DE976445C - Verfahren zum Brennen von Kalk und anderen Feststoffen mit verhaeltnismaessig niedrigem Gehalt an brennbaren Kohlenstoff-verbindungen und Schachtofen zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 12. SEPTEMBER 1963

D2790 VIbI80c

ist in Anspruch genommen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Calcinieren von Kalkstein und ähnlichen Ausgangsstoffen mit geringem Gehalt an brennbaren Kohlenstoffverbindungen, wobei bei endothermer Calcinierung der in geschlossenen Kammern durch von unten hindurchströmendes, die Verbrennung unterhaltendes Gas im Wirbelzustand gehaltenen, feinverteilten rohen Feststoffe das Zuführen von Brennstoff erforderlich ist. Die Erfindung wird in einem Schachtofen durchgeführt, in welchem sich eine ständig wechselnde und konstant erneuerte Gasmenge befindet und eine mit Öffnungen versehene und angenähert horizontale Trennwand vorhanden ist, die den Ofen in einen oberen und einen unteren Raum aufteilt. Auf dieser Trennwand ist eine Schicht der zu behandelnden festen Stoffe gelagert, während das Reaktionsgas durch die Öffnung der Trennwand derart hindurchtritt, daß die Feststoffe in dem nach oben strömenden Gas suspendiert werden, d. h., es bildet sich eine quasi flüssige Wirbelschicht, die einer siedenden Flüssigkeit ähnelt. Der »Flüssigkeits-

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spiegel« dieser Schicht wird durch das obere Ende einer Überlaufleitung bestimmt, die dazu dient, die behandelten Feststoffe aus der Wirbelschicht nach unten abzuführen, während die zu behandelnden frischen Feststoffe von oben zugeführt, aber unterhalb des Flüssigkeitsspiegels eingeführt werden.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der zugeführte gepulverte flüssige oder gasförmige Brennstoff unter hoher Strömungsgeschwindigkeit über den gesamten Querschnitt der Wirbelschicht so verteilt wird, daß eine flammenlose Verbrennung ohne Carbonisierung der Feststoffe erfolgt. Der erforderliche Sauerstoff wird vorteilhaft von unten her durch die Kühlzone zugeführt im Gegenstrom zu den festen Stoffen. Vorzugsweise wird der Brennstoff bis unmittelbar vor Eintritt in die Reaktionsschicht möglichst kalt gehalten.

Weiter wird erfindungsgemäß der Luftüberschuß über die theoretisch zur Verbrennung erforderliche Menge in der Reaktionszone möglichst klein gehalten. Er soll vorzugsweise nicht mehr als etwa 3% betragen.

Oberhalb und unterhalb der Reaktionsschicht können je eine weitere Schicht — ebenfalls im Betrieb als Wirbelschicht ausgebildet — zum Aufheizen der Ausgangsstoffe und Kühlen der behandelten Stoffe vorgesehen sein; das aufwirbelnde Gas passiert dann von unten nach oben alle drei Schichten, wobei die Gasgeschwindigkeit in allen drei Schichten vorteilhaft etwa gleich groß sein soll. Den Transport des Gutes aus einer Zone in die andere steuern die Transportleitungen. Diese bleiben im normalen Betrieb zur Abführung der behandelten Feststoffe weit offen und sind einstellbar. Während der Ingangsetzung sind sie aber geschlossen, damit das aufwärts strömende Gas nicht durch die Transportleitungen hindurchtreten kann, anstatt durch die Wirbelschicht der Feststoffe zu strömen. Die offenen Transportleitungen können so eingestellt werden, daß sie eine gewisse Ablenkungswirkung auf die Feststoffe beim Eintritt in die umgebende Wirbelschicht ausüben.

In den Zeichnungen, die eine als Beispiel gegebene Ausführungsform erläutern, stellt Fig. 1 einen senkrechten Schnitt des Reaktionsofens dar. Fig. 2 ist eine Ansicht einer Lochplatte mit verstärkten Stellen in der Nähe der Löcher; Fig. 3 ist ein senkrechter Schnitt durch den Windkasten mit der Lochplatte nach Fig. 2;

Fig. 4 ist ein vergrößerter Teilschnitt des einen der Locheinsätze in der Lochplatte;

Fig. 5 ist eine vergrößerte Teilansicht durch ein konisches Ventil am unteren Ende der Transportleitung;

Fig. 6, 7 und 8 sind senkrechte Partialschnitte durch Brenner nach der Erfindung.

