DE2310853A1

DE2310853A1 - Vorerhitzer fuer einen kalkofen

Info

Publication number: DE2310853A1
Application number: DE19732310853
Authority: DE
Inventors: Marshall Frederick Parsons
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-03-07
Filing date: 1973-03-05
Publication date: 1973-09-13
Also published as: JPS49200A; US3766663A; JPS519715B2; DE2310853B2; AU467775B2; GB1394654A; CA984145A; AU5273073A; ES412199A1; IT983447B

Description

Vorerhitzer für einen Kalkofen

Die Erfindung betrifft das Vorerhitzen von Steinmaterial oder sortiertem, teilchenförmigen Material, etwa Kalkstein, das einem Drehofenverkalkungssystem zugeführt wird. Die Erfindung ist auch auf ähnliche Verkalkungs- oder Gas/Feststoff-Wärmeübertragungsprozesse anwendbar.

Ein Drehofenverkalkungsgerät hat einen verhältnismäßig niedrigen, thermischen Wirkungsgrad, insbesondere bei stark endothermen Prozessen, etwa beim Brennen von Kalk. Steigende Brennstoffkosten haben die wirtschaftliche Durchführbarkeit von Vorwärmgeräten für kommerzielle Drehöfen vergrößert.

Diese Vorwärmgeräte beruhen auf Wärmeüberträgungskonvektion, bei der die aus einem Ofen abgeblasenen Gase durch leere Räume im Beschickungsmaterial, etwa in einem senkrechten Schachtofen,

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geleitet werden. Wegen der verhältnismäßig geringen Größe der { Drehofenbeschickungen und des großen Volumens der Verbrennungs-

gase entwickelt sich ein ungeeigneter Druckabfall im System, aus- ^: genommen, wenn die Bettungen verhältnismäßig breit und niedrig

j sind. Die Gase sollten eine gleichförmige Bewegung über die gei

samte Bettung haben, um ein Oberhitzen oder Schmelzen zu vermeiden.

Wegen des verhältnismäßig höheren Wärmeübertragungswirkungsgrads des Vorwärmers ist die Verkalkungsreaktion bestrebt, sich vom Drehofen in den Vorerhitzer zu verlagern, was höhere Ofenaus-' trittstemperaturen ergibt. Diese Gase mit hoher Temperatur ergeben hohe Oberflächentemperaturen auf der dem Ofen zugeführten Steinbeschickung, mit dem Ergebnis, daß der Vorerhitzer eine nur j geringe Kühlwirkung aufdie Gase hat. Die sich anhäufende Wirkung

ist die, daß sich an der Verbindungsstelle des Vorerhitzers und des Ofeneinlaß¹ ein zirkulierender Luftstrom einstellt, wobei die hohen Temperaturen die Wärmeverluste und mechanischen Schwierigkeiten vergrößern.

Beim üblichen Vorerhitzer werden die Ofenentlüftungsgase unmittel*· bar dem Austrittsbereich des Vorerhitzers zugeführt. Die sich ergebenden hohen Temperaturen erzeugen große Strahlungs- und Wirkungsgradverluste. Ein viel Platz beanspruchender Beschickungs mechanismus ist erforderlich, um über den größeren Teilen der Bettungsfläche zu wirken, wobei dieser Mechanismus bei unüblich hohen Temperaturen arbeitet. Darüber hinaus bewirkt die kurze

Zeit, während der das Beschickungsmaterial hohen Temperaturen j

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i ausgesetzt ist, nur ein Erhitzen der äußeren Oberflächenteile, während die Mitten auf verhältnismäßig niedrigen Temperaturen ibleiben.

j Es ist ein allgemeines Ziel der vorliegenden Erfindung, die obi-

j gen Schwierigkeiten der üblichen Vorerhitzer zu überwinden. Kurz

' gesagt, enthält die Erfindung eine sich bewegende Bettung aus j so angeordnetem Material, daß die Ofenaustrittsgase in einer i

Höhe in den Vorerhitzer eingeführt werden, die beträchtlich über !

