DE2931599C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmebehandlung von in getrennter Form vorliegenden Material.

Die Erfindung steht insbesondere in Beziehung zum Calcinieren und Dehydrieren von gebrochenem Mineralmaterial, z. B. Gips. Bei einer herkömmlichen für eine derartige Wärmebehandlung an­ gewendeten Anlage wird Brennstoff, der fest, flüssig oder gas­ förmig sein kann, in einer Verbrennungskammer verbrannt, wobei die heißen Verbrennungsgase Spezialbehältern zugeführt wer­ den, 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 auf­ gerührt wird. Diese Anordnungen bedingen, daß die Verbrennungsanlage eine Anzahl von Teilen benötigt, von denen jedes eine Wartung und gelegentlich einen Austausch erfordert. Darüber hinaus macht das Aufrühren 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 Zuwege­ bringen einer hohen Verbrennungsintensität und -wirksamkeit, einer kontinuierlichen Betriebsfähigkeit, einer automatischen Steuerung des Verbrennungsvorgangs und einer Fähigkeit zum Ver­ brennen eines großen Bereichs von Brennstoffen. Es wurde be­ reits hervorgehoben, daß ein Wirbelschichtvergasungsbrenner zum Erhitzen von Fluiden, z. B. Wasser oder Gasen, verwendet werden kann, und daß die Verbrennungsgase in Abwärmerückgewin­ nungseinheiten zugeführt werden können.

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 Wirbel­ bettverbrennung.

Die Erfindung schafft gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Wärmebehandeln eines in getrennter Form vorliegenden Ma­ terials, gekennzeichnet durch Verbrennen von Brennstoff in einem fluidisierten Verbrennungsbett, durch Anordnen eines Wärmebe­ handlungsbetts des Materials dicht angrenzend an das Verbren­ nungsbett, 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 Verbrennungs­ bett bei Temperaturen von etwa 800°C oder darüber verbrannt.

Vorteilhaft werden die Verbrennungsgase aus dem fluidisierten Verbrennungsbett vor dem Einführen in das Wärmbehandlungsbett in Wärmeaustauschbeziehung mit diesem geführt. Wenn die Verbren­ nungsgas 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 Erfin­ dung wird vorteilhaft das Niveau des im Wärmebehandlungsbett befindliche Materials über dem obersten Niveau des fluidisier­ ten 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.

Alternativ können die Verbrennungsgase zum Vorerhitzen der Fluidisierungs- und Verbrennungsluft vor ihrem Einführen in das Verbrennungbett verwendet werden.

Das Wärmebehandlungsbett kann durch die vom Verbrennungsbett stammenden Verbrennungsgase vollständig fluidisiert werden.

Das mit Wärme zu behandelnde Material kann ein Calciumsulfatma­ terial, z. B. Gips, sein. In diesem Fall tritt bei der Wärmebe­ handlung 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 Reaktionsprodukt und die Verbrennungsgase aus dem Verbrennungsbett fluidisiert.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Wämebehandeln eines in getrennter Form vorliegenden Ma­ terials gekennzeichnet durch einen Vergasungsbrenner, der ein fluidisiertes Verbrennungsbett aus teilchenförmigem Material enthält, durch einen Brennstoffeinlaß für den Vergasungsbren­ ner, durch einen Abgasauslaß für den Vergasungsbrenner, durch einen Wärmebehandlungskessel, der dicht an den Vergasungsbren­ ner angrenzt und ein Bett aus dem in getrennter Form vorliegen­ den Material enthält, durch einen Materialeinlaß 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 Fluidisierungsein­ richtung 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 gasdurch­ lässige Tragplatte aufweisen, die zur Aufnahme der Verbrennungs­ gase von einem Sammelraum überbaut ist.

Zweckmäßig 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 wei­ tere Alternative hat der Vergasungsbrenner einen ringförmigen Querschnitt und umgibt einen Wärmeübergangskessel mit kreis­ förmigem Querschnitt.

