegenden Nachteil, dass ein grosser Teil der in den Gasstrom gestreuten nehlfeinen am Ofenausgang Materialpartikel von den Gasen mitgerissen werden, sodass diese Gase/eine sehr hohe Staubkonzentration aufweisen. Das bringt mit sich, dass diese grosse Staubmenge rnittels sehr mächtig dimensionierten Staubabscheidern aus den Gasen entfernt werden müssen, h.«vor letztere in die Atmosphäre entlassen werden können.
• Aber nicht nur diese grossen Entstaubtmgsanlagen stellen einen eminenten Nachteil der gegenwärtigen Verfahren dar, auch die Wärmeöconomie des Systems leidet dadurch, dass die mit den Gasen zum Ofen hinausgetragenen Stadbpartikel eine nicht zu vernachlässigende Entalpie enthalten, die als reine Verlust<irme zum Ofen hinausgetragen wird.
• Die vorliegende Erfindung hat zum hauptsächlichen Ziel, die-.letztbeschriebenen Nachteile zu vermeiden, indem durch ein neuartiges Verfahren und neuartige konstruktive Vorrichtungen die Flächen, mittels welcher die Wärme durch Strahlung und Konvektion übertragen wird, erheblich vergrössert werden, ohne dass staubförmige Partikel in den Gasstrom rieseln müssen, wo letzterer seine höchste Geschwindigkeit hat.
• Das der Erfindung zugrundeliegende Verfahren, wie es in Zement-Rotieröfen zur Verwendung kommt, die sich um eine zentrale Achse drehen und bei welchen der Zylindermantel im Innern mit dem Material in Berührung steht unl wo symetrisch zu einem Querschnitt senkrecht durch die Ofenachse eine aufsteicende und eine abstei.gende Bewegung stattfindet, wird hauptsächlich wie folgt gekennzeichnet: - Es wird eine erste Materialböschung geformt durch die Ofenrotation, mit Neigung gegen den aufsteigenden Mantelteil.
• - Aus diesem ersten Haufwerk wird eine gewisse Menge des Feststoffes entnonen.
• - Diese Materialmenge wird über die erste Böschung hinausgetragen auf einen Bogen, der im grossen ganzen parallel zur Innenwand des Ofens verläuft.
• - Diese Materialmenge wird festgehalten und zwar mindestens auf der Strecke oberhalb der Böschung und auf einem Teil der absteigenden Strecke.
• - Diese Materialmenge wird in nächster Nähe des Ofenmantels während der absteigenden Bewegung freigesetzt und zwar von dem Augenblick an, wo der senkrechte Fall des Materials weit genug von der ofenmitte stattfinilet.
• - Mit dieser befreiten Materialmenge wird mindestens eine zweite Böschung gebildet, auf dem absteigenden Teil des Ofenmantels.
• Zugleich beinhaltet die Erfindung eine konstruktive Vorrichtung, die das Oberwähnte Verfahren enrögli cht.
• Die Erfindung ist besser verständlich, wenn nun sich nebst der Beschreibung der beiliegenden Zeichnung bedient, die ausschliesslich als Beispiel, eine Ft lichkeit der Realisierung der Erfindung darstellt und zwar.
• - zeigt die Fig. 1 einen senkrechten Querschnitt eines Zementofens, der ausgerüstet ist mit der Vorrichtung gemäss der Erfindung; teilweise weggebrochene - zeigt die Fig. 2 eine perspektivische/Ansicht eines Hebebechers, wie er zur Realisierung des Verfahrens, das der Erfindung zugrunde liegt, verwendet werden könnte.
• Gerräss dem vorliegenden Vorschlag stellt Pos. 1) der Zeichnung 1 den Ofenmantel eines Zement-Roterofens dar, der auf seiner Innenwand eine Anzahl von Bechers 2) aufweiset, die in regelmessigen Winkelabständen angeordnet sind. Jeder dieser Becher ist mit einer Oeffnung 3) versehen, auf seiner Vorderseite im Sinne der Rotation 4) des Ofenmantels gesehen.
• Die Oeffnung 3), die der Mantelinnenwand 5) anliaqend ist wird begrenzt durch eine vordere Wand 6), indem die Hinterseite der Bechers mit einer Wand 7) versehen ist, die so geformt ist, dass sie eine Durchmischung des Materi.als gewährleistet. Die Oberkanten der Vorderwand 6) und der Hinterwand 7) werden durch eine obere Wand 8) verbunden, und Seitenwände 9-9') schliessen die Seiten des Bechers ab und werden verlängert durch Stege 10), die als Verstärkung wirken. Die Becher werden mittels Befestigungen 11-11') mit dem Ofenmantel 1) verbunden, wobei die Befestigungen durch das Ofenfutter hindurchgeführt werden.
