DE102024101342A1

DE102024101342A1 - Shaft furnace and method for firing carbonate-containing material in a shaft furnace

Info

Publication number: DE102024101342A1
Application number: DE102024101342.7A
Authority: DE
Inventors: Hannes Piringer
Original assignee: Maerz Ofenbau AG; ThyssenKrupp AG
Current assignee: Maerz Ofenbau AG; ThyssenKrupp AG
Priority date: 2024-01-17
Filing date: 2024-01-17
Publication date: 2024-03-14

Abstract

Die Erfindung umfasst ein Verfahren zum Brennen von insbesondere karbonathaltigem Material in einem Schachtofen (1) mit zumindest einem Schacht (2), wobei das Material durch einen Materialeinlass (3) in eine Vorwärmzone (21) zum Vorwärmen des Materials, eine Brennzone (20) zum Brennen des Materials und eine Kühlzone (22) zum Kühlen des gebrannten Materials zu einem Materialauslass (40) strömt, wobei Kühlluft in die Kühlzone (22) eingelassen wird, wobei das Abgas über einen Abgasauslass (19) aus der Vorwärmzone eines Schachts (2) ausgelassen wird, wobei der Brennzone (20) zum Brennen des Materials ein Gasstrom zugeführt wird, der mittels eines elektrisch betriebenen Heißgaserzeugers (10) erhitzt ist.Die Erfindung umfasst auch einen Schachtofen (1) zum Brennen von insbesondere karbonathaltigem Material mit zumindest einem Schacht (2), aufweisend in Strömungsrichtung des Materials, einen Materialeinlass (3), eine Vorwärmzone (21) zum Vorwärmen des Materials, eine Brennzone (20) zum Brennen des Materials, eine Kühlzone (22) zum Kühlen des gebrannten Materials, und einen Materialauslass (40) zum Auslassen des Materials aus dem Schachtofen (1), wobei der Schachtofen (1) einen Abgasauslass (19) zum Auslassen von Abgas aus der Vorwärmzone eines Schachts (2) aufweist, wobei der Schachtofen (2) einen elektrisch betreibbaren Heißgaserzeuger aufweist, der zum Brennen des Materials gastechnisch mit der Brennzone (20) verbunden ist.The invention comprises a method for firing material, in particular carbonate-containing material, in a shaft furnace (1) with at least one shaft (2), the material passing through a material inlet (3) into a preheating zone (21) for preheating the material, a firing zone (20). for firing the material and a cooling zone (22) for cooling the fired material flows to a material outlet (40), cooling air being admitted into the cooling zone (22), the exhaust gas being discharged via an exhaust gas outlet (19) from the preheating zone of a shaft (2 ). (2), having in the direction of flow of the material, a material inlet (3), a preheating zone (21) for preheating the material, a firing zone (20) for firing the material, a cooling zone (22) for cooling the fired material, and a material outlet (40) for discharging the material from the shaft furnace (1), the shaft furnace (1) having an exhaust gas outlet (19) for discharging exhaust gas from the preheating zone of a shaft (2), the shaft furnace (2) having an electrically operable hot gas generator , which is gas-connected to the firing zone (20) for firing the material.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schachtofen mit mindestens einem Schacht und Verfahren zum Brennen von Kalkstein oder anderen Karbonaten, mit einem Schachtofen, der wenigstens eine Brennzone und eine Kühlzone aufweist.The invention relates to a shaft kiln with at least one shaft and a method for firing limestone or other carbonates, with a shaft kiln which has at least one firing zone and a cooling zone.

Aus der CH 378 217 A ist ein Schachtofen zum kontinuierlichen Brennen von mineralischen Werkstoffen mit einer Brennzone und einer Kühlzone bekannt. Aus der WO 2022/229118 A1 ist ebenfalls ein Gleichstrom-Gegenstrom-RegenerativSchachtofen (GGR-Kalkofen) bekannt, der eine Abgasrückführung aufweist.From the CH 378 217 A a shaft furnace for the continuous firing of mineral materials with a combustion zone and a cooling zone is known. From the WO 2022/229118 A1 A direct current countercurrent regenerative shaft kiln (GGR lime kiln) is also known, which has exhaust gas recirculation.

In der Kalkindustrie werden derzeit Kalkschachtöfen mit einer hohen Durchsatzleistung von mindestens 400 bis 800t/d gefordert. Des Weiteren ist Kalk mit einer hohen Reaktivität gewünscht, wobei gleichzeitig das entstehende Abgas eine hohe CO₂-Konzentration aufweisen soll, um eine anschließende Sequestierung zu ermöglichen. Ein weiteres globales Ziel ist es, die CO₂- Emissionen insgesamt zu verringern.The lime industry currently requires lime shaft kilns with a high throughput of at least 400 to 800t/d. Furthermore, lime with a high reactivity is desired, while at the same time the resulting exhaust gas should have a high CO ₂ concentration in order to enable subsequent sequestration. Another global goal is to reduce overall CO ₂ emissions.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schachtofen und ein Verfahren zum Brennen und/oder Kalzinieren von Karbonatgestein anzugeben, das auf möglichst energieeffiziente Weise die Herstellung von Kalk, insbesondere Branntkalk, mit einer hohen Reaktivität bei gleichzeitig geringeren CO₂-Emissionen ermöglicht.It is therefore the object of the present invention to provide a shaft kiln and a method for firing and/or calcining carbonate rock, which enables the production of lime, in particular quicklime, with a high reactivity and at the same time lower CO ₂ emissions in the most energy-efficient manner possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schachtofen mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved according to the invention by a shaft furnace with the features of independent method claim 1 and by a method with the features of independent device claim 9. Advantageous further training results from the dependent requirements.

Ein Verfahren zum Brennen von insbesondere karbonathaltigem Material in einem Schachtofen mit zumindest einem Schacht umfasst nach einem ersten Aspekt Einlassen des Materials durch einen Materialeinlass in eine Vorwärmzone zum Vorwärmen des Materials, eine Brennzone zum Brennen des Materials und eine Kühlzone zum Kühlen des gebrannten Materials, welches zu einem Materialauslass strömt, wobei Kühlluft in die Kühlzone eingelassen wird, wobei das Abgas über einen Abgasauslass aus der Vorwärmzone eines Schachts ausgelassen wird, und wobei der Brennzone zum Brennen des Materials ein Gasstrom zugeführt wird, der mittels eines elektrisch betriebenen Heißgaserzeugers erhitzt ist.A method for firing material, in particular carbonate-containing material, in a shaft furnace with at least one shaft comprises, according to a first aspect, admitting the material through a material inlet into a preheating zone for preheating the material, a firing zone for firing the material and a cooling zone for cooling the fired material, which flows to a material outlet, with cooling air being admitted into the cooling zone, with the exhaust gas being exhausted from the preheating zone of a shaft via an exhaust gas outlet, and with the combustion zone for burning the material being supplied with a gas stream which is heated by means of an electrically operated hot gas generator.

Bei dem Gasstrom handelt es sich vorzugsweise zumindest teilweise oder vollständig um Abgas, das über den Abgasauslass aus einem Schacht des Schachtofens abgeführt wurde. Der Heißgaserzeuger ist vorzugsweise mit dem Abgasauslass gastechnisch verbunden. Insbesondere weist der Heißgaserzeuger einen rohrförmigen Bereich mit einem Einlass und einem Auslass für das Abgas auf, wobei der Auslass vorzugsweise gastechnisch mit der Brennzone verbunden ist, sodass das erhitzte Abgas der Brennzone zugeführt wird. Der Heißgaserzeuger ist vorzugsweise vollständig elektrisch betrieben, sodass kein Brennstoff in den Schacht eingeführt oder zur Kalzinierung des Materials verwendet wird. Insbesondere wird kein Oxidationsmittel, wie Luft oder ein anderes Sauerstoffhaltiges Gas, der Brennzone des Schachts oder dem rezirkulierten Abgas zugeführt. Insbesondere wird die zur Kalzinierung des Materials in der Brennzone benötigte Wärme vollständig über den elektrisch betriebenen Heißgaserzeuger der Brennzone zugeführt. Der Schachtofen weist daher zur Kalzinierung des Materials vorzugsweise keine Einrichtung zur Verbrennung von Brennstoffen auf.The gas stream is preferably at least partially or completely exhaust gas that was discharged from a shaft of the shaft furnace via the exhaust gas outlet. The hot gas generator is preferably gas-connected to the exhaust gas outlet. In particular, the hot gas generator has a tubular region with an inlet and an outlet for the exhaust gas, the outlet preferably being gas-connected to the combustion zone, so that the heated exhaust gas is supplied to the combustion zone. The hot gas generator is preferably fully electrically powered so that no fuel is introduced into the shaft or used to calcine the material. In particular, no oxidizing agent, such as air or another oxygen-containing gas, is supplied to the combustion zone of the shaft or to the recirculated exhaust gas. In particular, the heat required to calcine the material in the firing zone is completely supplied to the firing zone via the electrically operated hot gas generator. The shaft furnace therefore preferably has no device for burning fuel for calcining the material.

Optional weist der Schachtofen ein Verbrennungsaggregat auf, das mit dem Heißgaserzeuger, beispielsweise zusätzlich zu der elektrischen Energiequelle, zu Erhitzung des Gases verbunden ist. Beispielsweise umfasst der Schachtofen eine Mehrzahl von Brennerlanzen, die sich in den Brennschacht erstrecken und Brennstoff zur Verbrennung in den Schacht, insbesondere die Brennzone, leiten. Beispielsweise wird die zur Kalzinierung des Materials in der Brennzone benötigte Wärme zu einem Anteil von bis zu 20%, 30%, 40% 50% bis 90% über den elektrisch betriebenen Heißgaserzeuger der Brennzone zugeführt, wobei der verbleibende Anteil mittels Verbrennung von Brennstoff der Kalzinierung zugeführt wird. Der Schachtofen weist daher zur Kalzinierung des Materials vorzugsweise Einrichtung zur Verbrennung von Brennstoffen, wie Brennerlanzen, auf. Beispielsweise sind die Heißgaserzeuger vollständig elektrisch betrieben, wobei zusätzlich Brennerlanzen zur Verbrennung von Brennstoff in dem Schacht oder an dem Schacht angeordneten Brennkammern vorgesehen sind. Den Brennerlanzen wird vorzugsweise ein Oxidationsmittel, wie reiner Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereichertes Gas mit mindestens 40Vol% bis 90Vol%, vorzugswiese mindestens 60Vol% bis 80Vol%, Sauerstoff, zugeführt.Optionally, the shaft furnace has a combustion unit that is connected to the hot gas generator, for example in addition to the electrical energy source, to heat the gas. For example, the shaft furnace comprises a plurality of burner lances which extend into the combustion shaft and direct fuel for combustion into the shaft, in particular the combustion zone. For example, the heat required to calcine the material in the combustion zone is supplied to a proportion of up to 20%, 30%, 40%, 50% to 90% via the electrically operated hot gas generator of the combustion zone, with the remaining proportion by burning calcination fuel is supplied. The shaft furnace therefore preferably has devices for burning fuel, such as burner lances, for calcining the material. For example, the hot gas generators are operated entirely electrically, with additional burner lances for burning fuel in the shaft or combustion chambers arranged on the shaft. An oxidizing agent, such as pure oxygen or oxygen-enriched gas with at least 40% by volume to 90% by volume, preferably at least 60% by volume to 80% by volume, of oxygen is preferably supplied to the burner lances.

Ein solcher elektrisch betriebener Heißgaserzeuger ermöglicht eine Reduzierung der Menge an CO₂, die der Schachtofen emittiert. Vorzugsweise resultiert der CO₂-Gehalt im Abgas ausschließlich aus der Kalzinierung des Materials.Such an electrically operated hot gas generator makes it possible to reduce the amount of CO ₂ that the shaft furnace emits. The CO ₂ content in the exhaust gas preferably results exclusively from the calcination of the material.

Bei dem Schachtofen handelt es sich beispielsweise um einen Schachtofen mit ausschließlich einem, zwei oder mehr Schächten. Ein Schachtofen mit zwei oder mehr Schächten wird auch als Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativschachtofen (GGR-Schachtofen) bezeichnet. Bei einem Verfahren zum Brennen und Kühlen von Material, wie Karbonatgesteinen, in einem GGR-Schachtofen mit zwei Schächten, werden die Schächte abwechselnd als Brennschacht und als Regenerativschacht betrieben und sind mittels eines Verbindungskanals miteinander verbunden. Das Material strömt in dem GGR-Schachtofen durch einen Materialeinlass in eine Vorwärmzone zum Vorwärmen des Materials, eine Brennzone zum Brennen des Materials und eine Kühlzone zum Kühlen des Materials zu einem Materialauslass, wobei ein Kühlgas in die Kühlzone eingelassen wird. Das Abgas wird vorzugsweise über einen Abgasauslass aus einem der Schächte, insbesondere dem Regenerativschacht, ausgelassen, wobei das über den Abgasauslass aus dem Schacht ausgelassene Abgas zumindest teilweise in zumindest einen der Schächte, insbesondere den Brennschacht, eingeleitet wird. Der Verbindungskanal ist zur gastechnischen Verbindung der beiden Schächte ausgebildet und verbindet vorzugsweise die Brennzonen der Schächte miteinander. Im Betrieb des GGR-Schachtofens wird jeweils einer der Schächte als Brennschacht betrieben und ist aktiv, wobei der jeweils andere Schacht als Regenerativschacht betrieben wird und passiv ist. Der GGR-Schachtofen wird insbesondere zyklisch betrieben, wobei nach Ablauf der Zykluszeit die Funktion der Schächte getauscht wird. Dieser Vorgang wiederholt sich fortlaufend. In dem als Brennschacht betriebenen, aktiven Schacht wird das mittels des Heißgaserzeugers erhitzte Gas eingeleitet. Das zu brennende Material wird in der Vorwärmzone des Brennschachts vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 700°C erwärmt. In dem als Brennschacht betriebenen Schacht ist die Brennzone beispielsweise als Gleichstrombrennzone ausgebildet, wobei das zu brennende Material parallel zu dem Gas strömt. Das Gas strömt innerhalb des Brennschachts von der Vorwärmzone in die Brennzone und anschießend über den Verbindungskanal in die Brennzone und die Vorwärmzone des Regenerativschachts. In dem als Regenerativschacht betriebenen Schacht strömt das Gas in der Vorwärmzone und der Brennzone im Gegenstrom zu dem zu brennenden Material. Sowohl in dem Brennschacht als auch in dem Regenerativschacht wird Kühlgas, insbesondere Luft, im Gegenstrom zu dem zu kühlenden Material durch die Kühlzone geleitet und vorzugsweise vollständig über einen Kühlgasauslass einer Kühlluftabzugseinrichtung aus dem Schacht ausgelassen, sodass vorzugsweise kein Kühlgas von der Kühlzone in die Brennzone strömt.The shaft furnace is, for example, a shaft furnace with only one, two or more shafts. A shaft Furnace with two or more shafts is also called co-current-countercurrent regenerative shaft furnace (GGR shaft furnace). In a method for firing and cooling material such as carbonate rocks in a GGR shaft furnace with two shafts, the shafts are operated alternately as a combustion shaft and as a regenerative shaft and are connected to one another by means of a connecting channel. The material flows in the GGR shaft furnace through a material inlet into a preheating zone for preheating the material, a firing zone for firing the material and a cooling zone for cooling the material to a material outlet, with a cooling gas being admitted into the cooling zone. The exhaust gas is preferably exhausted from one of the shafts, in particular the regenerative shaft, via an exhaust gas outlet, wherein the exhaust gas discharged from the shaft via the exhaust gas outlet is at least partially introduced into at least one of the shafts, in particular the combustion shaft. The connecting channel is designed for the gas-technical connection of the two shafts and preferably connects the combustion zones of the shafts to one another. When the GGR shaft furnace is in operation, one of the shafts is operated as a combustion shaft and is active, while the other shaft is operated as a regenerative shaft and is passive. The GGR shaft furnace is operated cyclically, with the function of the shafts being changed after the cycle time has expired. This process repeats itself continuously. The gas heated by the hot gas generator is introduced into the active shaft, which is operated as a combustion shaft. The material to be burned is preferably heated to a temperature of around 700 ° C in the preheating zone of the combustion shaft. In the shaft operated as a combustion shaft, the combustion zone is designed, for example, as a cocurrent combustion zone, with the material to be burned flowing parallel to the gas. The gas flows within the combustion shaft from the preheating zone into the combustion zone and then via the connecting channel into the combustion zone and the preheating zone of the regenerative shaft. In the shaft, which is operated as a regenerative shaft, the gas flows in the preheating zone and the combustion zone in countercurrent to the material to be burned. Both in the combustion shaft and in the regenerative shaft, cooling gas, in particular air, is passed through the cooling zone in countercurrent to the material to be cooled and is preferably completely discharged from the shaft via a cooling gas outlet of a cooling air extraction device, so that preferably no cooling gas flows from the cooling zone into the combustion zone .