Zweckmäßig 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 Wärmebehandlungskes­ sel, durch ein Bett aus zu behandelndem Material und in Wärme­ austauschberührung mit dem Bett erstrecken.

Zweckmäßig und zur Optimierung des Wärmeübergangs haben der Vergasungsbrenner und der oder jeder Wärmeübergangskessel ge­ meinsame Grenzwände mit einer ausgedehnten Fläche, die durch die Anwendung von Vorsprüngen und/oder Vertiefungen gebildet ist: Dies kann z. B. erzielt werden durch eine eierschachtel­ artige 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 je­ den Kessel zur Erhitzung des Materials. Danach werden die Ver­ brennungsgase in den oder jeden Kessel geleitet. Alternativ oder zusätzlich kann ein Wärmeaustausch vorgesehen sein zur Vorerhitzung der Fluidisierungsluft für den Vergasungsbrenner mittels der Verbrennungsgase.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielsweise be­ schrieben. Darin zeigt

Fig. 1 einen senkrechten schematischen Schnitt;

Fig. 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 Ver­ gasungsbrenner 2, der ein auf einem Verteiler 6 getragenes Fluidisierungsbett oder Wirbelbett 4 enthält zum Fluidisieren von Gas, z. B. Luft. Der Verteiler 6 ist mit mehreren Steig­ rohren 8 versehen, von denen jedes Auslässe 10 aufweist, die sich an deren Oberteil radial erstrecken. Mit Ventilen versehe­ ne Auslässe 12 dienen zum Entfernen von Material, z. B. Asche, aus dem Wirbelbett 4. Brennstoffeinlässe, von denen nur einer bei 50 gezeigt ist, befinden sich an jedem Ende des Vergasungs­ brenners 2. Im Vergasungsbrenner 2 ist ein Gasauslaß 14 vor­ gesehen, 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 2 gemeinsame Wände 24, 26 aus nichtrostendem Stahl und Endwände 25, 27. Die Wände 24, 26 sind gemäß Fig. 2 gewellt bis zu einer Höhe über der Oberseite von in den Wärmeübergangskessel 20, 22 enthaltenen Materialbetten 28 bzw. 30. Die Wärmeübergangskessel 20, 22 haben Einlaßeinrichtungen 21 für das Material, z. B. Gips, und Auslaßeinrichtungen 23 für das mit Wärme behandelte Material, z. B. Mörtelgips. Die Einlaß- und Auslaßeinrich­ tungen 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 Blasrohren 34 bzw. 36 verbunden ist, von denen nur eines je Wärmebehandlungs­ kessel gezeigt ist. Die Blasrohre sind mit vielen Löchern ver­ sehen und befinden sich am Unterteil der Wärmebehandlungskessel 20, 22, wobei die Löcher nach unten zum Unterteil der Wärmebe­ handlungskessel gerichtet sind.

Im Betrieb wird der Vergasungsbrenner 2 dadurch gestartet, daß heiße Gase zum Verteiler 6 und von dort aus zum Wirbel­ bett 4 geleitet werden zum Fluidisieren dieses Wirbelbetts und zum Erhöhen dessen Temperatur um etwa 150°C. Danach wird Gips 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 Tempera­ tur eine Höhe erreicht, bei der die Kohleverbrennung sich selbst erhält, wobei die Kohle durch einen Einlaß 50 einge­ führt wird. Der Strom des heißen Gases wird danach unterbro­ chen 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 Wärmebehand­ lungskesseln 20, 22 befindlichen Betten 28, 30 erstrecken, wo­ durch 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 Blas­ rohre 34, 36 in die Betten 28, 30 zu deren Fluidisierung auszutreten. Die Betten 28, 30 befinden sich während des konti­ nuierlichen Betriebs auf einem über der Höhe des Wirbelbetts 4 gelegenen Niveau. Das wärmbehandelte 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°C. Zur Regelung der Temperatur und der Materialeintritts-Austrittsmengen 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 ver­ besserten Eingang von zu erhitzendem Material. Es ist ferner ersichtlich, daß die Erfindung im Vergleich zu anderen Wärme­ behandlungsanlagen mit ähnlicher Leistung kompakt ist. Während die 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 aufzu­ rühren.

