DE3152041C2 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Brennen von oben in einen Ofen aufgegebenen Teilchen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Brennen von oben in einen Ofen aufgegebenen Teilchen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Brennen von oben in einen Ofen aufgegebenen Teilchen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs und 2.
Es ist bekannt, zum Brennen von pulverförmigen, leichten Gütern, wie z. B. pulverförmigem Kalkstein, pulverförmigem Dolomit usw., einen vertikalen Ofen mit einer aufwärts gerichteten Gasströmung beispielsweise eines Verbrennungsgases zu verwenden, das in dem Ofen ein Fließbett ausbildet.
Beim Brennen pulverförmiger, leichter Güter kann eine Agglomeration durch verschmelzende Teilchen stattfinden, wenn sich die Blähtemperatur der Teilchen ihrer Schmelztemperatur nähert. Dies ist insbesondere dann ein Problem, wenn das Brennen mit einem Drehrohrofen durchgeführt wird, bei dem das Erhitzen der Teilchen durch die Hitze der Ofenwand erreicht würde und die Teilchen allmählich in Richtung des Ofenauslasses bewegt werden, wobei nur eine unzureichende Bewegung der Teilchen stattfindet. Infolge der Strahlungswärme von der Ofenwand und der unzureichenden Bewegung der Teilchen, neigen die Teilchen zur Agglomeration durch Verschmelzen, was nicht nur zu einem ungleichmäßigen Betrieb der Vorrichtung führt, sondern ebenfalls den thermischen Wirkungsgrad vermindert.
Zum Brennen pulverförmiger, leichter Güter in einem Drehofen ist es notwendig, daß die Partikel eine relativ lange Verweilzeit in dem Ofen aufweisen, die im allgemeinen zwischen 20 und 60 Minuten liegt. Teilweise aus diesem Grund und teilweise aufgrund der oben beschriebenen Wärmeübertragung neigen die Partikel mit einer Partikelgröße von weniger als 5 mm dazu, durch 5 Oxidation oder infolge Verschmelzen als Blähteilverlust anzufallen, obwohl vergleichsweise große Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße über 5 mm ein gebranntes Produkt mit einem spezifischen Gewicht von 1,25 bis 135 ergeben. Es ist somit nicht möglich, ein gebranntes Produkt mit einem spezifischen Gewicht von weniger als 1,55 mit feinen Partikeln zu erhalten, die eine mittlere Teilchengröße unter 5 mm aufweisen.
Allgemein wird beim Brennen von Anhäufungen pulverförmiger leichter Güter gesagt, daß ein Betrieb mit einer kleinen Temperatursteuerung innerhalb des Temperaturfehlers von 10°C in einer Hochtemperaturzone über 11000C zum Schutz gegen Schmelzen der gebrannten Produkte durchgeführt werden muß. Es ist nicht zulässig, das Produkt aus dem Ofen im angehäuften Zustand auszugeben oder das heißgebrannte Produkt im gehäuften Zustand zu kühlen, da dadurch die gebrannten Teilchen infolge eines Wärmeeinschlusses zum Verschmelzen neigen.
Es sind Verfahren zum kontinuierlichen Brennen derartiger Güter bekannt.
Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 48 076/1974 beschreibt ein absatzweise arbeitendes Verfahren, bei dem grobe Teilchen mit einer Teilchengröße größer als 5 mm einem Ofen zugeführt und in dem Ofen gebrannt werden, während sie gehalten werden, herunterfallen und mittels einer aufwärts gerichteten Wirbelströmung heißen Gases zirkuliert werden, wobei das gebrannte Produkt aus der unteren Seite des Ofens ausgegeben wird.
Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 1 21 807/1978 beschreibt ein Verfahren, bei dem Teilchen mit einer aufwärts gerichteten Gasströmung, die durch eine perforierte Platte erzeugt wird, fluidisiert werden, wobei das Brennen kontinuierlich mit der Zuführung eines Materials zur Einstellung der Temperatur in dem Ofen durchgeführt wird, um ein Verschmelzen der gebrannten Teilchen zu verhindern. Die gebrannten Teilchen überfließen das fluidisierte Bett und werden kontinuierlich abgezogen.
