DE3241277A1

DE3241277A1 - Verfahren und vorrichtung zum erzeugen eines richtungsorientierten und kontrollierten suspensionsstrahles aus pulverigem material und reaktionsgas

Info

Publication number: DE3241277A1
Application number: DE19823241277
Authority: DE
Inventors: Launo Leo 28100 Pori Lilja; Valto Johannes 28130 Pori Mäkitalo
Original assignee: Outokumpu Oyj
Current assignee: Outokumpu Oyj
Priority date: 1981-11-27
Filing date: 1982-11-09
Publication date: 1983-06-01
Also published as: JPS58109129A; FI63780B; US4490170A; FI63780C; CA1198593A; DE3241277C2; JPS6126413B2

Description

• β Λ «

Verfahren und Vorrichtung sum Erzeugen eines richtungaorientierten und kontrollierten Suspensionsstrahles aus pulverigem Material und Reaktions^as

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umlenken eines Reaktionsgasstromes sowie zum Verwirbeln der daraus gebildeten Teilgasströme in besonderen Wirbelrohren und zum äußeren Orientieren dieser Teilgasströme in der Weise,"-daß sie auf einen sich in den Reaktionsraum ergießenden vorserstäubten Suspensionsstrahl treffen su dem Zweck_s eine für die Reaktionen wichtige Gesclwindigkeitsdifferens zwischen den Teilchen des pulverigen Materials und dem !leaktioasgas zu erzielen sowie den sich bildenden "Suspensions-

strahl zu formen und zu lenken«
20

Beim Eintragen einer Reaktionsgas-Pulver-Süspension-in.

- einen Reaktionsraum stehen zwei-verschiedene Möglichkeiten zur Wahl»

Die Bildung der Suspension erfolgt entweder vor der eigentlichen Einblasvorrichtung oder in der Einblasvorrichtung selbst. Die er-stere Methode findet Anwendung bei Kohl ens taubbrennem in Anlagen mit Kohlenstaub-

3Q feuerung ©der in solchen, metallurgischen Anlagen» in

- denen pneumatisch zugeführtes feinkörniges Erz oder Konzentrat einschließlich Trägergas direkt in .den Reaktionsbehälter geblasen wird» Dabei muß die Einblasgeschwindigkeit so gewählt werden„ daß kein Rückschlagen von Reaktionen erfolgen ksam_o

BAD ORIGINAL

Beim Arbeiten mit hohen Vorwärmtemperatüren oder auch in anderen Fällen , in denen die zu bildende Suspension hohes Reaktionsvermögen hat, etwa beim Sauerstoffschmelzen metallurgischen Sulfidkonzentrats, muß die endgültige Erzeugung der Suspension möglichst nahe beim Reaktionsraum oder am besten, wie gemäß vorliegender Erfindung, im Reaktionsraum selbst erfolgen.

Über das Eintragen von Suspensionen in einen Reaktions» rauxn liegen in der Fachliteratur zahlreiche Abhandlungen vor. Die meisten davon haben entweder das direkte Einblasen pneumatisch zugeführten feinkörnigen Feststoffes oder Anlagen zum Gegenstand, bei denen der Suspensionsstrahl nach Ejektorart durch Druckstöße im Gas gebildet und in den Reaktionsraum geblasen wird. Ein solcher Strahl bildet einen Kegel mit einem Kegelwinkel von 15-20 , wobei die Feststoffkonzentration in der Mitte

\ des Strahls am größten ist» Die Form der Verteilung ist in erster Linie von den Eigenschaften des Fest-

! stoffes und von der Strömungegeschwindigkeit der . „f. Suspension abhängig· Feststoff und Gas bewegen sich dabei im wesentlichen in gleicher Richtung.

.

j . Wie bekannt, wird der Stoffübergang zwischen reagieren-

j den Feststoffteilchen und umgebendem Gas maßgeblich

j von deren Geschwindigkeitsunterschied bestimmt.

j Es ist bekannt und rechnerisch leicht nachzuweisen,

daß bei den in metallurgischen Anlagen normalerweise j zur Anwendung gelangenden Gasgeschwindigkeitsbereichen

BAD" ORIGINAL'

' und Konzentratkomgrößen der eventuelle Geschwindigkeitsunterschied zwischen Konsentrattr Liehen und. Gas zu schnellem Abklingen neigt* Es ist deshalb wichtigj daß das für den Stoffübergang wichtige Geschwindigkeitsgefälle zwischen Feststoffpartikel und Re&ktionsgas an einer solchen Stelle des Reaktionsrauiaes- bewirkt oder aufrechterhalten wird, an der die sonstigen Voraussetzungen für die Umsetsung, gegeben sind» In den FSllonρ in denen die reagierenden Stoffe bereits vor dein Einblasen miteinander vermischt werden, ist die su Geschwindigkeitsdifferenzen führende Bewegungsenergie im allgemeinen in öder vor der Einblasstelle am größten«, Erfolgt das Vermischen hingegen im Reaktionsraum selbst, ist die Möglichkeit-gegeben, es so ein-. surichten, daß die größte Geschwliidigkeitsdif.i.erena an einer gewünschten Stelle im Reaktionsraum erreicht wird« ' .

