DE102022210898A1 - Process for shaft reversal control of a cocurrent-countercurrent regenerative shaft furnace - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schachtumsteuerung eines Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Schachtofens 1, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:a Betreiben des ersten Schachts 2 als Brennschacht und des zweiten Schachts 2 als Regenerativschacht,b Beenden der Brennstoffzufuhr durch die erste Brennstoffzuführung und damit Durchführen des Ausbrennens im ersten Schacht 2,c Schließen des zweiten Abgasauslasses 6, nach dem Beginn des Schrittes c und vor dem Ende des Schrittes c Beginnen mit den folgenden Schritten d bis fd Öffnen des zweiten Verbrennungsgaseinlasses 12,e Schließen des ersten Verbrennungsgaseinlasses 12,f Öffnen des ersten Abgasauslasses 6,g Beginn der Brennstoffzufuhr durch die zweite Brennstoffzuführung und damit Betreiben des zweiten Schachts 2 als Brennschacht und des ersten Schachts 2 als Regenerativschacht.The present invention relates to a method for shaft reversal control of a cocurrent-countercurrent regenerative shaft furnace 1, the method having the following steps:a operating the first shaft 2 as a combustion shaft and the second shaft 2 as a regenerative shaft,b ending the fuel feed through the first fuel feed and therewith performing the burnout in the first stack 2,c closing the second exhaust gas outlet 6, after the beginning of step c and before the end of step c starting with the following steps d to fd opening the second combustion gas inlet 12,e closing the first combustion gas inlet 12 ,f opening of the first exhaust gas outlet 6,g beginning of the fuel supply through the second fuel supply and thus operation of the second shaft 2 as a fuel shaft and the first shaft 2 as a regenerative shaft.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schachtumsteuerung eines Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Schachtofens (GGR-Schachtofen) um dabei eine Vermischung zwischen dem Ofenabgas und der Kalkkühlluft zu vermeiden. Damit kann die Kohlendioxidkonzentration im Ofenabgas auf hohem Niveau gehalten werden und so eine vereinfachte Abtrennung erfolgen.The invention relates to a method for shaft reversal control of a cocurrent-countercurrent regenerative shaft kiln (PFR shaft kiln) in order to avoid mixing between the kiln exhaust gas and the lime cooling air. In this way, the carbon dioxide concentration in the kiln exhaust gas can be kept at a high level and simplified separation can thus take place.
Das Brennen von Karbonatgestein in einem GGR-Schachtofen ist seit etwa 60 Jahren bekannt. Ein derartiger, beispielsweise aus der
Das zu brennende Material passiert üblicherweise in jedem Schacht eine Vorwärmzone zum Vorwärmen des Materials, eine sich daran anschließende Brennzone, in der das Material gebrannt wird und eine sich daran anschließende Kühlzone, in der Kühlluft dem heißen Material zugeführt wird.In each shaft, the material to be burned usually passes through a preheating zone for preheating the material, a subsequent firing zone in which the material is burned and a subsequent cooling zone in which cooling air is supplied to the hot material.
Um den Qualitätsanforderungen bezüglich einer hohen Reaktivität des Branntkalkes, wie sie beispielsweise in Stahlwerken gefordert wird, gerecht zu werden, dürfen die Temperaturen in der Brennzone einen Wert von 1100 °C, vorzugsweise 1000 °C, nicht überschreiten. Des Weiteren steigt die Nachfrage nach umweltfreundlicher Herstellung von Branntkalk ebenfalls, sodass bestimmte Anforderungen an den CO2-Gehalt des Abgases zur anschließenden Nachbehandlung erfüllt werden müssen.In order to meet the quality requirements with regard to high reactivity of the quicklime, such as is required in steel works, the temperatures in the burning zone must not exceed a value of 1100°C, preferably 1000°C. Furthermore, the demand for environmentally friendly production of quicklime is also increasing, so that certain requirements for the CO 2 content of the exhaust gas for subsequent after-treatment must be met.
Daher wurden Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Schachtöfen entwickelt, um ein möglichst Kohlendioxid-reiches Abgas zu erzeugen und so den Aufwand bei der Abtrennung zu minimieren. Aus der
Es hat sich beim Betrieb herausgestellt, dass während der Schachtumsteuerung es zu einer Vermischung zwischen dem Ofenabgas und der Kalkkühlluft kommt, wodurch der Kohlendioxidgehalt im Abgas temporär sinkt.It has been found during operation that the kiln exhaust gas and the lime cooling air mix during the chute reversal, causing the carbon dioxide content in the exhaust gas to drop temporarily.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Schachtumsteuerung bereitzustellen, bei dem eine Vermischung zwischen dem Ofenabgas und der Kalkkühlluft weitestgehend vermieden wird, um damit ein Absinken des Kohlendioxidgehalts im Abgas zu vermeiden und eine Kohlendioxidabtrennung damit in einfacher Wiese zu ermöglichen.The object of the invention is to provide a method for shaft reversal control in which mixing between the kiln exhaust gas and the lime cooling air is largely avoided in order to prevent the carbon dioxide content in the exhaust gas from falling and thus enable carbon dioxide separation in a simple manner.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch das Steuersystem mit den in Anspruch 16 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.This object is achieved by the method having the features specified in
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Schachtumsteuerung eines Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Schachtofens. Bei einem Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Schachtofen (GGR-Schachtofen) wird zunächst ein Schacht als Brennschacht und der zweite Schacht als Regenerativschacht verwendet. Nach einem Zyklus, welcher beispielsweise zwischen 10 min und 60 min, insbesondere zwischen 10 min und 20 min, beispielsweise 15 min, dauern kann, erfolgt eine Schachtumsteuerung und der erste Schacht wird dann als Regenerativschacht und der zweite Schacht als Brennschacht verwendet. Bei herkömmlichen Anlagen wurde hierbei der GGR-Schachtofen üblicherweise drucklos geschaltet, das gebrannte Produkt unten entnommen und das zu brennende Produkt von oben zugeführt. Vorteil des GGR-Schachtofens ist, dass durch diesen wechselseitigen Betrieb eine sehr effiziente Wärmerückgewinnung erfolgt und so der Prozess energetisch sehr günstig abläuft. Von diesem bisherigen Verfahren zur Schachtumsteuerung wird erfindungsgemäß radikal abgegangen. Stattdessen bleibt ein gewisser Gasstrom und damit Druck im GGR-Schachtofen erhalten, was dazu führt, dass das Abgas auch während der Schachtumsteuerung von konstant hoher Kohlendioxid-Konzentration bleibt, sodass eine Abtrennung, insbesondere eine anschließende Verflüssigung, einfach möglich bleibt.The method according to the invention is used for shaft reversal control of a cocurrent/countercurrent regenerative shaft furnace. In a cocurrent countercurrent regenerative shaft furnace (PFR shaft furnace), one shaft is used as a combustion shaft and the second shaft as a regenerative shaft. After a cycle, which can last for example between 10 minutes and 60 minutes, in particular between 10 minutes and 20 minutes, for example 15 minutes, the shaft is reversed and the first shaft is then used as a regenerative shaft and the second shaft as a combustion shaft. In conventional plants, the PGR shaft furnace was usually depressurized, the burned product was removed from below and the product to be burned was fed in from above. The advantage of the PFR shaft furnace is that this alternating operation results in very efficient heat recovery and the process is therefore very economical in terms of energy. From this previous procedure to Chute reversal is radically abandoned according to the invention. Instead, a certain gas flow and thus pressure remain in the PFR shaft furnace, which means that the exhaust gas remains at a constantly high carbon dioxide concentration even during shaft reversal control, so that separation, in particular subsequent liquefaction, remains easy.
