DD151995A1 - Verfahren und vorrichtung zur thermischen behandlung von feststoffen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur thermischen Behandlung von staubfoermigem oder feinkoernigem Material vorzugsweise bei Feststoffzersetzung, -umsetzung, -aufwaermung, oder -verbrennung. Ziel der Erfindung ist es, das staubfoermige, koernige oder granulierte Material fein verteilt direkt in die Zone hoechster Temperatur zu bringen, um es einem Thermoschock auszusetzen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, fuer spezielle thermische Prozesse eine geeignete Vorrichtung zu entwickeln, die in ihrem Aufbau relativ einfach zu erstellen ist, so dass grosser apparativer Aufwand vermieden wird. Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass geeignete Luftleiteinrichtungen (1) die Luftaustrittsspalten (4) bilden, zu denen jeweils Brenngasaustrittsspalten (7) oder mehrere Brenngasbohrungen (6) zugeordnet sind. Es kann eine beliebige Anzahl von Leiteinrichtungen parallel geschalten werden, um eine beliebige Anzahl von Austrittsspalten entsprechend dem jeweiligen thermischen Prozess zu erzielen. Ferner sind die Elemente am Ende der Gasleiteinrichtungen auswechselbar.

Description

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Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Peststoffen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von staubförmigem, körnigem oder, granuliertem Material bei hohen Temperaturen. Dabei kann es sich um eine Peststoffzersetzung, -umsetzung, -aufwärmung oder -verbrennung handeln.

Die Erfindung kann überall dort zur Anwendung kommen, wo ein Material schnell und bei hoher Temperatur reagieren, also einem Thermoschock ausgesetzt werden soll.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der Verfahrenstechnik und insbesondere bei chemischtechnischen Prozessen tritt oftmals das Problem auf, bei einem Verfahrens schritt oder Teilprozeß als Reak'tanten zum Einsatz kommende pulverförmige oder körnige Feststoffe einer thermischen Behandlung zu unterziehen.

Dabei ist es im allgemeinen üblich, diese Peststoffe in einem speziellen Reaktor durch geeignete technische Mittel mit einem gasförmigen Reaktionspartner hoher Temperatur zusammenzubringen, um die.gewünschte Umsetzung zu erzielen,

Ein bekanntes Verfahren für derartige Prozesse mit speziell für die Feststoffkennwerte ausgelegten Reaktoren ist das Wirbelschichtverfahren, andere Verfahren arbeiten mit Fließbett oder die Reaktion, erfolgt in Durchlaufofen.

Abgesehen von.dem verhältnismäßig großen apparativen Aufwand sind hinsichtlich der Temperaturbelastung diesen Verfahren jedoch gewisse Beschränkungen auferlegt. Die benötigten Gasverteilungseinrichtung6n, beim Wirbelschichtverfahren Roste genannt, sind werkstoffbedingt temperaturseitig nur innerhalb gewisser Grenzen belastbar oder eine kontinuierliche Arbeitsweise ist nicht gewährleistet.

Bei den bekannten Verfahren ist es mitunter nicht zu vermeiden, daß bei bestimmten Prozessen, hervorgerufen durch verfahrenstechnisch bedingte niedrige Gasg6schwindigkeiten, Toträume entstehen, in denen mitunter nur eine stark verzögerte Reaktion erfolgt.

Vorhandene Gasverteilungseinrichtungen werden nur dann wirksam, wenn sich an ihnen ein entsprechender Druckverlust einstellt, der nur durch eine geeignete Konstruktion der Gasverteilungseinrichtung und bei entsprechendem Vordruck und entsprechender Geschwindigkeit des Gases wirksam wird. Bei benötigten hohen Gasgeschwincigkeitsn, z. B. in einer Wirbelschicht, entsteht bei höheren Gastemperaturen ein großer Wärmeverlust in Form von heißem Abgas sowie nicht zu vermeidendem Gutaustrag. Dieser kann nur durch zusätzlich einzubauende Filteranlagen vermindert werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die thermische Behandlung energiewirtschaftlich zu verbessern und die aufgeführten Nachteile bisheriger Apparate .zu beseitigen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, unter Berücksichtigung der van^ft Hoffsehen Regel den staubförmigen, körnigen oder granulierten Heaktanten direkt in die Zone höchöter Temperatur zu bringen, um ihn einem Thermoschock auszusetzen, was eine besonders effektive Umsetzung zur Folge hat.

Das staubf örinige, körnige oder granulierte Material soll über eine bekannte Aufgabe- bzw. Dosiervorrichtung (z. B. Injektor, Drehtellerspeiser, Zellradschleuse usw.) direkt der Verbrennungsluft zugemischt und mit gleichbleibender Transportgeschwindigkeit bis zum Reaktionsraum geführt '. werden. Es soll somit die Zufuhr eines entsprechenden Hilfsgases für den Materialtransport entfallen.

