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Verfahren zum Herausbrennen einer brennbaren
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Komponente eines im übrigen nicht brennbaren Schüttgutes Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Herausbrennen einer brennbaren Komponente eines im übrigen
nicht brennbaren Schüttgutes durch thermische Oxydation der Komponente.
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So ein Schüttgut ist beispielsweise ein harzgebundener Altsand aus
Giessereien, welcher zur Wiederverwendung anstelle von Neusand nach einer mechanischen
Aufbereitung regeneriert werden soll. Dabei verfährt man so, dass man die harzgebundenen
verschieden grossen Formreste zuerst mechanisch zerkleinert, d.h. mechanisch zu
einem Schüttgut mit einer Korngrösse zwischen 0,1 bis 1,5 mm aufbereitet. Dieses
Schüttgut hat brennbare Kcmponente, die Harze nämlich, z.B. Furan, welche als Bindemittel
dem Quarzsand einmal beigemischt wurden und nun den Quarzkörnern anhaften. Dieses
Schüttgut wird einer thermischen Oxydation unterzogen, bei welcher bei genügend
Temperatur und Sauerstoff die brennbare Komponente herausbrennt und das übriggebliebene
unter diesen Bedingungen nicht brennbare ASterial, der Quarzsand nach Sichtung anstelle
Neusandes in Giessereien wiederverwendet werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren der eingangs
beschriebenen A¢t kontinuierlich, un.eltfrealdlich und energiesparend zu gestalten.
Das behandelte Produkt soll ohne weitere Behandlung, hauptsächlich ohne Steubfraktionen
verfügbar sein. Diese Aufgabe ist erfindungsgcmäss durch folgende MassnahmEr erfüllt:
a)
Kontinuierliches Führen des Schüttgutes durch eine erste Wirbelschicht, welche mit
Luft zum Herausbrennen der Komponente belüftet und fluidisiert wird, wobei zum Beheizen
der Wirbelschicht der Heizwert der Komponente selber, gegebenenfalls der Heizwert
eines zugemischten Brennstoffes eingesetzt wird, b) kontinuierliches Führen des
in der ersten Wirbelschicht zu behandelnden Schüttgutes durch einen indirekten Wärmeaustauscher,
welcher von bei dem Herausbrennen entstehenden Gasen beheizt wird, c) kontinuierliches
Führen des in der ersten Wirbelschicht behandelten Schüttgutes durch eine zweite
Wirbelschicht, welche mit Luft fluidisiert und belüftet wird, die bei dem Durchgang
durch diese Wirbelschicht erwärmt wird und weiter zum Belüften und Fluidisieren
der ersten Wirbelschicht getrieben wird, d) kontinuierliches Abführen des Produkts,
d.h. des behandelten Schüttgutes aus der zweiten Wirbelschicht.
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Zur Entstaubung des Produktes wird vorveschlagen, dass die Luftmenge
und ihre Geschwindigkeit eingestellt werden zum Austragen der Staubfranktionen des
Schüttgutes aus den zwei Wirbel schichten bei den Fluidisieren und Belüften des
Schüttgutes.
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Besonders ökonomisch lässt sich das Verfahren gestalten, wenn die
einzelnen Prozessräume, von oben anfangend in der Folge: der indirekte Wärmeaustauscher,
der Raum mit der ersten Wirbelschicht zum Herausbrennen der Komponente und der Raum
mit der zweiten Wirbelschicht zum Vorwärmen der Prozessluft übereinander angeordnet
sind und das Schüttgut jeweils aus der Wirbelschicht durch Ueberfall rohre kaskadenartig
geführt wird.
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Im weiteren wird der Erfindungsgegenstand und die dadurch erzielbaren
Vorteile anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand einer beiliegenden Zeichnung
näher beschrieben und erklärt.
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Die einzige Figur der Zeichnung zeigt schematisch eine Vorrichtung
zum Ausführen des Verfahrens in pattialem Längsschnitt.
