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Schachtofen zum Brennen von Zement, zementähnlichen Stoffen und Kalk
Die Erfindung betrifft einen Schachtofen zum Brennen von Zement, ' alk oder ähnlichen
Stoffen in Form von Granalien oder kleinstückigem Gut mittels eines einblasbaren
Brennstoffes, wie z. B. Öl, Gas oder Kohlenstaub. Die bekannten Schachtöfen, bei
denen der Brennstoff in zerkleinerter Form zusammen mit dem Rohmehl vermischt, zu
Granalien geformt und so dem Ofen aufgegeben wird, sind in der Regel von der Belieferung
mit hochwertigem Brennstoff, z. B. Koksgruß oder Anthrazitkohle mit höchstens 6
bis ioa/o flüchtiger Bestandteilen abhängig. Bei den mit festen Brennstoffen betriebenen
Schachtöfen ist die Kontrolle des Brennvorganges verhältnismäßig schwierig. Es kommt
daher immer wieder vor, daß üngleich gebranntes Gut den Ofen verläßt, so daß es
erforderlich ist, mit Brennstoffüberschuß zu arbeiten. Hierbei kann Überbrand und
die Bildung zusammengesinterter Klinkerstöcke eintreten. Außerdem ist das Brennen
mit Brennstoffüberschuß unwirtschaftlich.
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Es ist bereits eine Schachtofenkonstruktion bekannt, die für die Verwendung
von Öl als Brennstoff entwickelt ist. Bei diesem Schachtofen erfolgt der Eintritt
des Brennöles durch einen rohrförmigen Körper, der von oben in das Innere des Schachtofens
hineinreicht und etwa in einer Höhe endet, die zwei Drittel der eigentlichen Schachtofenhöhe
beträgt. Dieser Vorschlag ist nicht befriedigend. Bei dem Verbrennungsprozeß bildet
sich lediglich am Ende des rohrförmigen Körpers, also dort, wo die Verbrennung des
Öles erfolgt, eine Zone von etwa kugelförmigem Volumen, innerhalb der die Verbrennung
vor sich geht. Es bildet sich
also keine Sinterzone, die sich über
den ganzen O_uerschnitt des Schachtofens erstreckt, sondern sie ist ungleichmäßig
in ihrer Höhe wie in der Temperatur, d. h. die Sinterzone nimmt die Form einer auf
den Kopf gestellten Glocke an, wobei die Temperatur im tiefsten Punkt dieser Glocke
zu hoch und am oberen, äußeren Rand zu niedrig ist. Als Folge davon findet in der
Mitte des Ofens die Bildung von Klinkerstöcken durch Überbrand statt, während nach
außen sich nur ein Schwachbrand mit abnehmender Temperatur entwickelt. Der auf diese
Weise erbrannte Klinker ist überreich an freiem Kalk (nicht gebundener Kalk) und
ergibt somit einen Zement von schlechter OOualität. Die vorgeschlagene Schachtofenkonstruktion
arbeitet daher in wärmewirtschaftlicher Beziehung ungenügend. Außerdem findet eine
Bildung von großen Klinkerstöcken statt, so daß auch eine schlechte Kühlung des
Klinkers erfolgt.
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Es ist ferner ein Schachtofen bekannt, bei dem der Brennstoff, z.
B. Öl, Gas oder Kohlenstaub, düsenartig im Bereich der Sinterzone eingeblasen und
mit Hilfe von Verbrennungsluft, die unterhalb der Sinterzone in die- Gutsäule unter
Druck eingeführt wird, verbrannt wird.
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Es ist auch ein Kalkofen bekannt, bei dem der Schachtquerschnitt im
Bereich der Brennzone eine Verengung dadurch erhält, daß die Schachtwände nach dem
Inneren vorgezogen sind. Hierdurch soll eine zunehmende Geschwindigkeit des Gases
erreicht werden. Bei diesem Kalkofen erreicht die Verengung im Bereich der Sinterzone
ihren kleinsten Durchmesser. Sie erstreckt sich aber von der Brennzone bis nach
unten in die Kühlzone und nach oben bis in die Vorwärmzone, so daß der durch die
Erfindung beabsichtigte Effekt nicht erzielt wird.
