DE2931599A1 - Verfahren und vorrichtung zum behandeln eines in getrennter form vorliegenden materials - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum behandeln eines in getrennter form vorliegenden materials

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Description

Case 3995 - . . ^
GOAL INDUSTRY (PATENTS) LIMITED "-" . -
Hobart House, Grosvenor Place, London SW 1X 7AE, England
Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln eines in getrennter Form vorliegenden Materials
Die Erfindung betrifft eine Wärmebehandlung von in getrennter Form vorliegenden Material.
Die Erfindung steht insbesondere in Beziehung zum Calcinieren und Dehydrieren von gebrochenem Mineralmaterial, ζ. B. Gips. Bei einer herkömmlichen für eine derartige Wärmebehandlung angewendeten Anlage wird Brennstoff, der fest, flüssig oder gasförmig sein kann, in einer Verbrennungskammer verbrannt, wobei die heissen Verbrennungsgase Spezialbehältern zugeführt werden, in denen das Material gehalten wird. Zur Maximierung des Wärmeübergangs werden die Gase manchmal durch das Material und um die Seitenwände des Behälters geführt, wobei das Material aufgerührt wird. Ein Nachteil dieser Anordnungen besteht darin, dass die Verbrennungsanlage eine Anzahl von Teilen verwendet, von denen jedes eine Wartung und gelegentlich einen Austausch erfordert. Darüberhinaus macht das Aufrühnai des Materials die Anlage weniger wirksam als es sonst der Fall wäre.
Die Verbrennung im fluidisierten Bett oder Wirbelbett hat in den letzten Jahren eine Stufe der erfolgreichen gewerblichen Verwertung erreicht auf Grund ihrer Vielseitigkeit beim Zuwegebringen einer hohen Verbrennungsintensität und -Wirksamkeit, einer kontinuierlichen Betriebsfähigkeit, einer automatischen Steuerung des Verbrennungsvorgangs und einer Fähigkeit zum Verbrennen eines grossen Bereichs von Brennstoffen. Es wurde bereits hervorgehoben, dass ein Wirbelschichtvergasungsbrenner zum Erhitzen von Fluiden, z. B. Wasser oder Gasen, verwendet
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werden kann, und dass die Verbrennungsgase in AbwärmerückgewinnuBgseinheiten angewendet werden kann.
Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Wärmebehandeln von in getrennter Form vorliegendem Material unter Verwendung des Prinzips der Wirbelbettverbrennung.
Die Erfindung schafft gemäss einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Wärmebehandeln eines in getrennter Form vorliegenden Materials, gekennzeichnet durch Verbrennen von Brennstoff in einem fluidisierten Verbrennungsbett, durch Anordnen eines Wärmebehandlungsbetts des Materials dicht angrenzend an das Verbrennungsbett, so dass es in Wärmeaustausch hiermit steht, und durch Einführen von Verbrennungsgasen aus dem Verbrennungsbett in das Wärmebehandlungsbett, das wenigstens teilweise durch die Verbrennungsgase fluidisiert wird.
Der Brennstoff wird für gewöhnlich im fluidisierten Verbrennungsbett bei Temperaturen von etwa 800 0C oder darüber verbrannt.
Vorteilhaft werden die Verbrennungsgase aus dem fluidisierten Verbrennungsbett vor dem Einführen in das Wärmebehandlungsbett in Wärmeaustauschbeziehung mit diesem geführt. Wenn die Verbrennungsgase in das Wärmebehandlungsbett eingeführt werden, geben sie an das Material Wärme ab und stützen oder bewirken die Fluidisierung des Betts.
Bei Anwendung des Verfahrens nach dem ersten Aspekt der Erfindung wird vorteilhaft das Niveau des im Wärmebehandlungsbett befindliche Materials über dem obersten Niveau des fluidisierten Verbrennungsbetts gehalten. ·
Zweckmässig können die Verbrennungsgase vor ihrem Einführen in das Wärmebehandlungsbett in Wärmeaustauschbeziehung mit dem zu behandelnden Material geführt werden, bevor das Material zu seiner Vorerhitzung in das Wärmebehandlungsbett eingeführt wird.
