DE4102189A1 - Verfahren und vorrichtung zur eingabe reagierender substanzen in einen schmelzofen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur eingabe reagierender substanzen in einen schmelzofenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ver
fahren und eine Vorrichtung zur Eingabe reagierender Sub
stanzen, insbesondere pulverige Feststoffe und Reaktionsgas,
in einen Schmelzofen, so daß das Temperaturprofil der Reak
tionszone im Schmelzofen im Hinblick auf die Strukturmate
rialen der Reaktionszone sowie des Schmelzergebnisses vor
teilhaft verändert wird.
Während reagierende Substanzen in einen Suspensions
schmelzofen eingegeben werden, wird die Suspension vorteil
hafterweise in einem geeigneten Reaktionsraum erzeugt. In
diesem Fall werden die pulverigen Feststoffe und das Reak
tionsgas in dem Reaktionsraum gemischt. Auf diese Weise
wird der Stoffübergang zwischen den reagierenden festen
Partikeln und dem umgebenden Gas im Reaktionsraum selbst
so intensiv wie möglich gemacht, weil die Geschwindigkeits
differenz zwischen dem Reaktionsgas und den pulverigen Fest
stoffen gleichfalls so groß wie möglich gemacht wird.
Das Bilden der Suspension in dem Reaktionsraum selbst
ist aus dem finnischen Patent 57 786 bekannt, gemäß dem eine
pulverige Substanz mittels Teilströmen, die auf
eine geneigte Fläche fallen, in einen nach unten gerich
teten, ringförmigen Festmaterial-Strom gewendet werden. Das Reak
tionsgas wird in einer speziellen Turbulenzkammer in eine
Hochgeschwindigkeits-Drehbewegung versetzt. Über ein dros
selndes Stabilisierungsbauteil, das am Ende der Turbulenz
kammer angeordnet ist, wird dem Gas der Austritt parallel
zu seiner Rotationsachse, in den ringförmigen Strom der
pulverigen Substanz ermöglicht, und zwar im wesentlichen
parallel zur Achse dieses Stroms. Aus dieser Öffnung, die
sich direkt in den Reaktionsraum öffnet, tritt der turbulen
te Hochgeschwindigkeits-Strahl in Form eines Konus aus,
dessen Öffnungswinkel innerhalb des Bereichs von 15°-180°
eingestellt werden kann, und trifft mit einer hinreichenden
Geschwindigkeitsdifferenz richtig auf den pulverigen Strom
in dem Reaktionsraum.
Das FI-Patent 63 259 beschreibt gleichfalls ein Ver
fahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Suspensions
strahls einer pulverigen Substanz und eines Reaktionsgases
in einem Reaktionsraum. Gemäß dem FI-Patent wird der gleich
förmige Reaktionsgasstrom in wenigstens drei Teilströme
aufgeteilt, deren Richtung um 30°-90° abgelenkt wird,
um im wesentlichen parallel mit der Zentralachse des Reak
tionsraums zu liegen. Gleichzeitig wird die Geschwindigkeit
der Teilströmungen erhöht. Die erhaltenen Reaktionsgas-Teil
strömungen strömen so aus, daß sie mit minimalem Druckver
lust als ringförmiger Strom den Fluß der pulverigen Substan
zen umgeben, die innerhalb der Strömung eingespeist werden.
Dieser Fluß pulveriger Substanzen strömt so aus, daß er
sich wirkungsvoll mit dem Reaktionsgas-Strahl mischt, der
als ganzes nicht gedreht wird, um einen turbulenten aber
kontrollierten Suspensionsstrahl zu erzeugen, der für die
Reaktion notwendig ist.
In der finnischen Patentanmeldung 8 82 463, dem nächst
kommenden Stand der Technik, wird ein Konzentratbrenner
beschrieben, in dem eine röhrenförmige Konzentratrutsche
vertikal entlang der Zentralachse des Brennergehäuses aufge
hängt ist. Der Bodenteil des Brennergehäuses ist hornförmig,
wohingegen das Bodenende der Rutsche so angeordnet ist,
daß es leicht über den hornähnlichen Bodenteil des Brenner
gehäuses hinausragt. Zudem ist der Konzentratbrenner entlang
der Zentralachse der Konzentratrutsche mit einem zusätzli
chen Brennstoffbrenner versehen, so daß die Reaktionsluft,
die durch einen Luftkanal zugeführt wird, durch den hornför
migen Teil gegen das Festmaterial geblasen wird, das in
der Konzentratrutsche nach unten fällt. Um eine ausreichende
Geschwindigkeit der Reaktionsluft beizubehalten, ist weiter
hin in dem Konzentratbrenner eine konische Strömungsleit
einrichtung in den hornförmigen Teil installiert, wobei
die Strömungsleiteinrichtung am Ende des zusätzlichen Bren
ners befestigt ist.
