DE69712009T2

DE69712009T2 - Betrieb eines Ofens für Verfahren und Behandlungen in unterstoechiometrischen Atmosphären

Info

Publication number: DE69712009T2
Application number: DE69712009T
Authority: DE
Inventors: Piergiorgio Fontana
Original assignee: SMS Demag SpA
Current assignee: SMS Demag SpA
Priority date: 1996-10-11
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 2002-11-14
Anticipated expiration: 2017-09-27
Also published as: AU716723B2; AU4002697A; ZA978474B; DE69712009D1; EP0836066A1; MX9707805A; CA2216408C; PL322541A1; EP0836066B1; ES2175238T3; CA2216408A1; ITGE960090A0; CN1128979C; BR9705011A; CN1180827A; ITGE960090A1; US5899689A; ATE216485T1; IT1287570B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Methode zum Betrieb eines Ofens für Prozesse und thermische Behandlungen, der eine Ofenbrennkammer und mindestens ein Paar Wechselbetrieb-Regenerativ-Vorerhitzer umfasst, die jeweils eine Kammer umfassen, die mit geeigneten Mitteln mit einer Durchlassöffnung an der Brennkammer des Ofens verbunden ist und an einem Ende mit einer Ansteuerungsvorrichtung in Verbindung steht, und jeweils mit geeigneter Ausfütterung versehen nahe bei dem Ende der Kammer angeordnet ist, die mit der Ansteuerungsvorrichtung in Verbindung steht, wobei die Ansteuerungsvorrichtung in alternierender Weise die Kammer jedes Regenerativ-Vorerhitzers in einer ersten Phase mit einer Abzugsvorrichtung für die in der Brennkammer des Ofens erzeugten Rauchgase verbindet und in einer zweiten Phase mit einer Zufuhrvorrichtung für einen Verbrennungsförderer.
Eine Methode dieser Art ist aus den Dokumenten US-A-5057010 und US-A-5203859 bekannt. Bei den aus diesen beiden Dokumenten bekannten Öfen werden in der ersten Phase durch die Kammer des Regenerativ-Vorerhitzers und durch die nachfolgende Nachverbrennungs- und durch die Wärmeaustausch- und Wärmespeichervorrichtung hindurch, nur Gase, die aus der Ofenbrennkammer kommen, zu der Abzugsvorrichtung für die Rauchgase befördert, während in der zweiten Phase, gleichzeitig mit dem Verbrennungsförderer aus der jeweiligen Zufuhrvorrichtung, auch ein Brennstoff in die Kammer des Regenerativ-Vorerhitzers eingespritzt wird, um zur Erzeugung von Hitze und einer Flamme verbrannt zu werden, die durch die Durchlassöffnung zwischen dieser Kammer und der Kammer des Regenerativ-Vorerhitzers in die Ofenbrennkammer eindringen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Methode gemäß dem vorkennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 zu realisieren, die einen hohen Grad an Wärmerückgewinnung erlaubt, wobei der größere Teil der unverbrannten Bestandteile der Abgase eliminiert wird und der Transfer sowohl des Abgases als auch der Luftzufuhr des Ofens durch Leitungen bei deutlich niedrigerer Temperatur erfolgt.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ist die erfindungsgemäße Methode dadurch gekennzeichnet, dass:
a) die thermodynamischen Prozesse und die Wärmebehandlungen in dem Ofen in unterstöchiometrischer Atmosphäre stattfinden, so dass die in Innern der Ofenbrennkammer erzeugten Rauchgase einen hohen Gehalt an unverbrannten Bestandteilen, insbesondere CO, besitzen,
b) in der ersten Phase die Kammer des Regenerativ-Vorerhitzers sowohl mit der Rauchgasabzugsvorrichtung wie auch direkt mit der Zufuhrvorrichtung für den Verbrennungsförderer stromaufwärts von der Nachverbrennungs-, Wärmeaustausch- und Wärmespeichervorrichtung verbunden ist, um die vollständige Verbrennung der unverbrannten Bestandteile der Gase zu bewirken, die aus der Ofenbrennkammer kommen,
c) in der zweiten Phase nur der Verbrennungsförderer in die Kammer des Regenerativ-Vorerhitzers eingeleitet wird.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass
- die Kammer des Regenerativ-Vorerhitzers in ihrem unteren Teil eine Ausfütterung enthält, die die Nachverbrennungs-, Wärmeaustausch- und Wärmespeicher- Vorrichtung umfasst und an ihrem unteren Ende alternierend in der ersten Phase über ein Ventil mit der Rauchgasabzugsvorrichtung und in der zweiten Phase über ein Ventil mit der Zufuhrvorrichtung für den Verbrennungsförderer verbunden ist, und
