DE3136658C2

DE3136658C2 - Anlage zum Brennen von Kalkstein und ähnlichen mineralischen Rohstoffen

Info

Publication number: DE3136658C2
Application number: DE3136658A
Authority: DE
Inventors: Erwin Zürich Füssl
Original assignee: Maerz Ofenbau AG
Current assignee: Maerz Ofenbau AG
Priority date: 1980-10-14
Filing date: 1981-09-16
Publication date: 1987-01-29
Also published as: AT379360B; ATA397781A; AU7616281A; CH650234A5; ZA817000B; FR2492076A1; FR2492076B1; CA1160045A; AU542592B2; DE3136658A1

Abstract

Für die Beheizung des Schachtes (1) werden die Zuleitungsrohre (4) in Teilleitungen (14) und diese in Dosierleitungen (16) zusammengefaßt, die während der Brennperiode mit einem festen Brennstoff, z.B. Kohlenstaub, und einem Treibgas beaufschlagt werden. Um während des Brennvorgangs die Brennstoffzufuhr zeitlich konstant zu halten, wird der Kohlenstaub aus einem Silo (27) in einen Dosierbehälter (23) eingewogen und anschließend durch Dosierschleusen (25) an die Zuleitungen (16) abgegeben, von wo er durch das Treibgas, z.B. Preßluft, den Brennstofflanzen (3) zugeführt wird, durch deren Verteilung im Schachtquerschnitt eine gleichmäßige Verteilung des festen Brennstoffs und damit ein gebranntes Material erreicht wird, dessen Qualität derjenigen eines mit gasförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffen gebrannten Materials vergleichbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Brennen von Kalkstein und ähnlichen mineralischen Rohstoffen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Es ist ein Verfahren bekannt (DE-PS 12 00 191), nach welchem ein Schachtofen mit staubförmigem Brennstoff im Gegenstrom betrieben wird. Der Brennstoff wird hierbei in den Ofen in mehreren waagerechten Ebenen eingebracht, welche abwechselnd mit dem Brennstoff beschickt werden. Da der Brennstoff nur am Schachtumfang verteilt eingebracht wird, wird eine gleichmäßige Brennstoffverteilung über den Schachtquerschnitt nicht erreicht.
Weiter ist ein Verfahren bekannt (DE-OS 29 27 862), bei welchem Kalkstein mit staubförmigen und/oder feinkörnigen festen Brennstoffen in einem Gleichstrom-Regenerativ-Schachtofen gebrannt wird. Hierbei wird der Brennstoff durch mehrere, über den Schachtquerschnitt verteilte Brennstofflanzen zugeführt, die einen Kühlmantel haben, durch den ein Kühlgas strömt. Derartige Mantel-Brennstofflanzen sind aufwendig und benötigen jeweils zwei getrennte Zuleitungen für Brennstoff und Kühllmittel.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage mit einem Gleichstrom-Gegenstsrom-Regenerativ-Schachtofen der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, daß für die gewünschte gleichmäßige Brennstoffverteilung und Kühlung in allen Schächten nur einfache, über den Schachtquerschnitt verteilte Brennstofflanzen mit wenigen Leitungen für Brennstoff und Kühlmittel erforderlich sind.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Mit Hilfe der Rohrweichen können die Brennstofflanzen je nach Betriebsweise des Schachtes, in dem sie angeordnet sind, abwechselnd an die Brennstoffleitungen und an die Kühlmittelzufuhr angeschlossen werden und so dem Schacht beim Brennen Brennstoff und beim Abkühlen Kühlmittel in gut verteilter Form zuführen. Da eine Kühlung der Lanzen im brennenden Schacht jedenfalls dann nicht notwendig ist, wenn diese von der Vorwärmezone aus in den Schacht eingeführt werden, können die Brennstofflanzen als einfache Rohre ohne Kühlmantel ausgebildet sein.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und sind in den Unteransprüchen genannt.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 einen Vertikalschnitt eines schematisch dargestellten Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Schachtofen mit zwei Schächten, von denen jeweils der eine der Brenn- oder Gleichstromschacht und der andere der Gegenstromschacht ist.