der Beschickungseinrichtung liegt, die den Stein zum Drehofen hin |

i entlädt. Dies erzeugt eine Glüh- oder Haltezone zwischen den Gas- j

eintritts- und Austrittsniveaus, die eine ausreichende Haltezeit j haben können, um den an jedem Teilchen entwickelten, hohen Ober- ,

i flächentemperaturen ein vollständiges Eindringen in das gesamte ; Volumen zu gestatten. Das Ergebnis ist ein vorerhitztes Material mit gleichmäßigerer Temperatur, mit niedrigerer Oberflächentem- j peratur jedoch größerem, gespeichertem Wärmeinhalt. Wenn dieses Material dem Drehofen zugeführt wird, hat es nicht das Bestreben, Wärme an den Gasstrom abzugeben, sondern wird etwas Wärme aufnehmen und hält die Gastemperatüren auf einem niedrigen Niveau.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen neuartigen und verbesserten Vorerhitzer vorzusehen, indem der Glühzonenabschnitt den gesamten Querschnittsbereich der Vorerhitzerbettungen mit einer verhältnismäßig kleinen und einfachen Beschickungseinrichtung verbindet, die bei mäßigen Temperaturen j arbeitet.Auf diese Weise werden die Unterhaltsprobleme vereinfacht. Die konisch geformte Haltezone trägt zur gleichförmigen

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Bewegung des Materials bei und erleichtert das Verbinden des großen Vorerhitzerbereichs mit der einzigen Beschickungseinrichtung.

Es ist ein weiteres Ziel, einen verbesserten Vorerhitzer dieser Art vorzusehen, der eine ausreichende Steinbettungsoberfläche ent-f wickelt, um einen Zutritt der Gase in die verhältnismäßig kleinen Leerstellenbereiche des Materials zu gestatten. Die heißen Gase werden um den äußeren Umfang mit kreisförmigem Querschnitt zugeführt und werden aus der Mitte entfernt. Da der Strömungswiderstand für heiße Gase größer ist als für kältere Gase, gestattet diese Anordnung die Entwicklung von Leerstellenbereichen der

Steinbettung, die etwa proportional den Gastemperaturen sind, um eine wirksame Ausnützung des Bettungsbereichs zu gestatten.

Weitere Merkmale,Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Darin zeigt: !

Fig. 1 einen Längsschnitt des neuartigen Vorerhitzers entlang

der Linie 1-1 der Fig. 2;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1; !

Fig. 3 einen teilweisen Schnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 2, der den Luftöffnungsaufbau zeigt.

Ein Vorerhitzer 11 enthält im allgemeinen einen Behälter mit einem äußeren Stahlmantel oder Rahmen 12 und mit einer inneren

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Auskleidung 13 aus hitzebeständigem Material. Da die Erfindung jehet die Anordnung als die spezifischen Konstruktionseinzelheiten des Vorerhitzers betrifft, werden die einzelnen Teile des Mantels, des Rahmens undder Auskleidung nicht ganz im Detail beschrieben. Es ist jedoch ersichtlich, daß Träger, Klammern, Schür- und Blaslöcher und andere Konstruktionselemente entsprechend den Anforderungen geändert werden können.

Die Steinbettungen 14 werden in einem zylindrischen Abschnitt 15 dieses Behälters gebildet. Ein Entlüftungsabzug 16 ist konzentrisch im Abschnitt 15 angeordnet und nach unten offen und erweitert mit einem Außendurchmesser von etwa 60 bis 75 % des Behälterdurchmessers. Der Abzug ist getragen dargestellt von einem ,waagrechten Kanal 17 der sich durch den Abschnitt 15 erstreckt ; und der zu einem nicht gezeigten Gebläseeinlaß führt. Die Spitze des Behälterabschnitts 15 wird von einer schematisch strichpunk- : tiert gezeigten Luftschleusenbeschickungseinrichtung 18 abge-

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\ schlossen, durch die der Stein eingeführt wird, so daß die Ofen- j

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entlüftungsgase durch eingeleiteten Druck durch die Steinbettunger

abgezogen werden können, ohne daß kalte Umgebungsluft eingezogen wird. Die Luftschleusenbeschickungseinrichtung kann irgendeine von verschiedenen üblichen Formen annehmen, etwa als ein Drehtor mit einer Vielzahl von durch radiale Flügel gebildeten Abschnitten. Das obere Niveau 19 des Materials wird an einer Stelle oberhalb des Entlüftungsabzugs 16 gehalten, so daß das Material ein symmetrisches Steinvolumen für die Entlüftung der Gase bildet.

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Bei einer geeigneten Tiefe unterhalb des Niveaus des Abzugs 16 j werden die zylindrischen Vorerhitzerwände auf einen größeren Durchmesser 20 vergrößert. Der Vorerhitzer hat einen waagrechten Absatz 21, der die Wandabschnitte 15 und 20 verbindet und sich über i den Abschnitt 20 hinaus erstreckt. Von der Außenkante des Absatzes!

