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Verfahren zur Durchführung beliebiger endothermer Prozesse im Schachtofen, z. B. zum Brennen von Kalk, und Ofen zur Ausübung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft eine Weiterbildung des Verfahrens zur Durchführung beliebiger endothermer Prozesse im Schachtofen, z. B. zum Brennen von Kalk, gemäss Patent Nr. 211214, bei dem das Brenngut in einer ersten Zone vorgewärmt, in der darauffolgenden Zone der unmittelbaren Einwirkung eines Brennstoffes und in einer weiteren Zone einer Abkühlung unterworfen wird.
Das Besondere dieses Verfahrens besteht darin, dass die Kühlzone und-oder die Vorwärmzone von zumindest einem Teil des für den Brennprozess benötigten Wärmeträgers abwechselnd im Gleichstrom und im Gegenstrom durchsetzt wird, so dass der beim üblichen Schachtofen anfallende Wärmeüberschuss in der Vorwärmzone wieder für den Brennprozess nutzbar gemacht wird.
Zum Brennen von Kalk sind u. a. bereits Öfen bekannt, bei denen die Gase die Brennzone quer durchströmen, so dass sie wegen des grösseren Querschnittes einen geringen Widerstand finden, wodurch auch kleines Material, etwa von einer Korngrösse von 10 bis 25 mm, gebrannt werden kann, welches für das Brennen im Gleichstrom nicht in Betracht kommt. Das Querstrombrennen bietet überdies noch den Vorteil, dass das Material sehr gleichmässig gebrannt wird, weil die sich im Ofen einstellenden Temperaturen gleichmässig verteilt sind. Hingegen wurde bisher bei den bekannten Querstromöfen nur geringe Rücksicht auf eine günstige Ausnützung der Wärme genommen, und die aus dem Ofen austretenden Abgase führten beträchtliche Mengen unausgenützter Wärme mit sich.
Zur Vermeidung dieses Nachteiles wurde nun erkannt, dass das erfindungsgemässe Verfahren gemäss dem Stammpatent mit Vorteil auch mit dem Brennen im Querstrom kombiniert werden kann. Erfindungsgemäss wird daher das Brenngut in der Brennzone quer zu seiner Bewegungsrichtung vom Wärmeträger durchsetzt. Dies ermöglicht, dass im Gegensatz zu den bisher bekannten üblichen Querstromöfen verhältnismässig kaltes Abgas, z. B. von etwa 750 C, den Ofen verlässt und auch bereits abgekühltes Brenngut aus dem Ofen gezogen werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die Fig. 1 und 2 einen Doppelschachtofen in zwei verschiedenen Schnitten zeigen. Fig. 1 ist ein Schnitt nach der Linie C-D in Fig.-. ; Fig. 2 ein Schnitt mach der Linie A - B in Fig. 1. Die Fig. 3 zeigt schematisch einen aus einer Anzahl von im Kreis angeordneten Schächten bestehenden Ofen, wobei der Deutlichkeit halber alle Schächte in der Zeichnungsebene veranschaulicht sind. Der Schachtofen gemäss der Fig. 1 und 2 be- steht aus zwei Schächten 1, 2, die durch eine Übertrittsöffnung 3 miteinander verbunden sind.
Die Schäch- te weisen wie beim Ofen gemäss dem Stammpatent eine Vorwärmzone V, eine Brennzone B und eine Kühlzone K auf und sind oben mit einer gemeinsamen Zufuhrvorrichtung 4 für das Brenngut, einer Zufuhreinrichtung 5 für die von Gebläsen kommende Primärluft und einem Abzugskamin 6 versehen. Am Fuss der Schächte 1, 2 befindet sich eine Austragvorrichtung 7 beliebiger Bauart für das gebrannte Gut und eine Einlassöffnung für die von unten zugeführte Sekundärluft. Jeder der Schächte ist am unteren Ende der Vorwärmzone V mit einem Gewölbe 8 versehen, welches den Schacht diametral durchsetzt.
Die oben durch die Vorrichtung 5 eintretende Primärluft umströmt das Gewölbe 8 (Fig. 1) und tritt über den unterhalb des Gewölbes 8 liegenden freien Raum 9 in einen von einem Gewölbe 10 gebildeten vertikalen Kanal 11 ein, der sich ebenfalls diametral im Ofenschacht erstreckt. Am unteren Ende dieses Kanals 11 sind
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Brenner 12 angeordnet, so dass sich die abwärts strömende Primärluft mit dem flüssig, gas-oder staubförmig zugeführten Brennstoff vereinigen kann. Etwa in gleicher Höhe wie die Brenner 12 sind an der Schachtwandung Gewölbe 13 angeordnet, die mit der Schachtwandung vertikale Kanäle 14 bilden. Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, können beispielsweise drei solche Gewölbe 13 vorgesehen sein, wobei in der Mitte des Schachtes eine entsprechende Anzahl von weiteren Gewölben 15 und 16 liegen.
