DE3701455C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ofen zum Trocknen und Erhitzen von teilchenförmigen Materialien, wie beispielsweise Kohle, Koks, Schiefer, Kulm bzw. Steinkohlenklein, Lignit, Petro­ leumkoks u. dgl.

Es sind Öfen zum Erhitzen von teilchenförmigen Materialien, wie zum Verkoken von Kohle und zum Kalzinieren von Kohle oder Petroleumkoks bekannt, die einen drehbaren Herdofen aufweisen und in denen die Kohle oder der Petroleumkoks da­ durch erhitzt wird, daß man in dem Herdofen einige oder alle flüchtigen Stoffe verbrennt, die freigesetzt werden. Diese Öfen besitzen Rührelemente, die an einem stationären Dach über dem Herdofen so angeordnet sind, daß sie das erhitzte Material in eine mittige Auslaßöffnung ablenken, wenn sich der Herdofen dreht. Solche Öfen sind für Ma­ terialien zufriedenstellend, die genügend verbrennbare flüchtige Stoffe für die notwendige Hitze erzeugen und in denen das teilchenförmige Material primär durch Strahlung erhitzt wird, sie sind jedoch nicht gut für das Erhitzen von nassen Materialien geeignet, die verbrennbarer flüch­ tiger Stoffe ermangeln oder derartige verbrennbare flüch­ tige Stoffe nur unzureichend erzeugen, wenn das teilchen­ förmige Material primär durch Konvektion erhitzt wird.

Weiterhin ist aus der US-PS 16 03 442 und der US-PS 18 36 002 ein Ofen zum Trocknen und Erhitzen von teilchen­ förmigen Materialien bekannt, welcher eine ganze Anzahl von konzentrisch übereinander angeordneten kreisrunden Herd­ öfen aufweist, von denen der unterste und von diesem aus nach oben zu jeder zweite Herdofen stationär ist, während die anderen Herdöfen drehbar sind. Über dem obersten, drehbaren Herdofen ist ein stationäres Dach vorgesehen, und die Unterseiten der zwischen diesem Dach und dem untersten Herdofen befindlichen zwischenliegenden Herd­ öfen bilden je ein Dach für den jeweils darunterliegenden Herdofen. Die drehbaren Herdöfen sind mit einer gemein­ samen Einrichtung zum Drehen derselben versehen, wodurch eine Relativdrehung zwischen jedem Herdofen und seinem je­ weiligen Dach erzeugt wird. Der Raum zwischen jedem Herd­ ofen und seinem Dach ist nach außen durch eine am Dach be­ festigte Wand und eine damit zusammenwirkende und am Herd­ ofen vorgesehene Abdichtung, die relativ zu der Wand drehbar ist, abgeschlossen. Die übereinanderliegenden Herd­ öfen weisen abwechselnd entweder im Bereich ihres äußeren Umfangs mehrere Auslaßöffnungen oder in ihrer Mitte eine Auslaßöffnung für das teilchenförmige Material auf. Jede dieser Auslaßöffnungen bildet gleichzeitig eine Durchlaß­ öffnung für heiße Gase, die von unten her zugeführt werden, wobei sich unter dem untersten Herdofen eine Heizkammer be­ findet. Auf dem obersten Dach ist eine Zuführungseinrich­ tung zur Zuführung der teilchenförmigen Materialien in den darunterliegenden Herdofen vorgesehen. Durch Rühr­ elemente, die an jedem Dach angebracht und so positioniert sind, daß sie das teilchenförmige Material quer durch die Herdöfen über deren Böden in die Auslaßöffnungen bewegen, wenn die Dächer und die Herdöfen relativ zueinander ge­ dreht werden, wird das teilchenförmige Material nachein­ ahder durch die einzelnen Herdöfen gefördert, bis es schließ­ lich durch eine mittige Auslaßöffnung des untersten Herd­ ofens in einen Förderwagen fällt.

In diesen Öfen nach der US-PS 16 03 442 und der US-PS 18 36 002 sind die Herdöfen nach oben zu leicht konvex gewölbt und weisen durchgehende Auflageflächen für das teilchenförmige Material auf. Durch diese durchgehenden Auflageflächen ergibt sich ein relativ ungünstiger Konvek­ tionswärmeaustausch zwischen den heißen Gasen und dem teil­ chenförmigen Material, so daß auch die Öfen gemäß den ge­ nannten US-Patentschriften ebenso wie die weiter oben er­ örterten bekannten Öfen nicht gut für das Erhitzen von nassen Materialien geeignet sind, die verbrennbarer flüch­ tiger Stoffe ermangeln oder derartige verbrennbare flüchti­ ge Stoffe nur unzureichend erzeugen, wenn das teilchenför­ mige Material primär durch Konvektion erhitzt wird.

