DE102006023678B4

DE102006023678B4 - Vorrichtung zur thermischen Behandlung von feinkörnigem Material

Info

Publication number: DE102006023678B4
Application number: DE102006023678.5A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Kupper Detlev; Dirk Schefer; Frank Ruoss; Markus Berger
Original assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2015-11-12
Anticipated expiration: 2026-05-20
Also published as: DE102006023678A1

Abstract

Vorrichtung zur thermischen Behandlung von feinkörnigem Material (1) mit einer rotierenden Trommel (2) mit einem Einlass (3) und einem Auslass (4) sowie Mitteln (11) zum Zuführen eines Behandlungsmediums, wobei die Trommel im Bereich ihrer Innenwand (2a) hin- und herbewegliche Elemente (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente als Förderelemente ausgebildet sind, die Material in Richtung des Auslasses transportieren und eine nach innen weisende Guttragfläche aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von feinkörnigem Material.
Die thermische Behandlung von feinkörnigem Material, kann insbesondere das Brennen oder das Kühlen des Materials betreffen. So ist es beispielsweise in der Zementherstellung bekannt, dass vorgewärmte und ggf. vorcalcinierte Zementrohmaterial in einem Drehrohrofen zu brennen. Danach wird das gebrannte Material, d.h. der Zementklinker, gekühlt, wobei beispielsweise ein von Kühlgas durchströmter Kühlrost vorgesehen ist. Während des Transportes vom Kühleranfang zum Kühlerende wird das Material vom Kühlgas durchströmt und dabei gekühlt. Für den Transport des Materials sind verschiedene Möglichkeiten bekannt. Bei sogenannten Schubrostkühlern erfolgt der Transport des Schüttgutes durch bewegbare Kühlrostreihen, die sich in Transportrichtung mit feststehenden Kühlrostreihen abwechseln.
Außerdem ist es bekannt, einen feststehenden von Kühlgas durchströmbaren Belüftungsboden zur Aufnahme des Schüttgutes vorzusehen, wobei oberhalb des Belüftungsbodens Förderelemente zum Transport des Schüttgutes vorgesehen sind. Beim Transportmechanismus unterscheidet man zwischen umlaufenden und hin- und herbeweglichen Förderelementen.
Aus der DE 878 625 ist ein Kühler bekannt, bei welchem die Förderelemente durch Stangen gebildet werden, die oberhalb eines feststehenden Rostes angeordnet sind und sich in Längsrichtung parallel zur Rostebene erstrecken. Die Stangen sind mit einem geeigneten Bewegungsmechanismus verbunden, der in Transportrichtung des Schüttgutes eine hin- und hergehende Bewegung ermöglicht. Zudem sind auf den Stangen geeignete Vorsprünge vorgesehen, um die Förderwirkung zu unterstützen.
Aus der EP-B-1 272 803 ist weiterhin ein Kühler zum Kühlen von heißem Schüttgut mit einem feststehenden, von Kühlgas durchströmbaren Belüftungsboden zur Aufnahme des Schüttgutes sowie oberhalb des Belüftungsbodens angeordneten, hin- und herbeweglichen Förderelementen zum Transport des Schüttgutes bekannt. Die die Förderelemente antreibenden Transportmechanismen können miteinander gekoppelt werden und sind in wenigstens zwei Gruppen vorgesehen, die in Transportrichtung des Schüttgutes gemeinsam und entgegen der Transportrichtung getrennt voneinander betätigbar sind.
Weiterhin sind Kühler für Zementklinker bekannt, die nach dem sogenannten „Walking Floor“-Prinzip arbeiten, bei dem die horizontale oder leicht geneigte Rostfläche durch eine Vielzahl von in Transportrichtung hin- und herbeweglichen Planken gebildet wird.
Bei der DE 19 18 426 A sind Einbauorgane zur Verteilung und Umwälzung oder sonstiger Bearbeitung des Aufgabegutes mittels verstellbarer Lagerungen an der Innenwand der Drehtrommel oder des Drehrohres vorzusehen. Diese Einbauten können dabei insbesondere auch so ausgebildet sein, dass Druckluft und/oder Spülflüssigkeit, beispielsweise Wasser zugeführt werden kann. Diese Einbauten sollen insbesondere etwaige Ringbildungen im Drehrohrofen vermeiden bzw. Auflösen.