21 erstreckt sich eine Wand 22 nach unten und erzeugt auf diese j Weise einen ringförmigen Verteilerkanal 23 zwischen dem Behälter- ! abschnitt 20 und der Wand 22. Die Entlüftungsgase 24 aus dem nicht gezeigten Drehofen werden durch die Leitung 25 aufwärts diesem Kanal zugeführt. Wegen des Ruhewinkels der kegelstumpfförmigen Fläche 26 der Steinbettung 14, wenn sie den Abschnitt

verläßt und sich zum Abschnitt 20 ausbreitet, wird unterhalb des Rands 21 ein ringförmiger Zwischenraum 2 7 gebildet. Unmittelbar unterhalb des Rands 21 ist in der oberen Kante des Abschnitts 20 eine Vielzahl von öffnungen 28 vorgesehen. Die heißen Gase werden vom Kanal 23 durch diese öffnungen 2 8 zur Steinbettung nach innen gezogen. Der Strom der heißen Gase bei der Bewegung durch diese öffnungen ist im allgemeinen radial nach innen außen sowie quer zur Abwärtsbewegung des Materials gerichtet. Die heißen Gase werden auf diese Weise gleichmäßig über die verhältnismäßig große, kegelstumpfförmige Fläche des Materials verteilt, das gegenüber der Abzugsfläche symmetrisch verteilt ist. Die Gase strömen durch Leerstellen im Material nach oben, wenn sie durch den Abschnitt 15 des Abzugs strömen. Der Kanal 23 gestattet ein Absetzen des in den Gasen mitgeführten Staubs, der durch Abzugskanäle 2 9 entfernt werden kann.

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' Auf dem Vorerhitzer ist eine sich unterhalb des Abschnitts 20 erstreckende Glüh- oder Haltekammer 30 ausgebildet. Dieser Abschnit : I des Vorerhitzers ist konisch, mit verhältnismäßig steilem Winkel

I ausgebildet und führt abwärts zu einer einzelnen, zentralen Ent-

i ladeöffnung 31 mit verhältnismäßig kleinem Querschnitt. Am Aus-

I laß 31 ist eine schematisch und strichpunktiert dargestellte Be-

i schickungseinrichtung 32 befestigt, die Material durch ein strich-

j punktiert dargestelltes, übliches Beschickungsrohr oder einen i Schacht 33 zum nicht gezeigten Drehofen abgibt. Um eine Bewe-

I gung des Materials über dem gesamten Querschnitt des Vorerhitzers

; sicherzustellen, ist innerhalb des konischen Abschnitts 30 ein Leitkörper 34 angeordnet. Dieser Leitkörper 34 ist über dem Hauptf teil seiner Länge konisch ausgebildet, ist in diesem Bereich i komplementär zum Abschnitt 30 und hat an seinem Oberteil umge-

kehrt konische Form 35. Der Leitkörper 34 wird von einer Vielzahl radialer Träger 36 getragen und gewährleistet auf diese Weise eine Bewegung des Materials über dem gesamten Querschnitt des Vorerhitzerabschnitts 30 zum Auslaß 31. Wegen des hohen Widerstands der tiefen Bettungen und der verhältnismäßig kleinen Querschnittsfläche findet in dieser Zone nur ein geringer Gasi strom statt. Auf diese Weise bildet der Abschnitt eine Haltei zone, in der die Hitze vom Inneren der Teilchen aufgenommen ι wird.

Die Bemessung des Halteabschnitts 30 und insbesondere die Rückhaltezeit für den darin befindlichen Stein ändert sich entsprechend den Erfordernissen. Diese werden durch drei Faktoren beherrscht:

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(a) Temperatur der in den Abschnitt 20 eintretenden Gase,

(b) Durchschnittsgröße der Steinteilchen,

(c) Wärmeleitfähigkeit des Steins

Der gerade aus dem Gas-Stein-Abschnitt 20 ausgetretene Stein hat grundsätzlich eine der Gastemperatur gleiche Oberflächentemperatur. Es sei z.B. angenommen, daß an der Oberfläche eines kugelförmigen Klumpens mit 38 mm Durchmesser eine Temperatur von 3632⁰C und in der Mitte eine Temperatur von 2192⁰C herrscht. Bei einer Wärmeleitfähigkeit im voraussichtlichen Bereich von Schieferstein oder Schieferton (für öfen mit leichten Zuschlagsstoffen) dürfte die Wärmeleitung die Temperaturen oberhalb der äußeren 9,5 mm (oder 7/8 des gesanten Klumpenvolumens) in sieben bis elf Minuten ausgleichen.

