LU101654B1

LU101654B1 - Process for burning carbonaceous material in a PFR shaft furnace

Info

Publication number: LU101654B1
Application number: LU101654A
Authority: LU
Inventors: Hannes Piringer; Fernand Didelon; Patrick Bucher
Original assignee: Thyssenkrupp Ag; Maerz Ofenbau
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2021-08-26

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Brennen und Kühlen von Material, wie Karbonatgesteinen, in einem Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Schachtofen (10) mit zwei Schächten (12, 14), die abwechselnd als Brennschacht und als Regenerativschacht betrieben werden, wobei das Material durch eine Vorwärmzone (32, 34), mindestens eine Brennzone (50, 52) und eine Kühlzone (60, 62) zu einem Materialauslass (24, 26) strömt, wobei eine Brennstoffzufuhr in oder oberhalb der Vorwärmzone (32, 34) erfolgt, sodass der Brennstoff in der Vorwärmzone (32, 34) vor dem Eintritt in die Brennzone (50, 52) erwärmt wird. Die Erfindung betrifft auch einen Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Schachtofen (10) zum Brennen und Kühlen von Material, wie Karbonatgesteinen, mit zwei Schächten (12, 14), die abwechselnd als Brennschacht und als Regenerativschacht betreibbar sind, wobei jeder Schacht (12, 14) in Strömungsrichtung des Materials eine Vorwärmzone (32, 34) zum Vorwärmen des Materials, eine Brennzone (50, 52) zum Brennen des Materials und eine Kühlzone (60, 62) zum Kühlen des Materials aufweist, wobei oberhalb oder innerhalb der Vorwärmzone (32, 34) ein Brennstoffeinlass (20, 22) 20 zum Einlassen von Brennstoff in den jeweiligen Schacht (12, 14) angeordnet ist.The present invention relates to a method for burning and cooling material, such as carbonate rock, in a cocurrent countercurrent regenerative shaft furnace (10) with two shafts (12, 14) which are operated alternately as a combustion shaft and as a regenerative shaft, the material flows through a preheating zone (32, 34), at least one burning zone (50, 52) and a cooling zone (60, 62) to a material outlet (24, 26), fuel being supplied in or above the preheating zone (32, 34), so that the fuel in the preheating zone (32, 34) is heated before entering the combustion zone (50, 52). The invention also relates to a cocurrent-countercurrent regenerative shaft furnace (10) for burning and cooling material such as carbonate rock, with two shafts (12, 14) which can be operated alternately as a combustion shaft and as a regenerative shaft, each shaft (12, 14) in the direction of flow of the material has a preheating zone (32, 34) for preheating the material, a burning zone (50, 52) for burning the material and a cooling zone (60, 62) for cooling the material, with above or within the preheating zone ( 32, 34) a fuel inlet (20, 22) 20 for admitting fuel into the respective shaft (12, 14) is arranged.

Description

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26.02.2020 1/20 LU101654 Verfahren zum Brennen von karbonhaltigem Material in einem GGR-Schachtofen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Brennen von karbonhaltigem Material in einem Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ Schachtofen (GGR-Schachtofen) sowie einen GGR- Schachtofen. Ein derartiger, beispielsweise aus der WO 2011/072894 A1 bekannter GGR- Schachtofen weist zwei vertikale, parallele Schächte auf, die zyklisch arbeiten, wobei nur in einem Schacht, dem jeweiligen Brennschacht, gebrannt wird, während der andere Schacht als Regenerativschacht arbeitet. Dem Brennschacht werden Oxidationsgas im Gleichstrom mit dem Material und Brennstoff zugeführt, wobei die dabei entstehenden heißen Abgase zusammen mit der von unten zugeführten, erwärmten Kühlluft über den Überstromkanal in den Abgasschacht geleitet werden, wo die Abgase im Gegenstrom zum Material nach oben abgeleitet werden und das Material dabei vorwärmen. Das Material wird üblicherweise von oben zusammen mit dem Oxidationsgas in den Schacht aufgegeben, wobei Brennstoffe in der Brennzone eingedüst werden. Das zu brennende Material passiert üblicherweise in jedem Schacht eine Vorwärmzone zum Vorwärmen des Materials, eine sich daran anschließende Brennzone, in der das Material gebrannt wird und eine sich daran anschließende Kühlzone, in der Kühlluft dem heißen Material zugeführt wird. Während eines Zyklus, welcher beispielsweise 10-15 min. dauert, wird das zu brennende Material kontinuierlich über Austragseinrichtungen an beiden Schächten ausgetragen. Die Materialsäule sinkt gleichmäßig in den Schächten ab. Danach wird der Ofen umgesteuert, sodass der Schacht, welcher zuvor als Brennschacht gearbeitet hat, zum Regenerativschacht und der Schacht, der zuvor als Regenerativschacht gearbeitet hat, wiederum zum Brennschacht wird.02/26/2020 1/20 LU101654 Method for burning carbonaceous material in a PFR shaft furnace The invention relates to a method for burning carbonaceous material in a cocurrent countercurrent regenerative shaft furnace (PFR shaft furnace) and a PFR shaft furnace. Such a GGR shaft furnace, known for example from WO 2011/072894 A1, has two vertical, parallel shafts that work cyclically, with only one shaft, the respective combustion shaft, being burned while the other shaft works as a regenerative shaft. Oxidation gas is fed to the combustion shaft in cocurrent with the material and fuel, with the resulting hot exhaust gases, together with the heated cooling air supplied from below, being conducted via the overflow duct into the exhaust shaft, where the exhaust gases are diverted upwards in countercurrent to the material and that Preheat the material. The material is usually fed into the shaft from above together with the oxidizing gas, with fuel being injected into the combustion zone. The material to be burned usually passes through a preheating zone in each shaft to preheat the material, an adjoining burning zone in which the material is burned and an adjoining cooling zone in which cooling air is supplied to the hot material. During a cycle, which lasts for example 10-15 minutes, the material to be burned is continuously discharged via discharge devices at both shafts. The column of material sinks evenly into the shafts. The furnace is then reversed so that the shaft, which previously worked as a combustion shaft, becomes a regenerative shaft and the shaft, which previously worked as a regenerative shaft, in turn becomes a combustion shaft.

Ein solcher GGR-Schachtofen wird beispielsweise mit Brenngasen bis zu einem Heizwert von etwa 3,3 MJ/Nm? betrieben, wobei Brenngase mit einem Heizwert von weniger als 6,6 MJ/Nm® erhebliche Nachteile in dem Betrieb des GGR-SchachtofensSuch a PFR shaft furnace is operated with fuel gases up to a calorific value of around 3.3 MJ / Nm? operated, with fuel gases with a calorific value of less than 6.6 MJ / Nm® significant disadvantages in the operation of the PFR shaft furnace

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26.02.2020 2/20 LU101654 mit sich bringen. Beispielsweise ist in Brenngasen mit einem Heizwert von weniger als02/26/2020 2/20 LU101654. For example, in fuel gases with a calorific value of less than

6.6MJ/Nm* ein hoher Anteil an nicht brennbaren Bestandteilen vorhanden. Daraus ergibt sich im Betrieb des GGR-Schachtofens eine relativ große Brenngasmenge, welche zusammen mit der Verbrennungs- und Kalkkühlluft eine größere Abgasmenge zur Folge hat. Die größere Abgasmenge enthält einen Wärmeüberschuss welcher vom Kalksteinbett in der Vorwärmzone des GGR- Schachtofens nicht mehr aufgenommen werden kann. Dadurch erhöht sich die Abgastemperatur von ca. 100°C auf ca. 300°C. Die höhere Abgastemperatur und das höhere Abgasvolumen führen zu höheren Wärmeverlusten und deswegen benötigt ein GGR- Schachtofen, welcher nach dem heutigen Stand der Technik ausgeführt ist, wenn er mit Gasen gefeuert wird welche einen Heizwert von nur 3.3 MJ/Nm3 aufweisen, ca. 20% mehr thermische Energie bzw. Brennstoff als ein GGR- Schachtofen welcher mit Erdgas gefeuert wird.6.6MJ / Nm * a high proportion of non-flammable components is present. This results in a relatively large amount of fuel gas when the PFR shaft furnace is in operation, which, together with the combustion and lime cooling air, results in a larger amount of exhaust gas. The larger amount of exhaust gas contains an excess of heat which can no longer be absorbed by the limestone bed in the preheating zone of the PFR shaft furnace. This increases the exhaust gas temperature from approx. 100 ° C to approx. 300 ° C. The higher exhaust gas temperature and the higher exhaust gas volume lead to higher heat losses and therefore a PFR shaft furnace, which is designed according to the current state of technology, if it is fired with gases with a calorific value of only 3.3 MJ / Nm3, requires approx. 20% more thermal energy or fuel than a PFR shaft furnace which is fired with natural gas.