In der DE 579 483 A wird ein Drehrohrofen für die Behandlung von Ölschiefer und anderen festen kohlenstoffhaltigen Stoffen beschrieben, wobei eine den Koksansatz verhindernde, in axialer Richtung der Trommel vor und zurück bewegbare Schabervorrichtung vorgesehen ist.
Die DE 201 146 A betrifft einen Drehrohrofen zum Sintern von Feinerz, der eine mit kreisförmigen Schabern besetzte und mit einem Antrieb verbundene endlose Kette aufweist, die so durch den Drehrohrofen geführt ist, dass die Schaber bei ihrer Vorwärtsbewegung die Auskleidung des Ofens berühren und darin anhaftende Erzansätze abkratzen.
Aus der EP 1 272 803 B1 und der WO 2004/099693 A1 sind Kühler zum Kühlen von heißem Schüttgut bekannt, wobei das Schüttgut mittels eines hindurchgeführten Kühlgases gekühlt wird und zum Transport des Schüttgutes hin- und herbewegliche Förderelemente vorgesehen sind.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein neues Konzept für eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von feinkörnigem Material anzugeben, das sich neben einer gleichmäßigen Behandlung des aufzugebenden Materials vor allem durch eine Erhöhung des Durchsatzes auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur thermischen Behandlung von feinkörnigem Material weist eine rotierende Trommel mit einem Einlass und einem Auslass sowie Mitteln zum Zuführen eines Behandlungsmediums auf. Die Trommel ist außerdem im Bereich ihrer Innenwand mit hin- und herbeweglichen Förderelementen versehen, die das Material in Richtung des Auslasses transportieren und eine nach innen weisende Guttragfläche aufweisen. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es sich insbesondere um einen Kühler oder einen Drehrohrofen handeln.
Durch die sich drehende Trommel kann eine gleichmäßige Behandlung des Materials erfolgen, weil das Material, im Gegensatz zu herkömmlichen Kühlern, die ein im Wesentlichen ebenes Schüttgutbett durch den Kühler bewegen, immer wieder durchmischt wird. Bei einer rotierenden Trommel stellt sich somit auch nicht die Problematik ungleichmäßigen Verteilung quer zur Transportrichtung, wie das bei herkömmlichen Kühlern der Fall ist.
Weiterhin besteht die Möglichkeit die Trommel mit einer so hohen Drehzahl zu betreiben, dass das feinkörnige Material in der Trommel zentrifugiert. Auch bei diesem Betriebsmodus stellt sich eine relativ gleichmäßige Schichtdicke ein, wodurch eine gleichmäßige Behandlung gewährleistet wird. Das Ausnutzen des ganzen Innenumfangs der Trommel ermöglicht zudem eine entsprechende größere Materialmenge zu behandeln, so dass der Durchsatz deutlich gesteigert werden kann.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass außer hin- und herbeweglichen Förderelementen auch statische Wandelemente vorgesehen sind, die als Guttragfläche dienen. Weiterhin kann die komplette Innenwand vollständig mit Förderelementen oder mit einer Kombination aus Förderelementen und statischen Wandelementen bedeckt sein.
In einer weiteren Ausgestaltung sind die Förderelemente/Wandelemente derart abgedichtet, dass ein Materialdurchfall weitgehend vermieden wird. Zur Unterstützung des Transporteffektes und ggf. auch als Schutz vor heißem Material können die Förderelemente Vertiefungen aufweisen.
