EP0174676B1 - Verfahren zur thermischen Behandlung von stückigen oder agglomerierten Materialien auf einem Wanderrost - Google Patents

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EP0174676B1
EP0174676B1 EP85201282A EP85201282A EP0174676B1 EP 0174676 B1 EP0174676 B1 EP 0174676B1 EP 85201282 A EP85201282 A EP 85201282A EP 85201282 A EP85201282 A EP 85201282A EP 0174676 B1 EP0174676 B1 EP 0174676B1
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EP
European Patent Office
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zone
cooling
gas
gases
passed
Prior art date
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Expired
Application number
EP85201282A
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English (en)
French (fr)
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EP0174676A1 (de
Inventor
Alois Dr. Kilian
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GEA Group AG
Original Assignee
Metallgesellschaft AG
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Filing date
Publication date
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B1/00—Preliminary treatment of ores or scrap
    • C22B1/14—Agglomerating; Briquetting; Binding; Granulating
    • C22B1/24—Binding; Briquetting ; Granulating
    • C22B1/2413—Binding; Briquetting ; Granulating enduration of pellets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B21/00—Open or uncovered sintering apparatus; Other heat-treatment apparatus of like construction
    • F27B21/06—Endless-strand sintering machines

Definitions

  • the invention relates to a method for thermally treating lump or agglomerated materials on a traveling grate by passing hot gases through the material bed, wherein hot gases are passed in 'to a thermal treatment zone with downwardly directed flow of the hot gases through the material bed, oxygen-containing cooling gases are passed through the material bed in a cooling zone with upward flow of the cooling gases, and the heated cooling gases are passed from the cooling zone into the thermal treatment zone under a continuous gas hood.
  • Lumpy, agglomerated or shaped materials of any shape, such as Limestone, ore pellets, chamotte, waste materials are in many cases thermally treated on traveling grates in such a way that hot gases are passed through the material bed on the traveling grate, which heats the material to a certain temperature. The material bed is then cooled while cold gases are passed through. The heated cooling gases are led into the thermal treatment zone and used as primary and / or secondary gas for the burners.
  • the thermal treatment zone generally consists of a drying zone, a heating zone and a firing zone, it being possible for these zones to be subdivided. The cooling zone is also divided in most cases.
  • the entire gases in the cooling zone are already heated to the maximum required temperature and must then e.g. be cooled to the required temperature in the heating zone by adding cold air.
  • This results in the maximum gas volume in the cooling zone the continuous gas hood must have a correspondingly large cross-section, the heat losses on the walls are large, and a cover in the form of another gas hood must be arranged over the afterburning zone. This cover leads to dust deposition and formation of deposits.
  • burners are used, they can be operated with less load, but there is still a certain problem of ash deposits in the channels. In both cases, cheap solid fuels can be used and energy costs are reduced according to the amount of solid fuel that is fed. However, solid fuel is not always available or the optional use of liquid or gaseous fuels is desired.
  • the invention has for its object to reduce the energy consumption in the thermal treatment, to reduce the construction and operating costs of the system as possible and to allow the optional use of liquid, solid or gaseous fuels.
  • This object is achieved according to the invention in that the flow rate of the heated cooling gases under the continuous gas hood above the upper run of the traveling grate by the pressure with which the cooling gases are pressed into the cooling zone and the negative pressure with which the hot gases from the thermal treatment zone are suctioned off, set so high that the lift effects in the vertical direction have practically no influence and thus parallel current threads from layers of the gases, which flow one above the other and parallel to one another and extend across the width of the gas hood, are generated with different temperatures under the gas hood , fuel is introduced into individual current threads, individual current threads are heated to differently higher temperatures and then passed down the material bed in the thermal treatment zone.
  • the "thermal treatment zone” always includes the firing zone, or in the case of a subdivision, the firing zones and the heating zone.
  • the drying zone can be arranged outside the continuous gas hood, but it can also be included in the thermal treatment zone and covered by the continuous gas hood.
  • the continuous gas hood has no dividing walls and is preferably approximately adapted to the streamline of the streamlines. If the drying zone is not arranged under the continuous gas hood, only the first part of the cooling zone is arranged under the gas hood, so that only the hottest cooling gases are captured by the continuous gas hood. If the drying zone is also arranged under the continuous gas hood, the second part of the cooling zone is also arranged under the gas hood. Air is generally used as the cooling gas.
  • “Current threads” are layers of the gas under the continuous gas hood, which flow one above the other and parallel to one another, and which extend across the width of the gas hood. They begin when they exit the material bed in the cooling zone and end when they enter the material bed in the thermal treatment zone. Due to the pressure with which the cooling gases are pressed into the cooling zone and the negative pressure with which the hot gases are sucked out of the thermal treatment zone, the flow velocity of the current threads under the gas hood is set so high that the lift effects under the gas hood are vertical Direction practically have no influence on the flow behavior. The signs of buoyancy are mainly caused by different temperatures of the individual current filaments.
  • the exact geometric course of the current threads can be determined by calculations and / or tests on a physical flow model, the flow conditions of the overall system being selected such that a stable and defined stratified flow is established.
  • Individual filaments are heated by means of different fuel injection within the respective boundary lines of the individual filament.
  • the boundary lines and thus the thickness of the respective current filament are selected in accordance with the desired operating conditions.
  • Each individual current filament with a different starting temperature can be heated up to a different or the same end temperature depending on the desired operating conditions.
  • a certain amount of gas per m 2 per hour must enter the material bed in the thermal treatment zone. This amount is introduced into the cooling zone by controlling the cooling gas fan accordingly. If the combustion of the introduced fuel causes a change in the gas volume, the gas volume introduced into the cooling zone must be changed accordingly.
  • a preferred embodiment consists in that the flow velocity of the heated cooling gases under the continuous gas hood at the transition point between the upward flow and the downward flow of the gases through the material bed on the traveling grate is above 3 m / sec, preferably between 10 and 60 m / sec.
  • the transition point between upward flow and downward flow lies at the boundary between the end of the thermal treatment zone and the start of the cooling zone.
  • a preferred embodiment is that the heating of individual current threads under the continuous gas hood takes place as shortly as possible before the respective current thread enters the material bed, with the proviso that the temperature differences within the respective current thread that are permitted when entering the bed are not exceeded.
  • the permissible temperature difference within a filament depends on the respective process conditions at the entry zone of the filament into the bed. For example, the permissible difference for hard pellet firing in the heating zone must be greater, e.g. 20 to 40 ° C, while in the firing zone it is smaller than e.g. Should be 20 ° C.
  • the uniformity of the gas temperature within a current filament depends on the pulse relationships of the fuel injected and the current filament from the point of addition to the point of entry into the bed.
  • a preferred embodiment consists in that the fuel for heating the individual current threads is introduced into the current threads without or with as little gas as possible.
  • gas e.g. Natural gas, which is introduced as fuel, usually does not require any other gas to generate pulses when fuel is injected.
  • oil or fine-grained solid fuel is introduced, the fuel is injected only with the pulse gas necessary for good distribution, but without primary or secondary gas.
  • This pulse gas is selected in the range from 0.05 to a maximum of 0.25 mass units, based on the fuel. This results in a very good heat balance.
  • a preferred embodiment consists in the fact that current threads emerging in the cooling zone are heated with environmentally harmful components and at a low temperature just above the material bed by adding fuel.
  • Current filaments emerging in the cooling zone can contain environmentally harmful components if cooling gases are used which already contain such components contain, or if a second material layer is applied to the burned hot material bed in the cooling zone, from which such components are volatilized when it is flowed through and heated by the cooling gases heated in the hot lower layer.