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Alternativ können die Verbrennungsgase zum Vorerhitzen der Fluidisierungs- und Verbrennungsluft vor ihrem Einführen in das Verbrennungsbett verwendet werden.
Das Wärmebehandlungsbett kann durch die vom Verbrennungsbett stammenden Verbrennungsgäse vollständig fluidisiert werden.
Das mit Wärme zu behandelnde Material kann ein Calciumsulfatmaterial, z. B. Gips, sein. In diesem Fall tritt bei der Wärmebehandlung eine Reaktion auf, die das Wasser in Form von Dampf austreibt, der eine fluidisierende Wirkung im Materialbett hat. In diesem Fall wird daher das Wärmebehandlungsbett durch das dampfförmige Eeaktionsprodukt und die Verbrennungsgase aus dem Verbrennungsbett fluidisiert.
Gemäss einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Wärmebehandeln eines, in getrennter Form vorliegenden Materials gekennzeichnet durch einen Vergasungsbrenner, der ein fluidisiertes Verbrennungsbett aus teilchenförmigen! Material enthält, durch einen Brennstoffeinlass für den Vergasungsbrenner, durch einen Abgasauslass für den Vergasungsbrenner, durch einen Wärmebehandlungskessel, der dicht an den Vergasungsbrenner angrenzt und ein Bett aus dem in getrennter Form vorliegenden Material enthält, durch einen Materiäleinlass und einen Materialauslass im Wärmebehandlungskessel und durch eine Einlasseinrichtung zum Einführen von aus dem Vergasungsbrenner stammenden Verbrennungsgasen in den Wärmebehandlungskessel.
Vorzugsweise ist die Einlasseinrichtung eine Fluidisierungseinrichtung zum Aufnehmen und Verteilen der Verbrennungsgase in den Wärmebehandlungskessel. Die Fluidisierungseinrichtung kann in Form von Spritzrohren vorliegen, die quer über das Unterteil des Wärmebehandlungskessels gruppiert sind.
Alternativ kann die Fluidisierungseinrichtung eine gasdurchlässige Tragplatte aufweisen, die zur Aufnahme der Verbrennungsgase von einem Sammelraum überbaut ist.
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Zweekmässig sind bei einer: Ausführungsform mehr als ein Wärme- ~ behandlungskessel vorgesehen, wobei die Kessel würfelförmig und beiderseits des Vergasungsbrenners an dessen Seitenwänden angeordnet sind. Der Vergasungsbrenner kann alternativ einen kreisförmigen Querschnitt haben. Der Wärmebehandlungskessel ist dann ringförmig und umgibt den Vergasungsbrenner. Als weitere Alternative hat der Vergasungsbrenner einen ringförmigen Querschnitt und umgibt einen Wärmeübergangskessel mit kreisförmigem Querschnitt.
Zweekmässig sind Wärmeaustauscheinrichtungen vorgesehen, die in Wärmeaustauschbeziehung mit dem oder jedem Kessel stehen und die Verbrennungsgase vom Vergasungsbrenner aufnehmen können.
Die Wärmeaustauscheinrichtungen können durch den oder jeden Kessel hindurchtreten oder angrenzend um ihn angeordnet sein.
Die Wärmeaustauscheinrichtungen können vorteilhaft Kanäle ent- ._ halten, die sich vom Abgasauslass in den Wärmebehandlungskessel, durch ein Bett aus zu behandelndem Material und in Wärmeaustauschberührung mit dem Bett erstrecken.
Zweekmässig und zur Optimierung des Wärmeübergangs haben der Vergasungsbrenner und der oder jeder Wärmeübergangskessel gemeinsame Grenzwände mit einer ausgedehnten Fläche, die durch die Anwendung von VorSprüngen und/oder Vertiefungen gebildet ist: Dies kann z. B. erzielt werden durch eine eierschachtelartige Auslegung oder durch Wellungen, die ein herkömmliches sinus- oder V-förmiges oder ein anderes geeignetes Profil haben.