Bei Kalkstein gibt es einen Unterschied darin, daß in der Berührungszone Hitze verwendet wird zur Herstellung eines dünnen Kalziumoxidfilms auf der Steinoberfläche, so daß das Innere des Steins nicht zu viel Hitze aufnimmt. Wenn sich der Stein durch die Haltestation 30 bewegt, kann die Oberfläche wieder aufkohlen, bildet Kalkstein und gibt Hitze ab. Dies vergrößert das Erreichen eines relativen Gleichgewichts und erfordert eine längere Zeitin der Haltestation.

Im Betrieb strömen die heißen Gase 24 aufwärts durch die Leitung j 25 ui\d um den Kanal 2 3 herum, trete*·: in die Kammer 1": über

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' Öffnungen 28 ein und bewegen sich durch die Leerstellen im Material 14. Diese Gase strömen durch den zylindrischen Abschnitt 15 des Vorerhitzers aufwärts um den Abzug zu entlüften. Wenn sich j das Material durch diese Zone abwärts bewegt, breitet es sich zum Behälterabschnitt 20 hin aus. Dieser Abschnitt ist. wie der Ab-, schnitt 15_;ein aktiver Heizbereich, indem die heißen Gase durch die Materialleerstellen strömen. Da der Heizbereich verhältnismäßig nahe an der Beschickungseinrichtung 18 liegt, durch die die Teilchen bei Umgebungstemperaturen eintreten, gibt es große Temperaturdifferenzen zwischen den heißen Gasen und den Oberflächen der Teilchen. Dies ergibt eine unmittelbare große Wärmeaufnahme, was bei einer gegebenen Brennstoffmenge zu einer höheren Produktion beiträgt oder zu weniger Brennstoff je erzeugter Einheit.

Da das erhitzte Material sich weiterhin abwärts bewegt, tritt es in den Halteabschnitt 30 ein, wo es stufenweise hinab zu einem verhältnismäßig schmalen Querschnittsbereich verengt wird, um bei der zentralen Öffnung 31 entladen zu werden. Während der

I Zeit, in der sich das Material in der Haltezone befindet, dringt ' die von den äußeren Abschnitten der Teilchen aufgenommene Wärme in ihr Inneres und erzeugt durch und durch eine gleichförmigere Temperatur.

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Claims

Petentanwälte Dr. Ing. H. Negendank Dipl. Ing. H. Hauck - Diol Phys. W. Schmitt DIpI. Ing. E. Graäiis - Dipl. Ing. W. Wehneii 8 München 2, frSozertstrafie 23 Telefon 5330586 Marshall Frederick Parsons Waneta Road 2 8. Februar 19 73 Washington,Π.C.20016,USA Anwaltsakte M-2 509 Patentansprüche

1. Vorerhitzer für teilchenförmiges Material, etwa Kalkstein, gekennzeichnet durch einen hitzefest ausgekleideten Behälter mit einem oberen Materialeinlaßabschnitt, einen konzentrisch in diesem Abschnitt angeordneten Entlüftungsabzug, eine Einrichtung zum Zuführen von Material in diesen Abschnitt, einen Gaseinlaßabschnitt unterhalb des Materialeinlaßabschnitts, eine Vielzahl von am Umfang angeordneten öffnungen um den Gaseinlaßabschnitt herum, eine heiße Gase den öffnungen zuführende Einrichtung, wodurch die Gase durch das Material radial nach innen strömen, einen Materialhalteabschnitt, der sich vom Gaseinlaßabschnitt aus nach unten erstreckt, und eine Materialentladeöffnung am Boden des Materialhalteabschnitts.

2. Vorerhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialeinlaßabschnitt zylindrisch ist, daß der Entlüftungs-; abzug kreisförmig ist, und daß die Materialzuführungsein-

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richtung so angeordnet ist, daß das Niveau des Materials ober halb des Abzugs eingehalten wird.

3. Vorerhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaseinlaßabschnitt einen größeren Durchmesser hat als der Materialeinlaßabschnitt und so ausgebildet ist, daß der Ruhewinkel <fes herabsinkenden Materials um seinen Umfang eine geneigte, kegelstumpfförmige Fläche bildet.