Fig. 2 einen Schnitt des Schachtofens nach Fig. 1 längs der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Dosieranlage für die Zuführung eines staubförmigen und/oder feinkörnigen festen Brennstoffs in den Brennschacht, wobei der Brennschacht als Schnitt und als Ansicht aus der Blickrichtung A dargestellt ist, und
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Details einer Dosieranlage zur Dosierung von staubförmigen und/ oder feinkörnigen festen Brennstoff in den Brennschacht eines Schachtofens.
Der in Fig. 1 und 2 schematisch dargestellte Schachtofen weist zwei Schächte 1, 2 auf, die am unteren Ende einer Brennzone B durch einen Überstsrömkanal 20 miteinander verbunden sind. Der Schacht 1 sei in Fig. 1 der Brennoder Gleichstromschacht und der Schacht 2 der Gegenstromschacht. Beim Schacht 1 wird Verbrennungsluft 8 von oben eingeführt, während die beim Brennen im Schacht 1 entstehenden Brenngase beim Übergang in den Schacht 2 mit von unten kommender Kühlluft 12 gemischt werden und nach Erwärmung des im Schacht 2 befindlichen Gutes als Abgas 9 am oberen Ende des Schachtes 2 austreten. Nach Beendigung des Brennvorgangs wird der Vorgang umgekehrt, d. h. Schacht 2 wird der Brenn- oder Gleichstromschacht und der Schacht 1 der Gegenstromschacht. Der obere Teil der Schächte 1, 2 wird als Vorwärmzone V bezeichnet, in welchem Brennstofflanzen 3 mit Mündungen 30 angeordnet sind. Durch Zuleitungsrohre 4 wird den Brennstofflanzen des Schachtes 1 pulverförmiger fester Brennstoff zugeführt, während im Gegenstromschacht, in Fig. 1 im Schacht 2, die Brennstofflanzen 3 durch ein Kühlmedium, z. B. Preßluft, gekühlt werden.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Brennstofflanzen 3 in dem rechteckigen Schachtquerschnitt in zwei Reihen angeordnet und dadurch gleichmäßig verteilt sind. Dadurch wird erreicht, daß der feste Brennstoff am Anfang der Brennzone B gleichmäßig über das zu brennende Gut verteilt wird, so daß am Ende der Brennzone ein gleichmäßig gebranntes Gut in die Kühlzone K eintritt.
Die Erfindung ist nicht nur auf Schachtöfen mit zwei quaderförmigen Schächten beschränkt. Der Schachtquerschnitt kann auch polygonförmig, oval oder zylindrisch sein, wobei die Schächte entweder nebeneinander oder zentrisch ineinander angeordnet sind. Im letzteren Fall ist der äußere Schacht ringförmig und der innere Schacht zylindrisch.
Ein wesentliches Erfordernis für die Erreichung eines qualitativ hochwertigen Brenngutes ist es, daß der Brennstoff den Brennstofflanzen 3 in annähernd zeitlich gleichbleibender Menge zugeführt wird. Hierzu dient eine Dosieranlage, wie sie in Fig. 3 und 4 dargestellt ist. In Fig. 3 ist der Schacht 1 sowohl als Schnitt als auch als Ansicht aus Richtung A dargestellt. Von den Zuleitungsrohren 4 werden zwei über eine Abzweigung 13 in Teilleitungen 14 zusammengefaßt. Zwei Teilleitungen 14 sind über ein Teilungsrohrstück 15 mit einer Dosierleitung 16 verbunden. An deren Ende eine Treibdüse 17 angeschlossen ist, die einerseits mit einer Brennstoffdosierung 18 und andererseits mit einer Treibgasleitung 19 verbunden ist.
Ein Kompressor 21 ist über einen Druckbehälter 22 mit der Treibgasleitung 19 verbunden.
Die Brennstoffdosierung 18 setzt sich aus einem Wiegebehälter 23, aus einer eintrittseitigen Förderschleuse 24, zwei austrittseitigen Dosierschleusen 25 und einem Absperrschieber 26 zusammen. Die Schleusen 24, 25 sind als motorisch angetriebene Zellenradschleusen dargestellt, wobei die beiden Dosierschleusen 25 durch Unterteilung des Zellenrades einer Zellenradschleuse entsteht.
Über dem Wiegebehälter 23 ist ein Brennstoffsilo 27, z. B. für Kohlenstaub, angeordnet, dessen bodenseitiger Ausgang mit der Förderschleuse 24 verbunden ist. Auf der Decke des Silos 27 ist ein Entlüfter 28 mit einem Filter angeordnet, der das Siloinnere mit der Außenluft verbindet. Um das Anbacken des festen Brennstoffes zu verhindern, wird im unteren Teil des Silos 27 eine Auflockerungseinrichtung 29 vorgesehen. Mit dieser wird die Brückenbildung des festen Brennstoffs im Silo 27 verhindert und das gleichmäßige Nachströmen desselben in die Förderschleuse 24 gewährleistet. In Fig. 3 ist die Auflockerungseinrichtung eine Leitungsanordnung, mit der ein Gas, zweckmäßig Kohlendioxid, ins Siloinnere 27 eingeblasen wird. Die Auflockerungseinrichtung 29 könnte jedoch auch mechanisch, z. B. durch Rüttler oder Vibratoren, ausgeführt werden. Uber eine Leitung 31 erfolgt jeweils das Nachfüllen des Silos 27, z. B. mittels Preßluftförderung. Mit einem Schieber 32 kann der Austritt aus dem Silo 27 gesperrt werden. Enlüftungsleitungen 33 dienen der Entlüftung des Wiegebehälters 23 und sind zweckmäßig in das Silo 27 geführt.