: Letzteres gilt selbst für den FaIIj₁ daß ein teilweises • Vermischen bereits vor dem Einblasen in den Reaktions-

raum und das endgültige Vermischen erst im Reaktions- ; 25 rataa selbst erfolgte

■ Bei viele», metallurgischen Proz-essen, s_aB_o beim Schwebe» ; schmelzverfahren, erfolgt das Einleiten der Reaktions-

; ο« gase in einen zylindrischen vertikalen Reaktionsraum

, zentrisch durch den Deckel des Reaktions unter Ver»

! wendung eines besonderen Eiafelasorgans, dem die Gase aus

j Platz» oder ähnlichen Gründen" i^aagerecht -zugeführt wer»

den. Die 'Folge davon ist im allgemeinen*'eine einseitige^ '· 35

d_eh, asyrometriscfee Strömung im Reaktionsraraa₉ da es in

I-

■ - ' ■ ■ " - ' ^: * BAD ORIGINAL

der Regel Schwierigkeiten bereitet, in Richtung des Reaktordurchmessers die für eine ausreichende Lenkung des eingcblasenen Stoffstroms benötigte Strecke zur Verfügung au bekommen.
.

Die Umlenkung von P„eaktionsgasen parallel zur Mittelachse des Reaktionsraumes ist in dor. GB-OS 2 090 155A ■ beschrieben» Dabei wird das Rfcaktionsgas durch Trennwände in Teilströ'rae aeilegt, die \~axn dann so parallel Kur Mittelachse des Eeaktionsraumes ausrichtet, daß ihre Geschwindigkeit dabei zunimmt und sie sich, einen zus&ai» raenhängenden Schleier uia den einzuspeisenden Konzentratsti-οϊΰε bildend,-Jn den Reakt. ions rautet ergießen. Im Reaktionsraum bilden das Reaktionsgas und das Konzentrat einen unter Kontrolle gehaltenen Suspensionsstrahl»

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einfacher Weise eine Suspension aua Feststoffen und Reaktionsgas in einem Reaktionsraum zu erzeugen.

! ₉_ Beim Einblasen gemäß vorliegender Erfindung werden

die durch einseitige Strömung bedingten Schwierigkeiten gleichfalls vermieden, denn der Reaktionsgasstrom wird

! . dabei in separate Teilströme aufgegliedert, wobei es

j keine Schwierigkeit bietet, in deren Strömungskanälen

] das erforderliche Verhältnis Querschnitt/Kanallänge ! zu schaffen. Die Hauptmerkmale der Erfindung gehen aus j den Patentansprüchen hervor.

Diese Erfindung betrifft somit eia Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung eines turbulenten^ gerichteten Suspensionsstrahles im Reaktionsraum selbst zur Herbei» führung einer möglichst großen Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Teilchen des pulverigen Materials und dem Reaktionsgas ia Reaktionsrausa an einer für die Reaktionen günstigen Stelle unter Anwendung von Vorzerstäuben des pulverigen Materials.,Aufteilung des Reaktionsgas-Hauptteils in verwirbelte, gerichtete Teil .«ströme und Ausnutzung der kinetischen Energie dieser Teilströme«,

Gemäß der Erfindung erfolgt die Erzeugung des Suspensions Strahls mit Hilfe ini Deckel oder iTi der Wand des Reaktionsräumes angeordneter Einrichtungen beispielsweise folgendermaßens

Aus Platzgründen ist es vielfach vorteilhaft_? das Reaktionsgas über einen im v?es ent liehen waagerechten Kanal in den Brenner su leiten,, Dabei hat der Brenner dann die wichtige Aufgabe, das Gas beim Einspeisen in den Reaktions· schacht in die gewünschte Richtung_s etwa parallel sur Schachtachse, umzulenken,, Eine weitere höchst wichtige Aufgabe des Brenners besteht in der Verteilung des Reaktionsgases in der gewünschten Weise, beispielsweise symmetrisch über den Querschnitt des Reaktionsschachtes.

_on Gemäß vorliegender Erfindung erfolgt die Zufuhr des Reaktionsgases in die im Reaktionsscaaehtgewölbe angeordnete Verteilkammer vorzugsweise über eiraen tlnzigen Kanäle Eine solche Verteilkammer ist nicht unbedingt

erforderlich, wenn eine der Anzahl der Wirbelrohre 35

entsprechende Ansahl Zuleittangskanäle vorhanden ist«,

-8-BAD ORIGINAL

] Mit Hilfe von drei oder mehr von der Verteilkannner zum Mischraum führenden Einblasrohren wird der Reaktionsgasstrom in Teilströme zerlegt, die durch ein verwirbelndes, vorzugsweise regulierbares,Organ ·

ins Wirbelrohr geschleust werden. Über Anzahl, Stellung, Anordnung und Drallrichtung der Wirbelrohre kann die an der Mischstelle entstehende Wirbelfigur bestimmt werden_o

ίο '■■·.".