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Bekannt ist schließlich ein Schachtofen mit Ölfeuerung, bei dem der
lichte Querschnitt des Schachtes im Bereich der Brennzone gegenüber der Kühlzone
durch einen axial angeordneten Einbaukörper mit 1 egelförmigen Abschrägungen verringert
ist. Die Brennstoffzufuhr erfolgt hierbei axial durch den Einbaukörper hindurch.
Hierdurch kann jedoch nicht wie bei der Erfindung eine regelbare Erhöhung der Luftgeschwindigkeit
im Bereich der Einengung erzielt werden.
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Die Erfindung besteht demgegenüber darin, daß ein axial in den Schacht
hineinragender kegel- oder zylinderförmiger Verdrängungskörper angeordnet ist, der
die Einengung bewirkt. Hierbei wird der Ofen so ausgelegt und betrieben, daß die
durch die Einengung hervorgerufene Erhöhung der Luftgeschwindigkeit das Gut in diesem
Bereich auflockert und in leichte Bewegung versetzt. Hierdurch wird bei Schachtöfen,
bei denen die Heizgase von außen her an das Gut herangeführt werden, in der Mitte
der Brennzone ein Schwachbrand vermieden, der bei Schachtöfen mit größerem Durchmesser
auftreten kann. Die Anordnung des Verdrängungskörpers schafft ferner die Voraussetzung
dafür, daß der Schachtquerschnitt in einfacher Weise im Bereich der Sinterzone reguliert
werden kann. Die Wirkung des Verdrängungskörpers kann noch dadurch unterstützt werden,
daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die zum tangentialen Einführen des Brennstoffes
in den Schachtraum dient.
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Der Verdrängungskörper kann erfindungsgemäß nach oben bzw. nach unten
verjüngt sein. Durch eine derartige Verjüngung des Verdrängungscö rpers wird die
Luftzuführung verbessert.
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Der Verdrängungskörper kann in axialer Richtung bewegbar und auch
drehbar sein. Durch die Bewegung des Verdrängungskörpers in axialer Richtung kann
die Ouerschnittsfläche des Schachtquerschnittes sehr einfach reguliert werden. Die
Drehbarkeit des Verdrängungskörpers verhindert ein Festsetzen des Materials.
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Der Verdrängungskörper kann schließlich noch durch ein weiteres Regelorgan
ergänzt werden. Dieses Regelorgan besteht aus einem ringförmigen Körper, der um
den Führungskegel mit Abstand angeordnet ist. Es entsteht hierbei ein Ringspalt
zwischen dem Führungskegel und dem ringförmigen Körper, dessen Abstand sowohl durch
die Lage des Führungskegels als auch durch die Lage des ringförmigen Körpers reguliert
werden kann. .Als Regelorgan kann auch die Schachtwand der nach innen abgesetzten
Vorwärmzone dadurch dienen, daß diese Schachtwand höhenverstellbar angeordnet ist.
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Ein Schachtofen dieser Bauart wird vornehmlich zum Brennen von Zement
oder zementähnlichen Stoffen in Form von Granalien Verwendung finden. Es ist aber
auch möglich, das Gut in einer ähnlichen kleinstiickigen Form aufzugeben, wenn es
sich um das Brennen von Kalk handelt.