Die folgenden Ausführungen beziehen sich vorzugsweise auf einen Schachtofen mit nur einem oder mehr Schächten.The following statements preferably refer to a shaft furnace with only one or more shafts.

Bei dem zu brennenden Material handelt es sich beispielsweise um Kalkstein oder Dolomitstein insbesondere mit einer Korngröße von 10 bis 200mm, vorzugsweise von 15 bis 120mm, höchstvorzugsweise 30 bis 100mm. Das Abgas weist vorzugsweise einen C02-Anteil von mindestens 35% bis 45%, vorzugsweise mindestens 90% auf, beispielsweise bezogen auf trockenes Gas.The material to be burned is, for example, limestone or dolomite stone, in particular with a grain size of 10 to 200mm, preferably 15 to 120mm, most preferably 30 to 100mm. The exhaust gas preferably has a CO2 content of at least 35% to 45%, preferably at least 90%, for example based on dry gas.

Der Materialeinass ist insbesondere an dem oberen Ende des Schachtes angeordnet. In Strömungsrichtung des Materials vor der Brennzone ist die Vorwärmzone zum Vorwärmen des Materials angeordnet. Die Vorwärmzone schließt sich vorzugsweise direkt an einen Materialeinlass des Materials in den Schachtofen an und dient der Vorwärmung des Materials auf eine Temperatur von etwa 600°C bis 800°C. Die Brennzone schließt sich vorzugsweise direkt an die Vorwärmzone an und dient dem Brennen, insbesondere Kalzinieren, des Materials, wobei dieses vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 900°C bis 1700°C, insbesondere 1200°C, erhitzt wird. Die Kühlzone schließt sich vorzugsweise direkt an die Brennzone an und dient der Kühlung des gebrannten Materials auf eine Temperatur von beispielsweise 100 °C. Der Materialauslass ist beispielsweise in einem sich an die Kühlzone anschließenden Auslasstrichter angeordnet, wobei der Materialauslass beispielsweise einen Drehteller oder Schubtische aufweist zum Austragen von Material aus der Kühlzone in den Auslasstrichter. Die Kühlluft wird vorzugsweise über einen Kühllufteinlass in die Kühlzone des Schachtofens eingeblasen.The material inlet is arranged in particular at the upper end of the shaft. The preheating zone for preheating the material is arranged in the direction of flow of the material in front of the combustion zone. The preheating zone preferably connects directly to a material inlet of the material into the shaft furnace and serves to preheat the material to a temperature of approximately 600 ° C to 800 ° C. The firing zone preferably directly adjoins the preheating zone and is used for firing, in particular calcining, the material, which is preferably heated to a temperature of approximately 900 ° C to 1700 ° C, in particular 1200 ° C. The cooling zone preferably adjoins the firing zone directly and serves to cool the fired material to a temperature of, for example, 100 ° C. The material outlet is arranged, for example, in an outlet funnel adjoining the cooling zone, the material outlet having, for example, a turntable or push tables for discharging material from the cooling zone into the outlet funnel. The cooling air is preferably blown into the cooling zone of the shaft furnace via a cooling air inlet.

Der Materialeinlass und/ oder der Materialauslass ist/sind insbesondere als Schleuse zum Einlassen und/ oder Auslassen von Material in den Schachtofen ausgebildet. Ein als Schleuse ausgebildeter Materialeinlass ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass lediglich das zu brennende Rohmaterial in den Schacht gelangt, nicht aber die Umgebungsluft. Vorzugsweise ist die Schleuse derart ausgebildet, dass sie den Schacht luftdicht gegen die Umgebung abdichtet und einen Eintritt von Feststoffen, wie das zu brennende Gut, in den Schacht erlaubt.The material inlet and/or the material outlet is/are designed in particular as a lock for letting in and/or letting out material into the shaft furnace. A material inlet designed as a lock is preferably designed in such a way that only the raw material to be burned gets into the shaft, but not the ambient air. The lock is preferably designed in such a way that it seals the shaft airtight from the environment and allows solids, such as the material to be burned, to enter the shaft.

In dem Schacht, insbesondere bei einem Schachtofen mit nur einem Schacht, sind vorzugsweise eine oder mehrere Heißgaskammerebenen angeordnet, in denen materialfreie Räume, insbesondere Heißgaskammern, vorzugsweise umfangsmäßig um die Brennzone herum angeordnet sind. Die Heißgaserzeuger sind vorzugsweise als Heißgaskammern der Heißgaskammerebenen ausgebildet oder separat zu diesen angeordnet und gastechnisch mit diesen verbunden. Beispielsweise umfasst jede Heißgaskammerebene zumindest einen oder 2 bis 6 Heißgaserzeuger. Unter dem Begriff „materialfrei“ ist vorzugsweise „frei von Brenngut“ zu verstehen. Bei einem materialfreien Raum handelt es sich vorzugsweise um einen Raum, in dem kein zu brennendes Material vorhanden ist. Der materialfreie Raum weist insbesondere eine Mehrzahl von Gaseinlässen auf, über welche das rezirkulierte und erhitzte Abgas in die Brennzone eingelassen wird. Optional sind zwischen den Heißgaskammern einer Heißgaskammerebene zumindest eine als Seitenbrenner ausgebildete Brennerlanze vorgesehen, die sich in den Schacht, insbesondere die Brenne, erstreckt und zur Verbrennung von Brennstoff in dem Schacht ausgebildet ist. Optional weist der Schachtofen zwei Heißgaskammerebenen auf, die jeweils 2 bis 6 Heißgaserzeuger aufweisen. Vorzugsweise wird bis zu 1/3 der gesamten zur Kalzinierung benötigten Energie, insbesondere Wärme, der obere der beiden Heißgaskammerebenen zugeführt, wobei der unteren Heißgaskammerebene bis zu 2/ 3 der Energie, insbesondere Wärme, die insgesamt zur Kalzinierung benötigt wird, zugeführt wird.In the shaft, in particular in a shaft furnace with only one shaft, one or more hot gas chamber levels are preferably arranged, in which material-free spaces, in particular hot gas chambers, are preferably arranged circumferentially around the combustion zone. The hot gas generators are preferably designed as hot gas chambers of the hot gas chamber levels or arranged separately from them and connected to them for gas technology. For example, each hot gas chamber level includes at least one or 2 to 6 hot gas generators. The term “material-free” preferably means “free of firing material”. This is a material-free space preferably around a room where there is no material to burn. The material-free space in particular has a plurality of gas inlets through which the recirculated and heated exhaust gas is admitted into the combustion zone. Optionally, at least one burner lance designed as a side burner is provided between the hot gas chambers of a hot gas chamber level, which extends into the shaft, in particular the burner, and is designed to burn fuel in the shaft. Optionally, the shaft furnace has two hot gas chamber levels, each of which has 2 to 6 hot gas generators. Preferably, up to 1/3 of the total energy required for calcination, in particular heat, is supplied to the upper of the two hot gas chamber levels, with up to 2/3 of the energy, in particular heat, required overall for calcination being supplied to the lower hot gas chamber level.

An den in der Vorwärmzone angeordneten Abgasauslass schließt sich vorzugsweise eine Abgasauslassleitung an zum Leiten des aus dem Schacht, insbesondere der Vorwärmzone, abgezogenen Abgases. Das aus der Vorwärmzone über den Abgasauslass abgeführte Abgas weist vorzugsweise eine Temperatur von etwa 400°C auf. Die Abgasauslassleitung weist beispielsweise in Strömungsrichtung des Abgases im Anschluss an den Abgasauslass einen Verdichter, insbesondere einen Ventilator, und einen Abgasfilter auf. Vorzugsweise schließt sich in Strömungsrichtung eine Kühleinrichtung, wie beispielsweise ein Wärmetauscher mit einer Wasserkühlung, an. Die Kühleinrichtung kühlt das Abgas vorzugsweise auf eine Temperatur von 30°C. Vorzugsweise wird ein Teilstrom des Abgases ausgeschleust und ein weiterer Teilstrom vorzugsweise über zumindest einen weiteren Ventilator oder Verdichter und einer Abgasleitung der Brennzone zugeführt.An exhaust gas outlet line is preferably connected to the exhaust gas outlet arranged in the preheating zone for guiding the exhaust gas withdrawn from the shaft, in particular the preheating zone. The exhaust gas discharged from the preheating zone via the exhaust gas outlet preferably has a temperature of approximately 400 ° C. The exhaust gas outlet line has, for example, a compressor, in particular a fan, and an exhaust gas filter in the flow direction of the exhaust gas following the exhaust gas outlet. Preferably, a cooling device, such as a heat exchanger with water cooling, follows in the direction of flow. The cooling device preferably cools the exhaust gas to a temperature of 30°C. Preferably, a partial flow of the exhaust gas is discharged and a further partial flow is preferably fed to the combustion zone via at least one further fan or compressor and an exhaust gas line.

Gemäß einer ersten Ausführungsform wird das über den Abgasauslass aus der Vorwärmzone des Schachts ausgelassene Abgas zumindest teilweise mittels des Heißgaserzeugers erhitzt und in die Brennzone geleitet. Vorzugsweise wird dem oder allen Heißgaserzeugern des Schachtofens ausschließlich Abgas der Vorwärmzone zugeführt. Beispielsweise wird das Abgas der Vorwärmzone teilweise aus dem Schachtofen abgeführt, der Brennzone und/ oder dem Heißgaserzeuger zugeführt. Das Zuführen von Abgas zu dem Heißgaserzeuger bietet eine energieeffiziente Möglichkeit der Abgasnutzung.According to a first embodiment, the exhaust gas released from the preheating zone of the shaft via the exhaust gas outlet is at least partially heated by means of the hot gas generator and directed into the combustion zone. Preferably, only exhaust gas from the preheating zone is supplied to the or all hot gas generators of the shaft furnace. For example, the exhaust gas from the preheating zone is partially removed from the shaft furnace and fed to the combustion zone and/or the hot gas generator. Supplying exhaust gas to the hot gas generator offers an energy-efficient way of using exhaust gas.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Abgas einen CO₂- Gehalt von mindestens 90Vol%, insbesondere mindestens 95Vol% bis vorzugsweise 99Vol% oder 100Vol% auf. Dies ermöglicht eine anschließende kostengünstige Verflüssigung und Speicherung des CO₂-reichen Abgases. Vorzugweise wird lediglich ein Teil des Abgases, beispielsweise etwa 20% bis 80%, insbesondere 50% der Brennzone wieder zugeführt, wobei der übrige Teil des Abgases aus dem Schachtofen abgeführt und beispielsweise für eine anschließenden Sequestierung in einem Speicher gespeichert wird.According to a further embodiment, the exhaust gas has a CO ₂ content of at least 90% by volume, in particular at least 95% by volume to preferably 99% by volume or 100% by volume. This enables subsequent cost-effective liquefaction and storage of the CO ₂ -rich exhaust gas. Preferably, only part of the exhaust gas, for example approximately 20% to 80%, in particular 50%, is fed back into the combustion zone, with the remaining part of the exhaust gas being removed from the shaft furnace and stored, for example, in a memory for subsequent sequestration.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform erhitzt der elektrisch betriebene Heißgaserzeuger das Gas, insbesondere das Abgas, außerhalb des zumindest einen Schachts, insbesondere außerhalb der Brennzone, Vorwärmzone und der Kühlzone des Schachts. Der Heißgaserzeuger ist vorzugsweise vollständig außerhalb aller Schächte des Schachtofens angeordnet. Insbesondere ist der Heißgaserzeuger gastechnisch mit zumindest einem Schacht verbunden. Vorzugsweise weist der Schachtofen eine Mehrzahl von Heißgaserzeugern auf, die auf unterschiedlichen Heißgaskammerebenen, insbesondere um die Brennzone herum angeordnet sind. Insbesondere sind alle Heißgaserzeuger außerhalb des zumindest einen Schachts angeordnet und mit dem Abgasauslass zumindest eines Schachts gastechnisch verbunden.According to a further embodiment, the electrically operated hot gas generator heats the gas, in particular the exhaust gas, outside the at least one shaft, in particular outside the combustion zone, preheating zone and the cooling zone of the shaft. The hot gas generator is preferably arranged completely outside all shafts of the shaft furnace. In particular, the hot gas generator is gas-connected to at least one shaft. The shaft furnace preferably has a plurality of hot gas generators which are arranged on different hot gas chamber levels, in particular around the combustion zone. In particular, all hot gas generators are arranged outside the at least one shaft and are gas-connected to the exhaust gas outlet of at least one shaft.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Gas innerhalb des Heißgaserzeugers, insbesondere ausschließlich, mittels Plasma und/ oder einer elektrischen Widerstandsheizung aufgeheizt. Beispielsweise ist zusätzlich zu dem Plasma eine elektrische Widerstandsheizung vorgesehen, die zur Erhitzung des Gases innerhalb des Heißgaserzeugers ausgebildet und angeordnet ist. Die elektrische Widerstandsheizung und der Plasmagenerator sind vorzugsweise in Reihe zueinander geschaltet, sodass der Gasstrom mittels der elektrischen Widerstandsheizung vorzugsweise in einem ersten Schritt und anschließend mittels des Plasmas in einem zweiten Schritt erhitzt wird. Das Plasma wird vorzugsweise vollständig elektrisch mittels elektrischer Energie erzeugt. Vorzugsweise wird das Gas innerhalb des Heißgaserzeugers mittels des Plasmas auf eine Temperatur von 1100°C bis 1800°C, vorzugswiese 1200°C bis 1700°C, insbesondere 1300°C bis 1500°C erhitzt. Insbesondere weist jeder Heißgaserzeuger einen jeweiligen Plasmagenerator zur Erhitzung des Gases innerhalb des Heißgaserzeugers auf.According to a further embodiment, the gas within the hot gas generator is heated, in particular exclusively, by means of plasma and/or an electrical resistance heater. For example, in addition to the plasma, an electrical resistance heater is provided, which is designed and arranged to heat the gas within the hot gas generator. The electrical resistance heater and the plasma generator are preferably connected in series with one another, so that the gas stream is heated by means of the electrical resistance heater, preferably in a first step and then by means of the plasma in a second step. The plasma is preferably generated entirely electrically using electrical energy. Preferably, the gas within the hot gas generator is heated by means of the plasma to a temperature of 1100°C to 1800°C, preferably 1200°C to 1700°C, in particular 1300°C to 1500°C. In particular, each hot gas generator has a respective plasma generator for heating the gas within the hot gas generator.

