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Verfahren und Vorrichtung zum Vorwärmen von staubförmigem Gut, insbesondere
Zementrohmehl Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Durchführung von
Wärmebehandlungsprozessen, insbesondere von solchen, bei denen staubförmiges Ofengut
durch die Abgaswärme des Ofens vorgewärmt werden soll. Man hat z. B. bei Drehrohröfen
zum Brennen von Zement, in welche das Rohmehl einlaufseitig trocken aufgegeben wird,
versucht, die Abgaswärme auf das Rohmehl mittels im Vorwärmeteil des Ofens vorgesehener
Einbauten weitgehendst zu übertragen. Hierzu verwendete man Scheiben, die, von den
Abgasen umspült, sich aufwärmen und beim nachfolgenden Eintauchen in das Rohmehl
die Wärme an dieses abgeben. Es wurden ferner Hubeinrichtungen in den Vorwärmteil
des Ofens eingebaut, welche das Gut laufend in den Gasstrom einstreuen. Weiterhin
hat man zellenartige Einbauten in Vorschlag gebracht, die den Gutstrom unterteilen
und dadurch den Wärmeübergang verbessern sollen. Derartige Einbauten im einlaufseitigen
Ende des Drehrohrofens unterliegen aber im heißen Teil einer außerordentlich starken
Wärmebeanspruchung, so daß selbst bei der Wahl teurer hitzebeständiger Werkstoffe
die Einbauten nach einiger Zeit zerstört werden, so daß eine wirtschaftliche Ausnutzung
nicht gegeben ist. Infolgedessen haben sich derartige Einbauten im Drehrohrofen
nicht durchgesetzt. Ein anderer Vorschlag geht dahin, den Drehrohrofen zu verkürzen
und nur für Nachbehandlung, Sinterung, Kalzinierung usw. einzusetzen, während die
Vorwärmung
außerhalb des Ofens vorgenommen wird. Für die Vorerwärmung
benutzt man neuerdings Zyklone, die, in mehreren Stufen übereinandergestellt, die
Vorerwärmung bewirken. Das trockene staubförmige Material wird der obersten Zyklonstufe
aufgegeben, aus dieser ausgeschieden und in die Gasleitung der nächsten Stufe geführt
und so fort bis zur untersten Stufe, von der aus das vorgewärmte .Material in den
Ofen eingebracht wird. Die stufenweise Vorwärmung mittels Zyklonen hat den Nachteil,
daß die Wärmeübertragung in der jeweiligen Stufe im Gleichstrom erfolgt und daher
nicht intensiv genug zur Wirkung kommt. Dadurch ist die Abgastemperatur auch bei
einem vierstufigen Zyklonvorwärmer noch unerwünscht hoch, so daß also noch erhebliche
Wärmemengen ungenutzt verlorengehen. Dazu kommt, daß der Abgasventilator den Widerstand
von mehreren Zyklonen überwinden muß, wodurch der Kraftbedarf für den Betrieb des
Abgasventilators sehr hoch ist. Der Wiedergewinn an Wärme, der mit Hilfe der Zyklonvorwärmer
erzielt wird, gebt zum Teil dadurch wieder verloren, daß man gegenüber anderen Methoden
einen gesteigerten Verbrauch an elektrischer Energie in Kauf nehmen muß. Ein weiterer
Nachteil ergibt sich dadurch, daß durch die Zyklonwirkung die feinsten Anteile des
trockenen staubförmigen Aufgabegutes in den jeweiligen Stufen nicht niedergeschlagen
werden, sondern sämtliche Zyklone passieren, um dann mit den Rauchgasen ins Freie
abgeführt zu werden, Trotz Einschaltung hochwertiger Entstaubungseinrichtungen läßt
die Entstaubung der Abgase wegen der Feinheit der abzuscheidenden Stäube zu wünschen
übrig.
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Diese Nachteile werden durch das nachstehend beschriebene Verfahren
beseitigt. Die Vorwärmung des staubförmigen Materials erfolgt auch stufenweise.