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Das zu behandelnde Schüttgut ist ein Giessereialtsand, welcher durch
mechanische Zerkleinerung zu einem Schüttgut mit einer Korngrösse zwischen 0,1 bis
1,5 mm aufbereitet wurde. Das Schüttgut ist gut rieselfähig und weist nicht brennbare
Quarzsandpartikeln auf, die mit brennbaren Harzpartikeln umhüllt sind. Für eine
Wiederverwendung stellen die Harzpartikel eine Verunreinigung dar, welche durch
die vorzunehmende Regeneration anhand des erfindungsgemässen Verfahrens durch Herausbrennen
bei einer thermischen Oxydation beseitigt werden sollen. Das mechanisch aufbereitete
Schüttgut kommt: durch Schwerkraft aus einem Silo in einen Verteilerkasten 1 eines
indirekten Wärmeaustauschers 2. Hier verteilt es sich über einen, nichtgezeichneten,
Lochboden, so dass eine gleichmässige Beaufschlagung der Vielzahl flacher Kammern3
oder Rohren gewährleistet ist. In der Vielzahl der flachen Karmrren 3 des indirekten
Wärmeaustauschers 2, welcher im Wege heisser Abgase der Herausbrennung liegt und
dadurch beheizt wird erfolgt eine Autwarmung des zu behandelnden Schüttgutes. Dieses
bewegt sich durch die Kammern 3 durch Schwerkraft abttrts, wobei, zur Intensivierung
des Wärmeübergangs, durch Einbauten in den Kammern oder durch Forwr gebung der Karrrnerwande
eine fortlaufende Umschichtung des Schüttgutes erfolgt. Bei der Aufwärmung entstehende
Gase steigen nach oben und werden mit einer Leitung 4 abgesaugt, wie später erklärt
wird.
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Das in den Kammern oder Rohren 3 aufgewärmte Schüttgut kamnt durch
Sammelkanäle 5 und einen breiten Schacht 6 entlang einer Seitenwand der Vorrichtung
direkt in eine erste Wirbelschicht 7, in welcher die Herausbrennung der brennbaren
Komponente erfolgt.
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Die erste Wirbelschicht wird durch einen Verteilerboden 8 mit Prozessluft
aus dem Prozessraum 12 belüftet und fluidisiert. Aufgrund der Eigenbewegung der
Wirbelschicht, in der Nähe von Schacht 6 besteht ein abwärts gerichteter Teilchenfluss
der das Schüttgut sofort in die untere Zone der Wirbelschicht leitet.
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Der Zufluss des zu behandelnden Schüttgutes in die Wirbelschicht
7 ist einstellbar und absperrbar. Dies wird durch eine, gestrichelt angedeutete,
verstellbare Fläche unterhalb der Mündungen der Sa::melkanäle 5 so erreicht, dass
durch Neigungsänderung der Fläche der Ausfluss aus den Sammelkanälen 5 durch den
natürlichen Schüttwinkel des Gutes begrenzt wird. Diese einl:al zum Durchfluss eingestellte
Fläche bleibt normalerweise fest, dient jedoch auch zum Absperren des Zuflusses
in Sonderfällen.
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In der ersten Wirbelschicht 7, zum Herausbrennen der brennbaren Komponente,
wird das Schüttgut auf Zündtemperatur der brennbaren Komponente weiter aufgewärmt,
so dass die mit dem Schüttgut eingebrachten Teilchen der Komponente mit dem Luftsauerstoff
der die Wirbelschicht gleichzeitig fluidisierenden Prozessluft reagieren und verbrennen.
Mit den abgehenden Verbrennungsgasen wird der im Wege der Gase liegende indirekte
Wärmeaustauscher 2 beheizt.
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Das Schüttgut verlässt nach der Behandlung in der ersten Wirbelschicht
7 diese bei einer Temperatur gegen 7500C kontinuierlich über ein Ueberlaufrohr 9,
dessen oberes Ende gleichzeitig die Schichthöhe der Wirbelschicht vorgibt. Da es
sich um eine Verdrängungsstrcmung des Schüttgutes im Kreuzstrom zu dem Prozessluftstrom
handelt, ist keine weitere Austragshilfe notwendig.
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Wenn der Zufluss des Schüttgutes in die erste Wirbelschicht 7 einmal
einreguliert ist, läuft der ganze Prozess kontinuierlich und automatisch durch.
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Zum Führen der Prozessluft durch die Wirbelschicht 7 sind im Verteilerboden
8 eine Vielzahl von Einzeldüsen, jeweils an Löchern 10 angeordnet. Hierbei handelt
es sich um Ringspaltdüsen, die einen stromungsfreien Durchgang der, wie es nachher
erklärt wird,staubbeladenen Prozessluft aus dem unter dem Verteilboden 8 angeordneten
Raum erlaubten.
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Am Boden 8 sind auch Gas zuleitungen mit Düsen 11 angeordnet und dienen
zur Verteilung eines brennbaren Gases in die Wirbeischicht 7 zur Abdeckung eines
noch zu deckenden Energiebedarfs zur Aufrechterhaltung der Schichttemperatur von
ca. 7500C. Der Grundenergiebedarf wird jedoch durch den Heizwert der heraus zu brennenden
Komponente gedeckt.
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Mit den besagten Düsen 10 und 11 wird die Luft als Oxydations-und
Fluidisierungsmittel einerseits und andererseits, durch die Gaszuleitungen, das
Brenngas, voneinander getrenntSin die Schicht eingeführt.