• Der Ofenmantel 1), d.h. der sich drehende Ofenteil, führt eine Rotation aus um die Längsachse 12), der Innemantel beschreibt deshalb einen aufsteigenden und einen absteigenden Kreisbogenteil, bezogen auf einen senkrechten Querschnitt 13), der durch die ofenachse 12) gelegt ist.
• Durch die Ofendrehung wird ein erstes Haufwerk 14) gebildet, das sich im Sinne der Rotation des Ofens am aufsteigenden Teil der Wand anschmiegt.
• Dieses Haufwerk 14) wälzt sich ständig längs des Ofenmantels ab und seine Böschungsoberfläche 15) kommt in direkten Kontakt mit den den Ofen durchströmenden Gasen.
• Durch di.e Drehung des Ofens taucht ein Becher 16) in die Böschung ein und wird, seinem Fortschreiten in diesem Materialhaufwerk gemäss, mit Material gefüllt. Das Material tritt durch die Oeffnung 3) ein, wobei die Vorderwand 6), welche eine Neigung im Sinne der Rotation aufweist, gewissenrussen als Trichter wirkt und so den Eintritt des Materials in den Becher fördert. Zu gleicher Zeit wird das Material, welches vom Becher nicht mitgenommen wird, über die oberen Wand 8 geschoben und dank der, der Hinterwand oder Umwälzpalette 7, im Sinne der Rotation rückwårts geneiqten Stellung, stark durchmischt.
• Durch diese Massnahmen wird das Material, das die Oberfläche der Böschung bildet, ständig umgewälzt, was einen vorzüglichen Wärmeaustausch wischen Gas und Material gewährleistet.
• Sobald der Becher aus dem Haufwerk. austritt und sich in der Lage, wie es auf der Zeichnung durch Pos .17) markiert ist, befindet, fäl.lt das Material, welches aus dem Haufwerk entnommen wolden ist, vollständ:ig ins Innere des Bechers und ist von der direkten n]ction der Gase abgeschirmt. Immerhin findet eirewärmeaustauschende Konvekl-ion durch die Becherwandungen hindurch statt.
• Die Ofenrotation, die die Becher mitmachen, bewirkt, dass das Material durch die Drehung der Becher in verschiedene Winkelstellungen, die ihnen aufgezwungen werden, eine Bewegung im Innern der Becher ausführt und zwar entlang der Hinterwand, der Oberwand und der Vorderwand. Nachdem der Becher einen Teil des absteigenden Bogens zurückgelegt hat, beginnt das Material aus dem Becher, dank seiner Bewegung im Innern desselben, ur die Vorderwand durch die Oeffnung 3) auszufliessen Dieses Ueberfliessen findet in der Zone 18) statt, wo das Material genügend weit vom Zentrum des Ofens entfernt ist.
• Von diesem Augenblick an stehen die Gase wi.eder direkt im Wärmeaustausch mit dem Material.
• Das Material wird in seinem Fall durch die Rückseite 19) der Umwälzpalette des Bechers zurückgehalten. Es bildet sich so eine zweite Materialböschung 20) auf dem absteigenden Wandteil des Ofens. Beim Weiterdrehen entleert sich der Becher vollständig.
• Damit der Becher sein Material vollständig ausschütten kann, ist die Vorderwand 6) im Innern des Bechers verdoppelt, mittels einer Wand 21), die ungefähr radial zum Ofen steht.
• Somit ist erwiesen, dass einerseits das Material der Böschung ständig umgewälzt wird, was ein Maximum an wärmetauschendem Effekt gewährleistet, dass andererseits eine neue Böschung auf dem absteigenden ManLelteil gebildet wird, dass weiter das Material in den Gasstrom fliessen kann und so in direkten Kontakt mit letzterem kommt in einem Gebiet, das genügend weit vam Ofen zentrum entfernt ist und wo die Gasgeschwindigkeit nicht mehr sehr erheblich ist und dass schliesslich das Material auf einem erheblichen Teil des Bogens, den der Ofenmantel beschreibt, mitgenommen wird und so einem Wärmeaustausch durch Leitung dieser Gase ausgesetzt ist, ohne dass die Gase in direktem Kontakt mit dem Material stehen.
• Befriedigende Resultate werden erreicht, wenn das Auslaufen des Materials aus dem Becher in dem Augenblick beginnt, wo die Vorderwand des Bechers eine Position erreicht hat, wo der letztere mit einer senkrechten Linie 13) einen Winkel von 45° bildet in Richtung des absteigenden Bogens. Eine vorteilhafte Ausführung der vorliegenden Erfindung wäre die, dass die Entleerung des Materials beginnt, wenn die Vorderwand einen Winkel von 600 mit 3er Linie 13) bildet auf dem absteigenden Bogen.