Die Gewölbe 16 liegen im dargestellten Beispiel in Höhe der Verbindungsöffnung 3 zum andern Schacht. Unterhalb jedes Gewölbes 13 sind Öffnungen vorgesehen, die zu den seitlich gelegenen vertikalen Kanälen 14 führen. Der Ofenschacht ist im Bereich der Kühlzone trichterförmig ausgebildet. Im übrigen sind die beiden parallel nebeneinander angeordneten Ofenschächte 1 und 2 völlig gleich, wobei ausser den gemeinsam men Ein- und Austragsöffnungen 4,5, 7, am oberen und unteren Ende auch eine gemeinsame Ummantelung vorgesehen ist.
Die Wirkungsweise des Brennofens gemäss der Erfindung ist die folgende : Die Primärluft tritt nachdem Durchströmen der Vorwärmzone unterhalb des Gewölbes 8 in den Kanal 11 ein und vereinigt sich am unteren Ende dieses Kanals mit dem hier zugeführten Brennstoff. Die entstandenen Feuergase durchsetzen das Brenngut in Querrichtung und gelangen zu den randseitigen vertikalen Kanälen 14, in denen sie nach unten strömen. Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, wird den Feuergasen beim Strömen in der Quenchtung ein sehrgrosser Querschnitt dargeboten, der jedenfalls grösser als jener in vertikaler Richtung ist. Nur ein geringer Teil der Feuergase strömt wegen des höheren Widerstandes direkt unter das Gewölbe 15, wogegen der grösste Teil den kürzesten Weg quer durch die Materialsäule zu den Gewölben 13 nimmt.
Soweit die Verbrennung des Brennstoffes mit der Primärluft nicht bereits beim Durchgang vom Gewölbe 10 zum Gewölbe 13 erfolgt ist, wobei Wärme an das Brenngut abgegeben wurde, geschieht die Restverbren- nung-soweit ausreichend Primärluft zur Verfügung steht-in den vertikalen Kanälen oder Brennschäch- ten 14, in denen die Brenngase mittels Zusatzbrenner 17 aufgeheizt werden, um bei abermaligem Durchströmen der Materialsäule zu den Gewölben 15 und 16 hin den Brennprozess weiter forzusetzen.
Während dieses Vorganges strömt im Gegenstrom von unten in den Ofenschacht Sekundärluft ein, welche den kürzesten Weg zum Gewölbe 16 nimmt. Der von oben mit der Primärluft noch mitgeführte Restbrennstoff verbindet sich nun mit der Sekundärluft und entwickelt abermals Wärme. Die auf diese Art aufgeheizten Gase strömen durch den Verbiadungsschacht 3 in den benachbarten Ofenschacht 2, vereinigen sich hier gegebenenfalls mit in diesem Schacht zugeführter Sekundärluft und durchsetzen nunmehr wiederum im Querstrom die Materialsäule. Wie erwähnt, wird das Strömen in Querrichtung dadurch bewirkt, dass den Gasen in dieser Richtung ein geringerer Widerstand als in vertikaler Richtung dargeboten wird.
Unterhalb des Gewölbes 8 treten die Heizgase in die Vorwärmzone V des zweiten Schachtes 2 ein und heizen das frisch zugeführte Brenngut soweit auf, dass dieses bis zur Reaktionstemperatur vorgewärmt wird. Überdies wird noch soviel Wärme gespeichert, als nach dem Umschalten zum Vorwärmen der von oben kommenden Primärluft auf Reaktionstemperatur erforderlich ist.
Es ist ohne weiteres denkbar, die Gewölbe 8 und 10 wegzulassen und den Brennstoff unmittelbar in die seitlichen vertikalen Verbrennungsschächte 14 einzubringen, wozu die bereits erwähnten Brenner 17 dienen können. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass die heissen Feuergase auch auf den gegebenenfalls schon fertiggebrannten Kalk einwirken, was zu schärfere Brande führt. In diesem Falle könnte jedoch ohne Verschlechterung des thermischen Wirkungsgrades aus einem Schacht kaltes Abgas abgezogen und zusammen mit Brennstoff und Luft, die als sauerstoffarme Primärluft anzusehen ist, eingeblasen werden. Auf diese Weise käme es zu keinem Überbrennen des Brenngutes.
Da das Ziel sowohl der Erfindung nach dem Stammpatent als auch nach dem vorliegenden Zusatzpatent darin besteht, dass einerseits nur kaltes Abgas den Ofen verlässt, anderseits kaltes gebranntes Gut gezogen wird, erfolgt die Umschaltung des Ofens in jenem Augenblick, in dem das Abgas zu heiss zu werden beginnt, wenn also das in der Vorwärmzone aufgeheizte Material keine weitere Wärme mehr zu binden vermag, so dass nunmehr die Primärluft dem Schacht 2 zugeführt wird und das Abgas den Ofen über den Schacht 1 verlässt.
