DE4324111A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Brennen von mineralogischen und petrographischen Verbindungen und Gemengen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum Brennen von mineralogischen und petro­ graphischen Verbindungen und Gemengen, wie bei­ spielsweise von karbonhaltigen Gesteinen oder Roh­ tonen, bei Zufuhr eines abgesaugten Ofengases in die Brennzone eines mit Gas- oder Ölbrennern be­ heizten Schachtofens.

Durch DE 31 19 198 A1 ist ein Verfahren und ein Schachtofen zum Brennen von stückigem Brenngut be­ kannt, wobei koaxial zur Schachtwandung und von diese distanziert ein Schachteinsatz angeordnet ist der sich vom unteren Teil der Kühlzone bis zum oberen Teil der Brennzone erstreckt. Der Schacht­ einsatz hat Öffnungen, durch die ein Teil der nur unvollständig verbrauchten, mit dem gebrannten Gut aus der Brennzone sinkenden Brenngase zusammen mit der aufsteigenden Kühlluft in den Schachteinsatz gelangen. Von unmittelbar über der Brennzone lie­ genden Injektoren wird dieses Gasgemisch aus dem Schachteinsatz abgesaugt und der Brennzone wieder zugeführt. Die Injektoren können mit dem Abgas eines Gasmotors betrieben werden. Verfahrenstech­ nisch wird dadurch der Luftanteil des Ofengases herabgesetzt und der thermische Wirkungsgrad des Ofens erhöht. Nachteilig ist die komplizierte appa­ rative Gestaltung des Schachtinneren des Brennofens und die Verknüpfung mit peripheren apparativen Systemen, womit sich die Anlagen- und Betriebs­ kosten erhöhen. Der Wärmenutzungsgrad wird durch die unmittelbar über der Brennerzone angeordnete Absaugung von den unverbrauchten Brenngasen nega­ tiv beeinflußt, da der Wärmeaustausch durch die Schüttsäulenhöhe eingeschränkt ist. Strömungstech­ nisch kann durch die gewählte konstruktive Gestal­ tung bei derartigen Öfen nur die am Austrag zuge­ führte Kühlluft von dem Injektor abgesaugt werden, da die Öffnungen im zylindrischen Schachteinsatz unterhalb der Brennerzone und Brennerebene ange­ ordnet sind. Somit ist nicht mit der Rückführung unverbrauchter Brennergase mittels des Injektors in die Brennzone zu rechnen. Hierbei handelt es sich vielmehr um vorgewärmte Kühlluft, die auf Grund des Energiegehaltes natürlich zu einem energetischen Effekt führen muß. Unabhängig von diesen prinzipiellen technischen und verfahrens­ technischen Einschränkungen ist die Standzeit von im Ofenschacht eingebrachten Schachteinsätzen durch die mechanischen und thermischen Belastungen gering, so daß ein Langzeitbetrieb des Ofens nicht möglich ist.

In DE-AS 24 03 347 ist ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum peripheren Beheizen von Schachtöfen zum Wärmebehandeln mineralogischer Substanzen dar­ gestellt, wobei die Verbrennungsluft und der Brenn­ stoff in einer Vielzahl so dicht nebeneinanderlie­ gender Ströme in den Schachtofen eingespeist werden, daß sie in der Schüttung zusammenhängende ringförmige Medienströme bilden und gegenseitig aufeinander eine Verdrängungswirkung ausüben. Für die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist kennzeichnend, daß in der Wandung des Schachtofens mindestens je eine Ringleitung für den Brennstoff und die Verbrennungsluft angeordnet sind, und jede Ringleitung eine Vielzahl radial in das Innere des Schachtofens weisende Öffnungen hat. Der Schacht­ ofen hat somit keine Einbauten oder Verengungen im Schachtquerschnitt, die die Bewegungsabläufe in der Schüttung ungünstig beeinflussen. Die Verbrennungs­ luft wird den Brennern teilweise direkt und teil­ weise aus der im Schacht aufsteigenden Kühlluft zugeführt. Voraussetzung sind so aufeinander abge­ stimmte Mengen der Kühl- und Brennerluft, daß sich Lambda-Werte von 1,1 bis 1,2 ergeben. Da die Kühl­ luft jedoch durch die radial einströmenden Verbren­ nungsgase dazu neigt im Ofenzentrum aufzusteigen, wird der Kern der Schüttung geringer mit Wärme be­ aufschlagt, und ein gleichmäßiges Durchbrennen des Brenngutes ist nicht gegeben. Ebenfalls kann der Verbrennungsluft Abgas zugesetzt werden. Die Men­ genverhältnisse des zugesetzten Brennstoffes und der Verbrennungsluft sind regelbar. Für je eine Zufuhrebene des Brennstoffes existiert eine dieser oberhalb angeordneten Ebenen für die Verbrennungs­ luft. Nachteilig ist hier der hohe apparative und regelungstechnische Aufwand, der aus der Trennung von Brennstoff- und Verbrennungsluftebene resul­ tiert. Durch die Zufuhr von Abgasen mit niedrigeren Temperaturen oberhalb des oberen Schüttsäulenendes in die Verbrennungsluftebenen sinken die Gastempe­ raturen in der Brennzone des Ofens. Dies hat zur Folge, daß qualitative Einschränkungen beim Durch­ brennen des Brenngutes über den Schüttungsquer­ schnitt eintreten.

Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zum Brennen von mineralogischen und petrographischen Verbindungen und Gemengen, bei­ spielsweise von karbonhaltigen Gesteinen oder Roh­ tonen, in einem mit Gas- oder Ölbrennern beheizten Schachtofen bei Zuführung eines abgesaugten Ofen­ gases in die Brennzone zu schaffen, das stets gleichbleibende Gastemperaturen in der Brennzone sichert, einen uneingeschränkten Wärmeaustausch in der Schüttsäule und damit ein gleichmäßiges Durch­ brennen des Brenngutes garantiert sowie mit einer einfach aufgebauten, technisch und verfahrenstech­ nisch sicheren Vorrichtung durchführbar ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, in dem das im Brennstoffschacht in der Schüttsäule des Brenngutes entstehende Ofengas temperaturabhängig oberhalb der Brennzone abgesaugt und den Gas- oder Ölbrennern direkt als Verbrennungsmittel wieder zu­ geführt bzw. unter Umgehung der Brennkammer des Gas- oder Ölbrenners im Bereich der Brennermündung in die Brennzone des Ofens zugeführt wird. Das Ofengas ist somit ein ausgebranntes Brennergas, welches beim Durchströmen der Schüttung oberhalb der Brennerebenen mit Brennstoffen reagiert. Zur Verhinderung einer unzulässig hohen Staubbelastung der Brennkammer des Brenners durch das abgesaugte Ofengas ist eine Entstaubungseinrichtung vorge­ sehen. Durch die Wiederzuführung des mit Tempera­ turen zwischen 150° bis 300° Celsius aus der Vor­ wärmzone der Schüttung abgesaugten Ofengases in die Brennkammer des Gas- oder Ölbrenners erfolgt zum eine Druckerhöhung in der Brennkammer, welche ursächlich zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwin­ digkeit der Brennergase am Brennermund im Bereich der Brennzone führt. Vorteilhafterweise werden somit höhere Eindringtiefen der Brennergase über den Schüttungsquerschnitt erreicht und durch die Mischung von vergleichsweise kaltem abgesaugten Ofengas und sehr heißem Brennergas aus der Gas- oder Ölverbrennung kommt es zur Abkühlung des Bren­ nergases, das das Überbrennen des Brenngutes der Schüttung im unmittelbaren Wandbereich des Ofen­ schachtes in der Brennerebene verhindert. Im Ergeb­ nis entsteht dadurch ein Brenngut mit gleich guter Qualität. Gleichzeitig werden durch das Absaugen von 50 bis 80 Prozent des Ofengases der absolute Staubauswurf und die absoluten Schadstoffemissionen an CO, CO₂, HF, HCL, SO₂, NO₂ und an organischen Stoffen der Klasse I bis III um bis zu 80% redu­ ziert. Durch die niedrigeren Brennergastemperaturen ist eine Verringerung der Kühlluftmenge möglich, wodurch wiederum die Leistung des Kühllüfters redu­ ziert werden kann. Die gleichen vorteilhaften Wirkungen treten bei der direkten Zufuhr des abge­ saugten Ofengases im Bereich der Brennermündung ein. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß den kennzeichnenden Merkmalen 5 bis 7 ist eine technisch und verfahrenstechnisch sichere, quali­ tativ bessere und apparativ einfachere Variante des gleichmäßigen Brennens von mineralogischen und petrographischen Verbindungen und Gemengen enthal­ tenden Schüttungen im Bereich der Brennzone über den gesamten Ofenquerschnitt möglich.

Die Erfindung soll an einem Beispiel näher erläu­ tert werden.

Dazu zeigt Fig. 1 einen mit Ölbrennern beheizten Schachtofen mit erfindungsgemäßer Vorrichtung im Schnitt.

