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Verfahren zur Nutzbarmachung der in zwei oder mehr durch einen Flammofen
oder Verbrennungsräume verbundenen Wärmespeichern mittels abwechselnder Durchführung
von Gas oder Luft in beiden Richtungen durch das Ofensystem zurückgewonnenen Abwärme.
Die Rückgewinnung von Wärme beim Flammofenbetriebe geschieht bekanntlich in der
Weise, daß man die den Ofen mit hoher Temperatur verlassenden Verbrennungsgase durch
mit Steinen gefüllte Wärmespeicher führt und dann durch Umkehrung der Zugrichtung
die in der Steinfüllung angesaminelte Wärme für die Vorwärmung der zur Heizung des
Ofens dienenden Gase nutzbar macht. Bei Schachtofenprozessen ist die Rückgewinnung
der freien Abgaswärme insofern erschwert, weil die Stromrichtung der Gase immer
die gleiche ist.
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Bei allen bisherigen Wärmeregenerativverfahren wurden stets besondere
Wärmespeicher angewandt, welche eine feststehende, oder doch in ihrer Lage dauernd
verharrende Steinfüllung enthielten.
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Das nachstehend beschriebene neue Verfahren benveckt nun, die Beschickung
des Ofens selbst, bevor sie in die eigentliche Reaktionszone eintritt, als Wärmeüberträger
zu benutzen, um die in den Abgasen enthaltene frei Wärme zurückzugewinnen. Da das
Reaktionsgut in dem Umfange, in welchem es durch den Prozess verarbeitet wird, nachgefüllt
werden muß, so findet damit auch eine stetige Erneuerung der als Wärmeüberträger
dienenden Masse statt.
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Zur Ausführung dieses Verfahrens ist ein Ofensystem erforderlich,
welches aus zwei oder mehr Schächten besteht, die unten durch einen Flammofen oder
einen Verbrennungsraum verbunden sind. Die Schachtöfen dienen zur Aufnahme und Nachfüllung
der am zweckmäßigsten in kleinstückiger Form angewandten Beschickung, während in
dem verbindenden Flammofen der für die Heizung des Ofensystems erforderliche Verbrennungsvorgang
unterhalten wird. Die oberhalb der eigentlichen Reaktionszone in der Schachtofenfüllung
abgelagerte Wärme kann dann im Wechselbetriebe für die Vorwärmung der für den Heizprozeß
erforderlichen Gase nutzbar gemacht werden.
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Wenn die Natur des in dem Ofensystem auszuführenden Prozesses es gestattet,
kann die Abgaswärme am zweckmäßigsten für die Vorwärmung der Verbrennungsluft verwertet
werden, in den anderen Fällen für die des Heizgases.
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Bei der Rückgewinnung der Wärme durch die Luft wird letztere im ersten
Schachtofen von oben nach unten geleitet, trifft dann auf den im Flammofen durch
Zuführung von Heizgas oder- Kohle unterhaltenen Verbrennungsprozeß, wonach die heißen
Verbrennungsgase im zweiten Schacht aufwärts geführt werden, um hier die Erhitzung
der Beschickung zu bewirken. Bei der Umkehrung der Richtung des Gasstroms wird die
in den oberen Teil des zweiten Schachtes eintretende Luft beim Abwärtsströmen durch
die vorher in der Masse aufgespeicherte Wärme angewärmt
und tritt
mit wesentlich erhöhter Temperatur in den Verbrennungsraum ein, hier und in dem
sich daran anschließenden ersten Schacht eine weitere Steigerung der Hitze hrevorrufend.
Durch wiederholte Umkehrung der Stromrichtung der Gase kommt der in den Schachtöfen
auszuführende Schmelz-, Spaltungs- oder Umsetzungsvorgang bald in Fluß und kann
abwechselnd in beiden Schachtöfen bis zu einer angemessenen Breite der Reaktionszone
vorgetrieben werden, damit bei der Umkehrung der Stromrichtung immer nur der obere
Teil der Arbeitszone eine Abkühlung erfährt, während der untere Teil annähernd auf
der Reaktions-oder Arbeitstemperatur erhalten bleibt, bis zur abermaligen Umkehrung.
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Wenn die Beschickung der Schachtöfen flüssige Produkte ergibt, werden
sich diese auf der Sohle des verbindenden Flammofens ansammeln und müssen von Zeit
zu Zeit abgestoßen werden.
