CH650234A5

CH650234A5 - Verfahren und anlage zum brennen von kalkstein und aehnlichen mineralischen rohstoffen.

Info

Publication number: CH650234A5
Application number: CH7664/80A
Authority: CH
Inventors: Erwin Fuessl
Original assignee: Maerz Ofenbau
Priority date: 1980-10-14
Filing date: 1980-10-14
Publication date: 1985-07-15
Also published as: FR2492076A1; ZA817000B; DE3136658A1; ATA397781A; AU7616281A; AU542592B2; AT379360B; FR2492076B1; CA1160045A; DE3136658C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Brennen von Kalkstein und ähnlichen mineralischen Rohstoffen mittels staubförmiger und/oder feinkörniger Brennstoffe in einem Schachtofen mit mindestens einem Schacht, wobei der zum Brennen benötigte Brennstoff durch mehrere Brennstoffmündungen in den als Brenn- bzw. Gleichstromschacht verwendeten Schacht eingebracht wird, und eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist ein Verfahren zum Brennen von Kalkstein und anderen ähnlichen mineralischen Rohstoffen bekannt (AT-Patentschrift211214) das für den Bau von Gleichstrom-Gegenstrom-Schachtöfen mit zwei oder mehr Schächten vielfach angewandt wird. Dieses Verfahren ist in seinem Betrieb verhältnismässig einfach und weist neben einem niedrigen Energieverbrauch den erheblichen Vorteil auf, wahlweise sowohl Weichbrand als auch Mittel- und Hartbrand erzeugen zu können. Die zur Erreichung eines hochwertigen Brenngutes erforderliche gleichmässige Verteilung des Brennstoffes und die Zuführung desselben in annähernd zeitlich gleichbleibender Menge ist bei der Verwendung von gasförmigen bzw. verdampften flüssigen Brennstoffen verhältnismässig einfach zu verwirklichen, wenn der Brennstoff an einigen Stellen des Schachtquerschnitts eingebracht wird.

Es ist auch bekannt (DE-Patentschrift 945 378), zum

Brennen von Kalkstein und dgl. in Ring- oder Schachtöfen Kohlenstaub zu verwenden, der in verschiedenen Höhen der Brennzone eingeführt wird, um eine stufenweise Verbrennung zu erreichen. Diese Art der Zuführung bedingt jedoch s einen verhältnismässig grossen Leitungsaufwand, ohne jedoch dadurch eine gleichmässige Verteilung des Brennstoffes über den Schachtquerschnitt zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, dass die Qualität des io gebrannten Kalks oder des gebrannten Materials annähernd mit der Qualität eines mit einem Brennstoff aus gasförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffen gebrannten Materials vergleichbar ist.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, is dass der am Anfang der Brennzone des Brenn- bzw. Gleichstromschachtes durch die Brennstoffmündungen zugeführte Brennstoff gleichmässig über den Schachtquerschnitt verteilt eingebracht wird.

Die Erfindung umfasst auch eine Anlage zur Durchfüh-20 rung des Verfahrens, bei dem die Brennstoffmündungen Endteil von gleichmässig über den Schachtquerschnitt des Schachtes bzw. der Schächte verteilten Brennstofflanzen sind.

Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung beispiels-25 weise dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt eines schematisch dargestellten Gleichstrom-Regenerativ-Schachtofens mit zwei Schächten, von denen der eine der Brenn- oder Gleichstromschacht und 30 der andere der Gegenstromschacht ist,

Fig. 2 einen Schnitt des Schachtofens nach Fig. 1 längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Dosieranlage für die Zuführung eines staubförmigen und/oder feinkör-35 nigen festen Brennstoffs in den Brennschacht, wobei der Brennschacht als Schnitt und als Ansicht aus der Blickrichtung A dargestellt ist, und

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Details einer Dosieranlage zur Dosierung von staubförmigen und/oder 40 feinkörnigen festen Brennstoffen in den Brennschacht eines Schachtofens.

