DE4335030A1 - Kalkschachtofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verfahrensverbesserung an einem Schräg­ etagenofen mit zwei Vorwärmschächten zum Brennen von körnigen oder stückigen karbonatischen Gesteinen.

Schrägetagenöfen wurden entwickelt, um körniges oder stückiges Brenn­ gut mittels Gas, Öl oder Kohlenstaub in der Form zu brennen, daß diese Brennstoffe über eine bestimmte Formgebung des Ofens sich hier bilden­ den Brennraumes und in einem größeren Abstand vom Brenngut entweder seitlich mit einer Brennschräge oder über die Brennraumdecke bei zwei Brennschrägen eingebracht werden. Hierbei hat sich gezeigt, daß mit diesen beiden Ofenbauvarianten mit jedem Brennstoff ein hochreaktiver Kalk erbrannt werden kann.

Wärmewirtschaftlich gesehen ist dieses System jedoch noch verbesserungs­ würdig, da der spezifische Wärmeaufwand pro Kilogramm Kalk an der oberen Grenze üblicher Kalköfen liegt.

Der Ofen besteht aus Vorwärm-, Brenn-, Nachentsäuerungs- und Kühlzone und wird kombiniert als Druck-/Saugzugofen betrieben. Die erforderliche Ofendruckregelung auf Δp≃0 in der Brennzone zur Minimierung des Falschlufteintritts im Bereich der Schubstößel und aus der Nachent­ säuerungszone wird über die Regelung der Volumenströme in diesen Berei­ chen vorgenommen.

Zur Vermeidung einer unkontrollierten Materialsetzbewegung auf den Bö­ schungsschrägen im Brennraum infolge unterschiedlicher Kornzusammen­ setzungen und Aufgabeprodukte sowie Qualitätsschwankungen im Aufgabe­ gut sind jeweils vor den Schubtischen luftgekühlte Hohlkastenträger installiert, die eine gleichmäßige Setzbewegung des thermisch zu be­ handelnden Gutes gewährleisten. Durch die mechanische Horizontalbe­ wegung der Schubtische mit sehr geringen Hüben in kurzen Zeitinterval­ len wird eine fast ständige Bewegung des Brenngutes erreicht und damit eine optimale Wärmeübertragung in der heißesten Zone des Ofens erzielt. Die zur Kalkkühlung erforderliche Luft wird oberhalb der Ofenaustrags­ einrichtung in den Kühlschacht eingeblasen, unterhalb der Nachentsäu­ erungszone entnommen und über Zyklon und Gebläse dann mit dem Brenn­ stoff in den Vorwärmschacht und dem sich anschließenden Brennraum gedrückt. Hier werden die Verbrennungsgase nach Durchgang durch den zweiten Vorwärmschacht vom Abgasventilator übernommen und unter Nach­ schaltung eines Filters ins Freie geleitet.

Aufgabe der Erfindung ist es, das vorstehend beschriebene Verfahren in der Form weiter zu entwickeln, daß beim Brennen von karbonatischen Gesteinen der spezifische Wärmeaufwand pro Kilogramm Fertigprodukt reduziert wird. Bei Kalk liegt dieser Wert in der bisherigen Ausfüh­ rungsform zwischen 4100 u. 4400 kJ/Kg (980-1050 Kcal/Kg) bei Ein­ satz eines Kalksteins mit einem CaCO₃-Gehalt von 96-98%. Durch entsprechende Veränderung der Brennstoff-/Luftführung in diesem Brenn­ aggregat wird eine Verbesserung des Wärmebedarfs auf 3500 bis 3700 kJ/Kg (835-880 Kcal/Kg) bei gleicher Kalksteinqualität und Entsäu­ erung erwartet. Dieses bedeutet eine Kostensenkung um ca. 15%. Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch 1. Vor­ teilhafte Weiterbildung der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Brenner des bekannten Etagenofens durch Brennstofflanzen ersetzt und der Brennstoff nicht mehr direkt in den Brennraum, sondern wechselweise je einem der beiden Vorwärmschächte aufgegeben.

Das wesentlich wärmetechnische Merkmal dieses Ofens ist hierbei die regenerative Vorwärmung der Verbrennungsluft durch das Brenngut selbst bei der umschichtigen Betriebsweise der zwei Vorwärmschächte im Gegen­ strom und Gleichstrom zur Schüttgutbewegung und die zusätzliche Auf­ heizung dieser Luft durch die Kühlung des Austragsgutes und der Hohl­ kastenträger.

