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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen Aufbereiten eines Materials, insbesondere von Gießereialtsand oder von Straßenaufbruchmaterial, in einem Drehrohrofen mit einer drehbaren Ofentrommel, deren Trommelwand einen beheizbaren Trommelraum begrenzt, durch den das Material von einem Trommeleingang zu einem Trommelausgang der Ofentrommel gefördert wird.
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Außerdem betrifft die Erfindung eine Anlage zum thermischen Aufbereiten eines Materials, insbesondere von Gießereialtsand oder von Straßenaufbruchmaterial, welche umfasst
- a) einen Drehrohrofen mit einer drehbaren Ofentrommel, deren Trommelwand einen beheizbaren Trommelraum begrenzt, durch den das Material von einem Trommeleingang zu einem Trommelausgang der Ofentrommel förderbar ist;
- b) ein Heizsystem, mittels welchem der Trommelraum beheizbar ist.
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Es gibt einige industrielle Prozesse, bei denen Materialen entstehen, die thermisch aufbereitet und hierdurch gegebenenfalls auch regeneriert werden können. Hierzu zählen beispielsweise Gießereialtsände, welche Reste an organischen und anorganischen Bindern, zum Beispiel Harze oder Bentonit, aufweisen können. Mit Hilfe einer thermischen Aufbereitung wird Bentonit beispielsweise kalziniert. Organische Binder werden dagegen oxidiert, wodurch der im Sand verbleibende Kohlenstoffanteil auf weniger als 0,8 Gew.% reduziert werden kann.
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Im Hinblick auf die thermische Aufbereitung von Gießereialtsänden in Drehrohröfen ist es insbesondere bekannt, diese mit einem Gasbrenner direkt zu heizen, indem die Flamme in den Trommelraum weist und die erzeugten Heizgase in den Trommelraum geleitet werden, und außerdem im Gleichstrom zu betreiben. Dies bedeutet, dass das aufzubereitende Material in der gleichen Richtung durch. die Ofentrommel gefördert wird, wie die Strömungsrichtung der Heizgase.
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Bei der thermischen Aufbereitung entstehen Rauchgase. Diese weisen bei einem solchen Betrieb eines Drehrohrofens jedoch eine verhältnismäßig hohe Kohlenmonoxid(CO)-Konzentration auf. Der CO-Anteil kann nur durch eine Nachverbrennungsanlage verringert werden, wodurch die Betriebskosten der Anlage steigen.
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Darüber hinaus muss das von dem Gasbrenner kommende Heizgas bei einem Gleichstrombetrieb insbesondere im Anfangsbereich des Drehrohrofens eine verhältnismäßig hohe Temperatur haben, da der regenerierte Gießereialtsand bei verlassen des Drehrohrofens eine Temperatur von mehr als 700°C haben muss. Da sich die Trommelatmosphäre in Förderrichtung bzw. Strömungsrichtung abkühlt, muss entsprechend am Anfang für eine ausreichende Starttemperatur gesorgt werden. Dies führt jedoch insbesondere im Anfangsbereich der Ofentrommel zu hohen Anforderungen an die Temperaturbelastbarkeit des Ofenmaterials, was ebenfalls zu hohen Kosten führt.
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Es gibt zwar Ansätze, einen Drehrohrofen im Gegenstrom zu betreiben, bei dem die Förderrichtung des Materials der Strömungsrichtung des Heizgases entgegengesetzt ist und das Material im Bereich der Brennerflamme aus der Ofentrommel austritt. In diesem Fall kann zwar die Temperatur an der Brennerflamme geringer sein als bei einem Gleichstrombetrieb. Allerdings sinkt dann auch die Austrittstemperatur der Rauchgase, die sich beim Durchströmen der Ofentrommel abkühlen. Dies kann zu einem unerwünschten Auskondensieren von Kohlenwasserstoffen in den Rauchgasleitungen führen.
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Auch im Falle eines Gegenstrombetriebs ist zudem eine Nachverbrennung der Rauchgase erforderlich, da neben den verdampften Kohlenwasserstoffen aus dem organischen Binder auch Dioxine entstehen können, die aus den Rauchgasen entfernt werden müssen.
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Ähnliche Problematiken ergeben sich bei der thermischen Aufbereitung von Straßenaufbruchmaterial. Insbesondere ältere Straßen wurden häufig unter Verwendung eines Straßenbelags gebaut, bei dem als Bindemittel Pech (Steinkohleteer) eingesetzt wurde. Pech enthält jedoch einen hohen Anteil an umweltschädlichen polycylischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAKs) mit der Leitsubstanz Benzo(a)pyren. Der Einsatz oder die Wiederverwertung von derartigem Straßenaufbruchmaterial ist heutzutage nicht mehr zulässig.