Der Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Schachtofen, welcher für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet wird, weist einen ersten Schacht und einen zweiten Schacht auf. Der erste Schacht weist eine erste Vorwärmzone zum Vorwärmen des Materials, eine erste Brennzone zum Brennen des Materials und eine erste Kühlzone zum Kühlen des Materials auf. Der zweite Schacht weist eine zweite Vorwärmzone zum Vorwärmen des Materials, eine zweite Brennzone zum Brennen des Materials und eine zweite Kühlzone zum Kühlen des Materials auf. Die erste Brennzone und die zweite Brennzone sind über einen Verbindungskanal verbunden. Die erste Vorwärmzone weist einen ersten Verbrennungsgaseinlass und die zweite Vorwärmzone einen zweiten Verbrennungsgaseinlass auf. Die erste Vorwärmzone weist einen ersten Abgasauslass und die zweite Vorwärmzone einen zweiten Abgasauslass auf. Die erste Brennzone weist wenigstens eine erste Brennlanze und die zweite Brennzone wenigstens eine zweite Brennlanze auf. Die wenigstens eine erste Brennlanze ist mit einer ersten Brennstoffzuführung und die wenigstens eine zweite Brennlanze ist mit einer zweiten Brennstoffzuführung verbunden.The cocurrent countercurrent regenerative shaft furnace used for the process according to the invention has a first shaft and a second shaft. The first shaft has a first preheating zone for preheating the material, a first firing zone for firing the material, and a first cooling zone for cooling the material. The second shaft has a second preheating zone for preheating the material, a second firing zone for firing the material, and a second cooling zone for cooling the material. The first firing zone and the second firing zone are connected via a connecting channel. The first preheat zone has a first combustion gas inlet and the second preheat zone has a second combustion gas inlet. The first preheating zone has a first exhaust gas outlet and the second preheating zone has a second exhaust gas outlet. The first combustion zone has at least one first combustion lance and the second combustion zone has at least one second combustion lance. The at least one first combustion lance is connected to a first fuel supply and the at least one second combustion lance is connected to a second fuel supply.
Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- a) Betreiben des ersten Schachts als Brennschacht und des zweiten Schachts als Regenerativschacht,
- b) Beenden der Brennstoffzufuhr durch die erste Brennstoffzuführung und damit Durchführen des Ausbrennens im ersten Schacht,
- c) Schließen des zweiten Abgasauslasses,
- d) Öffnen des zweiten Verbrennungsgaseinlasses,
- e) Schließen des ersten Verbrennungsgaseinlasses,
- f) Öffnen des ersten Abgasauslasses,
- g) Beginn der Brennstoffzufuhr durch die zweite Brennstoffzuführung und damit Betreiben des zweiten Schachts als Brennschacht und des ersten Schachts als Regenerativschacht.
- a) operating the first shaft as a fuel shaft and the second shaft as a regenerative shaft,
- b) ending the fuel supply through the first fuel supply and thus carrying out the burnout in the first shaft,
- c) closing the second exhaust outlet,
- d) opening the second combustion gas inlet,
- e) closing the first combustion gas inlet,
- f) opening the first exhaust outlet,
- g) Beginning of the fuel supply through the second fuel supply and thus operating the second shaft as a fuel shaft and the first shaft as a regenerative shaft.
Wesentlich ist somit, dass zu keinem Zeitpunkt die Zufuhr von Verbrennungsgas und die Abfuhr von Abgas unterbrochen wird. Der GGR-Schachtofen wird damit nicht drucklos, also auf Umgebungsdruck gebracht. Dieses wiederum führt dazu, dass die Vermischung zwischen dem Abgas und dem Kühlgas auch während der Schachtumsteuerung minimiert wird. Dadurch bleibt eine Abtrennung von Kohlendioxid aus dem Abgas sehr einfach, da die Konzentration an Kohlendioxid konstant hoch bleibt.It is therefore essential that the supply of combustion gas and the removal of exhaust gas are not interrupted at any time. The PGR shaft furnace is not depressurized, i.e. brought to ambient pressure. This in turn leads to the fact that the mixing between the exhaust gas and the cooling gas is also minimized during shaft reversal control. This makes it very easy to separate carbon dioxide from the exhaust gas, since the concentration of carbon dioxide remains constantly high.
Der Schritt a) entspricht dem normalen Brennprozess. Auch Schritt b) entspricht dem normalen Vorgehen.Step a) corresponds to the normal burning process. Step b) also corresponds to the normal procedure.
In Schritt c) beginnt zunächst das Schließen des zweiten Abgasauslasses. Das wiederum hat zur Folge, dass eben nicht der GGR-Schachtofen geöffnet, also auf Umgebungsdruck gebracht wird, sondern der Druck gehalten wird. Während des Schließens Beginnen dann zeitlich überlappend das Öffnen des zweiten Verbrennungsgaseinlasses in Schritt d), das Schließen des ersten Verbrennungsgaseinlasses in Schritt e) und das Öffnen des ersten Abgasauslasses in Schritt f). Der Effekt ist, dass der Druck im Verbindungskanal vergleichsweise konstant gehalten werden kann, was wiederum ein guter Indikator dafür ist, dass eine Vermischung mit dem Kühlgas vermeidet.In step c), the closing of the second exhaust gas outlet begins first. This in turn has the consequence that the PGR shaft furnace is not opened, i.e. brought to ambient pressure, but the pressure is maintained. During the closing, the opening of the second combustion gas inlet in step d), the closing of the first combustion gas inlet in step e) and the opening of the first exhaust gas outlet in step f) then begin with a temporal overlap. The effect is that the pressure in the connecting duct can be kept comparatively constant, which in turn is a good indicator that mixing with the cooling gas is avoided.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beginnen die Schritte d) bis f) gleichzeitig. Dieses ist bevorzugt und sorgt für einen besonders gleichbleibenden Druck im Verbindungskanal.In a further embodiment of the invention, steps d) to f) start simultaneously. This is preferred and ensures a particularly constant pressure in the connecting channel.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Schritte c), d) und e) eine erste Zeitdauer t1 auf. Der Schritt f) weist eine zweite Zeitdauer t2 aufweist, wobei die zweite Zeitdauer t2 größer ist als die erste Zeitdauer t1. Damit erfolgt das Öffnen des ersten Abgasauslasses in Schritt f) langsamer. Dadurch, insbesondere in Verbindung mit dem früheren Beginn des Schließens des zweiten Abgasauslasses in Schritt c) ist sichergestellt, dass der GGR-Schachtofen nicht drucklos wird, sondern die Druckverhältnisse insbesondere in den Brennzonen so stabil bleiben, dass eine Vermischung mit den Kühlgasen besonders zuverlässig vermieden wird.In a further embodiment of the invention, steps c), d) and e) have a first time duration t 1 . Step f) has a second time period t 2 , the second time period t 2 being longer than the first time period t 1 . The opening of the first exhaust gas outlet in step f) thus takes place more slowly. This, in particular in connection with the earlier beginning of the closing of the second exhaust gas outlet in step c), ensures that the PFR shaft furnace does not become depressurized, but that the pressure conditions, in particular in the combustion zones, remain so stable that mixing with the cooling gases is avoided in a particularly reliable manner becomes.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Zeitdauer t2 1,5 bis 5 mal so groß ist wie die erste Zeitdauer t1. Bevorzugt ist die zweite Zeitdauer t2 2 bis 3 mal so groß ist wie die erste Zeitdauer t1.In a further embodiment of the invention, the second period of time t 2 is 1.5 to 5 times as long as the first period of time t 1 . The second period of time t 2 is preferably 2 to 3 times as long as the first period of time t 1 .