Man kann zwar, um den relativ ungünstigen Konvektions­ wärmeaustausch auszugleichen, wie in den US-Patentschriften 16 03 442 und 18 36 002 beschrieben, eine beträchtliche An­ zahl von Herdöfen übereinander anordnen, die nacheinander von dem teilchenförmigen Material durchlaufen werden. Je­ doch bedeutet das einen erheblichen baulichen Aufwand und Raumbedarf sowie auch einen nicht unbeträchtlich hohen Betriebsenergieaufwand.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen Ofen zum Trocknen und Erhitzen von teilchenförmigen Materialien zur Verfügung zu stellen, der auch für nasse Materialien ge­ eignet ist, die keine oder nur unzureichend verbrennbare flüchtige Stoffe bei Erhitzung durch Konvektion abgeben, und dessen baulicher und räumlicher sowie betriebsenergie­ mäßiger Aufwand verhältnismäßig begrenzt gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Ofen zum Trocknen und Erhitzen von teilchenförmigen Ma­ terialien, welcher folgendes umfaßt: einen stationären, perforierten, kreisrunden Herdofen; eine Wand, die an dem Herdofen oberhalb desselben befestigt ist; einen unter dem Herdofen befindlichen Raum; ein drehbares Dach, das ober­ halb der Wand positioniert ist; eine Einrichtung zum Drehen des Dachs; eine drehbare Abdichtung des Dachs bezüglich der Wand; eine mittige Auslaßöffnung in dem Herdofen; Zufuhrleitungen zum Zuführen von heißen Gasen zu dem unter dem Herdofen befindlichen Raum; eine auf dem Dach angebrachte Zuführungseinrichtung zur Zuführung der teilchenförmigen Materialien in den Herdofen und Rührelemente, die in bzw. an dem Dach angebracht und so positioniert sind, daß sie das teilchenförmige Material quer über bzw. durch den Herdofen über dessen Boden in die mittige Auslaßöffnung bewegen, wenn das Dach gedreht wird, wobei der perforierte Herdofen in Richtung auf die mittige Auslaßöffnung zu nach abwärts geneigt ist und konzentrische flache Ringe umfaßt, die um ihre innensei­ tigen Ränder herum vertikal derart im Abstand voneinander angeordnet sind, daß sie zwischen sich einen Durchgang von wesentlichen Mengen des teilchenförmigen Materials verbinden.

In diesen Ofen wird das erhitzte Gas in den unter dem Herdofen befindlichen Raum eingeleitet und strömt von da durch den perforierten Herdofen und anschließend durch das zu erhitzende teilchenförmige Material, wodurch sich ein guter Konvektionswärmeaustausch ergibt.

Nachdem das Gas durch das zu erhitzende Material hin­ durchgegangen ist, kann es durch die obere Seitenwand ab­ gezogen werden. Dieses Gas kann wieder erhitzt und erneut verwendet werden, oder es kann gereinigt und in die At­ mosphäre entladen werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Zuführungs­ einrichtung einen Füllbehälter, der auf dem Dach gehaltert ist und das Material einer Fördereinrichtung zuführt, welche ebenfalls auf dem Dach angebracht ist und mittels dessen das Material zum Umfang des Dachs gefördert wird, wo es durch eine Zufuhröffnung im Dach in den Herdofen entladen wird.

Andere Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Die Erfindung sei nachstehend anhand einer besonders be­ vorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 der Zeichnung in näheren Einzelheiten erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine Aufsicht auf eine Ausführungsform eines er­ findungsgemäßen Ofens;

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch den Ofen der Fig. 1 entlang der Ebene 2-2;

Fig. 3 ein Detail des Herdofens im Vertikalschnitt; und

Fig. 4 ein Detail in der Ebene 4-4 der Fig. 2, das die Anordnung der Rührelemente zeigt.

Der in der Zeichnung dargestellte Ofen ist ein solcher für eine Anlage zum Behandeln von Kulm bzw. Steinkohlen­ klein, d. h. nasser Kohle, die mit dieser Anlage getrocknet und teilweise von flüchtigen Bestandteilen befreit werden soll, so daß man heißes gebranntes und/oder verkohltes uhd/oder verkoktes Material bei einer Temperatur von etwa 537,78° C, Abgas, welches verbrennbare flüchtige Bestandteile enthält, und Öle aus den entwickelten Gasen und dem entwickelten Dampf erhält.

