DE4015031A1 - Verfahren zum thermischen regenerieren von in giessereien anfallenden altsanden, sowie zur behandlung der im sandkreislauf anfallenden staeube - Google Patents
Verfahren zum thermischen regenerieren von in giessereien anfallenden altsanden, sowie zur behandlung der im sandkreislauf anfallenden staeubeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur thermischen
Regenerierung von in Gießereien anfallendem Altsand gemäß Oberbegriff
des Anspruches 1.
Derartige Verfahren sind ganz allgemein bekannt. Gießerei-Altsand,
so wie er bei der Aufbereitung benutzter Sandformen anfällt, muß
zunächst zumindest grob aufbereitet werden, wobei mit mechanischen
Mitteln, wie Hammermühlen große Sandklumpen zerschlagen werden, über
Magnetabscheider Gußreste ausgetragen werden und über Windsichter
die bei der mechanischen Aufbereitung anfallenden Staubkomponenten
abgetrennt werden, bevor nach gegebenenfalls weiteren mechanischen
Behandlungsstufen eine thermische Aufbereitung des Altsandes
vorgenommen werden kann.
Bei einer Vielzahl industrieller Verfahrensabläufe finden Wirbelschichtprozesse
Anwendung, bei denen innerhalb eines Wirbelschichtofens
aus Staub- bzw. fein- bis grobkörnigen Feststoffen und einem
von unten eingeblasenen Anström- oder Wirbelgas eine Wirbelschicht
ausgebildet wird, in welcher sowohl exotherme als auch endotherme
Prozesse ablaufen. Als feinkörnige Feststoffe für die Vorgabe
exothermer Reaktionen wird beispielsweise staubförmige Kohle in die
Wirbelschicht eingebracht. Ein bekanntes Wirbelschichtenverfahren
mit exothermer Reaktion, bei der jedoch kein Brennstoff in Form
eines Feststoffes für die Beheizung der Wirbelschicht eingesetzt
wird, ist die Abröstung sulfidischer Erze, wie Pyrite, Bleiglanz
oder Zinkblende innerhalb einer solchen Wirbelschicht. Bekannte
Wirbelschichtprozesse mit endothermer Reaktion sind die Trocknung,
Kalzinierung, Sinterung von staubförmigen bis körnigem Schüttgut.
Bei einem bekannten Verfahren zur Übertragung der in der Wirbelschicht
eines Wirbelschichtofens anfallenden Wärme auf einen wärmeverbrauchenden
Prozeß (DE 32 32 481 A1) finden die exothermen und
endothermen Prozesse innerhalb des Wirbelschichtofens getrennt
voneinander statt. Hierfür wird innerhalb des Wirbelschichtofens im
Bereich des Ofenbodens eine Wirbelschicht aus eingebrachtem
Rieselstoff, wie Kohle, Müll, metallischen Stäuben oder dergleichen,
für einen exothermen Verbrennungsvorgang ausgebildet. Der
Ofenboden ist als Begasungsboden ausgebildet und besitzt mittig am
Ende eines sich konisch verjüngenden Abschnittes eine Austragsöffnung
für das Reaktionsprodukt. Rieselfähige Feststoffe, wie
beispielsweise zu glühender harzhaltiger Altsand, aber auch Quarzsand
oder Ton wird über ein als Wärmetauscher wirkendes Rohrsystem
innerhalb des Wirbelschichtofens durch diesen hindurchgeleitet, um
schließlich einem externen Sammelbehälter zugeführt zu werden, aus
dem das Regenerat dann abgezogen werden kann. Diese bekannte
Wirbelschichtofenanordnung ist besonders geeignet zum Aufbereiten
oder Umwandeln von spezifisch schweren Stoffen, so z. B. für die
Abröstung sulfidischer Erze. Gleichermaßen läßt sich das bekannte
Verfahren bei entsprechend abgewandeltem Vorrichtungsaufbau zur
Aufbereitung und Umwandlung spezifisch leichter Stoffe, so z. B. von
harzhaltigen Bindemitteln oder Bindemittelresten, so wie sie Altsand
anhaften, einsetzen.
Unabhängig hiervon gehört es auch zum Stand der Technik kohlenstoffhaltige
Materialien in Feuerungen mit stationärer Wirbelschicht
zu verbrennen. Beim Betrieb der Feuerung wird Festmaterial
aus der Wirbelschichtbrennkammer abgezogen, und zwar das aus der
Asche und dem verwendeten Inertmaterial, wie beispielsweise
Quarzsand bestehende Bettmaterial insgesamt. Dieses Material enthält
Feinanteile, die der Wirbelschicht erneut zugeführt werden
können (DE PS 31 07 355).