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Schritt c) eine erste Zeitdauer t1 auf. Die Schritte d), e) und f) beginnen 1/4 t1 bis 3/4 t1, insbesondere 1/3 t1 bis 2/3 t1, nach dem Beginn des Schrittes c). Beispielsweise beginnen die Schritte d), e) und f) genau in der Mitte des Schrittes c), also mit einem Zeitversatz von ½ t1.In a further embodiment of the invention, step c) has a first time duration t 1 . Steps d), e) and f) begin 1/4 t 1 to 3/4 t 1 , in particular 1/3 t 1 to 2/3 t 1 , after the start of step c). For example, steps d), e) and f) begin exactly in the middle of step c), ie with a time offset of ½ t 1 .
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Zufuhr von Kühlgas und die Abfuhr von Kühlgas in der erste Kühlzone und in der zweiten Kühlzone kontinuierlich mit konstantem Kühlgasstrom fortgesetzt. Hierbei wird insbesondere der Gasstrom über alle Schritte konstant gehalten. Dadurch kann das Strömungs- und Druckprofil in der ersten Kühlzone und in der zweitem Kühlzone konstant gehalten werden.In a further embodiment of the invention, the supply of cooling gas and the removal of cooling gas in the first cooling zone and in the second cooling zone are continued continuously with a constant flow of cooling gas. Here, the gas flow in particular is kept constant over all steps. As a result, the flow and pressure profile in the first cooling zone and in the second cooling zone can be kept constant.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Öffnen und Schließen in den Schritten c), d), e) und f) mit variabler Geschwindigkeit. Insbesondere erfolgt das Öffnen zunächst langsamer und wird dann im Laufe der Schritte beschleunigt. Insbesondere erfolgt das Schließen zunächst schneller und wird dann im Laufe der Schritte langsamer. In a further embodiment of the invention, the opening and closing in steps c), d), e) and f) takes place at variable speeds. In particular, the opening is slower at first and then accelerates as the steps progress. In particular, the closure is faster at first and then slows down as the steps progress.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird im oberen Gasbereich des ersten Schachtes ein erster Druck gemessen. Weiter wird im oberen Gasbereich des zweiten Schachtes ein zweiter Druck gemessen. Optional kann zusätzlich der Druck im Verbindungskanal gemessen werden. Die Messung des Druckes ermöglicht eine Regelung in Abhängigkeit von den gemessenen Drücken.In a further embodiment of the invention, a first pressure is measured in the upper gas area of the first shaft. A second pressure is also measured in the upper gas area of the second shaft. Optionally, the pressure in the connection channel can also be measured. Measuring the pressure enables regulation depending on the measured pressures.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Geschwindigkeit des Öffnens und Schließens in den Schritten c), d), e) und f) derart geregelt, dass der erste Druck mit einer konstanten ersten Rate sinkt und/oder der zweite Druck mit einer konstanten zweiten Rate steigt. Wird nur auf einen Druck geregelt, so wird bevorzugt auf den fallenden Druck geregelt. Dieses führt dazu, dass nur ein minimaler Druckabfall im Verbindungskanal feststellbar ist, sodass die Vermischung mit dem Kühlgas weitestgehend vermieden werden kann.In a further embodiment of the invention, the speed of opening and closing in steps c), d), e) and f) is controlled such that the first pressure decreases at a constant first rate and/or the second pressure decreases at a constant second rate rate increases. If only one pressure is regulated, then the falling pressure is preferably regulated. As a result, only a minimal drop in pressure can be detected in the connection channel, so that mixing with the cooling gas can be largely avoided.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Rate betragsmäßig gleich der zweiten Rate. Die erste Rate und die zweite Rate weisen ein entgegengesetztes Vorzeichen auf. Betragsmäßig gleich ist hier im technischen Sinne und nicht im exakt mathematischen Sinne zu verstehen. Hierdurch wird ein synchrones Umschalten des Gasflusses im ersten Schacht und im zweiten Schacht des GGR-Schachtofens erreicht.In a further embodiment of the invention, the amount of the first installment is equal to the second installment. The first rate and the second rate are of opposite sign. The same amount is to be understood here in the technical sense and not in the exact mathematical sense. This achieves synchronous switching of the gas flow in the first shaft and in the second shaft of the PFR shaft furnace.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der ersten Verbrennungsgaseinlass und der zweite Verbrennungsgaseinlass mit einer Verbrennungsgasleitung verbunden. Die Verbrennungsgasleitung ist mit einer Oxidationsmittelzufuhr verbunden. Insbesondere kann die Oxidationsmittelzufuhr mit einer Luftzerlegung oder einer anderen Quelle für Sauerstoff verbunden sein. Vorzugsweise wird über die Oxidationsmittelzufuhr Sauerstoff mit einer Reinheit von wenigstens 90 %, bevorzugt wenigstes 95 %, weiter bevorzugt wenigstens 98 %, zugeführt. Nach Abschluss der Schritte c), d), e) und f) und vor Beginn des Schrittes g) wird die Oxidationsmittelzufuhr geöffnet.In a further embodiment of the invention, the first combustion gas inlet and the second combustion gas inlet are connected to a combustion gas line. The combustion gas line is connected to an oxidant supply. In particular, the oxidant supply may be associated with air separation or another source of oxygen. Oxygen with a purity of at least 90%, preferably at least 95%, more preferably at least 98%, is preferably supplied via the oxidizing agent supply. After completing steps c), d), e) and f) and before starting step g), the oxidant supply is opened.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird während Schritt b) die Oxidationsmittelzufuhr geschlossen. Bevorzugt erfolgt derart, dass das Schließen der Oxidationsmittelzufuhr zum Zeitpunkt des Endes des Schrittes b) abgeschlossen ist. In a further embodiment of the invention, the oxidizing agent feed is closed during step b). It is preferably carried out in such a way that the closing of the oxidizing agent feed is complete at the time of the end of step b).
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Öffnungsgeschwindigkeit in den Schritten d) und f) steigend gewählt.In a further embodiment of the invention, the opening speed in steps d) and f) is selected to increase.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Zuführung von Edukt und die Entnahme von Produkt während des Schrittes a). Zuführung und Entnahme erfolgen somit durch eine Schleuse, um weder die Gaszusammensetzung noch den Druck im Inneren des GGR-Schachtofens negativ zu beeinflussen.In a further embodiment of the invention, starting material is supplied and product is removed during step a). Supply and removal are thus carried out through a lock, so as not to negatively influence either the gas composition or the pressure inside the PFR shaft furnace.
Weiter kann bei dem GGR-Schachtofen zur Durchführung des Verfahrens der Gaseinlass in der Vorwärmzone des als Brennschacht betriebenen Schachts angeordnet sein. Bei dem Gaseinlass in der Vorwärmzone des Brennschachtes handelt es sich vorzugsweise um einen Verbrennungsgaseinlass, über welchen zusätzlich zu dem Abgas vorzugsweise ein Oxidationsmittel in die Vorwärmzone eingeleitet wird. Der Gaseinlass ist vorzugsweise an dem oberen Ende der Vorwärmzone angeordnet.Furthermore, in the PGR shaft furnace for carrying out the method, the gas inlet can be arranged in the preheating zone of the shaft operated as a combustion shaft. The gas inlet in the preheating zone of the combustion shaft is preferably a combustion gas inlet, via which an oxidizing agent is preferably introduced into the preheating zone in addition to the exhaust gas. The gas inlet is preferably located at the top of the preheating zone.
