DE4300235A1 - Verfahren und Schrägetagenofen zum Brennen von stückigen oder körnigen Schüttgütern, wie Kalkstein, Dolomit oder sonstigen karbonatischen Gesteinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Schrägetagenofen zum Brennen von feinkörnigen oder stückigen Schüttgütern, wie Kalkstein, Dolomit oder sonstigen karbonatischen Gesteinen.

Schrägetagenöfen wurden entwickelt, um feinkörniges oder stückiges Brenngut mittels Gas, Öl oder Kohlenstaub in der Form zu brennen, daß diese Brennstoffe über eine bestimmte Formgebung des Ofens sich hier bildenden Brennraumes gegenüber der Schüttungsschräge seitlich einge­ bracht werden. Hierbei hat sich jedoch gezeigt, daß bei einem bekannten Schrägetagenofen mit einer Brennschräge der größte Teil des Brennberei­ ches aus Mauerwerk besteht und hierbei erhebliche Wärmeverluste durch große Wandoberflächen entstehen. Diese Verluste können nicht durch höhere Isolierung kompensiert werden, da bei den üblichen Brennraumtem­ peraturen sonst das Isoliermauerwerk zerstört würde.

Der Ofen besteht aus Vorwärm-, Brenn-, Nachentsäuerungs- und Kühlzone und wird als kombinierter Druck-/Saugzugofen betrieben. Die erforderli­ che Ofendruckregelung auf ca. Δp ≦ 0 in der Brennzone zur Minimierung des Falschlufteintritts im Bereich der Schubstößel wird über die Regelung der Volumenströme für Kühlluft und Abgas vorgenommen.

Zur Vermeidung einer unkontrollierten Materialsetzbewegung auf der Böschungsschräge in der Brennzone infolge unterschiedlicher Körnungen und Aufgabeprodukte sowie Schwankungen im Brenngut sind jeweils vor den Schubstößeln Brennerbalken angeordnet, die eine Vergleichmäßigung des zu brennenden Gutes gewährleisten. Diese Einrichtungen werden mittels Luft gekühlt und aufgeheizt als Primärluft den Brennern zugeführt.

Die zur Kalkkühlung erforderliche Luft wird oberhalb der Austragung in die Kühlzone eingeblasen, unterhalb der Nachentsäuerungszone dem Kühlschacht entnommen und als aufgeheizte Sekundärluft ebenfalls den Brennern zugeleitet.

Die Abgase aus der Brennzone gelangen über isolierte Rohre unten in den Vorwärmschacht, durchströmen diesen und werden am Kopf des Schachtes unter Zwischenschaltung eines Filters mittels Abgasventilator dem Ofen entnommen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das vorstehend beschriebene Verfahren in der Form weiter zu entwickeln, daß beim Brennen von körni­ gen oder stückigen Schüttgütern, wie Kalkstein, Dolomit oder sonstigen karbonatischen Gesteinen, die Wärmewirtschaft verbessert, zwei unter­ schiedliche Kornfraktionen gleichzeitig gebrannt und die Leistung des Ofens durch konstruktive Veränderung der Brennzone verdoppelt werden kann.

Diese Aufgaben werden durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vor­ teilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen auf­ geführt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die eine Brennschräge des be­ kannten Etagenofens durch konstruktive Umgestaltung der Brennzone in der Form auf zwei Brennebenen erweitert, indem die zweite Ebene der ersten gegenüberliegend angeordnet wird. Diese Lösung bringt unter entsprechen­ der Wärmezufuhr eine Verdoppelung der Leistung. Gleichzeitig wird durch Eliminierung der in diesem Bereich sonst üblichen Ofenwand die Wärmeab­ gabe nach außen reduziert und die spezifischen Baukosten pro Tonne Pro­ dukt reduziert.