Bekannt ist, ,sowohl ein rotierender als auch ein nicht rotierender Gasstrahl aus der Umgebung Gas in sich aufsaugen kann, wobei im Randbereich des Strahls ein intensiver Mischbereich und eine starke Turbulenz entsteht. Es läßt sich theoretisch die Ansaugintensität CQ/Q_O) ableiten für den Fall, daß man die Gaseintrittsgeschwindigkeit in den Reaktor (u ) konstant hält und

den Eintrittsquerschnitt in eine oder mehrere (N)Eintrittsöffnungen unterteilt,während die übrigen Bedingungen konstant gehalten werden. Diese Ansaugintensität folgt dem Gesetz:Q/0 = (C, + C„S)-<y/Sx. Darin bedeuten: Q = Gasmenge in der Austrittsöffnung, C, und C₂ - verfahrensspezifische Konstanten, S = durch die Wirbelung des Gasstromes bedingter Wert.

Dies bedeutet, daß gemäß- der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit gegeben ist, durch Anzahl (N),Orientierung und Abstand der Wirbelrohre von der mittig eingespeisten

Feststoffsuspension die Intensität (0/0_Q)/ mit der die Umgebungsgase in die Ströme eingesaugt werden, zu regulieren und somit Einfluß auf die Intensität der Durchmischung und Turbulenz zu nehmen. Dabei ist zu beachten,

· "

BAD; ORIGINAL

daß raerhere Ströme einen größeren Randbereich mit h

starker Turbulenz ergeben als ein einziger Strom© S

Diese Eigenschaft läßt sich nicht nur zur Beschleunigung ^l des Aufheizens der Strahlen mit Hilfe von Ofengasen ausnutzen, sondern auch zum intensiven Vermischen in den Ofen einzuspeisender Gase etwa auf folgende Weiser Koaxial zu den Wirbelrohren wird außerhalb derselben,

^ in der Regel mit niedrigerer Geschwindigkeit_p ein j

anderes Gas zugeführt, wobei es nach dem oben umrissenexi i Prinzip zu einem Vermischen der Gase .kommt» In beiden Fällen ist die Regelung durch die'Prozeßanforderungen bestimmte

In das gebildete, im Querschnitt kreisringförraige Wirbelfeld wird aus der Mitte des von den Wirbelrohren ge-» 2Q bildeten "Kranzes" ein Suspensionsstrom aus vorgemischtem und -zerstäubtem Pulver und Primärgas eingespeist, wobei sich die aus den Wirbelrohren austretenden sekundären verwirbelten Gasströme in den besagten, vorzugsweise gut zerstäubten Suspens ions strahl "hineinbohren" und dabei infolge ihrer starken Turbulenz einen, im. Hinblick auf die Reaktionen günstigen Ueschwindigkeitsunterschied zwischen Gas und Feststoffteilchen bewirken_e Durch Regulierung des von den Wirbelströmungen verursachten

Wirbelfeldes, lassen sich der Treffpunkt von Suspensionsstrahi und Wirbelströmen,, die.Durchmischungsintensität und auch die nach erfolgtem Aufeinandertreffen der Ströme vorliegende Suspeiasionsverteilnmg im Reaktionsschacht in gewünschter Weise be®influssen_o

BAD-ORIGINAL

Die Bildung des zentralen Suspensionsstrahls kann nach bekannten Verfahren, beispielsweise gemäß US-PS 4 147 535 oder US-PS 4 331 087, oder unter Verwendung

C einer während des pneumatischen Transportes entstandenen Suspension erfolgen.

Die vorliegende Erfindung bietet folgende Hauptvorteile:

Es genügt ein einziger Zuführkanal für das Sekundärgas (gute Wärmeisolierung,geringe Materialkosten, geringer Platzbed&rf usw,) j

die Reaktionsgasstrahlen lassen sich kontrolliert in die gewünschte Richtung lenken}

es kann mit einem separaten Pulver-Zerstäubungsorgan gearbeitet werden, dessen Wahl sich nach proseßbedingten Anforderungen richtetj

durch Regulierung von Intensität und Richtung des Sekundärgasstrahlen-Dralles lassen sich je nach prozeßbedingten Anforderungen unterschiedliche Wirbelfelder erzeugen} geringe Bauhöhe;

es kann in Verbindung mit pneumatischer Förderung ohne separaten Aufnahmesilo und sogar ohne Zerstäubungsorgan gearbeitet werden}
es können hochreaktive Konzentrate» besonders mit hoher Sauerstoffanreicherung, verarbeitet werden, da die endgültige Zusamraenführung der Stoffe erst im Reaktionsraum erfolgt.

Die Erfindung eignet eich auch zur Anwendung in Verbindung jnit Strahlungs-oder Flanmöf en«. Dabei wird alles

'■■';·■,.