Weiter kann bei dem GGR-Schachtofen zur Durchführung des Verfahrens der Gaseinlass in dem Verbindungskanal zur gastechnischen Verbindung der Brennzonen der Schächte angeordnet und/oder in der Brennzone des Schachts, insbesondere des Regenerativschachts, und/oder in einem materialfreien Raum in dem Schacht angeordnet sein. Insbesondere ist der materialfreie Raum als außenliegender Ringraum ausgebildet, der sich umfangsmäßig um vorzugsweise den oberen, an die Brennzone angrenzenden Bereich der Kühlzone erstreckt.Furthermore, in the PFR shaft furnace for carrying out the process, the gas inlet can be arranged in the connecting duct for gas-technical connection of the combustion zones of the shafts and/or in the combustion zone of the shaft, in particular of the regenerative shaft, and/or in a material-free space in the shaft. In particular, the material-free space is designed as an external annular space, which extends circumferentially around preferably the upper region of the cooling zone adjacent to the combustion zone.
Weiter kann bei dem GGR-Schachtofen zur Durchführung des Verfahrens zwischen dem Abgasauslass und dem Gaseinlass in dem Verbindungskanal zur gastechnischen Verbindung der Brennzonen der Schächte und/oder in der Brennzone ein Wärmetauscher und/oder eine Heizeinrichtung, insbesondere eine elektrische Heizvorrichtung, eine Solareinrichtung oder ein Verbrennungsreaktor, zum Erwärmen des Abgases angeordnet sein. Beispielsweise ist der Wärmetauscher in Strömungsrichtung des Abgases vor der Heizvorrichtung angeordnet. Es ist ebenfalls denkbar, dass lediglich ein Wärmetauscher oder eine Heizvorrichtung zur Erwärmung des Abgases vorhanden sind.Furthermore, in the PFR shaft furnace for carrying out the process between the exhaust gas outlet and the gas inlet in the connecting duct for the gas connection of the combustion zones of the shafts and/or in the combustion zone, a heat exchanger and/or a heating device, in particular an electric heating device, a solar device or a Combustion reactor, be arranged for heating the exhaust gas. example As the heat exchanger is arranged in the flow direction of the exhaust gas in front of the heater. It is also conceivable that there is only one heat exchanger or one heating device for heating the exhaust gas.
Weiter kann bei dem GGR-Schachtofen zur Durchführung des Verfahrens die Kühlzone einen Kühlgaseinlass zum Einlassen von Kühlgas in die Kühlzone und eine Kühlgasabzugseinrichtung zum Abführen von Kühlgas aus dem Schacht aufweisen.Furthermore, in the PFR shaft furnace for carrying out the method, the cooling zone can have a cooling gas inlet for letting cooling gas into the cooling zone and a cooling gas discharge device for discharging cooling gas from the shaft.
Weiter kann bei dem GGR-Schachtofen zur Durchführung des Verfahrens einen materialfreien Raum innerhalb der Kühlzone des Schachts aufweisen. Insbesondere ist der materialfreie Raum als außenliegender Ringraum ausgebildet, der sich umfangsmäßig um vorzugsweise den oberen, an die Brennzone angrenzenden Bereich der Kühlzone erstreckt. In dem materialfreien Ringraum ist insbesondere der Kühlgasauslass angeordnet.Furthermore, in the PFR shaft furnace, a material-free space within the cooling zone of the shaft can be provided for carrying out the method. In particular, the material-free space is designed as an external annular space, which extends circumferentially around preferably the upper region of the cooling zone adjacent to the combustion zone. In particular, the cooling gas outlet is arranged in the material-free annular space.
Der materialfreie Raum der Kühlgasabzugseinrichtung ist beispielsweise als Innenzylinder ausgebildet, der sich insbesondere mittig und in vertikaler Richtung durch die Kühlzone erstreckt. Insbesondere erstreckt sich der Innenzylinder zumindest teilweise in die Brennzone hinein. In dem Innenzylinder ist der Kühlgasauslass zum Auslassen des Kühlgases aus dem Schacht angeordnet. Der Innenzylinder weist vorzugsweise einen Kühlgaseinlass zum Einlassen von Kühlgas der Kühlzonen in das Innere des Innenzylinders auf, wobei der Kühlgaseinlass vorzugsweise unterhalb des Kühlgasauslasses in dem Innenzylinder angeordnet ist. Insbesondere ist der Kühlgaseinlass am unteren Ende der Kühlzone angeordnet, sodass das Kühlgas vorzugsweise durch die gesamte Kühlgaszone und anschließend in den Innenzylinder der Kühlgasabzugseinrichtung strömt. Innerhalb des Innenzylinders strömt das Kühlgas vorzugsweise nach unten in Richtung des Kühlgasauslasses und in die Kühlgasabzugsleitung. Eine als Innenzylinder ausgebildete Kühlgasabzugseinrichtung ermöglicht eine geringe Bauhöhe der Kühlzone und ein vergleichsweise einfaches Umrüsten von bekannten GGR-Schachtöfen.The material-free space of the cooling gas extraction device is designed, for example, as an inner cylinder, which extends in particular centrally and in the vertical direction through the cooling zone. In particular, the inner cylinder extends at least partially into the combustion zone. The cooling gas outlet for discharging the cooling gas from the shaft is arranged in the inner cylinder. The inner cylinder preferably has a cooling gas inlet for letting in cooling gas of the cooling zones into the interior of the inner cylinder, wherein the cooling gas inlet is preferably arranged below the cooling gas outlet in the inner cylinder. In particular, the cooling gas inlet is arranged at the lower end of the cooling zone, so that the cooling gas preferably flows through the entire cooling gas zone and then into the inner cylinder of the cooling gas extraction device. Within the inner cylinder, the cooling gas preferably flows downwardly towards the cooling gas outlet and into the cooling gas discharge line. A cooling gas extraction device designed as an inner cylinder enables a low overall height of the cooling zone and comparatively simple conversion of known PFR shaft furnaces.
Der materialfreie Raum der Kühlgasabzugseinrichtung ist beispielsweise als Verbindungskanal zur gastechnischen Verbindung der Kühlzonen der beiden Schächte ausgebildet, wobei der Kühlgasauslass vorzugsweise in dem Verbindungskanal, insbesondere mittig angeordnet ist.The material-free space of the cooling gas extraction device is designed, for example, as a connecting duct for gas-technical connection of the cooling zones of the two shafts, with the cooling gas outlet preferably being arranged in the connecting duct, in particular centrally.
Die Kühlgasabzugseinrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie das gesamte Kühlgas aus dem Schacht auslässt, sodass vorzugsweise kein Kühlgas in die Brennzone oder den Verbindungskanal zur Verbindung der Brennzonen der Schächte gelangt. Insbesondere ist die Kühlgasabzugseinrichtung mit einem Regelorgan, wie einer Klappe oder einem Ventil, zur Einstellung der Menge an abzuziehendem Kühlgas verbunden.The cooling gas extraction device is preferably designed in such a way that it discharges all of the cooling gas from the shaft, so that preferably no cooling gas enters the combustion zone or the connecting duct connecting the combustion zones of the shafts. In particular, the cooling gas extraction device is connected to a control element, such as a flap or a valve, for adjusting the amount of cooling gas to be extracted.
Weiter kann bei dem GGR-Schachtofen zur Durchführung des Verfahrens die Kühlgasabzugseinrichtung mit einem Wärmetauscher zur Erwärmung des Abgases verbunden sein. Die Kühlgasabzugseinrichtung ist insbesondere mittels der Kühlgasabzugsleitung mit dem Wärmetauscher verbunden. Der Wärmetauscher dient vorzugsweise der Erwärmung des Abgases, das über den Abgasauslass aus der Vorwärmzone des Regenerativschachts ausgelassen wurde. Der Wärmetauscher ist insbesondere mit dem Abgasauslass und dem Kühlgasauslass der Kühlgasabzugseinrichtung verbunden.Furthermore, in the PGR shaft furnace for carrying out the method, the cooling gas extraction device can be connected to a heat exchanger for heating the exhaust gas. The cooling gas extraction device is connected to the heat exchanger in particular by means of the cooling gas extraction line. The heat exchanger preferably serves to heat the exhaust gas that has been discharged from the preheating zone of the regenerative shaft via the exhaust gas outlet. The heat exchanger is connected in particular to the exhaust gas outlet and the cooling gas outlet of the cooling gas extraction device.