Der in Fig. 1 und 2 schematisch dargestellte Schachtofen weist zwei Schächte 1,2 auf, die am unteren Ende einer 45 Brennzone B durch einen Überströmkanal 20 miteinander verbunden sind. Der Schacht 1 sei in Fig. 1 der Brenn- oder Gleichstromschacht und der Schacht 2 der Gegenstromschacht. Beim Schacht 1 wird Verbrennungsluft 8 von oben eingeführt, während die beim Brennen im Schacht 1 entste-50 henden Brenngase beim Übergang in den Schacht 2 mit von unten kommender Kühlluft 12 gemischt werden und nach Erwärmung des im Schacht 2 befindlichen Gutes als Abgas 9 am oberen Ende des Schachtes 2 austreten. Nach Beendigung des Brennvorgangs wird der Vorgang umgekehrt, d.h. 55 Schacht 2 wird der Brenn- oder Gleichstromschacht und der Schacht 1 der Gegenstromschacht. Der obere Teil der .Schächte 1,2 wird als Vorwärmzone V bezeichnet, in welchem Brennstofflanzen 3 mit Mündungen 30 angeordnet sind. Durch Zuleitungsrohre 4 wird den Brennstofflanzen des 60 Schachtes 1 pulverförmiger fester Brennstoff zugeführt, während im Gegenstromschacht, in Fig. 1 im Schacht 2, die Brennstofflanzen 3 durch ein Kühlmedium, z.B. Pressluft, gekühlt werden.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass die Brennstofflanzen 3 in 65 dem rechteckigen Schachtquerschnitt in zwei Reihen angeordnet und dadurch gleichmässig verteilt sind. Dadurch wird erreicht, dass der feste Brennstoff am Anfang der Brennzone B gleichmässig über das zu brennende Gut verteilt wird,

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so dass am Ende der Brennzone ein gleichmässig gebranntes Gut in die Kühlzone K eintritt.

Die Erfindung ist nicht nur auf Schachtöfen mit zwei quaderförmigen Schächten beschränkt. Der Schachtquerschnitt kann auch polygonförmig, oval oder zylindrisch sein, wobei die Schächte entweder nebeneinander oder zentrisch ineinander angeordnet sind. Im letzteren Fall ist der äussere Schacht ringförmig und der innere Schacht zylindrisch.

Ein wesentliches Erfordernis für die Erreichung eines qualitativ hochwertigen Brenngutes ist es, dass der Brennstoff den Brennstofflanzen 3 in annähernd zeitlich gleichbleibender Menge zugeführt wird. Hierzug dient eine Dosieranlage, wie sie in Fig. 3 und 4 dargestellt ist. In Fig. 3 ist der Schacht 1 sowohl als Schnitt als auch als Ansicht aus Richtung A dargestellt. Von den Zuleitungsrohren 4 werden zwei über eine Abzweigung 13 in Teilleitungen 14 zusammenge-fasst. Zwei Teilleitungen 14 sind über ein Teilungsrohrstück 15 mit einer Dosierleitung 16 verbunden. An deren Ende eine Treibdüse 17 angeschlossen ist, die einerseits mit einer Brennstoffdosierung 18 und andererseits mit einer Treibgasleitung 19 verbunden ist. Ein Kompressor 21 ist über einen Druckbehälter 22 mit der Treibgasleitung 19 verbunden.

Die Brennstoffdosierung 18 setzt sich aus einem Wiegebehälter 23, aus einer eintrittseitigen Förderschleuse 24, zwei austrittseitigen Dosierschleusen 25 und einem Absperrschieber 26 zusammen. Die Schleusen 24,25 sind als motorisch angetriebene Zellenradschleusen dargestellt, wobei die beiden Dosierschleusen 25 durch Unterteilung des Zellenrades einer Zellenradschleuse entstehen.

Über dem Wiegebehälter 23 ist ein Brennstoffsilo 27, z.B. für Kohlenstaub, angeordnet, dessen bodenseitiger Ausgang mit der Förderschleuse 24 verbunden ist. Auf der Decke des Silos 27 ist ein Entlüfter 28 mit einem Filter angeordnet, der das Siloinnere mit der Aussenluft verbindet. Um das Anbacken des festen Brennstoffs zu verhindern, wird im unteren Teil des Silos 27 eine Auflockerungseinrichtung 29 vorgesehehen. Mit dieser wird die Brückenbildung des festen Brennstoffs im Silo 27 verhindert und das gleichmässige Nachströmen desselben in die Förderschleuse 24 gewährleistet. In Fig. 3 ist die Auflockerungseinrichtung eine Leitungsanordnung, mit der ein Gas, zweckmässig Kohlendioxyd, ins Siloinnere 27 eingeblasen wird. Die Auflockerungseinrichtung 29 könnte jedoch auch mechanisch, z.B. durch Rüttler oder Vibratoren, ausgeführt werden. Über eine Leitung 31 erfolgt jeweils das Nachfüllen des Silos 27, z.B. mittels Pressluftförderung. Mit einem Schieber 32 kann der Austritt aus dem Silo 27 gesperrt werden. Entlüftungsleitungen 33 dienen der Entlüftung des Wiegebehälters 23 und sind zweckmässig in das Silo 27 eingeführt.

Die im Schacht 1 angeordneten Brennstofflanzen 3 können mittels einer schematisch dargestellten Einbauplatte 34 eingebaut und herausgenommen werden, z.B. für die Inspektion des Zustandes der Brennlanzen.

