DE3725512C2 - - Google Patents
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Description
Aus der Literaturstelle "Zement-Kalk-Gips", 30 (1977),
Heft 12, Seiten 597 bis 607 ist ein Verfahren zur thermi
schen Behandlung von Partikeln bekannt, bei dem die Parti
keln über einen Schöpfring in die Unterseite eines senkrecht
angeordneten, zylindrischen Hauptteils einer Reaktorkammer
in einen Heißgasstrom eingeblasen werden. Der Heißgasstrom
ist in die Reaktorkammer gerichtet und bildet einen Konvek
tionsstrom mit den darin befindlichen Partikeln aus, so daß
die Wärmeübertragung auf die Partikel in der Schwebe statt
findet. Nach der thermischen Behandlung werden die Partikel
mittels des Heißgasstromes über die obere Auslaßöffnung der
Reaktorkammer in ein Zyklon abgeschieden und daran anschlie
ßend einem Drehrohrofen zugeführt.
Die Zufuhr der Partikel in die Reaktorkammer erfolgt aus
schließlich aus der bei diesem bekannten Verfahren verwen
deten dritten Zyklonstufe in den Schöpfring der Reaktor
kammer, von wo aus die Partikel mittels des Heißgasstromes
in die Reaktorkammer mitgerissen und dort in der Schwebe
gehalten thermisch behandelt werden. Dabei werden partikel
unterschiedlichster Größe von der dritten Zyklonstufe in
die Reaktorkammer eingeblasen, so daß die Verweildauer
aller Partikel in der Reaktorkammer etwa gleichlang ist und
damit eine Wärmeübertragung in etwa gleicher Dosierung auf
alle Partikel unterschiedlichster Größe erfolgt. Dies führt
dazu, daß die Verweildauer der in der Reaktorkammer in der
Schwebe gehaltenen Partikel nach den größten Partikeln
bemessen werden muß, um einen ausreichenden Wärmeeintrag in
die Partikel dieser Größe zu erzielen. Diese Verweildauer
ist aber für Partikel geringerer Größe viel zu lang, so daß
insgesamt ein unrentabler Betrieb aus der thermischen
Behandlung der Partikel resultiert.
Außerdem würden Partikel geringerer Größe einer viel zu
intensiven thermischen Behandlung ausgesetzt werden, so daß
eine gezielte thermische Behandlung bei einer vorgegebenen
Temperatur und einer vorgegebenen Zeitdauer zur Erzielung
eines vorbestimmten Ausbrenngrades nicht möglich ist.
Aus der DE-OS 25 50 418 sowie der DE-OS 25 50 469 ist eine
Anlage zum Brennen oder Sintern von feinkörnigem Gut be
kannt, die mehrere hintereinander geschaltete Zyklone,
einen Brennraum, einen Reaktionsraum und eine Kühlzone
aufweist. Der Reaktionsraum weist in seinem unteren Bereich
zwei Brenner auf und ist in seinem mittleren Bereich mit
dem Ausgang des Brennraumes und über eine obere Heißgaslei
tung mit den Zyklonen verbunden. Das in den Zyklonen über
die mit dem Reaktionsraum verbundene Heißgasleitung erhitz
te Gut gelangt entweder über eine Gutaustragsleitung in den
mittels eines Brenners erhitzten Brennraum oder wird unmit
telbar aus einem Zyklon in die Kühlzone abgeschieden.
Das in den Brennraum gelangende, feinkörnige Gut wird beim
Passieren der vom Brenner des Brennraumes erzeugten Flamme
weiter erhitzt und gelangt in den Reaktionsraum, der einen
zweiten Brennraum bildet und zugleich eine Abscheidezone
darstellt. Im Reaktionsraum führt das feinkörnige Gut eine
turbulente Wirbelbewegung aus und wird dann über eine
Abluftleitung in die Kühlzone abgegeben. Die Abluftleitung
zwischen Kühlzone und Reaktionsraum sowie eine weitere
Abluftleitung zwischen Kühlzone und Brennraum dienen zur
Zufuhr von Heißgasen in den Reaktionsraum bzw. Brennraum
aus der das abgeschiedene, gebrannte oder gesinterte fein
körnige Gut aufnehmenden Kühlzone.