Es wird angestrebt, den Reaktanten im Reaktionsraum vermittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, so in dünne großflächige Materialströme zu zerlegen, daß er eine strömungstechnisch günstige optimale Oberfläche im aufgelokkerten Teilchenverband einnimmt, um ihn so günstig mit den Reaktionspartnern, die in gasförmigem Zustand vorliegen, in Kontakt zu bringen.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß nach der Materialaufgabe durch eine Dosiervorrichtung geeignete Leiteinrichtungen angebracht sind, die am Ende_. (Beginn des Reaktionsraumes) einen oder mehrere Schlitze bilden, wobei zu jedem Luftspalt ein entsprechender Brenngas« schlitz oder mehrere Br.enngasaustrittsbohrungen zugeordnet sind»

Der Reaktionsraurn kann rechteckig bzw.. quadratisch oder rund ausgebildet sein. Dementsprechend sind auch die Leiteinrichtungen mit den entsprechenden Austrittsschlitzen gestaltet.

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Bei .rechteckiger Ausführung kann .eine beliebige' Anzahl von Leiteinrichtungen parallel geschalten werden, ura eine beliebige Anzahl von senkrechten oder waagerechten Austrittsschlitzen zu erzielen. Somit kann sich Anzahl und Größe der Austrittsschlitze dem jeweiligen thermischen ' ' Prozeß' anpassen. · '

Die Elemente am Ende der Leiteinrichtungen sind auswechselbar, um sie bei unterschiedlichen thermischen Prozessen (Feststoffzersetzung, Aufwärmung, Verbrennung) den jeweiligen Reaktionspartnern anpassen zu können. Je nach Anzahl der Elemente bzw. Anzahl der Austrittsschlitze entsteht auch die entsprechende Anzahl von Plammsnbändern mit einer hohen Wärme konzentration. Mit der Anzahl der Plammenbänder und der Beladung des Sauerstoffträgers mit dem entsprechenden Reaktionsmaterial kann der thermische Prozeß entsprechend beeinflußt werden.

Um eine intensive Durchmischung von Brenngas und Sauerstoff träger und eine kurze heiße Flamme zu erzielen, werden die beiden Komponenten im Kreuzstrom geführt; zur Ausbildung einer langen weiten Flamme, sov/ie einer längeren Reaktionsstrecko erfolgt der Austritt im Parallelstrom.

Es ist auch möglich, die Austrittsschlitze des Sauerstoffträgers und Brenngases sowie die dazugehörigen Leiteinrichtungen ringförmig zu gestalten. Eine gute Durchmischung wird hierbei durch den Einsatz geeigneter Turbulatoren oder Drahtwendel erzielt.

Die Flamme mündet direkt in den. Reaktionsraum, wobei es durch turbulente Vermischung zu einem gleichmäßigen Ausbrand kommt. Die Strahlenergie der Flamme wird hierbei zu deren Führung im Reaktionsraum ausgenutzt.

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In beschriebener Vorrichtung wird mit dem Sauerstoff-' träger gleichzeitig das-zu reagierende Material, transportiert, so daß nur die stöchiometrisch benötigte Menge In den Reaktionsraum gelangt und somit keine WärmeVerluste entstehen.

Das staubförmige, körnige.oder granulierte Material gelangt in fein verteilter Form in den Reaktionsraura ohne wesentliche Druckerhöhung des Sauerstoffträgers. Die Bildung von Totraumzonen mit abgeschwächter Reaktion wird dadurch verhindert.

Di6 Vorrichtung kann auch in mit Überdruck betriebenen Reaktionsräumen zum Einsatz kommen, indem der Druck von Sauerstoffträger und Brenngas dem Druck im Reaktionsraum angepaßt wird.

Da die Mischung von Brenngas und Sauerstoffträger und damit die Verbrennung erst ,curz hinter den Austrittsspalten bzw. -bohrungen erfolgt, werden diese ständig 'gekühlt.und kommen mit der Flamme nicht in Berührung, wodurch eine evtl. Ansatzbildung, die bei gewissen Prozessen unvermeidbar ist, verhindert wird.

Der Querschnitt des Luftkanals und die Größe des Luftaustrittsspalte S' sowie die Größe des Brenngasaustrittsspalts bzw. der Brenngasaustrittsbohrungen sind so aufeinander abgestimmt, daß die Mischenergie mit der Transportenergie für das Material übereinstimmt.

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Ausführungsbe i spiel _ . .