Wegen des höheren Abgasvolumens steigt der Druckverlust eines GGR- Schachtofens, welcher nach dem heutigen Stand der Technik ausgeführt ist, beim Betrieb mit Brenngasen mit einem Heizwert von nur 3.3MJ/Nm3 um ca. 35% im Vergleich zu einem erdgasgefeuertem GGR- Schachtofen. Im gleichen Maße ist ein höherer elektrischer Energiebedarf die Folge um die Brenngase und die Prozessluft zu verdichten.Due to the higher exhaust gas volume, the pressure loss of a PFR shaft furnace, which is designed according to the current state of the art, increases by approx. 35% when operated with fuel gases with a calorific value of only 3.3MJ / Nm3 compared to a natural gas-fired PFR shaft furnace. To the same extent, a higher electrical energy requirement is the result to compress the fuel gases and the process air.

Aus dem EP 1 634 026 B1 ist ein Verfahren bekannt, welches die oben genannten Nachteile reduziert. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass es einen großen und teuren Heißgaswärmetauscher benötigt, der sich wegen der hohen Betriebstemperaturen auch mit Staub zusetzen könnte.A method is known from EP 1 634 026 B1 which reduces the disadvantages mentioned above. However, this method has the disadvantage that it requires a large and expensive hot gas heat exchanger which, because of the high operating temperatures, could also become clogged with dust.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betrieben eines GGR- Schachtofens anzugeben, bei dem die voran genannten Nachteile überwunden werden.On this basis, it is the object of the present invention to provide a method for operating a PFR shaft furnace in which the aforementioned disadvantages are overcome.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.According to the invention, this object is achieved by a method with the features of independent method claim 1 and by a device with the features of independent device claim 9. Advantageous developments result from the dependent claims.

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26.02.2020 3/20 LU101654 Nach einem ersten Aspekt umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Brennen und Kühlen von Material, wie Karbonatgesteinen, in einem Gleichstrom-Gegenstrom- Regenerativ-Schachtofen mit zwei Schächten, die abwechselnd als Brennschacht und als Regenerativschacht betrieben werden, wobei das Material durch eine Vorwärmzone, mindestens eine Brennzone und eine Kühlzone zu einem Materialauslass strömt. Der Brennstoff wird innerhalb oder oberhalb der Vorwärmzone in den jeweiligen Schacht aufgegeben, sodass der Brennstoff in der Vorwärmzone vor dem Eintritt in die Brennzone erwärmt wird. Unter „oberhalb der Vorwärmzone“ ist in diesem Zusammenhang in Strömungsrichtung des Materials stromaufwärts der Vorwärmzone zu verstehen. Vorzugsweise wird der Brennstoff ausschließlich innerhalb oder oberhalb der Vorwärmzone aufgegeben. Bei dem Brennstoff handelt es sich beispielsweise um ein Brenngas, wie Hochofengas, mit einem Heizwert von weniger als 6,6 MJ/Nm?.02/26/2020 3/20 LU101654 According to a first aspect, the invention comprises a method for burning and cooling material, such as carbonate rocks, in a cocurrent countercurrent regenerative shaft furnace with two shafts which are operated alternately as a combustion shaft and as a regenerative shaft, wherein the material flows through a preheating zone, at least one burning zone and a cooling zone to a material outlet. The fuel is fed into the respective shaft inside or above the preheating zone so that the fuel is heated in the preheating zone before it enters the combustion zone. In this context, “above the preheating zone” is to be understood in the direction of flow of the material upstream of the preheating zone. The fuel is preferably fed exclusively within or above the preheating zone. The fuel is, for example, a fuel gas, such as blast furnace gas, with a calorific value of less than 6.6 MJ / Nm?.

Dies ermöglicht eine gleichmäßige Gas- und Temperaturverteilung in den Schächten was eine Voraussetzung für die Erzeugung einer guten und gleichmäßigen Produktqualität ist.This enables a uniform gas and temperature distribution in the shafts, which is a prerequisite for generating good and uniform product quality.

Der Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Schachtofen zum Brennen und Kühlen von Material, wie Karbonatgesteinen, weist mindestens zwei Schächten auf, die vorzugsweise parallel zueinander und vertikal angeordnet sind. Die Schächte sind abwechselnd als Brennschacht und als Regenerativschacht betreibbar, wobei jeder Schacht in Strömungsrichtung des Materials eine Vorwärmzone zum Vorwärmen des Materials, eine Brennzone zum Brennen des Materials und eine Kühlzone zum Kühlen des Materials aufweist. Jeder Schacht weist vorzugsweise einen Materialeinlass zu Einlassen von zu brennendem Material in den Schacht auf, wobei sich der Materialeinlass insbesondere am oberen Ende des jeweiligen Schachts befinden, sodass das Material schwerkraftbedingt in den jeweiligen Schacht fällt. Die Aufgabe des zu brennenden Materials erfolgt beispielsweise auf dem gleichen Höhenniveau wie der Einlass des Brennstoffs in den jeweiligen Schacht. Der Brennstoffeinlass ist oberhalb oder innerhalb der Vorwärmzone angeordnet. Insbesondere erfolgt die Brennstoffzufuhr an dem oberen Ende der Vorwärmzone, sodass der Brennstoff, insbesondere dasThe cocurrent-countercurrent regenerative shaft furnace for burning and cooling material such as carbonate rock has at least two shafts, which are preferably arranged parallel to one another and vertically. The shafts can be operated alternately as a burning shaft and as a regenerative shaft, each shaft having a preheating zone for preheating the material, a burning zone for burning the material and a cooling zone for cooling the material in the direction of flow of the material. Each shaft preferably has a material inlet for admitting material to be burned into the shaft, the material inlet being in particular at the upper end of the respective shaft, so that the material falls into the respective shaft due to gravity. The material to be burned is fed in, for example, at the same level as the inlet of the fuel into the respective shaft. The fuel inlet is arranged above or within the preheating zone. In particular, the fuel is supplied at the upper end of the preheating zone, so that the fuel, in particular the

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26.02.2020 | 4/20 LU101654 Brenngas, die gesamte Vorwärmzone vollständig vor dem Eintritt in die Brennzone passiert. Die Schächte sind vorzugsweise über einen Gaskanal gastechnisch miteinander verbunden, sodass Gas von einem Schacht zu dem anderen Schacht strömen kann.02/26/2020 | 4/20 LU101654 fuel gas, completely passes through the entire preheating zone before entering the combustion zone. The shafts are preferably connected to one another in terms of gas technology via a gas duct, so that gas can flow from one shaft to the other shaft.

Der Gaskanal hat die Funktion eines Uberstromkanals zwischen den beiden Schächten. Bei dem zu brennenden Material handelt es sich insbesondere um Kalk- oder Dolomitstein.The gas channel has the function of an overflow channel between the two shafts. The material to be burned is in particular limestone or dolomite stone.

Gemäß einer ersten Ausführungsform wird Oxidationsgas in die Brennzone aufgegeben. Vorzugsweise wird das Oxidationsgas ausschließlich in der Brennzone und nicht in der Vorwärmzone aufgegeben. Die Mittel zum Einleiten des Oxidationsgases sind insbesondere innerhalb der Brennzone angeordnet. Die Einfuhr von Oxidationsgas, wie beispielsweise Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder ein sauerstoffhaltiges Gas mit einem Sauerstoffanteil von etwa 80% oder nahezu reiner Sauerstoff, erfolgt vorzugsweise in Strdomungsrichtung des Materials innerhalb der Vorwärmzone, am Eingang der Brennzone oder innerhalb der Brennzone. Die Einfuhr von Oxidationsgas erfolgt gemäß einer weiteren Ausführungsform über eine Mehrzahl von Lanzen in die Brennzone. Beispielsweise wird das Oxidationsgas über die Lanzen in den jeweiligen Schacht eingeleitet, wobei die Lanzen insbesondere L-förmig ausgebildet, gleichmäßig zueinander beabstandet sind und sich von der Vorwärmzone in die Brennzone erstrecken, sodass das Oxidationsgas vorzugsweise innerhalb der Lanzen in der Vorwärmzone erwärmt wird und die Lanzen in der Brennzone verlässt.According to a first embodiment, oxidizing gas is fed into the combustion zone. The oxidizing gas is preferably applied exclusively in the combustion zone and not in the preheating zone. The means for introducing the oxidizing gas are arranged in particular within the combustion zone. Oxidation gas, such as air, oxygen-enriched air or an oxygen-containing gas with an oxygen content of about 80% or almost pure oxygen, is preferably introduced in the direction of flow of the material within the preheating zone, at the entrance to the combustion zone or within the combustion zone. According to a further embodiment, oxidizing gas is introduced into the combustion zone via a plurality of lances. For example, the oxidizing gas is introduced into the respective shaft via the lances, the lances being in particular L-shaped, evenly spaced from one another and extending from the preheating zone into the combustion zone, so that the oxidizing gas is preferably heated within the lances in the preheating zone and the Leaves lances in the burning zone.