Das Behandlungsmedium, insbesondere Behandlungsgas, welches Wasser in seinem gasförmigen Aggregatzustand mit einschließt, wird in einer Ausgestaltung der Vorrichtung als Kühler insbesondere über die Förderelemente und/oder Wandelemente zugeführt, wobei das Behandlungsmedium nicht nur zur Kühlung des Materials, sondern auch zur Kühlung der Förderelemente dienen kann. Die Förderelemente weisen zu diesem Zweck geeignete Austrittsöffnungen für das Kühlmedium auf. Weiterhin können aber auch Mittel zum Überströmen der Oberfläche der sich bildenden Materialschicht vorgesehen werden. Diese Überströmung der Oberfläche mit einem Behandlungsmedium, kann durch flüssige wie auch gasförmige Stoffe erfolgen.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiel und der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen
1 eine Querschnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Kühler,
2 eine Längsschnittdarstellung des Kühlers gemäß 1,
3 eine Querschnittdarstellung eines Kühlers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
4 eine schematische Darstellung eines Förderelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
5 eine schematische Darstellung eines Förderelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
6 eine schematische Darstellung eines Förderelements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
7 eine Querschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Drehrohrofens und
8 eine Längsschnittdarstellung des Drehrohrofens gemäß 7.
Bei der in den 1 und 2 dargestellten Vorrichtung zur thermischen Behandlung von feinkörnigem Material 1 handelt es ich um einen Kühler mit einer rotierbaren Trommel 2, die wiederum einen Einlass 3 und einen Auslass 4 aufweist.
Im Bereich ihrer Innenwand 2a sind in der Trommel 2 hin- und herbewegliche Förderelemente 5 vorgesehen, die das Material 1 in Richtung des Auslasses 4 transportieren.
Die Förderelemente 5 erstrecken sich in Längsrichtung der Trommel 2 und können, in ihrer Länge gesehen, aus einzelnen oder mehreren austauschbaren Modulen bestehen. Die Förderelemente 5 werden über geeignete Antriebe 6, beispielsweise hydraulische Antriebe, betätig, wobei wahlweise jedes Förderelement einen eigenen Antrieb oder auch mehrere Förderelemente einen gemeinsamen Antrieb aufweisen können.
Die Antriebe 6 gewährleisten eine hin- und hergehende Bewegung der Förderelemente 5 gemäß den Doppelpfeilen 7 in 2. Die Hublänge, die Geschwindigkeit in Transportrichtung 8 des Materials sowie die Geschwindigkeit beim Rückhub bzw. deren Frequenz kann entweder für alle Elemente oder für bestimmte Gruppen von Elementen gleich oder unterschiedlich groß eingestellt werden.
So ist es beispielsweise denkbar, dass alle Förderelemente einen gemeinsamen Hub in Transportrichtung ausführen, während der Rückhub einzeln oder in Gruppen erfolgt. Auch ist es denkbar, die Geschwindigkeit des Vorhubes kleiner als die Geschwindigkeit des Rückhubes zu wählen.
Die nach Innen weisende und mit dem Material in Kontakt kommende Oberfläche der Förderelemente kann vorzugsweise einen Verschleiß-/Temperaturschutz 9 aufweisen, der aus geeigneten, hitzebeständigen Materialien besteht.
Die Oberfläche der Förderelemente kann glatt oder vorzugsweise profiliert ausgebildet sein. Das Profil der Oberfläche ist dabei insbesondere so ausgestaltet, dass es einen Transport des Materials in Transportrichtung begünstigt und andererseits aber beim Rückhub möglichst wenig Material mitnimmt. Weiterhin ist es denkbar, dass die Förderelemente Vertiefungen 10 aufweisen, wie es beispielhaft bei dem in den 5 und 6 gezeigten Förderelementen 5b und 5c dargestellt ist. Diese Vertiefungen halten einen Teil des zu behandelnden Materials fest und dienen so als natürlicher Verschleiß- bzw. Temperaturschutz.
Ein weiterer sehr wesentlicher Bestandteil der Vorrichtung sind die Mittel 11 zum Zuführen eines Behandlungsmediums, insbesondere eines Kühlmediums. Diese Mittel 11 zur Zuführung des Kühlmediums können auf unterschiedliche Art und Weise ausgebildet werden. Eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass die Förderelemente mit Austrittsöffnungen 11a bzw. 11b für das Kühlmedium (siehe 4 und 6) ausgestattet sind. Auf diese Weise kann das zu behandelnde Material im Wesentlichen quer zu seiner Transportrichtung von einem Kühlmedium, beispielsweise Kühlluft, durchströmt werden. Gleichzeitig dient das Kühlmedium auch zur Kühlung der Förderelemente 5.