Die im Schacht 1 angeordneten Brennstofflanzen 3 können mittels einer schematisch dargestellten Einbauplatte 34 eingebaut und herausgenommen werden, z. B. für die Inspektion des Zustandes der Brennlanzen.
Fig. 4 zeigt eine ähnliche Dosieranlage wie diejenige in Fig. 3, weshalb gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen wurden, so daß auf ihre nochmalige Beschreibung verzichtet werden kann. Im Gegensatz zu Fig. 3 weist die Anlage nach Fig. 4 vier Dosierleitungen 16 auf, die sich in je zwei Zuleitungen 4 verzweigen. Vor jeder Verzweigung 13 ist eine Rohrweiche 35 angeordnet, mit der die betreffende Dosierleitung 16 auf die zwei entsprechenden Brennstofflanzen 3 des Schachtes 2 umgeschaltet werden kann, wenn Brennschacht 2 als Brennschacht und Schacht 1 als Gegenstromschacht arbeiten. Ein Gebläse 36 dient dazu, die Brennstofflanzen 3 des als Gegenstromschachts arbeitenden Schachtes zu kühlen. Mit Hilfe von Absperrventilen 37 kann die Kühlluft entweder den Lanzen des Schachtes 1 oder des Schachtes 2 zugeleitet werden.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, werden für acht Brennstofflanzen vier Dosierschleusen 25 benötigt, die zweckmäßig durch Unterteilung einer größeren Zellenradschleuse erhalten werden.
Die Dosieranlage nach Fig. 3 und 4 arbeitet wie folgt:
Zunächst wird der feste Brennstoff, z. B. Kohlenstaub, durch die Förderschleuse 24 in den Wiegebehälter 23 bis zur Erreichung der erforderlichen Menge gefördert. Zu Beginn des Brennvorgangs werden die Dosierschleusen in Betrieb gesetzt und gleichzeitig Treibgas in der gewünschten Menge vom Kompressor 21 den vier Treibdüsen 17 zugeführt. Da sowohl der Brennstoff und das Treibgas dosiert werden, wird den Brennstofflanzen Brennstoff in zeitlich konstanten Mengen zugeführt. Nach Abschluß des Brennvorgangs wird der Wiegebehälter 23 mit der gewünschten Menge gefüllt und nach Umstellen der Rohrweiche beginnt der Brennvorgang im Schacht 2. Anschließend wiederholt sich der Brennvorgang abwechselnd in Schacht 1 und 2. Das Brennstoffsilo 27 wird mittels Grenzwertmeldern 38 überwacht, so daß sich immer genügend Brennstoff im Silo 27 befindet.
Es wurden industrielle Brennversuche in einem Zwei-Schachtofen mit einem Schachtquerschnitt von 3,8 m² und einer Brennzonenhöhe von 7,0 m durchgeführt. Das Kornband des Kalksteins lag zwischen 30 und 90 mm, wobei während der Brennperiode der Schacht 1 immer mit Kohlenstaub und Schacht 2 immer mit Erdgas beheizt wurde. Der untere Heizwert des Erdgases betrug 36 540 kj/m². Die im Schacht 1 nach Fig. 2 verteilten acht Brennstofflanzen 3 wurden mit einer Dosieranlage beaufschlagt, wie sie in Fig. 3 dargestellt und vorstehend beschrieben ist. Schacht 2 ist hier Gegenstromschacht und nach dem Umsteuern wurde Schacht 2 mit Erdgas beheizt und Schacht 1 dient als Gegenstromschacht zum Abzug der Rauchgase.
Die Brennversuche ergaben, daß sich Kohlenstaub im Gleichstrom mit heißer Luft von ca. 700°C, d.i. die Temperatur an den Mündungen 30, sehr gut verbrennen läßt und dabei eine Qualität des gebrannten Kalks erreicht werden kann, die mit dem Erdgas oder anderen flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen erzeugten Branntkalk verglichen werden kann. Der Wärmeverbrauch pro Tonne Kalk ist praktisch gleich, unabhängig davon, ob man Kohlenstaub oder gasförmige oder flüssige Brennstoffe verwendet.
Tabelle 1 zeigt eine Aufstellung über Analysen der verschiedenen Kohlensorten, die für die Brennversuche verwendet wurden.