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Die Mischung beider Stoffe zu einer brennbaren Konzentration erfolgt
also, aus Sicherheitsgründen, erst in der Wirbelschicht.
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Die Dimensionierung der Ringspaltdüsen 10, oder falls erforderlich,
auch Lochdüsen ist so zu wählen, dass die Höhe des Ringspaltes oder der Durchmesser
der Austrittslöcher der Lochdüsen grösser ist als der grösste Korndurchmesser des
Schüttgutes.
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Die notwendig kleinen Austrittsöffnungen der Düsen 11 für das Brenngas
sind, zur Vermeidung von Verstopfung, mit porösen Sinterstarffi lagen versehen.
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Im Gegensatz zur üblichen Art der Anordnung der Düsen 10 für dieProzsluft
sind die Austrittsöffnungen der einzelnen Düsen in einem Abstand über der Oberfläche
des Verteilerbodens 8 angeordnet, so dass die Oberfläche des Bodens durch eine ruhende
Schicht des Schüttgutes bedeckt wird. Damit werden folgende Vorteile erreicht:Die
Gaszuleitungen zu den Düsen 11 liegen in der ruhenden Schicht und sind so keinem
Abrieb ausgesetzt, der ihre Funktionstüchtigkeit beeinträchtigen könnte, und, die
ruhende Gutschicht wirkt als eine Isolationsschicht zwischen der heissen fluidisierten
Schicht 7 und dem Verteilerboden 8. Das wirkt sich positiv auf die thermische Belastung
bzw. die allgemeine Festigkeit des Bodens 8 aus.
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Die thermische Oxydation erfolgt in der Wirbelschicht 7 beim kontinuierlichen
Durchfluss des Schüttgutes zwischen der Mündung des Einführungsschachtes6an der
Wand und der oberen Oeffnung des Uberlaufrohres 9.
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Das thermisch behandelte Schüttgut, dessen brennbare Kcmponente mindestens
im wesentlichen herausgebrannt ist, fliesst mit einer Temperatur von ca. 7500 C
in einen folgenden Prozessraum 12, welcher unterhalb des Verteilerbodens 8 des vorher
beschriebenen Prozessraumes mit der ersten Wirbelschicht 7 unmittelbar angeordnet
ist. Er weist eine zweite Wirbelschicht 13 auf, welche oberhalb eines ihr zugehörigen
Verteilerbodens 14 gebildet wird. Diese zweite Wirbelschicht 13 ist mit Luft fluidisiert,
die bei dem Durchgang durch die Schicht bei direktem Wärmeaustausch durch Konvektion
erwärmt wird und, erwärmt, zum Belüften und Fluidisieren der ersten, oberen Wirbelschicht
7 durch den Verteilerboden 8 strömt. Das Schüttgut in der Wirbelschicht 13 wird
dabei zum Teil gekühlt. Der zugehörige Verteilerboden 14 ist auch mit Ringspaltdüsen,oder
Lochdüsen bestückt,jedoch bei Anordnung der Düsen zum Boden wird eine Durchwirbelung
der ganzen Schüttgutschicht gleich schon ab Boden weg angestrebt. Durch diese zweite
Wirbelschicht 13 fliesst kontinuierlich das Schüttgut von der
unteren
Oeffnung des Rohres 9 zur oberen Oeffnung des nächsten Ueberlaufrohres 15, durch
welches es durch Schwerkraft abgeführt wird. Da es sich dabei wiederum um einen
Verdrängungsstrom in der Wirbelschicht handelt, wird keine weitere Austragshilfe
benötigt.
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Das Ueberlaufrohr 15 führt durch einen Luftverteilerraum 16, der
unterhalb des Verteilerbodens 14 angeordnet ist.
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An dem aus der zweiten Wirbelschicht 13 abgeführten Produkt, dem
behandelten Schüttgut, das immernoch eine Temperatur von ca. 5500 C aufweist, wird
eine weitere Wärmerückgewinnung vorgenommen Durch das Ueberlaufrohr 15 wird es in
einem Kühlraum 17 eingeführt, der unmittelbar unterhalb des Luftverteilerraumes
16, in dem untersten Teil des Apparates zur Durchführung des Verfahrens, vorgesehen
ist.
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Es ist ein kontinuierlicher Rieselkühier bekannter Bauart, in welchen
das Schüttgut, das Produkt, der regenerierte Altsand durch Wärmeabfuhr über Kühlwasser
18 also Dampf und Warmwasser 19 durch indirekten Wärmeaustausch auf ca. 25° C abgekühlt
wird. Durch ein Austragsorgan 20 verlässt der regenerierte Altsand die Apparatur
und kann direkt in einer Giesserei wiederverwendet werden.
