NO153819B - Apparat for varmebehandling av materialaggregater med en gasstroem. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et forbedret apparat for å varmebehandle et fast aggregatmateriale med en gasstrøm, nærmere bestemt et forbedret apparat som omfatter en roterovn og et forvarmningsapparat for forvarmning av aggregatet med avgassene fra ovnen før aggregatet innføres i ovnen.

Ved fremstillingsprosesser hvor mineral varmebehandles ved at de ledes gjennom en roterovn ved forhøyet temperatur, er et forvarmingsapparat vanligvis anordnet ved roterovnens påmatnings ende for å forvarme de innkomne materialer i kontakt med de oppvarmede avgasser som fjernes fra ovnen.

Når forholdsvis finkornige materialer behandles, har forvarmingsapparatet ofte form av en rekke syklonhus som til-veiebringer en kaskadestrøm av det kornformige materiale i kontakt med de oppvarmede gasser. Forvarmningsapparater av denne generelle type er beskrevet f.eks. i US patentskrifter 3738794, 4004876, 4022568 og 4105396.

Når mineralene som skal varmebehandles foreligger i form av et forholdsvis grovt aggregat, må en annen type av forvarmningsapparat anvendes. Et forvarmningsapparat som er tilgjengelig i handelen og som er konstruert for å håndtere forholdsvis grove aggregatmaterialer, drives satsvis og anvender seg av en innretning som anbringer et statisk skikt av aggregatet i den oppvarmede gasstrøm, idet en massiv stempelinnretning er anordnet for periodevis å tømme skiktet av det forvarmede aggregat som forberedelse til på ny å

fylle skiktet med ferskt aggregat. Andre typer av forvarmningsinnretninger som er konstruert for å håndtere massive aggregatmaterialer, er beskrevet i US patentskrifter 3159386, 3671027, 3883294 og 4038025.

De tidligere tilgjengelige aggregatforvarmningsapparater som oppfinneren kjenner til, har forholdsvis stor størrelse og er ganske kostbare. Forvarmningsapparatene har typisk en rekke bevegelige deler som er utsatt for høy temperatur og for.temperaturforandringer og som derfor i alminnelighet krever et vesentlig vedlikehold. Dessuten er de aggregatforvarmningsapparater som oppfinneren kjenner til,forholdsvis lite effektive og tillater at en vesentlig mengde utnyttbar varmeenergi er tilbake i avgassene som slippes ut til atmosfæren. På grunn av denne dårlige effek-tivitet og den forholdsvis høye temperatur for avgassene som fjernes fra forvarmningsapparatet, er det vanligvis nødvendig i forbindelse med tidligere typer av aggregatforvarmningsapparater å benytte en eller annen måte for å avkjøle gassene efter at disse er blitt ledet gjennom forvarmningsapparatet og før de filtreres i et posehus. Dette gjøres typisk enten ved hjelp av et hjelpekjøleapparat eller ved å innføre luft fra omgivelsene for å blande.denne med de oppvarmede gasser og således redusere gassenes temperatur. Den førstnevnte metode krever ytterligere energiforbruk, mens den sistnevnte metode øker belastningen på filtreringssystemet og derved øker størrelsen og omkostningene for filteret.

Ut fra denne teknikkens stand tas det ved oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe et forbedret apparat basert pa en fremgangsmåte for å forvarme aggregater i forbindelse med en roterovn og som overvinner de ovennevnte ulemper og begrens-ninger som er forbundet med de forvarmningsinnretninger og den fremgangsmåte som hittil har vært tilgjengelig.

Det tas ved oppfinnelsen dessuten sikte på å tilveiebringe et aggregatforvarmningsapparat som er konstruert slik at det letter fjernelse av støv fra aggregatet for derved å redusere belastningen på filtreringsapparatet.

