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Senkrechter Schachtofen und Verfahren zu seinem Betrieb 1)ie v()rliegeti(le
l:rfndung betrifft Verbesserungen der Konstruktion und der Verfahren zum Betrieb
von senkrechten Schachtöfen, in welche zerkleinertes Material, (las aus festem Brennstoff
besteh oder festen Brennstoff enthält, von oben aufgegehen wird und im Gegenstrom
zu einem aufwärts strrnnenden Luftstrom durch den Schacht »ach u»teii wandert und
schließlich am unteren Ende des Schachtes entfernt wird. Die Temperatur des Materials
nimmt, wie bekannt, auf seinem Wege durch den Schacht allmählich zu, bis das Material
eine Stelle erreicht, wo die Verbrennung beginnt. Diese Stelle stellt die Grenze
zwischen der Vorwärtnungsz<»ne und der Brennzone dar. Auf seinem Wege durch die
Brennzone steigt zunächst die Temlwratur des llaterials weiter an, worauf die Temperatur
wieder abnimmt bis zu einer Stelle, wo die Verbrennung aufhört. Auf seinem weiteren
Wege wird das Material weiterhin abgekühlt, bis es das untere Ende des Schachtes
erreicht. Die erwähnte zweite Stelle stellt die Grenze zwischen der Brennzone und
der Kühlzone dar.
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Da Wärme zufolge Strahlung in radialer Richtung von den Schachtwänden
verlorengeht, ist die Temperatur in jedem :beliebigen horizontalen Querschnitt in
der Mitte des Ofens höher als am Umfang desselben. l)as hat zur Folge, daß die Tiefe
der Brennzone in der Mitte des Ofens beträchtlich gr<ißer ist als am Umfang.
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Es ist wünschenswert, ,daß die Grenze zwischen Brennzone und Kühlzone
durch eine .im wesentlichen ebene Fläche gebildet wird. In den bisherigen Ofen wird
aber die Grenze durch eine 1'araboloidfläche gebildet, deren Scheitel oft bis
zum
unteren Ende des Schachtes vordringt. Das hat natürlich eine Reihe schwerwiegender
Nachteile zur Folge. Die hohen Temperaturunterschiede in Ebenen senkrecht zur Ofenschachtachse
bewirken eine ungleichmäßige Verteilung der Luft, einen ungleichmäßigen Feuerfortschritt
und eine ungünstige Luftzusammensetzung, so daß die Qualität des Klinkers vermindert
und die Wärmeökonomie und die Ofenleistung herabgesetzt werden.
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Es ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Schwierigkeit
zu vermeiden; weitere Aufgaben und deren Lösungen werden im Laufe der folgenden
Beschreibung behandelt werden.
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Das Verfahren zum Betriebe von senkrechten Schachtöfen der oben gekennzeichneten
Art ist nun gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der von unten
in den Schacht eingeführten aufsteigenden Luft vom Umfang der Kühlzone unmittelbar
unterhalb der Brennzone wieder abgeführt wird, so daß nur ein Teil der zugeführten
Luft aufwärts durch die Verbrennungszone wandert.
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Die Erfindung betrifft auch Konstruktionen für senkrechte Schachtöfen,
die zur Ausführung des neuen Verfahrens geeignet sind. Diese Schachtöfen besitzen
Mittel für die Zufuhr der Luft in der Nähe des Bodens des Schachtes, eine oder mehrere
Auslaßöffnungen für die Verbrennungsgase am oberen Ende des Schachtes und eine oder
mehrere Auslaßöffnungen in einer oder in mehreren zur Ofenachse senkrechten Ebenen
unmittelbar unterhalb der Brennzone.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht, die durch die Kühlzone
wandernde Luftmenge beträchtlich zu vergrößern und damit die Kühlwirkung in der
Kühlzone so zu erhöhen, ohne die Luftmenge zu vergrößern, die durch die Brennzone
wandert, daß die Verbrennungszone in der Mitte des Schachtes nicht viel weiter nach
unten reicht als am Umfang des Schachtes, so daß die Tiefe der Brennzone über den
gesamten Querschnitt gleichmäßiger verteilt ist.
