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Ofen zur Durchführung von Trocknungs- und anderen thermischen Prozessen,
insbesondere zur Teildestillation von Holz Die vorliegende Erfindung stellt eine
weitere Ausbildung des in dem Patent 514o68 enthaltenen Erfindungsgedankens dar.
Das Hauptpatent bezieht sich auf einen Gipsofen mit zwei hintereinandergeschalteten
Brennröhren, deren erste heißer als die zweite betrieben wird. Gemäß dem Hauptpatent
wird die erste, heißere Röhre des Gipsofens im Gleichstrom betrieben, während die
zweite Röhre in an sich bekannter Weise im Gegenstrom betrieben wird. Dadurch wird
in der Hauptsache erreicht, daß ein Verbrennen des Gipses auch bei einer Variation
der Röhrentemperatur nicht eintreten kann.
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Es hat sich nun herausgestellt, daß der im Hauptpatent niedergelegte
Gedanke, die erste von zwei hintereinandergeschalteten Brennröhren im Gleichstrom
und die zweite im Gegenstrom zu betreiben, nicht nur bei Gipsöfen, sondern ganz
allgemein bei Ofen zur Durchführung von Trocknungs-, Brenn-, Reaktions-, Koagulations-
oder anderen thermischen Prozessen bei der Behandlung beliebiger Substanzen sehr
wesentliche Vorteile bietet. Als besonders zweckmäßig hat sich die Anwendung der
Erfindung bei Ofen zum Trocknen und zur Teildestillation von Holz erwiesen, um beispielsweise
Brennstoff für Gaserzeuger o. dgl. herzustellen.
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Bei den bisher bekannten Ofen mit zwei hintereinandergeschalteten
Ofendrehröhren werden beide Röhren entweder im Gleichstrom oder im Gegenstrom zu
dem Gut beheizt. Wenn beide Röhren und insbesondere die erste- Röhre im Gegenstrom
betrieben werden, treten unter Einwirkung der Hitze leicht schädliche Verbindungen
oder Zersetzungen der der Behandlung unterworfenen Stoffe auf. Wenn aber beide hintereinandergeschalteten
Röhren im Gleichstrom betrieben werden, so ist es häufig nicht möglich, die restliche
Feuchtigkeit aus dem Gut auszutreiben, vielmehr geben die mehr oder weniger gesättigten
Heizgase bei sinkender Temperatur leicht etwas von der aufgenommenen Feuchtigkeit
an das Gut ab. Die Behandlung des Gutes bleibt daher unvollständig.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird nun bei derartigen, zur thermischen
Behandlung beliebiger Stoffe dienenden Ofen entsprechend dem im Patent 514 o68 bei
Gipsöfen angewendeten .Prinzip die erste, vorzugsweise
heißere
Röhre im Gleichstrom betrieben, während die zkeite Röhre in an sich bekannter Weise
im Gegenstrom betrieben wird. Der dadurch erreichte technische Fortschritt besteht
analog der bei Gipsöfen erzielten Wirkung im wesentlichen darin, daß unerwünschte
Veränderungen, Zersetzungserscheinungen, Verbrennen usw. der behandelten Stoffe
mit Sicherheit verhütet und die restlose Durchführung des Prozesses in äußerst wirtschaftlicher
Weise ermöglicht wird. Die Einrichtung gemäß der Erfindung vereinigt also die Vorteile
der beiden obengenannten bekannten Ofensysteme, ohne daß jedoch die Nachteile der
bekannten Systeme in Kauf genommen zu werden brauchen.
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Da eine unbeabsichtigte, nachteilige Beeinflussung der Stoffe in einem
Ofen der beschriebenen Bauart vermieden wird, so kann vorteilhaft in den aufeinanderfolgenden
Prozeßphasen jede gewünschte Korrektur des Prozesses herbeigeführt werden, indem
zwischen oder in den Röhren Kontrollorgane zur Messung der Temperatur des physikalischen
oder chemischen Zustandes der dem Prozeß unterworfenen Substanzen eingeschaltet
werden. Mit Hilfe dieser Kontrollorgane kann in an sich bekannter Weise hauptsächlich
in den nachfolgenden Prozeßphasen die Röhrentemperatur, die Prozeßdauer, die Zirkulationsrichtung
der Heizgase oder ein sonstiger Betriebsfaktör in der gewünschten Weise beeinflußt
werden. Bei den bisher bekannten Öfen mit zwei hintereinandergeschalteten Brennröhren
war eine solche Korrektur des Prozesses nicht gut möglich, da bei einer Variierung
der Temperatur usw. stets die Gefahr einer schädlichen Beeinflussung der. Substanzen
bestand.