11 ■

' Konzentrat oder nur ein'Teil desselben im wesentlichen |

waagerecht über die Ofenstirnwand in den Reakti ons raum - f'

eingetragen» Ein Teil des Konsentrats kann auf normale _ |

c Weise zum Schutz der QfenweBdungen auf diese aufgegeben ' *

werden» Das Eintragen des Konzentrats über die Ofenstirn- . j wand kann stm Beispiel pneumatisch erfolgen, wobei es zum;

Teil rait Reaktionsgas vermischt ist| der Hauptteil des ■ ·

Reaktionsgases wird jedoch zur Bildung eines im wesent» j

liehen waagerechten, turbulenten Suspensionsstrahls in j

Form wirbeliger hsw· verwirbelter Teilströme aus dem j

Utahereich des Konzentratstromes eingespeist„ Ferner
kann das erf indungsgemäße System Bach Art der ©ben be·»
schriebenea Schwebeschiaelzof en^Anwendung xxm Eintragen

von Konzentratsuspensionen durch das Gewölbe des
Strahlungs- oder Flaißsiciifens verwendet werden_o ·

; 20 Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung
j im einseinen beschrieben,, und swar seigt

ι Fig„ 1 . schematisch einen erf indungsgenaäß ausgestalteten

25 U^d betriebenen Schwebesclraielzofenj

j Fig_e 2 einen senkrechten Teilschnitt des Ofens aus
"Fig. 1,

Eig· 3 eine teilweise geschnittene schaubildliche Ansicht der am Ofen angebrachten

Fig« 4 eine schaubildliche Ansicht eines der verstell-

·

bereu Wirfee!rohre.

-12-

ί. '■> : ■·-.··.-·.. ."Cl-s.ν: ;;■>:■! t G F l-PAvl ι t ~"~'

BAD ORiGfNAL

Fig. 5 Diagramme der Gasgeschwindigkeitsverteilungen gemäß Beispiel 2,

Fig. 6 Diagramme der Gasgeschwindigkeitsverteilungen gemäß Beispiel 3,

Fig. 7 bis 10 Geschwindigkeits-Isolinien des Gases

gemäß Beispiel 4,
·.

Fig.11 ein Diagramm der von pneumatisch eingespeistem

Feststoff gelieferten Feststoff-und Gasverteilung im Suspensionsstrahl und
15

Fig.12 ein Diagramm der von einem pneumatisch eingetragenen pulverigen Feststoffstrahl gelieferten Feststoff«und Gasverteilung bei Zerstäubung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

In Fig. 1 ist eine Fördereinrichtung 1 angedeutet, mit welcher pulveriges Material so zum oberen Ende eines

Aufgabenrohres 2 transportiert wird, daß er als ständiger 25

Strom durch dieses Rohr . zu einem Zerstäuber 3 rieselt, welcher ihn zusammen mit Primärgas als Suspension in einen Reaktionsraum 5 einträgt. Sekundäres Reaktionsgas 4 wird durch Einblasrohre, die um den Zerstäuber 3 herum ange-

·

ordnet sind, in den Reaktionsraum 5 geleitet.

Gemäß Fig. 2 wird das durch das Aufgaberohr 2, welches das Auslaßrohr eines pneumatischen Förderers sein kann, rieselnde pulverige Material in den Zerstäuber 3 ge-

-13-

Λ 13

leitet, wo ein Vermischen vom primären Zerstäubungsgas 6 und mit pulverigem Material sowie das Zerstäuben in den Reakt ions raum 5 erfolgt,, Durch das Rohr 2 kann

pulveriges Material auch pneumatisch gefördert einge-5

tragen werden. In diesem Falle sind der Zerstäuber 3 und das Zerstäubungsgas 6 nicht unbedingt erforderliche Das sekundäre Reaktionsgas 4 , dessen Menge in der Regel größer als die des primären Zerstäubungsgases ist, wird vorzugsweise' durch einen einzigen_s meistens nahezu horizontal verlaufenden Kanal in eine Verteilkammer 7 geleitete Je nach Konstruktion und Stellung des die Wirbelbewegung bewirkenden Organs von Einbl&srohren 8 kann das Gas entweder radial ©der tangential in die Verteilkamsaer 7 geleitet werden₀ Das auf wenigstens dreij vorzugswe5.se jedoch sechs Einblasrohre S. verteilte Reaktionsgas strömt in Form von um ihre Achse rotierenden Strahlen in den Reaköonsrauta und dringt dabei von außen in den aus dem Zerstäuber 3 austretenden vorge«- mischten und -zerstäubten Smspensionsstrahl aus pulverigem Material und primären^ Zerstäubungsgas ein_o

25 /

j Figur 3 zeigt Einzelheiten der als Wirbelrohre ausgej bildeten Einblasrohre 8 sowie eine vorteilhafte Ein» richtung zum Erzeugen von Wirbelbewegungen des Gases.Gsaäß Figur 2 ist im Zuführkanal 9 für das Reaktionsgas eine

• 30 ·

j Stange 10 angeordnet,mit der sich eine Scheibe 12 j drehen läßt· Die Scheibe 12 steht -über Zapfen 12 mit Hebeln 14 in Verbindung, durch deren Betätigung sich

Stellhülsen 11 und damit regulierbare Eintrittsöffnungen

' 35 15 der Wirbelrohre verstellen lassen» Die in der Verteil-

BAD ORlGfNAL

kammer 7 befindlichen Stellhülsen 11 sind auf den oberen Enden der Wirbelrohre 16 angeordnet. Die Wirbelrohre reichen mit ihren unteren Enden bis unter den Deckel

des Reaktionsräumeε 5. Für den Zerstäuber ist ein Raum 5

17 vorgesehen.