Der Reaktionsofen nach dieser Erfindung braucht nur ein Abteil mit einer mit öffnungen versehenen Lochplatte, über welcher sich eine Wirbelschicht bildet, und einen freien Raum darüber aufzuweisen. In mehreren Fällen besitzt der Reaktionsofen eine Mehrzahl solcher Abteilungen übereinander. Diese Ausführungsform wird durch die Zeichnungen erläutert und im folgenden beschrieben.

In den Zeichnungen bedeutet 11 einen geschlossenen Reaktionsofen, bestehend aus einem Stahlmantel, der in geeigneter Weise isoliert und mit feuerfesten Steinen ausgekleidet ist. Er hat einen im wesentlichen zylindrischen Mittelraum 12, in dem die stärkste Wärmebehandlung stattfindet, einen oberen oder Eintrittsraum 13 zur Vorwärmung, der normalerweise von geringerem Durchmesser als der Mittelraum 12 ist, und einen Bodenraum 14 zur Kühlung der Produkte und der den gleichen oder noch geringeren Durchmesser hat als der Eintrittsraum 13. Der Bodenraum 14 ist durch eine sich nach unten verjüngende Übergangswand 15 mit dem Mittelraum 12 verbunden. Eine ähnliche, sich nach oben verjüngende Übergangswand 16 ist zwischen dem Mittelraum 12 und dem Eintrittsraum 13 vorgesehen.

Zwischen dem oberen Raum 13 und dem Mittelraum 12 befindet sich ein gasdurchlässiger Boden, im wesentlichen horizontal und mit öffnungen 18 versehen, durch die das Gas nach oben hindurchtreten kann. Die Bodenplatte ist aus wärmebeständigem Metall oder feuerfestem Material gefertigt. Über dem Boden 17 befindet sich eine sich ständig verändernde Wirbelschicht der mit dem Gas zu behandelnden Stoffe. Die Feststoffe sind durch das Gas in eine turbulente Bewegung versetzt, so daß sie in einen flüssigkeitsähnlichen Zustand geraten und einen Flüssigkeitsspiegel 26 bilden, über dem sich der freie Raum 27 befindet. Von diesem führt ein Rohr 28 zu einem Zyklon 29, in dem aus dem abgeführten Gas mitgerissene Staubteilchen abgeschieden werden. Das Gas entweicht aus dem Zyklon durch die Haube. Die abgetrennten Feststoffe fallen durch das Rohr 31 in die Schicht 25 in eine Region nahe dem Zwischenboden 17 herab, da das untere Ende des Rohres 31 in die verflüssigte Schicht hineinreicht.

Das Frischgut wird aus einem Trichter 35 zugeführt, aus dem es auf ein endloses Förderband 36 fällt, das gleichzeitig eine Waage sein kann. Das Band fördert die Feststoffe in den Schraubenförderer 37, der durch den Motor 38 angetrieben wird. Die Förderschraube arbeitet in einem Förderrohr, das durch die Wand des Schachtofens hindurchgeht und in der Schicht 25 in der Nähe des Bodens endet.

Der Flüssigkeitsspiegel 26 der Wirbelschicht 25 wird durch das obere Ende des Transportrohres 41 bestimmt, das abwärts durch die Schicht 25 und den Zwischenboden in eine Wirbelschicht 42 im Raum 12 reicht. Diese Schicht wird in gleicher Weise wie die Eintrittsschicht 25 verwirbelt und bildet einen Flüssigkeitsspiegel 43, über dem ein freier Raum 45 ist. Diese Schicht wird von einem zweiten mittleren gasdurchlässigen Zwischenboden 44, der ebenfalls mit öffnungen gleich der Eintrittspiatte 17 versehen ist, getragen.