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In den eichnungen ist der Erfindungsgegenstand in mehreren Ausführungsformen
beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigen Fig. i und 2 schematisch im Längsschnitt
bzw. in Aufsicht einen Trockenofen gemäß, einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
die Fig. 3 bis 5 veranschaulichen schematisch je einen Ofen gemäß drei weiteren
Ausführungsformen der Erfindung, wobei Fig. ,a. lediglich eines der Ofenelemente
zeigt.
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Als Beispiel sei im folgenden die Anordnung eines Ofens gemäß der
Erfindung erläutert, welcher zur beliebigen Behandlung, z. B. zur Trocknung o. dgl.,
aller Arten von mit Flüssigkeit durchtränkten Stoffen, beispielsweise von Phosphaten,
dient.
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Zu diesem Zweck wird der Ofen mit wenigstens zwei Röhren versehen,
welche feststehend oder drehbar, horizontal, geneigt oder sogar vertikal sowie übereinander--oder
nebeneinanderliegend angeordnet sein können. Diese Röhren werden im Innern mit Einrichtungen
versehen, welche einen kontinuierlichen Umlauf der Stoffe im Sinne der Pfeile i
gewährleisten.
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In den Röhren können Förderorgane beliebiger Art, beispielsweise eine
Schnecke, angeordnet sein.
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Nach einer anderen Ausführungsform, welche insbesondere bei schrägliegenden
und mittels Antriebsorganen, wie z. B. Zahnrädern d, drehbaren Röhren zweckmäßig
ist, sind die Röhren mit Rühreinrichtungen ausgerüstet, durch die ein intensives
Umrühren und Umlagern der Substanzen hervorgerufen wird. , Solche Einrichtungen
sind insbesondere bei der Verarbeitung von teigigen oder dickflüssigen Stoffen von
Vorteil. Die Rührorgane werden z. B. als im Röhreninneren angeordnete Trennwände
e ausgebildet. Auch können Ketten sowie käfigartige Gebilde und andere Mittel als
Rührorgane in den Röhren angeordnet sein.
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Der Ofen wird in folgender Weise von den der Behandlung unterworfenen
Substanzen durchlaufen. Durch einen Trichter b gelangen die Substanzen an einer
Seite in eine erste Röhre dl, durchlaufen diese und treten alsdann durch einen Trichter
c in eine zweite Röhre a= über. Die Förderung der Substanzen erfolgt im vorliegenden
Falle, wo die Röhren übereinanderliegen, vorteilhaft unter der Wirkung des Eigengewichtes
der Substanzen.
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Weiterhin besitzt der Ofen Heizvorrichtungen, welche die Röhren mit
einem Strom von heißer Luft bzw. heißen Gasen beschicken, um die Trocknung oder
sonstige Behandlung der Substanzen zu bewirken. Die heißen Gase durchströmen hierbei
die eine der Röhren, und zwar die Röhre az, in gleicher Richtung, die zweite Röhre
dagegen in umgekehrter Richtung wie die Substanzen, welche die Röhren durchlaufen.
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Die Heizeinrichtungen können entweder mit einer einzigen Wärmequelle
oder vorzugsweise mit zwei voneinander unabhängigen Wärmequellen versehen sein,
welche gemäß dem vorliegenden Beispiel als Generatorgasbrenner ausgebildet sein
können.
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In jedem Fall werden die Heizorgane derart angeordnet, daß die Verbrennungsgase
oder gegebenenfalls die von den Verbrennungsgasen erhitzten Medien in einem Feuerraum
auf die gewünschte Temperatur gebracht und sodann durch natürlichen oder künstlichen
Zug den Röhren an den der oben beschriebenen Zirkulationsrichtung entsprechenden
Enden zugeführt werden.
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Die Temperaturen, mit denen die Gase in die verschiedenen Röhren eintreten,
richten
sich im wesentlichen nach der besonderen Natur der Substanzen,
welche jeweils der Behandlung unterworfen' werden. Jedoch wird vorzugsweise die'
Eintrittstemperatur der Gase bei der ersten Röhre a1, welche von den Gasen und Substanzen
im Gleichstrom durchströmt wird, höher gewählt als bei der Röhre a2. Durch diese
Maßnahme wird folgender Vorteil erzielt.
