DE3700452A1 - Wirbelbettofen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wirbelbett­ ofen mit einem der Einbringung von zu behandeln­ dem Gut dienenden Arbeitsraum der an seiner Unterseite von einer porösen Platte abgeschlos­ sen ist, durch die ein Gas strömt, mit dem oberhalb der Platte befindliche, vorzugsweise Aluminiumoxydpartikel aufwirbelbar sind derart daß sich ein den Arbeitsraum ausfüllendes Fluid bildet, das aufgeheizt als Wärmeträger dient. (Fig. 1, Blatt 1)

Salzbadöfen verwenden in vielen Fällen eine elek­ trische Elektrodenheizung, weil das Bad elektrisch leitend ist. Dies ist jedoch mit Wirbelbettöfen kaum vergleichbar. Bei Wirbelbettöfen ist es schon versucht worden, innerhalb des vom Fluid gefüllten Raumes Gasbrenner anzuordnen. Diese haben jedoch einen großen Platzbedarf und es läßt sich mit ihnen die Temperatur nicht ausreichend steigern.

Bei elektrischer Beheizung hat man auch schon Heizschlangen in das feuerfeste Material der Wandungen eingebettet. Ein Auswechseln der Heiz­ elemente wurde dadurch unmöglich gemacht. Zusätz­ lich nachteilig war, daß besondere Schutzmaßnahmen zur Verhinderung von Kurzschlüssen durch Berührungen mit der Charge erforderlich waren die aus metal­ lischen Baustoffen gefertigt sein mußten und somit die Anwendung dieser Öfen nur im unteren Temperaturbereich erlaubte. Alle diese Vorschläge brachten keine Lösung für einen Wirbelbettofen der auch im Hochtemperaturbereich einwandfrei arbeitet und kostengünstig erstellbar ist. Heute werden Temperaturen verlangt, die über 1100°C liegen. Die Mehrzahl der Wirbelbettöfen verwen­ den Retorten. Sind diese aus feuerfestem Material, erfordern sie einen erheblichen, zusätzlichen Kostenaufwand. Sind sie aus metallischem Werkstoff, verlieren sie bei höheren Temperaturen ihre mecha­ nische Festigkeit.

Im Vergleich zu Salzbadöfen arbeiten Wirbelbettöfen weitgehend umweltschonend. Ihre Anwendung ist aus diesem Grunde sehr wünschenswert. Der Gasver­ brauch ist jedoch unverhältnismäßig hoch und stellt einen sehr erheblichen Kostenfaktor dar. Die erzielbaren Vorteile treten daher gegenüber den Kosten in den Hintergrund. Hinzu kommt, daß die den Ofen verlassenden Gase noch mit den Alumi­ niumpartikeln, die das Fluid bilden, durchsetzt sind, so daß die bisher in die Umwelt abgelassenen, gegebenenfalls jedoch abgefackelten Gase eine weitere Belastung der Umgebung darstellen. Es werden daher Filter benötigt, deren Funktion bei zu hohen Temperaturen wiederum gefährdet ist.

Bei höheren Temperaturen ist die Standfestigkeit der porösen Bodenplatte und weiterer Bauteile gefährdet. Insbesondere gilt dies, wenn die Boden­ platte aus sprödem, feuerfestem z.B. Keramikmate­ rial hergestellt ist. Auch die Trägerelemente, Führungen und andere Metallteile werden bei stei­ genden Temperaturen in ihrer Festigkeit so gemin­ dert, daß ihre Anwendung an sich in Frage gestellt scheint. Die durchweg verwendete indirekte Behei­ zung vergrößert die Aufheizzeiten, vermindert den Wirkungsgrad und begrenzt die erreichbaren Temperaturen im Arbeitsraum im Vergleich zu einer bisher nur theoretisch denkbaren direkten, elek­ trischen Beheizung.