Weiter kann bei dem GGR-Schachtofen zur Durchführung des Verfahrens jeder Schacht einen Verbrennungsgaseinlass zum Einlassen von Verbrennungsgas in die Vorwärmzone und/oder die Brennzone aufweisen, wobei der Verbrennungsgaseinlass mit einer Oxidationsmittelleitung zur Leitung eines Oxidationsmittels in den Schacht verbunden ist. Der Verbrennungsgaseinlass ist vorzugsweise mit dem Abgasauslass zur Leitung des Abgases in den Schacht verbunden.Furthermore, in the PFR shaft furnace for carrying out the method, each shaft can have a combustion gas inlet for admitting combustion gas into the preheating zone and/or the combustion zone, the combustion gas inlet being connected to an oxidizing agent line for conducting an oxidizing agent into the shaft. The combustion gas inlet is preferably connected to the exhaust gas outlet for directing the exhaust gas into the stack.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Steuersystem für einen Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Schachtofen, welches ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Bevorzugt weist das Steuersystem dazu ausführbare Programminstruktionen auf.In a further aspect, the invention relates to a control system for a cocurrent/countercurrent regenerative shaft furnace, which is designed to carry out the method according to the invention. The control system preferably has executable program instructions for this purpose.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
-
1 erster beispielhafter GGR-Schaftofen zur Durchführung des Verfahrens -
2 zweiter beispielhafter GGR-Schaftofen zur Durchführung des Verfahrens -
3 gesamter Zyklus -
4 Schachtumsteuerung -
5 Druckverlauf während der Schachtumsteuerung
-
1 first exemplary PFR shaft furnace for carrying out the process -
2 second exemplary PFR shaft furnace for carrying out the process -
3 entire cycle -
4 chute reverser -
5 Pressure curve during shaft reversal
In den Figuren und den Bezugszeichen wird zwischen dem ersten Schacht und dem zweiten Schacht nicht unterschieden. Mit jedem Zyklus werden die Funktionen zwischen den beiden Schächten getauscht, sodass ein gemeinsames Bezugszeichen für den ersten Schacht und den zweiten Schacht sowie die entsprechenden Komponenten sinnvoll ist.In the figures and the reference numbers, no distinction is made between the first shaft and the second shaft. With each cycle, the functions are swapped between the two wells, so that a common reference number for the first well and the second well and the corresponding components makes sense.
Jeder Schacht 2 weist an seinem oberen Ende des Weiteren einen Verbrennungsgaseinlass 12 zum Einlassen von Verbrennungsgas zur Verbrennung von Brennstoffen auf. Bei dem Verbrennungsgas handelt es sich beispielsweise um entstaubtes Abgas zumindest eines der Schächte 2, wobei das Abgas vorzugsweise mit Sauerstoff angereichert ist. Des Weiteren weist jeder Schacht 2 einen Abgasauslass 6 zum Auslassen von Abgasen aus dem jeweiligen Schacht 2 auf. Jedem Abgasauslass 6 und Verbrennungsgaseinlass 12 ist beispielhaft jeweils ein Regelorgan zugeordnet. Über die Regelorgane, wie beispielsweise einem mengenregulierbarem Verdichter 35, ist vorzugsweise die Menge an Verbrennungsgas in den jeweiligen Verbrennungsgaseinlass 12 und die Menge an über den jeweiligen Abgasauslass 6 abzuziehendes Abgas einstellbar. Der Verbrennungsgaseinlass 12 und der Abgasauslass sind beispielhaft auf dem gleichen Höhenniveau und insbesondere innerhalb der Vorwärmzone 21 des jeweiligen Schachts 2 angeordnet.Each
Am unteren Ende des Schachts 2 ist ein Materialauslass 40 zum Abführen des gebrannten Materials angeordnet. Bei dem Materialauslass 40 handelt es sich beispielsweise um eine wie mit Bezug auf den Materialeinlass 3 beschriebene Schleuse. Das gebrannte Material wird beispielsweise in einen Auslasstrichter 25 geleitet, an den sich der Materialauslass 40 des Schachts 2 anschließt. Der Auslasstrichter 25 ist beispielhaft trichterförmig ausgebildet. Der Auslasstrichter 25 weist vorzugsweise einen Kühlgaseinlass 23 zum Einlassen von Kühlgas in den jeweilige Schacht 2 auf. Das Kühlgas wird vorzugsweise mittels eines Verdichters 33 in den Kühlgaseinlass geleitet.A
Im Betrieb des GGR-Schachtofens 1 strömt das zu brennende Material von oben nach unten durch den jeweiligen Schacht 2, wobei die Kühlluft von unten nach oben, im Gegenstrom zu dem Material, durch den jeweiligen Schacht 2 strömt. Das Ofenabgas wird durch den Abgasauslass 6 aus dem Schacht 2 abgeführt.During operation of the
Unterhalb des Materialeinlasses 3 und des Verbrennungsgaseinlasses 12 schließt sich in Strömungsrichtung des Materials die Vorwärmzone 21 des jeweilige Schachtes 2 an. In der Vorwärmzone 21 wird das Material und das Verbrennungsgas vorzugsweise auf etwa 700 °C vorgewärmt. Vorzugsweise ist der jeweilige Schacht 2 mit zu brennendem Material gefüllt. Das Material wird vorzugsweise oberhalb der Vorwärmzone 21 in den jeweiligen Schacht 2 aufgegeben. Zumindest ein Teil der Vorwärmzone 21 und der sich in Strömungsrichtung des Materials daran anschließende Teil des jeweiligen Schachtes 2 sind beispielsweise mit einer feuerfesten Auskleidung umgeben.Below the
In der Vorwärmzone 21 sind optional eine Mehrzahl von Brennerlanzen 10 angeordnet und dienen jeweils als Einlass für Brennstoff, wie beispielsweise ein Brenngas, Öl oder gemahlener fester Brennstoff. Der GGR-Schachtofen 1 weist beispielsweise eine Kühleinrichtung zur Kühlung der Brennerlanzen 10 auf. Die Kühleinrichtung umfasst beispielsweise eine Mehrzahl von Kühlluftringleitungen, die sich ringförmig um den Schachtbereich erstrecken, in dem die Brennerlanzen 10 angeordnet sind. Durch die Kühlluftringleitungen strömt vorzugsweise Kühlluft zur Kühlung der Brennerlanzen 10. Vorzugsweise werden die Brennerlanzen 10 mittels des über den Abgasauslass 6 abgeführten Abgases gekühlt. Vorzugsweise ist der Abgasauslass 6 mit den Brennerlanzen 10 zur Leitung von Abgas zu den Brennerlanzen 10 verbunden.A plurality of burner lances 10 are optionally arranged in the preheating