Es ist weiter bekannt, eine Vielzahl von Rektifizierboden zur Aufwärtsströmung des Gases in einem Ofen anzuordnen, um mehrere Stufen eines Fließbettes auszubilden, so daß die Teilchen über jede Stufe herunterfließen und in das darunterliegende Bett fallen, während sie aufeinanderfolgend einem Vorwärmen, einem Brennen und einem Kühlen unterworfen werden, so daß das gebrannte Produkt am Boden des Ofens angesammelt wird. Das Produkt wird ausgegeben während es luftgekühlt wird, wobei die so vorgewärmte Luft dem Ofen zum Brennen zugeführt wird.
Aus der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 68 796/1979 ist ein verbessertes Fließbett in einem Ofen bekannt, das mittels der Aufwärtsströmung eines Gases ausgebildet wird, das durch Lochplatten strömt, um ein kontinuierliches Brennen zu bewirken, während die gebrannten Teilchen zur Ausgabe über das Bett fließen.
Weiter ist es bekannt, Fließbetten ohne irgendwelche Hilfe perforierter Platten auszubilden. Dabei ist die Dichte der Teilchen im unteren Teil des Flettes größer
br> als im oberen Teil. Das gebrannte Produkt wird am Boden des Ofens gesammelt und ausgegeben. Alis der DE-AS 11 46 041 ist ein Verfahren zum Kalzinieren von Tonerdehydrat bekannt, bei dem in einem Schacht I im
oberen und unteren Teil Zonen großer Dichte ausgebildet werden, und sich dazwischen eine Zone geringerer Dichte befindet Das zu brennende Gut wird dem Schacht von oben aufgegeben und die Trä?erluftzufuhr erfolgt im Gegenstrom dazu. Es stellt sich dabei im hei-Besten Bereich des Schachtes eine Zone hoher Dichte ein. so daß ebenfalls die Gefahr des Vyschmelzens der Teilchen besteht.
Aus der DE-AS 10 71 592 ist ein Verfahren zur Gewinnung von Trockengut aus versprühtem flüssigen Gut in einem Schacht bekannt, bei dem ein Trockenschacht aus zyindrischen und kegelförmigen Teilen besteht. Die Zuführung des Trockenmittels erfolgt im unteren Teil des Schachtes, wobei Einstellklappen am Austritt in den Trocknungsschacht zur Beeinflussung der Strömungsgeschwindigkeit des Trocknungsmittels vorgesehen sind. Im unteren Teil des Schachtes bildet sich dabei eine hohe Geschwindigkeit und eine Zone hoher Teilchendichte aus, die nach oben hin abnimmt
Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen weisen (20 in der einen oder anderen Art Nachteile auf, so daß sie nur bedingt zum kontinuierlichen Brennen von oben in einem Ofen aufgegebenen Teilchen unter Ausbildung eines Fließbettes geeignet sind. Um dies zu erreichen, ist es erforderlich, daß
a) mit Sicherheit die Möglichkeit der Agglomeration der gebrannten Teilchen verhindert wird,
b) ein ausreichend hoher thermischer Wirkungsgrad erhalten wird,
c) eine hohe Durchsatzkapazität im Ofen pro Vülumeneinheit erreicht wird.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der ein Agglomerieren der Teilchen verhindert und der thermische Wirkungsgrad und die Brennkapazität pro Volumen des Ofens verbessert wird.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 und 2 gekennzeichnete Erfindung gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Sie zeigt eine vertikale Schnittansicht eines Ofens zur Durchführung des Verfahrens.