Aus der GB 20 77 614 A ist eine Vorrichtung bekannt, bei der das
abgezogene Material einer Windsichtung unterzogen wird, wobei die
Luft vor dem Zusammenführen mit dem Material von zumindest einem
Teil des Festmaterials direkt erwärmt wird. Nach dem Zusammenführen
mit dem abgezogenen Wirbelschichtmaterial nimmt die Luft von diesem
Wärme auf, wonach sie mit dem Feinanteil des Schichtmaterials über
ein zusätzlich durch Luft beaufschlagtes Förderrohr dem Brennraum
der Wirbelschichtfeuerung wieder zugeführt wird.
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der vorliegenden
Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Inertisierung von
Stäuben aus dem in Gießereien anfallendem Altsand zu schaffen, wie
sie bei der Wiederaufbereitung durch das Trennen von Guß und Sand,
das Sieben, Klassieren, Mischen und dergleichen mechanische Zerkleinerungsmaßnahmen
entstehen, wobei gleichzeitig eine Minimierung
der Energiebilanz ermöglicht werden soll.
Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im
Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale erreicht.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen dieser Verfahrensweise
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Dadurch, daß der bei der mechanischen Vorreinigung des Altsandes
anfallende Staub mit einem erheblichen Anteil an organischen
brennbaren Komponenten vor der thermischen Aufbereitung des Sandes
abgetrennt wird, erhält man ein staubförmiges Material mit
exothermer Energiebilanz. Die thermische Aufbereitung des Altsandes
erfolgt nach der Abtrennung der anfallenden Staubkomponenten in
einem Wirbelschichtofen, wobei der Altsand selbst die Wirbelschicht
bildet. Die endotherme Aufbereitung des Altsandes geschieht in
vorteilhafter Weise unter Ausnutzung des exothermen Prozesses der
Verbrennung der organischen Staubkomponente innerhalb der Wirbelschicht.
Die nicht brennbaren Komponenten des Staubes werden hierbei
spätestens in der oberhalb der Wirbelschicht liegenden Nachverbrennungszone
des Wirbelschichtofens inertisiert. Die dieser
thermischen Aufbereitung vorgeschaltete mechanische Aufbereitung des
Sandes ermöglicht für den erfindungsgemäßen Verfahrensablauf eine
einfache Abtrennung der Stäube, etwa durch Absaugen und Abscheiden
derselben in an sich bekannten Filteranlagen. Die Stäube bestehen im
wesentlichen aus einer feinkörnigen Quarzfraktion, gegebenenfalls
aus anderen anorganischen Stoffen, wie Tonpartikeln und aus einer
nicht unerheblichen organischen Komponente aus staubförmigen Harzverbindungen.
Derartige Staubgemische müßten, würden sie nicht in
den Verfahrenskreislauf rückgeführt, Sonderdeponien zugeführt
werden, das heißt, sie sind nur mit erheblichem Kostenaufwand zu
entsorgen. Die erfindungsgemäße Inertisierung der Stäube macht das
Verbringen derselben auf Sondermülldeponien überflüssig und
verbessert darüberhinaus die Energiebilanz für den thermischen
Aufbereitungsschritt des Altsandes erheblich.
Das Einblasen der Stäube, so wie sie aus dem Sandkreislauf einer
Gießerei gewonnen werden, erfolgt auf einfache Weise über den Boden
des Wirbelschichtofens in die Wirbelschicht mittels über Wärmetauscher
vorgewärmte Luft als Transportmittel, die als Anströmgas
für die Wirbelschicht dient. Damit ist eine direkte Nutzung der
brennbaren Bestandteile der Stäube zur Substitution der Primärenergie
für die Beheizung des Wirbelschichtofens gegeben. Die
Inertisierung des eingeblasenen Staubes, soweit es sich hierbei um
unbrennbare Komponenten handelt, erfolgt somit praktisch gleichzeitig
mit der thermischen Regeneration des Gießerei-Altsandes. Die
Abwärme des Wirbelschichtofens wird zur Vorwärmung der Einblasluft
verwendet.
Die beiliegende Zeichnung zeigt eine beispielsweise Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anhand derer
nachfolgend die Erfindung näher erläutert werden soll.
Wie aus der Darstellung zu entnehmen, teilt sich der Innenraum des
Wirbelschichtofens in die untere Wirbelschicht 4 und den oberen
Nachverbrennungsraum 3, wobei in üblicher Weise die Wirbelschicht
von der Anströmkammer für das Wirbelgas durch einen Siebboden oder
dergleichen Lochplatte getrennt ist. Der aus der nicht dargestellten
mechanischen Vorreinigung gewonnene Altsand, der zuvor von
der Feinkorn-Komponente bzw. dort angefallenen Stäuben befreit
worden ist, wird über eine Dosiervorrichtung 2 in der dargestellten
Weise in den Wirbelschichtofen eingebracht. Der Altsand selbst gibt
somit die Wirbelschicht 4 vor, dessen Verweilzeit innerhalb des
Ofens so gesteuert wird, daß die an diesem noch anhaftenden
brennbaren Binderreste innerhalb der Wirbelschicht 4 verbrannt
werden, gegebenenfalls eine Kalzinierung erfolgt. Das bei dieser
thermischen Regenerierung anfallende Regenerat 5 wird aus dem Ofen
ausgetragen, um so der Neubildung von Gießereiformen zur Verfügung
zu stehen.