Unter dem Begriff Plasma wird ein Gas verstanden, das einen physikalischer Zustand aufweist, bei dem das aus Atomen und/oder Molekülen bestehende Gas, durch Energiezufuhr, zumindest teilweise in ionisierter Form vorliegt. Ein Plasma umfasst negativ geladene Elektronen, positiv geladene Ionen und neutrale Teilchen. Die Anteile können je nach Art und Ionisierungsgrad des Plasmas variieren.The term plasma is understood to mean a gas that has a physical state in which the gas consisting of atoms and/or molecules is at least partially in ionized form due to the supply of energy. A plasma includes negatively charged electrons, positively charged ions and neutral particles. The proportions can vary depending on the type and degree of ionization of the plasma.

Ein Plasmazustand wird technisch üblicherweise erreicht, indem das Gas durch ausreichend starke elektrische Felder geleitet wird, um eine Ionisation des Gases hervorzurufen. Das Plasma ist vorzugsweise durch eine oder mehrere der folgenden Plasmaerzeugungsverfahren hergestellt: Dielektrische Barriere Entladung (DBD), Mikrowellen (MW), Gleit-/Lichtbogen, Atmosphärendruck-Glimmentladungen, und/ oder Corona- und Funkenentladungen.Technically, a plasma state is usually achieved by passing the gas through electric fields sufficiently strong to cause ionization of the gas. The plasma is preferably produced by one or more of the following plasma generation methods: dielectric barrier discharge (DBD), microwave (MW), sliding/arc, atmospheric pressure glow discharges, and/or corona and spark discharges.

Das Plasma ist vorzugsweise als ein Plasmastrahl oder eine Plasmazone oder ein mit Plasma gefüllter Raum ausgebildet.The plasma is preferably designed as a plasma jet or a plasma zone or a space filled with plasma.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Plasma, mittels eines nicht transferierten Gleichstromlichtbogens erzeugt. Dies ermöglicht das Erzeugen eines besonders energiereichen Plasmas, sodass das Gas innerhalb des Heißgaserzeugers auf einfache und energieeffiziente Weise auf eine Temperatur von bis zu 1700°C, insbesondere bis zu 1800°C erhitzt werden kann.According to a further embodiment, the plasma is generated using a non-transferred direct current arc. This makes it possible to generate a particularly high-energy plasma, so that the gas within the hot gas generator can be heated in a simple and energy-efficient manner to a temperature of up to 1700°C, in particular up to 1800°C.

Im Unterschied zu dem nicht transferierten Plasma erfolgt bei einem transferierten Plasma die Wärmeübertragung direkt auf den Feststoff der Elektrode. Durch den Widerstand, den der Strom in der Elektrode erfährt, wird diese aufgeheizt. Das nichttransferierte Plasma wird vorzugsweise dazu eingesetzt, um das Gas, insbesondere das rezirkulierte Abgas, zu erhitzen. Vorzugsweise wird das zu heizende Gas durch das Plasma geleitet, sodass es durch dieses hindurch strömt und dabei erhitzt wird.In contrast to non-transferred plasma, with a transferred plasma the heat is transferred directly to the solid of the electrode. The resistance experienced by the current in the electrode heats it up. The non-transferred plasma is preferably used to heat the gas, in particular the recirculated exhaust gas. The gas to be heated is preferably passed through the plasma so that it flows through it and is heated in the process.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Abgas zumindest teilweise mittels eines Injektors in Richtung des Heißgaserzeugers beschleunigt. Dies sorgt für eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Heißgasstroms innerhalb der Brennzone.According to a further embodiment, the exhaust gas is at least partially accelerated in the direction of the hot gas generator by means of an injector. This ensures that the hot gas flow is distributed as evenly as possible within the combustion zone.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Umwälzgas aus der Brennzone abgeführt und mittels des Injektors zusammen mit dem Abgas in die Brennzone eingeführt. Vorzugsweise wird das Umwälzgas an dem unteren Bereich der Brennzone abgeführt und an einem oberen Bereich der Brennzone wieder eingeführt. Bei dem Injektor handelt es sich beispielsweise um eine Düse, die derart ausgebildet und angeordnet ist, dass sie den Gasstrom aus dem unteren Bereich der Brennzone ansaugt und in den oberen Bereich der Brennzone beschleunigt einführt. Dadurch wird vorzugsweise eine Gleichstrombrennzone innerhalb der Brennzone erzeugt, in welcher das erhitzte Gas in Gleichstrom mit dem zu brennenden Material strömt. Eine Gleichstrombrennzone sorgt für eine besonders gleichmäßige und vollständige Kalzinierung des Materials. Bei einem GGR-Schachtofen wird vorzugsweise ein Umwälzgas aus der Vorwärmzone oder der Brennzone des Brennschachts entnommen und der Vorwärmzone oder der Brennzone des Regenerativschachts wieder zugeführt, wobei das Umwälzgas insbesondere zumindest teilweise dem Injektor zugeführt wird.According to a further embodiment, a circulating gas is removed from the combustion zone and introduced into the combustion zone together with the exhaust gas by means of the injector. Preferably, the circulating gas is removed at the lower region of the combustion zone and reintroduced at an upper region of the combustion zone. The injector is, for example, a nozzle which is designed and arranged in such a way that it sucks in the gas stream from the lower region of the combustion zone and introduces it in an accelerated manner into the upper region of the combustion zone. This preferably creates a co-current combustion zone within the combustion zone, in which the heated gas flows in co-current with the material to be burned. A direct current firing zone ensures particularly uniform and complete calcination of the material. In a GGR shaft furnace, a circulating gas is preferably removed from the preheating zone or the combustion zone of the combustion shaft and fed back to the preheating zone or the combustion zone of the regenerative shaft, with the circulating gas in particular being at least partially supplied to the injector.

Die Erfindung umfasst auch einen Schachtofen zum Brennen von insbesondere karbonathaltigem Material mit zumindest einem Schacht, aufweisend in Strömungsrichtung des Materials einen Materialeinlass, eine Vorwärmzone zum Vorwärmen des Materials, eine Brennzone zum Brennen des Materials, eine Kühlzone zum Kühlen des gebrannten Materials, und einen Materialauslass zum Auslassen des Materials aus dem Schachtofen, wobei der Schachtofen einen Abgasauslass zum Auslassen von Abgas aus der Vorwärmzone eines Schachts aufweist, wobei der Schachtofen einen elektrisch betreibbaren Heißgaserzeuger aufweist, der zum Brennen des Materials gastechnisch mit der Brennzone verbunden ist. Vorzugsweise weist der Schachtofen eine Mehrzahl von elektrisch betriebenen Heißgaserzeugern auf. Der Schachtofen, insbesondere der zumindest eine Heißgaserzeuger, ist vorzugsweise derart ausgebildet und eingerichtet, dass die zum Kalzinieren des Materials in dem Schachtofen erforderliche Wärme vollständig durch den zumindest einen elektrisch betreibbaren Heißgaserzeuger der Brennzone zugeführt wird.The invention also includes a shaft furnace for firing material, in particular carbonate-containing material, with at least one shaft, having in the direction of flow of the material a material inlet, a preheating zone for preheating the material, a firing zone for firing the material, a cooling zone for cooling the fired material, and a material outlet for discharging the material from the shaft furnace, wherein the shaft furnace has an exhaust gas outlet for discharging exhaust gas from the preheating zone of a shaft, wherein the shaft furnace has an electrically operable hot gas generator which is gas-connected to the combustion zone for burning the material. The shaft furnace preferably has a plurality of electrically operated hot gas generators. The shaft furnace, in particular the at least one hot gas generator, is preferably designed and set up in such a way that the heat required for calcining the material in the shaft furnace is completely supplied to the combustion zone by the at least one electrically operable hot gas generator.

Die mit Bezug auf das Verfahren beschriebenen Vorteile und Ausführungen treffen in vorrichtungsgemäßer Entsprechung ebenfalls auf den Schachtofen zu.The advantages and designs described with reference to the method also apply to the shaft furnace in accordance with the device.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Abgasauslass zur Rückführung des Abgases mit dem Heißgaserzeuger und der Brennzone verbunden, sodass das Abgas von dem Heißgaserzeuger erwärmt und in die Brennzone eingeleitet wird.According to one embodiment, the exhaust gas outlet for returning the exhaust gas is connected to the hot gas generator and the combustion zone, so that the exhaust gas is heated by the hot gas generator and introduced into the combustion zone.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Heißgaserzeuger, insbesondere vollständig, außerhalb des zumindest einen Schachts, insbesondere aller Schächte, des Schachtofens angeordnet.According to a further embodiment, the hot gas generator is arranged, in particular completely, outside the at least one shaft, in particular all shafts, of the shaft furnace.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Heißgaserzeuger einen elektrisch betreibbaren Plasmagenerator und/ oder eine elektrische Widerstandsheizung, der zur Erhitzung des Gases innerhalb des Heißgaserzeuger ausgebildet und eingerichtet ist. Vorzugsweise ist der Plasmagenerator derart angeordnet, dass der mittels des Plasmagenerators erzeugte Plasmas das rezirkulierte Abgas innerhalb des Heißgaserzeugers erhitzt. Bei dem Plasmagenerator handelt es sich vorzugsweise um einen Plasmagenerator, der dazu ausgebildet ist, das Plasma mittels Dielektrische Barriere Entladung (DBD), Mikrowellen (MW), Gleit-/Lichtbogen, Atmosphärendruck-Glimmentladungen, und/ oder Corona- und/ oder Funkenentladungen zu erzeugen.According to a further embodiment, the hot gas generator comprises an electrically operable plasma generator and/or an electrical resistance heater, which is designed and set up to heat the gas within the hot gas generator. Preferably, the plasma generator is arranged such that the plasma generated by the plasma generator heats the recirculated exhaust gas within the hot gas generator. The plasma generator is preferably a plasma generator which is designed to supply the plasma using dielectric barrier discharge (DBD), microwaves (MW), sliding/arc, atmospheric pressure glow discharges, and/or corona and/or spark discharges generate.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Plasmagenerator ein nicht transferierter Gleichstromplasmagenerator, der dazu ausgebildet ist, das Plasma mittels eines nicht transferierten Gleichstromlichtbogens zu erzeugen.According to a further embodiment, the plasma generator is a non-transferred direct current plasma generator, which is designed to generate the plasma using a non-transferred direct current arc.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Schachtofen einen Injektor, der mit der Abgasleitung und dem Heißgaserzeuger gastechnisch verbunden ist und derart ausgebildet ist, dass er das Abgas in Richtung des Heißgaserzeugers beschleunigt.According to a further embodiment, the shaft furnace comprises an injector which is gas-connected to the exhaust line and the hot gas generator and is designed such that it accelerates the exhaust gas in the direction of the hot gas generator.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Schachtofen eine Umwälzeinrichtung zum Umwälzen von Umwälzgas innerhalb der Brennzone auf, wobei die Umwälzeinrichtung mit dem Injektor gastechnisch verbunden ist, sodass das Abgas zumindest teilweise zusammen mit dem Umwälzgas in die Brennzone eingeführt wird.According to a further embodiment, the shaft furnace has a circulation device for circulating circulating gas within the combustion zone, the circulation device being gas-connected to the injector, so that the exhaust gas is at least partially introduced into the combustion zone together with the circulating gas.

Eine solche Umwälzeinrichtung bietet den Vorteil, dass innerhalb der Brennzone eine Gleichstrombrennzone ausgebildet wird, in welcher das zu brennende Material und das Gas in die gleiche Richtung, nämlich von oben nach unten, durch den Schacht strömen. Such a circulation device offers the advantage that a co-current combustion zone is formed within the combustion zone, in which the material to be burned and the gas flow through the shaft in the same direction, namely from top to bottom.

Bei einer Umwälzung von Umwälzgas innerhalb eines Teils der Brennzone wird eine Kalzinierung des Material bei geringen Temperaturen von etwa 900°C bis 1100°C ermöglicht, wodurch das fertige Brenngut eine hohe Reaktivität erhält, wie sie beispielsweise für Anwendungen in Stahlwerken gefordert wird.When circulation gas is circulated within part of the combustion zone, calcination of the material is made possible at low temperatures of around 900 ° C to 1100 ° C, which gives the finished material to be fired a high level of reactivity, as is required, for example, for applications in steelworks.

