NO166252B - Arrangement for forbedring av varmeoekonomien ved drift avrotasjonsovner, spesielt mesaombrenningsovner. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et arrangement for forbedring av varmeøkonomien i rotasjonsovner, fortrinns-

vis i slike for ombrenning av mesa.

Oppfinnelsen skal beskrives i forbindelse med ombrenning av mesa, men omfatter alle tilfeller av godsbehandling i rotasjonsovn som har gasstrømnings- og materialomrøringsforløp lignende dem i en mesaombrenningsovn.

Mesaen er det kalsiumkarbonatslam som oppstår ved kausti-sering av grønnlut med brent kalk i forbindelse med kjemi-kaliegjenvinningen i sulfatmassefabrikkene.

Den for kaustiseringen nødvendige brente kalk oppnås i over-veiende grad gjennom ombrenning av mesaen, vanligvis i en rotasjonsovn.

Rotasjonsovnen heller noe, slik at mesaen som innføres gjennom ovnens øvre ende kommer til å bevege seg som følge av at ovnen roterer mot ovnens nedre ende og møter røkgassene fra en olje-, gass- eller fast brensel- (f.eks. bark) brenner i ovnens nedre ende, hvorved den omvandles til brent kalk.

Denne mates ut i ovnens nedre ende.

Mesaen tilføres rotasjonsovnen med en tørrgehalt på 60-75%. Rotasjonsovnen inndeles vanligvis i tre soner, tørkesone, mellomsone og brennsone.

Tørkesonen som normalt er ca. 1/4 av ovnslengden, er for en stor del forsynt med slakt hengende kjettinger som er festet med sine begge ender i ovnsveggen, i den hensikt å røre om mesaen slik at en hurtig og effektiv tørking av denne oppnås.

Mellomsonen, som utgjør ca. halvparten av ovnslengden, er

nå oftest forsynt helt eller delvis, med i og for seg kjente langsgående fra ovnsveggen utgående medbringere for om-

røring av det finkornede materialet, slik at varmeover-føringen blir bedre.

Brennsonen der kalsineringen av kalsiumkarbonatet til kalsiumoksyd skjer ved en temperatur som overskrider 900°C, vanligvis 1000-1400°C, er kledd med høyverdig ildfast og isolerende materiale. Røkgassene forlater rotasjonsovnen med en temperatur normalt mellom 170 og 240°C.

Målinger ved konvensjonell drift av mesaombrenningsovner har vist betydelig meget høyere temperatur i den utgående røk-gassen enn temperaturen på ovnsveggen. Derav kan den konklusjon trekkes at meget av røkgassen går gjennom ovnens sentrum med begrenset varmeoverføring til mesaen og at prosessens varmeøkonomi er dårlig.

Fra tidligere er det kjent å foreta tiltak for å forbedre' varmeøkonomien i rotasjonsovner ved brenning av sementgods og lignende. Det tyske patentskrift 6.08 085 og det russiske patentskrift 830 094 viser eksempler på slik teknikk.

Ifølge disse er tiltakene konsentrert kun til kjettingsonen, dvs. den sone i hvilken innmatingen skjer og straks deretter. Ifølge det tyske patentskrift er kjettingsonen forsynt med

to eller flere i avstand fra hverandre beliggende stasjonære skiver med sentrale åpninger og med i kjettinger opphengte skjermer som har fritt rom i radiell retning rundt skjermen. Samtidig er kjettingsonen utstyrt med aksielt løpende, slakt hengende kjettinger. Dertil finnes det skovllignende medbringere på ovnens indre mantelflate ved innmatingsrørets ende. Røkgassene tvinges til å bevege seg bølgeformet gjennom de etter hverandre beliggende sentrale åpningene i skivene og de perifere åpninger rundt skjermene. Samtidig sleper kjettingene gjennom materialet på ovnens bunn og trekker det oppad langsmed mantelveggen, hvorfra det faller ned og kommer i berøring med de varme røkgassene.

Materialet får varme endog fra kjettingene som under sin rotasjon absorberer varme fra røkgassene. Konstruksjonen er tung og kostbar og dens oppgave er hovedsakelig å tilveiebringe en effektig tørking av det innmatede, fuktige materialet.

Ifølge det russiske patentskrift er ovnens kalde sone, innmatingsdelen, forsynt med nær hverandre plasserte, sentralt opphengte skjermer, av hvilke den første er konisk og de følgende er konformede ringer, som alle ligger relativt nær hverandre , til og med så nær hverandre at de delvis over-lapper hverandre. Maksimumavstanden mellom konene tilsvarer 0,2 x den største diameter i den foranliggende konen. En samling av kjettinger er anordnet til å henge ned over hver sin konformede flate og frigjør derved flatene for støv.