Der Betrieb wird in zwei sehr ähnlichen Teilen von über­ einander gelagerten Öfen 11 und 12, die auch als Trockner bzw. Pyrolysator bezeichnet werden können, ausgeführt.

Der Ofen 11 umfaßt einen stationären kreisförmigen Herdofen 13, der von einer zylindrischen Wand 14 um­ geben ist, wobei sowohl der Herdofen 13 als auch die zylindrische Wand 14 durch ein Stahltragwerk 15 wesentlich oberhalb des Erdbodenniveaus gehaltert sind. Der Ofen 11 hat ein kreisförmiges Dach 16, das sich von einer Stahlkonstruktion 17 herab erstreckt, wobei die Stahlkonstruktion 17 Räder 19 hat, mit denen sie zusammen ein Fahrwerk bildet und die auf einer kreisförmigen Schiene 18 laufen. Die Schiene 18 ist durch das Stahltragwerk 15 gehaltert, das extern von der Wand 14 angeordnet ist. Ein zylindrischer Füllbehälter 21 ist außerdem mittels der Stahlkon­ struktion 17 über der Mitte des Dachs 16 gehaltert. Von dem Boden des Füllbehälters 21 erstreckt sich als Fördereinrichtung 22 ein geschlossender Schnecken­ förderer diametral entlang dem Dach 16 zu dessen Um­ fang und endet über einer Zufuhröffnung 47 im Dach 16, die in Fig. 4 gezeigt ist. Das Dach 16 ist um seinen Umfang herum bezüglich der Wand 14 abgedichtet, und zwar mittels einer konventionellen als Flüssig­ keits- oder Sanddichtung ausgebildeten Abdichtung 23, wodurch ein Entweichen von Gas durch die so gebildete, sich drehende Barriere verhindert wird, und das Dach 16 wird durch eine nicht gezeigte konventionelle Ein­ richtung gedreht.

Der Herdofen 13 ist um seinen gesamten Umfang herum nach abwärts zu einer mittigen Auslaßöffnung 24 ge­ neigt, von der aus sich ein zylindrischer Abführungs­ schacht 25 nach abwärts erstreckt. Der Herdofen 13 ist perforiert, so daß es ermöglicht wird, daß Gase hin­ durchgehen, wie weiter unten in näheren Einzelheiten beschrieben ist. Unterhalb des Herdofens 13 erstreckt sich die Wand 14 bis zu dem Boden 26, so daß dadurch ein Raum 27 gebildet wird. Der Abführungsschacht 25 geht durch diesen Raum 27 und durch den Boden 26. Eine oder mehrere Abzugsleitungen 29, welche in den Herd­ ofen 13 münden, verlaufen durch die Wand 14 und bilden eine Verbindung mit einer als Sammelleitung ausgebildeten weiteren Abzugsleitung 28, die abgeleitete Gase an den Entstaubungszyklon 30 abgibt, von dem das gereinigte Gas durch die Leitung 31 abgezogen wird. Die Hauptmenge der abgeleiteten Gase wird mittels des Gebläses 32 umge­ wälzt, und zwar durch einen mit Kraftstoff befeuerten Brenner 33 zu einer als Sammelleitung ausgebildeten Zufuhrleitung 34, von welcher weitere Zufuhrleitungen 35 bei 36 in die Wand des Raums 27 münden.

Der Ofen 12 hat in entsprechender Weise ein drehbares Dach mit stationärem Herdofen und ist im Aufbau iden­ tisch mit dem Ofen 11, jedoch ist er etwas kleiner ausge­ führt. Sein Füllbehälter empfängt das getrocknete Kulm bzw. Steinkohlenklein von dem Abführungsschacht 25 des Ofens 11, und dieses Kulm bzw. Steinkohlenklein wird dadurch teilweise von seinen flüchtigen Stoffen befreit, daß es mit heißem Gas auf eine Temperatur erhitzt wird, die höher als die im Trockner 11 erreichte Temperatur ist. Der Ofen 12 hat auch Einrichtungen, wie es diejeni­ gen des Ofens 11 sind, zum Abziehen von Gasen aus dem Herdofenbereich, zum Erhitzen derselben und zum Einführen derselben in dessen Raum unter dem Herdofen.