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Es ist nun allerdings schon vorgeschlagen worden, bei Schachtofenprozessen
beiderseitig der Reaktionszone Gaserzeuger anzuordnen und einen Teil der Wärme aus
der Reaktionszone dadurch nutzbar zu machen, daß man den Wind abwechselnd durch
den einen und den anderen Gaserzeuger schickt, so daß die Gasrichtung in der Reaktionszone
jeweilig wechselt. Bei dieser Arbeitsweise findet aber eine Rückgewinnung der Wärme
nicht mit Hilfe der über demeigentlichenReaktionsraum befindlichen Schachtofenbeschickung
statt, weil die heißen Gase im Wechselbetriebe nur die zwischen den Gaserzeugern
liegende Reaktionszone durchziehen, in der die Temperatur annähernd gleichbleibt.
Wenn auch durch frisch nachgefüllte Kohle in den Gaserzeugern ein geringer Teil
der Gaswärme im Wechselbetriebe zurückgehalten wird, so geschieht dieses doch nicht,
wie bei der Erfindung, durch die Schachtofenfüllung, die bei der vorliegenden Einrichtung
aus mindestens zwei Materialsäulen besteht, zwischen denen ein Flammofen zur Ausführung
eines Verbrennungsvorganges eingeschaltet ist.
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Ein für diese Arbeitsweise dienendes Ofensystem ist in Fig. i dargestellt.
Es besteht aus den beiden mit feuerfester Ausmauerung versehenen Schächten a1 und
a2, zwischen welchen unten der Flammofen oder Verbrennungsraum' b eingeschaltet
ist.- Letzterer ist mit einer Mulde c versehen, in welcher sich die flüssigen Endprodukte
ansammeln. Die ganze Anlage ist in an sich bekannter Weise von einem gasdichten
eisernen Mantel umgeben. Die Ein- und Nachfüllung der Beschickung erfolgt durch
die luftdicht "verschließbaren Gichttrichter dl und d2. Für das Einblasen des Heizgases
in den Flammofen dienen die über der Mulde einmündenden Düsen e. Wenn die Bildung
einer langen Flamme erwünscht ist, kann auch, die Einführung des Heizgases im Wechselbetriebe
durch die seitwärts angebrachten Düsen f1 und f2 erfolgen. An Stelle des Gases kann
auch flüssiges Brennmaterial oder Staubkohle stetig in der erforderlichen Menge
eingeblasen, oder die Kohle mittels einer Schnecke zugeführt werden. Der Eintritt
des Gebläsewindes erfolgt im Wechselbetriebe durch die Leitungen g1 oder g2 und
der Austritt der Abgase entsprechend durch die Leitungen 1z2 bzw. 1a1. Die Umstellung
der Richtung des Gasstromes geschieht mittels der Wechselklappen il und i2. Für
den Abstich des flüssigen Endproduktes oder der Schlacke dient das Stichloch k.
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Wenn das Reaktionsgut im Ofen nicht zum Schmelzen kommt, sondern im
festen Zustande verbleibt, muß die Ofenkonstruktion dahin eine Änderung erfahren,
daß die Schächte nach unten über den Verbrennungsraum hinaus verlängert werden,
um Räume zu bilden, welche zur Aufnahme und Abkühlung des festen Endproduktes dienen.
Diese Ofenkonstruktion ist in Fig. a dargestellt. Für die Entleerung sind die Türen
h, 12 vorgesehen. Zur fortlaufenden Entleerung können auch Schnecken oder andere
mechanische Hilfsmittel angewandt werden.
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Im Falle in den Öfen reduzierende Prozesse mit Hilfe von Heizgasen
ausgeführt werden sollen, muß der Betrieb in der Weise geändert werden, daß Luft
und Heizgas gegenseitig ihre Eintrittsstellen wechseln. Es wird alsdann die Abgaswärme
für die Vorwärmung des Heizgases ausgenutzt, welches beim Abwärtsströmen durch die
Schächte sich erwärmt und den Reduktionsprozeß an der hocherhitzten Beschickung
vollführt. Beim Durchströmen des Verbindungsraums b wird das Heizgas, soweit es
für die Reduktion nicht verbraucht wurde, mittels der durch die Düsen e einströmenden
Luft verbrannt und die entwickelte Wärme für die Erhitzung des Gegenschachtes wieder
nutzbar gemacht.
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Wenn die Reduktionskohle der Beschickung unmittelbar beigemischt wird,
erübrigt sich die Anwendung brennbaren Gases. Es wird alsdann sowohl oben in die
Schächte, als auch durch die Düsen des Verbrennungsraumes nur Luft eingeblasen.