En andre samling kjettinger ligger bak skjermene sett i røk-gassenes bevegelsesretning. Disse kjettinger har til oppgave å frigjøre røkgassene for støv. Et hovedformål med oppfinnelsen er å oppnå en jevn strømningshastighet både i ovnens tverr- og lengderetning for derigjennom oppnå mest mulig god støvfrigjøring hos gassene samt god varmeveksling i innmatingsdelen.

Den foreliggende oppfinnelse har som hovedformål å effektivi-sere varmevekslingen mellom røkgassene på den ene siden og mesaen samt ovnsforingen på den andre siden. Dette er oppnådd gjennom arrangementet ifølge oppfinnelsen hvilket er karakterisert ved de i det etterfølgende selvstendige krav 1 angitte kjennetegn.

Oppfinnelsen baserer seg på den iakttagelse at godset i mellomsonen, der godstemperaturen er mellom 100°C og 550°C, består av et meget fint mel med en volumvekt på kun ca.

0,8 tonn/m 3. Et slikt mel har en tendens til kun å gli langs ovnsforingen hvorfor omblandingen av materialet blir meget dårlig. Når godset dertil har en dårlig varmegjennom-gang, dvs. fungerer som et isolasjonsmateriale, blir varme-overføringen mellom røkgasser og mesa totalt sett meget

dårlig. Videre er det med hensyn til gasstrømningen i denne sonen - hvilken i og for seg er turbulent, men på grunn av det faktum at gasser av forskjellige temperaturer ikke uten ytre påvirkninger blander seg med hverandre - iakttatt at sjikt med forskjellige temperaturer oppstår, idet gass-sjiktet i ovnens midte har en meget høyere temperatur,

150° - 300°chøyere enn temperaturen i den gass som er i kontakt med ovnsforingen og mesaen.

I samsvar med arrangementet ifølge oppfinnelsen anbringes således dels turbulensdannere i form av skjermer i tørke- og mellomsonene og dels omrørere av mesaen i ovnen, hvilke i den kaldere del av ovnen består av stålløftere og i den varmere delen av keramisk såkalt tannhjulsforing eller alternativt av varmebestandige stålløftere.

Gjennom arrangementet forhindres en trekksone i rotasjonsovnen og den varmere røkgassen som normalt strømmer i sentrum av ovnen, presses ut mot periferien og blandes med den ka].dere røkgassen - samtidig som man etter skjermen oppnår en totalt turbulent strømning -, hvorved oppnås en betydelig forbedring av varmeoverføringen til kalkmaterialet og en gunstig påvirkning av varmeøkonomien. Dessuten forlenges røkgassenes oppholdstid i ovnsrøret, spesielt for de varmere røkgassene, sammenlignet med gasstrømningen i en konvensjonell ovn. Ettersom de varmere røkgassene har stor strålingsav-givelse, er økningen av oppholdstiden av vesentlig betydning for varmeoverføringen. Gjennom arrangementet ifølge oppfinnelsen kan f.eks. røkgassenes strømningshastighet i et visst tverrsnitt i ovnen minskes fra en verdi på 3,8 -

4,0 m/sek. til ca. 1,8 m/sek.

Gjennom arrangementet ifølge oppfinnelsen kan kjettingene helt fjernes eller begrenses til en betydelig kortere del av den totale ovnslengden. Dette beror på den ene siden av at varmeoverføringen lengre ned i ovnen effektiviseres hvorfor kjettingenes varmeoverførende funksjon ikke mer behøves, og på den andre siden av at den stoffmengde som transporteres av gassene minskes radikalt når røkgasshastigheten senkes, hvorfor heller ikke kjettingenes støvoppsamlende funksjon behøves.

Den nødvendige temperatur i forbrenningssonen eller kalsineringssonen er avhengig av på den ene siden den tid i løpet av hvilken godset befinner seg innen et område med en temperatur som muliggjør kalsineringsreaksjonen, over 870°C, og på den andre siden av den totale oppholdstid i ovnen. Det er tidligere kjent å forlenge godsets oppholdstid i kalsineringssonen ved å innføre eller heve en allerede forekommende terskel eller dam som er beliggende nedenfor kalsineringssonen.