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Die Erfindung kann mit besonderem Vorteil bei der Zementherstellung
Anwendung finden. Da das Material, in diesem Falle gebrannter Klinker, am unteren
Ende des Ofens mit niedrigerer Temperatur entnommen wird, wird auch die Zeit verkürzt,
in welcher das Material so weit abgekühlt wird, daß es weiter behandelt werden kann;
es ist einleuchtend, daß diese Zeitersparnis einen wesentlichen zusätzlichen Vorteil
darstellt. Der wichtigste Vorteil ist aber darin zu sehen, daß die Verbrennungszone
eine gleichmäßigere Tiefe besitzt und daß auch die Bedingungen gleichmäßiger sind,
denen das Material an verschiedenen Stellen des Ofenquerschnittes unterworfen ist,
so daß sich ein gleichmäßiges Produkt ergibt. Durch Regelung der unten in den Ofen
eingeführten Luftmenge und der Luftmenge, die aus der Kühlzone abgeleitet wird,
kann die untere Grenze der Verbrennungszone nach oben und nach unten hin beliebig
eingestellt werden. Die schnellere Kühlung verbessert auch die Qualität des Produktes
durch Unterkühlung des Calciumsilicates. Die Luft, die vom Umfang der Kühlzone abgeleitet
wird, besitzt eine verhältnismäßig hohe Temperatur und kann in verschiedener Weise
Verwendung finden. So kann z. 13. im Falle der Zementherstellung die aus der Kühlzone
abgeführte Luft in Trocknungsvorrichtungen geleitet werden, in welchen sie zur Vorwärmung
der Formlinge oder der Briketts verwendet wird, bevor die letzteren in den Ofen
aufgegeben werden.
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Es hat sich ferner auch als vorteilhaft erwiesen, einen Teil der aus
der Kühlzone abgeleiteten Luft durch am Umfang angeordnete Öffnungen im Bereich
der Vorwärmungszone wieder in den Ofen einzuführen, wodurch die in der Luft enthaltene
Wärme wieder in das Systeiu zurückgeführt wird.
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Die Regelung der abgeleiteten und auch der zurückgeführten Luftmenge
kann durch eine Relaisvorrichtung bewirkt werden, die z. B. durch wärmeempfindliche
Thermoelemente gesteuert wird, die in der Ofenwand in verschiedenen Höhen und an
verschiedenen Seiten angeordnet sein können, und die Regelung kann auch so getroffen
werden, daß die untere Grenze der Brennzone selbsttätig in einer vorbestimmten Höhe
gehalten wird.
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Im folgenden -,wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben werden, wobei die Abbildung einen
senkrechten Schnitt durch den neuen Zementschachtofen darstellt.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, besteht der Zementofen aus
einem senkrechten Sehacht 2. Am unteren Ende des Schachtes ist ein rotierender Rost
3 mit geeigneten Öffnungen vorgesehen, durch welche die gebrannten Klinker in die
Austragrinne .4 gelangen, von welcher nur der obere Teil dargestellt ist. Der rotierende
Rost wird von einer Welle 5 getragen, deren Antrieb nicht dargestellt ist. Der obere
Teil der Austragrinne .4 ist mit einer Öffnung 6 versehen, durch welche die Luft
in den unteren Teil des Ofens eingeblasen wird.
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Oberhalb des Schachtes 2 ist ein Speisetrichter 7 mit einer Schüttrinne
8 vorgesehen, der von einem Gehäuse 9 umgeben ist, welches einen Auslaß io für die
Verbrennungsgase besitzt. Der Ofen wird mit festem Brennstoff und mit zementbildendem
Material in Form von Formlingen oder Briketts i i beschickt.
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Im Bereiche des oberen Teils der Kühlzone unmittelbar unterhalb der
Brennzone sind in der Schachtwand eine Anzahl von Austrittsöffnungen 12 vorgesehen,
die rings um den Umfang verteilt sind und von Regelungsventilen 13 beherrscht werden;
diese Öffnungen verbinden das Innere des Schachtes 2 mit Sammelleitungen 14, die
zu beiden Seiten des Ofens angeordnet sind und am oberen Ende in Verbindung stehen,
so daß sie eine gemeinsame Ausströmleitung 15 bilden, wobei die durchströmende Luftmenge
durch ein Regelventil 16 geregelt werden kann.