In der Stufe des heißesten Temperaturbereiches findet der Wärmeaustausch bei hoher
Gasgeschwindigkeit im Gleichstrom, und zwar in einem Zyklon statt, in dem die Rauchgase,
die mit einer Geschwindigkeit von etwa io bis 2o m/sec mit dem Gut in Berührung
kommen, einen Temperaturabfall von etwa iooo° C auf 6oo bis 700° C erfahren. Hinter
diesem Zyklon ist eine Vorwärmstufe vorgesehen, in der die Rauchgase mit einer geringen
Geschwindigkeit von etwa 0,3 bis 3 m/sec mit dem Gut in Berührung kommen.
Diese Vorwärmstufe besteht in einer Großraumkammer, in welcher das staubförmige
Gut bei seinem Durchgang mittels an sich bekannter pneumatischer oder mechanischer
Mittel wiederholt in den Rauchgasstrom eingeschleudert wird. Die Rauchgase erfahren
in dieser Stufe eine Temperaturminderung um etwa Zoo bis 300° C. In einer weiteren
Vorwärmstufe, die ähnlich oder gleich der ersten Vorwärmstufe eingerichtet sein
kann, erfolgt dann die weitere Vorwärmung ebenfalls im Gegen- oder Querstrom, durch
den bekanntlich die Wärmeübertragung derart intensiv ist, daß die Rauchgase ihre
Wärme nahezu vollständig an das Ofengut abgeben, so daß die Abgase, deren Staubgehalt
einer normalen Körnung entspricht, mittels bekannter Hochleistungsentstaubungsanlagen
bis zu einem solchen Reststaubgehalt entstaubt werden können, der nach den gesetzlichen
Vorschriften zulässig ist. Als Großraumvorwärmer kann ein zylindrischer Hohlkörper
vorgesehen sein, der sich ähnlich wie der Drehrohrofen auf Rollen langsam dreht.
Diese Trommel kann mit Zellen, Röhren oder Hubelementen ausgerüstet sein, so daß
mit Hilfe dieser Einbauten das staubförmige Gut mit den im Gegenstrom sich bewegenden
Rauchgasen in innigste Berührung kommt und dadurch ein intensiver Wärmeaustausch
stattfindet. Da der Zyklon die nachgeschalteten Vorwärmer gegen Temperaturüberlastungen
schützt, sind die in die Trommel eingebauten Einrichtungen (Rohre, Zellen usw.)
keiner überhöhten Temperaturbeanspruchung ausgesetzt und daher gegen Zerstörung
geschützt. Da also die Rauchgase in den nachgeschalteten Gegenstrom- bzw. Querstromvorwärmer
mit einer so niedrigen Temperatur eintreten, können für die Einbauten ohne weiteres
billige Werkstoffe verwendet werden, deren lange Lebensdauer auf diese Weise gewährleistet
ist.
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Der Grundgedanke der Erfindung ist also der, daß im sehr hohen Temperaturbereich
der Wärmeaustausch bei hoher Rauchgasgeschwindigkeit im Zyklon stattfindet, während
er im niedrigen Temperaturbereich bei langsamer Rauchgasgeschwindigkeit in Großraumkammern
bekannter Ausführung erfolgt.
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In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele zur Durchführung
des Verfahrens schematisch dargestellt. Es zeigt Abb. i eine Anlage mit zwei großräumigen
Vorwärmstufen, Abb.2 eine Anlage, deren großräumige Vorwärmstufe aus einer Drehtrommel
besteht.
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Der Drehrohrofen i ist in bekannter Weise gebaut und gelagert. In
diesen ragt das Ende einer steil ansteigenden isolierten Rohrleitung 2 hinein, die
zu dem mit isolierten Wandungen versehenen Zyklon 3 führt, dessen Auslaufrohr bis
auf die Sohle des Ofens reicht. Ein Rohr 4 verbindet den Zyklon mit der Großraumkammer
5, die durch das Rohr 6 mit der darüber angeordneten zweiten Großraumkammer 7 verbunden
ist. An die Kammer 7 ist ein Rohr 8 angeschlossen, das zu einer nicht dargestellten
Entstaubungsanlage führt. Die Großraumkammern 5 und 7 sind mit je einer schnell
laufenden, an sich bekannten Rühreinrichtung 9 versehen, die das staubförmige Gut
ständig in den Rauchgasstrom schleudern. An den vorderen Enden der Kammern 5 und
7 ist je ein Auslaß io mit einer darunter angeordneten Schnecke i i vorgesehen,
deren Auslaufenden 12 in die Kammer 5 bzw. in die Gasleitung 2 münden. In die GasleitUng
2 ist vor der Mündung des Auslaufrohres 12 eine halbkugelförmige Schutzwand 13 vorgesehen,
die den Zweck hat, den Eintritt der heißen Gase in die Schnecke ii zu verhindern.