Bei dem Umwälzgas handelt es sich vorzugsweise um Gas der Brennzone, insbesondere dem unteren, an die Kühlzone angrenzenden Bereich der Brennzone. Das Umwälzgas besteht im Wesentlichen aus CO₂, insbesondere, da kein Kühlgas aus der Kühlzone in die Brennzone gelangt. Vorzugsweise weist die Brennzone in Strömungsrichtung des Materials eine Gegenstrombrennzone und eine sich daran direkt anschließende Gleichstrombrennzone auf. Das Umwälzgas wird vorzugsweise ausschließlich der Gleichstrombrennzone entnommen und insbesondere ausschließlich der Gleichstrombrennzone wieder zugeführt.The circulating gas is preferably gas from the combustion zone, in particular the lower area of the combustion zone adjacent to the cooling zone. The circulating gas essentially consists of CO ₂ , particularly since no cooling gas passes from the cooling zone into the combustion zone. The combustion zone preferably has a countercurrent combustion zone in the direction of flow of the material and a cocurrent combustion zone directly adjoining it. The circulating gas is preferably taken exclusively from the co-current combustion zone and, in particular, is fed back exclusively to the co-current combustion zone.

Die Umwälzgaseinrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie das Umwälzgas außerhalb des Schachtes, insbesondere außerhalb der Brennzone, von dem Umwälzgasauslass hin zu dem Umwälzgaseinlass beschleunigt. Insbesondere ist die Umwälzgaseinrichtung derart ausgebildet, dass sie an dem Umwälzgasauslass einen Unterdruck erzeugt.The circulating gas device is preferably designed such that it accelerates the circulating gas outside the shaft, in particular outside the combustion zone, from the circulating gas outlet towards the circulating gas inlet. In particular, the circulating gas device is designed such that it generates a negative pressure at the circulating gas outlet.

Alternativ, insbesondere bei einem als Ringschachtofen ausgebildeten Schachtofen, umfasst die Umwälzeinrichtung einen beispielhaft konzentrisch zu dem Schacht und innerhalb dessen angeordneten Innenzylinder. Der Innenzylinder ist beispielsweise innerhalb der Brennzone angeordnet und erstreckt sich von der Gleichstrombrennzone in die Gegenstrombrennzone und vorzugsweise bis in die Vorwärmzone oder insbesondere bis an die Grenze zwischen der Vorwärmzone und der Brennzone und über einen oder eine Mehrzahl von Auslässen durch die Schachtwand aus dem Schacht hinaus. Der Umwälzgasauslass ist vorzugsweise im Innenzylinder innerhalb der Gleichstrombrennzone ausgebildet und dient zum Einlassen von Gas der Gleichstrombrennzone in den Innenzylinder. Über den Umwälzgasauslass wird das Umwälzgas aus der Gleichstrombrennzone ausgelassen und dem Umwälzgaseinlass zum Einlassen des Umwälzgases in die Brennzone über die Umwälzeinrichtung zugeführt.Alternatively, in particular in the case of a shaft furnace designed as a ring shaft furnace, the circulation device comprises an inner cylinder arranged, for example, concentrically to the shaft and within it. The inner cylinder is arranged, for example, within the combustion zone and extends from the cocurrent combustion zone into the countercurrent combustion zone and preferably into the preheating zone or in particular up to the border between the preheating zone and the combustion zone and out of the shaft via one or a plurality of outlets through the shaft wall . The circulating gas outlet is preferably formed in the inner cylinder within the co-current combustion zone and serves to admit gas from the co-current combustion zone into the inner cylinder. The circulating gas is discharged from the cocurrent combustion zone via the circulating gas outlet and fed to the circulating gas inlet for admitting the circulating gas into the combustion zone via the circulating device.

Der Injektor ist insbesondere zum Beschleunigen des Umwälzgases in Richtung des Umwälzgaseinlasses in die Brennzone ausgebildet und angeordnet. Der Injektor weist vorzugsweise eine Querschnittsverengung auf oder ist insbesondere düsenförmig ausgebildet. Eine Beschleunigung des Umwälzgases sorgt für einen Unterdruck an dem Umwälzgasauslass, sodass sich innerhalb der Brennzone eine Gasströmung in Richtung des Umwälzgasauslasses ausbildet. Diese Gasströmung erzeugt die Gleichstrombrennzone zwischen dem Umwälzgaseinlass und dem Umwälzgasauslass. Vorzugsweise weist das Gas innerhalb der Gleichstrombrennzone eine Temperatur von etwa 900°C bis 1200°C oder bis zu 1800°C, insbesondere bis zu 1700°C auf. Die Kalzinierung des Materials in der Gegenstrombrennzone und die anschließende weitere Kalzinierung in der Gleichstrombrennzone ermöglicht die Herstellung von hochreaktivem Branntkalk.The injector is designed and arranged in particular to accelerate the circulating gas in the direction of the circulating gas inlet into the combustion zone. The injector preferably has a narrowing in cross-section or is in particular designed to be nozzle-shaped. An acceleration of the circulating gas ensures a negative pressure at the circulating gas outlet, so that a gas flow in the direction of the circulating gas outlet is formed within the combustion zone. This gas flow creates the cocurrent combustion zone between the recirculating gas inlet and the recirculating gas outlet. Preferably, the gas within the cocurrent combustion zone has a temperature of approximately 900°C to 1200°C or up to 1800°C, in particular up to 1700°C. The calcination of the material in the countercurrent burning zone and subsequent further calcination in the cocurrent burning zone enables the production of highly reactive quicklime.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Umwälzeinrichtung über eine Abgasleitung mit dem Abgasauslass verbunden, sodass das Abgas zumindest teilweise zusammen mit dem Umwälzgas in die Brennzone eingeführt wird.According to a further embodiment, the circulation device is connected to the exhaust gas outlet via an exhaust gas line, so that the exhaust gas is at least partially introduced into the combustion zone together with the circulation gas.

Die Abgasleitung ist beispielsweise mit einem Wärmetauscher zur Erwärmung des Abgases verbunden. Der Wärmetauscher ist vorzugsweise mit der Kühlgasabzugseinrichtung verbunden, sodass das Abgas in dem Wärmetauscher insbesondere im Gegenstrom zu der abgezogenen Kühlluft erwärmt wird. Vorzugsweise wird das Abgas in dem Wärmetauscher auf eine Temperatur von etwa 400°C bis 700°C, insbesondere 500°C erwärmt.The exhaust pipe is connected, for example, to a heat exchanger for heating the exhaust gas. The heat exchanger is preferably connected to the cooling gas extraction device, so that the exhaust gas is heated in the heat exchanger, in particular in countercurrent to the withdrawn cooling air. Preferably, the exhaust gas is heated in the heat exchanger to a temperature of approximately 400°C to 700°C, in particular 500°C.

Optional weist die Brennzone einen Gaseinlass zum Einlassen von über den Abgasauslass abgeführten Abgases in die Brennzone auf. Der Gaseinlass ist vorzugsweise separat zu dem Umwälzgaseinlass in der Brennzone angeordnet.Optionally, the combustion zone has a gas inlet for admitting exhaust gas discharged via the exhaust gas outlet into the combustion zone. The gas inlet is preferably arranged separately from the circulating gas inlet in the combustion zone.

Der Schachtofen weist vorzugswiese eine Kühlgasabzugseinrichtung zum Auslassen von Kühlluft aus dem Schacht auf. Die Kühlgasabzugseinrichtung ist beispielsweise als materialfreier Raum in der Kühlzone ausgebildet, wobei der materialfreie Raum beispielswiese seitlich, radial auswärts des Schachts oder Ringraum um die Kühlzone herum ausgebildet. Die Kühlgasabzugseinrichtung ist optional als Innenzylinder innerhalb der Kühlzone ausgebildet. Der Innenzylinder erstreckt sich vorzugsweise vollständig oder teilweise mittig durch die Kühlzone, sodass die Kühlzone vollständig oder teilweise als Ringschacht ausgebildet ist. Die Kühlluft der Kühlzone wird vorzugsweise vollständig über die Kühlgasabzugseinrichtung aus dem Schacht ausgelassen, sodass keine Kühlluft in die Brennzone gelangt.The shaft furnace preferably has a cooling gas extraction device for exhausting cooling air from the shaft. The cooling gas extraction device is designed, for example, as a material-free space in the cooling zone, with the material-free space being formed, for example, laterally, radially outward of the shaft or annular space around the cooling zone. The cooling gas extraction device is optionally designed as an inner cylinder within the cooling zone. The inner cylinder preferably extends completely or partially centrally through the cooling zone, so that the cooling zone is completely or partially designed as an annular shaft. The cooling air of the cooling zone is preferably completely exhausted from the shaft via the cooling gas extraction device, so that no cooling air reaches the combustion zone.

Beschreibung der ZeichnungenDescription of the drawings

Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.

1 zeigt zwei schematische Darstellungen eines Schachtofens in einer Längsschnittansicht und einer um 90° gedrehten Längsschnittansicht gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Schachtofens in einer Längsschnittansicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Schachtofens in einer Längsschnittansicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines GGR-Schachtofens in einer Längsschnittansicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Schachtofens in einer Längsschnittansicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

The invention is explained in more detail below using several exemplary embodiments with reference to the accompanying figures.

1 shows two schematic representations of a shaft furnace in a longitudinal section view and a longitudinal section view rotated by 90 ° according to an exemplary embodiment.
2 shows a schematic representation of a shaft furnace in a longitudinal sectional view according to a further exemplary embodiment.
3 shows a schematic representation of a shaft furnace in a longitudinal sectional view according to a further exemplary embodiment.
4 shows a schematic representation of a GGR shaft furnace in a longitudinal section view according to a further exemplary embodiment.
5 shows a schematic representation of a shaft furnace in a longitudinal sectional view according to a further exemplary embodiment.

1 zeigt einen Schachtofen 1 in zwei Ansichten, wobei der dargestellte Schachtofen 1 vorzugsweise bei geringeren Produktionsleistungen von beispielweise 250t/d eingesetzt wird. Der Schachtofen 1 zum Brennen von körnigem Material umfasst einen Schacht 2, der sich vorzugsweise in vertikaler Richtung erstreckt und beispielsweise einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist. Beispielsweise weist der Schacht 2 einen runden, insbesondere kreisförmigen, oder eckigen, insbesondere viereckigen Querschnitt auf. Der Schacht 2 ist von einer Schachtwand umgeben, die beispielsweise aus Stahl mit einer sich daran anschließenden gemauerten, feuerfesten Innenwand ausgebildet ist. Der Schacht 2 weist an seinem oberen Ende einen Materialeinlass 3 auf, der beispielsweise als obere Öffnung des Schachts 2 und insbesondere als Schleuse 3 ausgebildet ist und sich vorzugsweise über den gesamten oder einen Teil des Querschnitts des Schachts 2 erstreckt. Der Materialeinlass 3 dient dem Einlassen von zu brennenden Material in den Schachtofen 1. Ein als Schleuse 3 ausgebildeter Materialeinlass ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass lediglich das zu brennende Rohmaterial in den Schacht 2 gelangt, nicht aber die Umgebungsluft. Vorzugsweise ist die Schleuse 3 derart ausgebildet, dass sie den Schacht 2 luftdicht gegen die Umgebung abdichtet und einen Eintritt von Feststoffen, wie das zu brennende Gut, in den Schacht erlaubt. 1 shows a shaft furnace 1 in two views, the shaft furnace 1 shown being preferably used at lower production outputs of, for example, 250t/d. The shaft furnace 1 for firing granular material comprises a shaft 2, which preferably extends in a vertical direction and, for example, has a substantially constant cross section. For example, the shaft 2 has a round, in particular circular, or angular, in particular square cross section. The shaft 2 is surrounded by a shaft wall, which is made, for example, of steel with an adjoining brick, fireproof inner wall. The shaft 2 has at its upper end a material inlet 3, which is designed, for example, as an upper opening of the shaft 2 and in particular as a lock 3 and preferably extends over the entire or part of the cross section of the shaft 2. The material inlet 3 serves to admit material to be burned into the shaft furnace 1. A material inlet designed as a lock 3 is preferably designed in such a way that only the raw material to be burned enters the shaft 2, but not the ambient air. The lock 3 is preferably designed in such a way that it seals the shaft 2 airtight from the environment and allows solids, such as the material to be burned, to enter the shaft.

Der Schacht 2 weist in einem oberen Bereich einen Abgasauslass 19 zum Abführen von Ofenabgas aus dem Schacht 2 auf. Das Abgas wird aus dem Abgasauslass 19 in eine Abgasauslassleitung 39 geführt. Innerhalb des Schachts 2 wird das zu brennende Material schwerkraftbedingt von oben nach unten durch den Schacht 2 gefördert, wobei der Schacht 2 in Förderrichtung des Materials eine Vorwärmzone 21 zum Vorwärmen des Materials, eine Brennzone 20 zum Brennen des Materials und eine Kühlzone 22 zum Kühlen des gebrannten Materials aufweist. Die Vorwärmzone 21 erstreckt sich vorzugsweise von dem Materialeinlass 3 zu der Brennzone 20 und dient der Vorwärmung des Materials vor dem Brennen. In der Brennzone 20 findet im Unterschied zur Vorwärmzone 21 ein Brennen, insbesondere Kalzinieren, vorzugsweise durch eine Entsäuerung, des Materials statt.The shaft 2 has an exhaust gas outlet 19 in an upper area for discharging furnace exhaust gas from the shaft 2. The exhaust gas is led from the exhaust gas outlet 19 into an exhaust gas outlet line 39. Within the shaft 2, the material to be burned is conveyed from top to bottom through the shaft 2 due to gravity, the shaft 2 having a preheating zone 21 for preheating the material, a burning zone 20 for burning the material and a cooling zone 22 for cooling the material in the conveying direction of the material fired material. The preheating zone 21 preferably extends from the material inlet 3 to the firing zone 20 and serves to preheat the material before firing. In contrast to the preheating zone 21, the material is burned, in particular calcined, preferably by deacidification, in the firing zone 20.