Figur 4 zeigt , daß sich durch Verschwenken des Hebels 14 die Stellhülse 11 verdrehen und damit die offene Höhe der Öffnung 15 regulieren läßt. Dadurch wird die tangentiale Eintrittsgeschwindigkeit an der Öffnung 15 verändert, wodurch wiederum die Wirbel intensität ira Gasstrahl des Wirbe^rohres 16 eine Änderung erfährt. 15

Gemäß Figur 5 wird das primäre Zerstäubungsgas 6 aus der Mitte des Brenners durch eine im Beispiel 2 näher definierte poröse Halbkugel 18 in dexi Reaktionsraura (Oferi~ raum) 5 geleitet« Das sekundäre Reaktionsgas 4 wird in horizontaler Richtung in die Verteilkammer 7 geleitet und dort auf sechs vertikale Wirbelrohre 16 verteilt. Die regulierbare Öffnung 15 jedes Wirbelrohres ist derart an der Seite des Rohres angeordnet, daß die aus den Wirbelrohren 16 in den Reakthnsraum 5 austretenden Gasströme in gleichgerichtete linksläufige Bewegungen versetzt werden* Die gemessenen Geschwindigkeitsverteilungsprofile 19 des gesamten Gasstrahles (Primär-

! und Sekundärgas) sind in drei verschiedenen Entfernungen ! vom Brenner, in bezug auf die Maximalgeschwindigkeit normiert, dargestellt«, Die Maße sind in Figur 5 im . \ Verhältnis der effektiven mittleren Austrittsöffnung d _f£ eingezeichnet.

TLn Figur 6 strömt das primäre Zerstßubungsgas 6 aus der Mitte des Brenners gemäß Beispiel 2 und Fig«■5 durch eine poröse Halbkugel 18 in den Reaktionsraum 5. Das sekundäre Reaktionsgas 4 wird in- waagerechter Richtung in die Verteilkammer 7 geleitet , wo es sich auf sechs Wirbelrohre Ü verteilt, deren Neigungen in radialer Richtung geändert worden sind« Die Einstellung der Rohrneigung erfolgt mittels des Kugelgelenks 20«, Die Eintrittsöffnungen 15 der Wirbelrohre sind so angeordnet, daß sich in jedem zweiten Rohr ein linksläufig und in den dazwischen befindlichen Rohren jeweils ein'rechtsläufig drehender Strahl bildet«, Die Geschwindigkeits-Verteilungsprofile 19 wurden in der dem mittleren, d_oh» zweiten Abstand in' Figur 5 entsprechenden Höhe gemessen«, Eine genauere Analyse der Figur 6- wird in Beispiel 3 gegeben. ·

In Figur 7 bis 10 sind als Meßergebnisse des Beispiels die Isolinien 21 der Gasgeschwindigkeiten dargestellt. Die Pfeile 22 geben die Drehrichtung des aus dem jeweiligen Wirbelrohr austretenden Gasstrahles an«

Die Pulververteilungskurve 23 und die Gasverteilungskurve .19 in Figur 11 erhielt man ia Abstand von 2,4 m von der Austrittsöffnung 26 bei Einbläsern eines Suspen-

'

. sionsstrahles aus pneumatisch zugeführtem Feststoff und Träger luft 25 über die sich leicht weitend«? Austrittsöffnung 26.

j Pulververteilungskurve 23 und die Gasverteilungskurve 19 in Figur 12 erhielt man auf die gleiche Weise

j _ ■ . · -16-

BAD

wie in Figur 11, jedoch wirkte nun auch sekundäre Luft 4 beim Austreten aus den Wirbelrohren 16 an der Zerstäubung und Verteilung des pulverigen Feststoffes ^ffiit·

Im folgenden wird die Erfindung noch anhand von Beispielen erläutert:

BEISPIEL 1

Das folgende Anwendungsbeispiel verdeutlicht die Mischungs- und Saugintensitäfc der aus den Wirbelrohren '^J austretenden. Gasstrahlen beim Cu-Schwebeschmelzen mit einem Feststoff-Gesamteintrag (Konzentrat + Zuschläge) von ra ^B 54 t/h und einem Gas-Gesamteintrag von

° 3

O « 28 000 m /h (sauerstoffengereicherte Luft, O^-Anreicherung'» 40%). Die Temperatur des Gases beträgt beim Einspeisen 500 K, im Ofen 1600 K,25% des Gases werden zum Vorzerstäuben der Konzentratmischung verwendet, die restlichen 75% werden über N Wirbelrohre um die vorzerstäubte Konzentratmischung herum einge~ speist* In der nachstehenden Tabelle 1 sind für den hier erörterten Fall die Werte der die Mischungs- und Saugintensität charakterisierenden Konstanten C oder Q/Q - Cx (die Größen sind im Text definiert) in Abhängig-

keit von der Anzahl (N) der Wirbelrohre und der Intensität der Turbulenz (s) bei konstantem Gas-Austrittsquerschnitt zusammengestellt (vgl· Text)·