Apparatet ifølge oppfinnelsen for varmebehandling av

et fast aggregat er således av den type som omfatter en roterovn 12 gjennom hvilken aggregatet føres fremad langs en nedad hellende bevegelsesbane og hvor en oppvarmet gass ledes gjennom roterovnen 12 i motsatt retning i forhold til aggregatets bevegelsesretning for å oppvarme aggregatet til en for-høyet temperatur, og hvor aggregatet forvarmes av de oppvarmede gasser fra roterovnen 12 før aggregatet innføres i roterovnen 12. Apparatet er kjennetegnet ved et forvarmningsapparat 11 for aggregatet som omfatter et par gjennomtreng-

Av tegningene viser Fig. 1 en apparatmontasje for

å behandle og varmebehandle et aggregatmateriale i en roterovn. Et slikt apparat kan være nyttig f.eks. for å kalsinere kalksten eller for å røste forskjellige andre typer av mine-raler eller malmer. Mineralene eller de andre materialer som behandles i det viste apparat, er her betegnet som "aggregat", men det vil forstås at denne betegnelse ikke er ment å være begrenset til et mineral eller en bergart med en spesiell kjemisk sammensetning. Det viste apparat er spesielt konstruert for å behandle forholdsvis grovt aggregat i form av store stykker med en tverrstørrelse av opp til 5,00-7,62 cm i motsetning til finkornige eller pulverformige materialer med en størrelse som er sammenlign-bar med f.eks. størrelsen for sand. Det viste apparat er spesielt egnet for å behandle aggregater som i det minste er blitt delvis størrelses-sortert på forhånd, og fortrinnsvis med en størrelse innen området fra 1,9 cm til 3,8 cm.

Det på Fig.l viste apparat omfatter en transportør

10 for å transportere aggregatet fra en tilførselskilde (ikke vist) til den øvre ende av et aggregatforvarmningsapparat som er generelt angitt med 11. Aggregatet beveger seg langsomt nedad gjennom forvarmningsapparatet 11, som mer detaljert beskrevet nedenfor, mens det kommer i kontakt med de oppvarmede avgasser som kommer fra en roterovn som er generelt angitt med 12. Aggregatet blir således forvarmet av de oppvarmede avgasser fra roterovnen før det innføres i roterovnen 12. Det forvarmede aggregat blir derefter trans-portert gjennom roterovnen 12 samtidig som det oppvarmes til den ønskede temperatur, og det uttømmes fra roterovnen ved dens motsatte ende <q>g avleveres til et aggregatkjøleapparat som er generelt betegnet med 13. Kjøleapparatet 13 er av kjent konstruksjon og omfatter en rist 14 på hvilken det oppvarmede aggregat avsettes, og en rekke vifter 15 som er montert for å lede luft gjennom risten 14 og i kontakt med det oppvarmede aggregat for å avkjøle dette. Det på denne måte avkjølte aggregat fjernes fra risten 14 og avleveres på en transportør 16 som transporterer aggregatet til et annet sted for lagring eller påfølgende anvendelse. Luften som strømmer gjennom aggregatet i avkjølings-apparatet 13, oppvarmes av aggregatet og ledes fra avkjøl-ingsapparatet 13 inn i en ende av den lange roterovn 12. Denne omfatter nærmere bestemt en lang, hul, rørformig hoveddel 17 som er montert slik at den kan rotere rundt sin lengde-akse på egnede støttesøyler 18, og en drivmotor 19 er på egnet måte forbundet med den rørformige hoveddel for å sette denne i rotasjon i den retning som er antydet ved hjelp av pilen. Den rørformige hoveddel 17 er orientert slik at den har en gradvis helning, som vanlig er, slik at når den rørformige hoveddel roterer, vil aggregatet gradvis føres fremad gjennom roterovnen. Roterovnen 12 omfatter dessuten en brenner 21 som fyres med pulverformig kull eller et annet egnet brensel og som er montert i et egnet hus 22 ved den rørformige hoveddels 17 utløpsende. Brenneren 21 retter en langsgående flamme inn i roterovnens rørformige hoveddel 17 for på denne måte å oppvarme agggegatet i roterovnen til en ønsket temperatur. Den oppvarmede luft og forbrenningsgassene fra brenneren 21 strømmer gjennom roterovnens hule, rørformige hoveddel 17 i motsatt retning av aggregatets bevegelsesretning gjennom roterovnen og strømmer fra den motsatte ende av den rørformige hoveddel inn i forvarmningsapparatet 11. I dette bringes de oppvarmede gasser i kontakt med det innkomne aggregat for derved å forvarme aggregatet før det innføres i roterovnen 12, samtidig som avgassenes temperatur senkes. Gassene fjernes fra forvarmningsapparatet 11 ved dets øvre ende og ledes via en kanal 23 til en støvoppsamlingskasse 24 hvori tyngre støvpartikler og annet partikkelformig materiale skilles fra gasstrømmen. Gassene ledes derefter via en kanal 25 til et egnet filtreringsapparat som er generelt angitt med 26. Ifølge den viste utførelsesform av oppfinnelsen utgjøres filtreringsapparatet 26 av et posehus av en type som er vanlig anvendt for å fjerne støv og annet findelt, partikkelformig materiale fra en gasstrøm, idet posehuset inneholder en rekke lange, rørformige, poselignende filtere. Fra filtreringsapparatet 26 ledes gassene langs en kanal 27 via en vifte 28 som sørger for at gassene strømmer gjennom posehuset og gjennom forvarmingsapparatet og roterovnen, idet gassene derefter slippes ut til atmosfæren via en skorsten 29.