Der Flüssigkeitsspiegel 43 der zweiten Wärmebehandlungsschicht 42 wird durch das obere Ende des Transportrohres 46 geregelt, das abwärts durch

die flüssigkeitsähnliche Schicht 42 in eine verwirbelte Kühlschicht 50 im Bodenraum 14 reicht. Diese Schicht wird in gleicher Weise wie die Schichten 25 und 42 verwirbelt und bildet einen Flüssigkeitsspiegel 51, über dem ein freier Raum 52 ist. Diese Schicht 50 ruht auf einem dritten Zwischenboden 53 mit öffnungen 18.

Der Flüssigkeitsspiegel 51 der Bodenschicht 50 wird durch die Abführungsleitung 54 gesteuert, die zweckmäßig mit einem Ventil 55 versehen ist und die behandelten Feststoffe nach außen abführt. Der Bodenraum 14 endet in einem Windkasten 58 mit einer Eintrittsöffnung 59 für komprimierte Luft oder ein anderes Gas, die nach oben durch die öffnungen des Zwischenbodens 53 hindurchtreten. In der Übergangswand 15 erstreckt sich ein Hilfsbrenner 61, während in die mittlere Wärmebehandlungsschicht 42 öleinspritzrohre 62 hineinragen, die mit Ventilen versehen sind und nahe am Boden der Schicht enden. Das Transportrohr 41 ist mit einem Verschluß versehen, der die Form eines konischen Stopfens 70 hat. Dieser wird zum ■ öffnen und Schließen über eine Spindel, die sich aufwärts durch das Transportrohr und den Kopf

«5 des Reaktionsofens bis zu einem Gewinde 72 erstreckt, gesteuert. Das Transportrohr 46 ist an seinem unteren Ende durch einen ähnlichen konischen Ventilstopfen 73 regelbar verschlossen, der von einer sich nach unten erstreckenden Spindel 74 und einem Steuerrad 75 betätigt wird.

Die konischen Ventilstopfen 70 und 73 mit im wesentlichen flachen Böden haben noch eine andere wichtige Funktion. Wenn sie teilweise geschlossen oder gegen das Auslaßende der betreffenden Transportrohre regelbar eingestellt sind, behindern die flachen Böden der Ventilstopfen das Aufwärtsströmen des Gases in die Rohre 41, 46, während die konischen Oberflächen der Ventilstopfen die festen Stoffe, die aus den Transportrohren in die Wirbelschicht austreten, verteilen. Wenn die Ventilstopfen weit offen sind, werden die in den Rohren herabfallenden festen Teilchen leicht zurückgehalten und bilden möglicherweise Brücken und Verschlüsse. Wenn aber die konischen Ventilstopfen nur in einem gewissen Ausmaß geöffnet sind, werden die herabfallenden festen Teilchen beim Aufschlagen auf die konischen Flächen der Ventilstopfen in solchem Ausmaß abgelenkt und verteilt, daß die Bremsung der durch das Abfallrohr herabfallenden Teilchen das geringste Ausmaß erreicht. Wenn sie zu weit geöffnet sind, tritt dieser Effekt nicht auf.

Geeignete Wärmemeßgeräte, wie Thermoelemente, sind in jedem der freien Räume und in den Bodenabschnitten der Schichten 25, 42 und 50 angebracht, während geeignete Druckanzeiger in den freien Räumen und in den Schichten vorgesehen sind.

Der Schachtofen arbeitet kontinuierlich. Angenommen, er sei in Betrieb gesetzt und die verschiedenen Schichten in turbulenter Bewegung, d. h. richtig verwirbelt, dann werden die festen Stoffe in der Schicht 25 durch die heißen Gase aus dem freien Raum 45 vorgeheizt, die durch die öffnungen 18 des Zwischenbodens 17 nach oben steigen. Der aus der Schicht mitgerissene Staub in dem aufsteigenden Gas gelangt durch das Rohr 28 in den Zyklon 29, in dem die Staubteilchen aus dem Gas abgetrennt werden, und diese fallen durch das Rohr 31 in die Schicht 25 zurück, während das Gas aus dem Zyklon bei 30 austritt.

Die Kühlschicht 50 wird auf Kühltemperatur gehalten.