Der perforierte Herdofen ist in näheren Einzelheiten in Fig. 3 gezeigt. Bogenförmige Elemente 40, die eine bogenförmige, breite Fläche 41 und eine dazu senkrechte, schmale teilzylindrische Fläche 42 haben, sind so in den Herdofen 13 eingesetzt, insbesondere in dessen Bo­ den, daß sie konzentrische Ringe derart bilden, daß sich die breiten Flächen 41 vom Umfang des Herdofens nach deren Mitte zu teilweise miteinander überlappen. Der Abstand zwischen den überlappenden Flächen wird durch Ab­ standshalter 43 fixiert, die an der Unterseite der Flächen in Intervallen entlang von deren freien Rändern befestigt sind. Dieser Abstand ist groß genug gemacht, daß er den Durchgang von Gas gestattet, jedoch nicht so groß, daß die meisten Teilchen des teilchenförmigen Materials da­ durch entkommen können. Der Herdofen 13 ist nach abwärts nach dessen mittiger Auslaßöffnung 24 geneigt, wie bereits erwähnt, und die Elemente 40 können in den Herdofen, insbesondere dessen Boden, so eingesetzt sein, daß die Flächen 41 in der gleichen Weise geneigt sind. Irgend­ welche Teilchen, die klein genug sind, daß sie durch den Zwischenraum zwischen überlappenden Flächen 41 hindurch­ gehen, müßten neigungsaufwärts gegen die Strömung von Gas von dem Raum 27 her wandern.

Eine Reihe von Rührelementen 46, insbesondere Rührhaken, Rührstäbe o. dgl., die im Dach 16 eines nach dem anderen ent­ lang einem Radius des Daches 16 befestigt sind und sich davon nach abwärts erstrecken, sind in der Aufsicht in Fig. 4 gezeigt. Die Drehrichtung des Daches 16 ist durch den Pfeil angedeutet. Die Zufuhröffnung 47 von der Förder­ einrichtung 22 befindet sich im Dach 16 in der Nähe von dessen äußerem Rand und hinter den am weitesten außen­ liegenden Rührelementen 46 in der Richtung der Drehung. Die Rührelemente 46 sind so positioniert, daß sie das Ma­ terial in dem Herdofen 13 nach der Mitte zu bewegen, wenn das Dach 16 gedreht wird. Die am weitesten außen liegenden Rührelemente 46 bringen das Material von den äußersten Ringen des Herdofens 13 weg, und zusätzliches Material wird darauf durch die Zufuhröffnung 47 abgelagert. Die Rührelemente 46 sind von konventioneller Ausbildung. Der Ofen 12 ist in entsprechender Weise mit Rührelementen aus­ gerüstet, wie sie hier beschrieben sind. Es kann mehr als eine Reihe von Rührelementen verwendet werden.

Wenn Luft und Brennstoff in den Brenner 33 des Ofens eingeführt werden, um die Abgase des Ofens zu erhitzen, wird das Volumen der Abgase dadurch erhöht. Ein Gleich­ gewicht wird dadurch aufrechterhalten, daß man einen Bruchteil dieser Abgase durch die Leitung 20, die in Fig. 1 gezeigt ist, abzieht. Ein Teil der Abgase kann zur Wiedergewinnung von Ölen aus denselben behandelt wer­ den.

Die hier beschriebene Einrichtung wurde zum Trocknen (Ofen 11) und Pyrolysieren (Ofen 12) von Kulm bzw. Stein­ kohlenklein der folgenden ungefähren Gewichtsanalyse ent­ worfen und ausgeführt.

Wasser 20,6%
flüchtige Bestandteile 30,4%
feste Kohle 39,31%
Asche 10,01%

Die vom Ofen 11 abgezogenen Gase haben eine mittlere Temperatur von etwa 135,00° C. Sie werden mit dem Brenner 33 erhitzt und durch den Raum 27 bei einer Temperatur von etwa 301,67° C wieder in den Ofen 11 eingeführt.

Das Kulm wird vom Ofen 11 mit einer mittleren Temperatur von etwa 204,44° C und mit einem Feuchtigkeitsgehalt von im wesentlichen Null in den Ofen 12 entladen. Im Ofen 12 werden Gase bei etwa 426,67° C abgezogen, auf etwa 565,56° C wiedererhitzt, und durch den Raum unter dem Herdofen und den perforierten Herdofen wieder in das Kulm bzw. Stein­ kohlenklein eingeführt. Das Kulm bzw. Steinkohlenklein, das von dem Ofen 12 bei einer Temperatur von etwa 537,78° C entladen worden ist, wird schließlich in einer Fließbett­ kesselfeuerung verbrannt.

Obwohl hier zwei Öfen 11 und 12 in Tandemanordnung be­ schrieben und dargestellt worden sind, ist auch ein Ofen allein für das Trocknen und Erhitzen von vielen teil­ chenförmigen Materialien geeignet.

