DE19932403B4

DE19932403B4 - Verfahren zur Autoklavenevakuierung zur Porenbetonkörper- oder Kalksandsteinherstellung, Autoklavenanlage dazu sowie Verwendung einer Injektorstrahlpumpe

Info

Publication number: DE19932403B4
Application number: DE19932403A
Authority: DE
Inventors: Arnold Boroske
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 1999-07-14
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2019-07-15
Also published as: DE19932403A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Autoklavenanlage, ein Verfahren zur Autoklavenevakuierung, eine Injektorstrahlpumpe für eine Autoklavenanlage sowie heißdampfgehärtete Kalksandsteine, die bei der Herstellung mit einem Vakuum beaufschlagt worden sind. Sowohl bei der Herstellung von Porenbetonkörpern als auch bei der Herstellung von Kalksandsteinen ist erforderlich, für bzw. nach jeder Charge Reaktionsbehälter mittels einer Vakuumeinrichtung zu entleeren. Da die Reaktionsbehälter heutzutage in der Regel ein Fassungsvermögen von 100 m<SUP>3</SUP> bis 400 m<SUP>3</SUP> aufweisen, sind erhebliche Luft- bzw. Heißdampfmengen zu bewegen. Dazu werden bisher Wasserringpumpen verwendet, was sich als nachteilig herausgestellt hat. Um eine Autoklavenanlage und ein Verfahren zur Autoklavenevakuierung zur Verfügung zu stellen, durch die der Betriebs-, Investitions- und Wartungsaufwand bei der Herstellung von Baustoffen verringert werden kann, ist gemäß der Erfindung als Vakuumeinrichtung eine Injektorstrahlpumpe vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Autoklavenevakuierung zur Porenbetonkörper- oder Kalksandsteinherstellung, eine Autoklavenanlage dazu, sowie die Verwendung einer Injektorstrahlpumpe.
In der Baustoffindustrie werden zur Herstellung von Porenbetonkörpern und Kalksandsteinen Autoklaven eingesetzt.
Bei der Herstellung von Porenbetonkörpern wird in den Autoklaven gegenüber dem normalen Atmosphärendruck ein Unterdruck erzeugt, um vor Aushärtung der Porenbetonkörper die Porenbetonkörper zu entwässern und zu entgasen. Nach dieser Einwirkung des Vakuum werden die Porenbetonrohlinge mit Heißdampf beaufschlagt, wobei etwa 12 bar Druck herrschen, was bei gesättigtem Dampf einer Temperatur von ca. 190°C entspricht. Die Materialeigenschaften der fertigen Porenbetonkörper hängen bei dieser Behandlung nicht unwesentlich von dem in dem Reaktionsbehälter (Autoklaven) herrschenden Druck bei der Vakuumbehandlung ab, wobei üblicherweise Drücke von 200 mbar(a) bis 500 mbar(a) gefahren werden und Temperaturen von 20°C bis 100°C herrschen.
Bei der Herstellung von Kalksandsteinen wird bisher in den Autoklaven ausschließlich mit einem gegenüber dem normalen Atmosphärendruck erhöhten Druck gearbeitet, wobei mit heißem Dampf gearbeitet wird und der Druck üblicherweise 16 bar(a) (bar absolut) beträgt, was bei gesättigtem Dampf einer Temperatur von ca. 204°C entspricht. Bei kleinen Steinen erfordert die Behandlung 1 h Hochheizen, 4–5 h Druckhalten und 1 h Ablassen. Bei großen Steinen erfordert die Behandlung 3 h Hochheizen, 6–8 h Druckhalten und 2–3 h Ablassen.
Bei der Herstellung von Porenbetonkörpern ist es aufgrund der oben genannten Verfahrensparameter erforderlich, für jede Charge die Reaktionsbehälter mittels einer Vakuumeinrichtung zu entleeren. Da die Reaktionsbehälter heutzutage in der Regel ein Fassungsvermögen von 100 m³ bis 400 m³ aufweisen, sind erhebliche Luftmengen zu bewegen.
Bei der Evakuierung von Reaktionsbehältern bei der Porenbetonkörperherstellung werden in der Praxis als Vakuumeinrichtung bisher Wasserringpumpen verwendet. Um für einen schnellen Ladungswechsel kurze Evakuierungszeiten zu erreichen, werden Pumpen mit einer Anschlußleistung von 25 kW verwendet, die stündlich ca. 6–8 m³ Kühlwasser verbrauchen. Diese Pumpen müssen praktisch durchlaufen, da die Betonkörperrohlinge ausgasen und sich in der Baustoffindustrie Behälterundichtigkeiten nicht vermeiden lassen. Die genannten Pumpen haben jedoch nicht nur hohe Verbrauchswerte, sie verursachen auch einen erheblichen Wartungsaufwand und hohe Investitionskosten bei der Errichtung von Anlagen.