I samsvar med oppfinnelsen har man til hensikt også å regu-lere godsets oppholdstid i øvrige deler av ovnen likesom i ovnen i sin helhet, uten av denne grunn å være tvunget til å endre ovnens helning, ved høyere opp i ovnen å innføre ytterligere en eller flere terskler eller dammer. Disse garanterer samtidig en jevnere materialstrømning til kalsineringssonen, hvilket resulterer i en jevnere kalkkvalitet og dermed bedre betingelser for den etterfølgende kausti-seringsprosessen.

Ikke alle tidligere kjente mesaovner for ombrenning av mesa er utstyrt med kjøleanordninger for kjøling av godset etter kalsineringen og ivaretagning av den varme som herved fri-gjøres. Ettersom man ved hjelp av arrangementet ifølge oppfinnelsen tilveiebringer både en betydelig bedre varme-økonomi og en økt produksjonskapasitet pr. volumenhet i ovnen, betyr det at man videre kan produsere betydelig mer kalk i den ifølge oppfinnelsen utstyrte ovn enn i en konvensjonell ovn, eller med bibehold eller noe økt kapasitet kan anvende en del av det forekommende ovnsrør til å kjøle godset samt forvarme forbrenningsluften. Dette påvirker ytterligere varmeøkonomien i positiv retning.

I praksis virkeliggjøres denne omdisponering av ovnsrørets anvendelse ved at terskelen nedenfor kalsineringssonen for-flyttes oppad langs ovnsrøret samtidig som brennerrøret forlenges tilsvarende. Den herved disponible del av ovns-røret utstyres med stålløftere eller keramiske løftere samt turbulensdannere for effektivering av varmeoverføringen. På ovnsrøret anordnes løftere og på brennerrøret turbulensdannende skjermer.

De turbulensdannende anordningene kan være flate skjermer

men er hensiktsmessig koniske og har en så stor flate at de dekker 15-35% av ovnsrommets tverrsnittsareal. Skjermene festes fortrinnsvis i lik avstand fra hverandre med kjettinger i ovnsveggen, slik at deres sentrum faller sammen med ovns-tverrsnittets sentrum. Spissen i en konisk skjerm er rettet mot ovnens nedre ende.

Det er vanligvis tilstrekkelig med 3-5 skjermer som er plassert med jevne mellomrom i tørke- og mellomsonen. Disse tvinger røkgassene ut mot periferien og sikrer ifølge iakttagelser en fullstendig turbulens i en avstand tilsvarende ca. 15 D etter skjermen i røkgassenes bevegelsesretning, hvor D er skjermens ytterdiameter.

Anordningene for omrøring av mesaen og for effektivt å

blande den inn i de turbulerende røkgasser utgjøres av stål-løftere og/eller keramisk tannhjulsforing. I den kaldere delen av ovnen omfattende ca. 60% av lengden regnet fra ovnens øvre ende, monteres skive- eller skålformede løftere rundt omkretsen. Tannhjulsforingen monteres i den varmere , delen av ovnen, mellomsonen, omfattende ca. 40% av ovnens lengde , og består av en tegelforing der på hverandre følg-ende tegler i hver ring i ovnen har en høydeforskjell,

alternativt kan endog her anvendes løftere av varmebestandig stål. Disse konstruksjoner søker på den ene siden å blande godset og på den andre siden å løfte godset høyere opp ved ovnens rotasjon hvorfra det faller ned gjennom gasstrømmen og derved oppvarmes effektivt.

Samtlige ovennevnte tiltak ifølge oppfinnelsen har angått ovnens tørke- og mellomsoner samt den nederste enden av ovnen, mens innmatingssonen eller kjettingsonen er blitt latt uforandret eller er forkortet.

Når oppfinnelsen tilpasses ved ombygning av gamle, i drift værende rotasjonsovner, ved å tilføre ovnens indre nytt utstyr, oppnår man den tidligere nevnte, høyst vesentlige energibesparing resp. produksjonsøkning.

Når oppfinnelsen tilpasses på nye rotasjonsovner, kan man ved å tilpasse oppfinnelsen gjøre ovnsrøret ca. 20% kortere enn et konvensjonelt ovnsrør, hvilket minsker investerings-omkostningene samtidig som det gir en bedre varmeøkonomi.

I det følgende skal oppfinnelsen beskrives nærmere med henvisning til de etterfølgende tegninger som viser fordel-aktige utførelsesformer av ovnen som er forsynt med utstyr ifølge oppfinnelsen.

Fig. 1 viser grafisk en sammenligning mellom oljeforbruket i forhold til produsert kalkmengde i en kjent mesaovn før og etter ovnens ombygning ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 viser en skjematisk fremstilling av en rotasjonsovn med planetarkjølere og forsynt med turbulensdannere i form av koniske skjermer,

fig. 3 viser et tverrsnitt av ovnen ifølge fig. 2,men tegnet i større skala, og

fig. 4 viser en skjematisk fremstilling av en ovn uten planetarkjølere, men med turbulensdannere og omrørere samt terskler endog omkring forbrenningsrøret.