Auch bei diesen bekannten Anlagen wird feinkörniges Gut un
terschiedlichster Größe über den Brennraum in den Reaktions
raum eingegeben, ohne daß eine Trennung des Gutes nach
Größe oder Gewicht vorgenommen wird. Auch das Abscheiden
von feinkörnigem Gut aus dem Zyklon über eine Gutaustrags
leitung erfolgt unmittelbar in die Kühlzone, ohne daß
hierbei eine Auslöse getroffen wird. Dieses abgezweigte
feinkörnige Gut erlangt keine hinreichend gezielte thermi
sche Behandlung im Brenn- bzw. Reaktionsraum, ohne daß
Unterschiede hinsichtlich der Verweildauer und der Bewegung
des Gutes im Reaktionsraum in Abhängigkeit von der Größe
des feinkörnigen Gutes gemacht werden.
Aus der DE-OS 24 11 669 ist eine Vorrichtung zum Kalzinie
ren von pulverförmigem Material bekannt, die aus einer
Kalzinierkammer besteht, die über Zufuhrrohre mit Zyklonen
verbunden ist, aus denen das zu behandelnde Gut in den
Bodenbereich der Kalzinierkammer gelangt. In der Kalzinier
kammer ist eine kegelstumpfförmige Wand vorgesehen, die
seitliche Ausbuchtungen bildet, während in der Mitte ein
Verbrennungsluft- Zufuhrrohr sowie konzentrisch hierzu ein
Brennrohr angeordnet sind, so daß der über das Brennrohr
zugeführte Brennstoff im Mündungsbereich des Verbrennungs
luft-Zufuhrrohres entzündet wird.
Auch hier führt zwar das zu kalzinierende Rohmaterial
turbulente Bewegungen in der Kalzinierkammer durch, jedoch
gelangt das Rohmaterial ausschließlich über die mit den
Zyklonen verbundenen Rohre in den Bodenbereich der Kalzi
nierkammer. Somit wird keine Unterscheidung bezüglich der
Größe des zu behandelnden Materials gemacht, und die Ver
weildauer des Materials in der Kalzinierkammer wird zur
gezielten thermischen Behandlung ausschließlich von den
größten Teilchen bestimmt.
Aus der DE-OS 25 27 149 ist ebenfalls eine Anlage zur
Kalzinierung vorerwärmten, pulverförmigen Rohmaterials
bekannt, bei der das Rohmaterial über eine einzige Zufuhr
leitung in eine Reaktionskammer gelangt, wo es mit Heiß
gasen durchmischt und durchwirbelt wird. Auch hier werden
Teilchen unterschiedlichster Größe gleich behandelt, so daß
die Verweildauer der Teilchen in der Reaktionskammer nach
dem größten Teilchen bestimmt wird und keine Differenzie
rung zur optimalen thermischen Behandlung der Partikel
vorgenommen wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
zur thermischen Behandlung von Partikeln unterschiedlicher
Größe anzugeben, das einen hohen Wirkungsgrad aufweist und
eine gezielte thermische Behandlung aller Partikel ermög
licht.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen
Verfahrensschritte gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden somit Partikel
geringer Größe unmittelbar im Bereich der Brennerdüse
mit hoher Strömungsgeschwindigkeit in die Reaktorkammer
eingeblasen, während größere Partikel über die oberhalb des
Diffusors angeordneten Einlaßöffnungen eingegeben werden
und zunächst absinken und dann durch den aufwärts gerichte
ten Heißgasstrom hochgewirbelt werden, so daß sie insgesamt
einen längeren Weg beschreiten als die Partikel geringerer
Größe, die unmittelbar mit dem Heißgasstrom im Bereich der
Einlaßöffnung hochgerissen und über die Auslaßöffnung
abgegeben werden.
Diese unterschiedlich lange thermische Behandlung von
Partikeln unterschiedlicher Größe bewirkt, daß die Ver
weildauer sämtlicher Partikel in der Reaktorkammer der
jeweiligen Größe angepaßt wird, so daß neben einer geziel
ten thermischen Behandlung unter Einhaltung einer vorgeb
baren Temperatur und vorgebbaren Verweildauer in der Reak
torkammer ein größerer Durchsatz, das heißt ein hoher Wir
kungsgrad gewährleistet wird, da die Verweildauer sämt
licher Partikel nicht nach den größten Partikeln bemessen
werden muß. Kleinere Partikel können sehr viel schneller
durch die Reaktorkammer geschleust werden, und damit insge
samt einen hohen Materialdurchsatz sicherstellen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfah
rens sind den Unteransprüchen 2 und 3 zu entnehmen.
Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens sind in den
Unteransprüchen 4 und 5 gekennzeichnet.
An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei
spieles soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke
näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Schwebegas-Reaktor;
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Schwebegas-Reaktor
entlang der Linie A-A gemäß Fig. 1;
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Partikelbewegung
im Bereich des Diffusors des Schwebegas-Reaktors;
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Wärmeeintrags in
eine Partikel;
Fig. 5 eine Darstellung eines Teils einer im Trocken-
oder Naßverfahren arbeitenden Klinkerbrennanlage
mit Vorkalzinierung und
Fig. 6 ein Diagramm zur thermischen Behandlung von Klär
schlamm.
Der in Fig. 1 dargestellte Längsschnitt durch einen Schwe
begas-Reaktor 1 zeigt die Reaktorkammer 10, die von einem
zylindrischen Hauptteil 11 und einen sich darunter an
schließenden, sich kegelstumpfförmig verjüngenden Diffusor
12 umschlossen wird. An das obere Ende des zylindrischen
Hauptteils 11 schließt sich ein abgewinkeltes Rohr 13 an,
durch das die thermisch behandelten Partikel über einen
Auslaß 15 austreten und anschließend weiterbehandelt wer
den.
Am unteren Ende des Diffusors 12 ist eine Einlaßöffnung 14
vorgesehen, in die ein Partikel/Heißgasrohr 43 einmündet.
Das Partikel/Heißgasrohr 43 ist an ein Heißgas-Gebläse 41
angeschlossen, über das vorerhitztes Gas in die Brennkammer
10 des Schwebegas-Reaktors 1 eingeblasen wird. In das
Partikel/Heißgasrohr 43 mündet ein Partikelrohr 42 ein,
über das das thermisch zu behandelnde Material in das Par
tikel/Heißgasrohr (43) eingedüst wird, wo es vom Heißgas
mitgerissen wird.
Vorzugsweise konzentrisch zum Partikel/Heißgasrohr 43 ist
eine Brennerdüse 19 eines Reaktorbrenners 18 angeordnet,
über die eine Flamme in die Reaktorkammer 10 eingeblasen
wird.
Im zylindrischen Hauptteil 11 des Schwebegas-Reaktors 1
sind zwei gegenüberliegende Zusatzöffnungen 16, 17 vorge
sehen, in die zwei Fallrohre 47, 48 einmünden, über die Par
tikel mit einem größeren Querschnitt als beispielsweise 0,5
mm in die Reaktorkammer 10 eingeführt werden.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Schwebegas-Reak
tor 1 entlang der Linie A-A gemäß Fig. 1 und verdeutlicht
die Anordnung der beiden Zusatzöffnungen 16, 17, der in die
Zusatzöffnungen 16, 17 einmündenden Fallrohre 47, 48 sowie
von zwei darin einmündenden Dosierschnecken-Förderrohren
44, 45, die synchron über ein Getriebe 99 von einem Motor
98 angetrieben werden.
Im Zusammenhang mit den schematischen Darstellungen der
Fig. 3 und 4 soll die Funktionsweise des Schwebegas-
Reaktors gemäß den Fig. 1 und 2 näher erläutert werden.
Das trockene Material, beispielsweise Zement-Rohmehl bzw.
vorgetrocknete Zementschlämme, wird kontinuierlich mittels
des Heißgas-Gebläses 41 über die Einlaßöffnung 14 der Re
aktorkammer 10 des Schwebegas-Reaktors 1 zugeführt und mit
Hilfe des Reaktorbrenners 18 auf eine Temperatur von ca.
400-500 Grad Celsius erhitzt. Dabei wird jedes einzelne
Partikel, das von unten eingeblasen wird und eine Korngröße
von weniger als 0,5 mm hat, vom Heißgasstrom erfaßt und
umströmt. Fig. 3 verdeutlicht den Konvektionsstrom der
Partikel, während Fig. 4 ein einzelnes, gänzlich vom
Heißgasstrom umströmtes Partikel zeigt.
Größere, über die Zusatzöffnungen 16, 17 eingetragene Par
tikel fallen - wie dar schematischen Darstellung gemäß Fig.