Die Haupt- oder Mittelschicht wird durch regelbare Erhitzung auf genauer Temperatur gehalten. Das Erhitzen erfolgt z. B. mit öl, das durch die öleinspritzrohre 62, die in diese Schicht führen, zugeführt wird. Für das Aufheizen des Reaktionsofens ist ein Hilfsgasbrenner 61 vorgesehen, der, nachdem der Reaktionsofen und seine Füllung auf Betriebstemperatur gekommen sind, abgeschaltet wird.

Beim Ingangsetzen des Ofens ist der Ventilstopfen 73 am Boden des Transportrohres 46 geschlossen. Der Ventilstopfen am Boden des Transportrohres 41 und das Ventil 55 im Austragsrohr 54 sind dann ebenfalls geschlossen. Komprimierte Luft oder ein anderes relativ kühles Gas wird dem Windkasten 58 zugeführt und strömt aufwärts durch den Boden 53. Der Hilfsbrenner 61 wird in Gang gesetzt. Zu dieser Zeit wird das Frischgut, falls es noch nicht fein genug ist, so gemahlen, daß es ein Maschensieb Nr. 6 passieren kann — die Hauptmenge davon bleibt jedoch gröber als 200 Maschen —, und wird in die Eintritts- oder Vorwärmeschicht 25 über die Zuführungselemente 36 und 37 zugeführt. Der aufsteigende Strom heißer Luft bewirkt bei einer Geschwindigkeit von etwa 15 bis 120cm je Sekunde, daß die zerkleinerten Feststoffe gut verwirbelt werden, die Masse gerät in eine turbulente Bewegung ähnlich der einer kochenden Flüssigkeit. Man führt frische Feststoffe zu, und wenn die Schicht den Flüssigkeitsspiegel 26 überschreitet, beginnen die Feststoffe dann durch das Rohr herabzufallen, woraufhin der Ventilstopfen 70 geöffnet wird, um die festen Stoffe auf den Zwischenboden 44 fallen zu lassen. Diese Arbeitsweise wird fortgesetzt, bis der Spiegel der festen Stoffe in der Haupt- oder Mittelschicht 42 hinreichend hoch ist, um das untere Ende des Rohres 41 zu verschließen. Wenn die Schicht 42 ungefähr die Hälfte seiner Betriebshöhe erreicht hat, wird die Zuführung fester Stoffe abgestoppt. Die Feststoffe in der Schicht 42 werden durch den Hilfsbrenner 61 aufgeheizt. Wenn eine hinreichend hohe Temperatur erreicht ist, so daß sich der reguläre, gasförmige, flüssige oder feste Brennstoff entzünden kann, wird der Hilfsbrenner abgesperrt. Das Hauptfeuerungssystem, nämlich die öl- und Gasbrenner 62, wird dann in Gang iao gesetzt. Der Brennstoff verbrennt dann in der Schicht mit der zugeführten Luft, und die festen Teilchen erfahren die gewünschte Wärmebehandlung. Wenn die Schicht die Betriebstemperatur erreicht, wird die Zuführung von festen Teilchen erneut in Gang gesetzt, der Ventilstopfen 73 am

unteren Ende des Transportrohres 46 geöffnet, so daß ein kontinuierlicher Betrieb entsteht. Die heißen behandelten Teile werden in die Schicht 50 unter der Oberfläche eingeführt und in dieser Schicht durch Wärmeaustausch mit dem durch sie aufsteigenden Luftstrom gekühlt. Bei normaler Arbeitsweise ist somit die alleinige direkte Zuführung von Wärme zur Hauptschicht 42 sehr wichtig, um eine maximale Kühlwirkung in der Kühlschicht 50 zu erzielen.