Vorzugsweise sind in jedem Schacht 2 eine Mehrzahl, beispielsweise zwölf oder mehr Brennerlanzen 10 und im Wesentlichen gleichmäßig zueinander beabstandet angeordnet. Die Brennerlanzen 10 weisen beispielsweise eine L-Form auf und erstrecken sich vorzugsweise in horizontaler Richtung in den jeweiligen Schacht 2 hinein und innerhalb des Schachtes 2 in vertikaler Richtung, insbesondere in Strömungsrichtung des Materials. Die Enden der Brennerlanzen 10 eines Schachtes 2 sind vorzugsweise alle auf demselben Höhenniveau angeordnet. Vorzugsweise ist die Ebene, an der die Lanzenenden angeordnet sind, jeweils das untere Ende der jeweiligen Vorwärmzone 21. Die Brennerlanzen 10 sind vorzugsweise mit einer Brennstoffleitung 9 zur Leitung von Brennstoff zu den Brennerlanzen 10 verbunden. Die Brennstoffleitung 9 ist beispielshaft zumindest teilweise als Ringleitung ausgebildet, die sich umfangsmäßig um den jeweiligen Schacht 2 herum erstreckt. Vorzugsweise weist jeder Schacht 2 eine jeweils den Brennerlanzen 10 des Schachts 2 zugeordnete Brennstoffleitung auf, die insbesondere jeweils ein Regelorgan zur Einstellung der Brennstoffmenge zu den Brennerlanzen 10 aufweist.A plurality, for example twelve or more, burner lances 10 are preferably arranged in each
An die Vorwärmzone 21 schließt sich in Strömungsrichtung des Materials die Brennzone 20 an. In der Brennzone 20 wird der Brennstoff verbrannt und das vorgewärmte Material bei einer Temperatur von etwa 1000 °C gebrannt. Der GGR-Schachtofen 1 weist des Weiteren einen Verbindungskanal 19 zum gastechnischen Verbinden der beiden Schächte 2 miteinander auf. In dem Verbindungskanal 19 ist insbesondere kein zu brennendes Material vorhanden.The
Die
An die Brennzone 20 schließt sich in Strömungsrichtung des Materials in jedem Schacht 2 eine Kühlzone 22 an, die sich bis zum Materialauslass 40 erstreckt. Die Kühlzone ist in einem Schachtabschnitt mit einem im Wesentlichen konstanten oder nach unten kleiner werdendem Querschnitt ausgebildet. Der Querschnitt des Schachtabschnitts der Kühlzone 22 ist größer als der Querschnitt des unteren Bereichs der Brennzone 20, sodass sich an dem oberen Ende der Kühlzone 22 und angrenzend an die Brennzone 20 ein weiterer materialfreier Raum 17, insbesondere ein ringförmiger Absatz ausbildet, in dem kein Material angeordnet ist. Das Material wird innerhalb der Kühlzone 22 auf etwa 100 °C im Gegenstrom zu dem Material strömendem Kühlgas abgekühlt. Am unteren Ende der Kühlzone 22 ist eine vorzugsweise kegelförmige Strömungseinrichtung angeordnet, die zur Leitung des Materials in Richtung der Schachtwand dient.A cooling
Jede Kühlzone 22 weist jeweils eine Kühlluftauslassvorrichtung 17 mit jeweils einem Kühlgasauslass 29 auf. In dem Ausführungsbeispiel der
An dem materialauslassseitigen Ende eines jeden Schachtes 2 ist vorzugsweise eine Austragseinrichtung 41 angeordnet. Die Austragseinrichtungen 41 umfassen beispielsweise horizontale Platten, vorzugsweise einen Austragstisch, die einen seitlichen Durchtritt des Materials zwischen dem Austragstisch und der Gehäusewand des GGR-Schachtofens erlauben. Die Austragseinrichtung 41 ist vorzugsweise als Schub- oder Drehtisch oder als Tisch mit Schubräumer ausgeführt. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Durchsatzgeschwindigkeit des Brennguts durch die Schächte 2. Die Austragseinrichtung 41 umfasst des Weiteren beispielhaft den Auslasstrichter 25, der sich an den Austragstisch anschließt und an dessen unterem Ende der Materialauslass 40 angebracht ist.A
Im Betrieb des GGR-Schachtofens 1 ist jeweils einer der Schächte 2 aktiv, wobei der jeweils andere Schacht 2 passiv ist. Der aktive Schacht 2 wird als Brennschacht und der passive Schacht 2 als Regenerativschacht bezeichnet. Der GGR-Schachtofen 1 wird insbesondere zyklisch betrieben, wobei eine übliche Zykluszahl beispielsweise 75 bis 150 Zyklen pro Tag beträgt. Nach Ablauf der Zykluszeit wird die Funktion der Schächte 2 getauscht. Dieser Vorgang wiederholt sich fortlaufend. Über die Materialeinlässe 3 wird abwechselnd Material wie Kalk- oder Dolomitstein in die Schächte 2 aufgegeben. In dem als Brennschacht betriebenen, aktiven Schacht 2 wird über die Brennerlanzen 10 ein Brennstoff in den Brennschacht 2 eingeleitet. Das zu brennende Material wird in der Vorwärmzone 21 des Brennschachts auf eine Temperatur von etwa 700 °C erwärmt. In dem Ausführungsbeispiel der
Im Betrieb des GGR-Schachtofens 1 strömt sowohl in dem Brennschacht 2 als auch in dem Regenerativschacht 2 das Kühlgas im Gegenstrom zu dem zu kühlenden Material durch die Kühlzone 22 und wird vorzugsweise vollständig über den Kühlgasauslass 29 aus dem Schacht 2 ausgelassen, sodass vorzugsweise kein Kühlgas von der Kühlzone 22 in die Brennzone 20 strömt.During operation of the
Innerhalb des als Brennschacht betriebenen Schachts 2 strömt das Verbrennungsgas durch den Verbrennungsgaseinlass 12 in den Brennschacht und im Gleichstrom mit dem Material innerhalb der Brennzone 20 in den als Ringkanal 18 ausgebildeten materialfreien Raum. Von dem materialfreien Raum 18 strömt das Gas über den Verbindungskanal 19 in den als Regenerativschacht betriebenen Schacht 2. Innerhalb des Regenerativschachts strömt das Gas von dem Verbindungskanal 19 und dem materialfreien Raum 18 des Regenerativschachts im Gegenstrom zu dem zu brennenden Material durch die Brennzone 20 in die Vorwärmzone 21 und verlässt den Regenerativschacht durch den Abgasauslass 6 des Regenerativschachts. Vorzugsweise weist das aus dem Schacht 2 ausgelassene Abgas eine Temperatur von 60 °C bis 160 °C, vorzugsweise 100 °C, auf.Within the
Das Abgas wird in eine sich an den Abgasauslass 6 anschließende Abgasleitung 39 geleitet. Die Abgasleitung 39 weist in Strömungsrichtung des Abgases im Anschluss an den Abgasauslass 6 optional einen Abgasfilter 31 zum Filtern von feinen Partikeln, insbesondere Staub, aus dem Abgas auf. Stromabwärts des Abgasfilters 31 weist die Abgasleitung 39 eine Abzweigung auf, wobei ein Teil des Abgases in einer Verbrennungsgasleitung 4 zu dem Verbrennungsgaseinlass 12 geleitet wird. Stromabwärts der Abzweigung weist die Verbrennungsgasleitung 4 in Strömungsrichtung des Abgases beispielhaft ein Regelorgan, wie beispielsweise eine Drosselklappe, und einen Verdichter 35 auf. Die Verbrennungsgasleitung 4 ist vorzugsweise mit den Verbrennungsgaseinlässen 12 der Schachte 2 verbunden, wobei über ein dem Verbrennungsgaseinlass 12 vorgeschaltetes Regelorgan vorzugsweise lediglich dem Verbrennungsgaseinlass 12 des als Brennschacht betriebenen Schachts 2 das Abgas zugeführt wird. Die Verbrennungsgasleitung 4 ist vorzugsweise mit einer Oxidationsmittelleitung 14 verbunden, sodass ein Oxidationsmittel, vorzugsweise reiner Sauerstoff, in die Verbrennungsgasleitung 4 und anschließend zusammen mit dem Abgas über den Verbrennungsgaseinlass 12 in den Schacht 2 eingeführt wird. Es ist ebenfalls denkbar, dass als Oxidationsmittel ein sauerstoffreiches Gas mit einem Sauerstoffanteil von mindestens 70 bis 95 %, vorzugsweise 90 % in die Verbrennungsgasleitung 4 eingeführt wird.The exhaust gas is conducted into an