Weiterhin führt die FI-Patentanmeldung 8 82 463 eine
Verbesserung des oben beschriebenen Konzentratbrenners ein.
In diesem neuen Konzentratbrenner werden sowohl der zusätz
liche Brennstoff als auch das Reaktionsgas bezüglich zur
Konzentratzuführung mittig direkt in den Reaktionsraum ein
gespeist. Um dem Konzentrat eine bestimmte Richtung zu geben
und um Verstopfung des Reaktionsgasrohrs zu vermeiden, ist
an der äußeren Kante des Reaktionsgasrohrs eine konische
Strömungsleiteinrichtung installiert, durch welche das Kon
zentrat von der Mündung des Reaktionsgasrohrs weg zum Umfang
des Reaktionsraums gerichtet wird.
Aus dem US-Patent 42 10 315 ist eine Vorrichtung
bekannt, in der eine Suspension aus einem pulverigen Fest
stoff und einem Reaktionsgas gebildet wird, indem der Fest
stoff bezüglich zur Reaktionsgaszuleitung mittig in den
Reaktionsraum eingeleitet wird. Koaxial innerhalb des Fest
stoff-Zuführrohrs ist gleichfalls ein Gas-Zuführrohr instal
liert, welches am unteren Ende des Feststoff-Zuführrohrs
konisch ausgebildet ist, so daß das Gas durch Ausströmlöcher
im Boden des Konus ausströmt. Das durch die Ausströmlöcher
eintretende Gas bewirkt, daß der Feststoff, der entlang
der konischen Fläche fällt, in Richtung zur Reaktionsgas-
Zone zum Umfang des Reaktionsraums geleitet wird.
Indem die Suspension aus Feststoff und Reaktionsgas
entsprechend den Methoden nach dem Stand der Technik gebil
det wird, besteht das Problem auch darin, daß in der Mitte
des Reaktionsraums, wo die Reaktionsgasmenge nicht ausrei
chend ist, eine beträchtliche Menge Feststoff übrig bleibt.
Dies führt zu Überreaktionen in den Randbereichen des Reak
tionsraums, wohingegen der Feststoff in der Mitte der Reak
tionskammer unvollständig reagiert. Als Ergebnis sammeln sich
die nicht-reagierten Feststoffe im Bodenteil des Reaktions
raums, sofern nicht die Temperatur erhöht wird. Eine Erhö
hung der Temperatur bedeutet jedoch eine Belastung sowohl
für die Auskleidung des Reaktionsraums als auch für die
Heizelemente.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Be
seitigung einiger der Nachteile des Stands der Technik und
die Schaffung eines verbesserten und betrieblich sichereren
Verfahrens und einer Vorrichtung zur Einspeisung pulveriger Fest
stoffe und eines Reaktionsgases in einen Reaktionsraum,
so daß das Temperaturprofil des Reaktionsraums sowohl für
die Dauerhaftigkeit des Reaktionsraums als auch für das
Schmelzergebnis vorteilhaft gemacht werden kann. Die wesent
lichen neuen Merkmale gehen aus den beigefügten Patentan
sprüchen hervor.
Um eine Suspension herzustellen, werden
gemäß der Erfindung der pulverige Feststoff und das Reak
tionsgas durch Einsatz wenigstens einer Zuführöffnung,
die vorteilhafterweise in dem oberen Teil des Reaktionsraums
gebildet ist, zugeführt. Mittels der Bauteile, die mit der
Zuführöffnung verbunden sind, wird das zugeführte Reak
tionsgas in zwei Teilströme aufgeteilt, so daß die Zuführung
des Feststoffs in den Bereich zwischen diesen beiden Teil
strömen stattfindet. Demnach wird ein Teil des Reaktionsga
ses innerhalb der Feststoff-Zuführung, und ein anderer Teil
außerhalb der Feststoff-Zuführung in die Mitte des Reak
tionsraums eingespeist. Sowohl das Feststoff-Zuführungsbau
teil als auch das Reaktionsgas-Zuführungsbauteil, das inner
halb des Feststoff-Zuführungsbauteils angeordnet ist, sind
mit zusätzlichen Bauteilen versehen, um die reagierenden
Substanzen vorteilhafter in den Reaktionsraum
zu leiten. Somit fällt das Reaktionsgas, das von innerhalb
der Feststoff-Zuführung eintritt, vorteilhafterweise direkt
in einen Bereich, wo normalerweise eine hohe Suspensions
dichte herrscht und wo das Reaktionsgas mager eintritt.
