EP1476405A1 - Einrichtung zum schmelzen von st uben - Google Patents

Einrichtung zum schmelzen von st uben

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EP1476405A1
EP1476405A1 EP03706113A EP03706113A EP1476405A1 EP 1476405 A1 EP1476405 A1 EP 1476405A1 EP 03706113 A EP03706113 A EP 03706113A EP 03706113 A EP03706113 A EP 03706113A EP 1476405 A1 EP1476405 A1 EP 1476405A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion chamber
cyclone
dusts
carrier gas
discharge opening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03706113A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alfred Edlinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Patco Engineering GmbH
Original Assignee
Tribovent Verfahrensentwicklung GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tribovent Verfahrensentwicklung GmbH filed Critical Tribovent Verfahrensentwicklung GmbH
Publication of EP1476405A1 publication Critical patent/EP1476405A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B3/00—Charging the melting furnaces
    • C03B3/02—Charging the melting furnaces combined with preheating, premelting or pretreating the glass-making ingredients, pellets or cullet
    • C03B3/026—Charging the melting furnaces combined with preheating, premelting or pretreating the glass-making ingredients, pellets or cullet by charging the ingredients into a flame, through a burner or equivalent heating means used to heat the melting furnace
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/005—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture of glass-forming waste materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/12—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in shaft furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21B3/04—Recovery of by-products, e.g. slag
    • 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
    • C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
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    • C22B7/003—Dry processes only remelting, e.g. of chips, borings, turnings; apparatus used therefor
    • 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
    • C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/0025—Charging or loading melting furnaces with material in the solid state
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies

Definitions

  • the invention relates to a device for melting pre-shredded material and / or dusts such as e.g. Furnace or steel dusts, marl and lime dust mixtures, light shredder fractions, broken glass, quartz sand, alkali, alkaline earth salts, waste incineration dusts and / or shredded waste materials, in which the pre-shredded material or the dusts are injected into a combustion chamber with a carrier gas.
  • pre-shredded material and / or dusts such as e.g. Furnace or steel dusts, marl and lime dust mixtures, light shredder fractions, broken glass, quartz sand, alkali, alkaline earth salts, waste incineration dusts and / or shredded waste materials
  • the invention now aims to provide a device of the type mentioned, which is characterized by extremely low wear even when using extremely abrasive raw material and with which even coarse feed material can be melted without difficulty. Furthermore, the invention aims to provide an impulse free of pulsations To ensure material and dust, and to ensure high throughput of melt with an extremely small-sized unit. Finally, the design according to the invention aims to minimize refractory problems in the lining of the combustion chamber and to make do with simple devices in which the melting process can be carried out largely without contacting the melts with the walls of the combustion chamber.
  • the device according to the invention essentially consists in that the pre-comminuted material or the dusts are introduced axially and carrier gas tangentially into a cyclone, and that the cyclone is connected to a combustion chamber via an essentially axially directed discharge opening. Because the actual combustion chamber is preceded by a cyclone, which now acts as a dosing cyclone in deviation from the usual mode of operation of a cyclone, it is possible to impart a correspondingly rotating movement to the material by the tangential blowing in of carrier gas, which leads to the injection of the pre-shredded material or the dust and carrier gas leads into the subsequent combustion chamber under a defined swirl.
  • the operating principle of the dosing cyclone is also comparable to that of a wind boiler, so that a continuous and pulsation-free introduction of dust or fine solids into a subsequent combustion chamber is ensured in a simple manner.
  • the combustion chamber itself can be heated to the temperatures required for melting the dusts, for example temperatures from 1200 ° C to 1650 ° C by means of burners, the design advantageously being such that fuel and possibly other carrier gas are coaxial to the cyclone discharge opening the combustion chamber is pushed in.
  • Such a coaxial supply of fuels allows the solids injected under a swirl to be mixed with the fuel gases in a first area, whereupon the particularly fine solids can be melted quickly with particularly rapid temperature transfer in the flame, the circulating swirl Flow can be largely maintained. The consequence of this is that a relatively long contact time with the flame is ensured over a short axial length, since the solid particles essentially cover a relatively long path in the firing cone along a helical line in comparison to the axial length.
  • the design is advantageously made such that guide bodies or swirl bodies are arranged in the area of the discharge opening of the cyclone.
  • the possibly preheated and blown in with hot wind lead to only a slight thermal load on the swirl or downpipe at the transition to the combustion chamber, whereby the thermal load due to the heat of the combustion chamber can also be further reduced if the design is such that the discharge opening is designed as a tube with a cooled jacket.
  • Such a design in which fuel is supplied coaxially to the downpipe or the swirl bodies of the discharge opening, simultaneously leads to a cooled burner, so that the burner nozzles are also protected against premature wear.
  • the cooled jacket can in this case be water-cooled, and at the same time water-cooled burner nozzles can be designed as concentric ring nozzles.
  • the design is such that the cyclone discharge opening is designed as a perforated downpipe, the openings of which are arranged in the jacket in a concentric annular channel for the fuel supply or the supply of further carrier gas open. Due to the specific design of the perforations or the openings in the downpipe or swirl tube, a dynamic balance between the external and internal gas flow can be set.