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Daher scheidet die unmittelbare Wiederverwertung von nur mechanisch aufbereitetem, pechhaltigem Straßenaufbruchmaterial aus und der enthaltene Split muss von dem pechhaltigen Bindemittel befreit werden, bevor der Split dann zur Herstellung von neuem Asphalt verwendet werden kann.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anlage der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche diesen Gedanken Rechnung tragen.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass
- a) der Trommelraum direkt beheizt wird, indem ein Heizgas in den Trommelraum geleitet wird;
- b) der Trommelraum indirekt beheizt wird, indem die Trommelwand wenigstens bereichsweise erwärmt wird.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass durch die Kombination einer direkten Beheizung des Trommelraumes, wie sie beispielsweise unter Verwendung eines Gasbrenners bekannt ist, mit einer indirekten Beheizung des Trommelraumes über dessen Trommelwand ein gleichmäßiger Temperaturverlauf in der Ofentrommel erzielt werden kann. Insbesondere ein Abkühlen der Rauchgase auf dem Weg durch die Ofentrommel kann verhindert werden. Zudem kann die Temperatur an der direkten Heizeinrichtung gegenüber einer alleinigen Direktbeheizung verringert werden, wodurch die Anforderungen an das Ofenmaterial weniger hoch sind.
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Eine Nachverbrennung der Rauchgase ist dann nicht nötig, da diese beim Austritt aus der Ofentrommel eine ausreichend hohe Temperatur haben.
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Indem das Heizgas an dem Trommeleingang der Ofentrommel in den Trommelraum geleitet wird, kann der Drehrohrofen bezogen auf die direkte Beheizung nach dem Gleichstromprinzip betrieben werden.
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Im Hinblick auf die indirekte Beheizung ist es günstig, wenn die Trommelwand erwärmt wird, indem ein Heizmedium von außen an die Trommelwand geleitet wird.
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Dabei ist es besonders von Vorteil, wenn das Heizmedium in einer Richtung von dem Trommelausgang auf den Trommeleingang der Ofentrommel außen an der Trommelwand entlang geleitet wird. Bezogen auf die Förderrichtung des Materials durch die Ofentrommel erfolgt die indirekte Beheizung somit nach dem Gegenstromprinzip. So kann die Ofentrommel in ihrer Längsrichtung mit gegenläufigen Temperaturgradienten beheizt werden, so dass im Trommelraum insgesamt einhomogenes Temperaturprofil aufgebaut ist.
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Damit das Heizmedium gezielt die Trommelwand überströmt, ist des günstig, wenn das Heizmedium durch einen die Ofentrommel umgebenden Ringraum geleitet wird.
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Wie oben erläutert, kann die lokal im Trommelraum, insbesondere im Bereich der direkten Beheizung, herrschende Maximaltemperatur abgesenkt werden. Vorteilhaft ist es hierdurch möglich, dass eine Ofentrommel verwendet wird, von der zumindest die Trommelwand und/oder eine Förderstruktur an der Innenmantelfläche der Trommelwand aus Stahl sind. Der verwendete Stahl wird dabei abhängig von den im Trommelraum erreichten Temperaturen ausgewählt.
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Im Hinblick auf die Anlage der eingangs genannten Art wird die oben angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass
- c) das Heizsystem eine erste, direkte Heizeinrichtung umfasst, mittels welcher der Trommelraum direkt beheizbar ist, indem ein Heizgas erzeugbar und in den Trommelraum leitbar ist;
- d) das Heizsystem eine zweite, indirekte Heizeinrichtung umfasst, mittels welcher der Trommelraum indirekt beheizbar ist, indem die Trommelwand wenigstens bereichsweise erwärmbar ist.
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Die durch diese Maßnahmen erzielten Vorteile entsprechen den oben zum Verfahren erläuterten Vorteilen.
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Wenn die direkte Heizeinrichtung eine Brennereinheit umfasst, die an dem Trommeleingang der Ofentrommel angeordnet ist, so dass Heizgas dort in den Trommelraum geleitet wird, können etablierte Techniken für eine Direktbefeuerung des Trommelraumes genutzt werden.
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Es ist günstig, wenn die indirekte Heizeinrichtung eine Brennereinheit, durch die ein Heizmedium erzeugbar ist, und wenigstens eine Leitung umfasst, durch welche das Heizmedium von außen an die Trommelwand leitbar ist. Somit können auch für die indirekte Heizeinrichtung bekannte, auf der Verwendung von Brennern basierende Heiztechniken verwendet werden.