Daher kann die Reaktionsrate des Feststoffs in der Mitte
des Reaktionsraums ohne Temperaturerhöhung des Reaktions
raums wesentlich gesteigert werden. Indem nur ein Teil des
Reaktionsgases in Bezug zum Feststoff-Zuführungspunkt, von
außerhalb zugeführt wird, wird eine mögliche Überreaktion
in den Randbereichen des Reaktionsraums verhindert und die
Dichte der Suspension aus dem Feststoff und dem Reaktions
gas ist im wesentlichen homogen gemacht. Durch Aufteilung
der Reaktionsgaszuführung in zwei Ströme gemäß der Erfin
dung, wird das Temperaturprofil der Reaktionskammer vorteil
hafter gemacht als gemäß dem Stand der Technik, weil das
Verbrennen des Feststoffs auch im inneren Teil der Sus
pension einsetzt. Gleichzeitig wird die Temperatur der Rand
bereiche der Reaktionskammer abgesenkt, weil der Sauerstoff
inhalt des Reaktionsgases während der verminderten Reak
tionsgaseinspeisung in die Randbereiche vermindert ist.
Die Verbrennung des Feststoffs, die im inneren Teil der
Suspension stattfindet, erzeugt weiterhin in der Mitte des
Reaktionsraums eine heiße Zone, welche die Ansammlung von
Material am Einspeispunkt verhindert.
Mittels der Erfindung wird die Mischung des Fest
stoffs mit dem Reaktionsgas verbessert, weil das Reaktions
gas in die Mitte der Suspension gebracht wird. Darüber hin
aus führt die heiße Zone in der Mitte des Reaktionsraums
zu einer kräftigen Expansion des Reaktionsgases, wodurch
die Feststoffe aus der Mitte des Reaktionsraums zur Peri
pherie gedrückt werden.
Auf Grund des Einflusses des Reaktionsgases, das
gemäß der Erfindung in die Mittensektion des Reaktionsraums
eingeleitet wird, findet die Reaktion des Feststoffs inner
halb der Suspension weiter oben statt. Weiterhin kann die
Reaktionshitze, die innerhalb der Suspension erzeugt wird,
effektiv zum Schmelzen der Feststoffe genutzt werden, wo
durch die Reaktionstemperatur nicht durch Wärmeverluste
verbraucht wird. Darüber hinaus ist der Wirkungsgrad des
in den inneren Teil der Suspension geleiteten Reaktionsgases
sehr hoch, weil die Reaktionsgase die Abgase aus dem Reak
tionsraum nur durch die Feststoffe erreichen.
Die Erfindung wird nachfolgend detaillierter in Bezug
auf die beigefügte Zeichnung erklärt, welche eine Darstel
lung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung
in einem seitlichen Teilquerschnitt ist.
Gemäß der Zeichnung ist in dem oberen Teil des Reak
tionsraums eines Suspensionsschmelzofens, d.h. im oberen
Teil des Reaktionsschachts 1 eine Zuführöffnung 9 für die
reagierenden Substanzen angeordnet, so daß sowohl das fein
zerteilte Konzentrat, das als Feststoff dient, als auch
das Sauerstoff enthaltende Gas, das als Reaktionsgas dient,
durch das Dach 2 des Reaktionsraums frei in die Reaktions
kammer 1 fließen können. Mittels Bauteilen, die an der
Zuführöffnung 9 angeordnet sind, wird der Feststoff durch
den Kanal 3 in den Reaktionsraum 1 geleitet. Während der
Feststoff durch den Kanal 3 fällt, kommt er in Kontakt mit
der konischen Fläche 4, die in der Mitte des Kanals 3 ange
ordnet ist, so daß die festen Materialien ihre Richtung
zu dem Umfang des Reaktionsraums ändern.