  • the downpipe In the downpipe itself, there are usually low flow speeds in order to ensure minimal wear due to abrasion. In order to increase the turbulence in the combustion area, it can make sense to carry out a partial combustion in the downpipe, the fuel gases flowing into the downpipe through the perforations. Due to the stoichiometric and thermal volume increase, higher flow velocities and correspondingly higher turbulence only occur in the outlet area of the downpipe, which enables a particularly high heat-material exchange. As already mentioned, the swirl in the ring channel for the supply of fuels or combustion gases can be selected opposite to the swirl in the interior of the downpipe or swirl pipe in order to ensure particularly intensive mixing in the discharge area of the cyclone.
  • the dynamic equilibrium and in particular the dynamic gas distribution between the inner tube and the jacket tube can be significantly improved by the fact that, as in a preferred embodiment, the outlet nozzle for the fuel or further carrier gas into the combustion chamber is designed as a slot nozzle.
  • Such an annular slot can be made adjustable in its slot width by simply coaxially moving the water-cooled outer tube relative to the downpipe, so that the amount of combustion gas entering the downpipe through the perforations can be regulated by appropriate congestion in the area of the adjustable slot nozzles.
  • the design according to the invention is advantageously made such that oxygen-containing gas, which promotes combustion, in particular hot wind, is used as the carrier gas.
  • a corresponding melt outlet opening is provided on the side of the combustion chamber opposite the discharge opening of the cyclone, the design preferably being such that the combustion chamber has a melt outlet opening near or in its base.
  • Such a melt outlet opening can be designed as a tap opening with a corresponding simple closure or else allow the continuous removal of melt.
  • the inner wall can be correspondingly conical, so that melt-liquid slag forms a slag fur in the area of the melt outlet opening.
  • the combustion exhaust gas formed in the combustion chamber is in turn preferably discharged tangentially in order to ensure the desired helical flow also in the combustion chamber and to ensure a corresponding premixing area and a corresponding melting range over a particularly short axial length.
  • the design is therefore advantageously made such that at least one opening for the discharge of exhaust gases from the combustion chamber is connected tangentially to the combustion chamber from the opening of the cyclone, whereby fine droplet separation from the exhaust gas by centrifugal force is possible ,
  • the dust is finely and uniformly dispersed in the carrier gas in the metering cyclone, with compression and acceleration taking place in the cyclone along the vertical axis at the same time.
  • Corresponding swirl bodies or diffusers such as spirals for optimal guidance of the two-phase flow can be installed in the swirl or downpipe.
  • adjustable nozzles may be installed in order to achieve optimal mixing and a particularly low combustion chamber height.
  • the combustion chamber can be designed, for example, in construction heights between 0.5 and 1.5 m.
  • an injector is not required in the device according to the invention and only a dosing cyclone is used, extremely abrasive raw material can also be used in an advantageous manner without causing excessive wear.
  • coarse-grained material for example as feed having a d a ⁇ of up to 500 microns to extremely fine-grained material with a diameter of ⁇ 1 ⁇ can be processed without significant changes.
  • the process can be operated as a continuous melt process and minimizes the refractory problems by ensuring a practically contact-free melt flow.
  • the rotating exhaust gas which is guided in a helical line, also centers the melt, so that contact of the melt in the area of the melt outlet opening can only take place in the central area.
  • the device according to the invention can also be used in a simple manner with an electric furnace for working up steel dusts and iron bath reduction reactors, the desired basicity and in particular a basicity of slags C / S (CaO / SiO 2) between 1.2 and 2 being selected directly by appropriate additives , 5 can be set.
  • a highly active synthetic slag can be obtained by adding marl or sand, whereby the At least partially evaporate alkalis during combustion.
  • the device according to the invention is also very advantageously suitable for extracting melt in glass production.
  • a method for producing glass and / or water glass using the device mentioned at the beginning is proposed, which is characterized in that broken glass and / or quartz sand and alkali and / or alkaline earth metal salts, such as soda, potash or alkali-containing cement kiln dust , are pushed into a combustion chamber via a metering cyclone, combustion exhaust gases and / or gaseous fuels being introduced as a jacket of the mineral constituents and ignited in the combustion chamber.
  • Broken glass with a diameter of approximately 0.5 mm is preferably used.
  • the invention is explained in more detail below with reference to an embodiment of the melting unit which is shown schematically in the drawing.
  • FIG. l is a schematic side view of a melting device according to the invention, partly in section, 2 shows a section along the line II / II of FIG. l, Fig. 3 shows a detail of a modified cyclone discharge opening in an enlarged view, and 4 shows a detail of a further modified embodiment of the cyclone discharge opening.
  • Fig. 1 denotes a raw material bunker, from which material is sucked into a cyclone 3 via a cellular wheel sluice.
  • the raw material is sucked in essentially in the axial direction, the axis being indicated by 4.
  • Oxygen and / or hot wind is blown into the cyclone 3 in a substantially tangential direction, ie in a direction 5 intersecting or crossing the axis 4, via a nozzle 6, whereby material is sucked in from the raw material bunker 1 and material is sucked into the material helical movement corresponding to the line 7 shown in dashed lines is given.
  • the material is accelerated and compressed along this helix 7 and is expelled in the axial direction, ie in the direction of the axis 5, into a subsequent combustion chamber 8.
  • the cyclone discharge opening is designed as a tube 9 and can contain swirl bodies or spirals in order to stabilize or maintain the flow course along the helix.