Der Durchmesser der Kühlschicht 50 und der Eintrittsschicht 25 soll normalerweise geringer sein als der der Mittelschicht 42, wie es in den Zeichnungen wiedergegeben ist, da die Gasgeschwindigkeiten in allen Schichten nahezu gleichmäßig und innerhalb der Grenzen von 15 bis 120 cm je Sekunde gehalten werden sollen. Hierbei muß beachtet werden, daß relativ "kalte Luft aus dem Windkasten 58 durch die Boden- oder Kühlschicht

ao 50 streicht, die Luft jedoch sehr heiß zusammen mit dem Brennstoff die beheizte Mittelschicht 42 ' passiert und durch die Eintritts- oder Vorwärmeschicht 25 ein Gas hindurchgeht, das um die Verbrennungsprodukte vermehrt ist, dessen Temperatur aber wieder wesentlich niedriger ist. Es muß demnach die Temperatur des Gases sowie sein Druck beachtet werden, wenn die Geschwindigkeiten bestimmt werden. Die erwähnten Geschwindigkeiten sind »Raumgeschwindigkeiten«, d. h. diejenigen Geschwindigkeiten, die das Gas durch den Raum haben würde, wenn dieser frei von Feststoffen wäre. Die darüberliegenden freien Räume schließen übermäßige Staubverluste aus. Der Reaktionsofen kann rund, quadratisch oder von anders geformtem

3S Querschnitt sein.

In der Ausführungsform des Schachtofens mit mehreren Kammern nach der Erfindung werden die überfließenden Feststoffe im allgemeinen direkt in den unteren Teil der unteren Schicht geführt.

Dies ist wichtig, wenn der Durchmesser der quasi flüssigen Wirbelschicht klein ist im Vergleich zu seiner Höhe, da der Weg der festen Teilchen von ihrem Eintrittspunkt bis zum Austrittspunkt hierdurch vergrößert wird und ein Kurzschließen vermindert wird. Wenn der Durchmesser der Schicht im Vergleich zur Höhe groß ist, so wird der Eintrittspunkt der Feststoffe gewöhnlich auf der entgegengesetzten Seite des Austrittspunktes aus der Schicht angeordnet.

Es sei erwähnt, daß ein Transportrohr gewöhnlich zu arbeiten beginnt, wenn seine untere öffnung von der Wirbelschicht bedeckt wird. Erstreckt sich daher ein Transportrohr herab bis dicht auf den mit öffnungen versehenen Zwischenboden, so kann die normale Arbeitsweise schon beginnen, wenn nur eine flache Wirbelschicht vorhanden ist. Dieses erleichtert die Ingangsetzung des Betriebes, da weniger Feststoffe durch" die obenerwähnten speziellen Maßnahmen eingeführt werden müssen.

Bei den Transportrohren ist zu beachten, daß das Aufwärtsströmen von Gas in dem Transportrohr gering ist im Vergleich zum Gesamtdurchfluß durch den Schacht. Das Aufwärtsströmen von Gas im Transportrohr hängt ab:

1. von der Gesamtlänge des Transportrohres,

2. von der Tiefe, bis zu welcher dieses Rohr in die untere Wirbelschicht hineinreicht,

3. von der Tiefe der beiden Wirbelschichten,

4. vom Druckabfall durch den Zwischenboden.

Zum Punkt 1 wird auf die Fig. I verwiesen, aus der zu ersehen ist, daß alle Transportrohre 31, 41 und 46.Feststoffe enthalten, die bis zu einer Höhe beträchtlich über dem Flüssigkeitsspiegel der Schicht aufsteigen, welche diese Rohre beschicken. Dies ist notwendig, damit in den Transportrohren ein hinreichend hydraulischer Gegendruck der Feststoffe herrscht, um den Austrittswiderstand am unteren Ende der Rohre durch die Verflüssigungsdrücke in den Schichten, in die sie eingeführt werden, zu überwinden. Als ziemlich rohes Maß sollen die Feststoffe in dem Transportrohr bis zu einer Höhe von etwa der ^Machen Tiefe der Wirbelschicht aufsteigen, in welche die Feststoffe eingespeist werden.

Ferner kann bei Durchführung des Verfahrens in mehreren Kammern oder Zonen die Kühlung der behandelten festen Stoffe in einem Raum erfolgen, der unmittelbar unter der Wärmebehandlungskammer liegt, da der Brennstoff, der notwendig ist für die Erzeugung der Wärme, direkt in die Schicht der Feststoffe in der Wärmebehandlungskammer so zugeführt wird, daß er die Kühlkammer nicht wesentlich erwärmt. Durch die Art der Materialzufuhr in die Hauptwärmebehandlungsschicht 42 kann die Temperatur hierin stabilisiert und geregelt werden. Ein weiterer Vorteil ist es, daß dieser Sehachtofen leicht isoliert werden kann, wodurch Wärmeverluste durch Strahlung auf einem Minimum gehalten werden.