Alle diese Faktoren haben daher bisher eine weite Verbreitung derartiger Ofen, insbesondere jedoch für Hochtemperaturverfahren, verhindert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Bauform des Wirbelbettofens so zu verändern, daß die oben aufgezählten, als nachteilig empfundenen Eigenschaften der bekannten Konstruk­ tionen vermieden werden und die Betriebskosten für das Gas und die Energie so gesenkt werden, daß die Vorteile der Wirbelbett-Technik auch von kleineren und mittleren Betrieben ausgenutzt werden können.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit der Lehre nach Anspruch 1. Die Heizstäbe befin­ den sich, unmittelbar allseitig von dem Fluid umgeben, innerhalb eines, den eigentlichen Arbeitsraum umgebenden Ringraumes.

Dieser ist nach Anspruch 2 durch Stege aus feuer­ festem Material so begrenzt, daß die Charge bei ihrem Absenken in den Arbeitsraum ausreichend Führung hat und so weder die Führung noch die Charge die Heizstäbe berühren kann.

Der Anspruch 3 betrifft den günstigsten Übergang des Ringraumes in den Arbeitsraum.

Der leichten Auswechselbarkeit der porösen Platte dient die Lehre nach Anspruch 4. Sehr bruchempfind­ liche keramische Platten können so, von mechani­ scher Beanspruchung entlastet, Verwendung finden, und sie können ohne Öffnung des Ofens ausgebaut und ausgewechselt werden.

Der Anspruch 5 bezieht sich auf eine in der Ofen­ technik an sich bekannte, schwenkbare Deckelauf­ hängung während der Anspruch 6 das Problem der bei hohen Temperaturen nicht mehr standfesten, meist metallischen Trägerelemente löst.

Der Anspruch 7 schließlich ergänzt das vorteilhafte Bauprinzip des erfindungsgemäßen Ofens mit sich aus neuesten Entwicklungen ergebenden Möglichkei­ ten zur Einsparung von teurem Wirbelgas und Heiz­ energie durch die Rückspeisung des gereinigten Abgases in eine Frischgaszufuhr bei gleichzeitiger Aufheizung des Frischgases durch das Altgas. Die dadurch im Bereich der porösen Platte auf­ tretenden, erhöhten Temperaturen lassen keramische Werkstoffe für diese Platten geeignet erscheinen, die jedoch außerordentlich bruchempfindlich sind, so daß ihre Halterung jede Beanspruchung durch äußere Kräfte vermeiden muß.

Die Ansprüche 8 und 9 beziehen sich auf eine Konstruktionsvariante, bei der die Fassung der porösen Platte nach oben offen ist und diese somit nach oben herausgezogen werden kann.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen, neuen Wirbel­ bettofens eröffnen dieser Technik einen breiteren Anwendungsbereich, insbesondere bei sehr hohen Temperaturen. Die Verminderung der Gas- und der Heizkosten durch zumindest partielle Wärme- und Abgasrückgewinnung verbessert die allgemeine Wirtschaftlichkeit so, daß die bisher bestehenden Vorurteile schwinden und diese neue Technik zum Vorteil des Umweltschutzes breitere Anwendung findet. Hinzu kommt, daß durch den Verzicht auf eine Retorte und die Möglichkeit einer direkten Beheizung des Fluids weitere Kostenminderungen eintreten. Die Zeichnung zeigt mit

Fig. 1 in einer Schnittdarstellung einen Hoch­ temperatur-Wirbelbettofen nach der Erfindung mit einer von unten ansetzbaren Fassung für die poröse Platte.

Fig. 2 einen Teilschnitt quer zur Ofenlängsachse durch eine der Unterbringung der Heiz­ stäbe dienende Nische.

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Ausfüh­ rungsvariante des erfindungsgemäßen Ofens, bei der das Auswechseln der porösen Platte von oben her erfolgt.

Fig. 4 einen Querschnitt eines Wirbelbettofens nach Fig. 3.

