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Temperaturregelung in der Wirbelschichtröstung Die Erfindung bezieht
sich darauf, Feststoffteilchen mit Gasen im Sinne der sogenannten Wirbelcbicbftechnik
in Berührung zu bringen. In erster Linie ist die Erfindung von Bedeutung in Verbindung
mit dem Rösten von Sulfiderzen, wie Pyriten, zur Darstellung von Schwefeldioxydgas
und Eisenoxydabbrand. Sie ist jedoch auch zur Temperaturregelung heim Wirbelschichtrösten
irgendwelchen feinverteiltcn, hei der Rösttemperatur exotherm reagierenden Materials
gleichfalls anwendbar.
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Die WirbelschZichttechnik kann als ein solches Arbeitsverfahren bezeichnet
werden, bei welchem eine Masse feinverteilter Teilchen (beispiels, weise bis zu
etwa 12,5 mm) in einem solchen aufwärts strömenden Gasstrom unter solchen Bedingungen
suspendiert wird, daß die Nasse sich ausdehnt und zur Bewegung angeregt wird, so
daß sie sich sehr ähnlich wie turbulent siedendes Wasser verhält: Unter diesen Bedingungen
befinden sich die Feststoffteilchen durchweg in einer turbulenten Zickzackbewegung.
Eine solche suspendierte Masse wird mit Wirbelschicht beziechnet.
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Die Berührung zwischen dem Gas und den Teilchen ist in der Wirbel
schicht erstaunlich wirksam und der Vermischungsgrad so weitgehend, daß für alle
praktische Zwecke Gleichförmigkeit der Temperatur und der chemischen Zusammensetzung
innerhalb der Schicht besteht. Auf Grund ihres ganzen Wesens muß die Wirbelschicht
vorherrschend aus vollständig behandeltem Material bestehen. Einllaufendes, zu lehandelndes
Material wird unmittelbar innerhalb der gesaiten Schicht verteilt, die als Wärmespeicher
und Zulaufvertielungsvorrichtung dient, so daß das einlaufende Material beinahe
sofort die Temperatur der aufgewirbelten Masse an, nimmt, wie dies auch das aufsteigende
Gas tut, so daß, wenn das eingeführte Material und das Behandlungsgas sich gegenseitig
berühren, sie bereits auf Reaktionstemperatur sind.
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Das Wirbelschichtrösten von Sulfiden ist eine exothernie Keaktion
und macht eine beträchtliche Wärmemenge frei. Wenn die Zufuhrmenge und die Schwefelmenge
in dem zugeführten Material hinreichend groß sind, dann muß die überschüssige, frei
werdende Wärme von der Wirbelschicht abgeführt werden, weil sonst die Temperatur
den Erweichungspunkt der gerösteten Teilchen in der Wirbelschicht überschreitet
und dadurch diese Teilchen veranlaßt, zusammenzubacken, was das Zusammenbrechen
der gesamten Wirbelschicht zur Folge hat.
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Es ist daher notwendig, die Temperatur der Wirbelschicht zu regeln,
um das Zusammenbacken der Wirbelschichtteilchen zu verhindern. Die Temperaturregelung
ist auch notwendig, um optimale Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten. Im allgemeinen
soll die Wirbelschichttemperatur für Sulfidröstung in einem
Bereich von etwa 900
bis etwa 9600 liegen. Wenn die Temperatur stark unterhalb diesen Punkt erniedrigt
wird. tritt ein beträchtlicher Verlust an Schwefel als SO, gemäß der Änderung im
SO2-O2-SO3-Gleichgewicht ein.
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Es ist bekannt, Wärme aus der Wirbelschicht mittels Kühlschlangen
oder anderer Wärmeaustauscherelemente, die in die Wirbelschicht eingetaucht sind,
abzuziehen. Das durch die Kühlschlangen fließende Kühlmittel kann Wasser sein und
die absorbiertc Wärme zur Dampferzeugung benutzt werden. Diese Kühlschlangen sind
jedoch unbeweglich, insofern, als sie normalerweise für einen optimalen Wärmeentzug
bei feststehenden Temperaturdifferenzen zwischen der Wirbelschicht und dem Kühlmittel
ausgelegt sind.
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Jede änderung in der Wicbelschichttemperatur bringt diese optimalen
Bedingungen in Unordnung und hat eine ungenaue Arbeitsweise zur Folge. Darüber hinaus
sind Kühlschlangen keine empfindlichen Regelvorrichtungen, weil sie nicht leicht
großen Änderungen in det-Wärmeerzeugung angepaßt werden können, um eine konstante
Wirbelschichttemperatur aufrechtzuerhalten, wie sie für höchst wirksame Entschwefelung
des Erzes benötigt wird.