In Tabelle 2 sind die Analysen des Branntkalks aufgeführt, die mit den in Tabelle 1 genannten Kohlensorten erzeugt wurden. Als Vergleich ist auch die Analyse von Kalk dargestellt, der mit Erdgasbeheizung in demselben Ofen gebrannt worden war.
Werden beide Schächte mit Kohlenstaub beheizt, ist eine Dosieranlage nach Fig. 4 zu verwenden, bei der zur Umsteuerung des Brennstoffes von einem auf den anderen Schacht in die Dosierleitungen 16 der Brennstofflanzen die Rohrweichen 35 eingebaut sind.
Es sei noch darauf hingewiesen, daß der industrielle und wirtschaftliche Wert des beschriebenen Verfahrens außerordentlich groß ist, da der Wärmeverbrauch beim Schachtofen im Vergleich zu einem mit einem Vorwärmer ausgerüsteten Rotierofen, der sich ebenfalls für die Beheizung mit Kohlenstaub eignet, um mindestens 30% kleiner ist.
Weiter hat sich überraschend gezeigt, daß bei der Einführung des festen Brennstoffes ein störungsfreier Betrieb auch über längere Betriebsperioden aufrechterhalten werden kann, wenn für das Gemisch Trägermedium - Brennstoff ein Verhältnis innerhalb von 0,2-0,8 m³ Trägermedium pro kg Brennstoff, vorzugsweise 0,45-0,70 m³ Trägermedium pro kg Brennstoff, liegt. Innerhalb dieses Bereichs treten keine Ablagerungen im Zuleitungsrohr 4 oder in der Brennstofflanze 3 auf, und es tritt auch praktisch kein Abrieb der Rohrwandung auf. Zweckmäßig ist hierbei der Radius vor der Brennstofflanze 3 des Bogens mindestens gleich 300 mm auszuführen. Die Brennstofflanze 3 kann deshalb aus gewöhnlichem Stahl ausgeführt sein und braucht weder isoliert noch gekühlt zu werden. Der vorstehend genannte Bereich für das Trägermedium-Brennstoff-Gemisch gilt auch bei unterschiedlichen Kohlensorten, Ligniten, z. B. Braunkohle und Steinkohle. Auch die Aschegehalte können in einem verhältnismäßig großen Bereich von 4-25% Aschegehalt variieren.
Die erwähnten Vorteile können auch bei Verwendung von Holzkohlenstaub als Brennstoff erreicht werden, jedoch braucht die Holzkohle beim beschriebenen Verfahren nicht vergast zu werden. Es treten also keine Wirkungsgradverluste der Vergasungsanlage auf. Außerdem ergeben sich dadurch eine vollständige Ausnützung des Heizwertes der Holzkohle für den Brennprozeß und erhebliche Einsparungen an lnvestitionskosten, wobei auch, wie dies bei Verwendung von Gas oder flüssigem Brennstoff der Fall ist, der niedrigstmögliche Wärmeverbrauch erreicht werden kann. Im Vergleich zum Brennen in Rotieröfen mit oder ohne Vorwärmer können auch hier Brennstoffeinsparungen von mindestens 25-50% erreicht werden. Das Brennen von Kalkstein und ähnlichen mineralischen Rohstoffen kann daher für bestimmte Länder von erheblichem volkswirtschaftlichem Nutzen sein.
Zweckmäßig wird der Holzkohlenstaub in feingemahlener Form verwendet, z. B. mit einer Körnung kleiner als 90 µm. Die Einführung des Holzkohlenstaubs erfolgt wie für andere Brennstoffe mittels eines gasförmigen Trägermediums; es kann jedoch auch ein flüssiges Trägermedium verwendet werden. Es können sowohl einfache ungekühlte Stahlrohre als auch Stahlrohre bzw. Brennstofflanzen mit einer Außenisolation und/oder mit einem Mantelrohr verwendet werden. Beim Betrieb des Schachtofens ist es zweckmäßig, daß der Holzkohlenstaub in die Schüttung des Brenngutes dort eingeführt wird, wo sowohl die Temperatur der zugeführten Verbrennungsluft über der Zündtemperatur des Holzkohlenstaubs liegen.
Durch die gleichmäßige Verteilung der Austrittsmündungen über den Schachtquerschnitt wird eine gleichmäßige Verteilung des festen Brennstoffes in die leeren Räume der Schüttung erreicht; durch die Anordnung der Austrittsmündungen zu Beginn der Brennzone B wird weiter erreicht, daß bei der Verbrennung nach unten im Gleichstrom auch die aus dem Kohlenstaub entstehenden Destillationsgase vollständig für die Verbrennung und damit zum Brennen des Kalksteins o. dgl. ausgenützt werden. Tabelle 1 Kenndaten von Kohlen für Versuche im Kalkschachtofen
Tabelle 2