Durch diese Formgebung bildet sich ein großer V-förmiger Brennraum, der auch die Verbrennung von Brennstoffen mit langer Flammenbildung (Schweröl, Kohlenstaub) erlaubt. Dabei erfolgt die Brennstoffzufuhr zen­ trisch auf die V-förmige Spitze der sich bildenden Materialböschung.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist weiterhin die Möglichkeit gege­ ben, differenzierte Kornfraktionen zu brennen. Bekanntlich erfordern unterschiedliche Korngrößen auch unterschiedliche Brennzeiten für die Entkarbonisierung. Daher werden meistens enge Kornbandbreiten einge­ setzt, bevorzugt im Verhältnis ≦ 1 : 2.

Da bei konventionellen Öfen - abgesehen von den wärmewirtschaftlich ungünstigen Drehrohröfen - erst oberhalb 30 bis 50 mm Korngröße Steine gebrannt werden, bei der Gewinnung jedoch etwa ein Teil von ca. 30% < 30 mm anfällt, ist es zur weitestgehenden Ausnutzung des kleinstücki­ gen Haufwerks bei der Steingewinnung wirtschaftlich notwendig, möglichst viel des unteren Kornbandes zum Brennen einzusetzen. Dieses ist durch das erfindungsgemäße Verfahren mit zwei Vorwärmschächten unterschiedli­ cher Körnungen gegeben. Vorzugsweise wird hierbei an den Einsatz der Kornfraktionen 8/16 und 16/32 gedacht. Größere Körnungen erfordern längere Verweilzeiten, besonders in der Brennzone, die über den Schubzy­ klus der Austragstische gesteuert werden.

Ein bevorzugtes Merkmal dieser Erfindung besteht darin, daß die bei die­ ser Verfahrenslösung in der Anordnung der Brennstoffzufuhr in der Ofen­ decke ein- oder zweireihig Brenner angeordnet werden, die mit einem oder unterschiedlichen Brennstoffen wahlweise betrieben werden können, um sich jeweils den günstigsten Brennstoffpreisen anzupassen. Diese Lösung erweist sich weiterhin insofern als günstig, da - wie bei vielen anderen Ofentypen notwendig - keine Brennmuffeln erforderlich werden, da der in der Sekundärluft enthaltene Staub durch die Drallbewegung der Luft nicht an umgebendes Mauerwerk ausgeschleudert werden kann und somit auch keine Schmelzbildung in der Muffel mit den Problemen der Beseitigung entsteht.

Eine weitere Besonderheit dieser Erfindung besteht darin, bei einer Ofenfahrweise mit gleichzeitig zwei unterschiedlichen Kornfraktionen den Wärmestrom über die Brennstoffzufuhr und der Gasführung so zu re­ geln, wie es die empirisch ermittelte Oberflächentemperatur bei konstan­ ter Ofenleistung verlangt. Hierzu ist es erforderlich, daß der Ofenseite mit der kleineren Steinkörnung aufgrund der kürzeren Dissoziationszeit weniger Wärme zugeführt wird als dem größeren Korn der gegenüberliegen­ den Brennseite und damit den Wärmestrom entsprechend den Erfordernissen der Steinentsäuerung in den Ebenen dem Bedarf anzupassen. Dieses kann vorzugsweise durch die Regelklappen im Abgasstrom zwischen Vorwärmer und Gebläse bzw. durch die Abgasgebläse selbst, wenn jedem Vorwärmschacht ein Ventilator zugeordnet wird und in der Drehzahl variabel ist. Die Regelklappen- bzw. Ventilatorsteuerung erfolgt zweckmäßigerweise durch Erfassung der Gesteinsoberflächentemperatur, deren Abweichung vom Soll­ wert den Impuls für die Regelung gibt. Es hat sich ferner als vorteil­ haft erwiesen, wenn diese Temperatur vorzugsweise mittels Pyrometer gemessen und dieser Meßwert auch für die Gesamtbrennstoffzufuhr herange­ zogen wird. Dieses ist besonders wichtig beim Brennen von kleinstückigen Steinen, da diese bevorzugt mit Verunreinigungen versehen sind und damit zur Schmelzbildung und Störungen im Ofengang führen.