Ein Wärmetauscher kann vorgesehen werden zur Ausführung des Wärmeübergangs zwischen den Verbrennungsgasen und dem mit Wärme zu behandelnden Material vor dessen Einführung in den oder jeden Kessel zur Erhitzung des Materials. Danach werden die Verbrennungsgase in den oder jeden Kessel geleitet. Alternativ oder zusätzlich kann ein Wärmeaustausch vorgesehen sein zur Vorerhitzung der Fluidiserungsluft für den Vergasungsbrenner mittels der Verbrennungsgase.
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Tie Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigt:
Fig.1 einen senkrechten schematischen Schnitt;
Pig. 2 einen waagerechten Schnitt der Vorrichtung von Fig. 1.
Eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von in getrennter Form vorliegendem Material enthält gemäss Fig. 1 und 2 einen Vergasungsbrenner 2, der ein auf einem Verteiler 6 getragenes Fluidisierungsbett oder Wirbelbett 4 enthält zum Fluidisieren von Gas, ζ. B. Luft. Der Verteiler 6 ist mit mehreren Steigrohren 8 versehen, von denen jedes Auslässe 10 aufweist, die sich an deren Oberteil radial erstrecken. Mit Ventilen versehene Auslässe 12 dienen zum Entfernen von Material, z. B. Asche, aus dem Wirbelbett 4. Brennstoffeinlasse, von denen nur einer bei 50 gezeigt ist, befinden sichan jedem Ende des Vergasungsbrenners 2. Im Vergasungsbrenner 2 ist ein Gasauslass 14 vorgesehen, der mit Sammelrohren 15»- 17 in Verbindung steht, die ihrerseits mit Wärmetauschkanälen 16, 18 in Verbindung stehen, die sich in Wärmebehandlungskessel 20 bzw. 22 erstrecken. Die Wärmebehandlungskessel 20, 22 haben mit dem Vergasungsbrenner gemeinsame Wände 24-, 26 aus nichtrostendem Stahl und Endwände 25, 2?. Die Wände 24, 26 sind gemäss Fig. 2 gewellt bis zu einer Höhe über der Oberseite von in den Wärmeübergangskesseln 20, enthaltenen Materialbetten 28 bzw. 30. Die Wärmeübergangskessel 20, 22haben Einlasseinrichtungen 21 für das Material, z. B. Gips, und Auslasseinrichtungen 23 für das mit Wärme, behandelte Material, z. B. Gipsmörtel. Die Einlass- und Auslasseinrichtungen 21, 23 befinden sich zweckmässig an gegenüberliegenden Enden der Wärmebehandlungskessel 20, 22.
Die Wärmeaustauschkanäle 16, 18 jedes Wärmebehandlungskessels 20, 22 stehen mit einem Verteilungssammelrohr 31 bzw. 32 in Verbindung, mit denen eine Anzahl von hohlen Spritzrohren 34 bzw. 36 verbunden ist, von denen nur eines je Wärmebehandlungskessel gezeigt ist. Die Spritzrohre sind mit vielen Löchern versehen und befinden sieh am Unterteil der Wärmebehandlungskessel
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20, 22, wobei die Löcher nach unten zum Unterteil der Wärmebehandlungskessel gerichtet sind.
Im Betrieb wird der Vergasungsbrenner 2 dadurch gestartet, dass heisse Gase zum Verteiler 6 und von dort aus zum Wirbelbett 4 geleitet werden zum Fluidisieren dieses Wirbelbetts und zum Erhöhen dessen Temperatur um etwa 150 0C. Danach wird G-ips in die Wärmebehandlungskessel 20, 22 bis auf eine Höhe eingefüllt, die etwa derjenigen des Wirbelbetts 4 entspricht, wodurch die Betten 28, 30 gebildet werden. Das Wirbelbett 4 wird durch dieses Gas kontinuierlich erhitzt, bis die Temperatur eine Höhe erreicht, bei der die Kohleverbrennung sich selbst erhält, wobei die Kohle durch einen Einlass 50 eingeführt wird. Der Strom des heissen Gases wird danach unterbrochen und durch kalte Luft ersetzt.