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Sollen z. B. feuchte Substanzen in dem Ofen getrocknet werden, so
werden dieselben sogleich nach ihrer Einführung in die Röhre a1 einer erhöhten Temperatur
ausgesetzt, so daß der größte Teil des in ihnen enthaltenen Wassers äußerst rasch
verdampft und entweicht, ohne daß hierbei die Gefahr einer unbeabsichtigten Zustandsänderung
für die Substanzen besteht, da ja die Temperatur dieser Substanzen an dieser Stelle
nicht merklich' über die Siedetemperatur des Wassers steigen kann.
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Die Trocknung der Substanzen wird alsdann in der Röhre a2 zu Ende
geführt. Nach Verlassen der letzten Röhre werden die Substanzen schließlich in eine
Rinne lt abgeleitet.
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Weiterhin können die einzelnen Röhren, insbesondere bei der Verarbeitung
staubförmiger Substanzen, mit Entstaubungskammern f1, f2 in Verbindung gebracht
werden. Die Staubkammern f1, f2 sind z. B. in bekannter Weise mit Einrichtungen
für die Ablagerung der Staubteilchen, beispielsweise Prallflächen u. dgl., ausgerüstet
und zwischen den Röhren und den Kaminschächten g1, g2 angeordnet.
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Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Röhren können Kontrollorgane zur
Messung der Temperatur oder zur- Prüfung des physikalischen oder chemischen Zustandes
der behandelten Substanz eingeschaltet sein, mit deren Hilfe hauptsächlich in den
nachfolgenden Behandlunggsphasen alle erforderlichen Berichtigungen des Brenn- oder
Trocknungsvorganges oder der sonstigen -Prozesse durchführbar sind.
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Beispielsweise werden bei einem Ofen von der oben beschriebenen Art
zwischen zwei Röhren Wärmemeßapparate, wie z. B. Pyrometer, Thermometer o. dgl.,
oder andere physikalisch-chemische Meßapparate angeordnet. .Nach dem -Anzeigen dieser
Apparate erfolgt selbsttätig oder von Hand die Betätigung von Regelorganen, welche
beispielsweise die Temperatur der Röhren durch Beeinflussung der Menge oder der
Temperatur der Heizgase an den Düsenöffnungen regeln oder welche die Zeitdauer des
Prozesses oder auch die Strömungsrichtung der Heizgase regulieren. Liegt der besondere
Fall vor, daß die Zeit, während der die Substanzen in den Röhren der Behandlung
unterworfen werden, in Abhängigkeit von den in den Röhren herrschenden Temperaturen
selbsttätig variiert werden soll, so wird z. B. eine Korrekturvorrichtung p vorgesehen,
welche aus einem Pyrometer sowie einem von dem Pyrometer betätigten Servomotor besteht.
Der Servomotor seinerseits bewirkt mittels Kabelzügen o. dgl. in an sich bekannter
Weise die Verstellung von Schließklappen.q. Die Schließklappen q können entweder
an den Röhrenenden z. B. auf passenden Ringstücken r oder im Röhreninneren selbst
angeordnet sein. Im letzteren Falle können die Verbindungsglieder zwischen den Schließklappen
und dem Servomotor in Führungen r1 geleitet werden.
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Natürlich besteht auch ohne weiteres z. B. bei einfacheren Ofen die
Möglichkeit, die Schließklappen entsprechend den vom Pyrometer ablesbaren ,Anzeigen
von Hand zu bedienen.
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Der Vorteil der beschriebenen Kontrolleinrichtung besteht beispielsweise
darin, daß man bei der Verarbeitung eines nicht vollständig homogenen Ausgangsproduktes
stets ein homogenes Endprodukt erzielen kann, indem man im Verlauf des Prozesses
die erforderlichen Korrekturen vornimmt. Der Einfluß dieser Korrekturen wird durch
die Apparate angezeigt, welche die Eigenschaften des Materials im Laufe des Prozesses
prüfen.
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Die erfindungsgemäß ausgeführten Ofen weisen gegenüber den bisher
bekannten Ofen dieser Art zahlreiche Vorzüge auf. Unerwünschte Veränderungen oder
ein Verbrennen der Substanzen während des Trocknens werden verhütet, da die Temperatur
der Röhre cal> in der die Trocknung zu Ende geführt wird, viel niedriger sein darf
als bei den bekannten Ofen, weil der größte Teil des Wassers bereits am Anfang der
ersten Röhre aus den Substanzen ausgetrieben wird. Weiterhin wird eine genaue Regelung
des Trocknungsvorganges oder der sonstigen Prozesse während des Betriebes ermöglicht.