	N	d	8	» O	S	«	* · · β »β *« 17	. S	1 O · » · *	,71	• * ·	« 0,6	S	324'
1		QQXl				TABELLE		1	,70
			It	55	1,		2		_S63-		88	5
	1	369	2,	69	3,	* 0,1	4	.- 0,3	,45	S	72	9	« 1
5	3	213	3,	79	4,		6	_ψ		48	13
	6	151	■5,	40		94	9	3,	50	18	,43
	12	106			36	6,		,41
					74	9,		,27
10					75	13,		,90

Aus der Tabelle 1 ergibt sich., daß mit zunehmender zahl der Wirbelrohre und Intensität der Turbulenz die Durchmischung (Saugvermögen) intensiver wlrd„

BEISPIEL 2
^; 20

Als Organ zum Zerstäuben des pulverigen Materials wurde in diesem und in den folgenden zwei Beispielen (3 und 4) eine poröse Halbkugel 18 benutzt, deren Porosität , mit Hilfe des Öffnungsflächenverhältnisses definiert , 5,5% betrug und durch die 21,5% der gesamten Luftmenge zugeführt wurde. Mit der Halbkugel wurde ein in der Mitte zwischen den Wirbelrohren 16 seinen Ausgang nehmender, sich unter einem Kegelwinkel von etwa weitender gleichmäßiger Luftstrahl erzeugt.

Die Versuchsanordnung entsprach Figur 5. In den sechs • 35 vertikalen, symmetrisch zur Mittelachse des Konzentratbrenners-angeordneten Wirbeirohren 16 herrschte die

-18-

y κ.

BAD ORIGINAL

lö

gleiche Drehrichtung. Die mittlere Turbulenz S _- des Strahls betrug 0,3. Die Anordnung war im Verhältnis des nach den Impulsen der Gasströme berechneten effektiven Durchmessers d - - konstruiert. Die mit. thermischem Anemometer in drei verschiedenen Abständen (x/d _ff) gemessenen Geschwindigkeitsverteilungsprofile 19 sind in bezug auf die Maximalgeschwindigkeit normiert (u/u )· Die Geschwindigkeitsverteilung in diesem wie '" auch in den folgenden zwei Beispielen repräsentiert die Axialgeschwindigkeit.

Wie aus Figur 5 ersichtlich, ist das Umlenken und Orientieren des Gasstromes geglückt. In dem oberen Geschwindigkeitsverteilungsprofil 19 ist das "Hineinbohren¹¹ und Vermischen der verwirbelten Strahlen in bzw. unter den aus der Mitte der porösen Halbkugel austretenden Gasstrom im Gange. Im mittleren Verteilungsprofil 19 ist im Gasstrahl schon nahezu vollständig Normalverteilung erreicht, und im letzten Verteilungsprofil ist kein Einfluß der Wirbelrohre auf die Verteilung mehr zu erkennen.

BEISPIEL 3

Mit derselben Versuchsanordnung und unter den gleichen

Bedingungen wie in Beispiel 2 wurde eine Geschwindigkeitsverteilungs-Meßung (u/u ) in einem dem mittleren, d.h. zweiten Meßabstand von Beispiel 2 entsprechenden Abstand (Fig. 6) durchgeführt mit der Abänderung, daß das

; 35 Gas in jedem zweiten Wirbelrohr 16 in entgegengesetzter Richtung"rotierte.

Die Messungen erfolgten bei drei ν cschiedenen Wirbelrohr-Neigungswinkeln ι ß ^ra +9j 5 , doho die wirbelnden Strahlen streben zur Mittelachse des Konzentratbrenners hin; ß ·* 0 , d.h_o die wirbelnden Strahlen verlaufen parallel zur Mittelachse; β » -9,5 ₉ d.h. die Strahlen streben von der Mittelachse weg»

Aus den Meßergebnissen ergibt sich, daß man bereits '^ mit kleinen Änderungen des Winkels ^B) entweder eine Verbreiterung (ß<0) oder eine Verschmälerung (ß>0) der Gasverteilung ersielt. Das gleiche 'läßt- sich auch iait Hilfe des herkossnlichen Sprühkegelwinkels 2o( ausdrücken, für den die Gleichung gilt?

2 et»= 2 arc tan /r(u»0,5 u
Man erhält dann sait

β - 4-9,5° für 2feinen Wert von 11,0° ,

ο ο

ß » 0 für 2c4 einen Wert von 18,9 , β - -9,5° für 2<£ einen Wert von 31,9° „

Die Änderung des Winkels ß wird durch das in Figur 6 dargestellte Kugelgelenk 20 an jedem einzelnem Wirbelrohr 16 ermöglicht.

Im Betrieb werden die Kugelgelenke 20 und die Wirbelrohre 16 gekühlt. Für den endgültigen Neigungsmnkel (ß) der Wirbelrohre 16 sind die jeweiligen prozeßbedingten Anforderungen maßgebend. Ein zn kleiner Neigungswinkel B (<Q) und ein zu großer Abstand der Wirbelrohre von der Mittelachse des Brenners verhindern ein Vermischen der Gase, d.h. es entstehen separate Strahlen»

»20-

BAD ORIGINAL

Λ 7 '

BEISPIEL 4

Mit derselben Versuchsanordnung und unter gleichen Bedingungen wie in Beispiel 2 wurden in dem in Beispiel 3 genannten Abstand zur Veranschaulichung der Regelmöglichkeiten der Verteilungskurve die Kurven 21 gleicher Geschwindigkeit bei Änderung der Drehrichtungen und Neigungswinkel bestimmt.