  • the tube 9 can be designed as a cylindrical tube with a constant cross-section, as well as with a cross-section that decreases in the discharge direction.
  • a feed channel 10 for fuel is provided coaxially with this tubular end section or discharge section of the cyclone, gaseous, liquid or also solid fuels being able to be injected here.
  • the fuel supply is coaxially surrounded by an outer tube 11, wherein overall cooling can be provided here, and the outer tube 11 can be designed, for example, as a double-jacket tube with an annular jacket.
  • a corresponding melting temperature for example a temperature between 1200 ° C. and 1650 ° C., can be set in the combustion chamber 8, for which purpose the fuel supplied via the channels 10 is ignited.
  • the corresponding flame is indicated schematically at 12.
  • the solids are mixed with their swirl with the fuel in a first premixing area 13, so that the combustion product is transferred particularly intensively and rapidly to the particles.
  • the essentially helical flow is essentially maintained over the axial length of the combustion chamber 8 in the direction of the axis 4.
  • the material melted to form melt droplets passes through the bottom opening 14 into a corresponding further treatment stage such as, for example, a melting granulator, a sinter cooler or a steam-operated mill, whereby in the case of copper gravel, copper melt can be separated from the slag as a feed material before further processing takes place ,
  • a further treatment stage such as, for example, a melting granulator, a sinter cooler or a steam-operated mill, whereby in the case of copper gravel, copper melt can be separated from the slag as a feed material before further processing takes place ,
  • the combustion chamber 8 can be clogged with refractory material, whereby in the area of the conical walls 15 near the outlet opening a slag fur can be put on, which protects the refractory material 16 corresponding to the wall of the combustion chamber.
  • the majority of these exhaust gases are in turn discharged tangentially via an exhaust gas discharge opening 17 and can subsequently be used accordingly.
  • the exhaust gases can be used in particular for calcining, for preheating raw material or in some other way, depending on the starting material, substances which are interfering in the exhaust gases can also be separated or separated. This applies in particular in the case of zinc-containing or in the case of S02- containing gases, which are cleaned accordingly before their further use.
  • the exhaust gas duct 17 is arranged essentially at a right angle to the combustion chamber 8, so that the corresponding circulating flow can also be maintained via the extraction of exhaust gases.
  • the central outlet opening 14 and the feed channel 10 for the fuel which has an annular cross section, can also be seen.
  • a burner lance 18 is additionally drawn in with broken lines, with which the flow conditions in the combustion chamber can be varied further.
  • this burner can be installed inclined and directed tangentially.
  • the cyclone outlet opening is again designed as a tube 9 and now has perforations or perforations 19 on its jacket. These openings 19 open into the annular duct 10 surrounding the jacket of the tube 9, via which fuel and possibly combustion air can be supplied. This fuel reaches the combustion chamber via a slot nozzle 20, the width a of the annular slot of the slot nozzle 20 being able to be varied relative to the perforated tube 9 by axially adjusting the outer tube 11 in the direction of the double arrow 21.
  • the outer tube 11 is designed as a double-jacket tube, cooling medium being able to be supplied via line 22 and correspondingly heated medium being able to be drawn off via line 23.
  • a nozzle plate or a nozzle guide body 24 is arranged on the discharge side, which optimizes the further flow guidance.
  • the narrowing of the cross-section in the outlet area leads to a further increase in swirl and favors the combustion, so that the necessary flame length is shortened.

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Abstract

Bei einer Einrichtung zum Schmelzen von vorzerleinertem Material und/oder Stäuben, wie z.B. Ofen- oder Stahlstäuben, Mergel- und Kalkstaubgemischen, Shredderleichtfraktionen und/oder zer­kleinerten Abfallstoffen, bei welcher das Material bzw. die Stäube mit einem Trägergas in eine Brennkammer eingestossen werden, werden die Stäube bzw. das Material axial und Trägergas tangential in einen Zyklon 3 eingebracht. Der Zyklon 3 ist über eine im wesentlichen axial gerichtete Austragsöffnung 9 mit einer Brennkammer 8 verbunden.

Description

Einrichtung zum Schmelzen von Stäuben
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Schmelzen von vorzerkleinertem Material und/oder Stäuben wie z.B. Ofenoder Stahlstäuben, Mergel- und Kalkstaubgemischen, Shredder- leichtfraktionen, gebrochenem Glas, Quarzsand, Alkali-, Erdalkalisalze, Müllverbrennungsstäube und/oder zerkleinerten Abfallstoffen, bei welcher das vorzerkleinerte Material bzw. die Stäube mit einem Trägergas in eine Brennkammer eingestoßen werden.