Das bietet den Vorteil einer gezielten Einleitung von Oxidationsgas in die Brennzone, in der die Verbrennung des Brenngases stattfindet. Es ist ebenfalls denkbar, die Oxidationsluft über zumindest einen oder eine Mehrzahl von Schlitzen in der Schachtwand in den Schacht einzuführen. Die Schlitze erstrecken sich beispielsweise im Wesentlichen horizontal, insbesondere quer zur Materialströmungsrichtung. Die Schlitze bilden Einlässe zum Einlassen der Oxidationsluft in den jeweiligen Schacht und sind beispielsweise alle auf dem gleichen Höhenniveau angeordnet und insbesondere gleichmäßig zueinander beabstandetThis offers the advantage of a targeted introduction of oxidizing gas into the combustion zone in which the combustion of the combustion gas takes place. It is also conceivable to introduce the oxidizing air into the shaft via at least one or a plurality of slots in the shaft wall. The slots extend, for example, essentially horizontally, in particular transversely to the direction of material flow. The slots form inlets for admitting the oxidizing air into the respective shaft and are, for example, all arranged at the same height level and in particular are evenly spaced from one another

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26.02.2020 5/20 LU101654 angeordnet. Der Vorteil einer solchen Ausführung besteht darin, dass ein dünner vorhangartiger Oxidationsgasstrom an oder in der Näher der Schachtinnenwand nach unten, in Materialströmungsrichtung, strömt, sodass das CO des Brenngases vollständig verbrennt. Die voran beschriebenen Lanzen können alternativ oder zusätzlich zu den Schlitzen vorgesehen sein.02/26/2020 5/20 LU101654 arranged. The advantage of such an embodiment is that a thin curtain-like oxidizing gas stream flows down on or in the vicinity of the inner wall of the shaft, in the direction of the material flow, so that the CO of the fuel gas burns completely. The lances described above can be provided as an alternative to or in addition to the slots.

Vorzugsweise sind an mehreren Positionen innerhalb eines Schachts Einlässe zum Einlassen von Oxidationsgas vorgesehen. Beispielsweise sind die Einlässe schlitzförmig in der Schachtwand oder als Lanzen ausgeführt. Solche Einlässe sind beispielsweise auf mehreren in Materialströmungsrichtung aufeinander folgenden Positionen innerhalb der Brennzone vorgesehen. Es ist ebenfalls denkbar, Einlässe innerhalb der Vorwärmzone, insbesondere an der Grenze zwischen der Vorwärmzone und der Brennzone vorzusehen.Inlets for admitting oxidizing gas are preferably provided at several positions within a shaft. For example, the inlets are designed as slits in the shaft wall or as lances. Such inlets are provided, for example, at a plurality of positions within the combustion zone that follow one another in the direction of material flow. It is also conceivable to provide inlets within the preheating zone, in particular at the boundary between the preheating zone and the combustion zone.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Brennstoff, insbesondere das Brenngas, einen Heizwert von weniger als 6,6 MJ/Nm?, insbesondere 1 MJ/Nm?3 bis 7 MJ/Nm°, vorzugsweise 2 MJ/Nm? bis 4 MJ/Nm?, hôchstvorzugsweise 3,3 MJ/Nm? auf. An dem Übergang zwischen der Vorwärmzone und der Brennzone oder innerhalb der Vorwarmzone oder innerhalb der Brennzone ist gemäß einer weiteren Ausführungsform ein Strômungswiderstand zum Erzeugen eines Gasvolumens ohne zu brennendes Material, angeordnet, wobei innerhalb dieses Gasvolumens ohne zu brennendes Material das Oxidationsgas eingeleitet wird. Bei dem Strömungswiderstand handelt es sich beispielsweise um einen quer zur Materialströmungsrichtung angeordneten Balken.According to a further embodiment, the fuel, in particular the fuel gas, has a calorific value of less than 6.6 MJ / Nm?, In particular 1 MJ / Nm? 3 to 7 MJ / Nm?, Preferably 2 MJ / Nm? up to 4 MJ / Nm?, preferably 3.3 MJ / Nm? on. According to a further embodiment, a flow resistance for generating a gas volume without material to be burned is arranged at the transition between the preheating zone and the combustion zone or within the preheating zone or within the combustion zone, the oxidizing gas being introduced within this gas volume without material to be burned. The flow resistance is, for example, a bar arranged transversely to the direction of material flow.

Unterhalb des Balkens bildet sich ein Gasvolumen ohne zu brennendes Material, in dem das Oxidationsgas eingeleitet wird. Dies bietet den Vorteil einer gleichmäßigen Einleitung und Verteilung des Oxidationsgases in den jeweiligen Schacht.Below the bar, a gas volume is formed without any material to be burned into which the oxidizing gas is introduced. This offers the advantage of a uniform introduction and distribution of the oxidizing gas into the respective shaft.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Oxidationsgas in einen um die Brennzone, insbesondere um den Übergang zwischen der Vorwärmzone und der Brennzone, angeordneten Ringraum eingeleitet. Der Ringraum ist vorzugsweise konzentrisch um die Vorwärmzone und/ oder die Brennzone eines oder aller SchächteAccording to a further embodiment, the oxidizing gas is introduced into an annular space arranged around the combustion zone, in particular around the transition between the preheating zone and the combustion zone. The annular space is preferably concentric around the preheating zone and / or the combustion zone of one or all of the shafts

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26.02.2020 6/20 LU101654 des GGR-Schachtofens angeordnet. Der Ringraum stellt eine Gasvolumen ohne zu brennendes Material, dar, in dem das Oxidationsgas vorteilhafterweise eingeleitet wird. Jeweils ein Schacht wird gemäß einer weiteren Ausführungsform über die zeitliche Lange eines Brennzyklus als Brennschacht betrieben und während eines Brennzyklus erfolgen die folgenden Verfahrensschritte: a. Zuführen von Brennstoff durch den Brennstoffeinlass in den Brennschacht über das Zeitintervall einer Brennstoffzufuhrzeit, b. Zuführen eines inerten Gases durch den Brennstoffeinlass in den Brennschacht über das Zeitintervall einer Vorspülzeit, C. Zuführen eines sauerstoffarmen Gases durch den Brennstoffeinlass in den Brennschacht über das Zeitintervall einer Nachspülzeit, d. Umsteuern des Ofenbetriebs, wobei die Funktion des Brennschachts und des Regenerativschachtes umgekehrt werden.02/26/2020 6/20 LU101654 of the PFR shaft furnace. The annular space represents a gas volume without material to be burned, in which the oxidizing gas is advantageously introduced. According to a further embodiment, one shaft in each case is operated as a firing shaft for the duration of a firing cycle, and the following method steps take place during a firing cycle: a. Supplying fuel through the fuel inlet into the combustion shaft over the time interval of a fuel supply time, b. Feeding an inert gas through the fuel inlet into the combustion shaft over the time interval of a pre-purge time, C. Feeding a low-oxygen gas through the fuel inlet into the combustion shaft over the time interval of a post-purge time, d. Reversal of furnace operation, with the function of the firing shaft and the regenerative shaft being reversed.

Die voran beschriebenen Verfahrensschritte werden vorzugsweise in der aufgeführten Reihenfolge nacheinander durchgeführt. Bei dem inerten Gas handelt es sich beispielsweise um Stickstoff oder Kohlendioxid.. Das inerte Gas wird vorzugsweise über die Brennstoffeinlässe oberhalb oder innerhalb der Vorwärmzone in den Brennschacht eingeleitet, dadurch wird das Brenngas vorzugsweise in Strömungsrichtung des Materials nach unten geschoben. Nach der Vorspülzeit befindet sich vorzugsweise kein zündfähiges Gasgemisch mehr innerhalb oder oberhalb der Vorwärmzone des Brennschachtes. An die Vorspülzeit schließt sich vorzugsweise zeitlich die Nachspülzeit an, wobei an den Brennstoffeinlässen des Brennschachts ein sauerstoffarmes Gas, wie beispielsweise Ofenabgas in den Brennschacht eingeführt wird, wodurch vorzugsweise das bereits verdünnte Brenngas in Strömungsrichtung des Materials weiter nach unten innerhalb des Brennschachtes geschoben wird. Am Ende der Nachspülzeit ist die Konzentration von umweltschädlichen Gasen innerhalb und oberhalb der Vorwärmzone des Brennschachtes vorzugsweise so gering, dass die Umsteuerung zum anderen, noch als Regenerationsschacht betriebenen, Schacht eingeleitet werden kann.The method steps described above are preferably carried out one after the other in the order listed. The inert gas is, for example, nitrogen or carbon dioxide. The inert gas is preferably introduced into the combustion shaft via the fuel inlets above or within the preheating zone, thereby preferably pushing the fuel gas downwards in the direction of flow of the material. After the pre-purging time, there is preferably no longer any ignitable gas mixture inside or above the preheating zone of the combustion shaft. The pre-purge time is preferably followed by the post-purge time, with a low-oxygen gas such as furnace exhaust gas being introduced into the combustion shaft at the fuel inlets of the combustion shaft, whereby the already diluted fuel gas is preferably pushed further down within the combustion shaft in the direction of flow of the material. At the end of the post-purging time, the concentration of environmentally harmful gases inside and above the preheating zone of the combustion shaft is preferably so low that the switch to the other shaft, which is still operated as a regeneration shaft, can be initiated.