Eine weitere, ggf. zusätzliche Möglichkeit besteht darin, Mittel 11c (siehe 2) vorzusehen, welche die Oberfläche der sich bildenden Materialschicht mit einem Kühlmedium überströmen. Es wäre somit denkbar, ein Kühlmedium vom Auslass 4 zum Einlass 3 strömen zu lassen. Selbstverständlich kann die Zuführung des Kühlmediums auch in einem Bereich zwischen Einlass und Auslass erfolgen.
Neben den hin- und herbeweglichen Förderelementen 5 können auch statische Wandelemente vorgesehen werden, die als Guttragfläche dienen. Es ist somit im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die komplette Innenwand vollständig mit Förderelementen oder mit einer Kombination aus Förderelementen und statischen Wandelementen bedeckt ist.
Weiterhin werden die einzelnen Förderelemente und ggf. vorgesehene Wandelemente zweckmäßigerweise derart abgedichtet, dass ein Materialdurchfall vermieden werden kann. Dies ist insbesondere dann besonders zweckmäßig, wenn das Kühlmedium über die Förderelemente und ggf. über statische Wandelemente zugeführt wird.
Das in 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich im Wesentlichen nur durch die Ausbildung der Förderelemente 5, die hier keinen zusätzlichen Verschleiß-/Temperaturschutz aufweisen. Dieser zusätzliche Schutz ist insbesondere dann entbehrlich, wenn die Förderelemente von Innen durch ein Kühlmedium gekühlt werden, wie es in den 4 bis 6 schematisch angedeutet ist. Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird sowohl das Förderelement 5a, als auch ggf. Teile seines Antriebs 6 mit einem Kühlmedium 12 gekühlt, welches dann auch über Austrittsöffnungen 11a zur Kühlung des Materials 1 verwendet wird.
Während die Oberfläche des Förderelements 5a relativ glatt ausgebildet ist, zeigt das Förderelement 5b gemäß 5 eine Oberflächenprofilierung mit Vertiefungen 10. In den Vertiefungen 10 kann sich Material sammeln und einen natürlichen Verschleiß-/Temperaturschutz bilden. Außerdem kann diese Profilierung bzw. die Vertiefungen 10 zur Unterstützung des Transport des Materials dienen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Förderelement 5b ebenfalls von innen mittels eines Kühlmediums gekühlt. Es sind hier jedoch keine Austrittsöffnungen zur Kühlung des Materials vorgesehen.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist eine Kombination der beiden vorhergehenden Ausführungsbeispiele dargestellt. Das Förderelement 5c weist sowohl eine Oberflächenprofilierung mit Vertiefungen 10 als auch Austrittsöffnungen 11b für das Kühlmedium 12 auf.
Während des Betriebes rotiert die Trommel gemäß Pfeil 13. Es sind dabei prinzipiell unterschiedliche Drehzahlen denkbar. Es hat sich jedoch als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Trommel mit einer so hohen Drehzahl betrieben wird, dass das feinkörnige Material in der Trommel zentrifugiert. Auf diese Weise sind die Förderelemente/Wandelemente vollständig vom Material bedeckt. Der Transport des Materials in Richtung des Auslasses 4 erfolgt bei dieser Betriebsweise im Wesentlichen durch die hin- und herbeweglichen Förderelemente 5.
Gegenüber einer Betriebsweise mit niedrigeren Drehzahlen, bei denen das Material nicht zentrifugiert und somit ab einem gewissen Punkt wieder nach unten fällt, erhöht sich bei einer Betriebsweise, bei das Material zentrifugiert, die Oberfläche des Materialbettes erheblich. Durch die Zuführung eines Kühlmediums quer zum Materialbett und/oder durch das Überströmen der Oberfläche des Materialbettes kann eine effektive und gezielte Kühlung erfolgen.
Die Zuführung des Kühlmediums kann sowohl in Längsrichtung als auch in Umfangsrichtung jeweils über die gesamte Länge oder in Abschnitten erfolgen.