Die Aufgabe des Rohmaterials erfolgt durch die an der Kammer 7 vorgesehene, mit
einer Schleuse versehene Aufgabe 14. An Stelle der beiden Kammern 5 und 7 kann
auch
eine einzige, entsprechend dimensionierte Kammer eingesetzt werden.
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Die Anlage gemäß Abb.2 besitzt eine geneigt angeordnete drehbare Trommel
15, die im Innern aus mehreren nebeneinanderliegenden Rohren 16 besteht. Am Einlauf-
und Auslaufende der Trommel befindet sich je ein Sammler 17, von denen der am Einlauf
befindliche Sammler als Verteiler eingerichtet ist, der das aus der Aufgabe 14 mittels
Schleuse in den Sammler 17 eingebrachte Gut auf die einzelnen Rohre 16 verteilt.
Eine an das Auslaufende der Trommel angeschlossene Schurre mit Schleuse 18 leitet
das Gut in die Rauchgasleitung :2 und gelangt dann in den Zyklon 3. Wirkungsweise
Die Rauchgase verlassen den der restlichen Kalzinierung bzw. Sinterung dienenden
Ofen i mit einer Temperatur von etwa iooo° C. Sie gelangen durch die steil ansteigende
Rohrleitung 2 unter Mitnahme des aus dem Rohr 12 austretenden staubförmigen Materials
in den Zyklon 3. Hierbei geben die Rauchgase einen Teil ihrer Wärme an das Material
ab,. welches durch das Auslaufrohr des Zyklons auf die Sohle des Ofens gleitet.
Mit einer Temperatur etwa zwischen 60o und 700° C treten die Abgase in die Kammer
5 ein und werden hier durch die Rühreinrichtung 9 mit dem in der Kammer befindlichen
Gut im Gegenstrom bzw. Kreuzstrom in innige Berührung gebracht, wobei die Gase einen
erheblichen Anteil ihres Wärmegehaltes abgeben. Mit einer Temperatur etwa zwischen
Zoo und 300° C treten die Rauchgase dann durch das Rohr 6 in die weitere, höhergelegene
Kammer 7 ein, in der den Gasen ein weiterer Anteil ihrer Wärme in der gleichen Weise
wie in der vorhergehenden Kammer entzogen wird. Die Rauchgase gelangen aus der zweiten
Kammer durch das Rohr 8 in eine Entstaubungsanlage und von dort ins Freie.
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Die Anlage gemäß Abb. 2 arbeitet in ähnlicher Weise wie die Anlage
gemäß Abb. i, d. h., die Rauchgase treten aus dem Drehrohrofen i durch die feuerfest
ausgemauerte Rohrleitung 2 in den Zyklon 3 und erfahren durch Berührung mit der
durch die Schleuse 18 eingebrachten Staubmenge in dem Zyklon 3 einen starken Temperaturabfall.
Das hierbei abgeschiedene Staubgut gelangt durch das Auslaufrohr des Zyklons auf
die Ofensohle. Die Rauchgase werden durch das Rohr .4 in den Röhren-oder Trommelvorwärmer
15 geleitet, in dem sie mit dem Gut in innige Berührung gelangen und einen weiteren
Teil ihrer Wärme an dieses abgeben. Der an der Einlaufseite der Trommel 15 vorgesehene
Sammler 17 verteilt das aus der Aufgabe 14 mittels Schleuse zugeführte Gut gleichmäßig
auf die einzelnen Rohre 16, so daß die Gewähr gegeben ist, daß das Ofengut gleichmäßig
mit Wärme beaufschlagt wird.
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Aus dem Vorwärmer 15 werden die Rauchgase in bekannter Weise einer
Entstaubungsanlage zugeführt und von dort ins Freie abgeleitet. Der abgeschiedene
Staub wird dem Ofen in geeigneter Weise wieder zugeführt.