Fig. 4 zeigt eine ähnliche Dosieranlage wie diejenige in Fig. 3, weshalb gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen wurden, so dass auf ihre nochmalige Beschreibung verzichtet werden kann. Im Gegensatz zu Fig. 3 weist die Anlage nach Fig. 4 vier Dosierleitungen 16 auf, die sich in je zwei Zuleitungen 4 verzweigen. Vor jeder Verzweigung 13 ist eine Rohrweiche 35 angeordnet, mit der die betreffende Dosierleitung 16 auf die zwei entsprechenden Brennstofflanzen 3 des Schachtes 2 umgeschaltet werden kann, wenn Brennschacht 2 als Brennschacht und Schacht 1 als Gegenstromschacht arbeiten. Ein Gebläse 36 dient dazu, die Brennstofflanzen 3 des als Gegentromschachts arbeitenden Schachtes zu kühlen.

Mit Hilfe von Absperrventilen 37 kann die Kühlluft entweder den Lanzen des Schachtes 1 oder des Schachtes 2 zugeleitet werden.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, werden für acht Brennstofflanzen vier Dosierschleusen 25 benötigt, die zweckmässig durch Unterteilung einer grösseren Zellenradschleuse erhalten werden.

Die Dosieranlage nach Fig. 3 und 4 arbeitet wie folgt:

Zunächst wird der feste Brennstoff, z.B. Kohlenstaub, durch die Förderschleuse 24 in den Wiegebehälter 23 bis zur Erreichung der erforderlichen Menge gefördert. Zu Beginn des Brennvorgangs werden die Dosierschleusen in Betrieb gesetzt und gleichzeitig Treibgas in der gewünschten Menge vom Kompressor 21 den vier Treibdüsen 17 zugeführt. Da sowohl der Brennstoff und das Treibgas dosiert werden, wird den Brennstofflanzen Brennstoff in zeitlich konstanten Mengen zugeführt. Nach Abschluss des Brennvorgangs wird der Wiegebehälter 23 mit der gewünschten Menge gefüllt und nach Umstellen der Rohrweiche beginnt der Brennvorgang im Schacht 2. Anschliessend wiederholt sich der Brennvorgang abwechselnd in Schacht 1 und 2. Das Brennstoffsilo 27 wird mittels Grenzwertmeldern 38 überwacht, so dass sich immer genügend Brennstoff im Silo 27 befindet.

Es wurden industrielle Brennversuche in einem Zwei-Schachtofen mit einem Schachtquerschnitt von 3,8 m2 und einer Brennzonenhöhe von 7,0 m durchgeführt. Das Kornband des Kalksteins lag zwischen 30 und 90 mm, wobei während der Brennperiode der Schacht 1 immer mit Kohlenstaub und Schacht 2 immer mit Erdgas beheizt wurde. Der untere Heizwert des Erdgases betrug 8 700 kcal = 36 540 kJ/m2. Die im Schacht 1 nach Fig. 2 verteilten acht Brennstofflanzen 3 wurden mit einer Dosieranlage beaufschlagt, wie sie in Fig. 3 dargestellt und vorstehend beschrieben ist. Schacht 2 ist hier Gegenstromschacht und nach dem Umsteuern wurde Schacht 2 mit Erdgags beheizt und Schacht 1 dient als Gegenstromschacht zum Abzug der Rauchgase.

Die Brennversuche ergaben, dass sich Kohlenstaub im Gleichstrom mit heisser Luft von ca. 700°C, d.i. die Temperatur an den Mündungen 30, sehr gut verbrennen lässt und dabei eine Qualität des gebrannten Kalks erreicht werden kann, die mit dem mit Erdgas oder anderen flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen erzeugten Branntkalk verglichen werden kann. Der Wärmeverbrauch pro Tonne Kalk ist praktisch gleich, unabhängig davon, ob man Kohlenstaub oder gasförmige oder flüssige Brennstoffe verwendet.

Tabelle 1 zeigt eine Aufstellung über Analysen der verschiedenen Kohlensorten, die für die Brennversuche verwendet wurden.

In Tabelle 2 sind die Analysen des Branntkalks aufgeführt, die mit den in Tabelle 1 genannten Kohlensorten erzeugt wurden. Als Vergleich ist auch die Analyse von Kalk dargestellt, der mit Erdgasbeheizung in demselben Ofen gebrannt worden war.

Werden beide Schächte mit Kohlenstaub beheizt, ist eine Dosieranlage nach Fig. 4 zu verwenden, bei der zur Umsteuerung des Brennstoffes von einem auf den anderen Schacht in die Dosierleitungen 16 der Brennstofflanzen die Rohrweichen 35 eingebaut sind.