Aus DE 30 10 337 B1 ist ein Verfahren zum Betrieb von mehreren Autoklaven für die Härtung von Gasbeton bekannt. Bei diesem Verfahren soll der Restdampf eines beheizten Autoklaven nach Ende der Härtung des Gasbetons in einem möglichst großen Umfang weiter genutzt werden. Dazu ist vorgesehen, daß der Restdampf des abzukühlenden Autoklaven zunächst in einen weiteren Autoklaven übergeleitet wird und daß nach dem Eintreten eines Druckausgleiches zwischen diesen Autoklaven mittels einer Dampfstrahlpumpe weiterer Abdampf aus dem abzukühlenden Autoklaven in den aufzuheizenden Autoklaven übergeleitet wird.
Aus DE 197 02 430 C2 ist ferner eine Vorrichtung zur Restdampf- und Brauchwasseraufbereitung einer Kalk-Sandstein-Härteanlage bekannt. Im Zusammenhang mit der Restdampf- und Brauchwasseraufbereitung wird in dieser Schrift eine Injektorpumpe beschrieben, die dazu dient einen Niederdruckverdampfer zu evakuieren.
Für die Herstellung von Kalksandsteinen ist ferner aus DE 197 02 430 C2 bekannt, zur schnellen Entleerung der heißdampfgefüllten Reaktionsbehälter nach der Beendigung des Härtens eine Vakuumpumpe für Dampf und Luft zu verwenden. Diese Pumpe erfordert hohe Betriebs-, Investitions- und Wartungskosten.
Aus DE 37 03 828 C1 ist bekannt, zur Herstellung von Bauteilen aus einer Mischung von organischen Verstärkungsfasern und einem hydraulischen Bindemittel zur Vermeidung einer Schädigung der organischen Fasern vor der eigentlichen Autoklavierbehandlung in dem Autoklaven einen Unterdruck zu erzeugen.
Aus DE 1 571 554 ist bekannt, zur Abkühlung von dampfgehärteten Gasbetonteilen am Ende des Härteprozesses eine Druckabsenkung bis in den Unterdruckbereich vorzunehmen.
Aus der CH 326 099 ist bekannt, zur Härtung großporiger Erzeugnisse in dem Dampfraum nach dem Einbringen der Erzeugnisse eine solche Entlüftung durchzuführen, dass der Druck in dem Dampfraum unterhalb des Atmosphärendrucks herabgesetzt wird, worauf dann Dampf eingeleitet wird.
Aus der AT 307 957 sind ein Verfahren zur hydrothermalen Behandlung von Leichtbetonelementen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bekannt, bei denen vorgesehen ist, dass nach Beendigung der hydrothermalen Behandlung und nach dem Druckabfall im Autoklav bis zum Atmosphärendruck im Letzteren durch mit Saugvorrichtungen, insbesondere Dampfstrahlsaugern in Verbindung stehenden Kondensatoren ein Vakuum erzeugt wird.
Ferner ist aus DE 20 00 087 eine Anlage zur hydrothermalen Behandlung von Leichtbetonelementen mit nachfolgender Trocknung und Abkühlung der Elemente bekannt, wobei diese Anlage dadurch gekennzeichnet ist, dass als Einrichtung zum Entfernen von Wasserdampf aus dem Autoklav ein Kondensator vorgesehen ist, der mit dem Autoklav in Verbindung steht. Als Vorrichtung zum Entfernen der nicht-kondensierbaren Gase aus dem Kondensator ist ferner eine mehrstufige Dampfstrahlpumpe vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Autoklavenevakuierung, eine Autoklavenanlage dazu sowie die Verwendung einer Injektorstrahlpumpe zur Verfügung zu stellen, durch die der Betriebs-, Investitions- und Wartungsaufwand bei der Herstellung von Porenbetonkörpern und Kalksandsteinen verringert werden kann.
Die Lösung erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 2 bzw. 11.