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26.02.2020 7120 LU101654 Dies bietet den Vorteil, dass die bei einer Umkehr der Betriebsweise, bzw. dem Ende eines Zyklus, wobei der Betrieb der Schächte als Brennschacht oder Regenerationsschacht getauscht wird, noch nicht verbranntes Brenngas innerhalb der Brennzone des Brennschachtes vorzugsweise vollständig verbrannt wird bevor die Funktion der Ofenschächte getauscht wird, um die Explosionsgefahr zu minimieren und unzulässige Emissionen in die Atmosphäre zu verhindern. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird während der Vorspülzeit und/ oder der Nachspülzeit ein Oxidationsgas über die Lanzen in den Brennschacht eingeführt. Dadurch werden die verbrennungsfähigen Gase, welche während der Vor- und Nachspülzeit von oben in die Brennzone einströmen, vollständig verbrannt. Die Erfindung betrifft auch einen Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Schachtofen zum Brennen und Kühlen von Material, wie Karbonatgesteinen, mit zwei Schächten, die abwechselnd als Brennschacht und als Regenerativschacht betreibbar sind, wobei jeder Schacht in Strömungsrichtung des Materials eine Vorwärmzone zum Vorwärmen des Materials, eine Brennzone zum Brennen des Materials und eine Kühlzone zum Kühlen des Materials aufweist. Oberhalb oder innerhalb der Vorwärmzone ist ein Brennstoffeinlass zum Einlassen von Brennstoff in den jeweiligen Schacht angeordnet. Die vorangehend mit Bezug auf das Verfahren zum Betreiben des GGR-Schachtofens beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen treffen ebenfalls in vorrichtungsgemäßer Entsprechung auf den GGR-Schachtofen zu. Innerhalb der Brennzone sind gemäß einer Ausführungsform eine Mehrzahl von Lanzen oder Schlitzen in der Schachtwand zum Einführen von Oxidationsgas angeordnet. Die Lanzen erstrecken sich beispielsweise von der Vorwärmzone in die Brennzone, sodass der Auslass der Lanzen innerhalb der Brennzone angeordnet ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind innerhalb der Brennzone eine Mehrzahl von Gaslanzen oder Schlitze in der Schachtwand zum Einführen von Oxidationsgas angeordnet. Die Gaslanzen sind vorzugsweise alternativ oder zusätzlich zu den voran beschriebenen Lanzen innerhalb der Brennzone und/ oder der Kühlzone und/ oder innerhalb eines Gaskanals zur Verbindung der Schächte angeordnet, wobei die02/26/2020 7120 LU101654 This offers the advantage that the combustion gas that has not yet been burned within the combustion zone of the combustion chamber is preferably completely burned when the operating mode is reversed or at the end of a cycle, whereby the operation of the shafts is exchanged as a combustion shaft or regeneration shaft before the function of the furnace shafts is exchanged in order to minimize the risk of explosion and prevent impermissible emissions into the atmosphere. According to a further embodiment, an oxidizing gas is introduced into the combustion shaft via the lances during the pre-purge time and / or the post-purge time. As a result, the combustible gases that flow into the combustion zone from above during the pre-purge and post-purge time are completely burned. The invention also relates to a cocurrent-countercurrent regenerative shaft furnace for burning and cooling material, such as carbonate rock, with two shafts that can be operated alternately as a combustion shaft and as a regenerative shaft, each shaft having a preheating zone in the flow direction of the material for preheating the material, a burning zone for burning the material and a cooling zone for cooling the material. A fuel inlet for admitting fuel into the respective shaft is arranged above or within the preheating zone. The advantages and configurations described above with reference to the method for operating the PFR shaft furnace also apply to the PFR shaft furnace in accordance with the device. According to one embodiment, a plurality of lances or slots for introducing oxidizing gas are arranged in the shaft wall within the combustion zone. The lances extend, for example, from the preheating zone into the combustion zone, so that the outlet of the lances is arranged within the combustion zone. According to a further embodiment, a plurality of gas lances or slots are arranged in the shaft wall for introducing oxidizing gas within the combustion zone. As an alternative or in addition to the lances described above, the gas lances are preferably arranged within the combustion zone and / or the cooling zone and / or within a gas duct for connecting the shafts, the

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26.02.2020 8/20 LU101654 Gaslanzen insbesondere in Strômungsrichtung des Materials stromabwärts der Lanzen angeordnet sind. Die Gaslanzen sind beispielsweise innerhalb der Brennzone und/ oder der Kühlzone gleichmäßig zueinander beabstandet angeordnet. Ein Einleiten von Oxidationsgas an einem weiteren stromabwärts gelegenen Bereich innerhalb der Brennzone und/ oder der Kühlzone sorgt für eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs innerhalb des GGR-Schachtofens. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist an dem Übergang zwischen der Vorwärmzone und der Brennzone ein Strômungswiderstand zum Erzeugen eines Gasvolumens ohne zu brennendes Material, angeordnet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind Mittel zum Einleiten von Oxidationsgas in das Gasvolumen ohne zu brennendem Material angeordnet. Jeder Schacht weist gemäß einer weiteren Ausführungsform jeweils einen Gassammelkanal auf, der als Ringraum ausgebildet ist und wobei die Gassammelkanäle der Schächte miteinander über einen Gaskanal gastechnisch verbunden sind. Vorzugsweise weist der GGR-Schachtofen einen Gaskanal zur gastechnischen Verbindung der Schächte miteinander auf, wobei der Gaskanal beispielsweise die Kühlzonen und/ oder die Brennzonen der Schächte an einem Bereich miteinander verbindet. Der Gassammelkanal ist vorzugsweise als Ringraum um die Kühlzone und/ oder die Brennzone des jeweiligen Schachts angeordnet. Diese bietet den Vorteil einer gleichmäßigeren Gas- und Temperaturverteilung in den Schächten und einer daraus resultierenden besseren Produktqualität bei einer geringen Schadstoffemission. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass unverbrannte Brenngase, welche aus der Vorwärmzone in den Gaskanal strömen, dort zusammen mit der Kühlluft, welche dem Brennschacht zugeführt wird, besser nachverbrannt werden, da das Gaskanalvolumen wesentlich grösser ist. ;02/26/2020 8/20 LU101654 gas lances are arranged in particular downstream of the lances in the direction of flow of the material. The gas lances are, for example, evenly spaced from one another within the combustion zone and / or the cooling zone. Introducing oxidizing gas at a further downstream area within the combustion zone and / or the cooling zone ensures complete combustion of the fuel within the PFR shaft furnace. According to a further embodiment, a flow resistance for generating a gas volume without material to be burned is arranged at the transition between the preheating zone and the burning zone. According to a further embodiment, means are arranged for introducing oxidizing gas into the gas volume without material to be burned. According to a further embodiment, each shaft has in each case a gas collecting channel which is designed as an annular space and wherein the gas collecting channels of the shafts are connected to one another by means of a gas channel. The PFR shaft furnace preferably has a gas channel for connecting the shafts to one another in terms of gas technology, the gas channel, for example, connecting the cooling zones and / or the combustion zones of the shafts to one another in one area. The gas collecting duct is preferably arranged as an annular space around the cooling zone and / or the combustion zone of the respective shaft. This offers the advantage of a more even gas and temperature distribution in the shafts and a resulting better product quality with low pollutant emissions. Another advantage is that unburned combustion gases, which flow from the preheating zone into the gas duct, are better afterburned there together with the cooling air which is fed to the combustion shaft, since the gas duct volume is much larger. ;

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26.02.2020 9/20 LU101654 Beschreibung der Zeichnungen Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.02/26/2020 9/20 LU101654 Description of the drawings The invention is explained in more detail below on the basis of several exemplary embodiments with reference to the accompanying figures.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines GGR-Schachtofens in einer Längs und Querschnittansicht gemäß einem Ausführungsbeispiel. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines GGR-Schachtofens in einer Längs und Querschnittansicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines GGR-Schachtofens in einer Längs und Querschnittansicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines GGR-Schachtofens in einer Längsschnittansicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der zeitlichen Abläufe innerhalb des als Brennschacht betriebenen Schachtes über einen Brennzyklus gemäß einem Ausführungsbeispiel. Fig. 1 zeigt einen GGR-Schachtofen 10 mit zwei parallelen und vertikal ausgerichteten Schächten 12, 14. Jeder Schacht 12, 14 weist jeweils einen Materialeinlass 16, 18 zum Einlassen von zu brennenden Material in den jeweiligen Schacht 12, 14 des GGR- Schachtofens. Die Materialeinlässe 16, 18 sind beispielhaft an dem oberen Ende des jeweiligen Schachts 12, 14 angeordnet, sodass das Material durch den Materialeinlass 16, 18 schwerkraftbedingt in den Schacht 12, 14 fällt. Jeder Schacht 12, 14 weist an seinem oberen Ende des Weiteren einen Brennstoffeinlass 20, 22 zum Einlassen von Brenngasen auf. Die Brennstoffeinlässe 20, 22 sind beispielhaft auf demselben Höhenniveau wie die Materialeinlässe 16, 18 angeordnet.1 shows a schematic representation of a PFR shaft furnace in a longitudinal and cross-sectional view according to an exemplary embodiment. 2 shows a schematic representation of a PFR shaft furnace in a longitudinal and cross-sectional view according to a further exemplary embodiment. 3 shows a schematic representation of a PFR shaft furnace in a longitudinal and cross-sectional view according to a further exemplary embodiment. 4 shows a schematic representation of a PFR shaft furnace in a longitudinal sectional view according to a further exemplary embodiment. FIG. 5 shows a schematic representation of the time sequences within the shaft operated as a combustion shaft over a combustion cycle according to an exemplary embodiment. 1 shows a PFR shaft furnace 10 with two parallel and vertically aligned shafts 12, 14. Each shaft 12, 14 has a material inlet 16, 18 for admitting material to be burned into the respective shaft 12, 14 of the PFR shaft furnace. The material inlets 16, 18 are arranged, for example, at the upper end of the respective shaft 12, 14, so that the material falls through the material inlet 16, 18 into the shaft 12, 14 as a result of gravity. Each shaft 12, 14 furthermore has a fuel inlet 20, 22 for admitting fuel gases at its upper end. The fuel inlets 20, 22 are arranged, for example, at the same height level as the material inlets 16, 18.