I den grafiske fremstilling av oljeforbruket i forhold til produsert kalkmengde angis oljeforbruket i liter pr. tonn kalk og den produserte kalkmengde i tonn pr. døgn. Resul-tatene er oppnådd i en kjent mesaovn før ovnens ombygning ifølge den foreliggende oppfinnelse og etter ombygningen. Ovnen stemmer overens med den i fig. 2 viste ovn. Ovnen har lengde på 87 m, innerdiameteren er 3,15 m og den har ikke kjettinger. En sammenligning mellom de to kurvenes optimale punkter viser en nedgang på ca. 50 1 i oljeforbruk pr. tonn kalk motsvarende ca. 30%, samtidig som den optimale døgn-produksjonen økte fra ca. 150 tonn til ca. 200 tonn, tilsvarende ca. 3 5%. En sammenligning mellom de to kurver gir også for hånden at den nye kurve har en betydelig mer fordelaktig form. Oljeforbruket er ikke like følsomt for belastnings-forandringer, men holdes nært minimumsverdien over et bredt kapasitetsområde. Kurvene viser endog at forskjellen mellom den maksimale produksjon er ca. 70 tonn pr. døgn, tilsvarende ca. 40%.

I fig. 2 er rotasjonsovnen betegnet med henvisningstallet 1, ovnens nedre ende, utmatingsenden, med 2, oljebrenneren med 3, en skrue for innmating av mesaen med 4, røkgassens utløp med 5, utløpet for den brente kalk med 6 og skjermene ifølge oppfinnelsen med 7,8 resp. 9. I fig. 3, som viser et tverrsnitt av ovnen ifølge fig.2 og en med kjettinger opphengt skjerm, er skjermen angitt med henvisningstallet 9, kjettingene med 10 og ovnsmantelen med 11. De tre skjermene 7,8 og 9

i ovnen er plassert i lik avstand fra hverandre, 15 m, 25 m og 3 5 m fra ovnens øvre ende der innmatingsskruen 4 for mesaen befinner seg. Hver av skjermene 7,8 og 9 dekker 152 av ovnsrommets tverrsnittsareal.

Den i fig. 4 viste ovn har en lengde på 84 m og innerdiameteren er 3,35 m. Ovnen har ikke planetarkjølere, men er forsynt med skjermer på brennerrøret og omblandingsanordninger på mantelflaten omkring brennerrøret. Ovnen i fig. 4 er angitt med henvisningstallet 21, ovnens utmatingsende med 22, for-brenningsrøret med 23 og innmatingsenden for mesa med 24. De i og for seg kjente innmatingsanordninger likesom røkgassenes utløp er utelatt fra skissen. Ovnens brennsone er betegnet med A, mellomsonen med B og tørkesonen med C. Ovnsrøret er på basis av forskjellig ovnsforing og funksjoner inndelt i forskjellige soner benevnt I-IX. Nederst i utløpsenden ved I finnes en terskel 25 og rundt forbrenningsrørets"ende mellom II og III, finnes en høyere terskel 26. Området mellom tersklene 25 og 26 har keramiske løftere eller alternativt løftere av varmebestandig stål festet i ovnsmantelen. Ovns-avsnittet mellom III og IV utgjør brennsonen A og har en høy-ildfast, isolerende utforing 35. Sonen inntil brennsonen og helt frem til VII utgjør mellomsonen B mens den øverste sonen mellom VII og IX utgjør tørkesonen C.

Mellomsonens B utf6ring består i den nedre enden av en utforing 34, mellom tersklene 27 og 29 av keramisk tannhjuls-kledning 33 og derfra opp til tørkesonen, av stålløftere 32. Den nedre enden av tørkesonen C, mellom VII og VIII, er forsynt med stålløftere 32' og den øvre enden, den med kjettinger forsynte innmatingssonen mellom VIII og IX, er forsynt med slakt hengende kjettinger 28. Nevnte stålløftere er hensiktsmessig ribbeformede metalliske løftere som finnes i et antall av fire til tolv, hensiktsmessig åtte, fordelt omkring ovnens omkrets.