Zum Schmelzen von feinen Feststoffen sowie ggf. von Schlämmen ist es bekannt, Brenner einzusetzen, welche mit unterschied- liehen Brennstoffen betrieben werden können. Die Feststoffe können hierbei in die Brennkammer oder einen Schmelzzyklon injiziert werden, wobei mehr oder minder aufwändige Injektoren Verwendung finden. Derartige Injektoren bzw. Systeme, bei welchen unter Verwendung von Trägergasen Feststoffe in eine Brennkammer eingestoßen werden, erfordern in aller Regel komplizierte Düsen, welche zur Einstellung einer geeigneten Vormischung in der Regel auch noch verstellbar sein müssen. Bekannte Injektoren sind in hohem Maße verschleißanfällig, wobei insbesondere bei der Verwendung von extrem abrasivem Einsatz- material bei bekannten Injektoren mit zunehmender Abrasion bzw. zunehmendem Verschleiß auch eine unterschiedliche Durcnmischung beobachtet wird, welche zu unregelmäßigen Einschmelzergebnissen führt. Darüber hinaus werden Injektoren in aller Regel pulsierend betrieben, wodurch sich wiederum Unregelmäßigkeiten im Schmelzverhalten ergeben können.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche sich durch extrem geringen Verschleiß auch bei Einsatz von überaus abrasivem Rohmaterial auszeichnet und mit welchem auch grobes Einsatzmaterial ohne Schwierigkeiten aufgeschmolzen werden kann. Weiters zielt die Erfindung darauf ab, einen von Pulsationen freien Einstoß des Materials und von Stäuben zu gewährleisten, und mit einem überaus kleinbauenden Aggregat hohe Durchsätze an Schmelze zu gewährleisten. Schließlich zielt die erfindungsgemäße Ausbildung darauf ab, Feuerfestprobleme bei der Auskleidung der Brennkammer zu minimieren und mit einfachen Einrichtungen das Auslangen zu finden, bei welchen der SchmelzVorgang weitestgehend ohne Berührung der Schmelzen mit den Wänden der Brennkammer geführt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemäße Einrichtung im wesentlichen darin, dass das vorzerkleinerte Material bzw. die Stäube axial und Trägergas tangential in einen Zyklon eingebracht werden, und dass der Zyklon über eine im wesentlichen axial gerichtete Austragsöffnung mit einer Brenn- kammer verbunden ist. Dadurch, dass der eigentlichen Brennkammer ein Zyklon vorgeschaltet ist, welcher nun abweichend von der üblichen Betriebsweise eines Zyklons als Dosierzyklon wirksam wird, gelingt es, dem Material durch das tangentiale Einblasen von Trägergas eine entsprechend rotierende Bewegung zu ver- leihen, welche zu dem Einstoßen des vorzerkleinerten Materials bzw. der Stäube und Trägergas in die nachfolgende Brennkammer unter einem definierten Drall führt. Die Betriebsweise des Dosierzyklons ist in der Wirkung auch vergleichbar einem Windkessel, sodass ein kontinuierlicher und von Pulsationen freier Einstoß von Stäuben bzw. feinen Feststoffen in eine nachfolgende Brennkammer in einfacher Weise gewährleistet ist. Die Brennkammer selbst kann hierbei auf die für das Schmelzen der Stäube erforderlichen Temperaturen, beispielsweise Temperaturen von 1200° C bis 1650° C mittels Brennern aufgeheizt werden, wobei mit Vorteil die Ausbildung so getroffen ist, dass koaxial zur Zyklonaustragsöffnung Brennstoff sowie ggf. weiteres Trägergas in die Brennkammer eingestoßen wird. Eine derartige koaxiale Zuführung von Brennstoffen erlaubt es, die unter einen Drall eingestoßenen Feststoffe in einem ersten Bereich mit den Brenngasen zu vermischen, worauf mit besonders rascher Temperaturübertragung in der Flamme ein rasches Aufschmelzen der feinteiligen Feststoffe ermöglicht wird, wobei die zirkulierende Drall- Strömung weitestgehend aufrecht erhalten werden kann. Dies hat zur Folge, dass über eine kurze axiale Länge eine relativ lange Kontaktzeit mit der Flamme gewährleistet wird, da ja die Fest- stoffpartikel im wesentlichen im Brennkegel längs einer Schraubenlinie einen im Vergleich zur axialen Länge relativ langen Weg zurücklegen.
Um diese Drallwirkung im Bereich des Übergangs aus dem Dosierzyklon in die Brennkammer bzw. in den Flammenbereich des Brenners zu verbessern, ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, dass im Bereich der Austragsöffnung des Zyklons Leitkörper bzw. Drallkörper angeordnet sind. Die ggf. vorgewärmten und mit Heißwind eingestoßenen Stäube führen hierbei zu einer nur geringen thermischen Belastung des Drall- bzw. Fallrohres am Übergang zur Brennkammer, wobei die thermische Belastung durch die Brennkammerwärme auch noch weiter verringert werden kann, wenn die Ausbildung so getroffen ist, dass die Austragsöffnung als Rohr mit einem gekühlten Mantel ausgebildet ist. Eine derartige Ausbildung, bei welcher koaxial zum Fallrohr bzw. den Drallkörpern der Austragsöffnung Brennstoff zugeführt wird, führt gleichzeitig zu einem gekühlten Brenner, sodass auch die Brennerdüsen gegen vorzeitigen Verschleiß geschützt sind. Der gekühlte Mantel kann hierbei wassergekühlt ausgebildet sein, wobei gleichzeitig wassergekühlte Brennerdüsen als konzentrische Ringdüsen ausgebildet sein können.
