-
Verfahren zum Erhitzen von feinkörnigen, insbesondere wasserhaltigen
Stoffen mittels fester Wärmeträger Feinkörnige Stoffe wurden bisher dadurch erhitzt,
daß sie über Heizflächen geführt wurden, oder es wurden über eine ruhende Schicht
feinkörniger Stoffe heiße Gase oder Dämpfe geleitet. Diese Verfahren sind aber z.
B. für die Trocknung von Massengütern oder für eine vollständige Trocknung aus wirtschaftlichen
Gründen nicht immer geeignet. Andererseits sind Verfahren bekannt, bei denen die
feinkörnigen Stoffe in der Schwebe vom heißen Gasstrom mitgeführt und hierbei erhitzt
werden. Handelt es sich um eine Erhitzung auf bestimmte, eng begrenzte Temperaturen,
so verlangt dieses Verfahren die Anwendung großer Gasmengen, um schädliche Überhitzungen
zu vermeiden. Große Gasmengen bedingen jedoch großräumige Apparate, große Wärmeverluste
nach außen und gesteigerten Energieaufwand.
-
Für die Trocknung bzw. Erhitzung von feinkörnigen Stoffen oder von
Schlämmen sind schon feste Wärmeträger benutzt worden. Diese Wärmeträger wurden
erhitzt, mit den zu behandelnden Stoffen gemischt und, nachdem sie die für die Erhitzung
notwendige Wärme an die zu behandelnden Stoffe abgegeben hatten, von diesen z. B.
durch Absieben getrennt und im Kreislauf erneut verwendet. Als Wärmeträger dienten
stückige, geformte oder ungeformte Körper oder auch feineres Gut aus Metall, Quarz,
Schamotte, Silikaten und ähnlichen Stoffen oder auch die behandelten Stoffe selbst.
Für dieses Verfahren waren besondere Vorrichtungen für die Erhitzung und die Förderung
der Wärmeträger erforderlich. Auch war es schwierig, die Erhitzung der Wärmeträger
gleichmäßig zu gestalten und Überhitzungen von Teilen der Wärmeträger auf unerwünschte
Temperaturen sicher zu unterbinden.
-
Die Nachteile der bekannten Verfahren werden durch die Erfindung vermieden.
Nach der Erfindung erfolgt die Erhitzung von festen feinkörnigen Stoffen, insbesondere
Brennstoffen, mittels feinkörniger, im Kreislauf geführter Wärmeträger in der Weise,
daß die Wärmeträger mit heißen Gasen erhitzt werden, die gleichzeitig die für die
Kreislaufführung erforderliche Aufwärtsförderung der Wärmeträger auf pneumatischem
Wege bewirken. Dabei werden Heizgase mit hoher Temperatur von z. B. 1200° C angewendet.
Es hat sich nämlich gezeigt, daß durch die gleichzeitige pneumatische Aufwärtsförderung
der Wärmeträger während ihrer Erhitzung ein sehr gleichmäßiger und schneller Wärmeübergang
von den Heizgasen auf die festen Wärmeträger stattfindet. Infolge der Anwendung
feinkörniger Wärmeträger und der bereitgestellten großen Mengen derselben wird die
Temperatur der Heizgase schnell auf die für die zu erhitzenden Stoffe zulässige
Temperatur gesenkt, ohne daß auch nur ein Teil dieser Stoffe über die zulässige
Höchsttemperatur erhitzt werden kann. Trotz der anfänglich hohen Temperaturdifferenz
zwischen Wärmeträger und Heizgasen treten deshalb Überhitzungen der Wärmeträger
nicht auf. Außerdem wird durch die Erfindung die Erhitzung der feinkörnigen Stoffe
wirtschaftlicher gestaltet, selbst wenn im Verhältnis zu den zu erhitzenden Stoffen
sehr große Wärmeträgermengen im Kreislauf gehalten werden. Ferner wird durch die
Erfindung eine besondere Vorrichtung für die Förderung der Wärmeträger überflüssig,
und es bleibt der Vorteil der festen Wärmeträger, der darin liegt, daß das zu erhitzende
Gut nicht mit den Heizgasen in Berührung tritt, voll erhalten.