Das Reaktionsgas wird in den Reaktionsraum 1 gelei
tet, so daß wenigstens die Hälfte des Reaktionsgases, vor
teilhafter Weise 50-90%, durch den Kanal 5 in den Reak
tionsraum des Suspensionsschmelzofens geleitet wird. Der
Kanal 5 ist in der Zuführöffnung 9 installiert, so daß das
Reaktionsgas von der Außenseite des Feststoff-Kanals 3 in
den Reaktionsraum 1 geleitet wird. Somit wird das mittels der
konischen Fläche 4 geleitete feste Material mit dem Reaktionsgas
in Kontakt gebracht. Der Rest des Reaktionsgases, mindestens
10%, vorteilhafter Weise 10-50% wird durch den Reaktions
gas-Kanal 6, der innerhalb des Feststoff-Kanals 3 angeordnet
ist, in den Reaktionsraum 1 geleitet. Am unteren Ende 7
des Reaktionsgas-Kanals 6 ist im Inneren eine mittig instal
lierte konische Fläche 8 angeordnet. Sowohl der Reaktions
gas-Kanal 6 als auch die konische Fläche 8 erstrecken sich
über das untere Ende des Feststoff-Kanals 3 hinaus zu einem
niedrigeren Pegel. Somit wird das Reaktionsgas, das durch
den Reaktionsgas-Kanal 6 geleitet wird, in Richtung der
fallenden Feststoff-Partikel eingeleitet, so daß die noch
unreagierten und/oder teilweise reagierten Feststoff-Parti
kel in den Einflußbereich der neuen Reaktionsgas-Front gezo
gen werden.
Indem die Reaktionsgaszuführung gemäß der Erfindung
in zwei Teile aufgeteilt wird, indem zwei Reaktionsgas-
Kanäle 5 und 6 verwendet werden, wird das zwischen diesen
zwei Kanälen 5 und 6 eingespeiste feste Material in Kontakt
mit den Reaktionsgas-Fronten gebracht, die sowohl vom Umfang
als auch von der Mitte des Reaktionsraums eintreten. Daher
wird das Temperaturprofil des Reaktionsraums 1 vorteilhaft
gemacht, da die in der Reaktion freigesetzte Wärme zu einer
schnellen Erhitzung des Reaktionsgases führt, welches in
die Mittelsektion des Reaktionsraums eingeleitet wird, und
dadurch die Reaktionsgeschwindigkeit der festen Partikel
verbessert. Folglich kann die Wärme, die in der Reaktion
freigesetzt wird, bereits im oberen Teil des Reaktionsraums
genutzt werden, ohne daß die Temperatur extern erhöht wird.
Claims (11)
1. Verfahren zur Einleitung von Reaktionssubstanzen,
insbesondere pulverige Feststoffe und Reaktionsgas, in einen
Schmelzofen, vorteilhafterweise in den oberen Teil des Reak
tionsraums des Schmelzofens,
dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas
in den Reaktionsraum (1) durch wenigstens eine Zuführöffnung
(9) eingeleitet wird, und daß das durch diese Zuführöffnung
eingeleitete feste Material in den Reaktionsraum aus einem Bereich zwi
schen den zwei Teilströmen der aufgeteilten Zuführströmung
des Reaktionsgases eingeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die
Hälfte des Reaktionsgases von außerhalb der Festmaterial-
Zuführströmung eingeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß 50-90% des
eingeleiteten Reaktionsgases von außerhalb der Festmaterial-
Zuführströmung eingeleitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 10%
des eingeleiteten Reaktionsgases von innerhalb der Fest
material-Zuführströmung eingeleitet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete
Reaktionsgas Sauerstoff-enthaltendes Gas ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete
Festmaterial ein pulveriges Konzentrat ist.
7. Vorrichtung zur Realisierung des Verfahrens nach
Anspruch 1, welche vorteilhafterweise im oberen Teil des
Reaktionsraumes des Schmelzofens Bauteile zur Einleitung
des Reaktionsgases und des festen Materials in den Schmelz
ofen aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzofen
zur Einleitung der Reaktionssubstanzen wenigstens eine Zu
führöffnung (9) enthält, welche mit einem Festmaterial-Zuführ
kanal (3) und Kanälen (5, 6) versehen ist, zur Einleitung
des Reaktionsgases sowohl in der Mitte als auch von außer
halb der Festmaterial-Zuführung.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem Mittel
teil des Festmaterial-Zuführungskanals (3), der an der Zu
führöffnung (9) vorgesehen ist, ein Reaktionsgas-Zuführkanal
(6) installiert ist, der sich bezüglich des Festmaterial-
Zuführkanals (3) auf ein tieferes Niveau erstreckt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Fest
material-Zuführkanal (3) als auch der Reaktionsgas-Zuführkanal
(6) mit konischen Flächen (4, 8) versehen sind, um das zuge
führte Material auf vorteilhafte Weise in den Reaktionsraum
zu leiten.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, daß an dem unteren
Ende (7) des Reaktionsgas-Zuführkanals (6) eine konische
Fläche (8) zentrisch bezüglich des Zuführkanals angeordnet
ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die konische
Fläche (8) des Reaktionsgas-Zuführkanals (6) sich bezüglich
des Reaktionsgas-Zuführkanals (6) auf ein tieferes Niveau
erstreckt.
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