Hierfür eignet sich ganz besonders eine Korrekturvorrichtung von der oben beschriebenen
Art, welche speziell bei der Verwendung der Ofen zum Gipsbrennen sehr nützlich ist.
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Der Ofen gemäß der Erfindung gestattet ferner bei gleichbleibender
Heizung eine Vergrößerung der Heizfläche und eine Verlängerung der Prozeßdauer.
Der Ofen arbeitet auch rationeller als die bekannten Trockenöfen, da der Brennstoff
besser ausgenutzt wird. Schließlich wird der Herstellungspreis des Ofens herabgesetzt,
da die Ausmaße der Röhren bei gleicher stündlicher Leistung geringer sein können
als bei den üblichen Ofen.
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Im übrigen kann der Gesamtwirkungsgrad des vorliegenden Ofens noch
weiter erhöht werden, indem an die Enden der Röhren
Rekuperativkammern
angeschlossen werden, mit deren Hilfe der größte Teil der überschüssigen Wärme wieder
nutzbar gemacht werden kann. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß mittels
der wiedergewonnenen Wärme Luft erhitzt wird. Diese heiße Luft wird durch einen
Ventilator i und eine Leitung j den Brennern zugeführt und als Verbrennungsluft
benutzt. Gegebenenfalls wird die heiße Luft auch in die Düsen h der Röhren eingeführt
und den Verbrennungsgasen zugemischt, wodurch sowohl die Temperatur geregelt als
auch der zur Schaffung eines künstlichen Zuges erforderliche schwache Überdruck
erzeugt werden kann.
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Die Wiedergewinnung von Wärme erfolgt z. B. mittels Wärmeaustauschflächen,
welche in den Entstaubungskammern angeordnet werden. Ferner kann vorteilhafterweise
eine Luftzirkulation rings um die Röhren vorgesehen werden, wodurch sich eine besondere
Verkleidung der Röhren zwecks Wärmeisolierung erübrigt.
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Der neue Ofen kann in der Weise betrieben werden, daß in eine oder
mehrere Röhren gleichzeitig oder nacheinander zwei oder mehr verschiedenartige Substanzen
eingeführt werden. Diese Substanzen oder auch die Heizmedien bzw. die Zusatzluft
können mit Hilfe von Leitungen s (Fig. 9) in das Innere der Röhren eingeführt werden.
Ferner bezieht sich die Erfindung auch auf die Anwendung der Öfen in der Zementfabrikation,
wobei die Substanzen in pulverisiertem Zustande in eine der rotierenden Röhren oder
Trommeln gelangen und im Inneren dieser Röhre durch Wasserzuführung mit Flüssigkeit
durchtränkt werden, um die Bildung von Kügelchen zu erzielen, bevor die Entziehung
der Kohlensäure und die Klinkerbildung stattfindet.
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Ferner kann der Ofen mit mehr als zwei Röhren ausgerüstet sein. Z.
B. kann er zwei erste, im Gleichstrom arbeitende und hiütereinander oder parallel
geschaltete Röhren und eine im Gegenstrom arbeitende dritte Röhre besitzen.
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Die Substanzen können auch während des Überganges von einer Röhre
in die nächste irgendwelchen Prozessen unterworfen werden. Weiterhin können die
Öfen bei niederer Temperatur zum Trocknen und zur Teildestillation von Holz in Form
von kleinen Stücken oder kleinen Reisern verwendet werden, um Dampfkohle, Rotholzkohle,
Brennstoff für Gaserzeuger o. dgl. herzustellen. Zu diesem Zweck werden die Öfen
vorzugsweise transportabel ausgeführt.
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Schließlich können die Substanzen im Inneren der Röhren auch mit Hilfe
von Ketten ohne Ende geführt werden, z. B. beim Trocknen von Holz oder von Ton,
Diese Ketten werden parallel zur Röhrenachse teils innerhalb, teils außerhalb der
Röhren geführt. Auch kann mindestens eine Kette gleichzeitig zwei verschiedene Röhren
durchlaufen. Die Ketten können im übrigen zur Unterstützung der Förderung mit Schaufeln
o. dgl. versehen sein.