• Die Dimension der Oeffnung 3), die Grösse des inneren Volumens des Bechers und die Form des letzteren sind so ausgebildet, dass ein angemessener Teil aus dem Haufwerk entnommen wird und dass das Ueberlaufen des Materials in einer bestirnten Winkelposition des Bechers erfolgt.
• Selbstverständlich können auch andere Becherformen in Frage kommen, die dem Verfahren, gemäss der Erfindung, entsprechen. So könnte man z.B. Becher vorsehen, die eine schaukelnde Bewegung ausführen können, wobei die Bewegung an einem bestimmten Ort des absteigenden Bogens des Ofenmantels s attfinden würde, oder aber bewegliche Becher so konstruieren, dass sie eine gewisse Materialmenge aus dem Haufwerk entnehmen, worauf bestimmte Teile des Bechers geschlossen würden, um an einem bestimmten Ort der Kreisbewegung wieder ge öffnet zu werden.
• Die auf der Zeichnung gezeigte Realisation stellt indessen die vorteilhafteste Form der Erfindung dar, weil sie von äusserster EinEachheit ist und weil sie absolut keine beweglichen Teile enthält.
• Die Erfindung wurde beschricben und illustriert lediglich als Beispiel, das nicht begrenzt sein sol; es ist selbstverständlich, dass zahlreiche Aenderungen vorgenommen werden können, ohne dass der eigentl.iche Zweck des Verfahrens verlassen werden müsste.

Claims (11)

1. P A T E N T A N S P R U E C H E 1)0 Verfahren zur Verstärkung des Wärmeaustausches zwischen festem Material und Gas in einem Zementrotierofen, der sich um eine Längsachse dreht, wobei sich der innere Mantel in Kontakt mit dem Material befindet und wo die innere Wand synetrisch zu einem vertikalen Querschnitt durch die Ofenachse eine aufsteigende Bewegung und eine absteigende Bewegung beschreibt, dadurch gekennzeichnet: - dass ein erstes Haufwerk aus festem Material gebildet wird, das sich an die aufsteigende Ofenwand anschmiegt im Sinne der Ofenrotation; - dass aus diesem ersten Haufwerk eine gewisse Materialmenge entnommen wird; - dass diese Materialmenge iiber das erste Haufwerk hinaufgehoben wird auf einen Bogen, der im Prinzip parallel zir Ofe.lwBnd läuft; - dass diese Materialmenqe festgehalten wird, mindestens auf dem, oberhalb der Böschung Teil des aufsteigenden Bogens und auf einem Teil des absteigenden Bogens; - dass diese Materialmenge in unmittelbarer Nähe der Ofenwand freigegebe wird und zwar vom Augenblick an, wo der vertikale Fall des Materia genügend weit von der Ofenmitte stattfindet; - dass durch den Fall des befreiten Materials mindestens eine zweite Böschung von Feststoff gebildet wird, während der absteigenden Bewegung des Ofenmantels.
2. 2) Verfahren nach Anspruch 1) dadurch gekennzeichnet: - dass ein erstes Haufwerk aus Feststoff gebildet wird, das im Sinne der Ofenrotation auf den aufsteigenden Ofenmantelteil zu liegen kommt, wobei das auf der Böschungsoberfläche liegende Material mit dem Gas in direkter Berührung steht; - dass diesem ersten Haufwerk eine gewisse Menge Feststoff entnommen wird, wobei das Material des Haufwerks einer Durchmischung unterworfen wird, sodass ständig neues Material an die Oberfläche tritt; - dass eine bestimmte Materialmenge festgehalten wird und über das Haufwerk hinausgeführt wird und zwar längs einem Bogen, parallel zur Ofen wand; - dass diese Materialmenge nicht der direkten Aktion der Gase ausgesetzt ist, wenigstens während des aufstei(londen Weges oI>erhalb des Haufwerkes und auf einem Teil des absteiq(nden Weges, doch immerhin derart, dass trotzdem ein Wärmetausch zwischen Gas und Feststoff gewährleistet ist; - dass diese Materialmenge nach und nach aus dem Becher entleert wird, in unmittelbarer Nähe des absteigenden Bogens des Ofenrrsntels, sodass das herunterrieselnde Material in direkten Kontakt mit dem Gasstrom kommt in einer Zone, die weit entfernt ist von der Ofen achse; - dass dieses freifallende Material zurückgehalten wird, sodass während der absteigenden Bewegung des Ofenmantels mindestens ein zweites Haufwerk von Festtoff gebildet wird, dessen Böschungsoberfläche in direktem Kontakt mit den Gasen steht.