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Die mit dem Schachtofen nach der Erfindung erzielbaren Vorteile lassen
sich wie folgt zusammenfassen: Der bisher erforderliche Aufwand an maschineller
Einrichtung zum Abwiegen, Mischen und Fördern von Rohmehl und Kohle fällt fort,
da Öl, Gas oder Kohlenstaub als Brennstoff benutzt werden kann. Der der eigentlichen
Verbrennungskammer vorgeschaltete Schacht erlaubt eine intensive Ausnütztung der
Abhitze, da die Höhe der Trocken-, Vorwärm- und Kalzinierzone genau den gegebenen
Betriebsverhältnissen angepaßt werden kann. Die Überführung der Granalien aus der
Kalzinier- in die Sinterzone erfolgt kontinuierlich und gestattet so am -ganzen
Umfang ein gleichmäßiges Durchwandern der Granalien durch die Sint;erzone. Es können
immer nur so viele Granal,ien in die Sinterzone wandern wie Fertiggut aus dieser
abgezogen wird.
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Der unterhalb des Vorwärm- und Kalzinierschachtes angebrachte Verdrängungskörper
bezweckt einmal die kontinuierliche und regulierbare Überführung der Granalien aus
der Kalzinier- in die Sinterzone und zum andern, daß die in der Kühlzone vorgewärmte
Luft zwangsweise in die Brennkammer geführt wird. Auf Fiese Weise ist die Gewähr
gegeben, .daß der größte Teil der, Verbrennungsluft in die Verbrennungskammer gerät,
dort entsprechende Wirbelungen und somit eine
gute Verbrennung hervorruft.
Es kann somit mit verhältnismäßig wenig Luftüberschuß gearbeitet werden. Der freie
Querschnitt zwischen Verdrängungskörper und Ofenfutter gibt der Verbrennungs-IufteinehöhereGeschwindigkeit,
so daß die einzelne; Granalien in der Sinterzone sich dauernd in der Schwebe befinden,
d. h. es findet eine dauernde Bewegung und ein Umwälzen innerhalb des Brenngutes
statt. Die einzelnen Granalien bleiben dadurch in ihrer Form erhalten und die Bildung
von Klinkerstöcken aus zusammengesintertem Gut ist somit ausgeschaltet. Der auf
diese Weise erzielte Klinker ist porös und verfügt über eine große Oberfläche, die
infolge des großen Wärmeüberganges auf die Verbrennungsluft von außerordentlicher
Bedeutung ist. Der Klinker erfährt somit eine schnelle Abkühlung, was sich wiederum
günstig auf die Qualität des Zementes auswirkt. Die Kühlzone kann dementsprechend
kurz gehalten werden.
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Die getroffenen Feststellungen gelten für das Brennen von Zementklinkern.
Für das Brennen von Kalk gelten im übertragenen Sinne die gleichen Überlegungen.
Ein großer Vorteil der Erfindung wird darin gesehen, daß beim Brennen von Kalk sogenanntes
Kleinmaterial gebrannt werden kann. Obwohl dieses Kleinmaterial zum Teil alle Voraussetzurigen
für die Erzeugung von hydraulischen Kalken besitzt, maßte es bisher auf die Halde
gegeben werden, weil das Brennen nur im Drehofen möglich gewesen wäre, jedoch der
hohe Kapitalaufwand sich für diesen Zweck nicht lohnte.
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Schachtöfen verschiedener Ausführungsformen Sind in den Zeichnungen
dargestellt.
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Fig. i zeigt die Schnittansicht gemäß Linie I-II in Fig. a eines Schachtofenteiles,
der zum Erbrennen von Zementklinker dient; Fig. a stellt die Aufsicht dar; Fig.
3 zeigt die Teilschnittansicht eines Schachtofens zum Brennen von Kalk, Dolomit,
Magnesit, Ton u. dgl. ; Fig. d. zeigt eine Teilschnittansicht eines Schachtofens
mit einem zusätzlichen Luftführungsring; Fig. 5 zeigt die Teilschnittansicht einer
weiteren Ausführungsform eines Schachtofens; Fig. 6 zeigt die Teilschnittansicht
gemäß Linie V-VI in Fig. 7, einer weiteren Ausführungsform eines Schachtofens; Fi:g.