Der Schachtofen 1 weist beispielhaft vier materialfreie Räume 16, 48, 49, 55 auf, die an dem Schacht 2 angeordnet sind, wobei sich ein in Strömungsrichtung des Materials erster materialfreier Raum 16 an der Brennzone 20, insbesondere an dem Übergang zwischen der Brennzone 20 und der Vorwärmzone 21 befindet. Der Schachtofen 1 weist einen zweiten materialfreien Raum 55 an der Brennzone 20 und einen dritten materialfreien Raum 48 stromabwärts am unteren Bereich der Brennzone 20 auf. Ein vierter materialfreier Raum 49 ist an der Kühlzone 22 angeordnet. Der Schacht 2 erstreckt sich beispielhaft in vier parallel zueinander versetzten, vertikalen Abschnitten, wobei die materialfreien Räume 16, 48, 49, 55 jeweils lokale Querschnittsvergrößerungen des Schachtes 2 darstellen, in welche das Material schwerkraftbedingt nicht einströmt. Die materialfreien Räume 16, 48, 49, 55 erstrecken sich beispielhaft radial nach außen und sind durch eine sich von oben vertikal zwischen den materialfreien Raum 16, 48, 49, 55 und dem Schacht 2 erstreckende Wand teilweise von dem Schacht 2 getrennt.The shaft furnace 1 has, for example, four material-free spaces 16, 48, 49, 55, which are arranged on the shaft 2, with a first material-free space 16 in the flow direction of the material being located at the combustion zone 20, in particular at the transition between the combustion zone 20 and the preheating zone 21 is located. The shaft furnace 1 has a second material-free space 55 at the firing zone 20 and a third material-free space 48 downstream at the lower region of the firing zone 20. A fourth material-free space 49 is arranged on the cooling zone 22. The shaft 2 extends, for example, in four vertical sections offset parallel to one another, with the material-free spaces 16, 48, 49, 55 each representing local cross-sectional enlargements of the shaft 2, into which the material does not flow due to gravity. The material-free spaces 16, 48, 49, 55 extend, for example, radially outwards and are separated vertically from above between the material-free spaces Room 16, 48, 49, 55 and the wall extending from shaft 2 are partially separated from shaft 2.

Der erste materialfreie Raum 16 weist einen Gasauslass 12 zum Auslassen von Abgas aus der Brennzone 20 auf. Der zweite materialfreie Raum 55 in der Brennzone 20 weist beispielhaft ein Gaseinlass 15 zum Einlassen von aus dem Abgasauslass 19 aus dem Schacht 2 abgeführten Abgas in die Brennzone 20 auf. Des Weiteren weist der zweite materialfreie Raum 55 optional einen Umwälzgaseinlass 17 auf zum Einlassen eines Umwälzgases aus der Brennzone 20. Der dritte materialfreie Raum 48 weist optional einen Umwälzgasauslass 18 zum Auslass des Umwälzgases aus der Brennzone 20 auf. Der vierte materialfreie Raum 49 ist vorzugsweise als Kühlgasabzugseinrichtung ausgebildet und weist beispielhaft einen Kühlgasauslass 36 zum Auslassen von Kühlluft über eine mit dem Kühlgasauslass 36 verbundene Kühlluftabzugsleitung 11 auf.The first material-free space 16 has a gas outlet 12 for exhausting exhaust gas from the combustion zone 20. The second material-free space 55 in the combustion zone 20 has, for example, a gas inlet 15 for admitting exhaust gas discharged from the exhaust gas outlet 19 from the shaft 2 into the combustion zone 20. Furthermore, the second material-free space 55 optionally has a circulating gas inlet 17 for admitting a circulating gas from the combustion zone 20. The third material-free space 48 optionally has a circulating gas outlet 18 for discharging the circulating gas from the combustion zone 20. The fourth material-free space 49 is preferably designed as a cooling gas extraction device and has, for example, a cooling gas outlet 36 for discharging cooling air via a cooling air extraction line 11 connected to the cooling gas outlet 36.

Bei dem Umwälzgas handelt es sich um Gas, das innerhalb der Brennzone 20 zirkuliert wird. Vorzugsweise wird Gas aus der Brennzone 20 über den Umwälzgasauslass 18 abgezogen und dem Umwälzgaseinlass 17 wieder zugeführt. Zwischen dem Umwälzgasauslass 18 und dem Umwälzgaseinlass 17 ist eine Umwälzeinrichtung 54 angeordnet, mittels welcher das Umwälzgas von dem Umwälzgasauslass 18 zu dem Umwälzgaseinlass 17 beschleunigt wird. Der Umwälzgasauslass 18 ist in Strömungsrichtung des zu brennenden Materials hinter dem Umwälzgaseinlass 17 angeordnet. Vorzugsweise ist an dem Umwälzgasauslass 18 ein Unterdruck ausgebildet, sodass das Umwälzgas innerhalb der Brennzone 20 in Richtung des Umwälzgasauslasses 18 beaufschlagt wird. Das in die Brennzone 20 über den Umwälzgaseinlass 17 eintretende Umwälzgas strömt teilweise entgegen der Strömungsrichtung des zu brennenden Materials in Richtung der Vorwärmzone 21 und teilweise im Gleichstrom mit dem Material in Richtung des Umwälzgasauslasses 18. Innerhalb der Brennzone 20 bildet sich vorzugsweise zwischen dem Umwälzgaseinlass 17 und dem Umwälzgasauslass 18 eine Gleichstrombrennzone 24 aus. Vorzugsweise ist in Strömungsrichtung des Materials vor dem Umwälzgaseinlass 17 eine Gegenstrombrennzone 23 ausgebildet. Die Gegenstrombrennzone 23 der Brennzone 20 ist vorzugsweise ausschließlich zwischen dem Umwälzgaseinlass 17 und der Vorwärmzone 21 ausgebildet.The circulating gas is gas that is circulated within the combustion zone 20. Gas is preferably withdrawn from the combustion zone 20 via the circulating gas outlet 18 and fed back to the circulating gas inlet 17. Between the circulating gas outlet 18 and the circulating gas inlet 17, a circulating device 54 is arranged, by means of which the circulating gas is accelerated from the circulating gas outlet 18 to the circulating gas inlet 17. The circulating gas outlet 18 is arranged behind the circulating gas inlet 17 in the flow direction of the material to be burned. Preferably, a negative pressure is formed at the circulating gas outlet 18, so that the circulating gas within the combustion zone 20 is acted upon in the direction of the circulating gas outlet 18. The circulating gas entering the combustion zone 20 via the circulating gas inlet 17 flows partly counter to the flow direction of the material to be burned in the direction of the preheating zone 21 and partly in cocurrent with the material in the direction of the circulating gas outlet 18. Within the burning zone 20, it preferably forms between the circulating gas inlet 17 and the circulating gas outlet 18 has a co-current combustion zone 24. A countercurrent combustion zone 23 is preferably formed in front of the circulating gas inlet 17 in the direction of flow of the material. The countercurrent combustion zone 23 of the combustion zone 20 is preferably formed exclusively between the circulating gas inlet 17 and the preheating zone 21.

Die Umwälzgaseinrichtung 54 umfasst beispielsweise einen Injektor 57, der vorzugsweise als Düse ausgebildet ist. Mittels des Injektors 57 wird das Umwälzgas in Richtung des Umwälzgaseinlasses 17 beschleunigt, wobei der Unterdruck an dem Umwälzgasauslass 18 ausgebildet wird und vorzugsweise einstellbar ist.The circulating gas device 54 includes, for example, an injector 57, which is preferably designed as a nozzle. By means of the injector 57, the circulating gas is accelerated in the direction of the circulating gas inlet 17, the negative pressure being formed at the circulating gas outlet 18 and preferably being adjustable.

Am unteren Ende des Schachts 2 ist ein Materialauslass 40 zum Abführen des gebrannten Materials angeordnet. Bei dem Materialauslass 40 handelt es sich beispielsweise um eine wie mit Bezug auf den Materialeinlass 3 beschriebene Schleuse. An die Kühlzone 22 schließt sich In Materialförderrichtung ein Auslasstrichter 25, insbesondere ein unterer Materialbunker, an, der in dem Materialauslass 40 zum Auslassen des Materials aus dem Schachtofen 1 mündet. In dem Auslasstrichter 25 ist beispielhaft eine Austragsvorrichtung 41 angeordnet, die dem Auslassen von Material aus der Kühlzone 22 des Schachtofens 1 in den Auslasstrichter 25 dient. Bei der Austragsvorrichtung 41 handelt es sich beispielsweise um einen Drehteller oder Schubtische.At the lower end of the shaft 2 there is a material outlet 40 for discharging the burned material. The material outlet 40 is, for example, a lock as described with reference to the material inlet 3. The cooling zone 22 is adjoined in the material conveying direction by an outlet funnel 25, in particular a lower material bunker, which opens into the material outlet 40 for discharging the material from the shaft furnace 1. In the outlet funnel 25, for example, a discharge device 41 is arranged, which serves to discharge material from the cooling zone 22 of the shaft furnace 1 into the outlet funnel 25. The discharge device 41 is, for example, a turntable or push tables.

Der Schachtofen 1 weist einen oder mehrere Kühllufteinlässe 7 zum Einbringen von Kühlluft in den Schachtofen 1 auf. Beispielhaft ist in dem Schachtofen 1 der 1 ein Kühllufteinlass 7 angeordnet, der Kühlluft in den Auslasstrichter 25 einleitet. Vorzugsweise wird die Kühlluft mit einem Druck von bis zu 500 mbar in den Auslasstrichter 25 mittels eines Kühlluftverdichters 26 eingeblasen.The shaft furnace 1 has one or more cooling air inlets 7 for introducing cooling air into the shaft furnace 1. An example is in shaft furnace 1 1 a cooling air inlet 7 is arranged, which introduces cooling air into the outlet funnel 25. Preferably, the cooling air is blown into the outlet funnel 25 using a cooling air compressor 26 at a pressure of up to 500 mbar.

Das Material strömt Im Betrieb des Schachtofens 1 im Wesentlichen schwerkraftbedingt durch den Schacht 2 und wird im Gegenstrom oder teilweise im Gleichstrom thermisch behandelt.During operation of the shaft furnace 1, the material flows through the shaft 2 essentially due to gravity and is thermally treated in countercurrent or partially in cocurrent.

Im Betrieb des Schachtofens 1 bildet sich in der Brennzone 20 des Schachts 2 eine Materialsäule mit dem über die Materialaufgabe 3 zugeführten Gut aus, wobei das Gut durch Schwerkraft nach unten wandert und im Bereich der Kühlzone 22 über den Materialauslass 40 als kalziniertes Produkt, beispielweise Branntkalk, abgezogen wird. Das Gut füllt dabei die Brennzone 20 vorzugsweise über den gesamten vorzugsweise eckigen Querschnitt und die Kühlzone 22 aus. Das Kühlgas durchströmt die Materialschüttung und gelangt in den vierten materialfreien Raum 49, insbesondere die Kühlgasabzugseinrichtung. Vorzugsweise wird über die Kühlgasabzugseinrichtung ausschließlich Kühlgas und kein Abgas der Brennzone 20 aus dem Schacht 2 ausgelassen. Insbesondere strömt das Kühlgas durch die Kühlzone 22 und anschließend in die Kühlgasabzugseinrichtung, sodass das Kühlgas vollständig über die Kühlgasabzugseinrichtung aus dem Schacht ausgelassen wird und nicht die Brennzone 20 gelangt.During operation of the shaft furnace 1, a material column is formed in the combustion zone 20 of the shaft 2 with the material supplied via the material feed 3, the material moving downwards due to gravity and in the area of the cooling zone 22 via the material outlet 40 as a calcined product, for example quicklime , is deducted. The material fills the combustion zone 20 preferably over the entire preferably angular cross section and the cooling zone 22. The cooling gas flows through the material bed and reaches the fourth material-free space 49, in particular the cooling gas extraction device. Preferably, only cooling gas and no exhaust gas from the combustion zone 20 is discharged from the shaft 2 via the cooling gas extraction device. In particular, the cooling gas flows through the cooling zone 22 and then into the cooling gas extraction device, so that the cooling gas is completely exhausted from the shaft via the cooling gas extraction device and does not reach the combustion zone 20.

Der vierte materialfreie Raum 49 ist vorzugsweise über die Kühlluftabzugsleitung 11 mit einem Regelorgan 46 in Form von beispielsweise einer Klappe verbunden zur Regelung der Menge an Gas, das durch den vierten materialfreien Raum 49, insbesondere die sich daran anschließende Kühlluftabzugsleitung 11 strömt.The fourth material-free space 49 is preferably connected via the cooling air extraction line 11 to a control element 46 in the form of, for example, a flap for regulating the amount of gas that flows through the fourth material-free space 49, in particular the cooling air extraction line 11 adjoining it.

Der Abgasauslass 19 zum Abführen des Abgases aus der Vorwärmzone 21 ist vorzugsweise über die Abgasauslassleitung 39 mit einem Abgasfilter 31 zur Entstaubung des Abgases und optional mit einer Kühleinrichtung 32, zur Kühlung des heißen Abgases verbunden, die beispielhaft als Wärmetauscher ausgebildet ist. Über die Abgasauslassleitung 39 wird zumindest teilweise oder vollständig das Abgas der Brennzone 20 aus dem Schacht 2 abgeführt. Das vor oder nach der Kühleinrichtung 32 abgeführte Abgas weist vorzugsweise einen hohen CO₂-Anteil, von mindestens 90, insbesondere mindestens 95Vol% oder mehr, vorzugsweise bis zu 100Vol%, auf und kann beispielsweise einer Sequestrierung und/ oder einer weiteren industriellen Verwertung, wie beispielsweise der Herstellung von Soda, Zucker oder gefälltem Calciumcarbonat, zugeführt werden.The exhaust gas outlet 19 for discharging the exhaust gas from the preheating zone 21 is preferably connected via the exhaust gas outlet line 39 to an exhaust gas filter 31 for dedusting the exhaust gas and optionally to a cooling device 32 for cooling the hot exhaust gas, which is designed, for example, as a heat exchanger. The exhaust gas from the combustion zone 20 is at least partially or completely removed from the shaft 2 via the exhaust gas outlet line 39. The exhaust gas discharged before or after the cooling device 32 preferably has a high CO ₂ content of at least 90, in particular at least 95% by volume or more, preferably up to 100% by volume, and can, for example, be subjected to sequestration and/or further industrial utilization, such as for example, the production of soda, sugar or precipitated calcium carbonate.