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26.02.2020 10/20 LU101654 An dem unteren Ende jedes Schachtes 12, 14 ist ein Materialauslass 24, 26 zum Auslassen des in dem jeweiligen Schacht 12, 14 gebrannten Materials. Jeder Schacht 12, 14 weist an seinem unteren Ende einen Kühllufteinlass 28, 30 zum Einlassen von Kühlluft in de jeweilige Schacht 12, 14 auf. Im Betrieb des GGR-Schachtofens 10 strömt das zu brennende Material von oben nach unten durch den jeweiligen Schacht 12, 14, wobei die Kühlluft von unten nach oben, im Gegenstrom zu dem Material, durch den jeweiligen Schacht strömt. Das Ofenabgas wird beispielsweise durch den Materialeinlass 16, 18 oder durch den Brennstoffeinlass 20, 22 oder einen dazu separaten Gasauslass aus dem jeweiligen Schacht 12, 14 abgeführt.02/26/2020 10/20 LU101654 At the lower end of each shaft 12, 14 is a material outlet 24, 26 for discharging the material fired in the respective shaft 12, 14. Each duct 12, 14 has a cooling air inlet 28, 30 at its lower end for admitting cooling air into the respective duct 12, 14. When the GGR shaft furnace 10 is in operation, the material to be burned flows from top to bottom through the respective shaft 12, 14, the cooling air flowing from bottom to top, in countercurrent to the material, through the respective shaft. The furnace exhaust gas is discharged from the respective shaft 12, 14, for example, through the material inlet 16, 18 or through the fuel inlet 20, 22 or a separate gas outlet.

Unterhalb der Materialeinlässe 16, 18 und der Brennstoffeinlässe 20, 22 schließt sich in Strömungsrichtung des Materials die Vorwärmzone 32, 34 des jeweilige Schachtes 12, 14 an. In der Vorwärmzone 32, 34 wird das Material und der Brennstoff vorzugsweise auf etwa 700°C vorgewärmt. Vorzugsweise ist der jeweilige Schacht 12 bis zu der oberen Begrenzungsfläche 36, 38 der Vorwärmzone 32, 34 mit zu brennendem Material gefüllt. Das Material und der Brennstoff, insbesondere das Brenngas, werden vorzugsweise oberhalb der Vorwärmzone 32, 34 in den jeweiligen Schacht aufgegeben. Zumindest ein Teil der Vorwärmzone 32, 34 und der sich in Strömungsrichtung des Materials daran anschließende Teil des jeweiligen Schachtes 12, 14 sind beispielsweise mit einer feuerfesten Auskleidung 44 umgeben. In der Vorwärmzone 32, 34 sind optional eine Mehrzahl von Lanzen 40, 42 angeordnet und dienen jeweils als Einlass für ein Oxidationsgas, wie beispielsweise sauerstoffhaltige Luft, insbesondere mit Sauerstoff angereicherte Luft oder ein Gas mit einem Sauerstoffanteil von etwa 80% oder nahezu reiner Sauerstoff. Fig. 1 zeigt ebenfalls eine Querschnittsansicht des GGR-Schachtofens 10 auf dem Höhenniveau der Lanzen 40, 42. Beispielhaft sind in jedem Schacht 12, 14 zwölf Lanzen 40, 42 und im Wesentlichen gleichmäßig zueinander beabstandet angeordnet. Die Lanzen 40, 42 weisen beispielsweise eine L-Form auf und erstrecken sich vorzugsweise in horizontaler Richtung in den jeweiligen Schacht 12, 14 hinein und innerhalb des Schachtes 12, 14 in vertikaler Richtung, insbesondere in Strömungsrichtung des Materials. Die Enden der Lanzen 40, 42 eines Schachtes 12, 14 sind vorzugsweise auf demselben Höhenniveau angeordnet. Vorzugsweise ist die Ebene, an der dieThe preheating zone 32, 34 of the respective shaft 12, 14 adjoins below the material inlets 16, 18 and the fuel inlets 20, 22 in the direction of flow of the material. In the preheating zone 32, 34 the material and the fuel are preferably preheated to about 700.degree. The respective shaft 12 is preferably filled with material to be burned up to the upper boundary surface 36, 38 of the preheating zone 32, 34. The material and the fuel, in particular the fuel gas, are preferably fed into the respective shaft above the preheating zone 32, 34. At least a part of the preheating zone 32, 34 and the part of the respective shaft 12, 14 adjoining it in the direction of flow of the material are surrounded, for example, with a refractory lining 44. A plurality of lances 40, 42 are optionally arranged in the preheating zone 32, 34 and each serve as an inlet for an oxidizing gas, such as oxygen-containing air, in particular air enriched with oxygen or a gas with an oxygen content of about 80% or almost pure oxygen. 1 likewise shows a cross-sectional view of the PFR shaft furnace 10 at the level of the lances 40, 42. By way of example, twelve lances 40, 42 are arranged in each shaft 12, 14 and are essentially evenly spaced from one another. The lances 40, 42 have, for example, an L-shape and preferably extend in the horizontal direction into the respective shaft 12, 14 and inside the shaft 12, 14 in the vertical direction, in particular in the direction of flow of the material. The ends of the lances 40, 42 of a shaft 12, 14 are preferably arranged at the same height level. Preferably, the plane at which the

200003P00LU | 26.02.2020 11/20 LU101654 Lanzenenden 40, 42 angeordnet sind, jeweils die unteren Begrenzungsflächen 46, 48 der jeweiligen Vorwärmzone 32, 34. Alternativ oder zusätzlich zu den Lanzen 40, 42 kônnen auch Schlitze in der Schachtwand Einlässe zum Einlassen von Oxidationsluft in den Schacht ausbilden.200003P00LU | 02/26/2020 11/20 LU101654 lance ends 40, 42 are arranged, in each case the lower boundary surfaces 46, 48 of the respective preheating zone 32, 34 Form shaft.

An die Vorwärmzone 32, 34 schließt sich in Strômungsrichtung des Materials die Brennzone 50, 52 an. In der Brennzone wird der Brennstoff verbrannt und das vorgewärmte Material bei einer Temperatur von etwa 1000°C gebrannt. Das durch die Lanzen 40, 42 in die Brennzone 50, 52 eingeführte Oxidationsgas ermôglicht die Verbrennung des Brennstoffes in der Brennzone 50, 52. Innerhalb des Brennzone 50, 52 und/ oder der Kühlzone 60, 62 sind optional eine Mehrzahl von Gaslanzen 64, 66 vorgesehen, die sich an einer Position in Strômungsrichtung des Materials stromabwärts der voran beschriebenen Lanzen 40, 42 in die Brennzone 50, 52 und/ oder die Kühlzone 60, 62 erstrecken und dem Einlass von Oxidationsgas in die Brennzone 50, 52 und/ oder der Kühlzone 60, 62 dienen. Die Gaslanzen 64, 66 sind beispielsweise in einem unteren Bereich der Brennzone nahe der unteren Begrenzungsflache 56, 58 der Brennzone 50 und/ oder im oberen Bereich der Kühlzone 60, 62 nahe der unteren Grenze der Brennzone 50, 52 angeordnet. Es ist ebenfalls denkbar, die Gaslanzen 64, 66, wie in Fig. 1 dargestellt, innerhalb der Kühlzone 60, 62, vorzusehen. Der GGR-Schachtofen 10 weist des Weiteren einen Gaskanal 54 zum gastechnischen Verbinden der beiden Schächte 12, 14 miteinander auf. Auf dem oberen Hôhenniveau des Gaskanals 54 ist vorzugsweise die untere Begrenzungsfliche 56, 58 der Brennzone 50, 52, insbesondere das Ende der Brennzone 50, 52, angeordnet. An die Brennzone 50, 52 schließt sich in Strômungsrichtung des Materials in jedem Schacht 12, 14 eine Kühlzone 60, 62, die sich bis zum Materialauslass 24, 26 oder der Austragseinrichtung 68, 70 des jeweiligen Schachtes erstreckt. Das Material wird innerhalb der Kühlzone 60, 62 auf etwa 100°C abgekühlt.The preheating zone 32, 34 is followed by the burning zone 50, 52 in the direction of flow of the material. The fuel is burned in the combustion zone and the preheated material is burned at a temperature of around 1000 ° C. The oxidizing gas introduced into the combustion zone 50, 52 through the lances 40, 42 enables the fuel to be burned in the combustion zone 50, 52. Within the combustion zone 50, 52 and / or the cooling zone 60, 62 there are optionally a plurality of gas lances 64, 66 which extend at a position in the flow direction of the material downstream of the lances 40, 42 described above into the combustion zone 50, 52 and / or the cooling zone 60, 62 and the inlet of oxidizing gas into the combustion zone 50, 52 and / or the cooling zone 60, 62 serve. The gas lances 64, 66 are arranged, for example, in a lower area of the combustion zone near the lower boundary surface 56, 58 of the combustion zone 50 and / or in the upper area of the cooling zone 60, 62 near the lower limit of the combustion zone 50, 52. It is also conceivable to provide the gas lances 64, 66, as shown in FIG. 1, within the cooling zone 60, 62. The PFR shaft furnace 10 also has a gas duct 54 for connecting the two shafts 12, 14 to one another in terms of gas technology. At the upper level of the gas duct 54, the lower delimitation area 56, 58 of the combustion zone 50, 52, in particular the end of the combustion zone 50, 52, is preferably arranged. The combustion zone 50, 52 is followed in the direction of flow of the material in each shaft 12, 14 by a cooling zone 60, 62 which extends as far as the material outlet 24, 26 or the discharge device 68, 70 of the respective shaft. The material is cooled to about 100 ° C. within the cooling zone 60, 62.