Es sei noch daraufhingewiesen, dass der industrielle und wirtschaftliche Wert des beschriebenen Verfahrens ausserordentlich gross ist, da der Wärmeverbrauch beim Schachtofen im Vergleich zu einem mit einem Vorwärmer ausgerüsteten Rotierofen, der sich ebenfalls für die Beheizung mit Kohlenstaub eignet, um mindestens 30% kleiner ist.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

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Tabelle 1

Kenndaten von Kohlen für Versuche im Kalkschachtofen

Deutsche Griechische Deutsche Südafrikanische bituminöse

Braunkohle Braunkohle Steinkohle Kohle

Aschegehalt

(%)

3,66

15,17

20,0

13,3

Feuchtigkeit

(%)

10,0

11,75

1,0

9,1

Flüchtige Bestandteile

(%)

45,41

8-10

• 22,3

Schwefel

(%)

0,40

1,7

1,0

Reinkohle

(%)

86,34

Heizwert

(kcal/kg)

5170

4170

6 400

5 960

(kJ/kg)

21700

17 500

26 880

25 000

Feinheit

(% <90 ym)

70

71,4

93

77,2

Tabelle 2

Gebrannter Kalk l.

Erdgasbeheizung

0-3 mm

> 3 mm

SÌO2 + Unlösliches

1,0%

1,1%

AI2O3

1,1%

0,7%

Fe203

0,4%

0,6%

CaO

93,6%

94,0%

MgO

2,4%

SOa

0,085%

Glühverlust

1,3%

2.

Beheizung mit deutscher Braunkohle

0-3 mm

> 3 mm

SÌO2 + Unlösliches

1,3%

0,5%

AI2O3

2,7%

1,7%

Fe2Ü3

1,6%

0,3%

CaO

87,9%

93,4%

MgO

2,7%

1,2%

SO3

2,8%

Spuren

Glühverlust

1,2%

2,4%

3.

Beheizung mit griechischer Braunkohle

0-3 mm

> 3 mm

SÌO2 + Unlösliches

22,7%

0,5%

AI2O3

5,0%

1,7%

Fe2Ü3

1,7

0,4%

CaO

62,2%

92,1%

MgO

1,7%

4,6%

SO3

4,9%

0,2%

Glühverlust

1,4%

0,5%

4.

Beheizung mit deutscher Steinkohle

0-3 mm

> 3 mm

SÌO2 + Unlösliches

1,3%

0,3%

AI2O3

1,9%

1,1%

Fe203

0,7%

0,6%

CaO

94,1%

97,0%

MgO

0%

SO3

0,8%

0,6%

Glühverlust

1,1%

0,6%

5.

Südafrikanische Kohle

0-90 mm

Glühverlust

0,3-2,5%

B

3 Blatt Zeichnungen

Claims

650234 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Brennen von Kalkstein und ähnlichen mineralischen Rohstoffen mittels staubförmiger und/oder feinkörniger Brennstoffe in einem Schachtofen mit mindestens einem Schacht, wobei der zum Brennen benötigte Brennstoff durch mehrere Brennstoffmündungen in den als Brenn- bzw. Gleichstromschacht verwendeten Schacht eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der am Anfang der Brennzone des Brenn- bzw. Gleichstromschachtes durch die Brennstoffmündungen zugeführte Brennstoff gleich-mässig über den Schachtquerschnitt verteilt eingebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff jeweils in den als Brenn- bzw. Gleichstromschacht verwendeten Schacht eines mindestens zwei Schächte, z.B nebeneinander angeordneten kreisrunde, ovale oder rechteckige Schächte, oder z.B. koaxiale ineinander angeordnete Schächte, aufweisenden Gleichstrom-Regene-rativ-Schachtofens eingebracht wird.

3. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffmündungen (30) Endteil von gleichmässigüber den Schachtquerschnitt des Schachts bzw. der Schächte (1,2) verteilten Brennstofflanzen (3) sind.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstofflanzen (3) mit einer Brennstoffdosieranlage verbunden sind, wobei die Zuleitungen (4) von mindestens zwei Brennstofflanzen (3) zusammengeführt und mit einer, mit Brennstoff aus einem Dosierbehälter (23) und mit einem Treibgas aus einer Treibgasleitung (19) beaufschlagten Dosierleitung (16) verbunden sind.

5. Anlage nach Anspruch 4 mit zwei Schächten, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierleitung (16) für die Brennstofflanzen des einen Schachtes (1) mit den entsprechenden Brennstofflanzen (3) des anderen Schachtes (2) über eine Rohrweiche (35) verbindbar ist.

6. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Dosierleitung (16) dosierbehälterseitig mit einer Treibdüse (17) verbunden ist, deren Sauganschluss mit einer Dosierschleuse (25), z.B. mit einer Zellenradschleuse, verbunden ist.