Um die gewünschten Strömungsverhältnisse in der Brennkammer aufrechtzuerhalten, kann es vorteilhaft sein, auch dem eingebrachten Brennstoff bzw. dem zusätzlichen Trägergas oder Ver- brennungsgasen, welche den Brennerdüsen zugeführt werden, einen entsprechenden Drall zu verleihen und insbesondere einen Gegendrall zu verleihen. Eine besonders gute Regelbarkeit der Strömungsverhältnisse läßt sich hierbei dadurch verwirklichen, dass die Ausbildung, wie es einer bevorzugten Weiterbildung ent- spricht, so getroffen ist, dass die Zyklonaustragsöffnung als perforiertes Fallrohr ausgebildet ist, dessen im Mantel angeordnete Durchbrechungen in einen konzentrischen Ringkanal für die Brennstoffzufuhr bzw. die Zufuhr weiteren Trägergases münden. Durch die spezifische Gestaltung der Perforationen bzw. der Durchbrechungen im Fallrohr bzw. Drallrohr läßt sich ein dynamisches Gleichgewicht zwischen der äußeren und der inneren Gasströmung einstellen. Im Fallrohr selbst herrschen in der Regel niedrige Strömungsgeschwindigkeiten, um auf diese Art und Weise einen minimalen Verschleiß durch Abrasion sicherzustellen. Um die Turbulenz im Verbrennungsbereich zu erhöhen, kann es sinnvoll sein, bereits im Fallrohr eine Teilverbrennung vorzu- nehmen, wobei die Brenngase über die Perforationen in das Fallrohr einströmen. Bedingt durch die stöchiometrische und thermische Volumszunahme kommt es erst im Austrittsbereich des Fallrohres zu höheren Strömungsgeschwindigkeiten und entsprechend höheren Turbulenzen, wodurch ein besonders hoher Wärme-Stoff-Austausch ermöglicht wird. Wie bereits erwähnt, kann der Drall im Ringkanal für die Zufuhr von Brennstoffen bzw. Verbrennungsgasen dem Drall im Inneren des Fall- bzw. Drallrohres entgegengesetzt gewählt werden, um eine besonders intensive Durchmischung im Austragsbereich des Zyklons zu gewährleisten. Das dynamische Gleichgewicht und insbesondere die dynamische Gasverteilung zwischen Innenrohr und Mantelrohr kann hiebei dadurch noch wesentlich verbessert werden, dass, wie es einer bevorzugten Ausbildung entspricht, die Austrittsdüse für den Brennstoff bzw. weiteres Trägergas in die Brennkammer als Schlitzdüse ausgebildet ist. Ein derartiger Ringschlitz kann durch einfaches koaxiales Verschieben des wassergekühlten Außenrohres relativ zum Fallrohr in seiner Schlitzbreite verstellbar ausgebildet sein, wodurch die jeweils über die Perforationen in das Fallrohr gelangende Verbrennungsgasmenge durch entsprechen- den Stau im Bereich der verstellbaren Schlitzdüsen geregelt werden kann.
Mit Vorteil ist die Ausbildung erfindungsgemäß so getroffen, dass als Trägergas sauerstoffhaltiges, die Verbrennung begüns- tigendes Gas, insbesondere Heißwind, eingesetzt ist. An der der Eintrittsstelle der Feststof fe gegenüberliegenden Seite , d . h . mit anderen Worten an der der Aus tragsöf fnung des Zyklons gegenüberliegenden Seite der Brennkammer ist eine entsprechende Schmelzenaustrittsöf fnung vorgesehen, wobei die Aus- bildung bevorzugt so getrof fen ist , dass die Brennkammer nahe oder in ihrem Boden eine Schmelzenaustrittsöf fnung aufweist . Eine derartige Schmelzenaustrittsöffnung kann als Abstichöffnung mit einem entsprechenden einfachen Verschluss ausgebildet sein oder aber den kontinuierlichen Abzug von Schmelze erlauben . Im Bereich des Bodens bzw . dieser Schmelzenaus trittsöf fnung kann die Innenwand entsprechend konisch ausgebildet sein, sodass sich schmelz flüssige Schlacke unter Ausbildung eines Schlackenpelzes im Bereich der Schmelzenaustrittsöf fnung anlegt . Dies hat zur Folge , dass die Feuerfestauskleidung in hohem Maße geschützt wird, wobei insgesamt durch den Brenner und den Zyklon eine definierte Transportrichtung und definierte Druckverhältnisse vorgegeben werden, über welche Rohmaterial auch in den Dosierzyklon angesaugt werden kann . Wenn Rohmaterial aus einen entsprechenden Bunker über ein zentrisches Rohr unter Zwischenschaltung einer Zellradschleuse angesaugt wird, hätte dies zwar wiederum einen pulsierenden Eintrag von Feststof fen zur Folge , wobei die Pulsationen aber durch die Verwendung des Dosierzyklons , welcher auch als Windkessel wirksam ist , so weit vergleichmäßigt werden, dass gleichmäßige Strömungsverhältnisse und damit ein defi- nierter Flug der Tröpfchen sichergestellt wird.