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Zur Überwindung dieser Nachteile schlägt daher die Erfindung vor,
nur den größeren Teil der Wärme durch Kühlschlangen zu entfernen und dann die restliche
Wärme durch unmittelbare Wärmeentzugsvorrichtungen, wie Wasserinjektion oder überschüssige
Luft oder beides, zu entfernen und demzufolge eine
Endtemperaturregelung
zu erzielen. Zur Erreichung dieses Zweckes ist es vielleicht auch möglich, der Wirbelschicht
Stoffe zuzuführen, die durch dann in der Wirbelschicht verlaufende endotherme Reaktionen
Wärme absorbieren - vorzugsweise solche Stoffe, die bei ihrer Zersetzung 5 O2-Gas
abgeben-. Es kann dazu Sulfatmaterial benutzt werden, das mit dem zu röstenden Erz
nicht verbindbar ist, schwefelartige Beizfiüssigkeit und ähnliche Substanzen. Das
Kühlen durch Hinzufügen solcher Stoffe kann das alleinige Mittel zum Absorbieren
der aus überschüssiger Reaktion stammender Wärme, die durch die Wärmeaustauschelemente
nicht absorbiert wird, darstellen. oder es kann die Wärmeabsorbtionstätigkeit unterstützen,
die durch Wasserinjektion oder überschüssige Luft erzielt wird.
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Beispielsweise soil ein Wirbelschichtofen, der zum Rösten von 100
t Pyrit mit 46,5 ovo Schwefelgehalt ausgelegt ist, bei einer Temperatur von etwa
9000 betrieben werden. Die gewünschte Dampftemperatur von den Kühlschlangen beträgt
etwa 2400. Bei Rösten mit einem geringen Luftiiberschuß (100/o) beträgt die überschüssige,
in der Kammer erzeugte Reaktionswärme etwa 2 170 000 kcal pro Stunde. Die Kühlschlangen
absorbieren etwa 1 740 000 kcal pro Stunde; unmittelbar in die Wirbelschicht eingedüstes
Wasser absorbiert etwa 430 000 kcal pro Stunde als latente und fühlbare Wärme. Diese
durch das eingedüste Wasser absorbierte Wärmemenge wird in den Abgasen aus der Reaktionskammer
abgeführt und der fühlbare Wännegehalt in einem Abhitzekessel zurückgewonnen. Unter
den vorstehenden Bedingungen beträgt die Dampfgewinnung 1,40 t Dampf pro Tonne Pyrit.
In dem gleichen Reaktionsofen und unter gleichen Arbeitsbedingungen, aber mit einer
Zuführungsmenge von nur 80 t pro Tag beträgt die überschüssige Reaktionswärme etwa
1 740 000 kcal pro Stunde.
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Diese Wärmemenge wird durch die Kühlschlangen vollständig abgeführt,
und das Eindüsen von Wasser ist nicht notwendig. Unter diesen Bedingungen beträgt
die Dampfausbeute 1, 51 t Dampf pro Tonne Pyrit.
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Im gleichen Reaktionsofen beträgt die überschüssige Reaktionswärme
unter Bedingungen, bei welchen in einer Menge von 120 t pro Tag zugeführt wird,
etwa 2 610 000 kcal pro Stunde, von welchen wiederum 1 740 000 kcal pro Stunde durch
die Kühlschlangen und etwa 880 000 kcal pro Stunde durch eingedüstes Wasser abgeführt
werden. Unter diesen Bedingungen werden etwa 1, 34 t Dampf pro Tonne gerösteten
Pyrits gewonnen.
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Es folgt hieraus, daß dieses kombinierte System unmittelbarer Regelung
mit dampferzeugenden Schlangen einer Anlage diejenige Beweglichkeit verleiht, die
eine hohe Dampferzeugung vorsehen kann.
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Obwohl das Verhältnis der durch die Schlangeii und durch das eingedüste
Wasser oder überschüssige Luft. wie der Fall jeweils liegen mag, abgeführten Wärmemengen
sich von Ofen zu Ofen ändern wird, kann allemein gesagt werden, daß bei einer guten
Auslegung die- .Kühlsdlangen oder anderen Wärmeaustauschelemente 800/a der bei der
jeweiligen Auslegungskapazität des Ofens erzeugten Wärmemenge abführen sollen, während
der Rest bis zum Wärmegleichgewicht durch die unal>hängigen Regelvorrichtungen
aufgenommen werden soll. Auf diese Weise reichen die Kühlschlangen allein aus. wenn
mit 80°íO der Kapazität gefahren wird. Bei höherer Arbeitsbelastung nehmen die Kühlschlangen
noch die gleiche Wärmemenge auf, jedoch bleibt die Wirbelschichttemperatur konstant,
weil die überschüssige Wärme durch die unabhängigen Regel vorrichtungen aufgenommen
wird.
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PATENTANSPSY, ECHE 1. Verfahren zur Temperaturregelung beim Rösten
von feinverteilten Stoffen, die bei der Rösttemperatur exotherm reagieren, in der
Wirbelschicht, dadurch gekennzeichnet, daß der größere Teil der überschüssigen Wärme
durch Kühlschlangen oder andere an sich bekannte Wärmeaustauschelemente aufgenommen
und die restliche, überschüssige Wärme bis zum Wärmegleichgewicht durch ein weiteres,
von diesen Wärmeaustauschelementen unabhängiges Mittel aufgenoKmmen wird.