Die bevorzugte Bauart des Windkastens 58 ist in größerem Maßstab in Fig. 2 und 3 gezeigt. Der Windkasten ist bei dieser Ausführungsform aus einem Boden 84 mit einem Lufteinlaß 59 und den Seitenwänden 83 des Zwischenbodens 53 gebildet. Dieser Boden aus Metall ist mit einer Vielzahl von verstärkten Abschnitten oder Einsätzen 85 versehen, von denen jeder eine gasdurchlässige vertikale öffnung 18 enthält. In vergrößertem Maßstab ist dies in Fig. 4 gezeigt, in der auch die V-förmige Schweißstelle angegeben ist, die die verstärkten Teile 85 im Boden 53 befestigt. 80 bedeutet einen Druckhahn.

Fig. 5 zeigt einen Ventilstopfen 70 auf seiner Spindel 71, die dazu dient, das Ventil zu schließen und zu öffnen. G bedeutet das wirbelnde Gas, während 5 den Weg der Feststoffe angibt.

Die Form des konischen Ventilstopfens hat wichtige Funktionen. Der flache Boden stellt eine horizontale Ablenkungsfläche für das nach oben steigende Gas dar und lenkt das Gas vom Eintritt in das Transportrohr ab. Darüber hinaus wird das Gas in Wirbeln zerteilt. Zu gleicher Zeit fließen die Feststoffe abwärts aus dem Transportrohr heraus, treffen auf die Kegelfläche des Stopfens und wer-

den nach außen abgebeugt. Hierbei treffen sie auf die Gaswirbel. Diese vereinigte Wirkung erleichtert den Feststoffen, sich in die Wirbelschicht einzufügen. Aber diese Vorteile werden nur verwirklicht, wenn der Ventilstopfen sich in einer bestimmten Entfernung von den Transportrohren befindet.

Diese Erfindung ist auch gerichtet auf Brenner, welche den Brennstoff direkt in die sich schnell

ίο und turbulent bewegenden Feststoffe einführen. Eine Verkokung des Brennstoffes auf den festen Teilchen wird vermieden, wenn das Rohr, durch welches der Brennstoff in die bewegten Feststoffe in dem Reaktionsofen zugeführt wird, gekühlt wird.

Es genügen gewöhnliche Rohre mit einem offenen Ende, die am Umkreis um den unteren Teil der Schicht herum, in dem die Verbrennung bewirkt werden soll, und nicht zu nahe an dem Zwischenboden angeordnet sind.

Grundlegend für die Arbeitsweise der Erfindung ist, daß zur Aufwirbelung der festen Stoffe sauerstoffhaltiges Gas verwendet wird. Der Brennstoff verbrennt schnell in der Schicht und gibt seine Wärme unmittelbar an die Feststoffe ab. Die

as Temperatur der Schicht kann außer durch Zugabe von frischen Feststoffen durch Sauerstoff- oder Luftüberschuß oder durch Oberflächenkühlung, beispielsweise über eingebaute Rohrschlangen, durch die ein Kühlmedium strömt, geregelt werden.

Die Fig. 6, 7 und 8 erläutern allgemein die Bauweise der Brenner. Zum Einsetzen der Brenner sind eingefaßte öffnungen in der Wandung und der Auskleidung der Wärmebehandlungszone, vorzugsweise nahe dem Zwischenboden 44, vorgesehen.