Eine besondere Verbesserung gegenüber einem bekannten Etagenofen ist gemäß der vorgeschlagenen Erfindung die Ausrüstung der Ofenentleerungs­ einrichtung statt der bisher einen Austragung, mehrere dieser Art am Ofen vorzusehen. Wie die Praxis gezeigt hat, tritt mit einer Entlee­ rungseinrichtung Kernfluß von der Brennzone bis zur Kühlzone ein, d. h. das Material an den Ofenseiten unterliegt länger der Wärmezufuhr, wird somit härter gebrannt und bedingt geringere Reaktivität gegenüber dem Bereich des mittleren Ofens. Die Anzahl der Austragungen wird bestimmt durch die Ofenbreite, wobei der Abstand untereinander nicht größer als 1,5 m sein sollte. Zweckmäßigerweise werden diese Einrichtungen mit einer Austragsschleuse kombiniert, um die Kalkkühlluft = Sekundärluft gezielt dem Ofen zuführen zu können.

Bei den bisher bekannten Etagenöfen wird zur Minimierung des Falschluft­ eintritts an den beweglichen Schubtischen zur Materialförderung im Ofen der Gasdruck im Brennraum auf etwa ≦ 0 mm WS mittels Kühlluft und Abgas­ gebläse geregelt. Diese Art der Steuerung erzeugt im Bereich der Heiß­ gasabsaugung oberhalb der Materialböschung und über den Schubtischen - bedingt durch den Schüttungswiderstand - einen höheren über das Abgas­ gebläse erzeugten Unterdruck als im Brennraum. Dieses führt an den Durchgängen der Schubtische durch die Ofenwand zu Falschluftansaugungen, die die Brenngase abkühlen und damit die für die Aufheizung der Mate­ rialsäule in der Vorwärmzone benötigte Temperatur senken. Außerdem erhöht der Falschluftanteil den spez. Wärmeverbrauch des Ofens durch höhere Abgas­ verluste.

Ein besonders bevorzugtes Merkmal dieser Erfindung besteht darin, die Nullpunkt-Druckregelung zwischen Kühlluft- und Abgasventilator so zu legen, daß dieser Punkt im Durchgangsbereich zwischen Schubtisch und Ofenwand liegt und sich zwischen 0 und - 10 mm WS bewegen kann. Die für den Materialtransport im Ofen benötigte Bewegung der Schubtische erfolgt über zwei jeweils seitlich an den Tischen und außerhalb des Ofens angreifende Hydraulikzylinder, die wegabhängig zeitlich in der Schubbewegung gesteuert werden. Eine weitere Aufgabe dieses vorstehend beschriebenen Verfahrens ist es, den anlagentechnischen Aufwand für den Materialtransport bei zwei Brennebenen zu minimieren.

Dieses wird vorzugsweise in der Form gelöst, daß für die Bewegung der Schubtische in beiden Brennebenen nur ein Hydraulikaggregat installiert und jeweils zwei gegenüberliegende Schubtische mit einer Hydraulikbetä­ tigung, bestehend aus zwei seitlich am Ofenhaus angeordneten Zylindern, bewegt werden. Bei der Fahrweise mit zwei ungleichen Kornfraktionen im Brennraum ist es jedoch wegen der unterschiedlichen Dissoziationszeit des Brenngutes erforderlich, den Schüttungsdurchlauf variabel zu gestal­ ten. Dieses bedingt eine zeitlich unabhängige Betätigung der Schubtische je Brennebene, d. h. mit der doppelten Zahl der Betätigungsorgane gegen­ über Betrieb mit einer Kornfraktion, jedoch mit einem hydraulischen Pum­ penaggregat.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist zur Gewährleistung einer konstan­ ten Durchgasungsstärke der Schüttung die Fixierung der Brennschräge. Dieses wird dadurch erreicht, daß der untere Schnittpunkt der beiden Böschungsschrägen über die Ofenaustragung gesteuert, konstant gehalten wird und über diesen Oberwachungspunkt in Verbindung mit der Zahl der Schubbewegung die Leistung des Ofens beeinflußt werden kann.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der Zeichnung ist in Fig. 1 schematisch ein Eta­ genofen mit zwei Brennschrägen zur Durchführung des geschilderten Ver­ fahrens nach der Erfindung dargestellt.

