DE4317705B4

DE4317705B4 - Verfahren und vorrichtung zum zuführen von pulverförmigen substanzen und reaktionsgasen in einen schmelzofen

Info

Publication number: DE4317705B4
Application number: DE4317705A
Authority: DE
Inventors: Markus Kalle Tapio Ranki
Original assignee: Outokumpu Engineering Contractors Oy
Current assignee: Outokumpu Engineering Contractors Oy
Priority date: 1992-06-01
Filing date: 1993-05-27
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2013-05-28
Also published as: AU3866193A; ES2100782B1; JP3413246B2; US5362032A; AU667531B2; CA2097234C; JPH0634273A; DE4317705A1; CA2097234A1; CN1038271C; FI922530A; ES2100782A1; CN1079511A; FI94150C; FI922530A0; FI94150B

Abstract

Verfahren zum Zuführen von pulverförmigen Substanzen, insbesondere Konzentrat, und Reaktionsgasen, insbesondere Luft, Sauerstoff oder eine Mischung der beiden Gase, in die Reaktionszone eines Suspensionsschmelzofens, wobei ein Teil des Gases von innen der in einem ringförmigen Vorhang nach unten fließenden pulverförmigen Substanz zugeführt wird, und der größere Teil des Gases von außerhalb des ringförmigen Vorhangs der pulverförmigen Substanz zugeführt wird, wobei der außerhalb des ringförmigen Vorhangs in die Reaktionszone zugeführte Gasfluss über mindestens zwei ringförmig ineinander geschachtelte, einzeln sperrbare Unterkammern (12, 13) zugeführt wird, deren Gaszuführungsabschnitte (9, 10) zur Kontrolle der Gasflussgeschwindigkeit separat eingestellt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zuführen von pulverförmigen Substanzen und Reaktionsgasen, vorzugsweise Sauerstoff und Luft oder eine Mischung beider Gase, in einen Schmelzofen, so dass die Querschnittsfläche durch die die Gase zugeführt werden, eingestellt werden kann. So kann die Geschwindigkeit der dem Schmelzofen zugeführten Gase ausreichend hoch gehalten werden, auch wenn der Durchsatz und Art des Gases variieren.
Wenn Reaktionsstoffe und Reaktionsgase einem Suspensionsschmelzofen zugeführt werden, werden diese miteinander in Kontakt gebracht und nur in der Reaktionszone des Ofens gemischt. Der Massetransfer zwischen dem reagierenden Feststoff und dem umgebenden Gas wird in dem Reaktionsraum selbst so hoch wie möglich gehalten, da die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Reaktionsgas und dem pulverförmigen Feststoff ebenfalls so hoch wie möglich gehalten wird.

Aus dem US Patent 4 210 315 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der die Suspension eines pulverförmigen Festbrennstoffes gebildet wird durch zentrales Zuführen des Festbrennstoffes in den Reaktionsraum relativ zur Zuführung des Reaktionsgases. Innerhalb des Zuführungsrohres für den Feststoff ist koaxial ein Gaszuführrohr angeordnet, durch welches ein Teil des Gases zugeführt wird. Das untere Ende des Gaszuführrohres ist konisch, so dass das Gas durch Öffnungen an dem unteren Ende des Konus austritt. Das durch die Zuführöffnungen ausgeblasene Gas bewegt den Feststoff dazu, entlang der konischen Oberfläche in Richtung auf die reine Reaktionsgaszone zu fallen, die den Feststofffluss umgibt, d. h. in Richtung auf die Umfangsfläche des Reaktionsraumes.

Die DE 32 41 277 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Suspensionsstrahls, bei dem ein Aufgaberohr für pulveriges Material von einer Verteilerkammer zur Gaszuführung umgeben ist. In der Verteilerkammer sind mehrere Wirbelrohre angeordnet, über welche der zentrale Gasstrom in eine der Anzahl der Wirbelrohre entsprechende Anzahl an Einzelgasströme unterteilt wird. Es ist eine zentrale Stellscheibe vorgesehen, durch welche sich die offene Höhe der Öffnung aller Wirbelrohre gleichzeitig zur Erzielung einer gewünschten tangentialen Eintrittsgeschwindigkeit einstellen lässt.

Das U.S. Patent 4,392,885 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei denen der größere Teil des Reaktionsgasflusses entsprechend dem U.S. Patent 4,210,315 symmetrisch in mehreren verwirbelten Strömen dem pulverigen Feststofffluss von außen in den Reaktionsraum zugeführt wird. Die Zuführrohre, durch die die verwirbelten Ströme fließen, sind einstellbar, so dass der Grad und die Richtung der Verwirbelung einstellbar sind.