- das obere Ende der Kammer des Regenerativ-Vorerhitzers über eine Leitung und ein Diffusorelement aus hitzebeständigem Material mit der Durchlassöffnung der Ofenbrennkammer in Verbindung steht und in der zweiten Phase über eine Zuführungsleitung und ein Ventil mit der Zufuhrvorrichtung für den Verbrennungsförderer verbunden ist.
Weitere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung deutlich, die beispielhaft und nicht erschöpfend ist, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, und zwar:
Fig. 1 zeigt eine Querschnitt-Ansicht eines gemäß der vorliegenden Erfindung betriebenen Ofens, und
Fig. 2 zeigt eine Ansicht von oben mit teilweisen geschnittenen Teilen eines vergrößerten Details des gemäß der Erfindung betriebenen Ofens.
In Fig. 1 ist ein Ofen dargestellt, der gemäß der vorliegenden Erfindung betrieben wird; in der Figur ist als Beispiel ein Ofen mit rotierendem Herd dargestellt. Die Brennkammer des Ofens ist mit 1 bezeichnet. Diese Kammer ist begrenzt von zwei Seitenwänden 101, einer Deckwand 201 und einem Herd 301, der bezüglich der Seitenwände 101 und der Deckwand 201 beweglich ist. Dieser Herd ist in bekannter Weise auf einem Rahmen 311 befestigt, der mit den Führungen 321 auf den Rädern 11 gleitet, die auf den Stützen 10 montiert sind. Die Dichtigkeit der Kammer 1 gegen die darin erzeugten Gase ist für den rotierenden Herd 301 durch die Flüssigkeits- Dichtungen 20 mit der Flüssigkeit 21 gewährleistet, in der die Flanschen 331 des Herdes laufen und in die die Flanschen 11 der Seitenwände eingetaucht sind.
An den Seitenwänden 101 der Kammer 1 befinden sich Durchlassöffnungen 121, mit denen die gemäß der Erfindung betriebenen Einrichtungen 2 verbunden sind. Diese Einrichtung umfasst eine Kammer 102, die teilweise mit Ausfütterungs-Material 112 befüllt ist, das von einem am Boden der Kammer 102 angeordneten Gitter 132 gehalten wird. An dieser Kammer öffnet sich ein Kanal 122, der mit der Durchlassöffnung 121 der Wand 101 über den Diffusor 402 in Verbindung steht. Außerdem hat die Kammer am gleichen Ende, an dem sich der Kanal 122 öffnet, einen freien Raum 142, der mit der Leitung 103 in Verbindung steht, die über ein Steuermittel wie das Regulierventil 113 mit dem Sammelrohr 3 für die Zufuhr der verbrennungsfördernden Gase verbunden ist. Am gegenüberliegenden Ende läuft die Kammer 102 in eine Leitung 302 aus, an die die Leitungen 203 und 104, die mit dem Sammelrohr 3 für die Zuleitung des Verbrennungsförderers und dem Sammelrohr 4 für den Abzug der in der Kammer 1 erzeugten Gase in Verbindung stehen, alternierend durch geeignete Ansteuerungsmittel wie die Sperrventile 213 und 114 angeschlossen werden können. In der Figur hat der im Querschnitt dargestellte Ofenbereich zwei Einrichtungen 2, die an den Wänden 101 der Brennkammer 1 angeordnet gezeigt werden.
Fig. 2 zeigt ein Detail des Ofens bezüglich der Einrichtung 2. Die gleichen Zahlen entsprechen den gleichen Teilen. Wie ersichtlich ist, sind sowohl der Kanal 122 wie auch die Leitung 103 tangential zu der Kammer 102 dieser Einrichtung angeordnet.
Der Betrieb des Ofens gemäß der Erfindung wird aus dem folgenden klar. Die Verbrennung in Inneren der Ofenkammer 1 erzeugt Gas mit hoher Temperatur (um 1400ºC) und hohem Gehalt an unverbrannten Bestandteilen in den Öfen für die Reduktion von Metalloxiden, insbesondere CO. Die Einrichtungen 2, mit denen der gemäß der Erfindung betriebene Ofen ausgerüstet ist, arbeiten in alternierenden Phasen; in einer Phase ist das Ventil 114 offen, das den Zugang zur Leitung 104 reguliert, die die Kammer 102 der Einrichtung 2 in Verbindung bringt mit dem Abzugssammelrohr 4, während das Ventil 213, das den Zugang zur Leitung 203 reguliert, die mit dem Sammelrohr 3 zur Zuführung des Verbrennungsförderers in Verbindung steht, geschlossen ist. Das Gas fließt also in das Innere der Kammer 2. Die Menge der Luft, die notwendig ist, um a) die vollständige Verbrennung der unverbrannten Bestandteile der aus der Ofenkammer 1 kommenden Gase zu bewirken, und b) die Temperatur des erzeugten Gases auf der gewünschten Höhe, zum Beispiel 1300ºC, zu überwachen, wird von der Leitung 103 in die Kammer 102 geblasen, und