Der Etagenofen ist in fünf Bereiche unterteilt, dem Füllschacht (A), der Vorwärmzone (B), der Brennzone (C), der Nachentsäuerungszone (D), der Kühlzone (E) und dem Schleusenaustrag (F). Beschickt wird der Ofen über eine Zellenrad- oder Klappenschleuse (1) mit dem wärmemäßig zu behan­ delnden Produkt. Nach dem erfolgten Durchlauf des Schüttgutes mit zwi­ schenzeitlich thermischer Behandlung wird das Fertigprodukt mittels meh­ rerer Schubstößel (2) über Doppelschleusen (3) ausgetragen. Den Trans­ port des Gutes in der Brennzone übernehmen die Schubtische (4), deren Bewegungsfrequenz und Schublänge von den seitlich am Ofen angebrachten Hydraulikzylindern (5) übernommen wird.

Die für die thermische Behandlung des Gutes erforderliche Wärme wird über zentrisch in der Brennraumdecke angeordnete Brenner (6) einge­ bracht. Die zur Verbrennung des Brennstoffes benötigte Luft wird mittels eines regelbaren Gebläses (8) oberhalb der Austragsschleusen in die Kühlzone (E) eingeleitet und oberhalb dieser als Heißluft entnommen, den Brennern (6) als Sekundärluft zugeführt und beaufschlagt zusammen mit dem Brennstoff die Brennzone (C).

Diese durchströmen dann das schrägliegende Materialbett. Über die sich hinter der Schüttung bildenden Hohlräume (7) wird mittels des regelbaren Abgasgebläses (9) die Gase aus Verbrennung und Dissoziation in den unte­ ren Bereich des Vorwärmschachtes (B) gesaugt, durchströmen diesen im Gegenstrom zur Schüttgutbewegung, werden zwischen Vorwärmschacht und Füllschaft (A) und durch einen regelbaren Abgasventilator (9) über Fil­ ter (10) und Filtergebläse (11) gereinigt abgeleitet.

Ein Teil der Sekundärluft kann ggf. geregelt unterhalb der Beschickungs­ schleuse in den Füllschacht geführt werden, durchströmt diesen im Gleichstrom zur Schüttung und gelangt abgekühlt über die Einrichtungen (9), (10) und (11) ebenfalls ins Freie.

Die zur kontrollierten Setzbewegung auf der Böschungsschräge vorgesehe­ nen Hohlkastenbalken werden über Gebläse (13) mit Luft gekühlt und diese als Primärluft den Brennern (6) aufgegeben. Ein Teil der Luft kann eben­ falls oben dem Füllschacht (A) aufgegeben und im Gleichstrom zur Gutbe­ wegung zusammen mit dem Ofenabgas über die Einrichtung (9), (10) und (11) abgeführt werden.

Kühlluft- (8) und Abgasgebläse (9) werden so eingeregelt, daß in den Hohlräumen (7) über den Schubtischen sich ein Unterdruck zwischen 0 und -10 mm WS aufbaut und die gewünschte Wärmestromverteilung über die gesamte Brennebene unter Zuhilfenahme der Regelklappen (14) erfolgt. Die über das Kalkkühlluftgebläse (8) eingeblasene Luft wird über Dreh­ zahlregelung in Verbidung mit Abgasgebläse (9) und Regelklappe (15) so eingestellt, daß die Nachentsäuerungszone (D) nicht von Gasen bzw. Luft durchströmt wird, d. h. der Druck in der Brennzone (C) und der Kühlluft­ absaugung ist konstant.