An dem materialauslassseitigen Ende eines jeden Schachtes 12, 14 ist eine Austragseinrichtung 68, 70 angeordnet. Die Austragseinrichtungen 68, 70 umfassen beispielsweise horizontale Platten, die einen seitichen Durchtritt des MaterialsA discharge device 68, 70 is arranged at the end of each shaft 12, 14 on the material outlet side. The discharge devices 68, 70 comprise, for example, horizontal plates that allow the material to pass through from the side

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26.02.2020 12/20 LU101654 zwischen den Austragseinrichtungen 68, 70 und der Gehäusewand des GGR- Schachtofens erlauben. Die Austragseinrichtung 68, 70 ist vorzugsweise als Schub- oder Drehtisch oder als Tisch mit Schubräumer ausgeführt. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Durchsatzgeschwindigkeit des Brennguts durch die Ofenschächte 12, 14.02/26/2020 12/20 LU101654 between the discharge devices 68, 70 and the housing wall of the PFR shaft furnace. The discharge device 68, 70 is preferably designed as a pusher or rotary table or as a table with a pusher clearer. This enables a uniform throughput rate of the material to be fired through the furnace shafts 12, 14.

Im Betrieb des GGR-Schachtofens 10 ist jeweils einer der Schächte 12, 14 aktiv, wobei der jeweils andere Schacht 12, 14 passiv ist. Der aktive Schacht 12, 14 wird als Brennschacht und der passive Schacht 12, 14 als Regenerativschacht bezeichnet. Der GGR-Schachtofen 10 wird zyklisch betrieben, eine übliche Zykluszahl beträgt 75 bis 150 Zyklen pro Tag. Nach Ablauf der Zykluszeit wird die Funktion der Schächte 12, 14 getauscht. Dieser Vorgang wiederholt sich fortlaufend. Über die Materialeinlässe 16, 18 wird abwechseln Material wie Kalk- oder Dolomitstein in den jeweils als Brennschacht betriebenen Schacht 12, 14 aufgegeben. In dem als Brennschacht betriebenen Schacht 12, 14 wird über den Brennstoffeinlas 20, 22 ein Brenngas, wie beispielsweise Hochofengas, in den Brennschacht eingeleitet, wobei der Brennstoffeinlass 20, 22 in dem Regenerativschacht als Abgasauslass dient. Das Brenngas wird in der Vorwärmzone 32, 34 des Brennschachts auf eine Temperatur von etwa 700°C erwärmt. Durch die Lanzen 40, 42 wird in dem Brennschacht ein Oxydationsgas beispielsweise Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Sauerstoff, vorzugsweise jedoch ein Oxydationsgas mit hohem Sauerstoffgehalt, hôchstvorzugsweise ein Oxydationsgas mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 80 Volumenprozent zugeführt. Durch dieses Verfahren verringern sich die Gasmengen, welche durch die Brennzone 50, 52 und durch die Vorwärmzone 32, 34 des Regenerativschachtes strömen, erheblich wobei die durch die Vorwarmzone 32, 34 des Regenerativschachtes strômenden Gase, keinen Wärmeüberschuss enthalten und vorzugsweise eine Abgastemperatur von ca. 100°C aufweisen. Wegen der kleineren Gasmengen reduziert sich der Druckverlust des gesamten Ofens erheblich, was zu einer erheblichen Einsparung an elektrischer Energie an den Prozessgasverdichtern führt.When the GGR shaft furnace 10 is in operation, one of the shafts 12, 14 is active, with the other shaft 12, 14 being passive. The active shaft 12, 14 is referred to as the combustion shaft and the passive shaft 12, 14 as the regenerative shaft. The GGR shaft furnace 10 is operated cyclically, a usual number of cycles is 75 to 150 cycles per day. After the cycle time has expired, the function of the shafts 12, 14 is swapped. This process is repeated continuously. Via the material inlets 16, 18, material such as lime or dolomite stone is alternately fed into the shaft 12, 14, which is operated as a firing shaft. In the shaft 12, 14 operated as a combustion shaft, a fuel gas, such as blast furnace gas, is introduced into the combustion shaft via the fuel inlet 20, 22, the fuel inlet 20, 22 in the regenerative shaft serving as an exhaust gas outlet. The fuel gas is heated to a temperature of approximately 700 ° C. in the preheating zone 32, 34 of the combustion shaft. An oxidizing gas, for example air, oxygen-enriched air or oxygen, but preferably an oxidizing gas with a high oxygen content, most preferably an oxidizing gas with an oxygen content of more than 80 percent by volume, is fed into the combustion shaft through the lances 40, 42. This process significantly reduces the gas quantities that flow through the combustion zone 50, 52 and through the preheating zone 32, 34 of the regenerative shaft, whereby the gases flowing through the preheating zone 32, 34 of the regenerative shaft do not contain any excess heat and preferably have an exhaust gas temperature of approx. 100 ° C. Because of the smaller gas quantities, the pressure loss of the entire furnace is considerably reduced, which leads to a considerable saving in electrical energy on the process gas compressors.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines GGR-Schachtofens 10 mit zwei parallelen Schächten 12, 14, wobei der GGR-Schachtofen im Wesentlichen dem GGR- Schachtofen 10 der Fig. 1 entspricht. Der Ubersicht halber wurde auf einigeFIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a PFR shaft furnace 10 with two parallel shafts 12, 14, the PFR shaft furnace essentially corresponding to the PFR shaft furnace 10 of FIG. 1. For the sake of clarity, some