Ein beiden Schächten gemeinsamer, drehbarer Gichtverschluss gestattet es, alternierend den einen Schacht von oben mit Primärluft zu versorgen, aus dem andern Schacht die Abgase abzuziehen und neues Brenngut in den Schacht einzubringen. Am Ofenfuss hat jeder Schacht eine Abziehvorrichtung 7 Ubli- cher Bauart, mit der das Brenngut entweder laufend aus dem Sammeltrichter abgezogen wird, oder aus dem Sammeltrichter mittels einfachen Klappverschlusses während des periodischen Umschaltens ausgetra- gen wird.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schachtofens dargestellt, der zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignet ist. Bei diesem Schachtofen sind mehrere Schächte, insgesamt
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neun, ringförmig zusammengeschlossen u. zw. so, dass jeder Schacht für sich eine Vorwärm-und eine Kühlzone (V-K) besitzt, alle Schächte zusammen jedoch eine gemeinsame Brennzone B haben. Der ringförmige Gichtverschluss 18 ist so angeordnet, dass in einem oder mehreren Schächten, z. B. in den Schachtten IV, V und VI Primärluft aufgegeben wird. Im Bereich dieser Schächte wird an der Übergangsstelle von der Vorwärmzone Vin die Brennzone B der Brennstoff aufgegeben, z. B. zwischen den Schächten IV und V bzw. V und VI.
Einer oder mehrere Schächte sind mit dem Kamin 19 verbunden, so dass durch sie das Abgas nach aussen geführtwird. Gleichzeitig erfolgt in diesen Schächten die Begichtung mit frischem Brenngut. Im gezeichneten Beispiel sind die Schächte I, U, VMundIX mit dem Kamin 19 verbunden. Die Sekundärluft wird am Ofenfuss eingeblasen, vorteilhaft in einen oder in mehrere Schächte, in welchen gleichzeitig auch die Primärluft aufgegeben wird, z. B. in den Schacht 5.
Der Brennprozess verläuft nun so, dass sich die Primärluft mit dem durch Brenner 20 eingeführten z. B. gasförmigen Brennstoff vermischt und nach unten und nach beiden Seiten abströmt, da ihr kein anderer Weg bleibt. Die Sekundärluft strömt etwas tiefer parallel dazu, nachdem sie die Kühlzone K des betreffenden Schachtes vertikal im Gegenstrom durchsetzt hat. Während des horizontalen Durchströmens der Brennzone erfolgt die restlose Verbrennung des Brennstoffes mit der zugeführten Primär- und Sekundärluft, wobei die Abgase die jeweils mit dem Kamin verbundenen Schächte durch die Vorwärmzone verlassen.
Periodisch wird nun der Gichtverschluss weiter gedreht, so dass in der nächsten Brennperiode die Schächte ll, IV und V mit Primärluft beaufschlagt werden, zwischen welchen Schächten der Brennstoff einströmt.
Nunmehr sind die Schächte I, VII bzw. VIII und IX mit dem Kamin verbunden. Die Sekundärluft strömt in dieser Brennperiode in den Schacht IV ein.
Um die Strecke von den Schächten, in welchen Primärluft eingeblasen wird, und jenen Schächten, aus welchen die Abgase abgezogen werden, zu vergrössern, können noch Zwischenschächte, z. B. III, VII, eingesetzt sein, deren Ofengicht und Ofenfuss verschlossen ist.
Auf diese Weise kann mit einem Ofen der dargestellten Art das im Stammpatent angegebene erfindungsgemässe Prinzip unter beträchtlicher Einsparung von Wärme zur Ausführung gelangen, wobei auch Brenngut von geringer Korngrösse mit Vorteil gebrannt werden kann. Auch bei diesem Ofen wird nur soviel Sekundärluft eingeblasen, als zur Kühlung des Brenngutes unbedingt erforderlich ist. Der Rest an Verbrennungsluft und gegebenenfalls überschüssige Luft wird hingegen an der Gicht eingeblasen, so dass der grösste Teil der Wärmemenge, welche bei den bisherigen Brennverfahren durch den Kamin verlorenging, im Brenngut gespeichert und in die Brennzone wieder zurückgeführt wird. Sowohl die Abgase als auch das Brenngut verlassen den Ofen in kaltem Zustand.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Durchführung beliebiger endothermer Prozesse im Schachtofen, z. B. zum Brennen von Kalk, nach Patent Nr. 211214, wobei das Brenngut in einer ersten Zone vorgewärmt, in einer darauffolgenden Zone der unmittelbaren Einwirkung eines Brennstoffes und in einer weiteren Zone einer Abkühlung in der Weise unterworfen wird, dass die Kühlzone (K) und-oder die Vorwärmzone (V) von zumindest einem Teil des für den Brennprözess benötigten Wärmeträgers abwechselnd im Gleichstrom und im Gegenstrom durchsetztwird, so dass der beim üblichen Schachtofen anfallende Wärmeüberschuss in der Vorwärm- zone wieder für den Brennprozess nutzbar gemacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Brenngut in der Brennzone (B) quer zu seiner Bewegungsrichtung vom Wärmeträger durchsetzt wird.