Die Figur zeigt einen länglichen vertikalen Ofen 1 zum Brennen der Teilchen mittels der Aufwärtsströmung eines Gases. Wie man deutlich aus der Figur sieht, ist der Ofen 1 an seinem oberen Teil mit einer Gasauslaßöffnung 2 und einer Öffnung 3 zur Zuführung der Teilchen versehen. Bezugsziffer 13 bezeichnet eine Fallkammer. Eine nach oben gerichtete Brennstoffzufuhr ist am unteren Abschnitt des Ofens 1 ausgebildet. Bezugsziffern 9 und 10 bezeichnen einen zylindrischen Abschnitt großen Durchmessers und einen zylindrischen Abschnitt kleinen Durchmessers, die unterhalb und benachbart zu der Fallkammer 13 angeordnet sind. Der zylindrische Abschnitt großen Durchmessers ist mit dem zylindrischen Abschnitt kleinen Durchmessers 10 durch einen umgekehrt konischen Abschnitt 11 verbunden. Ähnlich ist der zylindrisch? Abschnitt kleinen Durchmessers 10 mit der Brennstoffzufuhr 7 durch einen umgekehrt konischen Abschnitt 12 verbunden. Die zylindrischen und umgekehrt konischen Abschnitte können einen kreisförmigen oder einen mehreckigen Querschnitt aufweisen. Die Geschwindigkeit der nach oben gerichteten Gasströmung in dem zylindrischen Abschnitt 9 großen Durchmessers ist geringer als in dem zylindrischen Abschnitt kleinen Durchmessers 10. Entsprechend wird ein Fließbett 4 mit großer Teilchendichte und ein Fließbett 5 geringer Teilchendichtc hintereinander in dem zylindrischen Abschnitt 9 großen Durchmessers bzw. in dem zylindrischen Abschnitt 10 kleinen Durchmessers ausgebildet
In diesen Fließbetten bzw. Zonen großer und geringerer Teilchendichte 4 und 5 werden in vertikaler Richtung aufeinanderfolgend unterschiedliche Teilchenmengen während einer konstanten Erwärmungs- und Brennbedingung gehalten. Weiter besteht ein Unterschied in der Trag-, Verwirbelungs- und Fließgeschwindigkeit der Teilchen zwischen diesen zwei Abschnitten, insbesondere infolge des Unterschieds der unterschiedlichen gehaltenen Teilchenmenge und insbesondere aufgruTid der Wirkung des umgekehrt konischen Abschnitts 11. Diese Anordnung sorgt nämlich dafür, daß die Teilchen in dem oberen und unteren Fließbett unvollkommen gemischt werden. Bei dem Verfahren beträgt das Verhältnis der mittleren Geschwindigkeit des Fließbetts zur Endgeschwindigkeit der Teilchen U/UT zwischen 0,2 und 0,6 in der Zone großer Teilchendichte (reiches Fließbett) und zwischen 0,4 und 1,0 in der Zone geringerer Teilchendichte (armes Fließbett).
Beim Brennen mit dem Ofen wird, vorausgesetzt, daß das Fließbett 5 die Heizkernzone darstellt (Zone der höchsten Temperatur im Brennverfahren), eine Temperaturdifferenz zwischen den Fließbetten 4 und 5, teilweise aufgrund des Unterschieds der Verweilmengen der Teilchen und teilweise aufgrund des Unterschieds der übertragenen Wärmemenge infolge der Änderung der Strömungsgeschwindigkeit erhalten. Beim konstanten Betriebszustand wird daher ein Temperaturgradient in Richtung der Ofenhöhe geschaffen, obwohl die Fließbetten 4 und 5 kontinuierlich und integral ausgebildet sind. Daraus folgt, daß die Temperatur des von dem Fließbett 4 abgegebenen Gases vermindert ist (Verminderung des Brennstoffverbrauchs).
Die Ausgabe der gebrannten Teilchen wird mittels einer Verschiebung der Strömung, bewirkt, da die gebrannten Teilchen von dem Boden des Ofens ausgegeben werden. Daraus folgt, daß die Verweildauer der Teilchen im Ofen, vermindert und ein ungleichförmiger Brennvorgang verhindert werden. Zusätzlich wird infolge des gesteigerten Wärmeaustausches zwischen dem Gas und den Partikeln die Brennkapazität pro Volumeneinheit des Ofens gesteigert.
In dem unteren Fließbett 5 ist die Fließgeschwindigkeit hoch und die Teilchendichte niedrig. Dadurch ist es möglich, einen größeren Durchwirbelungseffekt zu erhalten und das ungewünschte Agglomerieren der gebrannten Partikel zu unterdrücken.
Um das Abgleiten der Teilchen längs der geneigten Fläche der umgekehrt konischen Abschnitte sicherzustellen, soll der nach oben gerichtete Divergenzwinkel der umgekehrt konischen Abschnitte 11 und 12 vorzugsweise unterhalb 60° gewählt werden.
In der Figur bezeichnen die Bezugszeichen 6a bis %d Öffnungen zum Zuführen des Brennstoffs, die in der Wand des Ofens 1 ausgebildet sind. In diese Öffnungen werden zur Ausbildung der obenerwähnten Temperaturgradienten und zur Einstellung der maximalen Temperatur Brenner oder ähnliche Einrichtungen eingeset?t. Es ist nicht wesentlich, daß diese Öffnungen in dem zylindrischen Abschnitt 10 kleinen Durchmessers ausgebildet sind. Vorausgesetzt, daß es die Brennbedingung erlaubt, können diese Öffnungen in den umgekehrt konischen Abschnitten 11 und 12 ausgebildet sein. In der
Figur bezeichnet Bezugsziffer 8 die Teilchenausgabe.