7 zeigt die Aufsicht zu dem Scha.ch.tofen gemäß Fig. 6.
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In Fig. i und z ist ein Schachtofen zum Erbrennen von Zementklinker
dargestellt. Dieser Schachtofen besteht aus dem eigentlichen Schacht i mit einem
aufgesetzten Kalzinier-Trockenschacht a, der einen geringeren Durchmesser als der
Schacht i aufweist. Am Fuße des Schachtaufsatzes a ist die komplette Brennkammer
6" mit am Umfang verteilten Ö1- bzw. Gasbrennern 6 und Schaurohren 7 angeordnet.
Im Innern des Schachtofens befindet sich ein axial ängeordneter Verdrängungskörper
3, der oberhalb seiner- Spitze mit einem Führungskörper 4. versehen ist. Der Verdrängungskörper
3 ist an einer Rohrkonstruktion 5 aufgehängt, die derart hergerichtet sein kann,
daß sie eine Luftkühlung des Verdrängungskörpers 3 ermöglicht. Die räumliche Anordnung
des Verdrängungskörpers 3 ist derart beschaffen, daß ein ringförmiger Durchlaßraum
8 entsteht, dessen Querschnittfläche derart beschaffen ist, daß eine Geschwindigkeitserhöhung
der Verbrennungsluft erzeugt wird. In der Darstellung sind die einzelnen Zonen angedeutet,
die beim Erbrennen des Zementklinkers entstehen. Diese Zcnen bestehen aus der Kühlzone
r5, der Sinterzone 16, der Kalzinierzone 17, der Vorwärmzone 18 und der Trockenzone
ig. Wie aus Fig. z eVsichtlich ist, sind zwischen dem .Schacht i und dem Schachtaufsatz
a Versteifungsbleche y angeordnet.
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Das Erbrennen von Zementklinker erfolgt in der Weise, daß das vorgewärmte
Öl oder Gas mit einem Teil der Verbrennungsluft durch die Brenner 6 in den Verbrennungsraum
eingeblasen wird. Der größteTeil derVerbrennungsluft tritt unterhalb des Austragerostes
am unteren Ende des Schachtofens in den Schacht ein. In der Kühlzone 15 findet zwischen
dem Klinker und der Verbrennrungsluft ein Wärmeaustausch statt. Erfindungsgemäß
gelingt es, einen Klinker zu erhalten, der aus einzelnen Granalien besteht und somit
eine große Oberfläche besitzt. Es kann deshalb eine sehr schnelle Kühlung erfolgen.
Die Verbrennungsluft wird mit einer Temperatur von etwa goo bis iooo° C in die Brennkammer
geleitet, wobei der Verdrängungskörper der Verbrennungsluft eine geeignete Strömrichbung
verleiht. Die in der Abbildung dargestellte Querschnittverringerung 8, die zwischen
dem Kegel ,und Ofenfutter entsteht, erteilt der Luft eine entsprechend hohe Geschwindigkeit,
so da:ß die Granalien in der Sinterzone in einem Sc7,lwebezustand gehalten werden
und sich in ständiger Bewegung und Umwälzung befinden. Die hohe Geschwindigkeit
der Verbrennungsluft in dem Durchgang 8 und die dadurch bedingte ständige Bewegung
der Granal.ien sind zwei Faktoren, die zur Erzielung eines Schnellbrandes entscheidend
sind. Nach Durchgang durch die Sinte.rzone 16 gelangen die Abgase aus der Verbrennungskammer
in den Schachtaufsatz und passieren die Kalzinierzone und sodann die Vorwärm- und
Trockenzone. Die Höhe des Schachtaufsatzes ? wird den gegebenen Verhält-. nis.sen
angepaßt, derart, daß die Abgase mit einer Temperatur, die nur wenig über dem Taupunkt
liegt, die Trockenzone verlassen können. Dadurch, daß die Feuerung des Schachtes
unmittelbar, d. h. durch Öl, Gas oder Kohlenstaub erfolgen kann, bestehen die Granalien
aus reinem Rohmehl-. Hierdurch werden etwa 3 bis q.°/o Wasser weniger zum Anfeuchten
benötigt, als bei Granalien, die aus einem Rohmehl-Kohle-Gemisch bestehen. Durch
die Verringerung des Feuchtigkeitsgehaltes erfolgt eine wärmewirtschaftliche Verbesserung
beim Betrieb des Schachtofens.