-
Die gleichmäßige Erhitzung der Wärmeträger wirkt sich nun bei der
Erfindung dahin aus, daß die zu behandelnden Stoffe vor'Überhitzungen geschützt
sind. Es ist nämlich möglich, die Erhitzungstemperatur der Wärmeträger so einzustellen,
daß sie nur eine geringe Spanne über der Temperatur liegt, auf die die feinkörnigen
Stoffe erhitzt werden sollen bzw. dürfen. Ferner gelingt es, die Erhitzung in einem
sehr engen Temperaturbereich durchzuführen, so daß das Verfahren gemäß der Erfindung
auch mit Vorteil für solche Stoffe benutzt werden kann, die temperaturempfindlich
sind oder bei denen die in einem bestimmten engen Temperaturbereich durchgeführte
Erhitzung noch zu besonderen Wirkungen führt.
-
Durch Anwendung spezifisch großer Wärmeträgermengen kann die Temperaturspanne
zwischen Rufheizung und Abkühlung der Wärmeträger klein gehalten werden, z. B. auf
50 oder 20 bzw. 100° C, je nach Erfordernis. Daraus ergibt sich eine gute Ausnutzung
der
aufgewendeten Wärme. Die Aufheizung und pneumatische Förderung der Wärmeträger geschieht
;weckmäßig in der Weise, daß die Wärmeträger von einer tiefer angeordneten Heizgasquelle
zu den oberen Eintrittsstellen in den Raum emporgebracht werden, in dem die Aufheizung
der feinkörnigen Stoffe im abwärts gerichteten Strom erfolgt. und aus dessen unterem
Ende die Wärmeträger wieder zu ihrer Erhitzungsstelle abwärts wandern.
-
Bevorzugte Korngrößen der feinkörnigen Wärmeträger sind 0,1 bis 4
mm, zweckmäßig 0,5 bis 2 mm. Als Wärmeträger finden vorzugsweise die behandelten
Stoffe selbst Verwendung. Man kann auch, falls die behandelten Stoffe für diesen
Zweck weniger geeignet sind, sei es, z. B. aus Gründen der Empfindlichkeit dieser
Stoffe gegen Zersetzung, Abriebbildung oder einer für das pneumatische Fördern der
Wärmeträger ungeeigneten Körnung, wie an sich bekannt, ein anderes passendes Wärmeträgermaterial
benutzen. Hierfür eignen sich je .nach Art der zu behandelnden Stoffe die verschiedensten
Materialien, z. B. Ouarz, Schamotte, Metall, Metalloxyde, Silikate, Kohle, Koks
od. dgl. Ist die Art der Wärmeträger von der des zu behandelnden Stoffes verschieden,
so sollen beide möglichst in der Körnung und/oder im spezifischen Gewicht unterschiedlich
gehalten werden, um die Trennung beider Stoffe nach Beendigung des Erhitzungsvorganges
zu erleichtern. Auch empfiehlt es sich, in diesem Fall entweder die Wärmeträger
oder die zu behandelnden feinkörnigen Stoffe oder beide in einheitlicher Korngröße
anzuwenden. Hierbei kann die Trennung beider Stoffe unmittelbar nach dem Erhitzen
der feinkörnigen Stoffe durch Siebung, Windsichten od. dgl. Aufbereitungsmethoden
erfolgen. Es können auch die erhitzten Stoffe noch zugleich mit den Wärmeträgern
durch die pneumatische Förderstrecke gehen, hierbei den Aufheizvorgang der Wärmeträger
mitmachen und erst anschließend, z. B. durch Sichtung, aus den Heizgasen und von
den Wärmeträgern getrennt werden. Weiterhin kann ein Teil der zuv behandelnden Stoffe
in die pneumatische Förder-und Heizstrecke zusätzlich zu den Wärmeträgern eingeführt
werden. Dies hat den Vorteil, daß die umlaufende Menge an Wärmeträgern in entsprechendem
Maße geringer gehalten werden kann.