Es ist dargestellt, daß im oberen Schachtbereich 1 des Brennofens eine Begichtungseinrichtung 12, ein Saugzug mit Abgasschlot 13 und gleichmäßig um den Ofenschacht verteilt Absaugöffnungen 2 installiert sind, die durch die Rohrleitung 3 mit einer zwi­ schengeschalteten Einrichtung zur Trockenentstau­ bung, hier speziell einem Zyklon 4, und einem Lüfter 5 als Fördereinrichtung verbunden sind. Eben­ falls kann als Fördereinrichtung ein Gasstrahlver­ dichter, bei dem Sauerstoff oder Preßluft als Treibgas zugesetzt wird, verwendet werden. Der Lüfter 5 ist wiederum mit den Brennkammern 6; 7 der oberen und unteren Ölbrennerebene im Bereich der Brennzone 8 des Brennofens verbunden. Regelungs­ technisch hat die Rohrleitung 3 Stellorgane inkl. notwendiger Meßstrecke 9. Die Ölbrenner sind mit den üblichen Zuführungsleitungen 10; 11 für die Zufuhr des Brennstoffes und die Zufuhr des Öles ausgerüstet. Über die Beschickungseinrichtung 12 des Brennofens wird Rohschamotte in Form gepreßter Formlinge dem Brennofen zugegeben. Die Einsatz­ menge beträgt 1,11 t/h. In der Rohschamotte sind 10% Wasser enthalten. Die Ölbrenner arbeiten mit einer Ölmenge von 50 l/h. Zur Verbrennung des Öles werden 1100 m³/h im Kreislauf gefördertes Ofengas mit einer Temperatur von 250° Celsius und einer Analyse von 7,48% CO₂, 6,97% H₂O, 76,34% N₂ und 9,21% O₂ zugesetzt. Die über den Austrag 14 ange­ saugte Kühlluftmenge mit Temperaturen von 1000° Celsius beträgt 875 m³/h. Die Zusammensetzung ent­ spricht der von Luft. In der Brennerebene entstehen Gase mit 1134° Celsius in einer Menge von 2007 Nm³/h und mit einer Analyse von 7,52% CO₂, 7% H₂O, 76,33% N₂ und 9,15% O₂. Von dieser Brenner­ gasmenge gelangen 907 Nm³/h in den Bereich des Abgasschlotes 13, wobei durch das Austreiben des Wassergehaltes des Rohtones eine Erhöhung des Wasserdampfanteiles auf 19,3% entsteht und sich somit eine Abgasmenge feucht von 1045 Nm³/h ergibt. Der Anteil der Abgasemission verringert sich gegen­ über dem herkömmlichen Betrieb somit um 35,5%, was in der gleichen Größenordnung zu Verringerungen der Staubemission und Schadstoffemission im Abgas führt. Der energetische Wirkungsgrad des Ofens be­ trägt 69,9% bei einer Fahrweise der Ölbrenner mit Lambda gleich 1,01 und unter Einhaltung einer über den Ofenquerschnitt gleichmäßigen Temperatur des Brenngutes von 1150° Celsius. Der Wirkungsgrad der Kühlung bei diesem Verfahren beträgt 87,6%. Kombi­ niert man den Einsatz von normaler Brennluft mit Temperaturen von 15° Celsius in einer Menge von 100 m³/h mit im Kreislauf gefördertem Ofengas Temperatur = 250° Celsius; Menge = 925 m³/h) unter Berücksichtigung einer Kühlluftmenge von 750 m³/h und einer Temperatur von 1050° Celsius, so entstehen in einer Brennerebene 1807 Nm³/h Brenner­ gase mit 1193° Celsius. Unter Beachtung des Wasser­ gehaltes im Rohton entstehen 1020 Nm³/h Abgas im Schlot 13.

Claims (7)

1. Verfahren zum Brennen von mineralogischen und pe­ trographischen Verbindungen und Gemengen, wie beispielsweise von karbonhaltigen Gesteinen oder Rohtonen, bei dem eine Zuführung eines abgesaugten Ofengases in die Brennzone eines mit Gas- oder Ölbrennern beheizten Schachtofens erfolgt, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ofengas temperatur­ abhängig aus der Vorwärmzone der Schüttung abge­ saugt und dann den Brennkammern der Brenner direkt als Verbrennungsmittel mit einer Temperatur von 150° bis 300° Celsius im Kreislauf Lambda-geregelt zugegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das abgesaugte Ofengas den Brennern im Bereich der Brennermündung zugegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß 50 bis 80 Prozent der Ofengas­ menge abgesaugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das abgesaugte Ofengas ein ausge­ branntes Brennergas ist, welches beim Durchströmen der Schüttung oberhalb der Brennerebene mit Brenn­ stoffen reagiert.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4 in einem Schachtofen mit Vorwärm-, Brenn- und Kühlzone, wobei die Gas- oder Ölbrenner um den Schacht des Ofens verteilt in mehreren Ebenen übereinander angeordnet sind, da­ durch gekennzeichnet, daß im Schachtbereich (1) ebenfalls um den Umfang des Schachtofens mehrere Absaugöffnungen (2) installiert sind, die durch eine Rohrleitung (3) mit einer zwischengeschalteten Trockenentstaubungseinrichtung (4), beispielsweise einem Zyklon, und einer Fördereinrichtung (5), z. B. einem Lüfter, mit den Brennkammern (6; 7) der Bren­ ner direkt verbunden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Rohrleitung (3) Stellorgane inkl. notwendiger Meßstrecke (9) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Fördereinrichtung (5) ein Gasstrahlverdichter, bei dem Sauerstoff oder Preß­ luft als Treibgas eingesetzt wird, ist.