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In der Fig. 3 ist ein Schachtofen dargestellt, der vornehmlich zum
Brennen von Kalk, Dolomit, Magnesit, Ton u. dgl. Verwendung finden kann. Die dargestellte
Teilansicht zeigt eine Ausführungs-.
form, die zum Brennen von Kleinmaterial
Verwendung finden kann. Bei einem derartigen Schachtofen liegen Kühl- und Vorwärmzone
entsprechend höher, weil der Wärmeübergang sehr viel langsamer vor sich geht. Der
Verdrängungskörper 13 ist entsprechend tiefer angeordnet und kann beispielsweise
durch Rippen i i in der Schachtofenwand befestigt werden.
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In Fig. 4 ist noch eine sehr wesentliche Ergänzung des erfindungsgemäßen
Schachtofens dargestellt, die zu einer noch schärferen Regulierung und Leitung der
Verbrennungsluft dienen soll. Dieses zusätzliche Element besteht aus einem beispielsweise
rund ausgebildeten Luftführungsring 23. Mit Hilfe dieses Ringes 23 kann ein Teil
der aus der Kühlzone ankommenden Verbrennungsluft derart in denVerbrenmmngs.raum
eingeleitet werden, daß in dem Verbrennungsraum 6" eine zusätzliche Wirbelbewegung
der Verbrennungsgas- erzeugt wird. Hierdurch kann gegebenenfalls der Verbrennungsvorgang
noch verbessert werden. Die Anwendungsweise ist bei einer SchachtofenausfÜhrung
dargestellt, bei der die Verbrennungskammern schräg nach unten gegen das Innere
des Schachtofens gerichtet sind. Gleichermaßen ist eine Anwendung bei einem Schachtofen
möglich, der für ein tangentiales Einblasen des Brennstoffes eingerichtet ist. Die
Anwendung :des beschriebenen Lu.fbführungsringes ist sowohl beim Brennen. von. Zement
als auch Kalk und ähnlichen Stoffen möglich.
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In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schachtofens
dargestellt, bei dem die Schachtwände des Schachtaufsatzes in der Höhe verstellbar
angeordnet sind. Die Anordnung ist hierbei derart getroffen,, daß durch. den unteren
Teil der ve@rstellbdnen Schachtwände 2 eine Regulierung des Granalienzuflusses zur
Sinterzone erfolgen kann. Hierdurch kann auch in noch schärferem Maß des zu erzielende
Schwebezustand der Granalien in der Sinterzone beeinflußt werden.
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In -Fig. 6 und 7 ist schließlich eine weitere Ausführungsform einer
Brenneranordnung dargestellt. Bei dieser Anordnung, die insbesondere zum Brennen
von Kalk dienen kann., wird der Brennstoff, also das Öl, das Gas oder der Kohlenstaub
tangential in eine VerbrennungskammeT 25 eingeblasen. Es können hier beispielsweise
sechs Düsen am Umfang der Verbrennungskammer vorgesehen werden. Wesentlich bei dieser
Brennesanordnung ist, daß gegenüber den bisher beschriebenen Ausführungsformen ein
längerer Verbrennungsweg erzielt wird. Unabhängig von der Brenneranordnung kann
gegebenenfalls auch ein Verdrängungskörper 3 vorgesehen werden.