Gemäß der Erfindung wird bei dem Verfahren zur Autoklavenevakuierung zur Porenbetonkörper- oder Kalksandsteinherstellung vor der Heißdampfhärtung zur Erzeugung eines Behälterdrucks von 200 mbar(a) bis 500 mbar(a) in mindestens einem Reaktionsbehälter Heißdampf aus einem Dampferzeuger einer Injektorstrahlpumpe zugeführt, deren Saugleitung mit dem mindestens einen Reaktionsbehälter verbunden ist. Injektorstrahlpumpen erfordern im Vergleich zu den bisher verwendeten Kreisel- und Kolbenpumpen einen erheblich geringeren Investitionsaufwand, wobei sie verschleiß- und damit praktisch wartungsfrei sind. Die erfindungsgemäße Autoklavenanlage ist entsprechend ausgerüstet und ausgelegt, und die Verwendung des Injektors erfolgt gemäß der Erfindung entsprechend.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, als Injektorstrahlpumpe eine Heißdampfinjektorstrahlpumpe vorzusehen. Heißdampf, insbesondere Heißdampf mit einem Druck von 16 bar(a) steht in Baustoffwerken praktisch überall zur Verfügung und ist damit ein besonders kostengünstig verfügbarer Energieträger. Dies gilt sowohl für die Porenbetonherstellung als auch für die Kalksandsteinherstellung, da in den Werken ohnehin zum schnellen Befüllen der Reaktionsbehälter hohe Dampferzeugerleistungen installiert sind.
Zur Verwendung bei der Porenbetonkörperherstellung sollte die Injektorstrahlpumpe vorzugsweise so ausgelegt sein, daß mit ihr ein Saugdruck von 250 mbar(a) erzielt werden kann. Um bei geringem Betriebsmittelverbrauch, insbesondere bei geringem Dampfverbrauch eine schnelles Erreichen des Betriebspunktes zu erreichen, sollte die Injektorkennlinie einen nichtlinearen Verlauf aufweisen. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Saugleistung bis 50 mbar oberhalb des vorgegebenen Betriebspunktes, das ist bei der Herstellung von Porenbetonkörpern beispielsweise 250 mbar(a), nur je 100 mbar Druckreduzierung einen Saugleistungsabfall von 30–50 kg/h, vorzugsweise 40 kg/h aufweist und darunter bis zum Erreichen des Betriebspunktes 50–100 kg/h, vorzugsweise 80 kg/h.
Vorzugsweise sind die Reaktionsbehälter zur Herstellung von Kalksandsteinen für einen Druck von 16 bar ausgelegt. Um eine wirkungsvollere Dampfbehandlung und damit verbesserte Materialeigenschaften zu erreichen, sind die Reaktionsbehälter vakuumtauglich ausgebildet, da gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die Kalksandsteine vor der Dampfbeaufschlagung mit Vakuum beaufschlagt werden sollen.
Für die Herstellung von Porenbetonkörpern sind die Reaktionsbehälter nach unten für Drücke von 0,2 bis 0,5 bar, insbesondere 0,25 bar und nach oben für 12 bar ausgelegt sein.
In die Autoklavenanlage sollte ein Dampferzeuger integriert sein, wobei aus Gründen des Umweltschutzes eine Rückführung des beim Betrieb der Injektorstrahlpumpe anfallenden Kon densats vorgesehen sein sollte, auch wenn der Dampfverbrauch der Injektorstrahlpumpe je Arbeitszyklus bei 120 m³ bis 300 m³ großen Reaktionsbehältern zur Erzielung eines Betriebsdruckes von 200 mbara vorzugsweise nur ca. 250 kg Dampf beträgt.
Wenn der abzusaugende Behälterinhalt heiß ist, was insbesondere bei der Dampfbehandlung der Fall ist, oder auch nur sehr warm ist, was bei der Vakuumbehandlung der Fall sein kann, sollte in der Leitung von dem Reaktionsbehälter zu der Injektorstrahlpumpe ein Kühlaggregat vorgesehen sein, welches mit Luft oder Wasser betrieben werden sollte.
Um die Anlage hinsichtlich des Energieverbrauchs zu optimieren, sollte hinter der Injektorstrahlpumpe ein Wärmetauscher vorgesehen sein, um Kesselspeisewasser für den Dampferzeuger vorzuwärmen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Injektorstrahlpumpe zur Autoklavenevakuierung vor der Heißdampfhärtung verwendet. Dadurch lassen sich die Autoklaven mit geringem Aufwand in kurzer Zeit entleeren, was nicht nur Zeit und damit Kosten spart sondern auch zu besseren Baustoffqualitäten, insbesondere zu leichteren Porenbetonkörpern führt. Durch die wirkungsvollere Entwässerung und Entgasung der Rohlinge kann anschließend der Heißdampf besser Wirken, wodurch die besseren Baustoffqualitäten erzielt werden, was sowohl für die Porenbetonkörper als auch die Kalksandsteine gilt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Autoklavenanlage,
