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Vorrichtung zur Wärmebehandlung von staubförmigem oder feinkörnigem
Gut, insbesondere Kohle Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur
Wärmebehandlung von staubförmigem oder feinkörnigem Gut, insbesondere zum Schwelen,
Trocknen, Entgasen oder Hydrieren von Kohle.
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Es ist bekannt, staubförmige oder feinkörnige Stoffe in der Weise
einer Wärmebehandlung zu unterziehen, daß man sie vermittels eines als Wärmeträger
dienenden heißen Gases in einem Raum schwebend erhält, bis nach genügender Wärmeeinwirkung
Gas und Staub wieder voneinander getrennt werden. Dieses Verfahren wurde beispielsweise
so ausgeführt, daß mit Hilfe heißen Gases als Verblasemittel das Gut in waagerechtem
Strahl in einen Raum verblasen wurde. Bei dieser Anordnung konnte eine gleichmäßige
Verteilung des Gutes im Gasstrom nur kurze Zeit aufrechterhalten werden, und die
schwereren Teilchen schieden sich bald aus dem Trägergas aus. Auch der Vorschlag,
das Gasstaubgemisch springbrunnenartig senkrecht nach oben zu blasen, beseitigt
diese Schwierigkeiten nicht restlos, weil auch hier die Strömungsverhältnisse nichtvollständig
beherrscht werden können und eine dauernde gute Verteilung des Gutes im Gasstrom
nicht gewährleistet werden kann.
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Die neue Vorrichtung besteht aus mindestens zwei Behandlungsräumen,
die konzentrisch oder nebeneinander angeordnet sind und durch die nacheinander das
Gut durch Druck- oder Saugwirkung imSchwebezustand hindurchgeführt wird.
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Konzentrische Schächte sind zwar bei Vorrichtungen zur Wärmebehandlung
von staubförmigem Gut bereits bekannt geworden, aber nicht in der Weise angeordnet
gewesen, daß das Gut nacheinander durch Druck- oder Saugwirkung im Schwebezustand
geradlinig durch sie hindurchgeführt wurde.
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Der Vorzug der neuen Vorrichtung ist nicht allein der, daß die Bauart
bedeutende Ersparnis an Raum zuläßt, sondern sie bietet auch die Möglichkeit, die
Intensität der Wärmebehandlung beliebig zu steigern und nach Wunsch abzustufen.
In wärmewirtschaftlicher Hinsicht ist die Anordnung mehrerer Heizschächte in konzentrischer
Anordnung vorteilhaft, da bei einem von innen nach außen gerichtetenGasweg hierbei
eineWärmeersparnis möglicht ist.
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Gemäß der Erfindung können die Strömungsverhältnisse im Behandlungsraum
beeinflußtwerden, und es kann nach Erfordernis der vom staubförmigen oder körnigen
Gut im Gasstrahl zurückzulegende Weg vergrößert oder verkürzt werden. Dabei bleiben
selbsttätig die größeren Gutteilchen der Einwirkung des Heizgases länger ausgesetzt.
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Es ist zwar eine Vorrichtung bekannt, bei der das Gut durch mehrere
hintereinandergeschaltete Behandlungsräume hindurchgeblasen wird, aber das Gut wurde
nicht in gerader
Richtung durch den Behandlungsraum geblasen, sondern
zu. einer schraubenförmigen Bewegung gezwungen, bei der die Kohleteilchen sich an
den Heizwandungen entlang bewegen. Dabei wird eine rasche Trennung der entwickelten
Gase und Dämpfe von dem behandelten Gut sozusagen in statu nascendi erreicht, weil
das schwerere Gut an den schraubenfärmigen Heizflächen entlang bewegt wird, während
der übrige Raum so gut wie gar nicht von festen Teilen, sondern nur von den Verblase-
und Reaktionsgasen ausgefüllt ist. Bei der neuen Vorrichtung ist im Gegensatz zu
der bekannten Vorrichtung der ganze Querschnitt der Behandlungsräume vom Behandlungsgut
gleichmäßig ausgefüllt und deshalb der Durchsatz erheblich. Auch ist die Beanspruchung
der Wandungen viel geringer als bei der bekannten Vorrichtung, die infolge der Prallwirkung
einem starken Verschleiß unterworfen ist.
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Ausführungsbeispiele der Vorrichtung nach der Erfindung sind in der
Zeichnung schematisch veranschaulicht, und zwar zeigen Abb. i, 3, 5 und 6 Gesamtdarstellungen
der Vorrichtungen im Schnitt, Abb. a und 4 zeigen Einzelheiten der Zuführung des
Behandlungsgutes und der Heizung.
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In der Erkenntnis, daß Wärmeprozesse durch Druck undTemperatur physikalisch
und chemisch weitgehend beeinflußt und geleitet werden können, ist die Apparatur
zur Durchführung des Verfahrens für Betrieb bei hohem Gasdruck und hohen Temperaturen
eingerichtet.