  • the filaments are heated to a temperature at which the environmentally harmful substances are converted into harmless form.
  • the early heating ensures that the conversion is largely carried out.
  • the heating is preferably carried out only in the current filaments with a low outlet temperature, for example below 600 ° C. Any further heating required for the thermal treatment zone can take place shortly before the current filament enters the bed.
  • a preferred embodiment consists in that the continuous gas hood is arranged over the entire treatment length of the traveling grate and at least some of the flow threads are led from the last part of the cooling zone into the drying zone without additional heating, the coldest flow thread coming from the rear part of the cooling zone the first part of the drying zone is passed, and current threads are introduced with increasing temperature into the subsequent parts of the drying zone.
  • the continuous gas hood is arranged both above the first and the second cooling zone and also includes the drying zone as a thermal treatment zone. The gas is routed in such a way that the last stream of thread at the end of the second cooling zone with the lowest temperature under the ceiling of the gas hood is passed as the first stream of thread into the beginning of the drying zone without heating.
  • One embodiment consists of introducing substitution gas from the outside into current filaments before entering the material bed in the thermal treatment zone, and the volume of the product gas entering the material bed in the thermal treatment zone by regulating the volume of those into the cooling zone introduced cooling gases is set to the specified setpoint.
  • Flue gases, reducing gases, air, oxygen-enriched gases, pure oxygen or mixtures can be used as substitution gas.
  • the substitution gases can originate from our own process or consist of extraneous gas.
  • the substitution gas is injected from the sides of the gas hood into the corresponding current filaments. Individual current threads can be partially substituted by mixing, or they can also be replaced entirely by the substitution gas.
  • substitution gas means that the inlet gas volume required per m 2 and hour in the thermal treatment zone is not completely covered by the heated cooling gas coming from the cooling zone, but that a part is introduced by the substitution gas, ie the volume of the cooling gas is reduced by the volume of the substitution gas. If the substitution gas is a reaction gas and takes part in chemical reactions that cause a change in the gas volume, this change in volume is taken into account in the dimensioning of the introduced cooling gas volume, so that the volume of the volume of the product gas entering the material bed is always the same Target value of the desired gas volume corresponds.
  • the control of the injected volume of cooling gas is preferably carried out in such a way that the pressure in the gas hood above the thermal treatment zone is measured and kept constant by regulating the cooling gas blower, that is to say that enough cooling gas is supplied that the extracted gas quantity is kept constant at the desired value .
  • substitution gas makes it possible to influence and control chemical processes at certain points during the thermal treatment of the material.
  • the oxidation of the magnetite to hematite or the combustion of the carbon in the region of low temperatures of the pellet bed can be delayed or prevented and accelerated in the higher temperature range.
  • the release of the heat of oxidation from a lower temperature level - at which sufficient process exhaust gases are available for heating the bed - can be postponed to a higher temperature level where foreign fuel would otherwise be required.
  • One embodiment consists in that partial cooling takes place after the thermal treatment of the material, and reducing gases are passed through the material bed in a subsequent reduction zone.
  • sponge iron is produced by direct reduction of iron oxide-containing materials below the melting point of the materials, the iron oxide-containing material is first hard-fired in the form of pellets or briquettes, then cooled in the partial cooling to the reduction temperature and reduced to sponge iron in a subsequent reduction zone with the passage of reducing gases.
  • the sponge iron can then be charged hot into a melting unit.
  • the gas emerging from the reduction zone still contains reducing components. It can be recirculated to the gas generator for strengthening or used as fuel in the thermal treatment zone.
  • the reduction zone is equipped with its own gas hood when the sponge iron is thrown off hot.
  • the reducing gas can be passed down or up through the bed.
  • One embodiment consists of cooling the reduced mate after the reduction zone rials takes place in a further cooling zone, a continuous gas hood is arranged over the entire moving grate, exhaust gases from the thermal treatment zone and / or from the reduction zone are passed as cooling gas in the further cooling zone upwards through the reduced material, the current threads from the further cooling zone below the The gas hood is fed into the thermal treatment zone as upper current threads, the reducing gases are introduced as substitution gases into the gas hood above the reduction zone and are passed downward through the material bed. In some cases it is necessary to cool the sponge iron before dropping it, this cooling taking place under non-oxidizing conditions with respect to the sponge iron. This cooling takes place in one or more cooling zones which are connected to the reduction zone.
  • Exhaust gases from the thermal treatment zone with low oxygen content, discharge from the reduction zone or mixtures thereof can be passed upward through the bed as cooling gas.
  • the exhaust gases are previously cooled to the required cooling temperature in heat exchangers.
  • waste gases with a low oxygen content are generated in the wind boxes, which lie under current threads in which fuel was burned for heating.
  • the oxygen content must be lowest in the first cooling zone. It can be a little higher in the following cooling stages.
  • the reducing gas is injected into the reduction zone just above the bed and distributed over the length of the reduction zone. The reducing gas acts as a substitution gas and replaces the filaments that would enter the reduction zone from the cooling zone without this gas. So there is no need for partitions.
  • Chemical reactions between adjacent current threads can be prevented as a separation by interposed narrow current threads, the chemical composition of the separation gas, for example flue gas, being chosen accordingly.
  • the separation gas is expediently injected as a substitution gas just above the bed, but it can also be supplied below the grate wagon.
  • the exhaust gas from the reduction zone which has a low calorific value, can preferably be injected as a substitution gas into the filaments for the heating zone and at the beginning of the combustion zone and in mixtures with fresh reducing gas as a substitution gas with a higher calorific value into the electricity filaments which lead to the further combustion zone. If other gases are present, such as blast furnace gas, steel gas, coke gas, natural gas, these can be used instead of the exhaust gas from the reduction zone.
  • the temperature of the material bed in the reduction zone can be influenced by adjusting the ratio of CO to H 2 in the reducing gas and thus also the temperature of the bed with which it enters the cooling zone.
  • the reducing gas is expediently generated by gasification in a circulating fluidized bed with oxygen or oxygen-enriched air with simultaneous hot desulfurization. Such a gas has a high reduction potential and a high calorific value when burned.
  • a preferred embodiment consists in that after the reduction zone the reduced material is cooled in a further cooling zone, solid carbon-containing material is applied to the surface of the material bed, exhaust gas from the reduction zone in the further cooling zone upwards through the bed of sponge iron and the like hot carbon-containing layer thereon is passed and is thereby strengthened, and the current filaments with the strengthened gas as the reducing gas are passed into the reduction zone.
  • the solid carbonaceous material is preferably applied to the bed as a layer from the partial cooling zone. There the carbonaceous material is ignited by the cooling air, partially burned and heated up. The combustion gases heat up the corresponding current filaments for the combustion zone and, if appropriate, for the heating zone.
  • the exhaust gas from the reduction zone which contains a certain content of C0 2 and H 2 0 through the reduction, is passed up through the bed in the cooling zone, being heated up and then flowing through the glowing layer of the carbon-containing material.
  • the C0 2 and H 2 0 content of the gas is converted back into CO and H 2 .
  • the strengthened gas is fed back into the reduction zone in the corresponding flow threads. There, it is first passed down through the layer of carbonaceous material, further strengthening it, and then passed through the bed as a reducing gas.
  • the added carbon-containing material can be present as a quiescent layer or as a fluidized bed or can be carried along by the gases. Carried particles are returned to the cooling zone with the bed until they are completely used up.