Die Erfindung ist an nachstehenden Beispielen näher erläutert:

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Schnitt dargestellt. Sie besteht -im wesentlichen aus dem Luftrohr 2, den Luftleiteinrichtungen 1, den Brenngasverteilungsrohren 5 und dein Reaktionsraum 9· Die Luftleiteinrichtungen sind so angebracht, daß der Querschnitt des Luftkanals 3 an jeder Stelle konstant ist und am Ende zwischen den Brenngasverteilungsrohren 5 die Luftaustrittsspalten M- bildet, in denen senkrecht zur Luftaustrittsrichtung die Brenngasaustrittsbohrungen 6 münden. .Die mit dem staubförmig^ε, körnigem oder granuliertem Material beladene Luft strömt durch das Luftrohr 2 und wird durch die Luftleiteinrichtungen 1 gleichmäßig auf die Luftkanäle verteilt und zu den Luftaustrittsspalten M- transportiert. Dort mischt sich der Sauerstoffträger (Luft) mit dem Brenngas, und es bilden sich aus dem Luftaustrittsspalt M- je 'nach Anzahl der Gasaustrittsbohrungen die entsprechende Anzahl Flammen.

Wichtig hierbei ist, daß die Transportenergie gleich der Mischenergie am Austritt entsprechen muß.

Nach "Eck" Technische Strömungslehre sind viele kleine .Flammen günstiger als eine große. Das Brenngas muß vor der Verbrennung intensiv gemischt werden, wobei- hier die rein mechanische Mischung nicht ausreicht; es ist dazu noch die molekulare Mischung (Diffusion) notwendig, die um so schneller vor sich geht, je dünner die zu mischenden Gasstrahlen sind.

V/eitere Ausführung sf or me η der erf indungsge mäßen Vorrichtung sind in den Figuren 2 bis M- dargestellt.

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Gegenüber der im ersten Beispiel beschriebenen Ausführung sind hier die Brenngasleiteinrichtungen 8 so gestaltet, daß' sie am Ende (Reaktionsraumeintritt) auswechselbare Elemente besitzen, so daß wahlweise die Varianten nach Fig. 2 bis 4· aufgebaut werden können.

An Stelle der Brenngasaustrittsbohrungen bilden die Brenngasleiteinrichtungen 8 einen Brenngasspalt 7«

Fig..2 und 4 bilden eine Kreuzstrom- und Fig. 3 eine Paral-' lelstromausfütirung. <

Claims (6)

1. 2 2 1 9 7 A β

   Erf indun.fi sansprüche.

   i'. Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Behandlung von staubförmigen oder feinkörnigen Material, welches feinverteilt direkt in die Zone höchster Temperatur gebracht v/erden soll",' dadurch gβkennzeichnet, daß die Luftleiteinrichtungen (1) konstruktiv so gestaltet sind, daß das "zu reagierende Material mit konstanter Geschwindigkeit im Luftstrom vom Luftleitrohr (2) bis zum Luftaustrittsschlitz (4) transportiert wird.
2. 2. Verfahren und Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Anzahl der Luftleiteinrichtungen (1) und der Brenngasleiteinrichtungen (8) und in dem Zusammenhang die Anzahl un.d Größe 'der Luftaustrittsspalten (4) und Gasaustrittsspalten (7) bzw;¹ Gasaustrittsbohrungen (6) so variiert v/erden kann, daß das Material entsprechend fein verteilt in den Reaktionsraum gelangt.
3. 3. Verfahren und Vorrichtung nach Punkt 1 bis 2, .dadurch gekennzeichnet^ daß die Brenngasleiteinrichtungen am Ende (Reaktionsraumeintritt) auswechselbare Elemente besitzen.
4. 4. Verfahren und Vorrichtung nach Punkt 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das staubförmige, körnige oder granulierte Material direkt dem stöchiometrisch benötigtem Sauerstoffträger zugeführt wird.
5. 5. Verfahren und Vorrichtung nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung von Brenngas und Sauer- stoffträger und'damit die Verbrennung erst kurz hinter den Austrittsspalten bzw. -bohrungen erfolgt und die Mischenergie mit der Transportenergie übereinstimmt.

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   6, Verfahren und Vorrichtung nach -Punkt 1 bis 5> äadurc_h ' .gekennzeichnet^ daß die Austrittsspalten für "Sauerstoff träger und Brenngas sowie die dazugehörigen Leiteinrichtungen ringförmig gestaltet sein können. Zur besseren Durchmisehung können geeignete Turbulatoren oder Drahtwendel angebracht sein.
6. 7. Verfahren und Vorrichtung nach Punkt 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsspalten so ausgebildet sein können, daß eine Abscheidung des reagierten Materials in einem nachgeschalteten Zyklon in dünnen Strähnen erfolgen kann.