Die oben beschriebenen Vorrichtungen zum Zuführen pulverförmiger Substanzen, hauptsächlich von Konzentraten, sind problemlos anwendbar, solange der dem Schmelzofen zuzuführende Materialfluss mehr oder weniger konstant bleibt. Wenn der dem Schmelzofen zuzuführende Konzentratdurchsatz aus bestimmten Gründen reduziert wird, muss die Menge des zugeführten Reaktionsgases entsprechend reduziert werden. Generell erzeugt dies keine ernsten Probleme bei der Zuführung des Konzentrats. Sowohl die normalen als auch geringere Durchsätze können in der Regel einfach durch die gleichen Zuführeinrichtungen zugeführt werden. Jedoch tritt ein größeres Problem bei der Zuführung des Reaktionsgases auf, weil, wenn der Gasdurchsatz wesentlich reduziert wird, die Gasgeschwindigkeit in der Zufuhröffnung ebenfalls reduziert wird, da die Querschnittsfläche, durch die das Gas zugeführt wird, gleich bleibt. Wenn die Gaseintrittsgeschwindigkeit in dem Konzentratverteiler und damit in die Reaktionszone des Ofens wesentlich reduziert wird, erzeugt dies Schwierigkeiten bei der Erzielung einer guten Suspension im Reaktionsrohr, und daher werden die Reaktionen zwischen dem Konzentrat und dem Gas inhomogen und nicht zufriedenstellend. Diese Schwierigkeiten werden etwas abgemildert durch die Vorrichtung gemäss U.S. Patent 4,392,885. Dort werden die Gasturbulenzen intensiviert. Jedoch wenn der Gasdurchsatz beispielsweise auf die Hälfte der normalen Werte abfällt, ist auch mit diesem Verfahren eine gute Suspension schwer zu erreichen. Ein weiterer wichtiger Grund für eine Verringerung des Reaktionsgasdurchsatzes besteht in der wachsenden Tendenz zur Verwendung sauerstoffangereicherter Gase, was selbstverständlich mit einer Verringerung des Gasdurchsatzes einhergeht.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es erlauben, dass die Fliessgeschwindigkeit der Reaktionsgase auch bei wechselnden Massedurchsätzen ausreichend hoch gehalten und somit eine gute Suspension zwischen den pulverförmigen Feststoffpartikeln und dem Gas im Reaktionsraum des Ofens sichergestellt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäss Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäss Anspruch 2 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist die Querschnittsfläche, durch die das Reaktionsgas fließt, einstellbar, so dass die Fließgeschwindigke des Reaktionsgases ausreichend hoch gehalten werden kann. So kann eine gute Suspension zwischen den pulverförmigen Feststoffpartikeln und dem Gas im Reaktionsrohr des Ofens sichergestellt werden. Somit verlaufen die gewünschten Reaktionen zwischen dem Feststoff und dem Gas schneller. Dementsprechend basiert das erfindungsgemäße Verfahren zum Zuführen der Reaktionsgase in das Reaktionsrohr eines Suspensionsschmelzofens auf der Tatsache, dass die Gasverteilungskammer in mehrere ineinander geschachtelte ringförmige Abschnitte bzw. Unterkammern unterteilt ist, so dass das Gas entsprechend dem Gasdurchsatz entweder durch alle ringförmigen Unterkammern eingespeist werden kann, oder lediglich durch eine Kammer. So kann eine ausreichende Gasgeschwindigkeit an der Gasaustrittsöffnung jederzeit beibehalten werden. Das Gas kann in die Gasverteilungskammer aus einer oder mehreren Richtungen eingeführt werden.

