DE4317705A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Zuführen von Reaktionsgasen in einen Schmelzofen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum Zuführen von Reaktionsgasen, vorzugsweise Sauer­ stoff und Luft oder eine Mischung beider Gase, in einen Schmelz­ ofen, so daß die Querschnittsfläche durch die die Gase zugeführt werden, eingestellt werden kann. So kann die Geschwindigkeit der dem Schmelzofen zugeführten Gase ausreichend hoch gehalten wer­ den, auch wenn der Durchsatz und Qualität des Gases variieren.

Wenn Reaktionsstoffe und Reaktionsgase einem Suspensionsschmelz­ ofen zugeführt werden, werden diese miteinander in Kontakt gebracht und nur in der Reaktionszone des Ofens gemischt. Der Massetransfer zwischen dem reagierden Feststoff und dem umgeben­ den Gas wird in dem Reaktionsraum selbst so hoch wie möglich ge­ halten, da die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Reaktions­ gas und dem pulverförmigen Feststoff ebenfalls so hoch wie mög­ lich gehalten wird.

Aus dem US Patent 4 210 315 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der die Suspension eines pulverförmigen Festbrennstoffes gebil­ det wird durch zentrales Zuführen des Festbrennstoffes in den Reaktionsraum relativ zur Zuführung des Reaktionsgases. Inner­ halb des Zuführungsrohres für den Feststoff ist koaxial ein Gas­ zuführrohr angeordnet, durch welches ein Teil des Gases zuge­ führt wird. Das untere Ende des Gaszuführrohres ist konisch, so daß das Gas durch Öffnungen an dem unteren Ende des Konus aus­ tritt. Das durch die Zuführöffnungen ausgeblasene Gas bewegt den Feststoff dazu, entlang der konischen Oberfläche in Richtung auf die reine Reaktionsgaszone zu fallen, die den Feststofffluß um­ gibt, d. h. in Richtung auf die Umfangsfläche des Reaktionsrau­ mes.

Aus dem U.S. Patent 3,392,885 ist ein Verfahren und eine Vor­ richtung bekannt, bei denen die Richtung des Hauptreaktionsgas­ flußes flexibel geändert werden kann. Durch diese Vorrichtung wird ein horizontal zugeführter Gasfluß in radiale Teilflüsse mit Hilfe von Trennwänden aufgeteilt, und gleichzeitig wird die Richtung des Gasflußes dahingehend verändert, daß sie parallel zur zentralen Achse des Reaktionsrohres des Schmelzofens ver­ läuft, so daß die Geschwindigkeit der Teilflüsse zur gleichen Zeit anwächst. Die Teilflüsse werden in den Reaktionsraum als ringförmiger Fluß abgegeben, der somit den Konzentratfluß von der Innenseite umgibt.

Das U.S. Patent 4,392,885 beschreibt ein Verfahren und eine Vor­ richtung, bei denen der größere Teil des Reaktionsgasflusses entsprechend dem U.S. Patent 4,210,315 symmetrisch in mehreren verwirbelten Strömen dem pulverigen Feststofffluß von außen in den Reaktionsraum zugeführt wird. Die Zuführrohre, durch die die verwirbelten Ströme fließen, sind einstellbar, so daß der Grad und die Richtung der Verwirbelung einstellbar sind.