2 ein Injektorpumpengehäuse für die Injektorstrahlpumpe in 1,
3 eine in dem Injektorpumpengehäuse in 2 einzusetzende Injektordüse und
4 Injektorkennlinien.
Die in 1 gezeigte Autoklavenanlage 10 ist zur Herstellung von Porenbetonkörpern vorgesehen weist drei druckdichte Reaktionsbehälter 12, 14, 16 auf, in welche chargenweise auszuhärtende Rohlinge eingebracht werden. Die Reaktionsbehälter 12, 14, 16, die jeweils ein Volumen von 160 m³ aufweisen, können selektiv über eine Evakuierungsleitung 18 an eine Injektorstrahlpumpe 20 angeschlossen werden. Ein Kühlaggregat ist mit dem Bezugszeichen 48 gekennzeichnet.
Die Injektorstrahlpumpe 20, die in den 2 und 3 im Detail gezeigt ist und deren Kennlinie sich in 4 findet, ist über eine Heißdampfversorgungsleitung 22 an einen Dampferzeuger 24 angeschlossen, welcher Heißdampf mit einem Druck von 15 bar liefert. Über eine Abdampfleitung 26, in welcher ein Wärmetauscher 28 zur Frischwasservorwärmung vorgesehen ist, wird der Abdampf von der Injektorstrahlpumpe 20 über eine Kondensataufbereitungsvorrichtung 30 in dem Dampferzeuger 24 zurückgeführt.
Die Injektorstrahlpumpe 20 weist ein in 2 gezeigtes Pumpengehäuse 32 mit einer Ansaugkammer 34 und einem Diffusor 36 auf, welcher an einem ersten Flansch 38 endet, der zum Anschluß der Abdampfleitung 26 vorgesehen ist. Ein an der Betriebsmitteleintrittsseite vorgesehener zweiter Flansch 40 weist einen eingedrehten Sitz 42 für eine in 3 gezeigte Düse 44 auf. Die Düse 44 und der Diffusor 36 sind miteinander fluchtend angeordnet. Ein Saugrohranschlußstutzen 46, an welchem die Evakuierungsleitung 18 anzuschließen ist, mündet unter einem im wesentlichen rechten Winkel zur Längserstreckung der Düse 44 in die Aussaugkammer 34.
Die in der in 1 eingebaute und in den 2 und 3 gezeigte Injektorstrahlpumpe 20 ist zur Evakuierung eines 240 m³ großen Reaktionsbehälters in 10 bis 15 Minuten auf einen Nennarbeitsdruck von 200 mbar(a), was einem leichten Vakuum entspricht, ausgelegt, und verbraucht 320 kg Heißdampf je Stunde. Sie weist die in 4 mit II gekennzeichnete Kennlinie auf, welche die Saugleistung in kg/h in Abhängigkeit von dem in den Reaktionsbehältern erreichten Druck an zeigt. Es ist deutlich zu erkennen, daß die Saugleistung um so mehr abnimmt, je geringer der bereits erreichte Druck ist. Es ist ferner deutlich zu erkennen, daß die Kennlinie nicht linear ist und grob gesagt zwei Bereiche beschreibt, nämlich einen ersten Arbeitsbereich oberhalb 250 mbar(a), in welchem die Saugleistung nur langsam abfällt, und einen Arbeitsbereich unterhalb 250 mbar(a), in welchem die Saugleistung mit abnehmendem Druck stark abfällt. Bei dem im wesentlichen konstanten Dampfverbrauch von 320 kg/h beträgt der Saugleistungsabfall bis zu dem genannten Zwischenpunkt 50 mbar oberhalb des Nennarbeitsdrucks mit zunehmendem Unterdruck 40 kg/h je 100 mbar Druckreduzierung und unterhalb dieses Zwischenpunktes 80 kg/h je 100 mbar Druckreduzierung.
Die weiteren gezeigten Kennlinien zeigen das Betriebsverhalten anderer Injektorstrahlpumpen. Die Kennlinie I ist die einer Injektorstrahlpumpe mit 400 kg Dampfverbrauch pro Stunde. Da unabhängig von der Reaktionsbehältergröße mit etwa 80 kg Verlust durch Undichtigkeiten gerechnet werden muß, ist diese Pumpe für einen 320 m³ Reaktionsbehälter geeignet. Die Kennlinie III ist die einer Injektorstrahlpumpe mit 240 kg Dampfverbrauch pro Stunde für 160 m³ große Reaktionsbehälter und Kennlinie IV die einer Injektorstrahlpumpe mit 160 kg Dampfverbrauch pro Stunde für 80 m³ große Reaktionsbehälter.