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Bei der Ausführung gemäß Abb. i treten die Heizgase aus dem Feuerraum
oder der Heizgasleitung i durch eine düsenartige Einschnürung a in den eigentlichen
Behandlungsraum. In oder hinter der engsten Stelle der Einschnürung wird dem Heizgas
das staubförmige oder feinkörnige Gut in regelbarer :Menge zugesetzt. Das Gemisch
zieht durch den zentralen Schacht 3 aufwärts, wird am oberen Ende um i8o° umgelenkt
und streicht in dem Ringraum ¢ zwischen dem Innenschacht und dem Außenmantel abwärts,
um durch Abzugsstutzen 5 die Vorrichtung zu verlassen. Zweckmäßig werden zwei oder
mehr Abzugsstutzen symmetrisch auf dem Umfang angeordnet, um in dem Behandlungsraum
eine gleichmäßige Strömung des Gemisches und eine gleichmäßige Verteilung des Gutes
im Gasstrom zu erzielen. Um auch hohen Druck der heißen Gase aufnehmen zu können,
sind die entsprechenden Bauteile aus Eisen hergestellt. Vor Überhitzung sind sie
beispielsweise durch eine wärmeisolierende Schicht und eine Ausmauerung aus feuerfestem
Materia16 geschützt. Gemäß der Erfindung kann der Weg des Gutes und damit die Dauer
seiner Wärmebehandlung beliebig verlängert oder verkürzt werden. Zu diesem Zweck
wird sowohl der innere Führungszylinder als auch der äußere Mantel in einzelne Schüsse
7 bzw. 8 unterteilt. Abweichend von der in Abb. i dargestellten Ausführung ist es
aber auch möglich, den Entgasungs- bzw. Reaktionsraum durch eiserne Wände zu bilden,
die mit den Gasen direkt in Berührung kommen und zweckmäßig durch einen widerstandsfähigen
Metallüberzug vor Oxydation oder sonstigen chemischen Einflüssen geschützt werden.
Zum Schutz gegen Wärmeverluste kann der Mantel außen mit einer Isolierschicht versehen
werden.
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Weiter bezieht sich die Erfindung auf die zweckmäßige Ausbildung und
Anordnung der Zuführungseinrichtungen für die Heizgase und das zu behandelnde staubförmige
Gut. Der Behandlungsraum ist, wie aus Abb. i ersichtlich, unabhängig von den Zuführungsorganen
vermittels eines Bußeisernen Rahmens g auf den Fundamenten io gelagert. Die Zuführungsorgane
für Heizgas und Staub, die aus dem Düsenstückii und der Heizgasleitung i bestehen,
können unabhängig von den übrigen Bauteilen montiert werden. Gemäß Abb. i sind diese
Organe unterhalb des Behandlungsraumes mit Hilfe von Schrauben 1a hängend angeordnet.
Die dichte Verbindung .zwischen den Zuführungsorganen und dem eigentlichen Behandlungsraum
läßt sich aber auch in einfacher Weise durch eine Tauchung, einen Sandverschluß,
eine Stopfbüchse oder durch ein anderes nicht starres Zwischenglied erreichen. In
Abb. 3 ist eine Tauchung bzw. ein Sandverschluß 13 angedeutet.
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Ordnet man, wie dies z. B. für den Betrieb einer einzelnen Vorrichtung
zweckmäßig ist, entsprechend Abb. 4 eine Feuerung 14 direkt unterhalb des Behandlungsraumes
an, so ist es für die Montage und für Reinigungsarbeiten von großem Vorteil, wenn
die gesamte Feuerungsanlage auf Rollen verfahrbar eingerichtet ist, wie Abb. 4 zeigt.
Ferner ist aus dieser Abbildung die zweckmäßige Ausbildung des Feuerraumes ersichtlich,
der am besten aus einem oder mehreren zylindrischen Elementen besteht, die innen
mit wärmedichtem und feuerfestem Material ausgekleidet sind. Die Feuerungsart ist
in Abb.4 beispielsweise durch den Gasbrenner 1,5 ang°-deutet.