Durch diese gezielte Luftführung und -behandlung reduziert sich im Vergleich zu dem bekannten Gegenstrom-Gleichstrom-Regenerativofen erheblich der Luftdurchsatz und mindert damit auch den Wärmeverlust über die Abgase. Dieses erlaubt weiterhin die Wahl eines kleineren Filters zur Reinigung der in den Abgasen enthaltenen Stäube. eine Besonderheit dieses Systems ist die zwischen Brennraum und Kühl­ schacht befindliche Nachentsäuerungszone. Bekanntlich ist es z. B. beim Brennen von Kalkstein mit hohem CaCO₃ - Gehalt erforderlich, die Dissoziationstemperatur von ca. 900°C erheblich zu überschreiten und liegt in der Praxis zwischen 1150 u. 1300°C. Diese Temperatur wird solange am Stein aufrechterhalten, bis eine fast restlose Entsäuerung stattgefunden hat. Anschließend erfolgt dann eine schnelle Abkühlung auf die weitere Behandlungstemperatur.

Bei Einbau einer Nachentsäuerungszone wird diese Brennzeit verkürzt, da - wie aus der Praxis bekannt - der Stein mit einem Rest-CO₂ Gehalt von ca. 5-8% in den Bereich der Nachentsäuerung eintritt und hierbei durch die Wärmeenthalpie des Steines während der Durchlaufzeit dieser Zone den CO₂-Gehalt des Brennproduktes auf ca. 0,5% reduziert. Diese Verfahrensweise hat also den Vorteil, daß durch die weniger lange Wärmebeanspruchung bei hohen Temperaturen die Gesteinsoberfläche für die Pestentsäuerung nicht überbrannt werden muß und somit ein hochreaktives Fertiggut erzeugt werden kann.

Ein besonderes Merkmal dieser Erfindung besteht darin, daß die Kühl­ luft vor Eintritt in den Vorwärmschacht über einen Zyklon geleitet wird und hierbei den mitgeführten Staub abscheidet. Damit wird ein Kreis­ lauf des Materials im Ofen unterbunden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Zündung bzw. Inbetrieb­ nahme eines kalten Ofens über die sich im Brenngut befindlichen Lan­ zen nicht möglich. Dieses läßt sich jedoch idealerweise in der vor­ geschlagenen Form lösen, in dem zwei Zündbrenner, vorzugsweise einer je Seitenwand, solange in den V-förmigen Brennraum im Gegenstrom zur Schüttgutbewegung feuern, bis mindestens die Zündtemperatur des zum Einsatz kommenden Brennstoffes an der Spitze der Brennerlanzen er­ reicht wird. Die für diese Verbrennung erorderliche Luft wird vor­ zugsweise der Hohlkastenträger-Kühlluft entnommen.

Ein weiteres Merkmal dieser Erfindung ist die Anpassung der Brennstoff­ zufuhr an die erforderliche Dissoziationstemperatur, vorzugsweise ge­ steuert durch Messung der Gesteinsoberflächentemperatur mittels auf die Brennschrägen gerichtete Pyrometer. Dieses erweist sich beson­ ders dann als vorteilhaft, wenn im Brenngut Verunreinigungen sind, die zur Sinterung neigen.

Eine weitere Einflußnahme auf den Ofen über die Temperaturmessung ergibt sich durch Steuerung der Austragsgeschwindigkeit und damit Ofenleistung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung ist schematisch ein Schrägetagen­ ofen mit zwei Vorwärmschächten zur Durchführung des geschilderten Verfahrens dargestellt.

Der Etagenofen ist in fünf Bereiche unterteilt, dem Füllschacht (A), der Vorwärmezone (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 behandelnden Produkt. Nach dem Durchlauf des Schüttgutes im Vorwärmschacht mit zwischenzeitlicher thermischer Be­ handlung wird das Brenngut mittels mehrerer im Brennraum parallel übereinander angeordneten Schubtischen (2) der Nachentsäuerungszone (D) zugeführt und weiter in den darunter befindlichen Kühlschacht (E) ge­ leitet, von dort durch die Austragsvorrichtung (3) über Schleuse (4) ausgetragen. Eine Führungsgröße für den Materialdurchgang durch den Brennraum und damit Ofen sind die unteren beiden Schubtische, die durch eine Füllstandsüberwachungseinrichtung am Beginn der Nachent­ säuerungszone gesteuert werden. Die Ofenleistung bestimmen Schublänge und Schubfrequenz der Tische (2), die überseitlich und außerhalb des Ofens angeordnete Hydraulikzylinder (5) geregelt werden.