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In einem konsequenten Gegenstrom zu dem Strom des zu behandelnden
Schüttgutes ist der Strom des behandelnden Mediums, d.h. der Luft zum Fluidisieren,
bzw. zum Belüften der Wirbelschichten 13 bzw. 7 und der Abgase zum Beheizen des
Wärmeaustauschers 2 geführt.
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Die Prozessluft wird über eine Leitung 21 und über einen Ventilator
22 in den Luftverteilraum 16 zugeführt, in genügender Menge una mit genügendem Druck,
so dass die Wirbelschicht 13 des behandelten Schüttgutes über dem Verteilerboden
14 fluidisiert wird. Dabei steigt die Luftgeschwindigkeit mit zunehmender Erwärmung
beim Durchtritt durch die Wirbelschicht 13. Dies erlaubt bei entsprechender Dimensionierung
ein Austragen des Staubanteils des
Schüttgutes falls noch vorhanden
aus dieser Wirbelschicht 13.
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Die beschleunigte Prozessluft mit den Kornteilchen dringt durch den
oberen Verteilerboden 8, bzw. durch die dort eingesetzten und der Korngrösse entsprechend
dimensiowierten Düsen 10 und belüftet und fluidisiert die Wirbelschicht 7 zum Herausbrennen
der brennbaren Komponente. Ihre Geschwindigkeit genügt auch in dieser Wirbelschicht
zum Heraustragen eines Hauptanteils des Unterkornes des Schüttgutes. Diese doppelte
Entstaubung dient zur Qualitätserhöhtung des Produkts. Die Verbrennungsgase hinter
der Wirbelschicht 7 haben einen kleinen Restsauerstoffanteil und werden durch den
indirekten Wärmeaustauscher 2 geführt, wodurch das zu behandelnde Schüttgut aufgewärmt
wird. Mit einer Temperatur von ca. 3000C verlassen die Gase die Anlage durch einen
Stutzen 23.
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Die Gase werden anschliessend auf eine bekannte Weise entstaubt, bei
Wärmerückgewinnung abgekühlt und in die Atmosphäre ausgelassen.
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Die Anlage wird mit einem Abluftventilator vervollständigt zur Erzielung
eines kleinen Unterdrucks in dem Raum mit der Wirbelschicht 7.
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Bei dem Aufwärmen des Schüttgutes in dem Wärmeaustauscher 2 entstehen
Gase, die oben in den Kasten 1 gefasst und über die Leitungen 4 und 21 mit der Prozessluft
dem Prozess zugeführt und dabei verbrannt werden.
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Diese Gase werden also auf eine Umweltnicht belästigende Weise liquidiert,
wobei ihr Heizwert ökonomisch ausgenutzt wird.
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Bei der Regenenenny des Altsandes ist es auch möglich anstelle des
Zuführens eines Brenngases in die Wirbelschicht 7 zur Deckung des thermischen Bedarfs
des Verfahrens gemahlene Kohle mit Körnung bis 2 mm den zu behandelnden Schüttgut
beizumischen, welche dann in der Wirbelschicht 7 belüftet und verbrannt wird.
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Es ist wichtig, das zu behandelnde Schüttgut mittels eines beschriebenen
breiten Schachtes 6 entlang der Wand in die Wirbelschicht 7 möglichst weit nach
unten einzutragen. Auf diese Weise gelangen die Staubanteile des Schüttgutes und
die Staubanteile der brennbaren Komponente in die Schicht zur Reaktion und werden
nicht vorher mit dem Abgas ausgetragen.
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Die beschriebene Anlage zum Ausführen des erfindungsgemässen Verfahrens
in einzelnen Prozessräumen, die vertikal übereinander angeordnet sind zeichnet sich
mit folgenden Vorteilen aus: sie hat ein kleines Bauvolumen und nimmt eine kleine
Bodenfläche in Anspruch, es gibt kleine Wärmeverluste wegen kleiner Gesamtoberfläche,
es gibt keine Transporteinrichtungen wegen der Ausnützung der Schwerkraft bei kaskadenartigen
Anordung des Weges des Schüttgutes von oben nach unten.
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Absperrung des Weges ist durch den natürlichen Schüttwinkel gegeben.
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Bei dem Verfahren sind Fluidisierungsmedium, Oxydierungsmedium und
Abgase das gleiche Fluid. Daraus resultiert eine wirtschaftliche, kleinstmcchliche
Prozessluftmenge, welche vom Grenzkorn bestimmt wird, das zur Entstaubung des Produktes
über die Abgase herausgetragen werden sollen. Es gibt keinen Energieaufwand für
die Erwärmung von Zusatzluft, da der Luftsauerstoff voll für die Verbrennung in
der Wirbelschicht 7 genutzt werden kann und damit die Wärmeleistung der Anlage bestimmt.