  • the figures represent schematic cross sections through the upper run of hiking grates with gas hoods above and wind boxes below the upper run. The subdivision of the wind boxes below the traveling grate has been omitted for clarity.
  • Current threads 1 to 5 are shown under the continuous gas hood G.
  • At 6 the material is fed onto the upper run 7 and at 8 the material is dropped from the upper run 7.
  • the material is first dried in a pressure drying zone a with a separate gas hood 9 and then in a suction drying zone a i with a separate gas hood 10.
  • the material is then heated in heating zone b.
  • the material is then heated in heating zone b and burned in firing zone c.
  • Heating zone b and firing zone c represent the technical treatment zone.
  • Current threads 1 to 4 emerge from the first cooling zone d and flow into zones b and c.
  • fuel nozzles 11, 11 a are arranged on both sides of the continuous gas hood G just above the entry into the bed.
  • the second cooling zone d with a separate gas hood 12, the material is cooled to the discharge temperature.
  • a layer of solid material is applied to the bed at the beginning of the first cooling zone d, which layer is thermally treated by the emerging hot cooling gas. Gases with environmentally harmful components emerge from this material. The temperature in current threads 2 and 3 is so high that these environmentally harmful components are converted into harmless compounds. The outlet temperature required for this is no longer reached in flow thread 4. Therefore, fuel is injected via the fuel nozzles 13 and the gas temperature is raised to the temperature required for the reaction.
  • the fuel nozzles 11, 11a for achieving the temperature required for the thermal treatment of the material are arranged in the current threads 3 and 4.
  • the continuous gas hood is arranged over the entire length of the upper run 7 and includes the drying zone a, which thus also belongs to the technical treatment zone.
  • the continuous gas hood G Under the continuous gas hood G, five flow threads 1 to 5 are shown, of which the flow thread 5 is passed from the last part of the cooling zone d into the drying zone a.
  • fuel nozzles 11, 11 a are arranged.
  • the continuous gas hood G is also arranged over the entire length of the upper run 7, and five current threads 1 to 5 are shown under the gas hood.
  • a substitution gas 15a having a low oxygen content is injected through the nozzles 15.
  • a substitution gas having a high oxygen content is injected through the nozzles 16.
  • the substitution gases can also be supplied at other points 17 or 19 and 18 or 20, depending on whether a complete or partial substitution of current threads is intended.
  • the injection inside the gas hood G takes place at lower pressure differences from the surroundings than at the supply points 19 and 20.
  • FIG. 5 shows a combined thermal treatment with drying zone a, heating zone b, firing zone c and partial cooling zone d. This is followed by the reduction zone e, the first further cooling zone f and the further cooling zone g.
  • reducing gas is injected just above the bed, sucked through the bed, cooled in the heat exchanger 22, injected into the flow thread 2 via line 23 and fuel nozzles.
  • a separating gas is injected through the nozzles 24, which prevents a reaction between the flow thread 2 and the reducing gas. If necessary, a separation gas can also be injected at 25 or 25a if the flow thread 3 contains large amounts of oxygen.
  • solid fuel can be charged onto the bed, which serves to strengthen the gases in the stream 3 of reducing components.
  • the exhaust gas from the heating zone b is passed via the cooler 27 and line 28 into the first cooling zone f.
  • a fuel gas with a higher calorific value is injected into the flow thread 1 via fuel nozzles 11 a.
  • the exhaust gas from the combustion zone c is passed via the cooler 29 and line 30 into the second further cooling zone g.
  • FIG. 1 A thermal treatment with subsequent reduction is also shown in FIG.
  • the reducing gas is circulated and strengthened again and again. This strengthening takes place in such a way that the exhaust gas from the reduction zone e after cooling in the heat exchanger 22 is returned via line 31 to the further cooling zone f, heated in the bed of reduced material and then by a glowing layer of solid carbonaceous material on the bed is directed. C0 2 and H 2 0 contained in the recirculated exhaust gas are converted with C to CO and H 2 .
  • the strengthened gas flows as stream thread 4 into the reduction zone, is passed there again through a layer of solid carbon-containing material on the bed, is further strengthened and enters the bed as a reducing gas.
  • the solid carbonaceous material is charged onto the bed via the feed points 26a.
  • the carbon-containing material given up in the further cooling zone d is partially burned by the cooling air and heated in the process.
  • the hot combustion gases heat up the filaments 1 and 2.
  • a partial flow of the exhaust gas from the reduction zone is discharged and can be conducted as fuel into the fuel nozzles 11 via line 23.
  • Exhaust gas from the heating zone b and combustion zone c can be passed as cooling gas via line 30 into the second further cooling zone g.
  • the advantages of the invention are that the heat and gas formation of the system is improved and the energy consumption is thereby reduced, and the construction and operating costs of the system and the environmental pollution caused by pollutants in the exhaust gases can be reduced.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von stückigen oder agglomerierten Materialien auf einem Wanderrost durch Hindurchleiten von heissen Gasen durch das Material-Bett, wobei heisse Gase in 'einer thermischen Behandlungszone mit abwärts gerichteter Strömung der heissen Gase durch das Material-Bett geleitet werden, sauerstoffhaltige Kühlgase in einer Kühlzone mit aufwärts gerichteter Strömung der Kühlgase durch das Material-Bett geleitet werden, und die aufgeheizten Kühlgase unter einer durchgehenden Gashaube von der Kühlzone in die thermische Behandlungszone geleitet werden.
  • Stückige, agglomerierte oder geformte Materialien beliebiger Gestalt, wie z.B. Kalkstein, Erzpellets, Schamotte, Abfallstoffe, werden in vielen Fällen auf Wanderrosten in der Weise thermisch behandelt, dass heisse Gase durch das Material-Bett auf dem Wanderrost geleitet werden, wodurch das Material auf eine bestimmte Temperatur aufgeheizt wird. Anschliessend wird das Material-Bett unter Hindurchleiten von kalten Gasen gekühlt. Die erhitzten Kühlgase werden in die thermische Behandlungszone geleitet und als Primär- und/oder Sekundärgas für die Brenner benutzt. Die thermische Behandlungszone besteht im allgemeinen aus Trocknungszone, Aufheizzone und Brennzone, wobei diese Zonen noch unterteilt sein können. Auch die Kühlzone ist in den meisten Fällen unterteilt.
  • Aus der US-PS 3 172 754 ist es bekannt, beim Hartbrennen von Pellets über der ersten Kühlzone eine Gashaube anzuordnen, die in einen durchgehenden Kanal mündet, der sich über die Nachbrennzone, Brennzone und Aufheizzone erstreckt. Dieser Kanal ist durch Öffnungen in der Deckenkostruktion über diesen Zonen mit diesen Zonen verbunden. Die heissen Kühlgase strömen durch diese Öffnungen als Sekundärluft und vermischen sich mit den Brenngasen, die aus den seitlich angeordneten Brennern in diese Zonen strömen. Der durchgehende Kanal ermöglicht zwar den Verzicht auf separate Gasleitungen, jedoch ist die Vermischung der Brenngase mit der Sekundärluftschlecht, wodurch die Temperaturverteilung und Sauerstoffverteilung in den Gasen und im Bett ebenfalls nachteilig beeinflusst wird.