Das in der Brennkammer gebildete Verbrennungsabgas wird wiederum bevorzugt tangential ausgetragen, um die gewünschte schrauben- linienförmige Strömung auch in der Brennkammer sicherzustellen und einen entsprechenden Vormis chbereich und einen entsprechenden Schmelzbereich über eine besonders kurze axiale Länge zu gewährleisten . Mit Vorteil ist die Ausbildung deshalb so getroffen, dass wenigstens eine Öffnung für den Austritt von Abgasen aus der Brennkammer nahe der Aus tragsöf fnung des Zyklons tangential an die Brennkammer angeschlossen ist , wobei eine Feinst-Tröpfchen-Abscheidung aus dem Abgas durch die Fliehkraft möglich ist . Insgesamt wird bei der erfindungsgemäßen Einrichtung im Dosierzyklon der Staub im Trägergas fein und gleichmäßig dispergiert, wobei gleichzeitig eine Verdichtung und Beschleunigung im Zyklon längs der Vertikalachse erfolgt. Im Drall- bzw. Fallrohr können entsprechende Drallkörper bzw. Leitapparate wie Wendeln zur optimalen Führung der Zweiphasenströmung eingebaut sein. Im anschließenden Vormischbereich, d.h. in dem Bereich, in welchem die Zweiphasenströmung nun mit den Brennstoffen bzw. der Flamme beaufschlagt werden, können ggf. verstellbare Düsen eingebaut werden, um eine optimale Durchmischung und eine besonders niedere Brennkammerhöhe zu verwirklichen. Insgesamt kann die Brennkammer beispielsweise in Bauhöhen zwischen 0,5 und 1,5 m ausgebildet sein.
Als Einsatzmaterialien für eine derartige Staubschmel zeinrichtung kommen neben vorkalzinierten Mergeln unter Ausbildung von Mergel schlacken auch Kalkmergel , Stahlstäube, kontaminierte Böden, Shredderleichtfraktionen, zerkeinerter Hausmüll , getrock- neter Klärschlamm, Gichtgasstäube wie beispielsweise Hochofenstäube , Corex- oder HIsmelt-Stäube, Galvanikschlämme, Braunkohle-Flugaschen oder Mischungen derartiger Stäube in Betracht . Bei entsprechender Verfahrens führung und einem entsprechenden Sauerstoffeintrag gelingt es auch, Kupfer aus Kupferkies bei gleich- zeitigem Einblasen von Quarzsand zu gewinnen , wobei das gebi ldete S02 in der Folge aus dem Abgas entfernt und ggf . zu Schwefelsäure aufgearbeitet werden kann . Die entsprechende
Reaktion läuft nach der Gleichung
02 CuFeS2 + Siθ2 -> Cu + FeSiθ2 + Sθ2 Λ ab .
Da bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ein Injektor nicht benötigt wird und lediglich ein Dosierzyklon eingesetzt wird, kann auch extrem abrasives Rohmaterial in vorteilhafter Weise eingesetzt werden, ohne dass es zu übermäßigem Verschleiß kommt. Gleichzeitig kann zum Unterschied von Injektoren mit der erfindungsgemäßen Einrichtung auch grobkörniges Material, beispiels- weise Einsatzmaterial mit einem d aχ von bis zu 500 μm bis extrem feinkörniges Material mit einem Durchmesser < 1 μ ohne nennenswerte Umstellungen verarbeitet werden. Das Verfahren kann als Durchlaufschmelzenverfahren betrieben werden und minimiert die Feuerfestprobleme dadurch, dass ein praktisch berührungsfreier Schmelzeablauf gewährleistet ist. Auch das schrauben- linienförmig geführte rotierende Abgas zentriert die Schmelze, sodass lediglich im zentralen Bereich ein Kontakt von Schmelze im Bereich der Schmelzenaustrittsöffnung stattfinden kann. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann auch in einfacher Weise mit Elektroofen zur Aufarbeitung von Stahlstäuben und Eisenbad- reduktionsreaktoren eingesetzt werden, wobei unmittelbar durch Wahl entsprechender Zuschlagsstoffe die gewünschte Basizität und insbesondere eine Basizität von Schlacken C/S (CaO/Siθ2) zwischen 1,2 und 2,5 eingestellt werden kann. Aus Ofenbypass- Staub bei der Klinkerherstellung, welcher sich durch eine hohe C/S (CaO/Siθ2) Basizität von ungefähr 3 auszeichnet und einen hohen Alkaligehalt aufweist, kann hierbei durch Zusatz von Mergel bzw. Sand eine hochaktive synthetische Schlacke gewonnen werden, wobei die Alkalien zumindest teilweise bei der Verbrennung verdampfen.
Die erfindungsgemäße Einrichtung eignet sich auch sehr vorteilhaft zur Schmelzegewinnung bei der Glasherstellung. Zu diesem Zweck wird ein Verfahren zum Herstellen von Glas und/oder Wasserglas unter Verwendung der eingangs genannten Einrichtung vorgeschlagen, welches sich dadurch auszeichnet, dass gebrochenes Glas und/oder Quarzsand sowie Alkali- und/oder Erdalkalisalze, wie z.B. Soda, Pottasche oder alkalihaltiger Zementofenstaub, über einen Dosierzyklon in eine Brennkammer eingestoßen werden, wobei Verbrennungsabgase und/oder gasförmige Brennstoffe als Mantel der mineralischen Bestandteile eingebracht und in der Brennkammer gezündet werden. Dabei wird bevorzugt gebrochenes Glas mit einem Durchmesser von ungefähr 0,5 mm eingesetzt. Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausbildung des Schmelzaggregates näher erläutert . In dieser zeigen Fig . l eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Schmelzeinrichtung teilweise im Schnitt , Fig . 2 einen Schnitt nach der Linie II /II der Fig . l , Fig . 3 ein Detail einer abgewandelten Zyk-lonaus tragsöf fnung in vergrößerter Darstellung und Fig . 4 ein Detail einer weiteren abgewandelten Ausbildung der Zyklonaustragsöf fnung .