-
Die zur Erhitzung dienenden heißen Gase bestehen im einfachsten Fall
aus Verbrennungsgasen, die in einer der pneumatischen Förderstrecke vorgeschalteten
Feuerung durch Verbrennen von stückigen oder feinkörnigen Brennstoffen, von Gas,
Öl, od. dgl. erzeugt werden. Bestehen die Wärmeträger oder die zu behandelnden Stoffe
selbst aus Brennstoff oder enthalten sie brennbare Stpffe, so kann auch ein Teil
dieser Stoffe selbst als Brennstoff für die Feuerung dienen. Auch ist es vorteilhaft,
z. B. bei stark aschehaltigen Brennstoffen, die Feuerung mit flüssigem Schlackenabstich
zu betreiben, um die Asche weitgehend einzubinden, damit sie nicht mit den heißen
Gasen in die pneumatische Aufheizstrecke getragen wird. Stehen heiße Gase aus Feuerungen
von Dampfkesseln, Öfen od. dgl. zur Verfügung, so können auch diese Gase mit Vorteil
verwendet werden.
-
Weiterhin ist es möglich und vorteilhaft, für die Erhitzung der Wärmeträger
Abgase einer pneumatischen Heizstrecke feinkörniger Wärmeträger hohen Temperaturniveaus,
wie sie z. B. bei einer Entgasung oder Vergasung von feinkörnigen Brennstoffen vorliegen,
zu benutzen.
-
Werden Brennstoffe als Wärmeträger verwendet, so können sie in der
pneumatischen Förderung von einer Anfangstemperatur von z. B. 150° C von den heißen
Gasen mit einer Temperatur von 1200° C auf eine Temperatur von z. B. 200° C aufgeheizt
werden, wobei sich die Gase selbst praktisch auf die gleiche Temperatur, also auf
200° C, abkühlen.
-
Die Verwendung der in großer Menge umlaufenden Wärmeträger läßt die
Temperatur im Kreislaufprozeß sehr sicher einstellen und bewahrt das Aufheizgut
vor einer Überhitzung. Damit wird z. B. bei der Erhitzung von Brennstoffen die Gefahr
einer unzulässigen und unerwünschten Teerentbindung oder einer Gasentwicklung vermieden,
die die Betriebssicherheit des Erhitzungsvorganges bzw. die Transportmöglichkeit
des behandelten Brennstoffes gegebenenfalls stark gefährden würde.
-
Die Erhitzung von feinkörnigen Brennstoffen gemäß der Erfindung ist
z. B. dann von Vorteil, wenn Brennstoffe anschließend, z. B. in der Schwebe oder
nach ähnlichen Verfahren. unter Verwendung eines im Kreislauf geführten festen Wärmeträgers
entgast und bzw. oder vergast werden sollen. Das Verfahren gemäß der Erfindung läßt
sich ferner mit Vorteil einsetzen, wenn stark wasserhaltige Brennstoffe zur Verfügung
stehen und man bei der Verfeuerung hohe Verbrennungstemperaturen erzielen will,
wie sie z. B. für Hochleistungskessel oder für mit flüssigem Schlackenabstich arbeitende
Prozesse oder mit hohen Temperaturen arbeitende Röst- und Sinterprozesse gefordert
werden. Hierbei kann vor allem bei jüngeren, stark sauerstoffhaltigen Brennstoffen
die Erhitzung gegebenenfalls bis zum Entbinden erheblicher Mengen der Kohlensäure
oder des gebundenen Wassers, also z. B. bis auf 250 bis 350° C getrieben werden.
-
Die starke Erhitzung, gegebenenfalls bis zum Eintritt einer leichten
Teerentbindung, empfiehlt sich z. B. bei Braunkohlen, die nach dem üblichen Trocknen
auf z. B. 121/o Wasser und dem anschließenden Brikettieren begierig Wasser aufnehmen,
quellen und dadurch leicht zerfallen. Durch die starke Erhitzung bis zur Teerentbindung
mit anschließender Wiederauffeuchtung auf den für das Brikettieren optimalen Wasser-Behalt
verlieren die Briketts weitgehend ihr Quellvermögen und werden wetterbeständig.
Das Verfahren gemäß der Erfindung gestattet, die Erhitzung und die Höhe der zweckmäßigen
Teerentbindung in bester Weise zu steuern.
