DE3642163A1 - Verfahren zum brennen von kalk in einem schachtofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum ökonomischen Brennen von Kalkstein und/oder anderem karbonatischen Gestein in einem Schachtofen.

Es hat bereits in der Vergangenheit nicht an Versuchen gefehlt, Kalkstein energiesparend zu brennen, bzw. den Brennprozeß den jeweiligen Preisänderungen der Brennstoffe so anzupassen, daß die Energiekosten in einem erträglichen Rahmen blieben. So waren Preisänderungen bei den Brennstoffen immer mit Innovationsschüben bei den Kalköfen verbunden.

Nachdem viele Verbesserungen an den Ofenkonstruktionen vorgenommen worden waren, ging man auch dazu über, Abfallstoffe zum Brennen von Kalkstein zu verwenden. So wird in der DE-OS 27 10 205 empfohlen, in Abhängigkeit vom Heizwert des einer Müllpyrolyse entstammenden Gases Brennstoffe mit konstantem Heizwert zuzudosieren.

In der DE-OS 28 30 125 wird die Möglichkeit beschrieben, feste, zerkleinerte, gasende Abfallstoffe in die Brennkammern des Schachtofens einzubringen, wobei sich diese hierin zersetzen und deren energiereiche Zersetzungsprodukte der Brennzone zugeführt werden. Auf diese Weise kann ein beträchtlicher Anteil herkömmlichen Brennstoffes in Form von Gas oder Öl eingespart werden.

Schließlich wird in der DE-OS 28 12 240 ein Verfahren zur Herstellung von Branntkalk in einem Schachtofen beschrieben, bei dem die mit gasförmigem Brennstoff vermischte Verbrennungsluft vom Austrag her in den Ofen eingeleitet wird, wobei man das Brennstoffverhältnis zwischen Festbrennstoff und Brenngas mit einer so geringen Brenngasmenge steuert, die keine eigene Gasverbrennungszone entstehen läßt und der Brennstoffumsatz in der Verbrennungszone zu jedem Zeitpunkt dem gewünschten Brenngrad des Kalkproduktes entspricht.

Alle diese vorbeschriebenen Verfahrensänderungen waren bereits darauf ausgerichtet, mit einem Minimum an Primärenergie, bzw. sogar unter Verwendung von Abfallstoffen einen möglichst gleichmäßig gebrannten Kalk zu erzeugen, wobei jedoch zum Teil ein beträchtlicher meß- und regeltechnischer Aufwand in Kauf genommen werden mußte. Ferner ist diesen Veröffentlichungen zu entnehmen, daß in allen Fällen ein relativ weich gebrannter, also sehr reaktionsfähiger Kalk hergestellt wurde, daß es jedoch nicht möglich ist, hart gebrannten Kalk, wie er für einige Verwendungszwecke erforderlich ist, herzustellen.

Es bestand daher die Aufgabe, ohne wesentliche Änderung der Ofenkonstruktion die Möglichkeit zu schaffen, schnell von festen Brennstoffen auf gasförmige oder flüssige Brennstoffe zu wechseln, um hierdurch die günstigsten Brennstoffkosten nützen zu können. Der Brenngrad des erzeugten Kalkes bzw. dessen Reaktivität darf durch Verwendung anderer Brennstoffe nicht beeinflußt werden.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, in einem Schachtofen gleichzeitig feste und gasförmige Brennstoffe einzusetzen, wobei man den gasförmigen Brennstoff zentral von unten in den Ofen einführt und den festen Brennstoff mit dem Kalkstein vermischt dem Ofen von oben aufgibt.

Im allgemeinen werden Kalkschachtöfen entweder mit Gas, Öl oder Koks befeuert, wobei letzterer zusammen mit dem Kalkstein-Gemisch der Gicht des Ofens aufgegeben wird. lm Zuge der "Energiekrisen" bzw. unterschiedlicher Preise für die gleiche Energiemenge bei unterschiedlichen Energieträgern, wurden auch gemischt befeuerte Öfen betrieben. Bei diesen wurde ein Teil der benötigten Brennenergie über den dem Kalkstein zugemischten Koks zentral aufgegeben, der restliche Anteil über am Ofen seitlich angebrachte Brennkammern mit Schweröl gedeckt.

Heutzutage ist nun durch ein verstärktes Gasangebot infolge des Ausbaues des Leitungsnetzes eine Gasfeuerung besonders interessant geworden. Im Zusammenhang mit einem Kalkbrennofen besteht der Vorteil insbesondere auch darin, weil sich Gasheizungen praktisch verzögerungsfrei regulieren lassen.