Temperaturen for gassene som strømmer ut fra roterovnen 12, er typisk 539-677°C. Efter at de har passert gjennom forvarmningsapparatet 11, er gasstemperaturen blitt senket til 6 5-9 3°C. Denne meget betydelige temperatur-senkning som kan tilskrives det meget effektive forvarmningsapparat ifølge oppfinnelsen, gjør det mulig å overføre avgassene direkte til filtreringsapparatet 26 uten at det er nødvendig med en hjelpeavkjølingsanordning eller innfør-ing av omgivende luft for å senke gassens temperatur, som hittil har vært nødvendig for aggregatvarmebehandlings-systemer av denne generelle type. Ved at avgassenes varme effektivt oppfanges som ellers er gått tapt, og ved å over-føre denne varme til det innkomne aggregat spares en vesentlig mengde energi som ellers ville ha gått tapt, og brensels-behovet for brenneren reduseres.

Denne anordning gjør det dessuten mulig å oppnå en vesentlig høyere produksjonskapasitet for roterovnen slik at aggregatet kan behandles hurtigere.

Det fremgår best av Fig. 2 og 3 hvorledes aggregat-forvarmningsapparatet 11 er konstruert. Dette omfatter et langt, opprettstående, hult hus 31 som ifølge den viste ut-førelsesform har sirkelformig tverrsnitt. Huset 31 har en innløpsåpning 32 nær dets nedre ende som står i åpen forbindelse med en ende av roterovnens 12 rørformige hoveddel 17 for å motta de varme avgasser som strømmer ut fra denne. Huset er foret med et egnet isolasjonsmateriale 33 for å be-skytte huset 31 og hindre varmestrålingstap fra dette. En utløpsåpning 34 er anordnet i huset 31 nær dets øvre ende,

og gjennom denne åpning strømmer gassene ut av huset 31 og ledes langs kanalen 23 til støvoppsamlingskassen 24.

Et par holdervegger 36 for aggregatet er anordnet i huset 31 og strekker seg langs dette. De er montert motstående og tett nær hverandre slik at det mellom disse av-grenses en lang, vertikal kanal eller renne 35 for aggregatet. Den lange aggregatrenne 35 har et forholdsvis lite tverrsnitt for å motta aggregatet ved dens øvre ende og for å opp-rettholde aggregatet i form av et forholdsvis tynt lag eller skikt, f.eks. med en tykkelse av 10-13 cm,efterhvert som det dirigeres nedad langs rennen 35. Det fremgår at holderveggene 36 har en ikke-lineær siksak-form slik at det tynne aggregatlag dirigeres langs en sinusformig bevegelsesbane mens det beveger seg nedad langs den lange, trange aggregatrenne.

De ikke-lineære, siksak-formige holdervegger 36 utgjøres hver av en rekke skråstilte veggsegmentdeler 3 7 som hver har en forholdsvis liten hellingsvinkel i forhold til den vertikale akse. Hellingsvinkélen for de enkelte veggsegmentdeler 37 er fortrinnsvis innen området fra 10° til 25° i forhold til den vertikale akse, helst 17-18°. De enkelte veggsegmentdeler som samlet utgjør hver holdervegg, er slik anordnet at avvekslende veggsegmentdeler heller mot den ene side i forhold til den vertikale akse slik at de mellomliggende veggsegmentdeler heller mot den motsatte side i forhold til den vertikale akse. Det tynne aggregatlag blir således dirigert sideveis frem og tilbake i motsatte retninger langs en rekke nedad hellende bevegelsesbaner efterhvert som aggregatet beveger seg nedad gjennom den lange renne 35.