Das gekühlte Abgas wird vorzugsweise teilweise abgeführt und teilweise, vorzugsweise stromabwärts der Kühleinrichtung 32, über eine Treibgasleitung 43 als Treibgas zu der Umwälzeinrichtung 54 geführt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die Verbindung der Treibgasleitung 43 mit der Umwälzeinrichtung 54 lediglich für die linke Ansicht des Schachtofens 1 dargestellt. Die Treibgasleitung 43 ist vorzugsweise mit dem Injektor 57 verbunden, sodass das Treibgas unterhalb oder auf dem Höhenniveau des Umwälzgasauslasses 18 in den Injektor 57 eingeführt wird.The cooled exhaust gas is preferably partially removed and partially, preferably downstream of the cooling device 32, guided via a propellant gas line 43 to the circulating device 54 as propellant gas. For reasons of clarity, the connection of the propellant gas line 43 to the circulation device 54 is only shown for the left view of the shaft furnace 1. The propellant gas line 43 is preferably connected to the injector 57, so that the propellant gas is introduced into the injector 57 below or at the level of the circulating gas outlet 18.

Optional ist die Treibgasleitung 43 mit einem Wärmetauscher 35 verbunden, wobei der Wärmetauscher 35 mit dem Kühlgasauslass 36 verbunden ist, sodass das Treibgas 43 vor dem Eintritt in die Umwälzeinrichtung 54 im Gegenstrom mit der abgezogenen Kühlluft erwärmt wird.Optionally, the propellant gas line 43 is connected to a heat exchanger 35, the heat exchanger 35 being connected to the cooling gas outlet 36, so that the propellant gas 43 is heated in countercurrent with the withdrawn cooling air before entering the circulation device 54.

In dem zweiten materialfreien Raum 55 ist optional ein Heißgaserzeuger 10 angeordnet. Der Heißgaserzeuger 10 ist insbesondere mit der Treibgasleitung 43, zur Zuführung von Abgas zu dem Heißgaserzeuger 10 verbunden. Beispielsweise wird ein Teil des mittels der Abgasauslassleitung 39 abgeführten Abgases über den Heißgaserzeuger 10 und/ oder den Gaseinlass 15 in die Brennzone 20 eingeführt. Dieses rezirkulierte Abgas wird vorzugsweise stromaufwärts der Kühleinrichtung 32 und stromabwärts des Abgasfilters 31 abgezweigt. Der Heißgaserzeuger 10 ist optional zumindest teilweise in der Schachtwand und vorzugsweise vollständig außerhalb des Schachts 2 angeordnet.A hot gas generator 10 is optionally arranged in the second material-free space 55. The hot gas generator 10 is in particular connected to the propellant gas line 43 for supplying exhaust gas to the hot gas generator 10. For example, part of the exhaust gas discharged by means of the exhaust gas outlet line 39 is introduced into the combustion zone 20 via the hot gas generator 10 and/or the gas inlet 15. This recirculated exhaust gas is preferably branched off upstream of the cooling device 32 and downstream of the exhaust gas filter 31. The hot gas generator 10 is optionally arranged at least partially in the shaft wall and preferably completely outside the shaft 2.

Die Kühlluftabzugsleitung 11 ist insbesondere mit dem Wärmetauscher 35 und im Anschluss daran optional mit einem Filter 50 verbunden, sodass die über den vierten materialfreien Raum 49 abgezogene Kühlluft gekühlt und entstaubt wird. Zur weiteren Kühlung der abgezogenen Kühlluft wird optional ein Kühlmittel, wie Luft mit der abgezogenen Kühlluft vermischt, vorzugsweise vor dem Eintritt in den Wärmetauscher 35. In Strömungsrichtung der abgezogenen Kühlluft ist optional vor dem Regelorgan 46 ein Filter zur Staubabscheidung angeordnet. In der Kühlgasabzugsleitung 11 sind somit nacheinander der Wärmetauscher 35, das Regelorgan 46 und optional ein Filter 50 vor oder nach dem Regelorgan 46 angeordnet.The cooling air extraction line 11 is connected in particular to the heat exchanger 35 and then optionally to a filter 50, so that the cooling air drawn off via the fourth material-free space 49 is cooled and dedusted. For further cooling of the withdrawn cooling air, a coolant, such as air, is optionally mixed with the withdrawn cooling air, preferably before entering the heat exchanger 35. In the flow direction of the withdrawn cooling air, a filter for dust separation is optionally arranged in front of the control element 46. The heat exchanger 35, the control element 46 and optionally a filter 50 are arranged one after the other in the cooling gas exhaust line 11 before or after the control element 46.

Beispielhaft wird das über den ersten materialfreie Raum 16 aus der Brennzone 20 abgeführte Gas in einen zweiten Wärmetauscher 52 und anschließend in die Brennzone 20 geleitet. Der Schachtofen 1 weist beispielhaft zwei Wärmetauscher 35 und 52 auf, denen jeweils ein Teil des über den Abgasauslass 19 abgezogenen Abgases zur Erwärmung zugeführt wird. Die Menge der Abgasteilströme wird vorzugsweise über Regeleirichtungen, wie beispielsweise eine Klappe oder ein Ventil, in der Abgasauslassleitung 39 eingestellt. Die Wärmetauscher 35 und 52 sind vorzugsweise parallel zueinander geschaltet.For example, the gas removed from the combustion zone 20 via the first material-free space 16 is passed into a second heat exchanger 52 and then into the combustion zone 20. The shaft furnace 1 has, for example, two heat exchangers 35 and 52, each of which is supplied with a portion of the exhaust gas drawn off via the exhaust gas outlet 19 for heating. The amount of exhaust gas partial flows is preferably adjusted via control devices, such as a flap or a valve, in the exhaust gas outlet line 39. The heat exchangers 35 and 52 are preferably connected in parallel to one another.

Die Erwärmung des Teilstroms des Abgases erfolgt in dem Wärmetauschern 52 mit dem über den ersten materialfreien Raum 16 abgezogenen Gas und in dem anderen Wärmetauscher 35 mit dem über den vierten materialfreie Raum 49 abgezogenen Kühlgases jeweils im Gegenstrom. Der in dem Wärmetauscher 52 mittels des aus der Brennzone 20 abgezogenen Gases erwärmte Abgasteilstrom wird mit dem in dem Wärmetauscher 35 mittels des aus der Kühlzone 22 abgezogenen Gases erwärmten Abgasteilstrom zusammengeführt und ich die Brennzone 20 eingeleitet.The partial flow of the exhaust gas is heated in the heat exchanger 52 with the gas withdrawn via the first material-free space 16 and in the other heat exchanger 35 with the cooling gas withdrawn via the fourth material-free space 49, each in countercurrent. The exhaust gas partial stream heated in the heat exchanger 52 by means of the gas withdrawn from the combustion zone 20 is combined with the exhaust gas partial flow heated in the heat exchanger 35 by means of the gas withdrawn from the cooling zone 22 and the combustion zone 20 is initiated.

Vor dem Einlassen des abgezogenen Abgases in die Brennzone 20, insbesondere in den Gaseinlass 15 des zweiten materialfreien Raums 55 oder den Heißgaserzeuger 10, wird das Abgas mittels des Wärmetauschers 35, 52 auf eine Temperatur von etwa 500°C bis 800°C erwärmt.Before the extracted exhaust gas is admitted into the combustion zone 20, in particular into the gas inlet 15 of the second material-free space 55 or the hot gas generator 10, the exhaust gas is heated to a temperature of approximately 500 ° C to 800 ° C by means of the heat exchanger 35, 52.

Der Heißgaserzeuger 10 der 1 umfasst beispielhaft einen Plasmagenerator und/ oder eine Widerstandsheizung 63, sodass der Plasmagenerator 63 das Abgas innerhalb des Heißgaserzeugers 10 mittels eines Plasmas, insbesondere eines Plasmastrahls oder eines Plasmaraums, erhitzt. Bei dem Plasmagenerator 63 handelt es sich vorzugsweise um einen nicht transferierten Gleichstromplasmagenerator, der dazu ausgebildet ist, das Plasmamittels eines nicht transferierten Gleichstromlichtbogens zu erzeugen. Der Plasmagenerator 63 wird vorzugsweise zumindest teilweise oder vollständig elektrisch betrieben. Der Plasmagenerator 63 ist insbesondere außerhalb des Schachts 2 angeordnet. Beispielsweise umfasst jeder Heißgaserzeuger genau einen Plasmagenerator.The hot gas generator 10 1 includes, for example, a plasma generator and/or a resistance heater 63, so that the plasma generator 63 heats the exhaust gas within the hot gas generator 10 by means of a plasma, in particular a plasma jet or a plasma space. The plasma generator 63 is preferably a non-transferred direct current plasma generator which is designed to generate the plasma using a non-transferred direct current arc. The plasma generator 63 is preferably operated at least partially or completely electrically. The plasma generator 63 is arranged in particular outside the shaft 2. For example, each hot gas generator includes exactly one plasma generator.

2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schachtofens 1, der größtenteils dem der 1 entspricht und wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der Schachtofen 1 wird vorzugsweise zum Erreichen von hohen Durchsatzleistungen wie beispielsweise 500t/d verwendet mit dem Unterschied zu dem Schachtofen der 1, dass der Schachtofen 1 der 2 als Ringschachtofen ausgebildet ist. Beispielhaft erfolgt der Abzug des Abgases über einen materialfreien Ringspalt 37. Im Unterschied zu der 1 sind in der Brennzone 20 des Schachts 2 der zweite und der dritte materialfreie Raum jeweils vorzugsweise als Heißgaskammerebene 8, 9 ausgebildet, wobei in jeder Heißgaskammerebene 8, 9 zumindest eine Heißgaskammer angeordnet ist. In 2 sind beispielhaft zwei Heißgaskammerebenen 8, 9 an dem Schacht 2 angeordnet. Es ist ebenfalls denkbar, dass leidglich eine Heißgaskammerebene 8, 9 oder mehr als zwei Heißgaskammerebene vorhanden sind. 2 shows a further exemplary embodiment of a shaft furnace 1, which is largely similar to that of 1 corresponds and the same elements are provided with the same reference numerals. The shaft furnace 1 is preferably used to achieve high throughputs such as 500t/d, with the difference to the shaft furnace 1 that the shaft furnace 1 of 2 is designed as a ring shaft furnace. For example, the exhaust gas is extracted via a material-free annular gap 37. In contrast to that 1 In the combustion zone 20 of the shaft 2, the second and the third material-free space are each preferably designed as a hot gas chamber level 8, 9, with at least one hot gas chamber being arranged in each hot gas chamber level 8, 9. In 2 For example, two hot gas chamber levels 8, 9 are arranged on the shaft 2. It is also conceivable that there is only one hot gas chamber level 8, 9 or more than two hot gas chamber levels.

Beispielhaft ist der Heißgaserzeuger 10 als Heißgaskammer ausgebildet. Beispielhaft weist jede Heißgaskammerebene 8, 9 sechs Heißgaserzeuger 10 auf. Der Heißgaserzeuger 10 umfasst optional zumindest eine Lanze, insbesondere eine Düse, die sich im Wesentlichen horizontal erstreckt. Die Heißgaserzeuger 10 weisen jeweils einen Gaseinlass zum Einlassen von rezierkuliertem Abgas auf. Die Abgasauslassleitung 39 ist vorzugsweise wie mit Bezug auf die vorangehende Figur ausgebildet, sodass ein Teil des Abgases als Treibgas über die Treibgasleitung 43 abgezweigt und vorzugsweise über den Wärmetaucher 35 dem Injektor 57, insbesondere dem Heißgaserzeuger 10 der Umwälzeinrichtung 54 zugeführt wird. Die Heißgaserzeuger 10 umfassen beispielhaft jeweils einen Plasmagenerator 63 zur Erhitzung des Abgases in dem Heißgaserzeuger 10. Bei dem Plasmagenerator 63 handelt es sich vorzugsweise um den mit Bezug auf 1 beschriebenen Plasmagenerator 63.For example, the hot gas generator 10 is designed as a hot gas chamber. By way of example, each hot gas chamber level 8, 9 has six hot gas generators 10. The hot gas generator 10 optionally comprises at least one lance, in particular a nozzle, which extends essentially horizontally. The hot gas generators 10 each have a gas inlet for admitting recirculated exhaust gas. The exhaust gas outlet line 39 is preferably designed as with reference to the previous figure, so that part of the exhaust gas is branched off as propellant gas via the propellant gas line 43 and is preferably fed to the injector 57, in particular to the hot gas generator 10 of the circulation device 54, via the heat exchanger 35. The hot gas generators 10 each include, for example, a plasma generator 63 for heating the exhaust gas in the hot gas generator 10. The plasma generator 63 is preferably the one referred to 1 described plasma generator 63.

Vorzugsweise bildet sich innerhalb der Brennzone 20 eine Gegenstrombrennzone 23 aus, in welcher das Material entgegen der Gasströmung durch den Schacht 2 strömt. Die Gegenstrombrennzone 23 bildet sich beispielhaft oberhalb der unteren Heißgaskammerebene 9 aus. Zusätzlich bildet sich innerhalb der Brennzone 20 eine Gleichstrombrennzone 24 aus, in welcher die Gasströmung in gleicher Richtung zu der Materialströmung durch den Schacht 2 verläuft. Die Gleichstrombrennzone 24 ist beispielhaft unterhalb der unteren Heißgaskammerebene 9 ausgebildet. Die Anordnung der Gleichstrombrennzone 24 und der Gegenstrombrennzone kann je nach Fließgeschwindigkeit des Materials und der Gasströmung variieren, wobei die Gegenstrombrennzone 23 vorzugsweise immer oberhalb der Gleichstrombrennzone 24 ausgebildet ist.Preferably, a countercurrent combustion zone 23 is formed within the combustion zone 20, in which the material flows through the shaft 2 against the gas flow. The countercurrent combustion zone 23 is formed, for example, above the lower hot gas chamber level 9. In addition, a co-current combustion zone 24 is formed within the combustion zone 20, in which the gas flow runs in the same direction as the material flow through the shaft 2. The direct current combustion zone 24 is, for example, formed below the lower hot gas chamber level 9. The arrangement of the co-current combustion zone 24 and the counter-current combustion zone can vary depending on the flow rate of the material and the gas flow, with the counter-current combustion zone 23 preferably always being formed above the co-current combustion zone 24.