Ein Arbeitsraum 1, in den von oben die Charge einsenkbar ist, hat bei der gezeigten, kreisrunden Bauform des Ofens einen entsprechend kreisrunden Querschnitt und erstreckt sich nach unten bis zu einer Öffnung 40 im Ofenboden 41. Unter der Öffnung 40 ist die poröse Bodenplatte 3 mit ihrem Rand 15 an einen Ringflansch 17 unter Zwischen­ schaltung von einer feuerfesten Dichtung 16 ange­ legt. Der unterhalb der porösen Platte 3 herr­ schende Überdruck sorgt für ein dichtendes Anlie­ gen der porösen Platte 3. Diese ist umschlossen von der Fassung 12, die vorzugsweise rohrförmig gestaltet mit dem Ofenboden 41 an der freien Unterseite des Ofens 11 verschweißt ist und von einem Verschlußdeckel 13 verschlossen ist, der Auflageflächen 14 für die poröse Platte 3 bildet oder trägt und an den sich die Zuleitungsrohre 42 anschließen, über die das Gas in den Gaseintritts­ raum 43 eingespeist wird.

In bekannter Weise sind die feuerfesten Wandungen 5 aus einzelnen Bauabschnitten zusammengesetzt, wie sich aus der unterschiedlichen Schraffur dieser Teile darstellt.

Der Arbeitsraum 1 erweitert sich von seiner Unter­ seite 2 her in einen Mantel- oder Ringraum 4. Im vorliegenden Falle ist dies ein Ringraum, der durch von den feuerfesten Wandungen 5 radial nach innen, also zum Arbeitsraum 1 hin, ausgehen­ de Stegen 7 unterteilt ist (siehe Fig. 2). Die Stirnkanten 9 dieser radialen Stege 7 bilden Führungsbahnen oder -flächen für die in den Ar­ beitsraum 1 einsenkbaren Chargen 22 bzw. Chargen­ träger 10. Die Chargenträger 10 mit der Charge 22 hängen an einer Tragvorrichtung 21, die aus von Kühlmitteln durchströmten Hohlkörpern 23 besteht. Ohne Kühlung würde die erforderliche, mechanische Festigkeit nicht gewährleistet sein.

Der Mantel- oder Ringraum 4 verjüngt sich auf den Durchmesser des Arbeitsraumes 1 im Bereich der Unterseite des Arbeitsraumes 1 über die koni­ schen Ringflächen 44.

Unmittelbar oberhalb der porösen Platte 3 befindet sich das nicht aufwirbelbare grobe Granulat aus Aluminiumoxyden. Diese bilden eine isolierende Schicht und sorgen für eine Feinverteilung des Gasstromes über die ganze Querschnittsfläche des Arbeitsraumes 1. Von dort aus erweitert sich die bewegte Gassäule bis in den äußersten Bereich des Mantel- bzw. Ringraumes 4 und bildet ein durchgehendes Fluid, auch im Bereich der Heizstäbe 6, die paarweise geschützt in den Nischen 8 unter­ gebracht sind und über die Anschlüsse 26 mit Strom versorgt werden. An den Heizstäben 6 nimmt das Fluid, ohne Wärmeübergangshemmnisse überwinden zu müssen, die von den Heizstäben 6 ausgehende Wärme und verteilt sie auf das ganze Fluid, d.h. auf die ganze Fluidsäule, die sich in dem Arbeits­ raum 1 und dem Mantel- oder Ringraum 4 gebildet hat, um sie ebenso schnell und ohne Übergangswider­ stände auf die Charge zu übertragen.

Die Öffnung 18 im Bereich der Stirnkanten 20 der feuerfesten Wände 5 sind durch einen feuerfe­ sten Deckel 19 verschlossen, der an einer Hub- und Schwenkvorrichtung 45 in horizontaler Ebene schwenkbar und in vertikaler Richtung hebbar aufgehängt ist. Pakete 46 aus Dichtmaterial sorgen für die erforderliche Gasdichtigkeit. Mechanische, hydraulische oder elektromechanische Verschlußmit­ tel 47 können für einen ausreichenden Andruck des Deckels 19 an die Dichtungen sorgen.