Die oben beschriebenen Vorrichtungen zum Zuführen pulverförmiger Substanzen, hauptsächlich von Konzentraten, sind problemlos an­ wendbar, solange der dem Schmelzofen zuzuführende Materialfluß mehr oder weniger konstant bleibt. Wenn der dem Schmelzofen zu­ zuführende Konzentratdurchsatz aus bestimmten Gründen reduziert wird, muß die Menge des zugeführten Reaktionsgases entsprechend reduziert werden. Generell erzeugt dies keine ernsten Probleme bei der Zuführung des Konzentrats. Sowohl die normalen als auch geringere Durchsätze können in der Regel einfach durch die glei­ chen Zuführeinrichtungen zugeführt werden. Jedoch tritt ein größeres Problem bei der Zuführung des Reaktionsgases auf, weil, wenn der Gasdurchsatz wesentlich reduziert wird, die Gasge­ schwindigkeit in der Zufuhröffnung ebenfalls reduziert wird, da die Querschnittsfläche, durch die das Gas zugeführt wird, gleich­ bleibt. Wenn die Gaseintrittsgeschwindigkeit in dem Konzentrat­ verteiler und damit in die Reaktionszone des Ofens wesentlich reduziert wird, erzeugt dies Schwierigkeiten bei der Erzielung einer guten Suspension im Reaktionsrohr, und daher werden die Reaktionen zwischen dem Konzentrat und dem Gas inhomogen und nicht zufriedenstellend. Diese Schwierigkeiten werden etwas ab­ gemildert durch die Vorrichtung gemäß U.S. Patent 4,392,885. Dort werden die Gasturbulenzen intensiviert. Jedoch wenn der Gasdurchsatz beispielsweise auf die Hälfte der normalen Werte abfällt, ist auch mit diesem Verfahren eine gute Suspension schwer zu erreichen. Ein weiterer wichtiger Grund für eine Ver­ ringerung des Reaktionsgasdurchsatzes besteht in der wachsenden Tendenz zur Verwendung sauerstoffangereicherter Gase, was selbstverständlich mit einer Verringerung des Gasdurchsatzes einhergeht.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ei­ ne Vorrichtung zu schaffen, die es erlauben, daß die Fließge­ schwindigkeit der Reaktionsgase auch bei wechselnden Massedurch­ sätzen ausreichend hoch gehalten und somit eine gute Suspension zwischen den pulverförmigen Feststoffpartikeln und dem Gas im Reaktionsraum des Ofens sichergestellt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß An­ spruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 2 gelöst. Vorteil­ hafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran­ sprüche.

Erfindungsgemäß ist die Querschnittsfläche, durch die das Reak­ tionsgas fließt, einstellbar, so daß die Fließgeschwindigkeit des Reaktionsgases ausreichend hoch gehalten werden kann. So kann eine gute Suspension zwischen den pulverförmigen Feststoff­ partikeln und dem Gas im Reaktionsrohr des Ofens sichergestellt werden. Somit verlaufen die gewünschten Reaktionen zwischen dem Feststoff und dem Gas schneller. Dementsprechend basiert das erfindungsgemäße Verfahren zum Zuführen der Reaktionsgase in das Reaktionsrohr eines Suspensionsschmelzofens auf der Tatsache, daß die Gasverteilungskammer in mehrere ineinander geschachtelte Teile unterteilt ist, so daß das Gas entsprechend dem Gasdurch­ satz entweder durch alle ringförmigen Unterkammern eingespeist werden kann, oder lediglich durch eine Kammer. So kann eine aus­ reichende Gasgeschwindigkeit an der Gasaustrittsöffnung jeder­ zeit beibehalten werden. Das Gas kann in die Gasverteilungskam­ mer aus einer oder mehreren Richtungen eingeführt werden.

Das pulverförmige Material, wie z. B. Konzentrat und Flußmittel können zentral von der Innenseite der Gasverteilungskammer zuge­ führt werden, beispielsweise mittels eines zentralen Düsenver­ teilers entsprechend U.S. Patent 4,210,315 oder durch eine Vor­ richtung entsprechend U.S. Patent 5,133,801. Durch das erfin­ dungsgemäße Verfahren können z. B. das Luft/Sauerstoff-Verhält­ nis des Reaktionsgases stufenlos eingestellt werden, weil der Gasdurchsatz verringert wird, während der Sauerstoffgehalt an­ steigt. Dieser verringerte Gasdurchsatz kann jedoch zugeführt werden, ohne daß alle Unterkammern verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschreiben. Diese zeigt ein bevorzug­ tes Ausführungsbeispiel der Erfindung in teilweise geschnittener Seitenansicht.

Der Konzentratverteiler 1 ist im Gewölbe 2 eines Schmelzofens, z. B. eines Suspensionsschmelzofens, angeordnet. Der pulverför­ mige Feststoff, wie z. B. Konzentrat, und die Reaktionsgase, die aus dem Verteiler austreten, werden durch separate Kanäle zuge­ führt und vermischen sich allein im Reaktionsrohr unterhalb des Gewölbes um dort eine Suspension zu bilden.

Das Konzentrat wird dem Verteiler durch die Konzentratleitung 3 zugeführt und dazu gebracht, die Gußleitung 4 zum Reaktionsrohr hinunterzufließen. Innerhalb der Konzentratgußleitung 4 ist ei­ ne Zuführleitung 5 für das Gas, in der Regel Luft, angeordnet, welche vorgesehen ist, um das Konzentrat zu dispergieren. Das untere Ende der Zuführleitung 5 erstreckt sich weiter nach unten als der untere Teil der Gußleitung 4 und ist konisch zugespitzt und mit Perforationen an dem äußerem Ende versehen. Die Disper­ sionsluft tritt durch die Perforationen nahezu horizontal aus und dispergiert so den Konzentratvorhang, der ringförmig um die Zuführleitung 5 austritt. Innerhalb der Dispersionsluftzuführ­ leitung kann weiterhin eine andere Gaszuführleitung 6 angeordnet sein, durch die ein Teil des erforderlichen Reaktionsgases dem Reaktionsraum zugeführt wird. Vorzugsweise ist dieses Gas Sauer­ stoff.