zwar reguliert durch das Ventil 113. Dann passieren die Gase, die praktisch frei sind von unverbrannten Rückständen, die Ausfütterung, wobei sie einen großen Teil ihrer Eigenwärme daran abgeben, und kommen danach mit einer Temperatur zwischen 200ºC und 300ºC in das Sammelrohr 4. Das Ausfütterungsmaterial ist in geeigneter Weise ausgewählt aus Materialien, die beständig gegen Hitze und Temperaturschock sind, und ist in der Weise angeordnet, dass es eine ausreichende Durchlässigkeit und genügend Oberfläche pro Volumeneinheit bietet. Die Kammer 102, der Diffusor 402 und die Durchlassöffnung 121 sind mit einer Innenauskleidung aus hitzebeständigem Material versehen, um der Hitze zu widerstehen, der sie ausgesetzt sind.
In der nächsten Phase werden das Ventil 114 und das Ventil 113 geschlossen und ein Ventil 213 wird geöffnet. Infolgedessen dringt der Verbrennungsförderer, das heißt, die Luft, die dem Ofen zugeführt werden soll, in die Kammer 102 ein, wobei sie durch deren Ausfütterung 112 hindurchgeht; auf diese Weise wird die in der Ausfütterung 112 gespeicherte Wärme an den Verbrennungsförderer abgegeben, der auf die angestrebte Temperatur (im allgemeinen um 1000ºC) vorgeheizt die Ofenkammer 1 erreicht, wobei er durch den Diffusor 402 und die Durchlassöffnung 121 hindurchgeht. Der vorstehend beschriebene Arbeitstakt kann an diesem Punkt wiederholt werden.
Vorteilhafterweise sind der Kanal 122 und die Leitung 103 in der in Fig. 2 dargestellten Weise angeordnet, um eine bessere Mischung der jeweiligen Gasströme zu ermöglichen, das heißt, des Gases, das aus der Verbrennungskammer des Ofens kommt, nämlich aus dem Kanal 122, und des verbrennungsfördernden Gases, das aus dem Sammelrohr 3 für den Verbrennungsförderer kommt, nämlich aus der Leitung 103.
Wie in der Figur für einen bestimmten Ofenbereich gezeigt ist, sind die Einrichtungen 2 vorzugsweise paarweise oder gleichzahlig installiert, um zu garantieren, dass eine konstante Menge von Gas aus einem bestimmten Bereich abgezogen wird und eine konstante Menge von vorerwärmter Luft in den letzteren geblasen wird. Die Umkehrung der Betriebsphase erfolgt in vorherbestimmten Zeitintervallen oder wenn eine festgesetzte Temperaturschwelle erreicht ist, zum Beispiel ein Maximalwert für die Abgase oder ein Minimalwert für die in den Ofen geblasene Luft, die angemessen überwacht wird. Vorteilhafterweise wird jeder Ofenbereich hinsichtlich des Zustroms von Verbrennungsförderer und des Abflusses von Abgasen durch an den jeweiligen Sammelrohren angebrachte Kontrollmittel überwacht.
Der so konzipierte Ofen bietet zahlreiche Vorteile gegenüber Öfen des bekannten Typs. Insbesondere können die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn der verwendete Ofen unter den Bedingungen der sogenannten diffusen Verbrennung arbeitet; in diesen Fällen zeigt sich, dass die räumliche Nähe zwischen dem Injektionspunkt des Verbrennungsförderers und dem des Brennstoffs tatsächlich weniger wichtig ist.
Schließlich erfolgt die Kopplung zwischen der Nachverbrennung der aus der Ofenkammer abgezogenen unverbrannten Gase und der nachfolgenden Wärmerückgewinnung durch die Technik der Wechselbetrieb-Regenerativ-Vorerhitzer.
Der gemäß der Erfindung betriebene Ofen macht es möglich, den Heizwert der in der Verbrennungskammer erzeugten Rauchgase mit einer Ausbeute von etwa 90% zu nutzen, was sehr viel höher ist als diejenige, die mit den bekannten Einrichtungen nach dem Stand der Technik erreichbar ist. Außerdem werden die verschiedenen Ofenbereiche weniger abhängig voneinander und wesentlich besser kontrollierbar, wobei die Störwirkungen vermindert werden, die die Verbrennung in einem bestimmten Bereich auf diejenige, die in einem benachbarten Bereich und weiter stromabwärts in bezug auf die Richtung der Rauchgase geschieht, hervorrufen kann. Schließlich können die Sammelrohre für die Zufuhr der Verbrennungsförderer und für den Abzug der Rauchgase mit kleineren Abmessungen und weniger oder ohne Isolierung konstruiert werden, da die sie durchströmenden Gase eine viel geringere Temperatur haben als die Gase in den gegenwärtig in der Praxis genutzten Einrichtungen.