Während der Anfahrphase des Wirbelschichtofens 3, 4 wird zunächst
eine Sandschicht im Ofen bis zur Erreichung einer vorgebenen
Solltemperatur von im allgemeinen 500°C bis 900°C mittels Fremdenergie
über ein Brenngas aufgeheizt, welches über ein Ventil 15
dosierbar in einen mittels Ventilator 14 beschleunigten Anstrom
gegeben wird. Nach Erreichung der Solltemperatur innerhalb der
Wirbelschicht 4 wird der aus dem Sandkreislauf gewonnene Staub über
eine Staubaufgabe 6 und eine dosierende Zuführung 7 sowie ein
Zwischensilo 9 von unten her in die Wirbelschicht 4 eingebracht. Als
Transportmittel für den Staub durch eine Rohrleitung 10 dient
hierbei Luft die mittels eines Wärmetauschers 11 vorgewärmt worden
ist. Der Wärmetauscher 11 ist einerseits mit dem Auslaß der Nachverbrennungskammer
3 des Wirbelschichtofens verbunden und andererseits
mit einem Gebläse 8 über das Frischluft zugeführt wird, die den
Wärmetauscher dann in der gewünschten vorgewärmten Form über die
Rohrleitung 10 verläßt. Die abgekühlte Heißluft aus dem Wirbelschichtofen
wird vom Wärmetauscher 11 einem Abscheider 12 zugeführt,
der beispielsweise ein Zyklonabscheider oder eine geeignete
Filtervorrichtung sein kann, mittels welcher die inertisierten bzw.
kalzinierten Stäube vor dem Ausbringen der Abluft über einen
Ventilator 13 in die Umwelt gereinigt werden.
Vom Zwischensilo 9, wird der Staub mit seinen organischen brennbaren
Bestandteilen über speziellen Lanzen oder dergleichen in die
Rohrleitung 10 zur Bildung eines brennbaren Staubluftgemisches eindosiert.
Je nach gegenwärtigem Heizwert des Staubes kann das Brenngas
über das Ventil 15 gedrosselt bzw. ganz abgeschaltet werden, so
daß die Beheizung der Wirbelschicht und die Aufrechterhaltung der
Solltemperatur in derselben ausschließlich über den Staub erfolgt.
Die hierfür erforderliche temperaturabhängige Dosierung kann über
eine an sich bekannte Rückkopplungsschaltung gesteuert werden. In
dem Abscheider 12 gewonnener inertisierter Staub wird über eine
Zellenradschleuse oder dergleichen Vorrichtung aus dem beschriebenen
Rohrsystem ausgetragen und in einem Container 17 gesammelt. Diesem
Sammelgefäß kann beispielsweise ein Pelletisiermischer beigegeben
sein oder er kann als solcher ausgebildet werden.
Der durch die Wirbelschicht 4 beim Hindurchführen verbrennende über
die Leitung 10 zugeführte Staub ist in der Nachverbrennungskammer 3
einer Nachverbrennung unterworfen, so daß in jedem Fall sichergestellt
wird, daß er den Wirbelschichtofen in vollständig
inertisierter Form verläßt.
Claims (5)
1. Verfahren zum thermischen Regenerieren von in Gießereien
anfallendem Altsand, sowie zur Behandlung der im
Sandkreislauf anfallenden Stäube, unter Verwendung
eines Wirbelschichtofens mit einer Wirbelschicht und
einem Nachverbrennungsraum sowie einem abluftseitigen
Wärmetauscher,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Beheizung der auf Reaktionstemperatur gebrachten Wirbelschicht
wenigstens zu einem erheblichen Teil mit der bei der
mechanischen Aufbereitung des Altsandes gewonnenen organischen
Staubfraktion vorgenommen wird, daß die nicht brennbaren
Komponenten der Staubfraktion spätestens in der Nachverbrennung des
Wirbelschichtofens durch Sinter- und/oder Kalzinierungsprozesse
inertisiert werden und daß das Regenerat und der über den
Wärmetauscher gegebene inertisierte Staub getrennt aus dem Verfahrensablauf
ausgebracht werden.
2. Verfahrensanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Staub
temperaturabhängig dosiert in die Wirbelschicht eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Staub mittels
über Wärmetauscher vorgewärmter Luft in die Wärmeschicht eingeblasen
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmung und
Zündung bzw. Verbrennung des brennbaren Anteils des Staubes in der
Wirbelschicht und die Nachverbrennung in der oberhalb der Wirbelschicht
befindlichen Nachverbrennungskammer erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Anfahren des
Wirbelschichtofens bis zur Aufheizung der Wirbelschicht auf die
Reaktionstemperatur mittels Fremdenergie, etwa mit Brenngas vorgenommen
wird.
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