Figur 7i Die Dral!richtung (Pfeile 22) des Gases ist in allen Wirbelrohren 16 die gleiche:Linkslaufig, ß ^ra "9,5 · An der inneren Isolinie 21 beträgt das Geschv?indigkeitsverhältnis u/u _£f ^β 6,4%, an der folgenden 1,7%. An der inneren Isolinie sind noch die von den sechs Wirbelrohren 16 verursachten Ausbuchtungen zu erkennen e
20

Figur 8: Drallrichtimg des Gases in den Rohren a,c, und e rechtsläufig, in den Rohren b, d und f linksläufig. Neigungswinkel ß « -9,5 _c u/u ^- beträgt an der inneren Kurve 6,4%, an der nächsten Kurve 1,7%, Wie auch aus den von den Wirbelrohren 16 verursachten Ströraungsfeldern geschlossen werden kann, wird zwischen den Rohren b und c, d und e sowie f und a die nach außen gerichtete Strömung, in den übrigen Intervallen hingegen die nach innen gerichtete Strömung verstärkt mit der Folge, daß ein dreieckförmiges Strömungsfeld entsteht,

Figur 9: Drallrichtung des Gases in den Rohren a,b, und

c rechtsläufig, in den Rohren d, e und £ linksläufig·

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BAD ORIGINAL

Neigungswinkel der Wirbelrohre ß ■» -9,5 * An der inneren Isolinie 21 beträgt u/u_eff » 6,4%, an der folgenden 1,2% und an der äußersten Isolinie 0,5%. Wie vorstehend kann . auch hier aufgrund der Drällrichtung der aus den Wirbel-rohren 16 austretenden Gasstrahlen auf eine Ausbuchtung beispielsweise zwischen den Rohren a tind f und auf eine Einbuchtung beispielsweise zwischen den Wirbelrohren c und d geschlossen werden«, Figur 9 bestätigt diese Annahme· .

Figur 10ϊ Drallrichtung des Gases in den Wirbelrohren 16 die gleiche v?ie in Figur 9. Die Viirbelrohre c und d sind zu den Rohren a und f hin unt 9,5 geneigt, die Rohre b und e sind außerdem um 4,75. voneinander weg nach außen geneigt, die Rohre a und f noch stärker_y nämlich um 9,5 . u/u _ff beträgt 6,4% an der inneren Kurve_y 1,77» an der mittleren Kurve und 0,5% an der äußeren Kurve_β

Aus den obigen vier Meßreihen kann geschlossen werden, daß sich durch Änderung des Neigungswinkels der Wirbelrohre 16 und der Drallrichtung des in ihnen strömenden Gases mit ein und derselben Vorrichtung ein. Verteilungsbild gewünschter Form erzeugen läßt. Vor allem im let^sren Falle (Fig·10) handelt es sich um die Bildung eines asymmetrischen (unter Kontrolle gehaltenen) Ver-

teilungsbildes, wie es sich für Ofenkonstruktionen langgestreckten Querschnitts, beispielsweise für dia gewölbeseitige Einspeisung in einen Schwebeschmelzofen eignet.

• · • ·

22

BEISPIEL 5

Im halbtechnischen Maßstab wurde ein erfindungsgemäßer Konzentratbrenncr gemäß Fig. 11 und 12 wie folgt eingesetzt : Pulveriger Feststoff (Konzentrat + Zuschläge) wurde mit einem Durchsatz von 2250 kg/h pneumatisch aus der Mitte des Brenners durch einen sich leicht weitenden Kegel 26. eingespeist« Die Austrittsöffnung hatte einen Durchmesser von 100 tras. Pro Stunde wurden

3 · ■ 3

478 m Trägerluft zugeführt₀ Sekundärluft, O » 1747 ra /h, wurde diirch sechs vertikale, in gleicher Richtung drallgebende Wirbelrohre 16 zugeführt» Wirbelrohr-Austrittsöffmmg 0 34 mm« Die Primär·» und Sekundärgase hatten eine Temperatur von 300 K. Die effektive Intensität der Turbulenz betrug S r^ " 0,3. Die Siebanalyse des pulverigen Feststoffes war: 90% -80 /um, 75% -43#um, 50% -39 ,um, 25% -32 ,um. .

In einem Abstand von χ ^ra 2,4 m vom Brenner wurde die . Feststoffverteilung am Querschnitt des Suspensions-, Strahles gemessen.

In der ersten Stufe wurden lediglich Feststoff und Trägerluft eingetragen, d.h. der Sekundärzustrom betrug Null (Fig. 11). In der zweiten Stufe wurde auch Sekundärluft zugeführt (Fig. 12).

In Fig. 11 und 12 ist gemäß allgemeiner Praxis das Gas-

Geschwindigkeitsverteilungsprof il 19 nach unten und das 35

Verteilungsprofil 23 des pulverigen Feststoffes von der Meßebene nach oben gerichtet dargestellt.