In Fig . l ist mit 1 ein Rohmaterialbunker bezeichnet , aus welchem über eine Zellradschleuse 2 Material in einen Zyklon 3 eingesaugt wird. Die Ansaugung des Rohmaterials erfolgt hierbei in im wesentlichen axialer Richtung, wobei die Achse mit 4 angedeutet ist .
In den Zyklon 3 wird in im wesentlichen tangentialer Richtung, d.h. in einer die Achse 4 schneidenden bzw. kreuzenden Richtung 5 über einen Stutzen 6 Sauerstoff und/oder Heißwind eingestoßen, wodurch zum einen Material aus dem Rohmaterialbunker 1 angesaugt wird und zum anderen dem Material eine schraubenlinienförmige Bewegung entsprechend der strichliert dargestellten Linie 7 verliehen wird. Das Material wird längs dieser Schraubenlinie 7 beschleunigt und verdichtet und in axialer Richtung, d.h. weiterhin in Richtung der Achse 5 in eine nachfolgende Brennkammer 8 ausgestossen. Die Zyklonaustragsöffnung ist als Rohr 9 ausgebildet und kann Drallkörper bzw. Wendeln enthalten, um den Strömungsverlauf längs der Schraubenlinie zu stabilisieren bzw. aufrecht zu erhalten. Das Rohr 9 kann hierbei als zylindrisches Rohr mit gleichbleibenden Querschnitt, als auch mit sich in Aus- tragsrichtung verkleinerndem Querschnitt ausgebildet sein. Koaxial zu diesem rohrförmigen Endabschnitt bzw. Austragsab- schnitt des Zyklons ist ein Zuführungskanal 10 für Brennstoff vorgesehen, wobei hier gasförmige, flüssige oder auch feste Brennstoffe eingestoßen werden können. Die Brennstoffzufuhr wird koaxial von einem Außenrohr 11 umgeben, wobei insgesamt hier eine Kühlung vorgesehen sein kann, und das Außenrohr 11 beispielsweise als Doppelmantelrohr mit einem Ringmantel ausgebildet sein kann.
In der Brennkammer 8 kann eine entsprechende Schmelztemperatur, beispielsweise eine Temparatur zwischen 1200° C und 1650° C eingestellt werden, wofür der über die Kanäle 10 zugeführte Brennstoff gezündet wird. Die entsprechende Flamme ist schematisch mit 12 angedeutet. Unmittelbar beim Austritt der schrauben- linienförmig zirkulierenden Partikel aus dem Übergangsröhrab- schnitt 9 erfolgt in einem ersten Vormischbereich 13 eine Durchmischung der Feststoffe mit ihrem Drall mit dem Brennstoff, so- dass eine besonders intensive und rasche Übertragung der Ver- brennungswäre auf die Partikel erfolgt. Die im wesentlichen schraubenlinienförmige Strömung wird hierbei über die axiale Länge der Brennkammer 8 in Richtung der Achse 4 gemessen im wesentlichen aufrecht erhalten. Das unter Ausbildung von Schmelztröpfchen erschmolzene Material gelangt über die Bodenöffnung 14 in eine entsprechende weiterführende Behandlungstufe wie beispielsweise einen Schmelzgranulator, einen Sinterkühler oder eine mit Dampf betriebene Mühle, wobei im Fall von Kupferkies als Einsatzmaterial Kupferschmelze von der Schlacke getrennt werden kann, bevor eine Weiterverarbeitung erfolgt. Die Brennkammer 8 kann mit feuerfestem Material zugestellt sein, wobei sich im Bereich der konischen Wände 15 nahe der Austritts- Öffnung ein Schlackenpelz anlegen kann, welcher das Feuerfestmaterial 16 der Wand der Brennkammer entsprechend schützt. Ein Teil des Abgases, welches im Zuge der Verbrennung gebildet wurde, tritt naturgemäß gemeinsam mit der Schmelze durch die Öffnung 14 aus. Der Großteil dieser Abgase wird aber wiederum tangential über eine Abgasabzugsöffnung 17 ausgetragen und kann in der Folge entsprechend weiterverwendet werden. Die Abgase können insbesondere zum Kalzinieren, zur Vorwärmung von Rohmaterial oder in anderer Weise entsprechend genützt werden, wobei je nach Einsatzstoff auch entsprechend in Abgasen störende Stoffe abgeschieden bzw. abgetrennt werden können. Dies gilt insbesondere im Fall von zinkhaltigen bzw. im Fall von S02- hältigen Gasen, welche vor ihrer Weiterverwendung entsprechend gereinigt werden.
Bei der Darstellung nach Fig.2 ist ersichtlich, dass der Abgas- kanal 17 im wesentlichen tantgential zur Brennkammer 8 angeordnet ist, sodass auch über die Absaugung von Abgasen die entsprechende zirkulierende Strömung aufrecht erhalten werden kann. In der Schnittdarstellung nach Fig.2 ist weiters die zentrale Austrittsöffnung 14 sowie der einen Ringquerschnitt aufweisende Zuführungskanal 10 für den Brennstoff ersichtlich.
Bei der Darstellung nach Fig. 1 und Fig. 2 ist zusätzlich strichliert eine Brennerlanze 18 eingezeichnet, mit welcher die Strömungsverhältnisse in der Brennkammer weiter variiert werden können. Zu diesem Zweck kann dieser Brenner entsprechend geneigt und entsprechend tangential gerichtet eingebaut werden.