Die aus dem Bett austretenden heissen Verbrennungsgase treten durch den Gasauslass 14 und die Sammelrohre 15, 17 in die Kanäle 16, 18 ein, die sich zwischen den in den Wärmebehandlungskesseln 20, 22 befindlichen Betten 28, 30 erstrecken, wodurch Wärme zum Gips freigegeben wird. Nach Ihrem Durchgang durch die Betten 28, 30 dringen die Gase in die Sammelrohre 31, 32 ein, von wo aus sie sich weiterbewegen, um durch die Spritzrohre 34-, 36 in die Betten 28, 30 zu deren Fluidisierung auszutreten. Die Betten 28, 30 befinden sich während des kontinuierlichen Betriebs auf einem über der Höhe des Wirbelbetts 4 gelegenen Niveau. Das wärmebehandelte Material wird mit einer gegebenen Durchsatzmenge aus den Wärmebehandlungskesseln 20, 22 entfernt zur Sicherstellung einer angemessenen Verweilzeit darin bei der üblichen Temperatur von etwa 150 0C. Zur Regelung der Temperatur und der Materialeintritts-Aust'rittsmengen ist eine nicht gezeigte geeignete Steuerung vorgesehen.
Verglichen mit anderen Arten von Wärmebehandlungsverfahren und -vorrichtungen ist ersichtlich, dass der durch Anwendung der Erfindung erzielbare Wirkungsgrad 90 % beträgt bei einem verbesserten Eingang von zu erhitzendem Material. Es ist ferner ersichtlich, dass die Erfindung im Vergleich zu anderen Wärme-
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behandlungsanlagen mit ähnlicher Leistung kompakt ist. Während: ale Erfindung die Notwendigkeit für das Aufrühren einiger Arten von mit Wärme zu behandelnden getrenntem Material beseitigt, kann es nach wie vor erwünscht sein, andere Materialien aufzurühren .--.""
"£_s ist zu beobachten, dass beim Verfahren nach der Erfindung keine Gasreinigung beschrieben wurde. Tatsächlich werden die Verbrennungsgase unmittelbar in das gerade wärmebehandelte Material eingeführt, selbst wenn sie einige Verunreinigungen aufweisen, die keinerlei schädlichen Einfluss auf das Material haben. {
Es ist ersichtlich, dass, während der Betrieb der Erfindung in Verbindung mit der Wärmebehandlung von Gips beschrieben wurde, andere Materialien durch Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung mit Wärme behandelt werden können.
Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale »and Vorteile der Erfindung, einschliesslich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sieh als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein,
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Claims (21)

3-8023 Muruiie;;-!- ^ '-ii. W.e·!-. 3; -'. 5 BROSE BROSE ~ Ihr Zeichen CASE 3995 Tag: Yourref -"Date COALINDUSTRT (PATEMTS) LIMITED, Hobart House, Crosvenor Place, London SW ML 7AE, England Patentan spräche
1. Verfahren zum Wärmebehandeln eines in getrennter Form vorliegenden Materials, gekennzeichnet durch Verbrennen von Brennstoff in einem fluidisierten Verbrennungsbett, durch Anordnen eines Wärmebehandlungsbetts des Materials dicht angrenzend an das Verbrennungsbett, so dass es in Wärmeaustausch hiermit steht, und durch Einführen von Verbrennungsgasen aus dem Verbrennungsbett in das Wärmebehandlungsbett, das wenigstens teilweise durch die Verbrennungsgase fluidisiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsgase aus dem Verbrennungsbett vor dem Einführen in das Wärmebehandlungsbett in Wärmeaustausch-
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beziehung mit diesem geführt werden.
3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsgase vor ihrem Einführen in das Wärmebehandlungsbett in Wärmeaustauschbeziehung mit dem Material geführt werden zum Vorerhitzen des zu behandelnden Materials, bevor es in das Wärmeaustauschbett eingeführt wird.