Die dem Fließbett 4 zugefühiten Teilchen werden gebrannt, während sie fluidisiert verwirbelt und innerhalb der Fließbetten 4 und 5 im Fließzustand gehalten werden. Da die Fallkammer 13 bei dem erfindungsgemäßen Ofen in einem oberen Teil des zylindrischen Abschnitts 9 großen Durchmessers ausgebildet ist, kann ein Teil der mittels der Aufwärtsströmung geförderten Teilchen auf das Fließbett fallen und verweilt in letzterem. Der Teil mit kleinerer Teilchengröße, die die Endgeschwindigkeit Ut der Aufwärtsströmung überschreiten, wird zusammen mit dem Abgas aus dem Ofen gefördert. Das Herunterfallen der Teilchen findet mit einer Geschwindigkeit statt, die dem Druckverlust nach oben gerichteten Gasströmung und der Verweilmenge der Teilchen entspricht, was mit der folgenden Gleichung ausgedrückt wird,
W= JP-A
wobei W die in dem Ofen verweilenden Teilchen darstellt, während ΔΡ den mittels der in den Fließbetten 4 und 5 herrschenden Bedingungen bewirkten Druckverlust darstellt A stellt die Querschnittsfläche des Ofens entsprechend dem Zustand des Ausgleichs zwischen der Verweilmenge Wder Partikel und dem Druckverlust ΔΡ dar.
Daraus folgt, daß es beim Brennen mit dem Ofen möglich ist, allein durch die Steuerung der Teilchenzufuhr das gebrannte Produkt kontinuierlich abzuführen.
Das Verfahren wird bei einer Gasgeschwindigkeit durchgeführt, die höher als die Geschwindigkeit i/m/ist, bei der der Fließzustand der Partikel beginnt.
Bei dem Verfahren ist es notwendig, eine geeignete Verweilmenge der Teilchen entsprechend der optimalen Verweildauer entsprechend der Teilchengröße auszuwählen. Dies kann durch geeignete Steuerung des ΔΡ (Druckverlust zwischen den Fließbetten) mittels eines Gasansaugventilators (nicht in der Figur dargestellt), bei dem die Saugkraft eingestellt werden kann, erreicht werden.
Bezugsziffer 7 bezeichnet eine Brennstoffzufuhr. Dies ist zur Ausbildung der aufwärtsgerichteten Gasströmung sowohl zum Tragen des Fließbetts 5, als auch zur Einstellung der Temperatur des Fließbetts 5 und ebenfalls zum Halten der von den Fließbetten nach unten fallenden Teilchen erforderlich.
Um eine Agglomeration der Teilchen zu verhindern, wird ein Temperaturgradient zwischen dem reichen Fließbett 4 und dem armen Fließbett 5, welches die Zone der höchsten Temperatur darstellt, geschaffen. Es ist ebenfalls notwendig, das gebrannte Produkt sofort, ohne daß es sich ansammelt, auszugeben, um die ungewünschte Agglomeration durch Verschmelzen zu verhindern. Wenn in der Zone um die Teilchenausgabe 8 ein großes Vakuum erzeugt wird, wird Umgebungsluft in den Ofen eingesaugt, so daß die Zone maximaler Temperatur zur Zone in der Nähe des umgekehrt konischen Abschnitts 11 oder zum Fließbett 4 verschoben wird, wodurch die Steuerung der Temperaturverteilung in dem Ofen behindert wird. Dies beeinflußt weiter den Druckverlust zwischen den Fließbetten und die Verweilmenge der Teilchen, und damit das Herabfallen der gebrannten Teilchen nachteilig, wodurch das Druckausgleichssystem instabil wird. Es ist daher ratsam, einen statischen Druck in der Zone rings um die Auslaßöffnung. der dem atmosphärischen Druck angenähert ist, einzustellen. Die Einstellung des statischen Drucks wird durch einen Ausgleich zwischen dem Zuführdruck des Brennstoffs, der Luft, und dem mittels des Saugventilators erzeugten Zugs erreicht.