Beim Abwärtsströmen durch den einen Schacht wird die in den oberen Zonen der Beschickung
vorgewärmte und meist mit Wasserdämpfen gesättigte Luft durch die glühende Kohle
der Reduktionszone in ein CO- und H-haltiges Mischgas *übergeführt, welches heiß
in den Verbrennungsraum b eintritt und hier durch die einströmende Luft verbrannt.
wird, um für die i#Ieizung
des Gegenschachtes im Wechselbetriebe
verwertet zu werden.
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Bei Ausführung von Prozessen, auf welche weder die Luft noch das Heizgas
in chemischer Hinsicht einen nachteiligen Einfluß ausübt, kann die Abgaswärme mit
Hilfe der Beschickung sowohl für die Vorwärmung der Luft, als auch die des Heizgases
nutzbar gemacht werden.. Es ist alsdann nur nötig, anstatt zweier Schächte, vier
Schächte anzuwenden, von denen sich auf jeder Seite des Verbrennungsraumes oder
Flammofens zwei befinden, j e einer für die Vorwärmung der Luft und die des Heizgases.
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Das vorliegende Verfahren bietet neben der Ersparung von Wärme noch
den Vorteil, daß selbst mit einem minderwertigen Brennmaterial oder Heizgas auch
ohne Anwendug von Winderhitzern oder Wärmespeichern- hohe Temperaturen erzielt werden
können, weil die Luft oder das Heizgas, bevor sie zur Verbrennung gelangen, schon
annähernd auf die Reaktionstemperatur im Ofen selbst erhitzt werden.
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Wie beträchtlich die Rückgewinnung von Wärme in manchen Fällen sein
kann, möge an dem Beispiel der Spaltung von schwefelsaurem Kalk gezeigt werden.
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Die Spaltung von Ca S04 in Ca0 und SO' erfordert für das Mischungsgewicht
sch-,vefelsauren Kalk 8.4 000 Wärmeeinheiten. Ferner sind für - die Zersetzung
des SO' in S02 und O, die sich bei der notwendigen hohen Temperatur nicht umgehen
läßt, weitere 2¢ 8oo Wärmeeinheiten erforderlich. Im ganzen gebraucht die Zerlegung
von 136 kg Ca S04 somit io8 8oo Wärmeeinheiten, oder für das Kilogramm 8oo Wärmeeinheiten.
Nimmt man nun an, daß im unteren Teile eines Schachtofens im gewöhnlichen Betriebe
durch Verbrennung von Kohle oder Heizgas die hohe Temperatur von 2 ooo° erreicht
wird, so kann für die Zersetzung des schwefelsauren Kalks doch nur diejenige Wärmemenge
in den Gasen zur Wirkung kommen, welche über der bei etwa i 5oo° liegenden Spaltungstemperatur
vorhanden ist, also im vorliegenden Falle nur etwa 25 Prozent der gesamten Verbrennungswärme.
Die übrigen 75 Prozent, welche zur Erreichung der Gastemperatur von i 5oo° nötig
waren, kommen für die Zersetzung des CaS04 nicht mehr in Betracht und würden in
gewöhnlichen Schachtöfen nur für die Vorwärmung der Beschickung auf die Reaktionstemperatur
Verwertung finden. Die Vorwärmung von i kg schwefelsaurem Kalk auf i 5oo° erfordert
aber unter Zugrundelegung der spezifischen Wärme von o, i85 nur rund 28o Wärmeeinheiten
gegenüber von 8oo Wärmeeinheiten, welche für die Spaltung nötig sind. Es ergibt
sich somit, daß für die Vorwärmung des Ca S04 nur etwa der dritte Teil der für die
Spaltung benötigten Wärme erforderlich ist, während für die Vorwärmung eine dreimal
größere Wärmemenge zur @rerfügung steht als für die Spaltung.
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Wenn auch durch die Ausstrahlung des Ofens und die Miterhitzung etwaiger
Zuschläge zum Gips, welche die Zersetzung beschleunigen, noch ein Teil der überschüssigen
Wärme verloren geht, so ist doch ersichtlich, daß bei Anwendung des neuen Verfahrens
große Wärmemengen zum Nutzen des Prozesses zurückgewonnen werden können. Da durch
die Rückgewinnung von Wärme der Brennstoffverbrauch des Spaltungsverfahrens vermindert
wird, so wird auch der Kohlensäuregehalt des sich bildenden SO'-haltigen Gasgemisches
ein geringerer sein und dementsprechend der Gehalt an unverbrauchtem Sauerstoff
ein größerer, was besonders- von Vorteil ist, wenn die Gase zur Herstellung von
Schwefelsäure verwendet werden sollen.-Ähnliche Wärmemengen, wie bei der Gipsspaltung,
lassen sich auch bei sonstigen Prozessen, welche erst bei hoher Temperatur vorsichgehen,
zurückgewinnen.