Claims

1. Anlage zum Brennen von Kalkstein und ähnlichen mineralischen Rohstoffen mittels staubförmigen und/oder feinkörnigen festen Brennstoffen in einem Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Schachtofen mit mindestens zwei Schächten, wobei der zum Brennen benötigte Brennstoff durch mehrere, gleichmäßig über den Schachtquerschnitt verteilte und am Anfang der Brennzone der Schächte mündende Brennstofflanzen in den als Brenn- oder Gleichstromschacht verwendeten Schacht mittels eines Trägermediums kontinuierlich eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstofflanzen (3), von denen die Zuleitungen (4) von mindestens zwei Brennstofflanzen zusammengeführt sind, in dem als Brenn- oder Gleichstromschacht verwendete Schacht (1, 2) über eine, mit dem Brennstoff aus einem Dosierbehälter (23) und mit dem Trägermedium aus einer Treibgasleitung (19) beaufschlagten Dosierleitung (16) verbunden sind, an die die Brennstofflanzen (3) über eine Rohrweiche (35) angeschlossen sind.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Dosierleitung (16) dosierbehälterseitig mit einer Treibdüse (17) verbunden ist, deren Sauganschluß mit einer Dosierschleuse (25), z. B. einer Zellenradschleuse, verbunden ist.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstofflanzen (3) als in der Vorwärmzone (V) hängende unisolierte und ungekühlte Stahlrohre sind.

4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Brennstofflanzen (3) geförderte Trägermedium-Brennstoff-Gemisch ein Verhältnis von Trägermedium zu Brennstoff im Bereich von 0,2-0,8 m³, vorzugsweise 0,45-0,70 m³ Trägermedium pro kg Brennstoff aufweist.

5. Anlage nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstofflanzen (3) am Ende der horizontalgeführten Zuleitungsrohre (4) angeordnet sind und der Ubergang von dem Zuleitungsrohr (4) in die Brennstofflanze (3) als Bogen, vorzugsweise mit einem mittleren Krümmungsradius (13) von mindestens 300 mm, ausgebildet ist.

6. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff Holzkohlenstaub, vorzugsweise in feingemahlener Form mit einer Körnung kleiner als 90 µm ist.

7. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsebene der Brennstofflanzen (3) in einem Temperaturbereich der Schächte (1, 2) liegen, in welchem die Temperaturen sowohl des zu brennenden Gutes als auch der zugeführten Verbrennungsluft über der Zündtemperatur des Holzkohlenstaubes liegen.