I ovnens mellomsone finnes ytterligere to terskler 27 og 29, hvorav 27 er en keramisk terskel og 29 en metallterskel bestående av en i segmenter oppdelt platering. I en ovn med mindre helling kan den øvre terskel sløyfes. Godsets oppholdstid i ovnen blir i det tilfellet passende med kun en terskel i mellomsonen B. Mellom mellomsonen B og tørkesonen C, ved VII, er det montert en terskelplate 29. De turbulensdannende skjermer i tørke- og mellomsonen er her i et antall av fem og er alle angitt med henvisningstallet 30. På for-brenningsrøret er det montert to skjermer 31, hvilke tilsammen med områdets løftere 32 bidrar til å ta vare på varme fra den brente kalken. TannhjulsutfSringen angis med henvisningstallet 33.

Som det har fremgått i forbindelse med redegjørelsen for diagrammet i fig. 1 og den i fig. 2 viste ovn, i hvilken målingene for diagrammet er utført, oppnås en vesentlig for-bedret varmeøkonomi og en økt produksjonskapasitet endog uten turbulensdannere og omrørere omkring forbrenningsrøret, men disse anordninger i ovnen 21, fig. 4, forbedrer vanne-økonomien ytterligere.

Ovnsfdringens tykkelse i ovnen 21 varierer mellom 150 og

250 mm og den er størst i brennsonen. Tersklenes høyde er i mellomsonen B og tørkesonen C ca. 450 mm og nedenfor kalsineringssonen ca. 650 mm utover utf6ringens tykkelse. Tersklenes høyde kan dog variere.

Claims (11)

1. Anordning for å forbedre varmeøkonomien ved drift av rotasjonsovner, spesielt mesaforbrenningsovner, bestående av en tørkesone (C), en mellomsone (B) og en brennsone (A), omfattende i og for seg tidligere kjente sentralt opphengte skjermer (7,8,9), løftere anordnet omkring ovnens (1) indre mantel, og terskler anordnet omkring ovnens indre mantel, karakterisert ved en kombinasjon av disse anordninger for tilveiebringelse av turbulens i røkgassene i ovnen og en effektiv blanding mellom røkgassene og det materialet som skal brennes, hvilken kombinasjon omfatter skjermer (30), løftere (32,33) og en eller flere terskler (25,26,27,29) i det minste i den nedre, ikke med kjettinger forsynte del av tørkesonen (C) og i mellomsonen (B).

2. Anordning ifølge krav 1,karakterisert ved at skjermene (30) er sirkulære og plane.

3. Anordning ifølge krav 1,karakterisert ved at skjermene (30) har form av koner hvis spisser er vendt mot røkgassenes strømningsretning.

4. Anordning ifølge hvilke som helst av kravene 1 - 3, karakterisert ved at skjermene (30) hensiktsmessig er tre til seks i antall og at de fortrinnsvis er plassert i lik avstand fra hverandre.

5. Anordning ifølge hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert ved at ovnen (1) i et avsnitt på opptil 60% av ovnens lengde regnet fra ovnens øvre ende, er forsynt med ribbeformede metalliske løftere (32) i et antall på fire til tolv, hensiktsmessig åtte, fordelt omkring ovnens omkrets.

6. Anordning ifølge hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert ved at mellomsonen (B) omfattende ca. 40% av ovnens lengde, er forsynt med løftere (32) av varmebestandig stål eller med keramiske løftere (33) , der på hverandre følgende tegl i en ring, har en høyde-forskjell.

7. Anordning ifølge hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert v'ed at det omkring forbren-ningsrørets (23) øvre ende, ved grensen til brennsonen (A), er anordnet en terskel (26).

8. Anordning ifølge hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert ved at en eller flere terskler (26,27,29) av keramisk materiale eller stål, fortrinnsvis med økende høyde i retning mot materialets utmatingsende, er anordnet omkring den indre mantelflate.

9. Anordning ifølge krav 8,karakterisert ved at tersklene (26 og 27,29) er anordnet henholdsvis omkring fbrbrenningsrøret (23) og i mellomsonen (B), fortrinnsvis slik at en terskel' (26) er beliggende ved forbrenningsrørets (23) ende, to (27,29) innen mellomsonen (B) og en (29') ved overgangen mellom mellomsonen (B) og tørkesonen (C).

10. Anordning ifølge hvilke som helst av de foregående krav, karakterisert ved at en eller flere turbulensbevirkende skjermer (31) er anordnet på forbren-ningsrøret (23).

11. Anordning ifølge krav 10,karakterisert ved at en terskel (25) er anordnet ved ovnens utløpsende og at ovnsmantelen mellom denne terskel (25) og terskelen (26) ved forbrenningsrørets (23) ende, er forsynt med keramiske løftere (36).