DE2828482B2 - Verfahren zur Übertragung von Wärme zwischen einem rieselfähigen festen Material und Gas, sowie Drehrohrofen zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Wärme zwischen einem rieselfähigen festen Material und Gas in einem sich um seine Längs, chse drehenden Drehrohrofen, insbesondere Drehrohrzementofen, wobei sich die Innenwand des Ofenmantels in Berührung mit dem Material befindet und de·' Ofenmantel symmetrisch zu einem vertikalen Schnitt durch seine Längsachse eine aufsteigende und eine absteigende Bewegung beschreibt und wobei bei der Drehung des Ofenmantels ein erstes Haufwerk aus dem Material gebildet wird, das sich an den aufsteigenden Teil des Ofenmantels im Sinne der Ofendrehung anschmiegt. Die Erfindung befaßt sich ferner mit einem Drehrohrofen zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Derzeit werden in Drehrohrzementöfen verschiedene konstruktive Prinzipien verwendet, die das Ziel haben, den Wärmeaustausch zwischen dem mehlfeinen Rohmaterial und den heißen Ofengasen dadurch zu verbessern, daß die Materialpartikel über die Böschung des sich im rotierenden Ofen bildenden Haufwerkes hinausgehoben werden. Solche Konstruktionen können z. B. von aus Stahl hergestellten Hebeleisten oder Taschen bestehen, wie dies bei Hans Kühl, Zemcnt-Chemie, Band II, VEB-Verlag Technik, Berlin 1958, S. 481 beschrieben ist. Es kann sich aber auch um stählerne Kreiseinbaulen oder solche aus hitzebeständigen Ziegeln handeln. Diese Vorrichtungen entnehmen Teile des Rohmaterials aus dem sich im Ofen bei dessen Drehung bildenden Haufwerk über eine kurze Strecke mit und schütten sie in den Gasstrom, so daß ein intensiver Kontakt zwischen den einzelnen Materialpartikeln und den Gasen stattfindet. Es ist in der Tat wichtig, das Material auf eine möglichst große Oberfläche auszubreiten und in Berührung mit den Gasen zu bringen, weil ohne ein solches Verfahren der Wärmeaustausch zwischen Material und Gas nur an der Oberfläche der sich im unteren Teil des Ofens bildenden Böschung stattfinden kann. Daneben findet allerdings noch ein gewisser Wärmeübergang zwischen der inneren Oberfläche des Ofenmantels und dem auf dieser Oberfläche aufliegenden Material statt.

Die bisher zur Anwendung gekommenen Verfahren der vorstehend genannten Art haben jedoch den schwerwiegenden Nachteil, daß ein großer Teil der in den Gasstrom gestreuten mehlfeinen Materialpartikel von den Gasen mitgerissen wird, so daß diese Gase am Ofenausgaiig eine sehr hohe Staubkonzentration aufweisen. Das hat zur Folge, daß diese großen Staubmengen mittels sehr groß dimensionierter Staubabscheider aus den Gasen entfernt werden müssen, bevor letztere in die Atmosphäre entlassen werden können.

Aber nicht nur diese großen Entstaubungsanlagen stellen einen eminenten Nachteil der derzeitigen Verfahren dar, sondern auch die Wärmeökonomie des Systems leidet dadurch, daß die mit den Gasen aus dem Ofen abgeführten Staubpartikel eine nicht zu vernachlässigende Entalpie enthalten, die als reine Verlustwärme zum Ofen hinausgetragen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der vorstehend beschriebenen Nachteile ein Verfahren sowie einen Drehrohrofen zu seiner Durchführung an zugeben, bei dem der Wärmeaustausch zwischen den heißen Gasen und dem zu erwärmenden Material verbessert und gleichzeitig die Menge des von dem Gasstrom mitgerissenen Materials so gering wie möglich gehalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aus dem ersten Haufwerk eine Teilmenge entnommen wird, daß die Teilmenge über das erste Haufwerk hinaufgehoben wird auf einer Bogenbahn, die im wesentlichen parallel zum Ofenmantel verläuft, daß die Teilmenge mindestens auf dem oberhalb der Böschung des ersten Haufwerkes liegenden Abschnitt des aufsteigenden Teiles und auf einem Abschnitt des absteigenden Teiles des Ofenmantels festgehalten wird, daß die Teilmenge in unmittelbarer Nähe des Ofenmantels von dem Zeitpunkt an freigegeben wird, zu dem der vertikale Fall des Materials genügend weit von der Ofenachse stattfindet, und daß durch den Fall des freigegebenen Materials während der absteigenden Bewegung des Ofenmantels mindestens ein zweites Haufwerk aus dem Material gebildet wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die Flächen, an denen die Wärme durch Strahlung und Konvektion übertragen wird, erheblich vergrößert, ohne daß dabei das staubförmige Material in den Gasstrom an einer Stelle eingebracht wird, wo letzterer seine höchste Geschwindigkeit hat. Dadurch wird einerseits der Wärmetausch zwischen Gas und Material verbessert und andererseits gewährleistet, daß möglichst wenig Material von dem Gasstrom mitgerissen wird.