Claims (10)

1. Ofen zum Trocknen und Erhitzen von teilchenförmigen Materialien, welcher folgendes umfaßt: einen statio­ nären, perforierten, kreisrunden Herdofen (13); eine Wand (14), die an dem Herdofen (13) oberhalb desselben befestigt ist; einen unter dem Herdofen (13) befind­ lichen Raum (27); ein drehbares Dach (16), das oberhalb der Wand (14) positioniert ist; eine Einrichtung zum Drehen des Dachs (16); eine drehbare Abdichtung (23) des Dachs (16) bezüglich der Wand (14); eine mittige Auslaßöffnung (24) in dem Herdofen (13); Zufuhrleitungen (34, 35, 36) zum Zuführen von heißen Gasen zu dem unter dem Herdofen (13) befindlichen Raum (27); eine auf dem Dach (16) angebrachte Zuführungseinrichtung (21, 22, 47) zur Zuführung der teilchenförmigen Materialien in den Herdofen (13) und Rührelemente (46), die in bzw. an dem Dach (16) angebracht und so positioniert sind, daß sie das teilchenförmige Material quer über bzw. durch den Herdofen (13) über dessen Boden in die mittige Aus­ laßöffnung (24) bewegen, wenn das Dach (16) gedreht wird, wobei der perforierte Herdofen (13) in Richtung auf die mittige Auslaßöffnung (24) zu nach abwärts geneigt ist und konzentrische flache Ringe (41) umfaßt, die um ihre innenseitigen Ränder herum vertikal derart im Abstand (43) voneinander angeordnet sind, daß sie zwischen sich einen Durchgang von wesentlichen Mengen des teil­ chenförmigen Materials ermöglichen.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er eine kreisförmige Schiene (18) um die Wand (14) herum aufweist, sowie ein Stahltrag­ werk (15), welches außerhalb der Wand (14) angeordnet ist und die Schiene (18) trägt; ein Fahrwerk (17, 19), welches das drehbare Dach (16) auf der Schiene (18) führt; und eine an dem Stahltragwerk (15) vorgesehene Vorrichtung zum Drehen des Dachs (16) auf der Schiene (18).

3. Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er Öffnungen in der Wand (14) und Abzugsleitungen (28, 29) zum Abziehen von erhitzten Gasen aus dem Herdofen (13) durch die Öffnungen auf­ weist.

4. Ofen nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekenn­ zeichnet durch einen Abführungsschacht (25) unterhalb der mittigen Auslaßöffnung (24) des Herdofens (13), welcher sich durch den unter dem Herdofen (13) be­ findlichen Raum (27) erstreckt.

5. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsein­ richtung (21, 22, 47) einen Füllbehälter (21) umfaßt, der auf dem Dach (16) in dessen Mitte angebracht ist, sowie eine Zufuhröffnung (47) in dem Dach (16) be­ nachbart der Wand (14), welcher das teilchenförmige Material von dem Füllbehälter (21) durch eine Förder­ einrichtuhg (22), die auf dem Dach (16) angeordnet ist, zugeführt wird.

6. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe aus bogen­ förmigen Elementen (40) bestehen, die eine breite bo­ genförmige Fläche (41) und eine dazu senkrechte schmale teilzylindrische Fläche (42) haben, wobei sich die breiten Flächen (41) teilweise überlappen.

7. Ofen nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der vertikale Abstand zwischen den überlappenden breiten Flächen (41) durch Abstands­ halter (43) fixiert ist, die an der Unterseite der breiten Flächen (41) in Intervallen entlang von deren freien Rändern befestigt sind.

8. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührelemente (46) hintereinander entlang des Radius des Dachs (16) mon­ tiert sind, und daß die Zufuhröffnung (47) in dem Dach (16) den Rührelementen (46) in Drehrichtung des Dachs (16) folgt.

9. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ge­ kennzeichnet durch eine Einrichtung zum Zirkulieren der Gase, welche Abzugsleitungen (28, 29) zum Abziehen der Gase aus dem Herdofen (13) und Zu­ fuhrleitungen (34, 35, 36) für die heißen Gase in den unter dem Herdofen (13) befindlichen Raum (27) umfaßt.

10. Ofen nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung zum Zirkulieren der Gase eine Erhitzungseinrichtung (33) zum Erhöhen der Temperatur der Gase umfaßt, welche zwischen den Abzugsleitungen (28, 29) und den Zufuhrleitungen (34, 35, 36) angeordnet ist.