3. 3) Verfahren nach Anspruch 1) und 2) dadurch gekennzeichnet, dass das Ausschütten des festgehaltenen Materials, welches einen Weg, nahe bei und parallel zu der aufsteigenden Ofenwand durchschritten hat, stattfindet, wenn das erwähnte Material einen Bogen von 450 vorn Scheitelpunkt in Richtung des absteigenden Ofenmantels durchlaufen hat.
4. 4) Verfahren nach Anspruch 3) dadurch gekennzeichnet, dass die Freisetzung des Feststoffes dann beginnt, wenn das Material einen Kreisbogen von GO0 vcm Scheitelpunkt in Richtung des absteigenden Ofermantels durchlaufen hat.
5. 5) Vorrichtung zur Realisierung des Verfallrens gemäss Anspruch 1) dadurch gekennzeichnet, dass im Innern eines Rotierofens auf seiner innern Mantelfläche mindestens 1 Becher montiert ist, der eine Oeffnung aufweist, die gestattet, dass dieser Becher beim Durchtritt durch das Haufwerk, das im Innern des Ofens geforrrrt wird, eine gewisse Materialmengc mitnimmt, wobei der Becher so konstruiert ist, dass das Material über den aufsteigenden Bogen oberhalb der Böschung und auf einem Teil des absteigenden Bogens festgehalten wird, um das Material während des absteigenden Bogens im freien Fall an einer Stelle des Bogens freizugeben, die weit genug von der Ofenachse entfernt liegt.
6. 6) Vorrichtung aerss A spruch 5) dadurcn gekennzeichnet, dass der Becher fest mit dem rotierenden Ofenmantel verschraubt ist, wobei der Becher so geformt sein muss, dass im Sinne der Rotation des Ofenmantels eine Vorderwand eine longitudinale Oeffnung bis zum Ofenmantel frei lässt und weiter eine Hinterwand vorgesehen ist, die bis zum Ofenmantel reicht, ferner eine obere Wand, die die Vorderwand n oberen Ende der Hinterwand trifft und weiter Seitenwände vorgesehen sind, die die Seiten des Bechers so abschliessen, dass nur die longitudinale Oeffnung auf der Vorderseite frei ist, wobei der innere Raum des Bechers und die Breite der Oeffnung so gewählt werden müssen, dass eine angemessene Füllung des Bechers durch Hineinrieseln des Materials längs der Ofenwand durch die Oeffnung hindurch ins Innere des Bechers, während des Durchtritts des Bechers durchs Haufwerk, geçährleistet ist bis das Material durch die hintere Wand aufgehalten wird, wobei ein Durchmischen des Materials durch Bewegung längs der Hinterwand, Oberwand und Vorderwand des Bechers, infolge der Drehung desselben durch die Ofenrotation stattfindet, unc ein Ausschütten des mitgeführten Materials durch die Oeffnung stattfindet, sobald der Becher mit der Vertikalen einen Winkel von 45° auf dem absteigenden Bogen des Mantels bildet.
7. 7) Vorrichtuna ciemäss Anspruch 6) dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Bechers und die Oeffnung dermassen konstruiert sind, dass das Ueberfliessen des Materials beginnt, wenn der Becher eine Neigung erreicht hat, die einer Winkelposition von 600 gegenüber der Vertikalen auf dem absteigenden. Bogen des Mantels e.ntspricht.
8. 8) Vorrichtung aemäss eines der Ausprüche 5) - 7) dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen mit einer Serie von Bechern ausgerüstet ist, die auf dem innern Ofenmantel in gleichmässigen Winkelintervallen angeordnet sind.
9. 9) Vorrichtung gemäss einer der Ansprüche 6)- 8) dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderwand des Bechers im Sinne der Rotation dermassen geneigt ist, dass sie während des Durchgangs des Bechers durch das Haufwerk einen Trichter gegenüber der Oeffnung bildet, wobei die Hinterwand eine solche Neigung aufweist, dass sie zuerst eine Rührleiste bildet während des Durchgangs des Bechers durch das Haufwerk und nachher als Organ zum Rückhalten des fallenden Materials wirkt während des Ueberlaufens des Materials durch die Oeffnung des unmittelbar nachfolgenden Dehers.
10. 10) Vorrichtung qernäss einem der Ansprüche 6) - 9) dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderwand im Innern des Bechers durch eine Wand, die in radialer Richtung zur Ofenachse stcht, verdoppelt ist zur Gewåhrleistung einer kompletten Leerung des Bechers vor Eintritt ins Haufwerk.
11. 11) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6) - 10) dadurch gekennzti.chnet, dass die Seitenwände über die Hinterwand hinausgeführt werden und so Verstärkungen bi.lden, die zugleich einen seitlichen Rückhalt des hinunterrieselnden Mate.rials bilden, das auf die Aussenseite der Hinterwand des Bechers fällt, der im Sinne der Ofenrotation detn ausschüttenden Becher vorausgeht.