Claims (9)

1. Verfahren zum Brennen von stückigen oder körnigen Schüttgütern, wie Kalkstein, Dolomit oder sonstigen karbonatischen Gesteinen in einem Eta­ genofen, bestehend aus Füllschacht (A), Vorwärmzone (B), Brennzone (D), Nachentsäuerungszone (E), Kühlzone (F) und Austragszone (G), dadurch gekennzeichnet, daß

• - dieser Ofen im Brennbereich aus zwei gegenüberliegenden gestuften schrägen Brennebenen mit zwei Vorwärmschächten besteht und die für die Entkarbonatisierung erforderliche Wärmezufuhr entweder seitlich, je­ doch vorzugsweise von oben durch die Hängedecke, in den sich hierbei V-förmig ausgebildeten Brennraum erfolgt,
• - eine zwischen Brennzone (D) und der Kühlzone (F) befindliche Nachent­ säuerungszone (E) nicht von Luft durchströmt wird und dabei der Ofen­ druck im Bereich der Heißgasabsaugung so eingeregelt wird, daß der Unterdruck am Heißgasaustritt der Brennzone (D) gleich ist dem Unter­ druck der Kühlluftabsaugung in der Kühlzone (F),
• - der Unterdruck am Ofenaustritt der Brennzone (D) zur Minimierung des Falschlufteintritts im Bereich des Schubtischdurchganges durch die Ofenwand mittels Abgas- und Kühlluftgebläse unter Mitwirkung von Re­ gelklappen auf ≦ 0 mm WS, vorzugsweise zwischen 0 und - 10 mm WS ein­ geregelt wird,
• - die Rutschbewegung des Materials auf der Böschungsschräge der Brenn­ zone (D) mittels vor den Schubtischen angeordneten Hohlkastenträgern so beeinflußt wird, daß keine durchlaufende Setzung von oben nach unten erfolgen kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Vor­ wärmschächte (B) mit gleichen oder unterschiedlichen Kornfraktionen beschickt werden, beispielsweise 8-16 mm, 8-16/16-32 mm oder 16-32/ 32-56 mm und hier die Abgasabsaugung über ein oder zwei Gebläsen er­ folgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenn­ stoffzufuhr in der Ofendecke über mind. 2 Brenner in ein- oder zweirei­ higer Anordnung erfolgt und als Brennstoffe Gas in gasförmiger oder flüssiger Phase, Öl oder Kohlenstaub verwendet wird.

4. Verfahren und Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeverteilung der Verbrennungsgase zu den einzelnen Schub­ tischebenen in der Brennzone (D) in Abhängigkeit vom Brenngrad und der Korngröße des Aufgabegutes über Regelklappen und Abgasgebläse gesteuert und als Indikator für die Brennstoffmengenzufuhr die Oberflächentempera­ tur des Brenngutes gemessen wird.

5. Verfahren und Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragung des Brennprodukts aus der Kühlzone (F) des Ofens über mind. zwei Entleerungseinrichtungen erfolgt und diesen jeweils eine Aus­ tragsschleuse nachgeschaltet wird.

6. Verfahren und Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die im Brennraum (D) angeordneten Hohlkastenträger mittels Luft gekühlt, als Primärluft den Brennern zugeführt und mögliche Überschuß­ luft im Gleichstrom zur Schüttgutbewegung geregelt dem Füllschacht (A) zugeleitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Kühlzone (F) austretende Kühlluft als Sekundärluft den Brennern zu­ geführt, überschüssige Luft im Gleichstrom zur Schüttgutbewegung gere­ gelt dem Füllschacht (A) aufgegeben wird.

8. Verfahren und Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bewegung der auf einer Höhe und gegenüberliegend angeordne­ ten Schubtische auf jeder Ofenseite jeweils ein Betätigungsorgan, vor­ zugsweise Hydraulikzylinder, dann vorgesehen wird, wenn der Ofen mit einer Kornfraktion beschickt wird, bei unterschiedlicher Kornbandbeauf­ schlagung jedoch jeder Tisch einen Antrieb erhält.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ofenlei­ stung über die Füllstandshöhe der Nachentsäuerungszone (E) geregelt wird.