Der größere Teil des Reaktionsgases wird über die Gasvertei­ lungskammer 7 zugeführt, die die Konzentratgußleitung 4 umgibt. Zu dieser Gasverteilungskammer 7 wird das Gas durch mindestens eine Zuführleitung 8 zugeführt. In der Zeichnung sind zwei Zu­ führleitungen dargestellt. An ihrem anderem Ende kurz vor ihrem Einlaufen in die Gasverteilungskammer ist die Zuführleitung durch Trennwände in mindestens zwei separate Teile 9 und 10 un­ terteilt. Die Trennwände verlaufen parallel zur zentralen Achse des Reaktionsrohres und setzen sich kreisförmig innerhalb der im wesentlichen zylindrischen Gasverteilungskammer bis zum Boden der Kammer fort. Auf diese Weise besteht die Gasverteilungskam­ mer aus mehreren ineinander geschachtelten ringförmigen Teilen 12, 13, und die Gasaustrittsöffnung in den Reaktionsraum enthält daher zwei oder mehr Abschnitte.

Das Gas wird der Gasverteilungskammer über Zuführventile 14 zu­ geführt, die in den Zuführleitungen 8 angeordnet sind. Diese Ventile können manuell oder automatisch verstellt werden. So wird das Prozeßgas jeder der ineinander verschachtelten Kammern 9, 10 durch separate Kanäle zugeführt, die jeweils mit einem Einstellventil versehen sind. Die Trennwände 11 der Unterkammern erstrecken sich bis zur Austrittskante 15 der Gasverteilungskam­ mer, d. h. bis zur Unterkante des Ofengewölbes. Beim Betrieb mit maximaler Belastung tritt das Gas aus jeder der ineinander ge­ schachtelten Kammern mit einer Geschwindigkeit aus, die für den fraglichen Prozeß am besten geeignet ist. Während des Betriebs bei minimaler Belastung wird die erforderliche Menge an Prozeß­ gas lediglich durch eine Kammer zugeführt, während die restli­ chen Kammern geschlossen sind.

Claims (6)

1. Verfahren zum Zuführen von Reaktionsgasen, insbesondere Luft, Sauerstoff oder eine Mischung der beiden Gase, in die Re­ aktionszone eines Suspensionsschmelzofens, wobei ein Teil des Gases von innen einem nach unten fließenden ringförmigen Vorhang der pulverförmigen Substanz zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet daß der größere Teil des Gases von außerhalb des ringförmigen Vorhangs der pulverförmigen Substanz zugeführt wird, und daß die Geschwindigkeit dieses Gasflusses eingestellt wird, indem man das Gas in die Reaktionszone des Schmelzofens in einer oder meh­ reren ineinander geschachtelten ringförmigen Flüssen einführt.

2. Vorrichtung zu Zuführen von Reaktionsgasen, insbesondere Luft, Sauerstoff oder eine Mischung der beiden Gase, in das Re­ aktionsrohr eines Suspensionsschmelzofens durch einen Konzen­ tratverteiler (1), der in dem Gewölbe (2) des Ofens angeordnet ist, so daß zumindest ein Teil des Reaktionsgases durch Einrich­ tungen (5, 6) zugeführt wird, die innerhalb des Gießrohres (4) des pulverförmigen Brennstoffes angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet daß der Konzentratverteiler (1) zum Zuführen des größeren Teils des Reaktionsgases mit mindestens einer Gaszuführleitung (8) versehen ist, die vor der Verbindung mit der Gasverteilungskam­ mer (7) mittels einer Trennwand (11) in mindestens zwei Ab­ schnitte (9, 10) unterteilt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Trennwände (11) sich in die Gasverteilungskammer (7) er­ strecken.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (11) in der Gasverteilungskammer (7) ring­ förmig sind und parallel zur zentralen Achse des Reaktionsrohres verlaufen.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß sich die Trennwände (11) bis zur Austrittskante (15) der Gasverteilungskammer (7) erstrecken.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß die durch Trennwände (11) unterteilten Abschnitte (9, 10) der Zuführleitung (8) mit Einstellventilen (14) versehen sind.