Das erwärmte Kühlmedium 12’ kann wahlweise über den Einlass 3 und/oder den Auslass 4 abgeleitet werden. Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird der wärmere Anteil des verwendeten Kühlmediums 12’ über den Einlass 3 und der kältere Anteil über den Auslass 4 abgeführt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist aber nicht nur als Kühler denkbar, sondern könnte auch als Drehrohrofen eingesetzt werden, wie es in den 7 und 8 schematisch dargestellt ist. Da die Ausführung als Drehrohrofen im Wesentlichen der Ausführung gemäß den 1 und 2 entspricht, wurden für gleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet. Bei der Ausbildung als Drehrohrofen ist zusätzlich im Bereich des Auslasses 4 noch ein Brenner 14 in an sich bekannter Art und Weise vorgesehen. Die Mittel 11c zur Zuführung des Behandlungsgases, insbesondere der Verbrennungsluft, erfolgt hier von der Auslassseite.
Wenngleich die Förderelemente 5 wiederum mit einen Verschleiß-/Temperaturschutz 9 versehen sind, wäre es durchaus auch denkbar, dass auch über die Förderelemente zumindest ein Teil des Behandlungsgases zugeführt wird. Es wird diesbezüglich auf die Ausführungen gemäß den 4 bis 6 verwiesen.
Dieser Drehrohrofen bietet auch die Möglichkeit, die Drehzahl soweit zu erhöhen, dass das Material zentrifugiert wird. Bei herkömmlichen Drehrohröfen wird das Überschreiten der sogenannten kritischen Drehzahl vermieden, weil ansonsten der Materialtransport nicht mehr gewährleistet werden kann. Bei dem hier dargestellten Drehrohrofen sind jedoch im Bereich der Innenwand der Trommel wiederum hin- und herbewegliche Förderelemente 5 vorgesehen, die den Transport und damit auch die Verweilzeit des Materials im Drehrohrofen gezielt regulieren können.
Mit zunehmender Drehzahl erhöht sich auch entsprechend die dem heißen Behandlungsgas ausgesetzte Oberfläche des Materialbettes. Dementsprechend kann mit dem oben beschriebenen Drehrohrofen die Durchsatzleistung erhöht werden, ohne dabei Nachteile bei der Wärmebehandlung des Materials zu verzeichnen.

Claims

Vorrichtung zur thermischen Behandlung von feinkörnigem Material (1) mit einer rotierenden Trommel (2) mit einem Einlass (3) und einem Auslass (4) sowie Mitteln (11) zum Zuführen eines Behandlungsmediums, wobei die Trommel im Bereich ihrer Innenwand (2a) hin- und herbewegliche Elemente (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente als Förderelemente ausgebildet sind, die Material in Richtung des Auslasses transportieren und eine nach innen weisende Guttragfläche aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Förderelemente in Längsrichtung der Trommel (2) erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass außer hin- und herbeweglichen Förderelementen (5) auch statische Wandelemente vorgesehen sind, die als Guttragfläche dienen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die komplette Innenwand (2a) vollständig mit Förderelementen (5) oder mit einer Kombination aus Förderelementen und statischen Wandelementen bedeckt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Förderelemente/Wandelemente (5) derart abgedichtet sind, dass Materialdurchfall vermieden wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderelemente (5) Vertiefungen aufweisen, um den Transporteffekt zu unterstützen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Vorrichtung um einen Kühler handelt und die Förderelemente (5) Mittel (11) aufweisen, um die Förderelemente von innen zu kühlen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Vorrichtung um einen Kühler handelt und die Förderelemente (5) Kühlmediumsaustrittsöffnungen (11a, 11b) zur Kühlung des Materials aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Vorrichtung um einen Kühler handelt und Mittel (11a, 11b) vorgesehen sind, um das zu kühlende Material mit Kühlmedium zu durchströmen und weiterhin Mittel (11c) vorgesehen sind, um die Oberfläche der sich bildenden Materialschicht mit einem Kühlmedium zu überströmen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hin- und herbeweglichen Förderelemente (5) einen hydraulischen Antrieb (6) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hin- und herbeweglichen Förderelemente (5) einzeln austauschbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hin- und herbeweglichen Förderelemente (5), in ihrer Länge gesehen, einzelne Module sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Vorrichtung um einen Kühler handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Vorrichtung um einen Drehrohrofen handelt.