Beispiel
Der Innendurchmesser der Fallkammer 13, des zylindrischen Abschnitts 9 und des zylindrischen Abschnitts 10 betrugen 200 mm, 130 mm bzw. 70 mm. Der Divergenzwinkel des sich nach oben erweiternden, umgekehrt konischen Abschnitt 11 betrug 45°. Die Gesamthöhe der Fließbetten 4 und 5 betrug etwa 470 mm. Der Ofen hatte drei in den Seitenwänden ausgebildete Öffnungen zur Zuführung des Brennstoffs, Teilchen, als auch eine Brennstoffzufuhr 7 zur Zuführung des Brennstoffs, und eine Teilchenausgabe 8, die im Boden des Ofens ausgebildet war. Das Ergebnis der Versuchsbrennung ist in der Tabelle unten gezeigt.
Die Teilchen wurden mittels Brechen von Schiefer pulverisiert und hatten eine Größe zwischen 1,2 und 3,3 mm. Der Größte Teil des gebrannten Produkt wurde aus der Teilchenausgabe 8 im Boden des Ofens ausgegeben und gesammelt, während der Rest aus der Gasauslaßöffnung 2 in der Oberseite des Bodens ausgegeben und mittels eines Zyklons (nicht in der Zeichnung dargestellt) gesammelt wurde. Man sieht aus der Tabelle, daß gemäß der Erfindung die Temperatur des Abgases (Temperatur des Gases am obersten Teil des Fließbetts 4) auf einen Wert unterhalb der Brenntemperatur (höchste Temperatur im Fließbett 5) abgesenkt wurde. Die Produktionsmenge der gebrannten Teilchen pro Volumeneinheit betrug etwa 634 kg/m3 · Std. Zur Erläuterung beträgt die Produktionsmenge etwa 40 bis 60 kg/m3 · Std. in gewöhnlichen Drehöfen und 200 kg/ m3 · Std. bei den größten anderen bekannten Fließbettöfen.
Ebenfalls betrug das spezifische Gewicht des Produkts 1,35, obwohl weder ein Material noch ein Additiv zur Verhinderung der Agglomeration mittels Schmelzen verwendet wurde.
Tabelle
Daten
Ergebnis
Zuführmenge (kg/Std.) 14.5
maximale Temperatur im 1150
Fließbett 5,0C
Temperatur im obersten Teil 1030
des Fließbetts 4,° C
Druckverlust zwischen den 160
Fließbetten, mm WS
Brennstoffmenge Flüssiggas m3/kg 0,279
gebrannter Teilchen
mittlere Verweildauer, min. 6,1
Verweilmenge, kg 1,33
Ausgabemenge des gebrannten 13,0
Produkts, kg/Std.
aufgeteilt in: 11,0 am Boden
2,0 am Zyklon
Ausgabemenge/pro Ofenvolumen, 634
kg/mVStd.
spezifisches Gewicht des 135
gebrannten Produkts
Additiv zur keines
Agglomerationsverhinderung
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum kontinuierlichen Brennen von oben in einen Ofen aufgegebenen Teilchen unter Ausbildung eines Fließbettes mit einer oberen Zone großer Teilchendichte und einer unteren Zone geringerer Teilchendichte durch ein in dem Ofen von unten nach oben strömenden Verbrennungsgas und Ausgabe der Teilchen am Boden des Ofens, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone (5) geringerer Teilchendichte durch eine große und die Zone (4) großer Teilchendichte durch eine geringere Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsgases gebildet wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem vertikalen, rohrförmigen Aufbau aus einem zylindrischen Abschnitt großen Durchmessers mit einer öffnung für Teilchenaufgabe, der durch einen umgekehrt konischen Abschnitt mit einem darunter liegenden Abschnitt kleineren Durchmessers verbunden ist, der in einen weiteren umgekehrt konischen Abschnitt übergeht, sowie mit einer Öffnung für Teilchenausgabe und öffnungen für Brennstoffzufuhr in den unteren Abschnitten, dadurch gekennzeichnet, daß der umgekehrt konische Abschnitt (12) unterhalb dem Abschnitt kleineren Durchmessers (10) die öffnung für die Teilchenausgabe (8) und eine öffnung für Brennstoffzufuhr (7) aufweist, und daß die umgekehrt konischen Abschnitte (11) und (12) einen Öffnungswinkel von weniger als 60° besitzen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Abschnitte großen und kleinen Durchmessers mehreckige Querschnitte aufweisen.
DE3152041T 1980-06-06 1981-06-01 Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Brennen von oben in einen Ofen aufgegebenen Teilchen Expired DE3152041C2 (de)

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