Holderveggene 36 som utgjør den lange aggregatkanal eller renne 35, er konstruert slik at de er gjennomtrengbare for gass for at de oppvarmede gasser i huset 31 fritt skal kunne strømme gjennom det tynne aggregatlag. Som vist er anordningen av de siksak-formige, for gass gjennomtrengbare holdervegger 36 i husets 31 hule indre slik at de oppvarmede gasser som strømmer langs husets indre, gjentatte ganger dirigeres gjennom holderveggene 36 og i kontakt med det tynne aggregatlag som er oppfanget mellom disse. Det fremgår nærmere bestemt at en rekke skjermplater 38 strekker seg utad fra holderveggen 36 til det omgivende hus 31 på steder i avstand fra hverandre langs holderveggenes lengde for derved å dirigere de strømmende gasser langs en sinusformig bevegelsesbane oppad som gjentatte ganger i sideretning passerer frem og tilbake gjennom holderveggene og således gjentatte ganger dirigerer de oppvarmede gasser inn i og gjennom det tynne aggregatlag som beveger seg nedad.

Det fremgår tydeligst av Fig. 3 at en vegg 41 strekker seg mellom holderveggenes 36 øverste ender og det omgivende hus 31 for å danne en trakt ved den øvre ende av huset for mottagelse av aggregatet, idet veggen 41 heller henimot den lange rennes 35 åpne øvre ende for å dirigere aggregatet inn i rennen. En lang, sylindrisk valse 42 er anordnet under den nedre ende av holderveggene 36 slik at den stenger rennens 35 nedre ende for derved å holde rennen i det vesentlige fylt med aggregat. Valsen 42 kan settes i rotasjon ved hjelp av en drivmotor 4 3 (Fig. 2) for å tømme aggregatet ut fra den nedre ende av rennen med regulert hastighet. Drivmotorens 43 rotasjonshastighet er fortrinnsvis avpasset i forhold til rotasjonshastigheten for roterovnen, slik at når roterovnens hastighet øker, øker også valsens 42 hastighet tilsvarende for derved å mate aggregat inn i roterovnen i en større mengde pr. tidsenhet. Når det uttømmes fra rennens 35 nedre ende, faller det forvarmede aggregat under innvirkningen av tyngden gjennom en innløps-ledning 44 og inn i roterovnen 12.

Det fremgår tydeligst av Fig. 4 og 5 at de for gass gjennomtrengbare holdervegger 36 som danner aggregatrennen 35, har en sjalusikonstruksjon og utgjøres av en rekke parallelle ribber 46 som strekker seg ut i sideretning og i det vesentlige over den fullstendige bredde av rennen 35 og er forbundet med motstående, massive endevegger 4 7. Ribbene 4 6 i hver rekke er anordnet i avstand fra hverandre slik at gassen lett kan strømme mellom disse, og forsterkende avstandsstykker 48 er montert mellom tilstøtende ribber på steder i avstand fra hverandre over ribbenes bredde for å

gi holderveggen forbedret konstruksjonsmessig stivhet. Som vist heller ribbene 46 nedad med en vinkel i aggregatets bevegelsesretning og er anordnet slik at de konvergerer med den motstående rekke av ribber. Ribbene i hver rekke er anordnet slik at de overlapper hverandre for å lette styr-ingen av aggregatet langs dets nedadrettede bevegelsesbane samtidig som aggregatet holdes innenfor den lange renne og samtidig som gass lett kan strømme inn i og gjennom det tynne aggregatlag.