Der Teil des Abgases, der nicht zu dem Verbrennungsgaseinlass 12 zurückgeführt wird, wird in der Abgasleitung 39 einem Gaseinlass 15 in dem Verbindungskanal 19 zugeführt. Die Abgasleitung 39 weist stromabwärts der Abzweigung der Verbrennungsgasleitung 4 in Strömungsrichtung des Abgases vorzugsweise einen mengenregulierbaren Verdichter 36, einen Wärmetauscher 43 und optional eine Heizeinrichtung 8 zur Erwärmung des Abgases auf. Der Wärmetauscher 43 ist beispielhaft als Rekuperator ausgebildet, wobei das Abgas im Gegenstrom zu dem abgezogenen Kühlgas erwärmt wird und sich das Kühlgas gleichzeitig abkühlt. Der Wärmetauscher 43 ist insbesondere über eine Kühlgasabzugsleitung 11 mit den Kühlgasauslässen 29 beider Schachte 2 verbunden, sodass das Abgas in dem Wärmetauscher 43 mittels des abgezogenen Kühlgases vorzugsweise im Gegenstrom erwärmt wird. Im Anschluss an den Wärmetauscher weist die Kühlgasabzugsleitung 11 optional ein Regelorgan zum Einstellen der abzuziehenden Kühlgasmenge und einen Filter 16 zum Entstauben des Kühlgases auf. Das Abgas wird in dem Wärmetauscher 43 und/oder der Heizeinrichtung 8 vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 900 °C bis 1100 °C, insbesondere 1000 °C erhitzt. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Abgasleitung 39 lediglich einen Wärmetauscher 43 oder eine Heizeinrichtung 8 zur Erwärmung des Abgases aufweist. Beispielsweise wird das Abgas in dem Wärmetauscher 43 auf eine Temperatur von etwa 600 °C und anschließend in der Heizeinrichtung 8 auf eine Temperatur von etwa 1000 °C erhitzt.The part of the exhaust gas that is not returned to the
Bei der Heizeinrichtung 8 handelt es sich beispielsweise um eine elektrisch betriebene Heizeinrichtung. Insbesondere wird die Heizeinrichtung mittels Solarenergie betriebenen. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Heizeinrichtung 8 einen Wärmetauscher umfasst, wobei das im Gegenstrom strömende Wärmemittel über Solarenergie erhitzt wird. Die Heizeinrichtung 8 ist vorzugsweise als Verbrennungsreaktor zur Verbrennung von vorzugsweise erneuerbaren Energieträgern, wie Holz, ausgebildet, wobei die Verbrennung vorzugsweise derart erfolgt, dass das Verbrennungsgas einen hohen CO2-Anteil von mindestens 90 % aufweist.The
Stromaufwärts des Wärmetauschers 43 wird ein Teil des Abgases abgezweigt und über einen Kühleinrichtung 32 mittels eines Verdichters 37 abgeführt. Vorzugsweise wird gesamte CO2-Menge aus der Kalzinierung und der Verbrennung sowie das Wasser aus der Verbrennung aus dem GGR-Schachtofen 1 abgeführt. Die Kühleinrichtung 32 ist beispielsweise ein Wärmetauscher, der vorzugsweise mit einem Kühlmittel, wie Wasser, im Gegenstrom bestrieben wird. Die Abgasleitung weist beispielhaft vor und nach der Abzweigung des abzuführenden Abgases jeweils einen Verdichter 34, 36 auf.A portion of the exhaust gas is branched off upstream of the
Der Verbindungskanal 19 weist einen Gaseinlass 15 zum Einlassen von rezirkuliertem Abgas in den Verbindungskanal 19 auf. Der Gaseinlass 15 ist über die Abgasleitung 39 mit dem Abgasauslass 6 des Schachts 2 verbunden, sodass aus dem Schacht 2 abgeführtes, entstaubtes und erwärmtes Abgas in den Verbindungskanal 19 geleitet wird. Der Gaseinlass 15 ist beispielhaft mittig in der oberen Wand des Gaskanal 15 angeordnet. Es ist ebenfalls denkbar, dass der Gaseinlass 15 an einer davon abweichenden Position in der Wand des Verbindungskanals 19 oder in den Ringkanälen 18 angeordnet ist. Es ist ebenfalls denkbar, dass eine Mehrzahl von Gaseinlässen 15 in dem Verbindungskanal 19 oder in den Ringkanälen 18 angebracht sind, die jeweils mit der Abgasleitung 39 verbunden sind.The connecting
Die Oxidationsmittelleitung 14 weist vorzugsweise ein Regelorgan auf, wie beispielsweise ein Ventil oder eine Klappe auf, über welches die Menge an Oxidationsmittel in die Verbrennungsgasleitung 4 einstellbar ist. Das Regelorgan ist vorzugsweise mit der Regeleinrichtung verbunden, wobei die Regeleinrichtung insbesondere derart ausgebildet ist, dass sie die Menge an Oxidationsmittel in die Verbrennungsgasleitung 4 in Abhängigkeit des mittels der Gasanalyseeinrichtung 45 ermittelten Sauerstoff- und/oder den CO2-Gehalts des Abgases regelt.The
Die Regelung dient insbesondere einer vollständigen Verbrennung des Brennstoffes, der über die Brennstoffleitung 9 dem GGR-Schachtofen 1 zugeführt wird. Ein unerwünscht hoher Sauerstoffanteil in der Abgasleitung 39 wird damit verhindert. Zur Kontrolle des gewünschten CO2-Gehalts in der Abgasleitung 39, wird der CO2-Gehalt ebenfalls gemessen.The control is used in particular for complete combustion of the fuel that is supplied to the
Die Regelungseinrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die den mittels der Gasanalyseeinrichtung 45 ermittelten Sauerstoff- und/oder den CO2-Gehalt mit einem jeweiligen vorabbestimmten Grenzwert oder Grenzbereich vergleicht und bei einer Abweichung des ermittelten Wertes von dem Grenzwert oder Grenzbereich, die Menge an Oxidationsmittel in die Verbrennungsgasleitung erhöht oder verringert.The control device is preferably designed in such a way that it compares the oxygen and/or CO 2 content determined by means of the
Vorzugsweise wird die Menge an Oxidationsmittel erhöht, wenn der Grenzwert oder Grenzbereich des ermittelten Sauerstoffgehalts unterschritten wird. Vorzugsweise wird die Menge an Oxidationsmittel verringert, wenn der Grenzwert oder Grenzbereich des ermittelten Sauerstoffgehalts überschritten wird.The amount of oxidizing agent is preferably increased if the oxygen content falls below the limit value or limit range. Preferably, the amount of oxidant is reduced when the threshold or range of the determined oxygen content is exceeded.