Ein hinreichender Abstand des frei fallenden Materials von der Ofenachse ist dann gegeben, wenn dieses mindestens einen Bogen von 45° von dem oberen Scheitelpunkt in Richtung der absteigenden Bewegung des Ofenmantels durchlaufen hat. Vorzugsweise erfolgt die Freigabe des festgehaltenen Materials, wenn dieses einen Bogen von 60° vom oberen Scheitelpunkt in Richtung der absteigenden Bewegung des Ofenmantels durchlaufen hat.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einem Drehrohrofen, insbesondere Drehrohrzementofen mit einem um seine Längsachse rotierenden Ofenmantel und Einbauten zur Verbesserung des Wärmetausches zwischen den Ofenmantel durchströmenden Gasen und zu erwärmendem Material vorgeschlagen, daß an der Innenseite des Ofenmantels

mindestens ein Becher montiert ist mit einer Öffnung zur Entnahme einer Teilmenge des Materials beim Durchgang des Bechers durch ein im Innenraum des Ofenmantels aus dem Material gebildetes Haufwerk, wobei der Becher so ausgebildet ist, daß das Material über den in Drehrichtung aufsteigenden Teil des Ofenmantels oberhalb der Böschung des Haufwerks und einen Abschnitt des absteigenden Teils des Ofenmantels hin festgehalten und hierauf während der absteigenden Bewegung im freien Fall freigegeben wird in einem Bereich, der entfernt von der Ofenachse liegt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den Figuren die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

Fig.! einen achsnormalen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Drehrohrzementofen und

F i g. 2 eine perspektivische, teilweise aufgebrochene Darstellung eines Hebebechers, wie er zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an der Innenseite des Ofcnmantels angeordnet ist.

F i g. 1 zeigt einen Ofenmantel 1 eines Drehrohrzementofens mit einer Mehrzahl von Bechern 2, die an der Innenwand 5 des Ofenmantels 1 in regelmäßigen Winkelabständen angeordnet sind. Jeder dieser Becher 2 ist auf seiner — in der durch einen Pfeil 4 angegebenen Drehrichtung des Ofenmantels 1 betrachtet — Vorderseite mit einer Öffnung 3 versehen.

Die Öffnung 3 grenzt auf ihrer einen Seite an die Innenwand 5 des Ofenmantels 1 an und wird im übrigen von einer Vnrderwand 6 des Bechers 2 begrenzt. Der Becher 2 weist ferner eine Rückwand 7 auf. die so geformt ist. daß sie eine Durchmischung des Materials beim Durchtritt de«. Bechers 2 durch das Material gewährleistet. Die Oberkanten der Vorderwand 6 und der Rückwand 7 werden durch eine Deckfläche 8 verbunden. Seilenwände 9 bzw. 9' schließen die Seilen des Bechers 2 ab. Sie sind durch Stege to verlängert, die als Verstärkung dienen. Die Becher 2 sind mittels Befestigungen 11,11' mit dem Ofenmantel 1 verbunden. wobei die Befestigungen 11, 11' durch das Ofenfutter hindurchgeführt sind.

Der Ofenmantel 1, d.h. der sich drehende Ofenteil führt eine Drehung um seine Längsachse 12 aus, so daß seine Innenwand 5 — bezogen auf eine durch die Längsachse 12 verlaufende vertikale Schnittebene 13 einen aufsteigenden und einen absteigenden Kreisbogenteil beschreibt.