Der Brenner der Fig. 6 ist für einen flüssigen Brennstoff bestimmt. Er besteht aus einem Rohr 191 aus einer wärmebeständigen Legierung, das von einer Isolierung 192 umgeben und gegen Erosion durch die Wirbelschicht durch ein äußeres schwereres Rohr 93 aus legiertem Stahl geschützt ist. Ein zentrales ölzuführungsrohr 95 ist entlang der Mittellinie durch die Stopfbüchse mit Packung 94 eingeführt, die am äußeren Ende des Rohres 191 angeordnet ist. Das innere Ende des ölzuführungsrohes 95 wird in der Mitte durch drei oder vier voneinander getrennte Führungen oder Ringe 96 innerhalb und nahe dem inneren Ende des Rohres 191 gehalten. Kühlluft wird aus dem Rohr 98 nach innen zugeführt, und zwar so, daß sie durch den Ringraum 97 zwischen der Außenseite des ölzuführungsrohres 95 und dem Innern des Rohres 191 strömt. Diese Kühlluft hilft das ölführende Einlaßrohr 95 gegen Hitze zu schützen, so daß eine Verkokung des Brennstoffes verhindert wird.

Das ölrohr 95 ist herausziehbar angeordnet, so daß es gereinigt werden kann, ohne den Ofenbetrieb zu unterbrechen. Ein Kühlluftventil ist bei 99 vorgesehen. Es wird geschlossen, wenn das ölrohr zur Untersuchung oder zum Ersetzen entfernt ist.

Mit Hilfe von Luft oder einem anderen sauerstoffhaltigen Gas, das die festen Stoffe zur Wirbelschicht aufwirbelt, verbrennt das öl an der Oberfläche der festen Teilchen. Die Verbrennung ist schnell und wirkungsvoll. Dank der sehr großen Oberfläche wird die Wärme sofort auf die festen Stoffe übertragen, wobei nur eine sehr geringe Temperaturdifferenz erforderlich ist. Zum Beispiel braucht bei einer Schicht, die aus 20 % CaCO₃ und 80% CaO besteht, die Temperatur nicht über 820⁰ C zu steigen, obwohl diese nur etwa 22⁰ C höher ist als die theoretische Dissoziationstemperatur von CaCO₃ bei einem C0₂-Druck von 1 Atm. Die Abstände der Brenner, das Ausmaß des Hineinragens in die Schicht, die Tiefe der Schicht, die Temperatur, die Raumgeschwindigkeit (Maß der Bewegung der Schicht) haben alle ihren Einfluß auf den Verbrennungsprozeß und müssen beim Entwerfen der Feuerung berücksichtigt werden.

Fig. 7 zeigt einen typischen Gasbrenner, der für den Reaktionsofen nach der Erfindung verwendet werden kann. Es ist notwendig, das Gas sehr gleichmäßig in der Schicht zu verteilen, um eine innige Mischung von Gas und Luft zu erzielen. Dies wird durch ein perforiertes Gaszuführungsrohr 100, das entlang der Stirnfläche des Zwischenbodens 44 in den Ofen hineinragt, erreicht. Bei entsprechender Anordnung der öffnungen kann eine befriedigende Leistung und eine gleichmäßige Verteilung erzielt werden. Wenn die Wirbelschicht hinreichend tief ist, unterstützt es die Diffusion des Gases nach den Seiten und sichert somit eine vollständige Wärmebehandlung.

In dem Brenner der Fig. 7 ist das Umhüllungsglied 101 in der öffnung 190 angeordnet und mit einem Abschlußhahn 102 versehen. Auch hier kann das Gaseinlaß rohr 100 herausgezogen werden, um es zu reinigen oder zu ersetzen. Das Ventil 102 im Gehäuse 101 muß geschlossen sein, wenn das Einlaß rohr 100 von der Platte entfernt ist, um einen Austritt von Gas oder festen Teilchen zu verhindern.

Fig. 8 zeigt einen Brenner für staubförmigen Brennstoff, der für den Wärmebehandlungsofen nach der Erfindung verwendet werden kann. Bei diesem Brenner wird der Brennstoff in Luft als Trägergas durch ein Rohr 110 zugeführt. Zum Beispiel kann der staubförmige Brennstoff aus fester Kohle mit einer Maschenzahl unter 200 bestehen und wird in der erforderlichen Luft fortbewegt. In diesem Fall ähnelt der Brenner weitgehend dem Brenner für flüssige Brennstoffe nach Fig. 6, mit der Abweichung, daß dasBrennstoffzuführungsrohr ein seitliches Zuführungsrohr 110 aufweist. Die Teilchen des festen Brennstoffes werden schnell fortbewegt und mit der heißen Wirbelschicht vermischt, wobei sie verbrennen und ihre Wärme auf den umgebenden Kalk oder die anderen gerade behandelten festen Teilchen übertragen. Wiederum ist nur hierfür ein sehr kleines Temperaturgefälle erforderlich dank der großen zur Verfügung stehen- iao den Oberfläche. Das Brennerrohr soll eine Isolierung 116 besitzen, um eine vorzeitige Verkokung zu vermeiden, wodurch der Brenner verstopft würde. Der Brenner ist so angeordnet, daß er, falls notwendig, während des Betriebes ausgebohrt oder von Verstopfungen befreit werden kann. Hierzu