3 zu entnehmen ist - in den Diffusor hinab und werden
durch das einströmende Heißgas emporgerissen und ebenfalls
vollständig vom Heißgas umströmt. Auf diese Weise erfolgt
ein äußerst schneller Wärmeeintrag in die einzelnen Parti
kel, so daß die Verweilzeit im Schwebegas-Reaktor gegenüber
konventionellen Wirbelschichtverfahren deutlich verringert
und damit insgesamt neben einem wesentlich geringeren
Energieverbrauch zum Aufheizen der Partikel ein größerer
Durchsatz und damit eine größere Leistung der Gesamtanlage
erzielt werden können.
Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt aus einer Klinkerbrennanlage
mit einem Schwebegas-Reaktor zum Vorkalzinieren von Zement-
Rohmehl oder vorgetrockneter Zementschlämme, wobei die
Klinkerbrennanlage alternativ im Trocken- oder Naßverfahren
arbeiten kann.
Über ein Silo 40 wird entweder Zementrohmehl oder vorge
trocknete Zementschlämme an eine Dosierschnecke 46 abgege
ben, die das Material entweder über Schnecken-Förderrohre
44, 45 dem zylindrischen Hauptteil 11 des Schwebegas-Reak
tors 1 direkt zuführt oder an ein Partikelrohr 42 abgibt,
das in das Partikel/Heißgasrohr 43 einmündet. Dort wird es
von dem vom Heißgas-Gebläse 41 erzeugten Heißgasstrom mit
gerissen und über die Einlaßöffnung 14 in die Reaktorkammer
10 des Schwebegas-Reaktors 1 eingeblasen.
Die in der Reaktorkammer 10 vom Heißgasstrom, der zusätz
lich vom Reaktorbrenner 18 erhitzt wird, erwärmten und
mitgerissenen Partikel werden über die Auslaßöffnung 15 zu
einem Kalzinatoreinlaß 51 befördert. Im Kalzinator 5 werden
die Partikel im Gegenstrom der austretenden Drehofenabgase
weiter erwärmt und gelangen über den Kalzinatorhauptauslaß
52 in einen Drehrohrofen 7, wo sie durch Einwirkung der
Ofengase bei ca. 1100 Grad Celsius eine weitere Vorerwär
mung bis ca. 750 Grad Celsius erfahren.
Durch die hohe Drehrohrofen-Gastemperatur und das niedrige
spezifische Gewicht der Heißgase, d. h. den geringen Quer
schnitt der Gasführung wird ein kleiner Teil der Material
partikel vom Gasstrom mitgetragen, der über einen Kalzina
tor-Nebenauslaß 53 in einem nachgeschalteten Abscheidezy
klon 9 vom Gasstrom getrennt, und gelangt über einen Ein
trag 91 zum Drehrohrofen 7. Die Abgase aus dem Abscheide
zyklon 9 werden über einen Abgas-Auslaß 90 abgegeben.
Durch den Einsatz eines Schwebegas-Reaktors 1 in Verbindung
mit einem Kalzinator 5 werden folgende Vorteile bei der
Herstellung von Zementklinkern im Trocken- oder Naßverfah
ren erzielt:
- 1. Der Drehrohrofen kann deutlich verkürzt werden, da die sonst im Drehrohrofen erfolgende Vorwärmung und Kalzina tion des Materials zum Schwebegas-Reaktor 1 und Kalzina tor 5 bzw. Abscheidezyklon 9 verlagert werden, so daß im Drehrohrofen 7 nur der reine Sintervorgang abläuft. Durch die Verkürzung des Drehrohrofens 7 werden auch die Wärmestrahlungsverluste verringert, da zum einen die Temperatur des in den Drehrohrofen 7 eingeblasenen Gases nur auf den Sintervorgang ausgerichtet werden muß und zum anderen wegen der Längenreduzierung eine gerin gere wärmeabstrahlende Oberfläche des Drehrohrofens 7 gegeben ist.
- 2. Der Schwebegas-Reaktor 1 und der Kalzinator 5 können soweit abisoliert werden, daß Wärmestrahlungsverluste vernachlässigt werden können.
- 3. Es werden 7-10% Energie eingespart, was in bezug auf die Gesamtanlage bis zu etwa 1/3 Energieeinsparung mit sich bringen kann. Dies bedeutet gegenüber den bei kon ventionellen Anlagen erforderlichen 1350-1550 kcal/kg Klinker eine Einsparung von bis zu 100-150 kcal/kg Zementklinker oder insgesamt bis zu 450-550 kcal/kg Zement. Die Gesamtanlage kann somit mit 900-1000 kcal/kg gefahren werden.