Diese Möglichkeiten nutzt nun das erfindungsgemäße Verfahren, indem nur ein Teil der Brennenergie in Form von Festbrennstoff, der Rest als gasförmiger Brennstoff, dem Ofen zugeführt wird. Bevorzugt wird das Verhältnis so eingestellt, daß die aus dem Festbrennstoff gelieferte Energiemenge 10 bis 50% der gesamten benötigten Energiemenge beträgt.

Ein optimal gebrannter Kalk wird dann erhalten, wenn der gasförmige Brennstoff über eine Lanze dem Ofen bzw. der Möllerschüttung zugeführt wird. Diese sollte zentral von unten durch den Ofenzylinder in die Möllerschüttung eingeführt werden und an einer Stelle enden, die etwa 1 bis 2 Ofendurchmessern entspricht. Sollte es sich als notwendig erweisen oder als zweckmäßig herausstellen, kann ein Teil des gasförmigen Brennstoffes auch über seitlich angebrachte Brenner dem Ofen zugeführt werden. Anstelle von Gas kann die Brennenergie auch aus Flüssigbrennstoff, wie Leicht- oder Schweröl, erzeugt werden.

Als Brenngas wird Erdgas bevorzugt, es können aber auch, entsprechender Energieinhalt vorausgesetzt, Synthesegase mit Gehalten an Kohlenmonoxid oder Flüssiggas verwendet werden. In jedem Fall wird das Brennstoff/Luft- Verhältnis so eingestellt, daß man dem Gasbrenner Luft in unterstöchiometrischer Menge zuführt. Die fehlende Luftmenge wird dem Ofen als Kühlluft zugeführt.

Als Festbrennstoffe werden Koks, Anthrazit, Steinkohle, Pechkohle, Flammkohle oder Gasflammkohle verwendet. Der Festbrennstoff sollte dem Kalkstein in einem Gewichtsverhältnis von 0,02 bis 0,1 zu 1 zugegeben werden.

Kalkstein und Festbrennstoff werden vermischt und dem Ofen als Möller über die Gicht aufgegeben.

Bevorzugt wird die Aufgabe von Kalkstein und Festbrennstoff so gesteuert, daß der Festbrennstoff dem Kalkstein in der Weise zugemischt wird, daß der Festbrennstoff in einer äußeren Ringzone mit dem Kalkstein vermischt in die Brennzone des Ofens gelangt. Diese Ringzone überdeckt etwa 20 bis 50% der gesamten Querschnittsfläche des Schachtofens. Sie enthält etwa 50 bis 75%, bevorzugt etwa 65%, des Festbrennstoffes. Der Rest des Festbrennstoffes ist auf den übrigen Querschnitt des Ofens verteilt. Man kann die Kohlenaufgabe auch so steuern, daß die Konzentration an Festbrennstoff von der Ofenaußenseite nach dem Ofenzentrum hin kontinuierlich abnimmt.

Bevorzugt wird dieses Verfahren angewendet, um hart gebrannten Kalk herzustellen, der einen besonders hohen Aufwand an Brennenergie erfordert. Hierbei war es überraschend festzustellen, daß auf diese Weise die Herstellung hartgebrannten Kalkes mit weniger Festbrennstoff und damit wirtschaftlicher durchgeführt werden kann als bisher.

Das erfindungsgemäße Verfahren widerlegt auch die bisher als allgemein gültig angesehene Auffassung, daß bei Umstellung von festen auf gasförmige Brennstoffe eine Erhöhung der Reaktivität des Kalkes die Folge ist, da bei erheblichen Ersatz des festen Brennstoffes durch Gas ein praktisch unveränderter Brenngrad eingestellt werden kann. Im übrigen ist das Verfahren so flexibel, daß man durch entsprechende Ofenführung, entsprechende Zusammensetzung der Kalksteinkörnungen und entsprechenden Brennstoffeinsatz ein weites Spektrum verschieden reaktiver Kalksorten herstellen kann.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß man schnell auf Preisänderungen des Brennstoffmarktes reagieren kann. Ohne großen technischen Aufwand kann der Kalkschachtofen schnell wieder auf konventionellen Betrieb umgeschaltet werden.

Das Verfahren ist auch anwendbar bei Anlagen, die beispielsweise der Zucker- oder Sodafabrikation entstammenden kohlensauren Kalk einsetzen.