  • Aus der US-PS 3 620 519 ist es bekannt, eine durchgehende Gashaube über der ersten Kühlzone, der Brenn- und Aufheizzone anzuordnen. Über der Nachbrennzone und einer Vorkühlzone ist innerhalb dieser Gashaube eine weitere, niedrigere Gashaube angeordnet, in die Kühlluft aufwärts durch das Bett geleitet wird und dann abwärts in der Nachbrennzone durch das Bett geleitet wird. Die in der ersten Kühlzone aufwärts in die durchgehende Gashaube strömende erwärmte Kühlluft wird durch seitlich angeordnete Brenner aufgeheizt, wobei die Kühluft als Sekundärluft für die Brenner dient. Die Brenner sind über der ersten Kühlzone angeordnet oder im Durchgang über der weiteren niedrigeren Gashaube. Die erhitzten Gase strömen dann unter der Gashaube in die Brenn- und Aufheizzone und werden dort abwärts durch das Bett geleitet, wobei zwischen diesen Zonen eine teilweise Querwand angeordnet ist. Bei diesem Verfahren werden die gesamte Gase in der Kühlzone bereits auf die maximal erforderliche Temperatur aufgeheizt und müssen dann z.B. in der Aufheizzone durch Zugabe von kalter Luft auf die dort erforderliche Temperatur abgekühlt werden. Dadurch fällt in der Kühlzone das maximale Gasvolumen an, die durchgehende Gashaube muss einen entsprechend grossen Querschnitt haben, die Wärmeverluste an den Wänden sind gross und über der Nachbrennzone muss eine Abdeckung in Form einer weiteren Gashaube angeordnete werden. Diese Abdeckung führt zur Staubablagerung und Ansatzbildung..
  • Aus der EP-PS 0 030 396 ist es bekannt, mindestens einen Teil des von aussen in den Brennprozess eingebrachten Brennstoffs in Form von festem Brennstoff auf die Oberfläche des Pellet-Bettes aufzugeben, wobei über der ersten Kühlzone, der Brennzone und der Aufheizzone eine durchgehende Gashaube angeordnet ist. Wenn die Beheizung nur durch Verbrennung des auf das Bett aufgegebenen festen Brennstoff erfolgt, ist die Gashaube ohne Einbauten ausgeführt. Wenn nur ein Teil der erforderlichen Wärme durch Verbrennung dieses festen Brennstoff erfolgt, sind über der Aufheiz- und Brennzone Einbauten angeordnet, an deren Seitenwänden Brennkammern angeordnet sind, die über Kanäle mit der Gashaube verbunden sind. Durch die Kanäle wird den Brennkammern heisse Kühlluft als Sekundärluft zugeführt. Beide Ausführungen haben die Vorteile, dass die Gase bei der Verbrennung des festen Brennstoffs sehr gleichmässig aufgeheizt werden und das Gasvolumen relativ gering gehalten wird. Bei der Verwendung von Brennern können diese mit geringerer Belastung gefahren werden, jedoch besteht dann noch ein gewisses Problem der Ascheablagerung in den Kanälen. In beiden Fällen können billige feste Brennstoffe verwendet werden und die Energiekosten werden entsprechend der aufgegebenen Menge an festem Brennstoff gesenkt. Jedoch liegt nicht in allen Fällen fester Brennstoff vor bzw. der wahlweise Einsatz von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen wird gewünscht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Energieverbrauch bei der thermischen Behandlung zu senken, die Bau- und Betriebskosten der Anlage möglichst zu verringern und den wahlweisen Einsatz von flüssigen, festen oder gasförmigen Brennstoffen zu ermöglichen.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss dadurch, dass die Strömungsgeschwindigkeit der aufgeheizten Kühlgase unter der durchgehenden Gashaube über dem Obertrum des Wanderrostes durch den Druck, mit dem die Kühlgase in die Kühlzone gedrückt werden, und den Unterdruck, mit dem die heissen Gase aus der thermischen Behandlungszone abgesaugt werden, so hoch eingestellt wird, dass die Auftriebserscheinungen in vertikaler Richtung praktisch keinen Einfluss ausüben und dadurch parallele Stromfäden aus Schichten der Gase, die übereinander und parallel zueinander strömen und sich über die Breite der Gashaube erstrecken, mit unterschiedlichen Temperaturen unter der Gashaube erzeugt werden, in einzelne Stromfäden Brennstoff eingebracht wird, einzelne Stromfäden auf unterschiedlich höhere Temperaturen aufgeheizt werden und dann in der thermischen Behandlungszone abwärts durch das Material-Bett geleitet werden. Die «thermische Behandlungszone» umfasst immer die Brennzone, oder bei einer Unterteilung die Brennzonen, und die Aufheizzone. Die Trocknungszone kann ausserhalb der durchgehenden Gashaube angeordnet sein, sie kann aber auch in die thermische Behandlungszone einbezogen und von der durchgehenden Gashaube überdeckt werden. Die durchgehende Gashaube besitzt keine Trennwände und wird vorzugsweise an den Stromlinienverlauf der Stromfäden näherungsweise angepasst. Wenn die Trocknungszone nicht unter der durchgehenden Gashaube angeordnet ist, wird nur der erste Teil der Kühlzone unter der Gashaube angeordnet, so dass nur die heissesten Kühlgase von der durchgehenden Gashaube erfasst werden. Wenn auch die Trocknungszone unter der durchgehenden Gashaube angeordnet ist, wird auch der zweite Teil der Kühlzone unter der Gashaube angeordnet. Als Kühlgas wird im allgemeinen Luft verwendet. Wenn andere Gase verwendet werden, müssen sie genügend Sauerstoff für die Verbrennung der Brennstoffe bereits enthalten oder ihr Sauerstoffgehalt muss angereichert werden. Unter «Stromfäden» sind Schichten der Gase unter der durchgehenden Gashaube zu verstehen, die übereinander und parallel zueinander strömen, und die sich über die Breite der Gashaube erstrecken. Sie beginnen beim Austritt aus dem Material-Bett in der Kühlzone und enden beim Eintritt in das Material-Bett in der thermischen Behandlungszone. Durch den Druck, mit dem die Kühlgase in die Kühlzone gedrückt werden, und den Unterdruck, mit dem die heissen Gase aus der thermischen Behandlungszone abgesaugt werden, wird die Strömungsgeschwindigkeit der Stromfäden unter der Gashaube so hoch eingestellt, dass die Auftriebserscheinungen unter der Gashaube in vertikaler Richtung praktisch keinen Einfluss auf das Strömungsverhalten ausüben. Die Auftriebserscheinungen werden haupsächlich durch unterschiedliche Temperaturen der einzelnen Stromfäden verursacht. Der genaue geometrische Verlauf der Stromfäden kann durch Berechnungen und/oder Versuche an einem physikalischen Strömungsmodell ermittelt werden, wobei die Strömungsbedingungen des Gesamtsystems so gewählt werden, dass sich eine stabile und definiert geschichtete Strömung einstellt. Die Aufheizung einzelner Stromfäden erfolgt durch unterschiedliche Brennstoffeindüsung innerhalb der jeweiligen Begrenzungslinien des einzelnen Stromfadens. Die Begrenzungslinien und damit die Dicke des jeweiligen Stromfadens werden entsprechend den gewünschten Betriebsbedingungen gewählt. Jeder einzelne Stromfaden von unterschiedlicher Anfangstemperatur kann durch genau definierte Aufheizung auf unterschiedliche oder gleiche Endtemperatur, je nach gewünschten Betriebsbedingungen, definiert aufgeheizt werden.