Som bemerket ovenfor er de enkelte veggsegmentdeler

37 som samlet utgjør holderveggene 36, orientert med en helling i forhold til den vertikale akse, slik at den fremadkommende søyle av aggregat beveger seg nedad langs en skråstilt, sinusformig eller sik sak-formig bevegelses-

bane. Den oppadrettede gasstrøm gjennom de enkelte veggsegmentdeler er slik at gassene alltid kommer inn i det tynne aggregatlag på den nederste av paret av motstående veggsegementer og strømmer ut fra laget fra den øverste av paret av veggsegmentdeler. Som antydet ved hjelp av pilene

.a på Fig. 5 vil således veggsegmentdelenes 37 sjalusikonstruksjon bevirke at de oppvarmede gasser vil dirigeres inn i det tynne skrålag av aggregat med en vinkel nedad generelt i samme retning som aggregatets bevegelsesretning. Gasstrømnen letter således aggregatlagets nedadrettede bevegelse istedenfor uheldig å innvirke på eller å motvirke aggregatets bevegelse som tilfellet ville ha vært dersom gasstrømmen hadde passert gjennom aggregatlaget i en annen retning. Ved å dirigere luftstrømmen med en vinkel gjennom aggregatlaget vil veggdelens 37 sjalusikonstruksjon også medvirke til å

øke den avstand som gassen må bevege seg gjennom laget, hvor-ved kontakten og varmeoverføringen mellom gassen og aggregatet forbedres.

Veggsegmentdelenes 37 hellende vinkelorientering er også av stor betydning for å oppnå en effektiv fjernelse av støv og andre findelte, partikkelformige materialer fra aggregatet og for å hindre tilstopping av luftkanalene mellom de enkelte ribber 46 på grunn av ansamling av støv mellom ribbene. Dette fremgår tydeligst av Fig. 5. Som vist er aggregatet som befinner seg nærmest den nedre av paret av veggsegmentdeler 37, dvs. veggen på innstrømningssiden hvor luften kommer inn i aggregatlaget, forholdsvis sammenpakket da det bærer vekten av det overliggende aggregat. Aggregatet som befinner seg nærmest utstrømningsveggen, dvs. veggsegmentdelen til høyre på Fig. 5, bærer imidlertid ikke vekten av det overliggende aggregat og er derfor løsere sammenpakket. Dette gjør det mulig for det løsere aggregat å bevege og vende seg efter hvert som det beveger seg nedover i kolonnen og gjør det mulig for eventuelt støv som bæres av aggregatet, lett å blåses bort av den utstrømmende strøm av gasser. Dessuten er ribbene 46 på utstrømningsveggen orientert med en vinkel oppad med en forholdsvis bratt helling, og som angitt ved hjelp av strømningspilene Ja, på Fig. 5 dirigeres gassene mellom ribbene med en vinkelretning oppad. Den forholdsvis sterkt skråstilte orientering av ribbene gjør det lettere å holde luftkanalene klare for eventuelt ansamlet støv da ribbenes eksponerte overflater har en for skarp helling til at støvet vil kunne ansamles på disse, og luftstrømmen vil være tilbøyelig til å blåse bort eventuelt støv som kan ansamles på ribbeoverflåtene.

Når støv eller et annet partikkelformig materiale fjernes fra aggregatsøylen, er de tyngre partikler tilbøyelige til å bunnavsettes eller å falle ned istedenfor å blåses bort med gasstrømmen, og støvet eller det partikkelformige materiale vil avsette seg på skjermplatenes 38 øvre overflate. Som vist har skjermplatene en helling nedad fra holderveggene 36 og utad henimot det omgivende hus 31, og de dirigerer derfor støvet eller det partikkelformige materiale utad henimot huset 31. Det fremgår tydeligst av Fig. 2 da det omgivende hus har et sirkelformig tverrsnitt, at de skråstilte skjermplater 38 har en halvellipseform og dermed konvergerende dirigerer det ansamlede støv eller partikkelformig materiale til et felles sted på det nederste punkt på platen. En åpning 51 er anordnet i husets 31 vegg på dette sted, gjennom hvilken det ansamlede støv kan fjernes fra huset, og en led-ning 52 står i åpen forbindelse med hullet for å føre bort støvet til et egnet oppsamlingssted. Lignende åpninger 51 og ledninger 52 er tilknyttet hver av skjermplatene 38 i forvarmningsapparatet.