Die für die thermische Behandlung des Brenngutes erforderliche Wärme wird über die in den zwei Vorwärmschächten installierten Brennerlanzen (6) eingebracht. Hierbei wird wechselweise immer je ein Vorwärmschacht im Gleichstrom zur Schüttgutbewegung in einem vorgegebenen Zeittakt mit Brennstoff beaufschlagt. Nach Austritt aus dem Vorwärmschacht durch­ strömen dann die mit CO₂ angereicherten Brenngase beide Schüttungs­ schrägen von innen nach außen und gelangen über die Hohlräume (7) und Verbindungsrohrleitungen unten in den zweiten Vorwärmschacht und ver­ lassen diesen mit einer Temperatur von ca. 90 bis 120°C.

Die für die Verbrennung erforderliche Luft wird mittels Gebläse (8) oberhalb der Austragsschleusen (4) in den Kühlschacht (E) gedrückt, verläßt diesen unterhalb des Nachentsäuerungsschachtes und gelangt über Zyklon (9) und dem regelbaren Heißgasgebläse (10) bei entspre­ chender Richtungsvorgabe der Klappen (11) u. (12) in den Luft- bzw. Abgaskanal (13) und beaufschlagt von hier den Ofen über die gesamte Breite des Vorwärmschachtes. Ein Teil dieser Luft kann zur Regulierung des Brennstoffausbrandes über Regelklappe (14) in den Heißgaskanal (15) geleitet werden. Die im Zyklon anfallenden Stäube gelangen direkt in das Austragsgut.

Das ebenfalls regelbare Gebläse (16) übernimmt im Brennraum (17) bei einem Druck von Δp≃0 mbar die Brenngase und leitet diese durch die Vorwärmzone (B) und Abgaskanal (13) ins Filter (18), wo sie vom Filter­ ventilator (19) übernommen und aus dem Ofenbereich abgeführt werden. Über die wechselweise Umsteuerung der Stellklappen (20) u. (21). gelan­ gen die Abgase im vorgegebenen Zeittakt aus dem jeweilig beaufschlag­ ten Vorwärmschacht (B) in die Gasabführung (13).

Die zur Kühlung der Hohlkastenträger (22) benötigte Luft wird mengen­ mäßig fixiert der Kühlluft vor Eintritt in den Ofen entnommen und auf­ geheizt über entsprechende Stellungsvorgabe der Klappen (23) u. (24) dem Luftkanal (13) als Verbrennungsgas zugeführt.

Claims (4)

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

• - in diesem Ofen die Brennstoff- und Verbrennungsluftführung in den Vorwärmschächten (B) wechselweise im Gleich- bzw. Gegenstrom zur Schüttgutbewegung erfolgt und die Brenngase hierbei das auf den Etagen liegende Brenngut in der Brennzone (C) durchströmen und dieses Gas dann in den unteren Teil des im Gegenstrom beaufschlag­ ten Vorwärmschachtes (B) geleitet wird,
• - eine zwischen Brennzone (C) und der Kühlzone (E) befindliche Nach­ entsäuerungszone (D) nicht von Luft bzw. Brenngasen durchströmt wird und dabei der Ofendruck im Bereich der Heißgasabsaugung so eingeregelt wird, daß der Druck in der Brennzone (C) etwa gleich ist dem Druck der Kühlluftabsaugung in der Kühlzone (E)
• - ein Teil der für die Brennstoffverbrennung erforderlichen Kühlluft vor Eintritt in den Ofen geregelt die auf der Schüttungsböschung be­ findlichen Hohlkastenträger der Brennzone (C) durchströmt und im Gleichstrom zur Schüttgutbewegung des jeweils mit Brennstoff beauf­ schlagten Vorwärmschachtes zugeführt wird
• - die Rutschbewegung des zu entsäuernden Brenngutes auf den Böschungs­ schrägen der Brennzone (C) mittels vor den Schubtischen angeordneten Hohlkastenträgern so beeinflußt wird, daß keine durchlaufende Setzung von oben nach unten erfolgen kann und die Träger mit Luft gekühlt werden.

2. Verfahren und Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgeheizte Kühlluft vor Eintritt in den Vorwärmschacht (B) mit­ tels Zyklon entstaubt wird.

3. Verfahren und Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufheizung des Ofens im Anfahrzustand dieser mindestens einen, vorzugsweise zwei Brenner erhält, die so angeordnet sind, daß diese in Ofenachse rechtwinklig zur Schüttgutbewegung durch die Ofenwand den Brennstoff in den V-förmigen Brennraum einbringen und die erforderliche Verbrennungsluft den Hohlkastenträgern entnommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzufuhr über die Oberflächentemperatur der Schüttung in der Brennzone (C) geregelt wird.