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Ein gewisses Stück unterhalb des oberen Endes des Schachtes ist eine
Anzahl von Öffnungen vorgesehen, die durch Rohrleitung 18 mit den Sammelrohren 14
in Verbindung stehen, wobei jede Rohr-
Leitung 18 mit einem Regelventil
i9 ausgerüstet ist; auf diese Weise stehen die Sammelrohre 14 in Verbindung mit
dem oberen Teil des Schachtes 2, wodurch eine Rückführung eines Teils der entnommenen
Luftmenge ermöglicht wird.
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Im Bereiche zwischen den Austrittsöffnungen 12 und den Eintrittsöffnungen
18 können noch weitere Eintrittsöffnungen 2o rings um den Ofen angeordnet sein,
die von den Sammelleitungen 14 in das Innere des Schachtes 2 führen und von denen
wieder jede mit einem Regelventil 21 versehen ist. Ein Stück oberhalb des unteren
Endes des Ofens können weitere Entnahmeöffnungen vorgesehen werden, die (las Innere
des unteren Ofenteils mit den Sammelrohren verbinden. Die Ausströmleitung 15 steht
mit einer Trockenkammer 23 in Verbindung, die einen in den Kamin io führenden Auslaß
24 besitzt. Das zu trocknende Gut wird durch eine Speisefördervorrichtung 25 durch
die Trockenkammer 23 geleitet und dann durch eine Schüttrinne in den Fülltrichter
7 aufgegeben.
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Oberhalb und benachbart zu jeder Eintrittsöffnung 18 und 20 und Auslaßöffnung
12 sind Thermoelemente 27 in die Ofenwand eingebaut. Die Thermoeleniente 27 stehen
in elektrischer Verbindung mit einer Regelvorrichtung 28, welche ihrerseits elektrisch
mit jedem der Regelventile 13, i9 und 21 verbunden ist. Die elektrischen Verbindungen
zwischen den Thermoelementen und dem Regler als auch zwischen dem Regler und den
Regelungsventilen sind in der Zeichnung durch gestrichelte Linien angedeutet, und
sie können in bekannter Weise ausgeführt werden.
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Der Zementofen arbeitet in folgender Weise: Fester Brennstoff und
zementbildendes Material werden in Form von Formlingen oder Briketts i i am oberen
Ende des Ofens i aufgegeben, und sie wandern durch den Ofenschacht 2 abwärts entgegen
einem aufsteigenden Luftstrom. Auf seinem Wege durch den Schacht nimmt das aufgegebene
Material eine immer höhere Temperatur an, bis es eine Temperatur erreicht, bei welcher
die Verbrennung beginnt. Diese Stelle stellt die Grenze zwischen der Vorwärmungszone
A und der Brennzone B dar. Wenn (las Material durch die Brennzone
B wandert, steigt zunächst seine Temperatur, worauf die Temperatur wieder abnimmt,
bis das Material eine Stelle erreicht, in welcher der Brennprozeß beendet ist; auf
seinem weiteren Wege durch den Schacht kühlt das Material weiter ab, bis es das
untere Ende erreicht, wo es (Lurch den umlaufenden Rost 3 in den Austragtrichter
.4 gelangt. Die oben erwähnte zweite Stelle stellt die Grenze dar zwischen der Brennzone
ß und der Kühlzone C.
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Die Kühlluft wird in den Schacht an seinem unteren Ende durch Öffnungen
6 im Austragtrichter 4 und (Lurch den umlaufenden Rost 3 hindurch eingeblasen. Die
auf diese Weise eingeblasene Luftmenge wird so bemessen, daß sie die in der Breinizone
erforderliche Luftmenge beträchtlich übersteigt und geeignet ist, eine so starke
Kühlwirkung im Bereiche der Kühlzone zu erzielen, daß ein Abwärtswandern der Brennzone
auch in der Mitte des Ofens verhindert ist. Durch die so erzielte gleichmäßigere
Temperaturverteilung über den Ofenquerschnitt wird sichergestellt, daß alle Formlinge
im wesentlichen während der gleichen Zeitdauer dem Brennprozeß unterworfen werden
und daß daher ein gleichmäßigeres Produkt erzielt wird.