Durch die Ofendrehung wird ein erstes Haufwerk 14 gebildet, das sich in Drehrichtung des Ofens am aufsteigenden Teil der Innenwand 5 anschmiegt. Dieses Haufwerk 14 wälzt sich ständig längs des Ofenmantels 1 ab. wobei seine Böschungsoberfläche 15 in direkten Kontakt mit den den Ofen durchströmenden Gasen tritt.

Durch die Drehung des Ofens taucht bei 16 ein Becher 2 in das Haufwerk 14 ein und wird beim Durchlaufen des Haufwerkes 14 mit Material gefüllt. Das Material tritt durch die öffnung 3 ein. wobei die in Drehrichtung geneigte Vorderwand 6 zusammen mit der Innenwand 5 des Ofenmantels 1 gewissermaßen einen Trichter bildet welcher das Material in den Becher 2 leitet. Gleichzeitig wird das Material das vom Becher 2 nicht erfaßt wird, über die Deckfläche 8 geschoben und dank der entgegen der Drehrichtung geneigten Rückwand oder Umwälzpalette 7 stark durchmischt. Durch diese Maßnahmen wird das Material, welches die Oberfläche der Böschung 15 bildet ständig umgewälzt Dies gewährleistet einen vorzüglichen Wärmeaustausch zwischen Gas und Material.

Sobald der Becher 2 aus dem Haufwerk 14 austritt und sich in der bei 17 dargestellten Lage befindet, fällt das dem Haufwerk 14 entnommene Material vollständig in das Innere des Bechers 2 und ist gegenüber einer direkten Einwirkung der Gase abgeschirmt. Dennoch findet eine wärmeaustauschende Konvektion durch die Becherwandungen hindurch statt.

Die von den Bechern 2 mitvollzogene Ofendrehung bewirkt, daß das Material bei der Drehung der Becher 2 in verschiedene Winkelstellungen eine Bewegung im Inneren der Becher 2 ausführt, und zwar entlang der Rückwand 7, der Deckfläche 8 und der Vorderwand 6. Nachdem der Becher 2 einen Teil des absteigenden Kreisbogens zurückgelegt hat, beginnt das Material aus dem Becher 2 dank seiner Bewegung im Inneren desselben über die Vorderwand 6 durch die Öffnung 3 auszufließen. Das Ausfließen findet in dem durch die Ziffer 18 gekennzeichneten Bereich statt, wo das Material genügend weit vom Zentrum des Ofens entfernt ist. Von diesem Augenblick an stehen die Gase wieder direkt in Wärmeaustausch mit dem Material.

Das Material wird bei seinem Fall durch die Rückseite 19 der Rückwand 7 des in Drehrichtung vorlaufenden Bechers 2 zurückgehalten. Auf diese Weise bildet sich ein zweites Haufwerk 20 mit einer Materialböschung an dem absteigenden Wandteil des Ofenmantels 1. Beim Weiterdrehen entleert sich der Becher 2 schließlich vollständig.

Damit der Becher 2 sein Material vollständig ausschütten kann, ist die Vorderwand 6 mittels einer im Innenraum des Bechers 2 angeordneten Wand 21 verdoppelt, die ungefähr radial bezüglich der Ofenachse 12 gerichtet ist.

Die vorstehende Beschreibung zeigt, daß einerseits das Material der Böschung ständig umgewälzt und dadurch ein maximaler Wärmeaustausch gewährleistet wird und das andererseits eine neue Böschung an dem absteigenden Mantelteil gebildet wird, wobei das Material in den Gasstrom fließen kann und so in direkte Berührung mit letzterem kommt in einem Gebiet, das genügend weit vom Ofenzentrum entfernt ist und in dem die Gasgeschwindigkeit nicht mehr sehr groß ist. Ferner wird das Material auf einem erheblichen Teil des Kreisbogens, den der Ofenmantel 1 bei seiner Bewegung beschreibt, mitgenommen und ist so einem Wärmeaustausch mit den Gasen durch Wärmeleitung ausgesetzt, ohne daß die Gase dabei in direkten Kontakt mit dem Material treten.