-
Weiterhin findet das Verfahren gemäß der Erfindung vorteilhaft Anwendung
in Verbindung mit der Brikettierung von backfähigen Kohlen. Diese Kohlen lassen
sich ohne Bindemittel brikettieren, wenn sie heiß, und zwar bei der Temperatur,
bei der sie bereits zu backen beginnen, gepreßt und die Briketts anschließend abgekühlt
werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung gestattet, die optimale Brikettiertemperatur
genau einzustellen bzw. die Kohle so weit vorzuerhitzen, daß z. B. mit einer anschließenden
geringen elektrischen Heizung die optimale Brikettiertemperatur erreicht wird.
-
Auch ist das Verfahren gemäß der Erfindung vorteilhaft anwendbar bei
der Erhitzung von feinkörnigen Stoffen, die dabei gas- oder dampfförmig werden bzw.
Gase oder Dämpfe abspalten, die mit den Aufheizgasen nicht in Berührung kommen und
möglichst konzentriert gewonnen werden sollen. Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung
erfolgt die Erhitzung dieser Stoffe durch Berührung mit den aufgeheizten feinkörnigen
Wärmeträgern ohne Anwesenheit von Aufheizgasen. Beispielsweise gestattet das Verfahren
gemäß der Erfindung die Gewinnung von Schwefel aus
Schwefelkiesen
oder elementaren Schwefel enthaltenden Mineralien od. dgl.
-
Das Verfahren gemäß der Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher
erläutert.
-
1 ist der Raum, in dem die aufgeheizten Wärmeträger mit den zu erhitzenden
feinkörnigen Stoffen gemischt und diese durch direkte Berührung aufgeheizt werden.
-
2 ist die pneumatische Heizstrecke zur Erhitzung der Wärmeträger.
-
3 ist der Raum zum Abscheiden der erhitzten Wärmeträger aus den Heizgasen
und zum Sammeln der Wärmeträger.
-
Die auf z. B. 200° C erhitzten, im Unterteil des Sammelraumes 3 in
geschlossener Schüttung lagernden Wärmeträger fließen durch die Verengung 4 in den
Mischraum 1, wobei z. B. durch ein Regelorgan. z. B. Schieber 5, die Durchflußmenge
an Wärmeträgern geregelt wird und sich oberhalb des Regelorgans 5 eine geschlossene
Gutsäule von Wärmeträgern befindet, die eine weitgehend gasdichte Absperrung der
Räume 1 und 3 gegeneinander bewirkt. Das Gut wandert stetig langsam nach unten und
wird stetig durch von der pneumatischen Förderstrecke gelieferte, frisch erhitzte
Wärmeträger ergänzt.
-
Die zu behandelnden feinkörnigen Stoffe werden durch die Leitung 6
dem abwärts fließenden Strom der Wärmeträger beigegeben, wobei im einfachsten Falle
die Verengung 4 selbst als Mischraum dient bzw. durch zusätzliche Einrichtungen,
wie z. B. Mischschnecken, Drehteller, Strahl- und Verwirbelungsdüsen od. dgl., eine
gute und ausreichende Mischung beider Stoffe miteinander bewirkt wird. Die Mischung
von @#,Tärmeträgern und Gut fließt in den Raum 1 und lagert sich in seinem Unterteil
in dichter Schüttung. Durch innige Berührung übertragen die Wärmeträger die Wärme
auf die zu behandelnden Stoffe, die sich auf eine Mischtemperatur von z. B. 150°
C erwärmen. Die Mischung aus den Wärmeträgern und den behandelten Stoffen bewegt
sich stetig abwärts und tritt durch die Verengung 7 in den Unterteil der pneumatischen
Heizstrecke 2 ein. Die Menge der in die Heizstrecke 2 eintretenden Mischung kann
z. B. durch ein Regelorgan 8 in der Verengung 7 in der gewünschten Größe eingestellt
werden.
-
Die pneumatische Heizstrecke 2 erhält ihre Heizgase z. B. aus einer
Feuerung 9, die mit grob- oder feinkörnigen Brennstoffen, mit Gas, Öl od. dgl.,
mit kalter oder vorgewärmter Verbrennungsluft arbeitet und je nach Erfordernis mit
Luftmangel oder Luftüberschuß, mit fester Asche oder mit flüssigem Schlackenabstich
betrieben werden kann.