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ist eine Packungsstopfbüchse 112 mit einer lösbaren Kappe 113 vorgesehen, und diese ist auch mit einem Ventil 114 an dem herausragenden Teil des Rohres in ausgerüstet. Beim Brennen von Kalk in einem Ofen nach der Fig. 1 und bei Verwendung von Brennern nach Fig. 6, 7 und 8 sollen im allgemeinen die Brenner so eingesetzt sein, daß sie in horizontaler Lage etwa 15 cm über dem Zwischenboden angebracht sind. Der Druck der Luft und des zugefügten Brennstoffes sollen entsprechend der Beheizung variiert werden können. Die oben aus der Wirbelschicht austretenden Gase haben praktisch die gleiche Temperatur wie die Wirbelschicht selbst. Obgleich die theoretischen Flammentemperaturen der meisten Brennstoffe über 1650° C liegen, wird diese Temperatur niemals beobachtet, da die Wärme durch die Reaktion so schnell absorbiert wird, wie sie frei wird.

Die Verbrennung ist sehr wirkungsvoll, da nur 3%> Luftüberschuß benötigt werden, ohne daß unverbrannte Brennstoffrückstände entstehen.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Verfahren zur kontinuierlichen Calcinierung von Kalkstein und anderen festen Stoffen mit verhältnismäßig niedrigem Gehalt an brennbaren Kohlenstoffverbindungen, bei dem zur endothermen Calcinierung der in geschlossener Kammer durch von unten hindurchströmendes, die Verbrennung unterhaltendes Gas im Wirbelzustand gehaltenen, feinverteilten rohen Feststoffe das Zuführen von Brennstoff erforderlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zugeführte gepulverte, flüssige oder gasförmige Brennstoff unter hoher Strömungsgeschwindigkeit über den gesamten Querschnitt der Wirbelschicht so verteilt wird, daß eine flammenlose Verbrennung ohne Carbonisierung der Feststoffe erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff vorzugsweise bis zum Augenblick der Einführung in die Schicht so kalt wie möglich gehalten wird, um die Möglichkeit einer Verkokung weiterhin herabzusetzen.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch kennzeichnet, daß in einer Vorheizzone eine Schicht aus Feststoffen des Rohmaterials in strömender Verbindung mit der Schicht der Reaktionszone gehalten wird und die umgesetzten, aus der Schicht der Reaktionszone ausgetragenen Feststoffe in eine Kühlkammer geleitet werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des die Verwirbelung und die Verbrennung unterhaltenden Gases in allen drei Zonen von etwa gleicher Größenordnung ist.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht in der Reaktionszone größer als die Schichten in den übrigen Zonen gehalten wird.
6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Reaktionszone in einem Abstand von nicht weniger als 15 cm oberhalb des Bodens der Reaktionszone Zuführungsrohre für den Brennstoff vorgesehen sind und sie vorzugsweise isoliert und unabhängig von der Isolation herausnehmbar gestaltet sind.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfsheizeinrichtung (61) zum Aufheizen der Wirbelschicht (42) auf die gewünschte Reaktionstemperatur vorgesehen ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 444847, 446678,

   484743, 506544. 532067;

   britische Patentschriften Nr. 301975, 585354; USA.-Patentschriften Nr. 1 955 025, 1 983 943,

   2379734.2432135;

   »Chemical Engineering«, Januar 1947, S. 105

   bis 107; »Enzyklopädie d. techn. Chemie«, 2. Auflage,

   Bd. 7, S. 667.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   O 309 682/20 9.63