Befriedigende Resultate werden erreicht, wenn das Auslaufen des Materials aus dem Becher 2 in dem Augenblick beginnt, in dem die Vorderwand 6 des Bechers 2 eine Stellung erreicht hat. in welcher letzlerer mit der Schnittebene 13 einen Winkel von 45°. gemessen vom oberen Scheitelpunkt in Richtung des absteigenden Bogens. bildet Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung beginnt die Entleerung des Materials, wenn die Vorderwand einen Winkel von 60° mit der Schnittebene 13 bildet

Die Abmessungen der Öffnung 3. die Größe des inneren Volumens des Bechers 2 und seine Form sind so gewählt daß ein angemessener Teil dem Haufwerk 14 entnommen wird und daß das Auslaufen des Materials bei der bestimmten Winkelstellung des Bechers 2 erfolgt

Selbstverständlich können auch andere Becherformen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gewählt werden. So könnte man z.B. Becher

vorsehen, die eine schaukelnde Bewegung ausführen können, wobei diese Bewegung an einem bestimmten Ort des absteigenden Bogens des Ofenmantels stattfinden würde. Man könnte auch 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 geöffnet zu werden.

Die in den l'iguren dargestellte Ausführungsform der Erfindung wird indessen bevorzugt, weil sie von äußerster Einfachheit ist und keine beweglichen Teile enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Übertragung von Wärme zwischen einem rieselfähigen festen Material und ϊ Gas in einem sich um seine Längsachse drehenden Drehrohrofen, insbesondere Drehrohrzementofen, wobei sich die Innenwand des Ofenmantels in Berührung mit dem Material befindet und der Ofenmantel symmetrisch zu einem vertikalen iu Schnitt durch seine Längsachse eine aufsteigende und eine absteigende Bewegung beschreibt und wobei bei der Drehung des Ofenmantels ein erstes Haufwerk aus dem Material gebildet wird, das sich an den aufsteigenden Teil des Ofenmantels im Sinne ü der Ofendrehung 'anschmiegt', dadurch gekennzeichnet, daß aus dem ersten Haufwerk (14) eine Teilmenge entnommen wird, daß die Teilmenge über das erste Haufwerk (14) hinaufgeschoben wird auf einer Bogenbahn, die im wesentlichen parallel zum Ofenmantel (1) verläuft, daß die Teilmenge mindestens auf dem oberhalb der Böschung (15) des ersten Haufwerks (14) liegenden Abschnitt des aufsteigenden Teiles und auf einem Abschnitt des absteigenden Teiles des Ofenmantels 2^r> (1) festgehalten wird, daß die Teilmenge in unmittelbarer Nähe des Ofenmantels (1) von dem Zeitpunkt an freigegeben wird, zu dem der vertikale Fall des Materials (18) genügend weit von der Ofenachse (12) stattfindet, und daß durch den Fall «) des freigegebenen Materials (18) während der absteigenden Bewegung des Ofenmantels (1) mindestens ein zweites Haufwerk (20) aus dem Material gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekenn- r> zeichnet, daß das Material des ersten Haufwerkes (14) bei der Entnahme der Teilmenge durchmischt wird, so daß ständig neues Material an die Böschungsoberfläche (15) gelangt, an welcher das Material mit dem Gas in direkter Berührung steht, w daß die Teilmenge unter Wahrung eines Wärmetausches zwischen Gas und Material wenigstens während der aufsteigenden Bewegung oberhalb des ersten Haufwerkes (14) und während eines Teiles der absteigenden Bewegung der direkten Einwir- ·*^Γ> kung des Gases im wesentlichen entzogen ist, daß die mittels eines Bechers (2) entnommene Teilmenge nach und nach aus dem Becher (2) in unmittelbarer Nähe des absteigenden Teils des Ofenmantels (1) abgegeben wird, so daß das herunterrieselnde >'> Material in einer weit entfernt von der Ofenachse (12) gelegenen Zone in direkten Kontakt mit dem Gas kommt, und daß das frei fallende Material (18) zurückgehalten wird unter Bildung des zweiten Haufwerkes (20), dessen Böschungsoberfläche in " direktem Kontakt mit dem Gas steht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabe des festgehaltenen Materials beginnt, wenn dieses mindestens einen Bogen von 45° vom oberen Scheitelpunkt in «> Richtung der absteigenden Bewegung des Ofenmantels (1) durchlaufen hat.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabe des festgehaltenen Materials beginnt, wenn das Material einen Bogen ^ von 60° vom oberen Scheitelpunkt in Richtung der absteigenden Bewegung des Ofenmantels (1) durchlaufen hat.