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Damit nur eine solche Luftmenge die Verbrennungszone erreicht, die
für eine vollkommene Verbrennung des Brennstoffs erforderlich ist, wird ein Teil
der in die Kühlzone eingeführten Luft später wieder aus der Kühlzone mit Hilfe der
für diesen Zweck vorgesehenen Austrittsöffnungen 12 und in die Sammelleitung 14
abgeführt. Die entnommene Luftmenge wird durch die Thermoelemente 27 in Verbindung
mit dem elektrischen Regler 28 geregelt werden, -der die Regelungsventile 13 steuert.
Die Regelung kann so bewirkt werden, daß die Grenze zwischen der Kühlzone C und
der Verbrennungszone B auf einer vorbestimmten Höhe erhalten wird oder daß die ganze
Zone oder Abschnitte derselben in gewünschter Weise nach oben und nach unten verschoben
werden können.
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Wenn eine besonders starke Kühlung am unteren Ende des Sehachtes erwünscht
ist, dann kann die einzublasende Luftmenge noch weiter erhöht werden und ein Teil
der eingeblasenen Luft in einer Zone unterhalb der Entnahmeöffnungen 12 durch weitere
Entnahmeöffnungen 22 in die Sammelleitung 14 abgeleitet werden.
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Ein Teil der Luft, die von der Kühlzone abgeleitet wurde, kann; wenn
erwünscht, in den oberen Teil der Brennzone B durch einen Teil oder durch alle Eintrittsöffnungen
2o eingeführt werden, um die Lage der Verbrennungszone rings um den Umfang des Ofens
gleichmäßig zu gestalten. Die Menge der auf diese Weise zurückgeführten Luft wird
durch Thermoelemente 27 mit Hilfe des Reglers 28 eingeregelt. Ein weiterer Teil
der Luft kann dann in die Vorwärmungszone A eingeführt werden, wodurch ein Teil
der Wärmemenge, die der Kühlzone entzogen wurde, zur Vorwärmung des Gutes im oberen
Teil des Schachtes verwendet wird. Diese Luft wird der Vorwärmungszone A durch Eintrittsöffnungen
18 zugeführt, die durch Regelventile i9 beherrscht werden, deren Betätigung in ähnlicher
Weise, wie oben beschrieben, durch weitere Thermoelemente 27 und durch den Regler
28 bewirkt wird.
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Der übrigbleibende Teil der aus der Kühlzbne abgeleiteten Luft kann
dann durch die durch das Regelventil 16 beherrschte Ablaßleitung 15 entweichen,
oder diese Luft kann zu Zwecken der Vorwärmung oder Trocknung außerhalb des Ofens
Verwendung finden. Im dargestellten Falle wird der übrigbleibende Teil der heißen
Luft durch die Auslaßleitung 15 und das Regelventil 16 in die Trocknungskammer 23
eingeführt, von welcher sie durch die Auslaßleitung 24 in den Kamin io entweicht.
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Mit Hilfe einer solchen Anordnung werden die Formlinge oder Briketts
bei ihrem Durchgang durch die Trockenkammer auf der Transportvorrichtung vorgetrocknet,
bevor sie durch die Schüttrinne 26
in den Fülltrichter 7 aufgegeben
werden. Auf diese Weise wird eine beträchtliche Wärmemenge, die sonst verlorengehen
würde, dem System wieder zugeführt, wodurch Wärmeverluste verringert werden und
der Wirkungsgrad des Ofens wesentlich verbessert wird.
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Der Ofen kann z. B. eine Höhe voll 3o Fuß besitzen und einen inneren
Durchmesser von etwa 7Fuß aufweisen, und die Aufgabemenge kann etwa io t stündlich
betragen, wobei Formlinge oder Briketts mit folgender Zusammensetzung aufgegeben
werden können: 11,7°/o Siliciumoxyd, 5,6o/oAluminiumoxyd und Eisenoxyd, 36,3 % Kalk
und 45,30/0 fester Brennstoff.
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1)1e Luftmenge kann so eingestellt werden, daß etwa 170 m3
pro Minute aus der Kühlzone C in die Brennzone ß eintreten, während etwa weitere
170 m3 pro Minute von der Kühlzone C entnommen werden und in der beschriebenen
Weise Verwendung finden.
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Obgleich besondere Zahlen für Abmessungen, Zusammensetzungen, Luftmengen
und Aufgabeinengen angegeben worden sind, ist es selbstverständlich, daß diese Größen
in verschiedener Richtung hin geändert und den Bedürfnissen des besonderes Falles
angepaßt werden können.