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Wie oben erläutert, ist es für eine homogene Temperatur im Trommelraum günstig, wenn die indirekte Heizeinrichtung einen Strömungsweg umfasst, durch welchen das Heizmedium in Richtung von dem Trommelausgang auf den Trommeleingang der Ofentrommel außen an der Trommelwand entlang leitbar ist.
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Der Strömungsweg für das Heizmedium kann vorteilhaft dadurch bereitgestellt sein, dass die indirekte Heizeinrichtung ein Hüllrohr mit einem Eingangsanschluss für Heizmedium und einem Ausgangsanschluss für Heizmedium umfasst, welches derart koaxial zur Ofentrommel angeordnet ist, dass ein die Ofentrommel umgebender Ringraum ausgebildet ist, durch welchen Heizmedium der indirekten Heizeinrichtung leitbar ist.
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Es ist von Vorteil, wenn in dem Ringraum eine wendelförmige Leitstruktur angeordnet ist, so dass das Heizmedium wendelförmig von dem Eingangsanschluss zu dem Ausgangsanschluss und um die Ofentrommel herum strömt. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass alle Bereiche der Ofentrommel gleichmäßig und gezielt von Heizmedium überströmt werden.
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Wie oben erläutert, können von der Ofentrommel zumindest die Trommelwand und/oder eine Förderstruktur an der Innenmantelfläche der Trommelwand aus Stahl sein.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
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1 eine schematische Layoutansicht eines Systems zum thermischen Aufbereiten eines Materials mit einem Drehrohrofen;
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2 in teilweiser Durchsicht einen schematischen Schnitt des Drehrohrofens in größerem Maßstab.
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In 1 bezeichnet 10 insgesamt eine schematisch gezeigte Anlage zum thermischen Aufbereiten eines Materials. Bei dem aufzubereitenden Material kann es sich, wie eingangs erläutert, beispielsweise um Gießereialtsand oder auch um Straßenaufbruchmaterial handeln. Die Anlage 10 weist einen Drehrohrofen 12 auf, welcher zunächst anhand 2 erläutert wird, die den Drehrohrofen detaillierter, jedoch ebenfalls nur schematisch, zeigt.
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Der Drehrohrofen 12 umfasst eine Ofentrommel 14, welche mittel Drehlagern 16 um ihre Längsachse 18 verdrehbar gelagert ist um mit Hilfe eines Motors 20 angetrieben wird. Die Ofentrommel 14 hat einen Trommelraum 22, der von einer Trommelwand 24 begrenzt ist und an einem stirnseitigen Trommeleingang 26 und einem diesem gegenüberliegenden Trommelausgang 28 offen ist. An dem Trommeleingang 26 mündet die Ofentrommel 14 in einem Eingangsflansch 30, der einen Zuführstutzen 32 trägt, über den aufzubereitendes Material durch den Trommeleingang 26 in die Ofentrommel 14 eingebracht werden kann. In 1 ist der Zuführstutzen 32 als gestrichelter Pfeil veranschaulicht.
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Außerdem ist an dem Eingangsflansch 30 eine Brennereinheit 34 in Form eines Gasbrenners 36 angeordnet, der über eine Brenngasleitung 38 mit Brenngas aus einer nicht eigens gezeigten Brenngasquelle versorgt wird. Über eine Luftleitung 40 wird dem Gasbrenner 36 für dessen Betrieb erforderliche Brennerluft zugeführt.
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Der Gasbrenner 36 erzeugt in an und für sich bekannter Art und Weise Heizgas, welches in einer durch einen Pfeil angedeuteten Heizgas-Strömungsrichtung 42 in den Trommelraum 22 geleitet wird, diesen durchströmt und direkt beheizt.
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Die Ofentrommel 14 mündet an dem Trommelausgang 28 in einen Ausgangsflansch 44, welcher einen Rauchgasauslass 46 und einen Materialauslass 48 umfasst. Bei der thermischen Behandlung des Materials in der Ofentrommel 14 entstehendes Rauchgas strömt aus dem Trommelraum 22 in den Ausgangsflansch 44 hinein und von dort über den Rauchgasauslass 46 in eine Rauchgasleitung 50; hierauf wird weiter unten nochmals eingegangen.