5. Drehrohrofen, insbesondere Drehrohrzementofen mn einem um seine Längsachse rotierenden Ofenmantel und Einbauten zur Verbesserung des Wärmetausches zwischen den Ofenmantel (1) durchströmenden Gasen und zu erwärmendem rieselfähigem festem Material, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite des Ofenmantels (1) mindestens ein Becher (2) montiert ist mit einer öffnung (3) zur Entnahme eine"· Teilmenge des Materials beim Durchgang des Bechers (2) Jurch ein im Innenraum des Ofenmantels (1) aus dem Material gebildetes Haufwerk (14), wobei der Becher (2) so ausgebildet ist, daß das Material über den in Drehrichtung aufsteigenden Teil des Ofenmantels (1) oberhalb der Böschung (15) des Haufwerks (14) und einen Abschnitt des absteig-tnden Teils des Ofenmantels

(1) hin festgehalten und hierauf während der absteigenden Bewegung im freien Fall freigegeben wird in einem Bereich, der entfernt von der Ofenachse (12) liegt.

6. Drehrohrofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Becher (2) mit dem Ofenmantel (1) starr verbunden ist und — in Drehrichtung des Ofenmantels (1) betrachtet — eine Vorderwand (6), eine sich bis zum Ofenmantel (1) erstreckende Rückwand (7), eine die Rückwand (7) mit der Vorderwand (6) verbindende Deckfläche (8) sowie Seitenwände (9, 9') umfaßt, derart, daß der Innenraum des Bechers (2) nur über die in der Vorderwand (6) unmittelbar angrenzend an den Ofenmantel (1) ausgebildete längliche öffnung (3) zugänglich ist, und daß der Innenraum des Bechers

(2) und die Abmessungen der Öffnung (3) so gewählt sind, daß eine angemessene Füllung des Bechers durch Hineinrieseln des Materials längs der Ofenwand durch die öffnung (3) hindurch in den Becher während des Durchtritts desselben durch das Haufwerk (14) gewährleistet ist, bis das Material durch die Rückwand (7) aufgehalten wird, wobei ein Durchmischen des Materials durch Bewegung längs der Rückwand (7), der Deckfläche (8) und der Vorderwand (6) des Bechers (2) infolge der Drehung desselben bei der Ofendrehung stattfindet und das mitgeführte Material durch die Öffnung (3) ausgeschüttet wird, sobald der Becher (2) mit der Vertikalen einen Winkel von mindestens etwa 45° auf dem absteigenden Teil des Ofenmantels (1) bildet.

7. Drehrohrofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Bechers (2) und die Öffnung (3) derart ausgebildet sind, daß das Ausfließen des Materials beginnt, wenn der Becher (2) eine Neigung erreicht hat, die einer Winkelposition von etwa 60° gegenüber der Vertikalen auf dem absteigenden Teil des Ofenmantels (1) entspricht.

8. Drehrohrofen nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer Mehrzahl von Bechern (2) ausgerüstet ist, die an der Innenseite des Ofenmantels (1) in gleichmäßigen Winkelintervallen angeordnet sind.

9. Drehrohrofen nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderwand (6) des Bechers (2) in Drehrichtung des Ofenmantels (1) derart geneigt ist, daß sie während des Durchgangs des Bechers (2) durch das Haufwerk (14) zusammen mit dem Ofenmantel (1) einen zur Öffnung (3) hin

führenden Trichter bildet, und daß die Rückwand (7) derart geneigt ist, daß sie während des Durchgangs des Bechers (2) durch das Haufwerk (14) eine Rührleiste bildet und während des Auslaufens des Materials durch die öffnung (3) des unmittelbar ~> nachfolgenden Bechers (2) als Organ zum Rückhalten des fallenden Materials (18) wirkt.

10. Drehrohrofen nach einem der Ansprüche 6 bis

9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderwand (6)

im Inneren des Bechers (2) durch eine im wesentlichen radial gerichtete Wand (21) verdoppeli ist, welche eine vollständige Entleerung des Bechers (2) vor seinem neuerlichen Eintritt in das Haufwerk (14) gewährleistet.

11. Drehrohrofen nach einem der Ansprüche 6 bis v>

10, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (9, 9') über die Rückwand (7) derart hinausgeführt sind, daß sie Verstärkungen (10) bilden, die zugleich einen seitlichen Rückhalt des aus dem in Drehrichtung nachfolgenden Becher (2) auf die Außenseite der Rückwand (7) des Bechers (2) herunterneselnden Materials bilden.