Der Schachtofen 1 der 2 weist, insbesondere zur Ausbildung der Gleichstrombrennzone 24, eine Umwälzeinrichtung 54 zum Umwälzen eines Umwälzgases in der Brennzone 20 auf. Die Umwälzeinrichtung 54 umfasst einen beispielhaft konzentrisch zu dem Schacht 2 und innerhalb dessen angeordneten Innenzylinder 58. Der Innenzylinder 58 ist innerhalb der Brennzone 20 angeordnet und erstreckt sich von der Gleichstrombrennzone 24 in die Gegenstrombrennzone 23 und vorzugsweise bis in die Vorwärmzone 21 oder insbesondere bis an die Grenze zwischen der Vorwärmzone 21 und der Brennzone 20 und über einen oder eine Mehrzahl von Auslässen 59 durch die Schachtwand aus dem Schacht 2 hinaus.The shaft furnace 1 of the 2 has, in particular to form the co-current combustion zone 24, a circulation device 54 for circulating a circulation gas in the combustion zone 20. The circulation device 54 comprises an inner cylinder 58, which is arranged, for example, concentrically to the shaft 2 and within it. The inner cylinder 58 is arranged within the combustion zone 20 and extends from the cocurrent combustion zone 24 into the countercurrent combustion zone 23 and preferably into the preheating zone 21 or in particular up to the Boundary between the preheating zone 21 and the combustion zone 20 and beyond one or a plurality of outlets 59 through the shaft wall out of the shaft 2.

Der Innenzylinder 58 erstreckt sich durch den Schacht 2 beispielsweise bis zu dem Gasauslass zum Auslassen des Gases aus dem Schacht 2 oder über diesen hinaus. In der Gleichstrombrennzone 24 weist der Innenzylinder einen Gaseinlass zum Einlassen von Gas der Gleichstrombrennzone 24 in den Innenzylinder 58 auf. Der Gaseinlass weist die Funktion des Umwälzgasauslasses 18, wie mit Bezug auf die vorangehende Figur beschrieben auf. Über den Umwälzgasauslass 18 wird das Umwälzgas aus der Brennzone 20, insbesondere der Gleichstrombrennzone 24 ausgelassen und dem Umwälzgaseinlass 17 zum Einlassen des Umwälzgases in die Brennzone 20 über den Injektor 57 zugeführt. Der Gasauslass ist vorzugsweise auf dem Höhenniveau der Brennzone 20 angeordnet. Vorzugsweise ist die Brennzone 20 des Schachts 2 zumindest teilweise oder vollständig als Ringraum ausgebildet, der konzentrisch zu Innenzylinder 58 der Umwälzeinrichtung 54 angeordnet ist. Der Innenzylinder 58 ist mit dem Injektor 57 verbunden, sodass das über den Innenzylinder 58 abgezogene Umwälzgas in den Injektor 57 strömt. Die Umwälzeinrichtung 54 erzeugt einen Unterdruck an dem Umwälzgasauslass 18, sodass das Umwälzgas innerhalb der Brennzone 20 von dem Umwälzgaseinlass 17 zu dem Umwälzgasauslass 18 strömt und die Gleichstrombrennzone 24 ausbildet.The inner cylinder 58 extends through the shaft 2, for example, to the gas outlet for discharging the gas from the shaft 2 or beyond this. In the co-current combustion zone 24, the inner cylinder has a gas inlet for admitting gas from the co-current combustion zone 24 into the inner cylinder 58. The gas inlet has the function of the circulating gas outlet 18, as described with reference to the previous figure. The circulating gas is discharged from the combustion zone 20, in particular the co-current combustion zone 24, via the circulating gas outlet 18 and fed to the circulating gas inlet 17 for admitting the circulating gas into the combustion zone 20 via the injector 57. The gas outlet is preferably arranged at the height of the combustion zone 20. The combustion zone 20 of the shaft 2 is preferably at least partially or completely designed as an annular space which is arranged concentrically to the inner cylinder 58 of the circulation device 54. The inner cylinder 58 is connected to the injector 57, so that the circulating gas drawn off via the inner cylinder 58 flows into the injector 57. The circulation device 54 generates a negative pressure at the circulation gas outlet 18, so that the circulation gas within the combustion zone 20 flows from the circulation gas inlet 17 to the circulation gas outlet 18 and forms the cocurrent combustion zone 24.

Zur Kühlung des Innenzylinders 58 weist der Schacht 2 vorzugsweise einen Kühllufteinlass auf, durch welchen Kühlluft oberhalb der Austragsvorrichtung 41 mittels eines Kühlluftverdichters 27 in eine Kühlluftleitung 47 eingeleitet wird. Die Kühlluftleitung 47 erstreckt sich vorzugsweise entlang des Innenzylinders 58, insbesondere entlang der Außenwand des Innenzylinders 58 und wird zum Wärmetauscher 45 geleitet. Der Innenzylinder 58 ist insbesondere nach oben geschlossen, sodass kein zu brennendes Material in den Innenzylinder 58 eintritt. Die Brennzone 20 weist insbesondere einen kreisringförmigen Querschnitt auf.To cool the inner cylinder 58, the shaft 2 preferably has a cooling air inlet, through which cooling air is introduced into a cooling air line 47 above the discharge device 41 by means of a cooling air compressor 27. The cooling air line 47 preferably extends along the inner cylinder 58, in particular along the outer wall of the inner cylinder 58, and is directed to the heat exchanger 45. The inner cylinder 58 is in particular closed at the top, so that no material to be burned enters the inner cylinder 58. The combustion zone 20 in particular has an annular cross section.

Der Schachtofen 1 der 2 weist beispielhaft eine Kühlluftabzugseinrichtung 29 auf, die einen unteren Innenzylinder 53 mit einem Kühlgasauslass 36 aufweist. Der untere Innenzylinder 53 ist unterhalb des Innenzylinders 58 der Umwälzeinrichtung 54 angeordnet und erstreckt sich, insbesondere vollständig, durch die Kühlzone 22. Der untere Innenzylinder 53 weist einen Gaseinlass zum Einlassen der Kühlluft in den unteren Innenzylinder 53 auf, wobei der Gaseinlass oberhalb des Kühlgasauslasses 36 angeordnet ist.The shaft furnace 1 of the 2 has, for example, a cooling air extraction device 29, which has a lower inner cylinder 53 with a cooling gas outlet 36. The lower inner cylinder 53 is arranged below the inner cylinder 58 of the circulation device 54 and extends, in particular completely, through the cooling zone 22. The lower inner cylinder 53 has a gas inlet for admitting the cooling air into the lower inner cylinder 53, the gas inlet being above the cooling gas outlet 36 is arranged.

Über den Kühlgasauslass 36 wird mittels der Kühlluftabzugsleitung 11 vorzugsweise die gesamte durch die Kühlzone 22 strömende Kühlluft abgezogen und dem Wärmetauscher 35 zur Erwärmung des rezirkulierten Abgases zugeführt. Stromabwärts des Wärmetauschers 35 wird die Kühlluft mittels eines Filters 50 entstaubt und abgeführt. Die Menge an abzuziehender Kühlluft ist über das Regelorgan 46, wie mit Bezug auf 1 beschrieben einstellbar.Via the cooling gas outlet 36, all of the cooling air flowing through the cooling zone 22 is preferably withdrawn by means of the cooling air extraction line 11 and fed to the heat exchanger 35 for heating the recirculated exhaust gas. Downstream of the heat exchanger 35, the cooling air is dedusted and removed using a filter 50. The amount of cooling air to be withdrawn is via the control element 46, as with reference to 1 adjustable as described.

Der Schachtofen 1 weist des Weiteren optional einen oberen Innenzylinder 6 auf, der sich von der Brennzone 20 zumindest teilweise durch die Vorwärmzone 21 erstreckt und oberhalb der Kühlgasabzugseinrichtung 29 angeordnet ist. Der obere Innenzylinder 6 weist einen Auslass 12 zum Auslassen von Gas aus dem Schacht 2 auf. Im Betrieb des Schachtofens 1 dient der obere Innenzylinder 6 einer Vergleichmäßigung des Materialflusses innerhalb der Vorwärmzone 21 und erfüllt die Funktion des ersten materialfreien Raums 16, wie mit Bezug auf die vorangehenden Figuren beschrieben. Über den oberen Innenzylinder 6 wird Gas aus der Brennzone 20, insbesondere der Gegenstrombrennzone 23 aus dem Schacht 2 über den Gasauslass 12 abgeführt und vorzugsweise dem Wärmetauscher 52 zur Erwärmung des rezirkulierten Abgases vor dem Eintritt in die Brennzone 20 zugeführt. Vorzugsweise ist in der Vorwärmzone 21 ein Kühllufteinlass zum Kühlen des oberen Innenzylinders 6 angeordnet. Durch den Kühllufteinlass strömt vorzugsweise mittels eines Ventilators beschleunigte Kühlluft in eine um die Vorwärmzone 21 herum angeordnete Ringleitung und/ oder eine zumindest teilweise innerhalb des oberen Innenzylinders 6 angebrachte Kühlluftleitung. Die Kühlluft wird beispielhaft mittels der Kühlluftleitung 47 und den Ventilator 27 zugeführt.The shaft furnace 1 further optionally has an upper inner cylinder 6, which extends from the combustion zone 20 at least partially through the preheating zone 21 and is arranged above the cooling gas extraction device 29. The upper inner cylinder 6 has an outlet 12 for discharging gas from the shaft 2. During operation of the shaft furnace 1, the upper inner cylinder 6 serves to equalize the material flow within the preheating zone 21 and fulfills the function of the first material-free space 16, as described with reference to the previous figures. Gas from the combustion zone 20, in particular the countercurrent combustion zone 23, is removed from the shaft 2 via the gas outlet 12 via the upper inner cylinder 6 and is preferably fed to the heat exchanger 52 for heating the recirculated exhaust gas before entering the combustion zone 20. A cooling air inlet for cooling the upper inner cylinder 6 is preferably arranged in the preheating zone 21. Cooling air accelerated preferably by means of a fan flows through the cooling air inlet into a ring line arranged around the preheating zone 21 and/or a cooling air line located at least partially within the upper inner cylinder 6. The cooling air is supplied, for example, by means of the cooling air line 47 and the fan 27.

Der Schachtofen 1 der 3 entspricht im Wesentlichen dem der 2 mit dem Unterschied, dass der Schachtofen 1 der 3 einen weiteren, vorzugsweise dritten Heißgaserzeuger 10 aufweist, der beispielhaft an dem Injektor 57 angeordnet ist. Der Heißgaserzeuger 10 ist vorzugsweise mit der Abgasleitung 43 und dem Gasauslass des Innenzylinders 58 verbunden, sodass dem Heißgaserzeuger rezirkuliertes Abgas und Umwälzgas zugeführt wird. Der beispielhaft als Lanze ausgebildete Heißgaserzeuger 10 weist vorzugsweise in axialer Richtung des Schachts 2 in Richtung der unteren Heißgaskammerebene 9. Die Heißgaserzeuger 10 umfassen beispielhaft jeweils einen Plasmagenerator 63 zur Erhitzung des Abgases in dem Heißgaserzeuger 10. Bei dem Plasmagenerator 63 handelt es sich vorzugsweise um den mit Bezug auf 1 beschriebenen Plasmagenerator und/ oder die elektrische Widerstandsheizung 63. Beispielhaft weist der Schachtofen 1 der 3 drei Plasmageneratoren 63 auf.The shaft furnace 1 of the 3 essentially corresponds to that of 2 with the difference that the shaft furnace 1 is the 3 has a further, preferably third, hot gas generator 10, which is arranged, for example, on the injector 57. The hot gas generator 10 is preferably connected to the exhaust line 43 and the gas outlet of the inner cylinder 58, so that recirculated exhaust gas and circulating gas are supplied to the hot gas generator. The hot gas generator 10, designed for example as a lance, preferably points in the axial direction of the shaft 2 in the direction of the lower hot gas chamber level 9. The hot gas generators 10 each include, for example, a plasma generator 63 for heating the exhaust gas in the hot gas generator 10. The plasma generator 63 is preferably the regarding 1 described plasma generator and / or the electrical resistance heater 63. As an example, the shaft furnace 1 has 3 three plasma generators 63.

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schachtofens 1, wobei der Schachtofen 1 als Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativschachtofen (GGR-Schachtofen) ausgebildet ist. Der GGR-Schachtofen 1 weist zwei parallele und vertikal ausgerichtete Schächte 2 auf. Die Schächte 2 des GGR-Schachtofens 1 sind im Wesentlichen identisch aufgebaut, sodass in 4 lediglich einer der beiden Schächte 2 mit Bezugszeichen versehen ist und im Folgenden der Einfachheit halber lediglich einer der beiden Schächte 2 beschrieben ist. Jeder Schacht 2 weist jeweils einen Materialeinlass 3 auf zum Einlassen von zu brennenden Material in den jeweiligen Schacht 2 des GGR-Schachtofens 1. Bei dem zu brennenden Material handelt es sich, wie bei dem Schachtofen der 1 bis 3, insbesondere um Kalkstein und/ oder Dolomitstein vorzugsweise mit einer Korngröße von 10 bis 200mm, vorzugsweise von 15 bis 120mm, höchstvorzugsweise 30 bis 100mm. Die Materialeinlässe 3 sind beispielhaft an dem oberen Ende des jeweiligen Schachts 2 angeordnet, sodass das Material durch den Materialeinlass 3 schwerkraftbedingt in den Schacht 2 fällt. Der Materialeinlass 3 ist beispielsweise als obere Öffnung des Schachts 2 und insbesondere als Schleuse 3 ausgebildet und erstreckt sich vorzugsweise über den gesamten oder einen Teil des Querschnitts des Schachts 2. Ein als Schleuse 3 ausgebildeter Materialeinlass ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass lediglich das zu brennende Rohmaterial in den Schacht 2 gelangt, nicht aber die Umgebungsluft. Vorzugsweise ist die Schleuse 3 derart ausgebildet, dass sie den Schacht 2 luftdicht gegen die Umgebung abdichtet und einen Eintritt von Feststoffen, wie das zu brennende Gut, in den Schacht erlaubt. 4 shows a further exemplary embodiment of a shaft furnace 1, wherein the shaft furnace 1 is designed as a direct current-countercurrent regenerative shaft furnace (GGR shaft furnace). The GGR shaft furnace 1 has two parallel and vertically aligned shafts 2. The shafts 2 of the GGR shaft furnace 1 are constructed essentially identically, so that in 4 only one of the two shafts 2 is provided with reference numbers and, for the sake of simplicity, only one of the two shafts 2 is described below. Each shaft 2 has a material inlet 3 for admitting material to be burned into the respective shaft 2 of the GGR shaft furnace 1. The material to be burned is, as in the shaft furnace 1 to 3 , in particular limestone and / or dolomite stone, preferably with a grain size of 10 to 200mm, preferably 15 to 120mm, most preferably 30 to 100mm. The material inlets 3 are arranged, for example, at the upper end of the respective shaft 2, so that the material falls into the shaft 2 through the material inlet 3 due to gravity. The material inlet 3 is designed, for example, as an upper opening of the shaft 2 and in particular as a lock 3 and preferably extends over the entire or part of the cross section of the shaft 2. A material inlet designed as a lock 3 is preferably designed in such a way that only the raw material to be burned enters shaft 2, but not the ambient air. The lock 3 is preferably designed in such a way that it seals the shaft 2 airtight from the environment and allows solids, such as the material to be burned, to enter the shaft.