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An ihrer Innenmantelfläche trägt die Trommelwand 24 eine Förderstruktur 52, beispielsweise eine durchgehende Förderwendel 54. Wenn die Ofentrommel 14 rotiert, wird Material, dass durch den Zuführstutzen 32 in den Trommelraum 22 gelangt, mittels der Förderwendel 54 durch diesen hindurch in einer Förderrichtung 56 zu dem Materialausgang 28 der Ofentrommel 14 gefördert, wo es in den Ausgangsflansch 44 gelangt und über dessen Materialauslass 48 abgegeben wird.
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Die Förderwendel 54 kann noch parallel zur Längsachse 18 verlaufende und radial nach innen ragende Bleche umfassen, die hier nicht eigens gezeigt sind. Diese Bleche nehmen das Material bei der Drehung der Ofentrommel 14 zunächst nach oben mit, bis das Material bei Erreichen einer bestimmten Höhe wieder von den Blechen nach unten abfällt. Hierdurch wird gegenüber einer Förderwendel 18 ohne solche Zusatzbleche eine noch bessere Durchmischung des Materials erzielt.
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Bezogen die Heizgas-Strömungsrichtung 42 und die Förderrichtung 56 des aufzubereitenden Materials wird der Drehrohrofen 12 folglich im so genannten Gleichstromverfahren betrieben.
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Wie 1 zeigt, wird das Rauchgas aus dem Ausgangsflansch 44 über die Rauchgasleitung 50 in eine Entstaubeinrichtung 58 geführt. Von dort gelangt das nun entstaubte Rauchgas in eine einstellbare Verteilereinheit 60, mittels welcher ein Anteil des gereinigten Rauchgases in die Luftleitung 40 zum Gasbrenner 36 geleitet und der übrige Anteil des gereinigten Rauchgases über eine Leitung 62 abgeführt werden kann.
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Mit Hilfe der Verteilereinheit 60 kann zudem Frischluft aus einer Frischluftleitung 64 mit einem Frischluftgebläse 66 in die Luftleitung 40 geleitet werden, so dass das Verhältnis einer Mischung aus gereinigtem Rauchgas und Frischluft eingestellt werden kann, welche dann als Verbrennungsluft zum Gasbrenner 36 gelangt.
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Die Verbrennungsluft kann folglich durch reines gereinigtes Rauchgas, durch reine Frischluft oder durch eine Mischung aus Rauchgas und Frischluft in einem einstellbaren Verhältnis bereitgestellt werden.
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Die Brennereinheit 34 mit den zugehörigen Komponenten ist ein Ausführungsbeispiel für eine erste, direkte Heizeinrichtung 68, mittels welcher der Trommelraum 22 direkt beheizbar ist, indem ein Heizgas erzeugbar und in den Trommelraum 22 leitbar ist. Diese Heizeinrichtung 68 ist Teil eines insgesamt mit 70 bezeichneten Heizsystems, mittels welchem der Trommelraum 22 beheizbarist.
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Zusätzlich zu der direkten Heizeinrichtung 68 umfasst dieses Heizsystem 70 noch eine in 1 veranschaulichte zweite, indirekte Heizeinrichtung 72, mittels welcher der Trommelraum 22 indirekt beheizbar ist, indem dessen Trommelwand 24 wenigstens bereichsweise erwärmbar ist. Hierzu erzeugt die indirekte Heizeinrichtung ein Heizmedium.
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Die indirekte Heizeinrichtung 72 umfasst beim vorliegenden Ausführungsbeispiel eine zweite Brennereinheit 74 in Form einer zweiten Gasbrenners 76, der über eine Brenngasleitung 78 mit Brenngas aus einer nicht eigens gezeigten Brenngasquelle versorgt wird. Über eine Luftleitung 80 wird dem zweiten Gasbrenner 76 für dessen Betrieb erforderliche Brennerluft zugeführt. Somit ist das Heizmedium der indirekten Heizeinrichtung 72 ebenfalls ein Heizgas.
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Dieses Heizgas wird über eine Heizgasleitung 82 zur Trommelwand 24 der Ofentrommel 14 geleitet, an der es außen entlang strömen kann. Wie wieder in 2 gezeigt ist, ist die Ofentrommel 14 von einem Ringraum 84 umgeben, der dadurch gebildet ist, dass ein Hüllrohr 86 koaxial zur Ofentrommel 14 angeordnet ist.