Der Arbeitsraum 1 erweitert sich zweckmäßigerweise in seinem oberen Bereich 48 über entsprechende Schrägflächen 49. Diese erleichtern das Eingleisen der Chargenträger 10. An die Gasaustrittsöffnung 24 im Deckel 19 schließt sich eine nicht dargestellte Aufbereitungsanlage für das Abgas an, die in nicht näher dargestellter Weise Vorrichtungen zum Wärmeaustausch zwischen dem Altgas und Frisch­ gas Gasreinigungsvorrichtungen, wie Filter oder dergleichen, ein besonderes Pumpensystem, Wärmetau­ scher und dergleichen, enthält und letztlich ein somit gewonnenes neues, sehr heißes Frischgas der Gaseintrittsöffnung 25 zuführt.

Bei einer alternativen Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich der allgemeine Ofenaufbau von der Ausführungsform nach Fig. 1 im wesentli­ chen dadurch, daß die Fassung 12 für die poröse Platte 3 als nach oben offener Napf 30 ausgebildet ist, dessen Boden 31 in einem Dichtungsbett 32 liegend über Verschraubungen 33 der Gaseintritts­ rohre 34 mit dem Ofenboden 35 verbunden ist. Dieser liegt in einem Dichtungsbett 32 und ist über an den Gaseintrittsrohren 34 vorgesehenen Verschraubungen 33 mit dem Ofenboden 35 verspannt. Die poröse Platte 3 ist unterseitig auf einem Innenring 38 abgestützt, der von den Napfinnen­ flächen 39 ausgeht. Durch den unterseitig vorhan­ denen großen Überdruck wird sie gegen Dichtmittel 36 gedrückt, die ihrerseits an einem mit dem Napf 30 verbindbaren Bajonettring 37 anliegen. Die poröse Platte 3 ist zweckmäßigerseise an ihren Stirnrändern versiegelt und die Dichtmittel 36 sind so ausgebildet, daß über die Ränder kein Gas in den Arbeitsraum gelangen kann. Da die poröse Platte 3 auswechselbar sein muß, kann der Bajonettring 37 durch entsprechende Drehung gelöst werden, um dann die poröse Platte 3 an einer Kranöse 50 aus dem Arbeitsraum 1 herauszu­ ziehen. Dabei bildet die poröse Platte 3 ein Stützkreuz 52 und ein Chargenauflagerbock 51 eine durch die Verschraubung 53 verbundene Ein­ heit.

Im übrigen bestehen zur Ausführung nach Fig. 1 keine grundsätzlichen Unterschiede wenn auch die Heizstäbe 6 nicht vom Ofenboden aus mit Strom versorgt werden, sondern Stromzuführungen 54 seitlich angeordnet sind.

• Bezugszeichenliste:  1 Arbeitsraum
   2 Unterseite des Arbeitsraumes 1
   3 poröse Platte
   4 Mantel- oder Ringraum
   5 feuerfeste Wandungen
   6 Heizstäbe
   7 radiale Stege
   8 Nischen
   9 Stirnkante
  10 Chargenträger
  11 freie Unterseite des Ofens
  12 Fassung (für die poröse Platte)
  13 Verschlußdeckel
  14 Auflagerflächen für poröse Platte 3
  15 Rand (oberer der porösen Platte 3)
  16 feuerfeste Dichtung (für poröse Platte 3)
  17 Ringflansch
  18 Öffnung
  19 feuerfester Deckel
  20 Stirnkanten der Wände 5
  21 Tragvorrichtung (für Charge oder Chargenträger)
  22 Charge
  23 Hohlkörper
  24 Gasaustrittsöffnung
  25 Gaseintrittsöffnung
  26 Anschlüsse für Strom
  27 -
  28 -
  29 -
  30 oben offener Napf als Fassung 12
  31 Boden des Napfes 30
  32 Dichtungsbett
  33 Verschraubungen
  34 Gaseintrittsrohre
  35 Ofenboden
  36 Dichtmittel
  37 Bajonettring
  38 Innenring
  39 Napfinnenflächen
  40 Öffnung im Ofenboden
  41 Ofenboden
  42 Zuleitungsrohre
  43 Gaseintrittsraum
  44 Ringflächen
  45 Hub- und Schwenkvorrichtung
  46 Pakete aus Dichtungsmaterial
  47 -
  48 -
  49 -
  50 Kranöse
  51 Chargenauflagerbock
  52 Stützkreuz
  53 Verschraubung
  54 Stromzuführungen