Beim Verfahren nach der Erfindung wurde keine Gasreinigung beschrieben. Tatsächlich werden die Verbrennungsgase unmittelbar in das gerade wärmebehandelte Ma­ terial eingeführt, selbst wenn sie einige Verunreinigungen auf­ weisen, 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, auch andere Materialien durch Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung mit Wärme behandelt werden können.

Claims (21)

1. Verfahren zum Wärmebehandeln eines in getrennter Form vorliegenden Materials, gekennzeichnet durch Verbrennen von Brennstoff in einem fluidisierten Verbrennungsbett, durch Anordnen eines Wärmebehandlungs­ betts des Materials dicht angrenzend an das Verbren­ nungsbett, so daß es in Wärmeaustausch hiermit steht, und durch Einführen von Verbrennungsgasen aus dem Ver­ brennungsbett in das Wärmebehandlungsbett, das wenig­ stens 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 beziehung mit diesem geführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgase vor ihrem Einführen in das Wärme­ behandlungsbett in Wärmetaustauschbeziehung mit dem Ma­ terial geführt werden zum Vorerhitzen des zu behandeln­ den Materials, bevor es in das Wärmeaustauschbett ein­ geführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgase vor ihrem Einführen in das Wärme­ behandlungsbett in Wärmeaustauschbeziehung mit fluidi­ sierender Luft für das Verbrennungsbett zum Vorerhit­ zen 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 Verbren­ nungsgase vollständig fluidisiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, 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.

10. Vorrichtung zum Wärmebehandeln eines in getrennter Form vorliegenden Materials, gekennzeich­ net durch einen Vergasungsbrenner (2), der ein flui­ disiertes Verbrennungsbett (4) aus teilchenförmigem Material enthält, duch einen Brennstoffeinlaß (50) für den Vergasungsbrenner (2), durch einen Abgasaus­ laß (14) für den Vergasungsbrenner (2), durch einen Wärmebehandlungskessel (20, 22), der dicht an den Ver­ gasungsbrenner (2) angrenzt und ein Bett (28, 30) aus dem in getrennter Form vorliegenden Material enthält, durch einen Materialeinlaß (21) und einen Material­ auslaß (23) im Wärmebehandlungskessel (20, 22) und durch eine Einlaßeinrichtung (34, 36) zum Einführen von aus dem Vergasungsbrenner (2) stammenden Verbren­ nungsgasen in den Wärmebehandlungskessel (20, 22).

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßeinrichtung eine Fluidisierungsein­ richtung (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 Blas­ rohren (34, 36) vorliegt, die quer über das Unterteil des Wärmebehandlungskessels (20, 22) gruppiert sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, da­ durch 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 Ver­ brennungsgases in den Vergasungsbrenner (2) versehen ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß mehr als ein Wärmebehand­ lungskessel (20, 22) vorgesehen ist, wobei die Wärme­ behandlungskessel (20, 22) an beiden Seiten des Ver­ gasungsbrenners (2) angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, ge­ kennzeichnet durch Wärmetauscheinrichtungen (16, 18), die mit dem oder jedem Wärmetauschkessel (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) ent­ halten, die sich vom Abgasauslaß (14) in den Wärmebe­ handlungskessel (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, ge­ kennzeichnet durch einen Wärmetauscher zur Aufnahme der Verbrennungsgase aus einem im Vergasungsbrenner (2) befindlichen Verbrennungsbett (4) zum Vorerhitzen des Materials vor dessen Einführen in den Wärmetausch­ kessel (20, 22).

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, da­ durch 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.