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26.02.2020 13/20 LU101654 Bezugszeichen verzichtet, die bereits in Fig. 1 erläutert wurden. Im Unterschied zu dem GGR-Schachtofen 10 der Fig. 1 weist der GGR-Schachtofen 10 der Fig. 2 einen runden Querschnitts auf. Es sind allerdings sämtliche Querschnittsformen, wie rund, oval, viereckig oder vieleckig denkbar. Des Weiteren weist der GGR-Schachtofen 10 der Fig. 2 einen Gassammelkanal 82, 84 auf, der als Ringraum ausgebildet ist. Der Gassammelkanal erstreckt sich vorzugsweise umfangsmäßig um den unteren Bereich der Brennzone 50, 52, insbesondere unterhalb der Gaslanzen 64, 66. Jeder Schacht 12, 14 weist jeweils einen Gassammelkanal 82, 84 auf, wobei die Gassammelkanäle 82, 84 auf dem Höhenniveau des Gaskanals 54 zur Verbindung der beiden Schächte 12, 14 angeordnet sind. Die Gassammelkanäle 82, 84 der beiden Schächte 12, 14 sind insbesondere über den Gaskanal 54 miteinander gastechnisch verbunden. Insbesondere ist der Gassammelkanal 82 gastechnisch mit der Kühlzone 60, 62 verbunden, sodass das Kühlgas zumindest teilweise in den Gassammelkanal 82 strömt. Diese Bauweise führt vorteilhafterweise zu einer gleichmäßigeren Gas- und Temperaturverteilung in den Schächten 12, 14 und dadurch zu besserer Produktqualität und zu geringeren Schadstoffemissionen. Ein weiterer Vorteil dieser Bauweise besteht darin, dass allenfalls unverbrannte Brenngase, welche aus der Vorwärmzone 32, 34 in den Gaskanal 54 strömen dort zusammen mit der Kühlluft, welche dem Brennschacht zugeführt wird noch besser nachverbrannt werden, da das Gaskanalvolumen wesentlich grösser ist. Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines GGR-Schachtofens 10 mit zwei parallelen Schachten 12, 14, wobei der GGR-Schachtofen im Wesentlichen dem GGR- Schachtofen 10 der Fig. 1 entspricht. Der Übersicht halber wurde auf einige Bezugszeichen verzichtet, die bereits in Fig. 1 erläutert wurden. Im Unterschied zu dem GGR-Schachtofen 10 der Fig. 1 weist der GGR-Schachtofen 10 der Fig. 3 keine Lanzen 40, 42 auf. Leidglich die Gaslanzen 64, 66 innerhalb der Brennzone 50, 52 und/ oder der Kühlzone 60, 62 sind vorgesehen. Des Weiteren weist der GGR-Schachtofen 10 der Fig. 3 in jeder Vorwärmzone 32, 34 einen quer zur Materialströmungsrichtung ausgerichteten Strômungswiderstand, insbesondere einen Balken 86, 88, auf. Unterhalb der Balken 86, 88 wird Oxidationsgas, wie beispielsweise Luft, mit Sauerstoff02/26/2020 13/20 LU101654 reference numerals that have already been explained in Fig. 1 are dispensed with. In contrast to the PFR shaft furnace 10 in FIG. 1, the PFR shaft furnace 10 in FIG. 2 has a round cross section. However, all cross-sectional shapes, such as round, oval, square or polygonal, are conceivable. Furthermore, the PFR shaft furnace 10 of FIG. 2 has a gas collecting duct 82, 84 which is designed as an annular space. The gas collecting duct preferably extends circumferentially around the lower region of the combustion zone 50, 52, in particular below the gas lances 64, 66. Each shaft 12, 14 has a gas collecting duct 82, 84, the gas collecting ducts 82, 84 at the level of the gas duct 54 to connect the two shafts 12, 14 are arranged. The gas collecting channels 82, 84 of the two shafts 12, 14 are connected to one another in terms of gas technology, in particular via the gas channel 54. In particular, the gas collecting duct 82 is connected to the cooling zone 60, 62 in terms of gas technology, so that the cooling gas at least partially flows into the gas collecting duct 82. This design advantageously leads to a more uniform gas and temperature distribution in the shafts 12, 14 and thus to better product quality and lower pollutant emissions. Another advantage of this design is that any unburned combustion gases that flow from the preheating zone 32, 34 into the gas duct 54 are burned even better there together with the cooling air that is fed to the combustion shaft, since the gas duct volume is much larger. FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a PFR shaft furnace 10 with two parallel shafts 12, 14, the PFR shaft furnace essentially corresponding to the PFR shaft furnace 10 of FIG. 1. For the sake of clarity, some reference symbols that have already been explained in FIG. 1 have been omitted. In contrast to the PFR shaft furnace 10 in FIG. 1, the PFR shaft furnace 10 in FIG. 3 has no lances 40, 42. Usually the gas lances 64, 66 are provided within the combustion zone 50, 52 and / or the cooling zone 60, 62. Furthermore, the PFR shaft furnace 10 of FIG. 3 has in each preheating zone 32, 34 a flow resistance oriented transversely to the material flow direction, in particular a bar 86, 88. Below the bars 86, 88, oxidizing gas, such as air, is mixed with oxygen

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26.02.2020 14/20 LU101654 angereicherte Luft, Sauerstoff oder ein Oxidationsgas mit einem Sauerstoffanteil von mindestens 80% eingeleitet. Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines GGR-Schachtofens 10 mit zwei parallelen Schachten 12, 14, wobei der GGR-Schachtofen im Wesentlichen dem GGR- Schachtofen 10 der Fig. 2 entspricht. Der Übersicht halber wurde auf einige Bezugszeichen verzichtet, die bereits in Fig. 2 erläutert wurden. Im Unterschied zu dem GGR-Schachtofen 10 der Fig. 2 weist der GGR-Schachtofen 10 der Fig. 4 keine Lanzen 40, 42 auf. Der GGR-Schachtofen 10 der Fig. 4 weist einen weiteren Ringraum 90, 92 auf, der sich um den unteren Bereich jeweils einer Vorwärmzone 32, 34 erstreckt. Der Ringraum 90, 92 ist gastechnisch mit der Brennzone verbunden und stellt beispielsweise einen Bereich dar, in dem kein zu brennendes Material vorhanden ist. Innerhalb des Ringraums 90, 92 wird vorzugsweise ein Oxydationsgas beispielsweise Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Sauerstoff, vorzugsweise jedoch ein Oxydationsgas mit hohem Sauerstoffgehalt, hôchstvorzugsweise ein Oxydationsgas mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 80 Volumenprozent zugeführt.02/26/2020 14/20 LU101654 enriched air, oxygen or an oxidizing gas with an oxygen content of at least 80%. FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a PFR shaft furnace 10 with two parallel shafts 12, 14, the PFR shaft furnace essentially corresponding to the PFR shaft furnace 10 of FIG. 2. For the sake of clarity, some reference symbols that have already been explained in FIG. 2 have been omitted. In contrast to the PFR shaft furnace 10 in FIG. 2, the PFR shaft furnace 10 in FIG. 4 has no lances 40, 42. The PFR shaft furnace 10 of FIG. 4 has a further annular space 90, 92 which extends around the lower region of a preheating zone 32, 34 in each case. The annular space 90, 92 is connected to the combustion zone in terms of gas technology and represents, for example, an area in which there is no material to be burned. An oxidizing gas, for example air or oxygen-enriched air or oxygen, but preferably an oxidizing gas with a high oxygen content, most preferably an oxidizing gas with an oxygen content of more than 80 percent by volume, is preferably supplied within the annular space 90, 92.

Beispielhaft weisen die GGR-Schachtôfen der Fig. 1 bis 4 jeweils zwei Schächte 12, 14 auf. Es ist ebenfalls denkbar, dass drei oder mehr miteinander verbundene Schächte in einem GGR-Schachtofen vorgesehen sind. Die in den Figuren 1 bis 4 dargestellten die Gaslanzen 64, 66 können beispielsweise zusätzlich oder alternativ zu den dargestellten Gaslanzen innerhalb des Gaskanals 54 angeordnet sein, sodass Oxidationsgas direkt in den Gaskanal ein geführt wird.By way of example, the PFR shafts in FIGS. 1 to 4 each have two shafts 12, 14. It is also conceivable that three or more interconnected shafts are provided in a GGR shaft furnace. The gas lances 64, 66 shown in FIGS. 1 to 4 can, for example, additionally or alternatively to the gas lances shown, be arranged within the gas channel 54, so that oxidizing gas is introduced directly into the gas channel.

Jeder der Schächte 12, 14 des GGR-Schachtofens 10 wird über eine Brennzykluszeit als Brennschacht und anschließend über eine Regenerationszykluszeit als Regenerationsschacht betrieben.Each of the shafts 12, 14 of the PFR shaft furnace 10 is operated as a combustion shaft over a firing cycle time and then as a regeneration shaft over a regeneration cycle time.

In Figur 5 sind die zeitlichen Abläufe innerhalb eines Brennzyklus dargestellt. Die Brennzykluszeit 72 wird unterteilt in die Brennstoffzufuhrzeit 74, die Vorspülzeit 76, die | Nachspülzeit 78 und die Umsteuerzeit 80. In der Vorspülzeit 76 wird unmittelbar nach dem Abschalten der Brennstoffzufuhr an den Brennstoffeinlässen 20, 22 am Brennschacht ein inertes Gas, wie beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxid,In Figure 5, the timing within a firing cycle is shown. The burning cycle time 72 is divided into the fuel supply time 74, the pre-purge time 76, the | Post-purging time 78 and the reversing time 80. In the pre-purging time 76, an inert gas, such as nitrogen or carbon dioxide,

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26.02.2020 15/20 LU101654 zugeführt und dadurch das Brenngas vorzugsweise in Stromungsrichtung des Materials nach unten geschoben. Am Ende der Vorspülzeit 76 befindet sich vorzugsweise kein zündfähiges Gasgemisch mehr innerhalb oder oberhalb der Vorwärmzone 32, 34 des Brennschachtes. An die Vorspülzeit 76 schließt sich zeitlich die Nachspülzeit 78 an, wobei an den Brennstoffeinlassen 20, 22 des Brennschachts ein sauerstoffarmes Gas, wie beispielsweise Ofenabgas in den Brennschacht eingeführt wird, wodurch vorzugsweise das bereits verdünnte Brenngas in Strômungsrichtung des Materials weiter nach unten innerhalb des Brennschachtes geschoben wird. Am Ende der Nachspülzeit 78 ist die Konzentration von umweltschédlichen Gasen innerhalb und oberhalb der Vorwarmzone 32, 34 des Brennschachtes vorzugsweise so gering, dass die Umsteuerung zum anderen, noch als Regenerationsschacht betriebene, Schacht 12, 14 eingeleitet werden kann. Vorzugsweise wird während der Vorspülzeit 76 und der Nachspülzeit 78 über die Lanzen 40, 42 insbesondere kontinuierlich ein Oxydationsgas in den Brennschacht eingeleitet, sodass die verbrennungsfahigen Gase, welche während der Vor- und Nachspülzeit von oben in die Brennzone 50, 52 einstrômen vollständig verbrannt werden.02/26/2020 15/20 LU101654 and thereby the fuel gas is preferably pushed down in the direction of flow of the material. At the end of the pre-purge time 76, there is preferably no longer any ignitable gas mixture inside or above the preheating zone 32, 34 of the combustion shaft. The pre-purge time 76 is followed by the post-purge time 78, with a low-oxygen gas such as furnace exhaust gas being introduced into the combustion shaft at the fuel inlets 20, 22 of the combustion shaft, whereby the already diluted fuel gas is preferably further down in the flow direction of the material within the combustion shaft is pushed. At the end of the post-purge time 78, the concentration of environmentally harmful gases within and above the preheating zone 32, 34 of the combustion shaft is preferably so low that the reversal to the other shaft 12, 14, which is still operated as a regeneration shaft, can be initiated. Preferably, during the pre-purge time 76 and the post-purge time 78, an oxidizing gas is introduced into the combustion shaft via the lances 40, 42, in particular continuously, so that the combustible gases which flow into the combustion zone 50, 52 from above during the pre-purge and post-purge time are completely burned.