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Ein Vergleich der Feststoffverteilungen in Figur 11 und Figur 12 zeigt, daß der bloße Surfens ions strahl (Fig. 11) eine verhältnismäßig schmale, aber doch an das Gasver~

c teilungsprofil 19 erinnernde Verteilung lieferte Mit der erfindungsgemäßen Anordnung, d.h₀ bei Hinsunahme von Wirbelstrahlen (Fig* 12) , wird die Feststoffverteilung breitenmäßig der Gasverteilung 19 angepaßte Vergleicht

man die im Beispiel 3 definierten Sprühkegelwinkel I'd, 10

miteinander, so stellt man fest, daß dieser Winkel für die Feststoffverteilung in Figur 12 etwa dreimal so groß wie in Figur 11 ist (12,4/4^0 )_o Der entsprechende Winkel 2<L für die Gasverteilung ist in Figur 12 nur 2,5mal so groß wie in Figur 11 (18_?0°/7,3°).

Das Beispiel 5 bestätigt die vorangehenden Beispiele und zeigt, daß sich mit Hilfe von Wirbelstrahlen der Mischeffekt und das Saugverraögen im Suspensionsstrahl so intensivieren lassen, daß ein Transport von pulverigem Feststoff in seitlicher Richtung erfolgt und damit im Suspensionsstrahl eine gute Ausbreitung und das erforderlichen Konzentrat-Gas-Verhältnis erzielt werden.

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Claims

G53637 Oy 4.10.1982 Anmelders OUTOKlMPl/, Xc-tjl,^ket« A^ SF-QppO HELSINKI 10 Patentansprüche

1. Verfahren zur Bucking eines aus pulvrigem Stoff und Reaktionsgas "bestehenden gezielten und unter Kontrolle gehaltenen Siispensionsctrahls durch Eintragen von pulvrigem Stoff in den Reaktioncrpum und Führen des Haupttoiln den Reaktionrsgar.ntromc um den pulvrigen Stoff, dadurch gekennzeichnet, dar;β der pulvrige Stoff τηΐΐ einem Teil des Ren.kt.ionngr-ir.eG vermir.cht in den Reaktionaraum eingetra.gen virä_} . während dar; restliche Iloaktionsgas in Form von wenigstens drei separaten, zumiaiclcifit teilweise verwirbelten Strehlen symmetrisch aus der Ungoinmg den Pulverstroms in el en Repv.tionsraura eingespeist v/ird, und das f. die Reaktionngesr.trr.hlen im Reaktiojif?raum zwec-ks 13ildi.mg eine·?; turbulenten, aber vxtcr Kontrolle gehaltenen SiiGpensionr-ytralils in den vorserstätibten TuIv er strom geleitet worden. ·

2. Verfahren nr.ch Anspruch I₅ d ει ei u r c h ge

dass der in den Rcaktiorisrcum einzuleitende ceparr'tu'-Rook-tior-figasctrahl axis einen verv.arbelten Gasstrahl gebildet wire! _r der von einem drcl'l freien Gasstrahl umhiU'.lt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichnet_K dass der pulvrige Stoff pneumatisch in den Rcalctionsraum eingetragen wird. .

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regulierung der Suspensionsstrahl—Gestalt durch Änderung der Drallrichtung der Rcaktionsgas-Teilstrahlen erfolgt«,

5« Verfahren nach Anspruch 1, dad u r c h gekennzeichnet, dass die Re3u.lieru.ng der Suspensionsstrahl-C-estalt durch Richtujngsregulierung der Reaktionsgas-Teilstrahlen erfolgt.

6. Zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 dienende, am Oberteil oder sn der Stirnwand des Ree.ktionsraums angeordnete, das Pulver-Sintragsorgan (3) umgebende Reaktionsgasverteilungs- ' und -lenkvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass um das Pulver-3intragsorgan (3) herum koaxial ein Reaktionsgas-Verteilungsorgan (7) angeordnet ist, von dem wenigstens drei zum Reaktionsraum hin gerichtete verstellbare Rea.ktionsgas-Einblasrohre (8) ihren Ausgang nehmen, die das Pulver-Sintragsorgen symmetrisch umgeben.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass arn Oberteil dos Einblasrohres (8) eine Regelvorrichtung (13) zum Verv/irbeln des Reaktionsgase3 vorhanden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einblasrohr (8) von zwei, zumindest am reaktionsrauriH· seitigen (5.) Ende koaxialen Rohren gebildet wird, von denen das innere Rohr eine Regelvorrichtung (ll) zum Verwirbeln des Realetionsgases aufweist.

9. Vorrichtung nach Ancpruoh 6, d a d u r c h gekennzeichnet, dass die Neigung der Einblasrohre (8) in radialer Richtung mit Hilfe eines am Einblasrohr (8) angeordneten Kugelgelenks (2o) verändert v/erden kann.

10. · Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, dass am Oberteil des Einblasrohres (8) eine Regelvorrichtung (ll) zum Regulieren von Intensität und/oder Richtung der Verwirbelung vorhanden ist.