Eine Gasanalyseeinrichtung 46 ist beispielhaft in der Kühlgasabzugsleitung 11, insbesondere stromabwärts des Wärmetauschers 43 und beispielsweise des Filters 16 angeordnet und zur Ermittlung des Sauerstoff- und/oder den CO2-Gehalt des abgeführten Kühlgases ausgebildet. Die Gasanalyseeinrichtung 46 ist insbesondere mit der nicht dargestellten Regelungseinrichtung zur Übermittlung des ermittelten Sauerstoff- und/oder den CO2-Gehalts des Kühlgases verbunden.A
Die Kühlgasabzugsleitung 11 weist vorzugsweise ein Regelorgan auf, wie beispielsweise ein Ventil oder eine Klappe auf, über welches die Menge an über die Kühlgasabzugseinrichtung 17 abzuführendem Kühlgas einstellbar ist. Das Regelorgan ist vorzugsweise mit der Regeleinrichtung verbunden, wobei die Regeleinrichtung insbesondere derart ausgebildet ist, dass sie die Menge an über die Kühlgasabzugseinrichtung 17 abgeführtem Kühlgas in Abhängigkeit des mittels der Gasanalyseeinrichtung 46 ermittelten Sauerstoff- und/oder den CO2-Gehalts des Kühlgases regelt.The cooling
Die Regelung dient insbesondere einem möglichst vollständigen Abzug des Kühlgases aus dem GGR-Schachtofen 1 bei einem gleichzeitig möglichst geringen oder vorzugsweise keinem CO2 in der Kühlgasabzugsleitung 11.The control is used in particular to ensure that the cooling gas is removed as completely as possible from the
Die Regelungseinrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die den mittels der Gasanalyseeinrichtung 46 ermittelten Sauerstoff- und/oder den CO2-Gehalt mit einem jeweiligen vorabbestimmten Grenzwert oder Grenzbereich vergleicht und bei einer Abweichung des ermittelten Wertes von dem Grenzwert oder Grenzbereich, die Menge über die Kühlgasabzugseinrichtung 17 abzuführendem Kühlgas erhöht oder verringert.The control device is preferably designed in such a way that it compares the oxygen and/or the CO 2 content determined by means of the
Vorzugsweise wird die Menge an Kühlgas erhöht, wenn der Grenzwert oder Grenzbereich des ermittelten CO2-Gehalts unterschritten wird. Vorzugsweise wird die Menge an Kühlgas verringert, wenn der Grenzwert oder Grenzbereich des ermittelten CO2-Gehalt überschritten wird.The quantity of cooling gas is preferably increased if the determined CO 2 content falls below the limit value or limit range. The amount of cooling gas is preferably reduced if the limit or limit range of the determined CO 2 content is exceeded.
Die Kühlzone 22 ist beispielhaft in einem Schachtabschnitt ausgebildet, der einen in etwa konstanten Querschnitt aufweist, wobei der Schachtquerschnitt der Kühlzone 22 dem Schachtquerschnitt dem unteren Bereich der Brennzone 20 entspricht. Der materialfreie Ringraum des GGR-Schachtofens der
Der Innenzylinder 26 der Kühlgasabzugseinrichtung 17 weist einen Kühlgasauslass 29 auf, der sich von dem Innenzylinder 26 radial nach außen durch die Schachtwand erstreckt und der Leitung von Kühlgas aus dem Innenzylinder in die Kühlgasabzugsleitung 11 dient. Der Innenzylinder 26 weist des Weiteren einen Kühlgaseinlass 30 zum Einlassen von Kühlgas aus der Kühlzone 22 in den Innenzylinder 26 auf. Der Kühlgaseinlass 30 erstreckt sich durch die Innenzylinderwand in die Kühlzone 22 und verbindet das Innere des Innenzylinders 26 mit der Kühlzone 22. Beispielhaft weist jeder Innenzylinder 26 vier Kühlgaseinlässe 30 auf, die jeweils auf gleicher Höhe in der Innenzylinderwand ausgebildet sind und sich vorzugsweise gleichmäßig zueinander beabstandet sternförmig nach außen in die Kühlzone 22 erstrecken. Der Kühlgaseinlass 30 ist vorzugsweise oberhalb des Kühlgasauslasses 29 in der Kühlzone 22 angeordnet. Das Kühlgas strömt im Betrieb des GGR-Schachtofens 1 von unten nach oben durch die Kühlzone 22 und in den Kühlgaseinlass 30 in den Innenzylinder 26 der Kühlgasabzugseinrichtung 17. Vorzugsweise strömt das gesamte in die Kühlzone 22 eingeleitete Kühlgas durch die Kühlgaseinlässe 30 in die Kühlgasabzugseinrichtung 17, sodass kein Kühlgas in die Brennzone 20 gelangt. Der Kühlluftauslass 29 des Innenzylinders 26 ist vorzugsweise im unteren Bereich der Kühlzone 22 angeordnet. Das Kühlgas strömt insbesondere von dem Kühlgaseinlass 30 in dem Innenzylinder 26 nach unten zu dem Kühlgasauslass 29.The
Die Leitung des aus der Kühlzone 22 abgezogenen Kühlgases und des aus der Vorwärmzone 21 abgezogenen Abgases entsprechen in dem Ausführungsbeispiel der
In
In
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- GGR-SchachtofenPFR shaft furnace
- 22
- Schachtshaft
- 33
- Materialeinlass / SchleuseMaterial inlet / sluice
- 44
- Verbrennungsgasleitungcombustion gas line
- 66
- Abgasauslassexhaust outlet
- 77
- Kühlluftleitungcooling air line
- 88th
- Heizeinrichtungheating device
- 99
- Brennstoffleitungfuel line
- 1010
- Brennerlanzenburner lances
- 1111
- Kühlgasabzugsleitungcooling gas exhaust line
- 1212
- Verbrennungsgaseinlasscombustion gas inlet
- 1414
- Oxidationsmittelleitungoxidizer line
- 1515
- Gaseinlassgas inlet
- 1616
- Filterfilter
- 1717
- materialfreier Raum / Kühlgasabzugseinrichtungmaterial-free space / cooling gas extraction device
- 1818
- Ringkanal / materialfreier RaumRing channel / material-free space
- 1919
- Verbindungskanalconnecting channel
- 2020
- Brennzoneburn zone
- 2121
- Vorwärmzonepreheating zone
- 2222
- Kühlzonecooling zone
- 2323
- Kühlgaseinlasscooling gas inlet
- 2525
- Auslasstrichteroutlet funnel
- 2626
- Innenzylinderinner cylinder
- 2727
- Kühllufteinlasscooling air intake
- 2828
- Kühlluftauslasscooling air outlet
- 2929
- Kühlgasauslasscooling gas outlet
- 3030
- Kühlgaseinlasscooling gas inlet
- 3131
- Abgasfilterexhaust filter
- 3232
- Kühleinrichtungcooling device
- 33 - 3833 - 38
- Verdichtercompressor
- 3939
- Abgasleitungexhaust pipe
- 4040
- Materialauslass / SchleuseMaterial outlet / lock
- 4141
- Austragseinrichtungdischarge device
- 42a, b42a, b
- Verbindungskanäleconnecting channels
- 4343
- Wärmetauscher / RekuperatorHeat exchanger / recuperator
- 45, 4645, 46
- Gasanalyseeinrichtunggas analysis device
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- WO 2011/072894 A1 [0002]WO 2011/072894 A1 [0002]
- DE 102021204176 [0005]DE 102021204176 [0005]
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DE102022210898.1A DE102022210898A1 (en) | 2022-10-14 | 2022-10-14 | Process for shaft reversal control of a cocurrent-countercurrent regenerative shaft furnace |
PCT/EP2023/076479 WO2024078859A1 (en) | 2022-10-14 | 2023-09-26 | Method for the shaft reversal in a parallel-flow regenerative shaft furnace |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102022210898.1A DE102022210898A1 (en) | 2022-10-14 | 2022-10-14 | Process for shaft reversal control of a cocurrent-countercurrent regenerative shaft furnace |
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