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Das Hüllrohr 86 umfasst einen Eingangsanschluss 88 und einen Ausgangsanschluss 90 für Heizmedium, so dass der Ringraum 84 dem Heizgas des zweiten Gasbrenners 76 einen Strömungsweg bietet. Der Eingangsanschluss 88 ist an dem Ende des Hüllrohres 86 angeordnet, welche in Richtung auf den Ausgangsflansch 44 des Drehrohrofens 12 weist. Der Ausgangsanschluss 90 befindet sich an dem Ende des Hüllrohrs 86, das in Richtung auf dessen Eingangsflansch 30 weist. Der Eingangsanschluss 88 ist mit der Heizgasleitung 82 von dem zweiten Gasbrenner 76 verbunden, so dass das von diesem erzeugte Heizgas in einer Gegenstromrichtung 92 außen an der Trommelwand 24 entlang leitbar ist, die von dem Trommelausgang 26 auf den Trommeleingang 28 der Ofentrommel 14 weist.
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Bezogen auf die Förderrichtung 56 des aufzubereitenden Materials und der Strömungsrichtung 42 des Heizgases des ersten Gasbrenners 36 durch den Trommelraum 22 folgt die indirekte Heizeinrichtung 72 somit dem Gegenstromprinzip.
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Der Ausgangsanschluss 90 des Hüllrohres 86 ist mit einer Rückleitung 94 mit einem Gebläse 96 verbunden, die am anderen Ende zu einer zweiten einstellbaren Verteilereinheit 98 führt, die in 1 gezeigt ist und zu der das Heizgas des zweiten Gasbrenners 76 nach Durchströmen des Ringraums 84 gelangt.
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Diese kann das verbrauchte Heizgas vollständig oder teilweise in die Luftleitung 80 für den zweiten Gasbrenner 76 ableiten oder ganz oder teilweise über eine Leitung 100 abführen.
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Die zweite Verteilereinheit 98 kann der Luftleitung 80 Frischluft aus einer Frischluftleitung 102 mit einem Frischluftgebläse 104 zuleiten, so dass eine einstellbare Mischung aus verbrauchten Heizgas aus dem Ringraum 84 und Frischluft durch die Luftleitung 80 als Verbrennungsluft zu dem zweiten Gasbrenner 76 gelangt.
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Darüber hinaus zweigt von der Rückleitung 94 für das verbrachte Heizgas des zweiten Gasbrenners 76 eine Brenngasleitung 106 zum Gasbrenner 76 ab, durch die dieses Heizgas als Brenngas in den Brennraum 76a des Gasbrenners 76 geführt werden kann.
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Damit nun die Trommelwand 22 der Ofentrommel 14 gleichmäßig von dem Heizgas des zweiten Gasbrenners 76 umströmt werden kann, ist in dem Ringraum 84 eine wendelförmige Leitstruktur 108 angeordnet, so dass das Heizgas wendelförmig von dem Eingangsanschluss 88 zu dem Ausgangsanschluss 90 und um die Ofentrommel 14 herum strömt.
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Der Wärmeeintrag durch die indirekte Heizeinrichtung 72 in den Trommelraum 22 erfolgt einerseits über die Trommelwand 24, andererseits auch über die Förderwendel 54, welche die Wärme von der Trommelwand 24 aufnehmen und an das Material abgeben kann.
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Damit die Ofentrommel 14 auch abrasiven Materialien standhält, sind zumindest die Trommelwand 22 und/oder die Förderwendel 54 der Ofentrommel 14 aus Stahl gefertigt. Bei dem vorliegend erläuterten Betriebskonzept kann der Drehrohrofen 12 als Vollstahl-Schweißkonstruktion ausgebildet sein.
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Wie eingangs erläutert wurde, kann bei dem Drehrohrofen 12 die Betriebstemperatur in der Ofentrommel 14 gleichmäßig auf einer moderaten Temperatur gehalten werden. Hierdurch bleibt auch der Volumenstrom der erzeugten Rauchgase verhältnismäßig klein, wodurch auch deren Strömungsgeschwindigkeit geringer ausfällt.
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Es lassen sich Materialtemperaturen erzielen, welche nur 100°C unter der maximalen Heizgastemperatur liegen. Dadurch, dass in dem Trommelraum 22 eine weitgehend gleichmäßig verteilte Temperatur herrscht, bewegt sich das Material über einen großen Förderabschnitt bei derjenigen Temperatur, mit der das Material die Ofentrommel 14 verlassen soll.
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Die Temperatur in dem Trommelraum 22, die Fördergeschwindigkeit und die damit gekoppelte Verweilzeit des Materials in dem Trommelraum 22 sowie der Sauerstoffüberschuss kann zudem in einfacher Weise an des aufzubereitende Material angepasst werden, indem die direkte und die indirekte Heizeinrichtung 68 und 72 des Heizsystems 70 aufeinander abgestimmt werden.