4-. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsgase vor ihrem Einführen in das Wärmebehandlungsbett in Wärmeaustauschbeziehung mit fluidisierender Luft für das Verbrennungsbett zum Vorerhitzen der Luft geführt werden.
5· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Niveau des im Wärmebehandlungsbett befindlichen Materials über dem obersten Niveau des fluidisierten Verbrennungsbetts gehalten wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in getrennter Form vorliegende Material Calciumsulfatmaterial ist.
7- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Calciumsulfatmaterial Gips ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmebehandlungsbett durch die aus dem Verbrennungsbett stammenden Verbrennungsgase vollständig fluidisiert wird.
9· Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Material bei einer Wärmebehandlung einer Reaktion unterzieht und hierdurch das aus dem Material bestehende Bett durch ein Reaktionsprodukt wenigstens teilweise fluidisiert wird.
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10. Vorrichtung zum Wärmebehandeln eines in getrennter i?O.rm_ vorliegenden Materials, ge kenn ζ ei c^h -.. net durch einen Vergasungsbrenner (2), der ein fluidisiertes Verbrennungsbett {4·) aus teilchenförmigen! ~ Material enthält, durch einen Brennstoffeinlass (50) für den Vergasungsbrenner (2), durch einen Abgasauslass (14·) für den Vergasungsbrenner (2), durch einen Värmebehandlungskessel (20, 22), der dicht an den Vergasungsbrenner- (2) angrenzt und ein Bett (28, 30) aus dem in getrennter Form vorliegenden Material enthält, durch einen Materialeinlass (21) und einen Materialauslass (23) im Wärmebehandlungskessel (20, 22) und durch eine Einlasseinrichtung (34·? 36) zum Einführen von aus dem Vergasungsbrenner (2) stammenden Verbrennungsgasen in den Wärmebehandlungskessel (20, 22).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10 T dadurch gekennzeichnet, dass die Einlasseinrichtung eine Fluidisierungseinrichtung (34-, 36) ist zum Aufnehmen und Verteilen der Verbrennungsgase in den Wärmebehandlungskessel (20,22).
12. Vorrichtung nach_Anspruch" 11, dadurch gekennzeichnet,__ dass die Fluidisierungseinrichtung in Form von Spritzröhren (34-, 36) vorliegt, die quer über das Unterteil des Wärmebehandlungskessels (20, 22) gruppiert sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für den Vergasungsbrenner (2) ein Verteiler (6) für Fluidisierungsgas vorgesehen ist, der einen kreisförmigen Querschnitt-aufweist und mit mehreren Steigrohren (8) für den Austritt des Verbrennungsgases in den Vergasungsbrenner (2) versehen ist.
14·. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Wärmebehandlungskessel (20; 22) vorgesehen ist, wobei die Wärmebehandlungskessel (20, 22) an beiden Seiten des Ver-
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gasungsbrenners (2) angeordnet sind.
15· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, gekennzeichnet durch Wärmetauscheinrichtungen (16, 18), die mit dem oder Jedem Wärmetauschkessei (20, 22) in Wärmetauschbeziehung stehen und vom Vergasungsbrenner (2) Verbrennungsgase aufnehmen können.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscheinrichtungen (16, 18) durch den Wärmetauschkessel (20, 22) hindurchverlaufen.
17· Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscheinrichtungen Kanäle (18, 16) enthalten, die sich vom Abgasauslass (14) in den Wärmebehandlungskessel (20, 22), durch ein Bett (28, 30) aus" zu behandelndem Material und in Wärmeaustauschberührung -'_ mit dem Bett (28, 30) erstrecken.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher zur Aufnahme der Verbrennungsgase aus einem im Vergasungsbrenner (2) befindlichen Verbrennungsbett (4) zum Vorerhitzen des Materials vor dessen Einführen in den Wärmetaüschkessel (20, 22).
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergasungsbrenner (2) mit dem oder jedem Wärmebehandlungskessel (20, 22) gemeinsame Wände (24, 26) hat.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsamen Wände (24, 26) zur Bildung einer ausgedehnten Fläche Vorsprünge und/oder Vertiefungen haben.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsamen Wände (24, 26) gewellt sind.
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