Claims (9)

1. Wirbelbettofen mit einem der Einbringung von zu behandelndem Gut dienenden Arbeits­ raum (1), der an seiner Unterseite (2) von einer porösen Platte (3) abgeschlossen ist, durch die ein Gas strömt, mit dem oberhalb der Platte (3) befindliche, vorzugsweise Aluminiumoxydpartikel aufwirbelbar sind der­ art, daß sich ein den Arbeitsraum (1) ausfül­ lendes Fluid bildet, das aufgeheizt als Wärme­ träger dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum (1) von einem Mantel- oder Ringraum (4) umgeben ist, der durch feuer­ feste Wandungen (5) nach außen begrenzt ist und in dem das Fluid unmittelbar aufheizende Heizstäbe (6) mit Abstand vom Arbeitsraum (1) und den Wandungen (5) allseitig vom Fluid umspült angeordnet sind.

2. Wirbelbettofen nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet daß von den feuerfesten Wandungen (5) zum Arbeitsraum (1) gerichtete Stege (7) ausgehen und den Mantel- bzw. Ringraum (4) in Nischen (8) für die Heizstäbe (6) aufteilen, wobei die Stirnkanten (9) der Stege (7) als Begrenzungen und Führungen für die in den Arbeitsraum (1) absenkbaren Chargenträger (10) dienen.

3. Wirbelbettofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Mantel- oder Ringraum (4) in seinem unteren Teil zur porösen Platte (3) hin konisch verjüngt.

4. Wirbelbettofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß sich die poröse Platte (3) in einer an der freien Unterseite (11) des Ofens zugäng­ lich angeordneten Fassung (12) befindet, deren abnehmbarer Verschlußdeckel (13) an seiner Oberseite Auflagerflächen (14) für die poröse Platte (3) aufweist, die ihrerseits mit ihrem Rand (15) an einer feuerfesten Dichtung (16) des Ringflansches (17) anliegt.

5. Wirbelbettofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die feuerfesten Wandungen (5) oberseitig eine Öffnung (18) zum Arbeitsraum (1) frei­ geben und von einem heb- und senkbaren sowie schwenkbaren, feuerfesten Deckel (19) ver­ schließbar sind.

6. Wirbelbettofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der oberen Öffnung (18) zwischen dem Deckel (19) und Stirnseiten (20) der feuerfesten Wände (5) eine hochtemperaturfeste, metallische oder aus anderem, feuerfesten Material bestehende Tragvorrichtung (21) vorgesehen ist, an der die einzubringende Charge (22) aufgehängt wird wobei die mecha­ nisch beanspruchten Teile dieser Tragvorrich­ tung (21) von Kühlmitteln durchströmbare Hohlkörper (23) sind.

7. Wirbelbettofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß zwischen den in dem schwenkbaren Deckel (19) vorgesehenen Gasaustrittsöffnungen (24) und der unter der porösen Platte (3) vorgesehenen Eintrittsöffnung (25) eine der Neueinspeisung von Frischgas, der Aufwärmung dieses Frisch­ gases unter Ausnutzung der Eigenwärme des Abgases, der Reinigung des wiederverwendeten Abgases und der Einspeisung des so gewonnenen, heißen Neugases bei höheren Temperaturen unter die poröse Platte (3) dienende Vorrich­ tung vorgesehen ist.

8. Wirbelbettofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fassung für die poröse Platte (3) als nach oben offener Napf (30) ausgebildet ist, dessen Boden (31) in einem Dichtungsbett (32) liegend über Verschraubungen (33) der Gaseintritts­ rohre (34) mit dem Ofenboden (35) verbunden ist.

9. Wirbelbettofen nach einem oder mehren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Platte (3) nach oben über Dichtmittel (36) an einem mit dem Napf (30) verbindbaren Bajonettring (37) anliegt und nach unten auf einem Innenring (38) der von den Napfinnenflächen (39) ausgeht, abge­ stützt ist.