  • In der thermischen Behandlungszone muss - je nach Verfahrensbedingungen - eine bestimmte Gasmenge pro m2 und Stunde in das Material-Bett eintreten. Diese Menge wird durch entsprechende Steuerung des Kühlgasgebläses in die Kühlzone eingebracht. Wenn durch die Verbrennung des eingebrachten Brennstoffs eine Änderung des Gasvolumens eintritt, muss das in die Kühlzone eingebrachte Gasvolumen entsprechend verändert werden.
  • Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, dass die Strömungsgeschwindigkeit der aufgeheizten Kühlgase unter der durchgehenden Gashaube an der Übergangsstelle von aufwärts gerichteter Strömung und abwärts gerichteter Strömung der Gase durch das Material-Bett auf dem Wanderrost über 3 m/sec liegt, vorzugsweise zwischen 10 bis 60 m/sec. Die Übergangsstelle von aufwärts gerichteter Strömung und abwärts gerichteter Strömung liegt an der Grenze zwischen Ende der thermischen Behandlungszone und Beginn der Kühlzone. Durch die Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit auf diese Werte werden gut geschichtete und parallele Stromfäden erzeugt.
  • Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, dass die Aufheizung einzelner Stromfäden unter der durchgehenden Gashaube möglichst kurz vor dem Eintritt des jeweiligen Stromfadens in das Material-Bett erfolgt mit der Massgabe, dass die beim Eintritt in das Bett zulässigen Temperaturunterschiede innerhalb des jeweiligen Stromfadens nicht überschritten werden. Der zulässige Temperaturunterschied innerhalb eines Stromfadens ist abhängig von den jeweiligen Verfahrensbedingungen an der Eintrittszone des Stromfadens in das Bett. So kann z.B. der zulässige Unterschied beim Hartbrennen von Pellets in der Aufheizzone grösser sein, z.B. 20 bis 40°C, während er in der Brennzone kleiner als z.B. 20°C sein soll. Die Vergleichmässigung der Gastemperatur innerhalb eines Stromfadens ist abhängig von den Impulsverhältnissen des eingedüsten Brennstoffs und des Stromfadens von der Zugabestelle bis zum Eintritt in das Bett. Daraus ergibt sich die zur Einhaltung der zulässigen Temperaturunterschiede notwendige Mischstrecke. Dadurch werden lange Verweilzeiten der aufgeheizten Gase auf hoher Temperatur vermieden, die zu erhöhter NOX-Bildung führen können. Gleichzeitig wird der bauliche Aufwand für die Brennmaschine verringert, da das durch die Aufheizung vergrösserte effektive Gasvolumen und die hohe Gastemperatur nur in einem kleinen Teil der Gashaube vorliegen.
  • Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, dass der Brennstoff für die Aufheizung der einzelnen Stromfäden ohne oder mit möglichst wenig Gas in die Stromfäden eingebracht wird. Wenn Gas, z.B. Erdgas, als Brennstoff eingebracht wird, ist meist kein weiteres Gas zur Impulserzeugung bei der Brennstoffeindüsung erforderlich. Wenn Öl oder feinkörniger fester Brennstoff eingebracht wird, wird der Brennstoff nur mit dem zur guten Verteilung notwendigen Impulsgas eingedüst, aber ohne Primär-oder Sekundärgas. Dieses Impulsgas wird im Bereich von 0,05 bis maximal 0,25 Masseneinheiten, bezogen auf den Brennstoff, gewählt. Dadurch wird eine sehr gute Wärmebilanz erzielt.
  • Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, dass in der Kühlzone austretende Stromfäden mit umweltschädlichen Bestandteilen und niedriger Temperatur kurz oberhalb des Material-Bettes durch Zugabe von Brennstoff aufgeheizt werden. In der Kühlzone austretende Stromfäden können umweltschädliche Bestandteile enthalten, wenn Kühlgase verwendet werden, die bereits solche Bestandteile enthalten, oder wenn in der Kühlzone auf das gebrannte heisse Material-Bett eine zweite MaterialSchicht aufgegeben wird, aus der solche Bestandteile verflüchtigt werden, wenn sie von den in der heissen Unterschicht aufgeheizten Kühlgasen durchströmt und aufgeheizt wird. Die Stromfäden werden auf eine Temperatur aufgeheizt, bei der die umweltschädlichen Stoffe in unschädliche Form umgewandelt werden. Durch die frühe Aufheizung wird sichergestellt, dass die Umwandlung weitgehendst erfolgt. Die Aufheizung erfolgt bevorzugt nur in den Stromfäden mit niedriger Austrittstemperatur, z.B. unterhalb 600°C. Eine eventuell für die thermische Behandlungszone erforderliche weitere Aufheizung kann kurz vor dem Eintritt des Stromfadens in das Bett erfolgen.
  • Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, dass die durchgehende Gashaube über der gesamten Behandlungslänge des Wanderrostes angeordnet ist und mindestens ein Teil der Stromfäden aus dem letzten Teil der Kühlzone ohne zusätzliche Aufheizung in die Trocknungszone geleitet wird, wobei der kälteste Stromfaden aus dem hintersten Teil der Kühlzone in den ersten Teil der Trocknungszone geleitet wird, und in die anschliessenden Teile der Trocknungszone Stromfäden mit steigender Temperatur eingeleitet werden. Die durchgehende Gashaube ist sowohl über der ersten als auch der zweiten Kühlzone angeordnet und umfasst auch die Trocknungszone als thermische Behandlungszone. Die Gasführung erfolgt in der Weise, dass der am Ende der zweiten Kühlzone anfallende letzte Stromfaden mit der niedrigsten Temperatur unter der Decke der Gashaube als erster Stromfaden in den Anfang der Trocknungszone ohne Aufheizung geleitet wird. Gegen die Laufrichtung des Wanderrostes folgende Stromfäden aus der zweiten Kühlzone haben steigende Temperaturen und werden ebenfalls ohne Aufheizung in die Trocknungszone geleitet. Die Trocknungszone wird also - in Laufrichtung gesehen - von Stromfäden mit steigender Temperatur beaufschlagt. Falls die Temperatur der aus der zweiten Kühlzone austretenden weiteren Stromfäden nicht mehr zur Erzielung der am Ende der Trocknungszone gewünschten Temperatur ausreicht, erfolgt eine Aufheizung durch Eindüsen von Brennstoff. Durch die steigende Temperatur der in die Trocknungszone eintretenden Stromfäden wird eine Überfeuchtung des Material-Bettes in den unteren Schichten bei der Trocknung vermieden.
  • Eine Ausgestaltung bestehtdarin, dass in Stromfäden vor dem Eintritt in das Material-Bett in der thermischen Behandlungszone Substitutionsgas von aussen eingebracht wird, und das Volumen des in der thermischen Behandlungszone in das Material-Bett eintretenden Produkt-Gases durch Regelung des Volumens der in die Kühlzone eingebrachten Kühlgase auf den vorgegebenen Sollwert eingestellt wird. Als Substitutionsgas können Rauchgase, reduzierende Gase, Luft, sauerstoffangereicherte Gase, reiner Sauerstoff oder Mischungen eingesetzt werden. Die Substitutionsgase können aus dem eigenen Verfahren stammen oder aus Fremdgas bestehen. Das Substitutionsgas wird von den Seiten der Gashaube her in die entsprechenden Stromfäden eingedüst. Dabei können einzelne Stromfäden durch Vermischung teilweise substituiert werden, oder sie können auch durch das Substitutionsgas ganz ersetzt werden. Der Ausdruck «Substitutionsgas» bedeutet, dass das pro m2 und Stunde in der thermischen Behandlungszone erforderliche Eintritts-Gasvolumen nicht vollständig von dem aus der Kühlzone kommenden erhitzten Kühlgas gedeckt wird, sondern dass ein Teil durch das Substitutionsgas eingebracht wird, d.h. das Volumen des Kühlgases wird um das Volumen des Substitutionsgases verringert. Wenn das Substitutionsgas ein Reaktionsgas ist und an chemischen Reaktionen teilnimmt, die eine Änderung des Gasvolumens bewirken, wird diese Volumenänderung bei der Bemessung des eingeleiteten Kühlgas-Volumens berücksichtigt, so dass das Volumen des in das Material-Bett eintretenden Volumens des Produkt-Gases immer dem Sollwert des gewünschten Gasvolumens entspricht. Die Regelung des eingeblasenen Volumens an Kühlgas erfolgt vorzugsweise in der Weise, dass der Druck in der Gashaube über der thermischen Behandlungszone gemessen und durch Regelung des Kühlgasgebläses konstantgehalten wird, d.h. es wird so viel Kühlgas zugeführt, dass die abgesaugte Gasmenge konstant auf dem Sollwert gehalten wird.