Bei Rohmaterialien mit einem maximalen Durchmesser von > 150 um kann es zur Ausbildung stabiler Strömungsbedingungen und einer entsprechenden Verweilzeit in einer kurzbauenden Kammer erforderlich sein, das Material in einem Vorherd zu erwärmen, da sonst mit einer Vergrößerung der Abmessungen der Brennkammer gerechnet werden müßte .
Bei der Darstellung nach Fig. 3 ist nun ein Detail einer Zyklonaustragsöffnung vergrößert dargestellt, mit welcher die Strömungsverhältnisse in der Brennkammer wesentlich einfacher beeinflusst werden können. Die Zyklonaustrittsöffnung ist wiederum als Rohr 9 ausgebildet und weist nun an seinem Mantel Perforationen bzw. Durchbrechungen 19 auf. Diese Durchbrechungen 19 münden in den den Mantel des Rohres 9 umgebenden Ringkanal 10, über welchen Brennstoff und ggf. Verbrennungsluft zugeführt werden kann. Dieser Brennstoff gelangt über eine Schlitzdüse 20 in den Brennraum, wobei die Breite a des Ringschlitzes der Schlitzdüse 20 durch axiale Verstellung des Außenrohres 11 in Richtung des Doppelpfeiles 21 relativ zum perforierten Rohr 9 variiert werden kann. Bei entsprechend verringerter Schlitz- breite a gelangt Brennstoff und Verbrennungsluft durch die Perforationen 19 des inneren Rohres 9 in den Bereich der Zyklonaustragsöffnung, sodass in diesem Bereich eine Vorzündung und eine Vorverbrennung möglich wird. Durch Einbau entsprechender Leitkörper in das Austragsrohr 9 bzw. das Außenrohr 11 kann der Drall in den beiden Kanälen entsprechend eingestellt werden und ggf. gegenläufig gewählt werden.
Das Außenrohr 11 ist, wie in Fig. 3 deutlich ersichtlich, als Doppelmantelrohr ausgebildet, wobei Kühlmedium über die Leitung 22 zugeführt werden kann und über die Leitung 23 entsprechend erhitztes Medium abgezogen werden kann. Bei der Darstellung nach Fig.4 ist austragsseitig eine Düsenplatte bzw. ein Düsenleit- körper 24 angeordnet, welcher die weitere Strömungsführung optimiert. Die Querschnittsverengung im Austrittsbereich führt zu einer weiteren Drallerhöhung und begünstigt die Verbrennung, sodass es zu einer Verkürzung der jeweils nötigen Flammenlänge kommt.
Insgesamt ist zu beobachten, dass das Fallrohr 9 desto kürzer ausgebildet sein kann, je größer die Feinheit des eingesetzten Materials ist.

Claims

Patentansprüche:
1. Einrichtung zum Schmelzen von vorzerkleinertem Material und/oder Stäuben, wie z.B. Ofen- oder Stahlstäuben, Mergel- und Kalkstaubgemischen, Shredderleichtfraktionen, gebrochenem Glas, Quarzsand, Alkali-, Erdalkalisalze, Müllverbrennungsstäube und/oder zerkleinerten Abfallstoffen, bei welcher das vorzerkleinerte Material bzw. die Stäube mit einem Trägergas in eine Brennkammer eingestoßen werden, dadurch gekennzeichnet, dass das vorzerkleinerte Material bzw. die Stäube axial und Trägergas tangential in einen Zyklon (3) eingebracht werden, und dass der Zyklon (3) über eine im wesentlichen axial gerichtete Austragsöffnung (9) mit einer Brennkammer (8) verbunden ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial zur Zyklonaustragsöffnung (9) Brennstoff sowie ggf. weiteres Trägergas in die Brennkammer (8) eingestoßen wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Austragsöffnung (9) des Zyklons (3) Leitkörper bzw. Drallkörper angeordnet sind.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägergas sauerstoffhaltiges, die Verbrennung begünstigendes Gas, insbesondere Heißwind, eingesetzt ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (8) nahe oder in ihrem Boden eine Schmelzenaustrittsöffnung (14) aufweist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Öffnung (17) für den Austritt von Abgasen aus der Brennkammer (8) nahe der Austragsöffnung (9) des Zyklons (3) tangential an die Brennkammer (8) angeschlossen ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zyklonaustragsöffnung (9) als perforiertes Fallrohr ausgebildet ist, dessen im Mantel angeordnete Durchbrechungen in einen konzentrischen Ringkanal für die Brenn- stoffzufuhr bzw. die Zufuhr weiteren Trägergases münden.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsdüse für den Brennstoff bzw. weiteres Trägergas in die Brennkammer (8) als Schlitzdüse ausge- bildet ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzbreite der Schlitzdüse verstellbar ist.
10. Verfahren zum Herstellen von Glas und/oder Wasserglas unter Verwendung einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass gebrochenes Glas und/oder Quarzsand sowie Alkali- und/oder Erdalkalisalze, wie z.B. Soda, Pottasche oder alkalihaltiger Zementofenstaub, über einen Dosierzyklon in eine Brennkammer eingestoßen werden, wobei Verbrennungsgase und/oder gasförmiger Brennstoff als Mantel der mineralischen Bestandteile eingebracht und in der Brennkammer gezündet werden.
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