-
Auch können die Heizgase statt aus der Feuerung 9 einer anderen unter
entsprechendem Druck arbeitenden Feuerung oder einer ähnlichen pneumatischen Heizstrecke
höheren Temperatur- und Druckniveaus entnommen werden.
-
In die pneumatische Heizstrecke treten die Heizgase mit einer Temperatur
von z. B. 1200° C ein und kühlen sich sehr schnell an den eingeführten Wärmeträgern
auf kurzem Weg auf z. B. annähernd 200° C erwärmend. In der Heizstrecke findet eine
weitgehende Temperaturangleichung der Wärmeträger mit den Heizgasen statt, so daß
die Wärmeträger und die Gase in den Raum 3 mit praktisch gleicher Temperatur von
z. B. 200° C eintreten. Die Wärmeträger werden durch entsprechend verminderte Gasgeschwindigkeit
oder durch Zyklonwirkung von den Gasen getrennt und fallen in den Unterteil des
Raumes 3, so den Kreislauf schließend. Anschließend an die Abscheidung im Raum 3
können noch ein oder mehrere Abscheider 10 in den Gasstrom eingeschaltet werden,
um die feineren Anteile der festen Stoffe aus den Abgasen zu beseitigen.
-
Die Trennung der erhitzten Stoffe von den umlaufenden Wärmeträgern
kann in verschiedener Weise erfolgen, je nachdem, ob die erhitzten Stoffe und die
Wärmeträger arteigen oder artfremd miteinander sind. Sind sie arteigen, so genügt
ein Abziehen einer entsprechenden Menge an Gut z. B. aus der Verengung 7 an der
Stelle 11 oder z. B. aus dem Sammelraum 3 an der Stelle 15, wo das Gut stärker erhitzt
abgezogen wird als an der Stelle 11. Auch kann z. B. der Anfall aus dem nachgeschalteten
Abscheider 10 aus dem Kreislauf abgeführt werden. Sind die Stoffe artfremd miteinander,
so werden die Wärmeträger so gewählt, daß sie sich von den zu erhitzenden Stoffen
hinsichtlich Körnung und bzw. oder Wichte unterscheiden. Man kann auch die Körnung
der zu erhitzenden Stoffe in geeigneter Weise ändern. Dem Auslauf von Raum 1 bzw.
Raum 3 ist in diesen Fällen eine Sieb- oder Sichteinrichtung od. dgl. nachgeschaltet,
um die Wärmeträger und die erhitzten Stoffe voneinander zu trennen. Oder es können
auch z. B. die Abscheider 3 und 10 zur Abtrennung der erhitzten Stoffe aus den Heizgasen
die Sichtwirkung und Trennung der umlaufenden Wärmeträger von den erhitzten Stoffen
übernehmen. Statt die zu erhitzenden Stoffe an der Stelle 6 in den Strom der Wärmeträger
einzugeben, kann auch z. B. an der Stelle 12 im Unterteil bzw. 13 an einer oberen
Stelle der pneumatischen Heizstrecke ein Teil oder die ganze Menge der zu behandelnden
Stoffe direkt in die pneumatische Heizstrecke aufgegeben werden. Wird die gesamte
Menge in die pneumatische Heizstrecke eingeführt, so erübrigt sich der Raum 1, und
es kann das Umlaufgut direkt aus dem Raum 3 über die Verengung 4 in den Unterteil
der pneumatischen Heizstrecke eingeführt werden.
-
Die bei der Erhitzung der zu behandelnden Stoffe in Raum 1 anfallenden
Gase und Dämpfe werden z. B. bei 14 aus dem Raum 1 abgeführt. Je nach ihrer Temperatur
und dem Gehalt an verwertbaren wertvollen Bestandteilen werden sie direkt ins Freie
geleitet bzw. durch einen Abhitzekessel geführt bzw. in Kondensationseinrichtungen
geschickt, um die Dämpfe zu verflüssigen und Gase zu reinigen, zu kühlen od. dgl.