4. Vorerhitzer nach.Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die j GasZuführungseinrichtung einen ringförmigen Verteilerkanal um die öffnungen herum aufweist, und daß die öffnungen neben dem Oberteil des vergrößerten Abschnitts angeordnet sind.

5. Vorerhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der

Materialhalteabschnitt konisch ist, und daß die Materialentist
ladeöffnung zentral angeordnet/und einen verhältnismäßig

geringen Querschnitt hat«

6. Vorerhitzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein konischer, tief liegender Leitkörper vorgesehen ist, der konzentrisch zum konischen Halteglied sowie innerhalb dieses Glieds im Abstand angeordnet ist, wodurch der gesamte Querschnittsbereich der Haltezone mit der Entladeöffnung gekuppelt ist.

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7. Vorerhitzer für teilchenförmiges Material, etwa Kalkstein, gekennzeichnet durch einen hitzefest ausgekleideten Behälter \ mit einem zylindrischen Abschnitt, einen konzentrisch in die-i sem Abschnitt angeordneten, kreisförmigen Entlüftungsabschnitt, eine Einrichtung zum Zuführen von Material in das Oberteil j des Behälters, so daß das Niveau des Materials oberhalb des ! Abzugs eingehalten wird, einen Abschnitt mit größerem Durchf messer als der zylindrische Behälterabschnitt unterhalb des

Abzugs und mit einer derartigen Gestalt, daß der Ruhewinkel des herabsinkenden Materials eine geneigte, kegelstumpfför-

j mige Fläche um seinen Umfang bildet, eine Vielzahl von am ' Umfang angeordneten öffnungen neben dem Oberteil des vergrößerten Abschnitts, eine Einrichtung zum Zuführen von heißen Gasen zu einem ringförmigen Verteilerkanal um die öffnungen herum, einen konischen Materialhalteabschnitt, der

sich vom vergrößerten Abschnitt aus nach unten erstreckt, und

i eine einzige, zentral angeordnete Materialentladeöffnung mit verhältnismäßig kleinem Querschnitt am Boden des Halteab- ' Schnitts.

8. Vorerhitzer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein konischer, tief liegender Leitkörper vorgesehen ist, der konzentrisch zum konischen Halteglied sowie innerhalb dieses Glieds in Abstand angeordnet ist, wodurch der gesamte Quer-

Schnittsbereich der Haltezone mit der Entladeöffnung gekuppelt ist.

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9. Vorerhitzer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abzug ein nach unten offenes, kegelstumpfförmiges Glied hat, das mit einem waagrechten Kanal verbunden ist, der durch den zylindrischen Behälterabschnitt führt·

i1O. Vorerhitzer nach Anspruch 7, dadurchgekennzeichnet, daß der I ringförmige Verteilerkanal so ausgebildet ist, daß er ein Absetzen von in den Gasen mitgenommenem Staub gestattet und im ; Boden des Kanals Abzugskanäle für den Staub aufweist.

11. Vorerhitzer für teilchenförmiges Material, etwa Kalkstein,

gekennzeichnet durch einen hitzefest ausgekleideten Behälter ι mit einem oberen Materialeinlaßabschnitt, einen Entlüftungs- ! abschnitt in diesem Abschnitt, eine Einrichtung zum Zuführen ! von Material in diesen Abschnitt, einen Gaseinlaßabschnitt,

j eine Einrichtung zum Zuführen von heißen Gasen in den Gasein- ! laßabschnitt, einen Materialhalteabschnitt, der sich vom Gas-

i einlaßabschnitt aus nach unten erstreckt, und eine Materiali entladeöffnung am Boden des Materialhalteabschnitts, wobei der Gaseinlaßabschnitt um einen wesentlichen Abstand oberhalb der Entladeöffnung angeordnet ist, wodurch die heißen Gase über einen Stein mit einer verhältnismäßig hohen Oberflächentemperatur strömen, wobei der Materialhalteabschnitt ausreichend bemessen ist, um eine Zeit für ein wesentliches Eindringen der Oberflächenhitze auf den hierdurch herabsin-

^! kenden Teilchen zuzulassen.

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12. Vorerhitzer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialeinlaßabschnitt zylindrisch ist, und daß der Materialhalteabschnitt konisch ist.

13. Vorerhitzer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,daß der Gaseinlaßabschnitt zwischen den Materialeinlaß- und Halteabschnitten angeordnet ist und einen ringförmigen Gasverteilerkanal aufweist.

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