- 4. Durch die Reduzierung der Verweilzeiten und eine opti mierte Vowärmung und Vorkalzinierung der Feinstpartikel vor Einspeisung in den Drehrohrofen wird bei Drehzahler höhung des gekürzten Ofens eine totale Leistungssteige rung je nach Ofengröße von bis zu 80% ermöglicht.
Fig. 6 zeigt ein Diagramm der Mengenverhältnisse bei der
Aufbereitung von Klär- oder Industrieschlämmen und ver
deutlicht die Wirksamkeit der vorstehend beschriebenen
Anlagen. Durch die thermische Behandlung des Schlammes
werden dem Schlamm ca. 70% Wasser entzogen, so daß von 100%
Schlamm 30% Trockenstoffe übrigbleiben. Durch Glühverlus
te werden noch einmal ca. 30% der Trockenstoffe reduziert,
so daß ein Ascheanteil von ca. 21% der ursprünglich 100%
Klär- oder Industrieschlamm übrigbleibt. Durch Zugabe eines
Zuschlagstoffes, beispielsweise Ton, kann aus der verblei
benden Asche ein von Giftstoffen freier Zuschlagstoff
gewonnen werden, der einer beliebigen Verwendung zugeführt
werden kann.
Claims (5)
1. Verfahren zur thermischen Behandlung von Feststoffpar
tikeln, wobei solche Partikel in einem Heißgasstrom durch
einen Diffusor in die Unterseite eines im wesentlichen senk
recht angeordneten, zylindrischen Hauptteils einer Reaktor
kammer eingeblasen werden, dort einen Konvektionsstrom
ausbilden und mit dem Heißgasstrom durch eine von der
Oberseite des zylindrischen Hauptteils abgehende Auslaß
öffnung abgegeben werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß die in den Heißgasstrom eingedüsten, ringförmig um eine
in der Einlaßöffnung am unteren Ende des Diffusors ange
brachte Brenndüse in die Reaktionskammer eingeblasenen
Partikel eine vorgegebene, maximale Größe nicht überschrei
ten, und daß Partikel, die die vorgegebene maximale Größe
überschreiten, in einen oberhalb des Diffusors liegenden
Teil der Reaktionskammer eingeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Partikel, die die vorgegebene maximale Größe überschrei
ten, symmetrisch zur Achse des zylindrischen Hauptteils der
Reaktionskammer durch Zusatzöffnungen eingegeben werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß Partikel mit einer vorgegebenen maximalen Größe
von 0,5 mm ringförmig um die Brennerdüse eingeführt werden.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den
Ansprüchen 1 bis 3 mit einer Reaktionskammer aus einem
zylindrischen Hauptteil, einem sich ans untere Ende des
zylindrischen Hauptteils anschließenden, kegelstumpfförmi
gen, sich nach unten verjüngenden Diffusor, der an seinem
unteren Ende mit einer Einlaßöffnung versehen ist, und
einer vom oberen Ende des zylindrischen Hauptteils abgehen
den Auslaßöffnung für die Partikel, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Brennerdüse (19) - vorzugsweise konzentrisch - in
der Einlaßöffnung (14) mit einer in die Reaktionskammer
(10) gerichteten Heizflamme angeordnet ist, daß die Einlaß
öffnung (14) mit einem Rohr (43) zur Zufuhr des Partikel-/-
Heißgasstromes verbunden ist, wobei in das Rohr (43) eine
Rohrdüse (42) für die Partikel mündet und an das Rohr (42)
ein Heißgasgebläse (41) angeschlossen ist, und daß mehrere
symmetrisch zur Achse des zylindrischen Hauptteils (11) der
Reaktionskammer (10) angeordnete Zusatzöffnungen (16, 17)
vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zusatzöffnungen (16, 17) mit Fallrohren (47, 48) in
Verbindung stehen.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE3725512A DE3725512A1 (de) | 1987-07-29 | 1987-07-29 | Schwebegas-reaktor |
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DE3725512A1 DE3725512A1 (de) | 1989-02-09 |
DE3725512C2 true DE3725512C2 (de) | 1992-10-15 |
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ID=6332850
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE3725512A Granted DE3725512A1 (de) | 1987-07-29 | 1987-07-29 | Schwebegas-reaktor |
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US (1) | US4932862A (de) |
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