Das pulverförmige Material, wie z. B. Konzentrat und Flussmittel können zentral von der Innenseite der Gasverteilungskammer zugeführt werden, beispielsweise mittels eines zentralen Düsenverteilers entsprechend U.S. Patent 4,210,315 oder durch eine Vorrichtung entsprechend U.S. Patent 5,133,801. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können z. B. das Luft/Sauerstoff-Verhältnis des Reaktionsgases stufenlos eingestellt werden, weil der Gasdurchsatz verringert wird, während der Sauerstoffgehalt ansteigt. Dieser verringerte Gasdurchsatz kann jedoch zugeführt werden, ohne dass alle Unterkammern verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschreiben. Diese zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung in teilweise geschnittener Seitenansicht.
Der Konzentratverteiler 1 ist im Gewölbe 2 eines Schmelzofens, z. B. eines Suspensionsschmelzofens, angeordnet. Der pulverförmige Feststoff, wie z. B. Konzentrat, und die Reaktionsgase, die aus dem Verteiler austreten, werden durch separate Kanäle zugeführt und vermischen sich allein im Reaktionsrohr unterhalb des Gewölbes um dort eine Suspension zu bilden.
Das Konzentrat wird dem Verteiler 1 durch die Konzentratleitung 3 zugeführt und dazu gebracht, das Gießrohr 4 zum Reaktionsrohr hinunterzufließen. Innerhalb des Gießrohes 4 ist eine Zuführleitung 5 für das Gas, in der Regel Luft, angeordnet, welche vorgesehen ist, um das Konzentrat zu dispergieren. Das untere Ende der Zuführleitung 5 erstreckt sich weiter nach unten als der untere Teil des Gießrohres 4 und ist konisch zugespitzt und mit Perforationen an dem äußerem Ende versehen. Die Dispersionsluft tritt durch die Perforationen nahezu horizontal aus und dispergiert so den Konzentratvorhang, der ringförmig um die Zuführleitung 5 austritt. Innerhalb der Dispersionsluftzuführleitung kann weiterhin eine andere Gaszuführleitung 6 angeordnet sein, durch die ein Teil des erforderlichen Reaktionsgases dem Reaktionsraum zugeführt wird. Vorzugsweise ist dieses Gas Sauerstoff.
Der größere Teil des Reaktionsgases wird über die Gasverteilungskammer 7 zugeführt, die das Gießrohr 4 umgibt. Zu dieser Gasverteilungskammer 7 wird das Gas durch mindestens eine Zuführleitung 8 zugeführt. In der Zeichnung sind zwei Zuführleitungen dargestellt. An ihrem anderem Ende kurz vor ihrem Einlaufen in die Gasverteilungskammer 7 ist die Zuführleitung 8 durch Trennwände 11 in mindestens zwei separate Gaszuführungsabschnitte 9 und 10 unterteilt. Die Trennwände verlaufen parallel zur zentralen Achse des Gießrohres und setzen sich kreisförmig innerhalb der im wesentlichen zylindrischen Gasverteilungskammer bis zum Boden der Kammer fort. Auf diese Weise besteht die Gasverteilungskammer 7 aus mehreren ineinander geschachtelten ringförmigen Unterkammern 12, 13, und die Gasaustrittsöffnung in den Reaktionsraum enthält daher zwei oder mehr Abschnitte.
Das Gas wird der Gasverteilungskammer 7 über Zuführventile 14 zugeführt, die in den Zuführleitungen 8 angeordnet sind. Diese Ventile 14 können manuell oder automatisch verstellt werden. So wird das Prozessgas jedem der ineinander verschachtelten Gaszuführungsabschnitte 9, 10 der Zuführleitungen 8 durch separate Kanäle zugeführt, die jeweils mit einem Einstellventil 14 versehen sind. Die Trennwände 11 der Gaszuführungsabschnitte 9, 10 und Unterkammern 12,13 erstrecken sich bis zur Austrittskante 15 der Gasverteilungskammer, d. h. bis zur Unterkante des Ofengewölbes. Beim Betrieb mit maximaler Belastung tritt das Gas aus jeder der ineinander geschachtelten Kammern mit einer Geschwindigkeit aus, die für den fraglichen Prozess am besten geeignet ist. Während des Betriebs bei minimaler Belastung wird die erforderliche Menge an Prozessgas lediglich durch eine Kammer zugeführt, während die restlichen Kammern geschlossen sind.

Claims

Verfahren zum Zuführen von pulverförmigen Substanzen, insbesondere Konzentrat, und Reaktionsgasen, insbesondere Luft, Sauerstoff oder eine Mischung der beiden Gase, in die Reaktionszone eines Suspensionsschmelzofens, wobei ein Teil des Gases von innen der in einem ringförmigen Vorhang nach unten fließenden pulverförmigen Substanz zugeführt wird, und der größere Teil des Gases von außerhalb des ringförmigen Vorhangs der pulverförmigen Substanz zugeführt wird, wobei der außerhalb des ringförmigen Vorhangs in die Reaktionszone zugeführte Gasfluss über mindestens zwei ringförmig ineinander geschachtelte, einzeln sperrbare Unterkammern (12, 13) zugeführt wird, deren Gaszuführungsabschnitte (9, 10) zur Kontrolle der Gasflussgeschwindigkeit separat eingestellt werden.
Vorrichtung zur Zuführung von pulverförmigen Substanzen, insbesondere Konzentrat durch einen Konzentratverteiler (1) zusammen mit Reaktionsgasen, insbesondere Luft, Sauerstoff oder einer Mischung der beiden Gase durch ein Gießrohr (4) in das Reaktionsrohr eines Suspensionsschmelzofens, wobei ersteres in dem Gewölbe (2) des Ofens angeordnet ist, so dass ein Teil des Reaktionsgases durch Einrichtungen (5, 6) zugeführt wird, die innerhalb des Gießrohres (4) der pulverförmigen Substanz angeordnet sind, und der größere Teil des Reaktionsgases durch eine Gasverteilungskammer (7) zugeführt wird, die mit mindestens einer Gaszufuhrleitung (8) versehen ist und das Gießrohr (4) der pulverförmigen Substanz ringförmig umgibt, wobei die Gasverteilungskammer (7) mittels Trennwänden (11) in mindestens zwei ineinander geschachtelte ringförmige Unterkammern (12, 13) unterteilt ist, die separate Gaszuführungsabschnitte (9, 10) aufweisen, die jeweils mit Einstellventilen (14) versehen sind:
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwände (11) in der Gasverteilungskammer (7) parallel zur zentralen Achse des Gießrohres (4) verlaufen.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Trennwände (11) bis zur in den Ofen einmündenden Austrittskante (15) der Gasverteilungskammer (7) erstrecken.