  • Die Verwendung von Substitutionsgas ermöglicht eine Beeinflussung und Steuerung von chemischen Prozessen an bestimmten Stellen bei der thermischen Behandlung des Materials. So kann z.B. beim Hartbrennen von magnetischen Pellets oder Pellets mit eingebundenem Kohlenstoff die Oxidation des Magnetits zu Hämatit oder die Verbrennung des Kohlenstoffs im Bereich niedriger Temperaturen des Pellet-Bettes verzögert oder verhindert werden und im höheren Temperaturbereich beschleunigt werden. Dadurch kann das Freisetzen der Oxidationswärme von einer niedrigeren Temperaturstufe - an der ausreichende Prozess-Abgase zur Aufheizung des Bettes zur Verfügung stehen - auf eine höhere Temperaturstufe veschoben werden, wo sonst fremder Brennstoff erforderlich wäre.
  • Eine Ausgestaltung besteht darin, das nach der thermischen Behandlung des Materials eine Teilkühlung erfolgt, und in einer anschliessenden Reduktionszone reduzierende Gase durch das Material-Bett geleitet werden. Bei der Erzeugung von Eisenschwamm durch Direktreduktion von eisenoxidhaltigen Materialien unterhalb des Schmelzpunktes der Materialien wird das eisenoxidhaltige Material in Form von Pellets oder Briketts zunächst hartgebrannt, dann in der Teilkühlung auf die Reduktionstemperatur abgeküht und in einer anschliessenden Reduktionszone unter Hindurchleiten von reduzierenden Gasen zu Eisenschwamm reduziert. Der Eisenschwamm kann dann heiss in ein Einschmelzaggregat chargiert werden. Das aus der Reduktionszone austretende Gas enthält noch reduzierende Bestandteile. Es kann zur Aufstärkung in den Gaserzeuger rezirkuliert werden oder als Brennstoff in die thermische Behandlungszone eingesetzt werden. Die Reduktionszone wird mit einer eigenen Gashaube ausgestattet, wenn der Eisenschwamm heiss abgeworfen wird. Das Reduktionsgas kann abwärts oder aufwärts durch das Bett geleitet werden.
  • Eine Ausgestaltung besteht darin, dass nach der Reduktionszone eine Kühlung des reduzierten Materials in einer weiteren Kühlzone erfolgt, über dem gesamten Wanderrost eine durchgehende Gashaube angeordnet ist, Abgase aus der thermischen Behandlungszone und/oder aus der Reduktionszone als Kühlgas in der weiteren Kühlzone aufwärts durch das reduzierte Material geleitet werden, die Stromfäden aus der weiteren Kühlzone unter der Gashaube als obere Stromfäden in die thermische Behandlungszone geleitet werden, die reduzierenden Gase als Substitutionsgase über der Reduktionszone in die Gashaube eingeleitet und abwärts durch das Material-Bett geleitet werden. In manchen Fällen ist es erforderlich, den Eisenschwammm vor dem Abwurf zu kühlen, wobei diese Kühlung unter nicht-oxidierenden Bedingungen in Bezug auf den Eisenschwamm erfolgt. Diese Kühlung erfolgt in einer oder mehreren Kühlzonen, die an die Reduktionszone angeschlossen sind.
  • Als Kühlgas können Abgase aus der thermischen Behandlungszone mit niedrigem Sauerstoffgehalt, Abgabe aus der Reduktionszone oder deren Gemische aufwärts durch das Bett geleitet werden. Die Abgase werden vorher in Wärmeaustauschern auf die erforderliche Kühltemperatur abgekühlt. In der thermischen Behandlungszone fallen Abgase mit niedrigem Sauerstoffgehalt in den Windkästen an, die unter Stromfäden liegen, in denen Brennstoff zur Aufheizung verbrannt wurde. In der ersten Kühlzone muss der Sauerstoffgehalt am niedrigsten sein. In den folgenden Kühlstufen kann er etwas höher sein. Das Reduktionsgas wird in der Reduktionszone kurz oberhalb des Bettes und über die Länge der Reduktionszone verteilt eingedüst. Das Reduktionsgas wirkt als Substitutionsgas und ersetzt die Stromfäden, die ohne dieses Gas von der Kühlzone in die Reduktionszone eintreten würden. Es sind also keine Trennwände erforderlich. Chemische Reaktionen zwischen benachbarten Stromfäden können durch zwischengeschaltete schmale Stromfäden als Trennung verhindert werden, wobei die chemische Zusammensetzung des Trenngases, z.B. Rauchgas, entsprechend gewählt wird. Das Trenngas wird zweckmässigerweise als Substitutionsgas kurz oberhalb des Bettes eingedüst, es kann jedoch auch unterhalb der Rostwagen zugeführt werden. Das Abgas der Reduktionszone, das einen niedrigen Heizwert hat, kann bevorzugt als Substitutionsgas in die Stromfäden zur Aufheizzone und zum Anfang der Brennzone eingedüst werden und in Mischungen mit frischem Reduktionsgas als Substitutionsgas mit höherem Heizwert in die Stromfäden, die zur weiteren Brennzone führen. Wenn andere Gase vorliegen, wie Hochofengas, Stahlgass, Koksgas, Erdgas, können diese anstelle des Abgases der Reduktionszone verwendet werden. Die Temperatur des Material-Bettes in der Reduktionszone kann durch Einstellung des Verhältnisses von CO zu H2 im Reduktionsgas beeinflusst werden und damit auch die Temperatur des Bettes, mit der es in die Kühlzone eintritt. Das Reduktionsgas wird zweckmässigerweise durch Vergasung in einer zirkulierenden Wirbelschicht mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft unter gleichzeitiger Heissentschwefelung erzeugt. Ein solches Gas hat ein hohes Reduktionspotential und bei einer Verbrennung einen hohen Heizwert. Durch Aufgabe von festem kohlenstoffhaltigem Material auf die Oberfläche des Bettes am Anfang der Kühlzone können die austretenden Kühlgase in der glühenden Kohleschicht mit CO und H2 angereichert werden. Diese Stromfäden werden in die Aufheizzone und eventuell in den Anfang der Brennzone geleitet, wodurch dort eine Oxidation vermieden werden kann und ausserdem ein Abgas anfällt, das sehr gut als Kühlgas in der ersten Kühlstufe verwendet werden kann.
  • Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, dass nach der Reduktionszone eine Kühlung des reduzierten Materials in einer weiteren Kühlzone erfolgt, festes kohlenstoffhaltiges Material auf die Oberfläche des Material-Bettes aufgegeben wird, Abgas aus der Reduktionszone in der weiteren Kühlzone aufwärts durch das Bett aus Eisenschwamm und der darauf befindlichen heissen kohlenstoffhaltigen Schicht geleitet und dabei aufgestärkt wird, und die Stromfäden mit dem aufgestärkten Gas als Reduktionsgas in die Reduktionszone geleitet werden. Das feste kohlenstoffhaltige Material wird vorzugsweise ab der Teilkühlzone als Schicht auf das Bett aufgegeben. Dort wird das kohlenstoffhaltige Material durch die Kühlluft entzündet, teilweise verbrannt und dabei aufgeheizt. Die Verbrennungsgase heizen die entsprechenden Stromfäden für die Brennzone und gegebenenfalls für die Aufheizzone auf. Das Abgas aus der Reduktionszone, das durch die Reduktion einen bestimmten Gehalt an C02 und H20 enthält, wird aufwärts durch das Bett in der Kühlzone geleitet, dabei aufgeheizt und strömt dann durch die glühende Schicht des Kohlenstoffhaltigen Materials. Dabei wird der C02- und H20-Gehalt des Gases wieder in CO und H2 umgesetzt. Das aufgestärkte Gas wird in den entsprechenden Stromfäden in die Reduktionszone zurückgeleitet. Dort wird es abwärts zunächst durch die Schicht des kohlenstoffhaltigen Materials geleitet, wobei es weiter aufgestärkt wird, und dann als Reduktionsgas durch das Bett geleitet. Das zugegebene kohlenstoffhaltigen Material kann - in Abhängigkeit von der Korngrösse - als ruhende Schicht oder als Wirbelschicht vorliegen oder von den Gasen mitgeführt werden. Mitgeführte Partikel gelangen mit dem Bett wieder in die Kühlzone, bis sie vollständig verbraucht sind. Wenn in den Kreislauf des Reduktionsgases Falschluft eintritt, wird ein Teilstrom ausgeschleust und so eine Anreicherung mit N2 vermieden. Die abgezogene Menge wird dann durch frisches Reduktionsgas ersetzt. Wenn der Eisenschwammm kalt abgeworfen werden soll, erfolgt eine weitere Kühlung. Dazu können dann Abgase aus der Brenn- und/oder Aufheizzone verwendet werden. Mit Fallen der Temperatur des Eisenschwamms können die Kühlgase auch steigende Mengen an Sauerstoff enthalten. Restlicher fester Kohlenstoff auf dem Bett wird dabei verbraucht. Beim Anfahren des Wanderrosts wird in die Reduktionszone frisches Reduktionsgas von aussen als Substitutionsgas eingeleitet.
  • Die Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert.
  • Dier Figuren stellen schematische Querschnitte durch das Obertrum von Wanderrosten mit Gashauben über und Windkästen unter dem Obertrum dar. Die Unterteilung der Windkästen unterhalb des Wanderrostes wurde zur Verdeutlichung weggelassen. Unter der durchgehenden Gashaube G sind Stromfäden 1 bis 5 dargestellt. Bei 6 erfolgt die Aufgabe des Materials auf das Obertrum 7 und bei 8 der Abwurf des Materials vom Obertrum 7.
  • In der Figur 1 wird das Material zunächst in einer Druck-Trocknungszone a mit separater Gashaube 9 und dann in einer Saug-Trocknungszone ai mit separater Gashaube 10 getrocknet. Anschliessend wird das Material in der Aufheizzone b aufgeheizt. Anschliessend wird das Material in der Aufheizzone b aufgeheizt und in der Brennzone c gebrannt. Aufheizzone b und Brennzone c stellen die technische Behandlungszone dar. Aus der ersten Kühlzone d treten die Stromfäden 1 bis 4 aus und strömen in die Zonen b und c. In den Stromfäden 2 und 3 sind kurz oberhalb des Eintrittes in das Bett Brennstoffdüsen 11,11 a in beiden Seiten der durchgehenden Gashaube G angeordnet. In der zweiten Kühlzone d, mit separater Gashaube 12 erfolgt die Kühlung des Materials auf die Abwurftemperatur.
  • In der Figur 2 wird auf das Bett am Anfang der ersten Kühlzone d eine Schicht aus festem Material aufgegeben, welche durch das austretende heisse Kühlgas thermisch behandelt wird. Aus diesem Material treten Gase mit umweltschädlichen Bestandteilen aus. In den Stromfäden 2 und 3 ist die Temperatur so hoch, dass diese umweltschädlichen Bestandteile in unschädliche Verbindungen umgesetzt werden. In Stromfaden 4 wird die dazu erforderliche Austrittstemperatur nicht mehr erreicht. Deshalb wird über die Brennstoffdüsen 13 Brennstoff eingedüst und die Gastemperatur auf die zur Umsetzung erforderliche Temperatur angehoben. Die Brennstoffdüsen 11, 11a zur Erzielung der für die thermische Behandlung des Materials erforderlichen Temperatur sind in den Stromfäden 3 und 4 angeordnet.
  • In Figur 3 ist die durchgehende Gashaube über die gesamte Länge des Obertrums 7 angeordnet und umfasst die Trocknungszone a, die damit ebenfalls zur technischen Behandlungszone gehört. Unter der durchgehenden Gashaube G sind fünf Stromfäden 1 bis 5 dargestellt, von denen der Stromfaden 5 vom letzen Teil der Kühlzone d in die Trocknungszone a geleitet wird. In den Stromfäden 3 und 4 sind Brennstoffdüsen 11, 11 a angeordnet.
  • In Figur 4 ist die durchgehende Gashaube G ebenfalls über die gesamte Länge des Obertrums 7 angeordnet, und fünf Stromfäden 1 bis 5 sind unter der Gashaube dargestellt. Durch die Düsen 15 wird ein Substitutionsgas 15a eingedüst, das einen niedrigen Sauerstoffgehalt hat. Durch die Düsen 16 wird ein Substitutionsgas eingedüst, das einen hohen Sauerstoffgehalt hat. Dadurch wird im Eintrittsbereich des Substitutionsgases 15a z.B. die Oxidation von Magnetit oder die Verbrennung von Brennstoff im Bett verzögert und im Eintrittsbereich des Substitutionsgases 16a werden diese Reaktionen im Bereich höherer Temperatur beschleunigt. Die Substitutionsgase können auch an anderen Stellen 17 oder 19 und 18 oder 20 zugeführt werden, je nachdem, ob eine vollständige oder teilweise Substitution von Stromfäden beabsichtigt ist. Die Eindüsung innerhalb der Gashaube G erfolgt bei niedrigeren Druckdifferenzen zur Umgebung als bei den Zufuhrstellen 19 und 20.
  • In Figur 5 ist eine kombinierte thermische Behandlung mit Trocknungszone a, Aufheizzone b, Brennzone c und Teilkühlungszone d dargestellt. Anschliessend folgen die Reduktionszone e, die erste weitere Kühlzone f und die zuweite weitere Kühlzone g. Durch die Düsen 21 wird Reduktionsgas kurz oberhalb des Bettes eingedüst, durch das Bett gesaugt, in Wärmeaustauscher 22 gekühlt, über Leitung 23 und Brennstoffdüsen in den Stromfaden 2 eingedüst. Durch die Düsen 24 wird ein Trenngas eingedüst, das eine Reaktion zwischen dem Stromfaden 2 und dem Reduktionsgas verhindert. Falls erforderlich, kann bei 25 oder 25a ebenfalls ein Trenngas eingedüst werden, wenn der Stromfaden 3 grössere Mengen an Sauertstoff enthält. Bei 26 kann fester Brennstoff auf das Bett chargiert werden, der zur Aufstärkung der Gase im Stromfaden 3 an reduzierenden Bestandteilen dient. Das Abgas aus der Aufheizzone b wird über den Kühler 27 und Leitung 28 in die erste Kühlzone f geleitet. In den Stromfaden 1 wird über Brennstoffdüsen 11 a ein Brenngas mit höherem Heizwert eingedüst. Das Abgas aus der Brennzone c wird über den Kühler 29 und Leitung 30 in die zweite weitere Kühlzone g geleitet.