Das voran beschriebene Verfahren zum Betreiben des GGR-Schachtofens 10 bietet | den Vorteil, dass die bei einer Umkehr der Betriebsweise, bzw. dem Ende eines Zyklus, wobei der Betrieb der Schächte 12, 14 als Brennschacht oder Regenerationsschacht getauscht wird, noch nicht verbranntes Brenngas innerhalb der Brennzone 50, 52 des Brennschachtes vorzugsweise vollständig verbrannt werden bevor die Funktion der Ofenschachte getauscht wird, um die Explosionsgefahr zu minimieren und unzulässige Emissionen in die Atmosphäre zu verhindern.The method described above for operating the PFR shaft furnace 10 offers | the advantage that when the operating mode is reversed or at the end of a cycle, whereby the operation of the shafts 12, 14 as a combustion shaft or regeneration shaft, the combustion gas that has not yet been burned within the combustion zone 50, 52 of the combustion shaft is preferably completely burned before the function of the furnace shafts is exchanged in order to minimize the risk of explosion and prevent impermissible emissions into the atmosphere.

Es ist ebenfalls möglich, den voran beschriebenen GGR- Schachtofen 10, insbesondere in der Anlaufphase, derart zu betreiben, dass Oxidationsgas durch die Brennstoffeinlässe 20, 22 in den jeweiligen Schacht 12, 14 aufgegeben werden, wobei der Brennstoff, insbesondere das Brenngas, über die Lanzen 40, 42 in den Übergang zwischen Vorwärmzone 32, 34 und Brennzone 50, 52 aufgegeben wird.It is also possible to operate the PFR shaft furnace 10 described above, in particular in the start-up phase, in such a way that oxidizing gas is fed through the fuel inlets 20, 22 into the respective shaft 12, 14, the fuel, in particular the fuel gas, being fed via the Lances 40, 42 are given up in the transition between preheating zone 32, 34 and burning zone 50, 52.

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26.02.2020 16/20 LU101654 Bezugszeichenliste 10 GGR-Schachtofen 12, 14 Schacht 16, 18 Materialeinlass 20,22 Brennstoffeinlass 24, 26 Materialauslass 28, 30 Kühllufteinlass 32, 34 Vorwärmzone 36, 38 obere Begrenzungsfläche der Vorwärmzone 40,42 Lanzen 44 feuerfeste Auskleidung 46, 48 untere Begrenzungsflache der Vorwärmzone/ obere Begrenzungsflache der Brennzone 50, 52 Brennzone 54 Gaskanal 56, 58 untere Begrenzungsfläche der Brennzone/ obere Begrenzungsflâche der Kühlzone 60, 62 Kühlzone 64, 66 Gaslanzen 68,70 Austragseinrichtung 72 Brennzykluszeit 74 Brennstoffzufuhrzeit 76 Vorspülzeit 78 Nachspülzeit 80 Umsteuerzeit 82, 84 Gassammelkanal 86, 88 Balken 90, 92 Ringraum02/26/2020 16/20 LU101654 List of reference symbols 10 GGR shaft furnace 12, 14 shaft 16, 18 material inlet 20, 22 fuel inlet 24, 26 material outlet 28, 30 cooling air inlet 32, 34 preheating zone 36, 38 upper boundary surface of the preheating zone 40, 42 lances 44 refractory lining 46, 48 lower boundary surface of the preheating zone / upper boundary surface of the combustion zone 50, 52 combustion zone 54 gas duct 56, 58 lower boundary surface of the combustion zone / upper boundary surface of the cooling zone 60, 62 cooling zone 64, 66 gas lances 68,70 discharge device 72 combustion cycle time 74 fuel supply time 76 pre-purge time 78 post-purge time 80 changeover time 82, 84 gas collecting duct 86, 88 bars 90, 92 annulus

Claims

200003P00LU 02/26/2020 17/20 LU101654 claims

1. A method for burning and cooling material, such as carbonate rocks, in a cocurrent countercurrent regenerative shaft furnace (10) with two shafts (12, 14) which are operated alternately as a combustion shaft and as a regenerative shaft, the material being passed through a preheating zone (32, 34), at least one combustion zone (50, 52) and one cooling zone (60, 62) flows to a material outlet (24, 26), characterized in that fuel is supplied within or above the preheating zone (32, 34), so that the fuel in the preheating zone (32, 34) is heated before entering the combustion zone (50, 52).

2. The method of claim 1, wherein oxidizing gas is fed into the combustion zone (50, 52).

3. The method according to any one of the preceding claims, wherein the fuel has a calorific value of less than 6.6 MJ / Nm®, in particular 1 MJ / Nm * to 7 MJ / Nm °, preferably 2 MJ / Nm? up to 4 MJ / Nm®, most preferably 3.3 MJ / Nm®.

4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the introduction of oxidizing gas via a plurality of lances (40, 42) or slots in the shaft wall into the combustion zone (50, 52) takes place.

5. The method according to any one of the preceding claims, wherein at the transition between the preheating zone (32, 34) and the burning zone (50, 52) a flow resistance (86, 88) for generating a volume area without material to be burned is arranged and in this the Oxidation gas is introduced.

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6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the oxidizing gas in an annular space (90, 92) arranged around the combustion zone (50, 52), in particular around the transition between the preheating zone (32, 34) and the combustion zone (50, 52) is initiated.

7. The method according to any one of the preceding claims, wherein in each case one shaft (12, 14) is operated as a firing shaft (12, 14) over the length of a firing cycle (72) and the following process steps take place during a firing cycle (72): a. Supplying fuel through the fuel inlet (20, 22) into the combustion shaft over the time interval of a fuel supply time (74), b. Feeding an inert gas through the fuel inlet (20, 22) into the combustion shaft over a pre-purge time (76), c. Feeding a low-oxygen gas through the fuel inlet (20, 22) into the combustion shaft over a post-purge time (78), d. Reversal of furnace operation, the function of the firing shaft and the regenerative shaft (12, 14) being reversed.

8. The method according to claim 7, wherein during the pre-purge time (76) and / or the post-purge time (78) an oxidizing gas is introduced into the combustion shaft (12, 14) via the lances (40, 42) and / or slots in the shaft wall.

9. Co-current countercurrent regenerative shaft furnace (10) for burning and cooling material, such as carbonate rocks, with two shafts (12, 14) which can be operated alternately as a combustion shaft and as a regenerative shaft, each shaft (12, 14) in The direction of flow of the material has a preheating zone (32, 34) for preheating the material, a burning zone (50, 52) for burning the material and a cooling zone (60, 62) for cooling the material, characterized in that above or within the preheating zone ( 32, 34) a fuel inlet (20, 22) for admitting fuel into the respective shaft (12, 14) is arranged.

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10. cocurrent countercurrent regenerative shaft furnace (10) according to claim 9, wherein a plurality of lances (40, 42) or slots are arranged in the shaft wall for introducing oxidizing gas within the combustion zone (50, 52).

11. cocurrent countercurrent regenerative shaft furnace (10) according to claim 9 or 10, wherein within the combustion zone (50, 52), within the cooling zone (60, 62) and / or within a gas channel (54) for connecting the shafts ( 12, 14) a plurality of gas lances (64, 66) are arranged for introducing oxidizing gas.

12. cocurrent countercurrent regenerative shaft furnace (10) according to one of claims 9 to 11, wherein at the transition between the preheating zone (32, 34) and the combustion zone (50, 52) a flow resistance (86, 88) for generating a Volume area is arranged without burning material.

13. cocurrent countercurrent regenerative shaft furnace (10) according to one of claims 9 to 11, wherein an annular space (90, 92) is formed around the transition between the preheating zone (32, 34) and the combustion zone (50, 52), so that within the annular space (90, 92) a volume area is formed without any material to be burned.

14. cocurrent countercurrent regenerative shaft furnace (10) according to claim 12 or 13, wherein means for introducing oxidizing gas are arranged in the volume area without material to be burned.

15. cocurrent countercurrent regenerative shaft furnace (10) according to one of claims 9 to 14, wherein each shaft (12, 14) in each case has a gas collecting duct (82, 84) which is designed as an annular space and wherein the gas collecting ducts (82, 84) of the shafts (12, 14) are gas-technically connected to one another via a gas duct (54).