På grunn av holderveggenes 36 siksak-konstruksjon og anordningen av skjermplatene 38 blir de oppvarmede gasser fra roterovnen gjentatte ganger dirigert gjennom det tynne aggregatlag fra avvekslende retninger, dvs. først fra én side av det tynne lag og derefter fra den annen side av dette. En annen side eller flate av aggregatet vil derfor utsettes for de strømmende gasser ved hver passering av disse slik at overføringen av varme fra de strømmende gasser til aggregatet blir maksimale.

Efter at gassene gjentatte ganger har strømmet frem og tilbake gjennom det tynne aggregatlag og har nådd frem til den øvre del av huset 31, er gassenes temperatur blitt sterkt senket og gassenes varmeinnhold overført til aggregatet.

De på denne måte avkjølte gasser forlater huset via utløps-åpningen 34 og ledes langs kanalen 23 til støvoppsamlings-kassen 24 hvori gassene ledes under en skjerm 24a. På grunn av at gassene har et strømningsareal med vesentlig større tverrsnitt i støvoppsamlingskassen 24 får gassene en sterkt nedsatt hastighet som gjør det mulig for ytterligere mengder av støv og partikkelformig materiale som tidligere er blitt oppfanget i den strømmende gass, å falle ut fra gasstrømmen før gasstrømmen ledes til filtreringsapparatet 26.

Claims (5)

1. Apparat for å varmebehandle et fast aggregat, av den type som omfatter en roterovn (12) gjennom hvilken aggregatet føres fremad langs en nedad hellende bevegelsesbane og hvor en oppvarmet gass ledes gjennom roterovnen (12) i motsatt retning i forhold til aggregatets bevegelsesretning for å oppvarme aggregatet til en forhøyet temperatur, og hvor aggregatet forvarmes av de oppvarmede gasser fra roterovnen (12) før aggregatet innføres i roterovnen (12), karakterisert ved et forvarmningsapparat (11) for aggregatet som omfatter et par gjennomtrengbare holdervegger (36) med ikke-lineær siksak-form som strekker seg generelt vertikalt i motstående avstand fra hverandre slik at de mellom seg danner en lang, generelt vertikal renne (35) med lite tverrsnitt for passering av aggregatet nedad gjennom rennen (35) i form av et forholdsvis tynt lag, idet hver av de motstående, for gass gjennomtrengbare holdervegger (36) er laget av en rekke ribber (4 6) som er anordnet i avstand fra hverandre og strekker seg ut i sideretning og er inn- byrdes forbundet med hverandre slik at de danner skråstilte veggsegmentdeler (37) og er slik anordnet at avvekslende veggsegmentdeler (37) heller mot en side i forhold til den vertikale akse, og de mellomliggende veggsegmentdeler (37) heller mot den motsatte side av den vertikale akse, idet ribbene (46) i de motstående rekker er konvergerende anordnet og slik at de heller med en vinkel nedad i aggregatets bevegelsesretning og slik at de overlapper hverandre.

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at skjermplater (38) samarbeider med de enkelte veggsegmentdeler (37) av paret av holdervegger (36) og et omgivende hus (31) for å lede den oppvarmede gass som strømmer fra roterovnen (12) suksessivt gjennom hver av veggsegmentdelene (37) for derved gjentatte ganger å lede den oppvarmede gass i sideretning frem og tilbake gjennom det tynne aggregatlag i rennen (35).

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at de skråstilte veggsegmentdeler (37) har en hellingsvinkel av 10 - 25° i forhold til den vertikale akse.

4. Apparat ifølge krav 1-3, karakterisert ved at et opprettstående, hult hus (31) er anordnet nær innløpsenden (44) for aggregatet i roterovnen (12) og i hvilket paret.av gjennomtrengbare holdervegger (36) er anordnet, idet det opprettstående, hule hus (31) har en innløpsåpning (32) i sin nedre del og en utløps-åpning (34) i sin øvre del for gjennomstrømming av den oppvarmede gass fra roterovnen (12).

5. Apparat ifølge krav 1-4, karakterisert ved at en sylindrisk valse (42) med en drivmotor (43) samarbeider med paret av holdervegger (36) nær den nedre ende av disse for å regulere uttømmingen av aggregatet i roterovnen (12).