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Die düsenartige Verengung des Gasstromes beim Eintritt in den Behandlungsraum
hat den Zweck, den Strom an dieser Stelle auf hohe Geschwindigkeit zu bringen und
so ein Zurückfallen der hier zugeführten Gutteilchen in die Feuerung bzw. in die
Heizgasleitung
zu verhindern. Durch die Erweiterung hinter der düsenartigen
Verengung wird eine Durchwirbelung des Gemisches erzielt, wobei die leichten Teilchen
mit dem Gasstrom fortgeführt, die schweren jedoch so lange schwebend oder wirbelnd
dein Heizgasstrom im inneren Schacht ausgesetzt bleiben, bis sie infolge intensiver
Entgasung in feinste Teile zersprengt und gleichfalls mit dem Strom fortgeführt
werden. Das Düsenstück besitzt, wie Abb. i zeigt, einen Kühlwasserkanal 16 und einen
Verteilungskanal 17 für das staubförmige Gut. Der Staub kann in bekannter Weise
nach vorheriger Vermischung mit Gas oder Luft als Gasstaubemulsion wie eine Flüssigkeit
durch Rohrleitungen befördert und schließlich durch radiale Zuführungskanäle 18
in den Heizgasstrom eingeführt werden. Die Zuführungskanäle erhalten zweckmäßig
auswechselbare Einsatzrohre i9, um der Abnutzung durch das staubförmige oder feinkörnige
Material Rechnung zu tragen. Auch können die Einsatzrohre je nach der gewünschten
Stärke des Emulsionsstrahles bemessen werden. Die Lage der Zuführungskanäle ermöglicht
ihre bequeme Reinigung. Ferner ist es auch möglich, jeden der Zuführungskanäle mit
einer besonderenRegelvorrichtung, einem Ventil, einer Klappe o. dgl. zu versehen,
um einzelne Kanäle abschalten zu können. Der Kühlwasserkanal 16 hat den Zweck, einerseits
die Überhitzung des Düsenstückes zu verhindern, andererseits die zu behandelnde
Staubemulsion bis kurz vor ihrem Eintritt in den Heizgasstrom verhältnismäßig kühl
zu halten. Diese Kühlhaltung ist bei der Verarbeitung wasserhaltiger Brennstoffe
erforderlich, weil sonst durch verdampfendes und wieder kondensierendes Wasser ein
Zusammenbacken der Staubteilchen und damit eine Verstopfung der Zuführungsorgane
erfolgt. Die zu behandelnde Staubemulsion könnte natürlich auch zentral beispielsweise
durch das Rohr 2o entsprechend Abb. 2 und 3 zugeführt werden.
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Eine andere Ausführungsmöglichkeit der Vorrichtung ist in Abb. 5 schematisch
angedeutet. Die zu behandelnde Gasstaubemulsion wird durch das Rohr 21 zugeführt
und durchstreicht nach der Mischung mit den Heizgasen den inneren Schacht 22 und
den äußeren Schacht 23 und wird einseitig durch den Abzug 2.:1, abgezogen, wobei
bereits eine Trennung in der Weise erfolgt, daß die schwereren Gutteile durch den
Stutzen 25, die Gase bzw. äußerst fein verteilte Gutteilchen durch den Stutzen 26
entweichen. Zur Unterstützung der Innenheizung ist bei diesem Ausführungsbeispiel
noch ein Heizmantel 27 vorgesehen, durch den unabhängig von der Innenheizung
in regelbarer Menge Heizgase hindurchgeleitet werden können. Es ist auch möglich,
die Gase aus dem Heizmantel in den Innenraum übertreten zu lassen und so an geeigneter
Stelle den Prozeß durch direkte Einwirkung von Zusatzgasen zu beeinflussen. Die
Zufuhr kann beispielsweise durch öffnungen 28 in der Wandung erfolgen oder aber
auch in der Weise, daß im oberen Teil ein Deckel29 angeordnet ist, der von außen
durch die Spindel 30 so eingestellt werden kann, daß ein mehr oder weniger
breiter Spalt 31 für den Durchtritt der Gase aus dem Mantelraum in den Entgasungs-
bzw. Reaktionsraum frei bleibt.
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Es können auch an verschiedenen Stellen des Behandlungsraumes weitere
Zuführungsöffnungen vorgesehen sein, durch die in bekannter Weise zusätzlich Gas
oder Behandlungsgut eingeführt «erden kann. So können gemäß Abb. 3 durch eine zentrale
Leitung 33 bzw. eine oder mehrere Ringleitungen 3-., die durch radiale Rohre 35
in den Ofen münden, frisches Heizgas oder Behandlungsgut oder auch Gemische von
beiden, z. B. am oberen Ofenende, zusätzlich eingeführt werden. Ein hier einstellbar
angeordneter Kegel 3:2 bewirkt eine gute Durchmischung und gestattet gleichzeitig
den Durchgangsquerschnitt und damit die Zusatzmenge zu ändern. Der gezeichnete Kegel
32 wirkt nur auf das durch die Leitung 33 ankommende Gut oder Gas. Dann können die
Kanäle 35 besondere Absperrorgane erhalten. Selbstverständlich ist aber auch eine
solche Ausbildung des Kegels 32 möglich, daß er als Absperrorgan für die Radialleitungen
35 dient.
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Eine weitere Ausgestaltung der Vor richtung zeigt Abb. 6. Sie unterscheidet
sich von den oben beschriebenen Ausführungen durch den Einbau einer Glocke 36. Durch
diese kann erstens eine stärkere Wärmekonzentration in der Mitte erreicht werden,
und außerdem kann durch Heben und Senken der Glocke, z. B. mit Hilfe der Spindel
37, das Strömungsbild nach Bedarf beeinflußt werden. Die Glocke ist, wie in der
Zeichnung angedeutet, nach unten verjüngt, um erforderlichenfalls beim Austritt
des Gemisches aua der Glocke bereits eine starke Abscheidung fester Bestandteile
zu bewirken, welche durch die öffnung 38 mit Hilfe an sich bekannter Vorrichtungen
abgezogen werden können.