Durch gezielte Steuerung des Verhältnisses von Gas zu Festbrennstoff ist es auch möglich, den Kohlendioxidgehalt des Abgases zu beeinflussen: Höherer Einsatz von Festbrennstoff führt zu höheren Kohlendioxidgehalten im Abgas; durch verstärkten Einsatz von beispielsweise Erdgas wird der Kohlendioxidgehalt des Abgases reduziert.

Anhand nachfolgender Beispiele wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.

Beispiel 1

Ein Standard-Schachtofen mit einem Schachtdurchmesser von 4 Metern wird in üblicher Weise mit 80% Brechkoks der Körnung 40-60 mm, 20% Anthrazit der Körnung 5-20 mm und hochprozentigem Kalkstein der Körnung 120-180 mm beschickt und in üblicher Weise betrieben.

Der Wärmeaufwand beträgt 890 kcal/kg Kalk. Die Restkohlensäure beträgt 1,8% und die Reaktivität ausgedrückt durch den t _{u 60}-Wert=18 Minuten; dies bedeutet bereits leichten Hartbrand.

Beispiel 2

In einem Schachtofen gleicher Abmessungen wie in Beispiel 1 beschrieben, wird Kalkstein derselben Körnung aufgegeben und in bekannter Weise mittels peripheren Brennern und einem Zentralbrenner Erdgas eingeleitet und der Ofen wie üblich betrieben.

Bei einem Wärmeverbrauch von 1080 kcal/kg resultiert ein Kalk von 1,5% Restkohlensäure und einem t _{u 60}- Wert von 4 Minuten. Dieser so hergestellte Kalk ist also sehr reaktiv.

Beispiel 3

In einem Schachtofen gleicher Abmessungen wird - erfindungsgemäß durch einen Zentralbrenner von unten - 70% der zum Kalkbrennen erforderlichen Energiemenge in Form von Erdgas aufgegeben.

30% der Brennenergie werden durch ein Koks-/ Anthrazitgemisch, wie in Beispiel 1 beschrieben, gedeckt, das vor der Aufgabe über die Gicht mit dem Kalkstein so vermischt wird, daß der äußere Ring (20-50% der gesamten Querschnittsfläche) etwa 65% des Kokses erhält, während der kleinere Teil auf den übrigen Querschnitt des Ofens gleichmäßig verteilt wird.

Bei einem Wärmeverbrauch von 1010 kcal/kg resultiert ein Kalk von 1,6% Restkohlensäure und einer Reaktivität von t _{u 60}-Wert=15 Minuten.

Der relativ hart gebrannte Kalk entspricht den an ihn gestellten Qualitätsansprüchen, z. B. beim Einsatz in der Eisen- und Stahlindustrie.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer erheblichen Kostensenkung bei der derzeitigen Preissituation für feste und gasförmige Brennstoffe. Nach der im Beispiel 3 genannten Verfahrensweise betragen die Brennstoffkosten lediglich 71%, verglichen mit dem in Beispiel 1 genannten Verfahren.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung von Kalk mit einstellbarem Brenngrad in einem Schachtofen durch Einsatz von gasförmigen und festen Brennstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man gasförmigen Brennstoff zentral von unten in den Ofen einführt und festen Brennstoff mit Kalkstein vermischt dem Ofen von oben aufgibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gas mittels einer Lanze zentral von unten an einer Stelle, die dem 1- bis 2-fachen des Ofendurchmessers entspricht, in den Möller einführt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Gasbrenner Luft im Unterschuß zugibt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Verhältnis der Brennenergie aus dem Festbrennstoff zu der aus dem gasförmigen Brennstoff in den Grenzen von 10:90 bis 50:50 bewegt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlich gasförmige Brennstoffe seitlich in den Ofen einführt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den Festbrennstoff im Verhältnis zum Kalkstein wie 0,02:1 bis 0,1:1 Gewichtsteilen mischt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man den Festbrennstoff dem Kalkstein in einer äußeren Ringzone zumischt.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man 50 bis 75% des Festbrennstoffes dem Kalkstein in einer Ringzone zumischt, den Rest auf den übrigen Querschnitt des Ofens verteilt.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als gasförmigen Brennstoff Erdgas verwendet.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Festbrennstoff Koks einsetzt.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Festbrennstoff Anthrazit einsetzt.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man durch Wahl des Verhältnisses Festbrennstoff zu gasförmigen Brennstoff den Kohlendioxidgehalt des Abgases beeinflußt.