Das erfindungsgemäße Verfahren läuft gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wie folgt ab: Zunächst werden die Autoklaven mit Porenbeton- oder mit Kalksandsteinrohlingen beschickt. Nach dem Verschließen der Autoklaven wird in diesen ein Vakuum erzeugt, indem eine mit dem Autoklaven verbundene Injektorstrahlpumpe mit Heißdampf beaufschlagt wird. Das Vakuum von etwa 0,25 bar(a) (bar absolut) wird dabei in 15 Minuten aufgebaut. Nach einer Einwirkzeit des Vakuums von 1/2 Stunde wird der Druck in dem Autoklaven langsam durch Zuführung von Heißdampf auf 12 bar bei der Porenbetonkörperherstellung und 16 bar bei der Kalksandsteinherstellung erhöht. Der Heißdampf dringt wirkungsvoll in die Rohlinge ein, da diese durch das Vakuum entwässert und entgast sind und den Heißdampf quasi aufsaugen. Nach einem Halten der Autoklaven auf hohem Druck für 4–8 h werden die Autoklaven entleert. Dazu kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die gleiche Injektorstrahlpumpe verwendet werden. Das Abführen des Heißdampfes kann jedoch zur besseren Energieausnutzung auch über ein anderes System erfolgen. Die Entleerung erfolgt in 30–60 Minuten. Durch die bessere Entgasung und Entwässerung der Rohlinge können 10–20% kürzere Härtezeiten gefahren werden als bei der Anwendung der bekannten Verfahren auf gleiche Rohlinge.

Claims

Verfahren zur Autoklavenevakuierung zur Porenbetonkörper- oder Kalksandsteinherstellung vor der Heißdampfhärtung, bei dem zur Erzeugung eines Behälterdrucks von 200 mbar(a) bis 500 mbar(a) in mindestens einem Reaktionsbehälter Heißdampf aus einem Dampferzeuger einer Injektorstrahlpumpe, deren Saugleitung mit dem mindestens einen Reaktionsbehälter verbunden ist, zugeführt wird.
Autoklavenanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit mindestens einem druckdichten Reaktionsbehälter (12, 14, 16) und einer Evakuierungsleitung (18) sowie einer damit verbundenen Vakuumeinrichtung zur Entleerung des mindestens einen Reaktionsbehälters (12, 14, 16) vor der Heißdampfhärtung, wobei als Teil der Vakuumeinrichtung zur Erzeugung eines Behälterdrucks von 200 mbar(a) bis 500 mbar(a) eine Injektorstrahlpumpe (20) vorgesehen ist.
Autoklavenanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektorstrahlpumpe (20) eine Heißdampfinjektorstrahlpumpe ist.
Autoklavenanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektorstrahlpumpe (20) zur Erzeugung eines Behälterdrucks (Nennarbeitsdrucks) von 250 mbar(a) ausgelegt ist.
Autoklavenanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektorstrahlpumpe (20) derart ausgelegt ist, daß bei vorgegebenem Betriebsmittelverbrauch die Saugleistungskurve bis zu einem Zwischenpunkt 50 mbar oberhalb eines vorgeschriebenen Nennarbeitsdrucks mit zunehmendem Unterdruck einen Saugleistungsabfall von 30–50 kg/h, vorzugsweise 40 kg/h je 100 mbar Druckreduzierung und unterhalb dieses Zwischenpunktes einen Saugleistungsabfall von 50–100 kg/h, vorzugsweise 80 kg/h je 100 mbar Druckreduzierung aufweist.
Autoklavenanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Reaktionsbehälter für Drücke von 12 bar(a) bis 16 bar(a), insbesondere 16 bar(a) ausgelegt ist.
Autoklavenanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Heißdampferzeuger (24) vorgesehen ist.
Autoklavenanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Injektorstrahlpumpe (20) eine Kondensatrückführung (28, 26, 30) zum Dampferzeuger (24) vorgesehen ist.
Autoklavenanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Injektorstrahlpumpe (20) ein Wärmetauscher (28) zur Speisewasservorwärmung vorgesehen ist.
Autoklavenanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem mindestens einen Reaktionsbehälter (12, 14, 16) und der Injektorstrahlpumpe (20) ein Kühlaggregat (48) vorgesehen ist.
Verwendung einer Injektorstrahlpumpe (20) in einer Autoklavenanlage (10) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei die Injektorstrahlpumpe (20) zur Erzeugung eines Behälterdrucks (Nennarbeitsdrucks) von 200 mbar(a) bis 500 mbar(a) vor der Heißdampfhärtung ausgelegt ist.
Verwendung einer Injektorstrahlpumpe nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Auslegung gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5.