Claims

1. Methode zum Betrieb eines Ofens für Prozesse und thermische Behandlungen, der eine Ofenbrennkammer (1) und mindestens ein Paar Wechselbetrieb- Regenerativ-Vorerhitzer (2) umfasst, von denen jeder eine Kammer (102) umfasst, die mit geeigneten Mitteln (402) mit einer Durchlassöffnung (121) an der Ofenbrennkammer (1) verbunden ist und an einem Ende (302) mit Ansteuerungsmitteln (203, 213, 104, 114) in Verbindung steht, die mit geeigneter Ausfütterung (112) versehen nahe bei dem Ende (302) der Kammer (102) angeordnet sind, die mit den Ansteuerungsmitteln (203, 213, 104, 114) kommuniziert, wobei die Ansteuerungsmittel die Kammer (102) jedes Regenerativ-Vorerhitzers (2) in alternierender Weise in einer ersten Phase mit Abzugsvorrichtungen (4) für die in der Brennkammer (1) des Ofens erzeugten Rauchgase verbinden und in einer zweiten Phase mit Zufuhrvorrichtungen (3) für einen Verbrennungsförderer, dadurch gekennzeichnet, dass

a) die thermodynamischen Prozesse und die Wärmebehandlungen im Ofen in unterstöichometrischer Atmosphäre stattfinden, so dass die im Innern der Ofenbrennkammer (1) erzeugten Rauchgase einen hohen Gehalt an unverbrannten Bestandteilen aufweisen, insbesondere CO,

b) in der ersten Phase die Kammer (102) des Regenerativ-Vorerhitzers (2) sowohl mit der Rauchgas-Abzugsvorrichtung (4) als auch direkt mit der stromaufwärts von der Nachverbrennungs-, Wärmeaustausch- und Wärmespeichervorrichtung (112) befindlichen Zufuhrvorrichtung (3) für den Verbrennungsförderer verbunden ist, um die vollständige Verbrennung der unverbrannten Bestandteile der aus der Ofenbrennkammer kommenden Gase zu bewirken,

c) in der zweiten Phase nur der Verbrennungsförderer in die Kammer (102) des Regenerativ-Vorerhitzers (2) eingeleitet wird.

2. Methode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Kammer (102) des Regenerativ-Vorerhitzers in ihrem unteren Teil eine Ausfütterung (112) enthält, die die Nachverbrennungs-, Wärmeaustausch- und Wärmespeichervorrichtung umfasst und an ihrem unteren Ende (302) alternierend in der ersten Phase über ein Ventil (114) mit der Rauchgas-Abzugsvorrichtung (4) und in der zweiten Phase über ein Ventil (213) mit der Zufuhrvorrichtung (3) für den Verbrennungsförderer verbunden ist, und

- das obere Ende der Kammer (102) des Regenerativ-Vorerhitzers (2) über einen Kanal (122) und ein Diffusorelement (402) aus hitzebeständigem Material mit der Durchlassöffnung (121) der Ofenbrennkammer (1) in Verbindung steht und in der zweiten Phase über eine Zuführungsleitung (103) und ein Ventil (113) mit der Zufuhrvorrichtung (3) für den Verbrennungsförderer verbunden ist.

3. Methode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (122), der die Kammer (102) des Regenerativ-Vorerhitzers (2) mit der Durchlassöffnung (121) der Ofenbrennkammer (1) verbindet, und die Zuführungsleitung (103), die die Kammer (102) mit der Zuleitungsvorrichtung (3) für den Verbrennungsförderer verbindet, tangential zu den Seitenwänden der Kammer (102) angeordnet sind.

4. Methode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausfütterung (112) der Nachverbrennungs-, Wärmeaustausch- und Wärmespeichervorrichtung ungeordnet gepackte Kügelchen oder Körner aus hitzebeständigem Material umfasst.

5. Methode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausfütterung (112) der Nachverbrennungs-, Wärmeaustausch- und Wärmespeichervorrichtung hitzebeständige geschichtete Lochsteine umfasst.