  • In Figur 6 ist ebenfalls eine thermische Behandlung mit anschliessender Reduktion dargestellt. Im Gegen satz zu Figur 5 wird das Reduktionsgas im Kreislauf geführt und immer wieder aufgestärkt. Diese Aufstärkung erfolgt in der Weise, dass das Abgas aus der Reduktionszone e nach einer Kühlung im Wärmeaustauscher 22 über Leitung 31 in die weitere Kühlzone f zurückgeleitet wird, im Bett aus reduziertem Material aufgeheizt und dann durch eine glühende Schicht aus festem kohlenstoffhaltigem Material auf dem Bett geleitet wird. Dabei wird im rückgeführten Abgas enthaltenes C02 und H20 mit C zu CO und H2 umgesetzt. Das aufgestärkte Gas strömt als Stromfaden 4 in die Reduktionszone, wird dort nochmals durch eine auf dem Bett befindliche Schicht aus festem kohlenstoffhaltigem Material geleitet, dabei weiter aufgestärkt und tritt in das Bett als Reduktionsgas ein. Das feste kohlenstoffhaltige Material wird über die Aufgabestellen 26a auf das Bett chargiert. Das in der weiteren Kühlzone d aufgegebene kohlenstoffhaltige Material wird von der Kühluft teilweise verbrannt und dabei aufgeheizt. Die heissen Verbrennungsgase heizen dabei die Stromfäden 1 und 2 auf. Ein Teilstrom des Abgases aus der Reduktionszone wird abgeführt und kann als Brennstoff über Leitung 23 in die Brennstoffdüsen 11 geleitet werden. Abgas aus der Aufheizzone b und Brennzone c kann als Kühlgas über Leitung 30 in die zweite weitere Kühlzone g geleitet werden.
  • Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass die Wärme- und Gasbildung des Systems verbessert und dadurch der Energieverbrauch gesenkt wird, und die Bau- und Betriebskosten der Anlage sowie die Umweltbelästigung durch Schadstoffe in den Abgasen verringert werden können.

Claims (10)

1. Verfahren zur thermischen Behandlung von stückigen oder agglomerierten Materialien auf einem Wanderrost durch Hindurchleiten von heissen Gasen durch das Material-Bett, wobei heisse Gase in einer thermischen Behandlungszone mit abwärts gerichteter Strömung der heissen Gase durch das Material-Bett geleitet werden, sauerstoffhaltige Kühlgase in einer Kühlzone mit aufwärts gerichteter Strömung der Kühlgase durch das Material-Bett geleitet werden, und die aufgeheizten Kühlgase unter einer durchgehenden Gashaube von der Kühlzone in die thermische Behandlungszone geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit der aufgeheizten Kühlgase unter der durchgehenden Gashaube über dem Obertrum des Wanderrostes durch den Druck, mit dem die Kühlgase in die Kühlzone gedrückt werden, und den Unterdruck, mit dem die heissen Gase aus der thermischen Behandlungszone abgesaugt werden, so hoch eingestellt wird, dass die Auftriebserscheinungen in vertikaler Richtung praktisch keinen Einfluss ausüben und dadurch parallele Stromfäden aus Schichten der Gase, die übereinander und parallel zueinander strömen und sich über die Breite der Gashaube erstrecken, mit unterschiedlichen Temperaturen unter der Gasphase erzeugt werden, in einzelne Stromfäden Brennstoff eingebracht wird, einzelne Stromfäden auf unterschiedlich höhere Temperaturen aufgeheizt werden und dann in der thermischen Behandlungszone abwärts durch das Material-Bett geleitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit der aufgeheizten Kühlgase unter der durchgehenden Gashaube an der Übergangsstelle von aufwärts gerichteter Strömung und abwärts gerichteter Strömung der Gase durch das Material-Bett auf dem Wanderrost über 3 m/sec liegt, vorzugsweise zwischen 10 bis 60 m/sec.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizung einzelner Stromfäden unter der durchgehenden Gashaube möglichst kurz vor dem Eintritt des jeweiligen Stromfadens in das Material-Bett erfolgt mit der Massgabe, dass die beim Eintritt in das Bett zulässigen Temperaturunterschiede innerhalb des jeweiligen Stromfadens nicht überschritten werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff für die Aufheizung der einzelnen Stromfäden ohne oder mit möglichst wenig Gas in die Stromfäden eingebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kühlzone austretende Stromfäden mit umweltschädlichen Bestandteilen und niedriger Temperatur kurz oberhalb des Material-Bettes durch Zugabe von Brennstoff aufgeheizt werden.
6. Verfahren nach einem der Anprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die durchgehende Gashaube über der gesamten Behandlungslänge des Wanderrostes angeordnet ist und mindestens ein Teil der Stromfäden aus dem letzten Teil der Kühlzone ohne zusätzliche Aufheizung in die Trocknungszone geleitet wird, wobei der kälteste Stromfaden aus dem hintersten Teil der Kühlzone in den ersten Teil der Trocknungszone geleitet wird, und in die anschliessenden Teile der Trocknungszone Stromfäden mit steigender Temperatur eingeleitet werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Stromfäden vor dem Eintritt in das Material-Bett in der thermischen Behandlungszone Substitutionsgas von aussen eingebracht wird, und das Volumen des in der thermischen Behandlungszone in das Material-Bett eintretenden Produkt-Gases durch Regelung des Volumens der in die Kühlzone eingebrachten Kühlgase auf den vorgegebenen Sollwert eingestellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach der thermischen Behandlung des Materials eine Teilkühlung erfolgt, und in einer anschliessenden Reduktionszone reduzierende Gase durch das Material-Bett geleitet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Reduktionszone eine Kühlung des reduzierten Materials in einer weiteren Kühlzone erfolgt, über dem gesamten Wanderrost eine durchgehende Gashaube angeordnet ist, Abgase aus des thermischen Behandlungszone und/oder aus der Reduktionszone als Kühlgas in der weiteren Kühlzone aufwärts durch das reduzierte Material geleitet werden, die Stromfäden aus der weiteren Kühlzone unter der Gashaube als obere Stromfäden in die thermische Behandlungszone geleitet werden, die reduzierenden Gase als Substitutionsgase über der Reduktionszone in die Gashaube eingeleitet und abwärts durch das Material-Bett geleitet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Reduktionszone eine Kühlung des reduzierten Materials in einer weiteren Kühlzone erfolgt, festes kohlenstoffhaltiges Material auf die Oberfläche des Material-Bettes aufgegeben wird, Abgas aus der Reduktionszone in der weiteren Kühlzone aufwärts durch das Bett aus Eisenschwamm und der darauf befindlichen heissen kohlenstoffhaltigen Schicht geleitet und dabei aufgestärkt wird, und die Stromfäden mit dem aufgestärkten Gas als Reduktionsgas in die Reduktionszone geleitet werden.
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