Jeder Schacht 2 weist an seinem oberen Ende des Weiteren einen Abgaseinlass 14 zum Einlassen von insbesondere entstaubtem Abgas zumindest eines der Schächte 2, wobei das Abgas vorzugsweise einen CO₂-Anteil von mindestens 90Vol%, insbesondere mindestens 95Vol% aufweist und vorzugsweise nicht mit Sauerstoff angereichert ist und auch keinen oder nur eine vernachlässigbar geringe Meine an Sauerstoff beinhaltet. Des Weiteren weist jeder Schacht 2 einen Abgasauslass 4 zum Auslassen von Abgasen aus dem jeweiligen Schacht 2 auf. Jedem Abgasauslass 4 und Abgasgaseinlass 14 ist beispielhaft jeweils ein Regelorgan zugeordnet. Über die Regelorgane, wie beispielsweise einen mengenregulierbaren Verdichter, ist vorzugsweise die Menge an Abgas in den jeweiligen Abgaseinlass 14 und die Menge an über den jeweiligen Abgasauslass 4 abzuziehendes Abgas einstellbar. Der Abgaseinlass 14 und der Abgasauslass 4 sind beispielhaft auf dem gleichen Höhenniveau und insbesondere innerhalb der Vorwärmzone 21 des jeweiligen Schachts 2 angeordnet.Each shaft 2 further has an exhaust gas inlet 14 at its upper end for admitting, in particular, dedusted exhaust gas of at least one of the shafts 2, the exhaust gas preferably having a CO ₂ content of at least 90% by volume, in particular at least 95% by volume, and preferably not enriched with oxygen and also contains no or only a negligible amount of oxygen. Furthermore, each shaft 2 has an exhaust gas outlet 4 for exhausting exhaust gases from the respective shaft 2. Each exhaust outlet 4 and exhaust gas inlet 14 is assigned an example of a control element. The amount of exhaust gas into the respective exhaust gas inlet 14 and the amount of exhaust gas to be withdrawn via the respective exhaust gas outlet 4 can preferably be adjusted via the control elements, such as a quantity-adjustable compressor. The exhaust gas inlet 14 and the exhaust gas outlet 4 are, for example, arranged at the same height level and in particular within the preheating zone 21 of the respective shaft 2.

An dem unteren Endbereich des Schachts 2 ist vorzugsweise einen Kühlgaseinlass 23 zum Einlassen von Kühlgas in den jeweilige Schacht 2 angeordnet. Das Kühlgas wird vorzugsweise mittels eines Verdichters 26 in den Kühlgaseinlass geleitet.At the lower end region of the shaft 2 there is preferably a cooling gas inlet 23 for admitting cooling gas into the respective shaft 2. The cooling gas is preferably fed into the cooling gas inlet by means of a compressor 26.

Im Betrieb des GGR-Schachtofens 1 strömt das zu brennende Material von oben nach unten durch den jeweiligen Schacht 2, wobei die Kühlluft von unten nach oben, im Gegenstrom zu dem Material, durch den jeweiligen Schacht 2 strömt. Das Ofenabgas wird durch den Abgasauslass 4 aus dem Schacht 2 abgeführt.During operation of the GGR shaft furnace 1, the material to be burned flows from top to bottom through the respective shaft 2, with the cooling air flowing through the respective shaft 2 from bottom to top, in countercurrent to the material. The furnace exhaust gas is removed from the shaft 2 through the exhaust gas outlet 4.

Unterhalb des Materialeinlasses 3 und des Abgasgaseinlasses 14 schließt sich in Strömungsrichtung des Materials die Vorwärmzone 21 des jeweilige Schachtes 2 an. In der Vorwärmzone 21 wird das Material und das Abgas vorzugsweise auf etwa 700°C vorgewärmt. Vorzugsweise ist der jeweilige Schacht 2 mit zu brennendem Material gefüllt. Das Material wird vorzugsweise oberhalb der Vorwärmzone 21 in den jeweiligen Schacht 2 aufgegeben.Below the material inlet 3 and the exhaust gas inlet 14 is the preheating zone 21 of the respective shaft 2 in the direction of flow of the material. In the preheating zone 21, the material and the exhaust gas are preferably preheated to approximately 700 ° C. The respective shaft 2 is preferably filled with material to be burned. The material is preferably fed into the respective shaft 2 above the preheating zone 21.

An die Vorwärmzone 21 schließt sich in Strömungsrichtung des Materials die Brennzone 20 an. Die Brennzone 20 ist vorzugsweise mit zumindest einer oder eine Mehrzahl von Heißgaserzeugern 10 gastechnisch verbunden, sodass in dem Heißgaserzeuger 10 erhitztes Gas in die Brennzone 20 geleitet wird. Die Brennzone 20 weist beispielhaft einen Heißgaseinlass 60 auf zum Einlassen von in dem Heißgaserzeuger 10 erhitztes Abgas in die Brennzone 20. Die Heißgaserzeuger 10 sind vorzugsweise zumindest teilweise oder vollständig außerhalb der Brennzone 20 angeordnet und gastechnisch mit dieser verbunden. Die Heißgaserzeuger 10 sind vorzugsweise jeweils mit zumindest einer oder einer Mehrzahl von Lanzen verbunden, die sich in die Brennzone 20 erstrecken. Vorzugsweise sind in jedem Schacht 2 eine Mehrzahl von Lanzen und im Wesentlichen gleichmäßig zueinander beabstandet angeordnet. Der Heißgaserzeuger 10 umfasst vorzugsweise einen mit Bezug auf die 1 bis 3 beschriebenen Plasmagenerator und/ oder eine elektrische Widerstandsheizung 63, sodass das Abgas in dem Heißgaserzeuger 10 mittels Plasma, insbesondere eines Plasmastrahls, des Plasmagenerators und/oder Widerstandsheizung 63 erhitzt wird.The combustion zone 20 adjoins the preheating zone 21 in the direction of flow of the material. The combustion zone 20 is preferably gas-connected to at least one or a plurality of hot gas generators 10, so that gas heated in the hot gas generator 10 is passed into the combustion zone 20. The combustion zone 20 has, for example, a hot gas inlet 60 for admitting exhaust gas heated in the hot gas generator 10 into the combustion zone 20. The hot gas generators 10 are preferably arranged at least partially or completely outside the combustion zone 20 and are gas-connected to it. The hot gas generators 10 are preferably each connected to at least one or a plurality of lances which extend into the combustion zone 20. Preferably, a plurality of lances are arranged in each shaft 2 and are spaced substantially evenly apart from one another. The hot gas generator 10 preferably includes one with reference to 1 to 3 described plasma generator and / or an electrical resistance heater 63, so that the exhaust gas in the hot gas generator 10 is heated by means of plasma, in particular a plasma jet, of the plasma generator and / or resistance heater 63.

Der GGR-Schachtofen 1 weißt des Weiteren beispielhaft eine Umwälzeinrichtung 54 auf. Die Umwälzeinrichtung 54 umfasst vorzugsweise einen Injektor 57, wie vorangehend mit Bezug auf 1 bis 3 beschrieben, der mit der Abgasleitung 39 und einer Umwälzgasleitung 61 gastechnisch verbunden ist. Der Schacht 2 weist, vorzugsweise in der Vorwärmzone 21 oder der Brennzone 20 eine Umwälzgasanschluss 62, vorzugsweise in der Schachtwand, auf. Der Umwälzgasanschluss 62 ist insbesondere gastechnisch mit der Umwälzgasleitung 61 und dem Schachtinneren zum Abziehen oder Zuführen des Umwälzgases verbunden. Das Umwälzgas dient beispielsweise zumindest teilweise als Treibgas in dem Injektor 57. Der Injektor 57 ist insbesondere mit dem Heißgaserzeuger 10 derart gastechnisch verbunden, dass Abgas der Abgasleitung 39 durch den Injektor 57 in den Heißgaserzeuger 10 strömt. Ein Teil des Umwälzgases wird vorzugsweise mittels des Wärmetauschers 35 durch die abgegzogene Kühlluft auf eine Temperatur von insbesondere 600°C erhitzt und dem Umwälzgasanschluss 62 des Regenerativschachts zugeführt. Vorzugsweise weist die Umwälzgasleitung 61 zumindest ein oder eine Mehrzahl von Regelorganen auf, die derart ausgebildet und eingerichtet sind, dass das Umwälzgas über den Umwälzgasanschluss 62 des Brennschachts 2 aus dem Brennschacht abgezogen und über den Umwälzgasanschluss 62 des Regenerativschachts in den Regenerativschacht eingeführt wird.The GGR shaft furnace 1 also has, for example, a circulation device 54. The circulation device 54 preferably comprises an injector 57, as previously referred to 1 to 3 described, which is gas-connected to the exhaust pipe 39 and a circulating gas pipe 61. The shaft 2 has, preferably in the preheating zone 21 or the combustion zone 20, a circulating gas connection 62, preferably in the shaft wall. The circulating gas connection 62 is connected, in particular gas-technically, to the circulating gas line 61 and the interior of the shaft for withdrawing or supplying the circulating gas. The circulating gas serves, for example, at least partially as a propellant gas in the injector 57. The injector 57 is in particular gas-connected to the hot gas generator 10 in such a way that exhaust gas from the exhaust line 39 flows through the injector 57 into the hot gas generator 10. A portion of the circulating gas is preferably heated to a temperature of in particular 600 ° C by means of the heat exchanger 35 by the withdrawn cooling air and fed to the circulating gas connection 62 of the regenerative shaft. The circulating gas line 61 preferably has at least one or a plurality of control elements which are designed and set up in such a way that the circulating gas is withdrawn from the combustion shaft via the circulating gas connection 62 of the combustion shaft 2 and is introduced into the regenerative shaft via the circulating gas connection 62 of the regenerative shaft.

In der Brennzone 20 wird das vorgewärmte Material bei einer Temperatur von etwa 1000°C gebrannt, insbesondere kalziniert. Der GGR-Schachtofen 1 weist des Weiteren einen Verbindungskanal 19 zum gastechnischen Verbinden der beiden Schächte 2 miteinander auf. In dem Verbindungskanal 19 ist insbesondere kein zu brennendes Material vorhanden.In the firing zone 20, the preheated material is fired, in particular calcined, at a temperature of approximately 1000 ° C. The GGR shaft furnace 1 also has a connecting channel 19 for gas-technically connecting the two shafts 2 to one another. In particular, there is no material to be burned in the connecting channel 19.

Der GGR-Kalkofen 1 weist beispielswiese einen runden Schachtquerschnitt auf. Der Schachtquerschnitt kann jedoch eine andere geometrische Kontur aufweisen, wie beispielsweise rund, halbrund, oval, viereckig oder vieleckig. Die Brennzone 20 erstreckt sich beispielhaft in einem Schachtabschnitt mit einen im Wesentlichen konstanten oder nach unten geringfügig grösser werdenden Querschnitt.The GGR lime kiln 1, for example, has a round shaft cross section. However, the shaft cross section can have a different geometric contour, such as round, semicircular, oval, square or polygonal. The combustion zone 20 extends, for example, in a shaft section with a cross-section that is essentially constant or slightly larger towards the bottom.

An die Brennzone 20 schließt sich in Strömungsrichtung des Materials in jedem Schacht 2 eine Kühlzone 22 an, die sich bis zum Materialauslass 40 erstreckt. Jede Kühlzone 22 weist jeweils eine Kühlluftabzugseinrichtung 29 mit jeweils einem Kühlgasauslass auf. Die Kühlluftabzugseinrichtung 29 ist beispielsweise als materialfreier, insbesondere ringförmiger Raum ausgebildet. Der Kühlgasauslass ist vorzugsweise in der Schachtwand des materialfreien Raums, insbesondere am oberen Ende der Kühlzone 22 angeordnet. Das über den Kühlgaseinlass 23 in die Kühlzone 22 strömende Kühlgas strömt vorzugsweise vollständig aus dem Kühlgasauslass der Kühlluftabzugseinrichtung 29 aus dem jeweiligen Schacht 2 heraus.The combustion zone 20 is followed by a cooling zone 22 in each shaft 2 in the direction of flow of the material, which extends to the material outlet 40. Each cooling zone 22 has a cooling air extraction device 29, each with a cooling gas outlet. The cooling air extraction device 29 is, for example, material-free, in particular annular space is formed. The cooling gas outlet is preferably arranged in the shaft wall of the material-free space, in particular at the upper end of the cooling zone 22. The cooling gas flowing into the cooling zone 22 via the cooling gas inlet 23 preferably flows completely out of the cooling gas outlet of the cooling air extraction device 29 from the respective shaft 2.

Im Betrieb des GGR-Schachtofens 1 ist jeweils einer der Schächte 2 aktiv, wobei der jeweils andere Schacht 2 passiv ist. Der aktive Schacht 2 wird als Brennschacht und der passive Schacht 2 als Regenerativschacht bezeichnet. Der GGR-Schachtofen 1 wird insbesondere zyklisch betrieben, wobei eine übliche Zykluszahl beispielsweise 75 bis 150 Zyklen pro Tag beträgt. Nach Ablauf der Zykluszeit wird die Funktion der Schächte 2 getauscht. Dieser Vorgang wiederholt sich fortlaufend. Über die Materialeinlässe 3 wird abwechselnd Material wie Kalk- oder Dolomitstein in die Schächte 2 aufgegeben. In dem als Brennschacht betriebenen, aktiven Schacht 2 wird über den zumindest einen Heißgaserzeuger 10 erhitztes Abgas in den Brennschacht 2 eingeleitet. Das zu brennende Material wird in der Vorwärmzone 21 des Brennschachts auf eine Temperatur von etwa 700°C erwärmt. In dem Ausführungsbeispiel der 1 wird der linke Schacht 2 als Brennschacht betrieben, wobei der rechte Schacht 2 als Regenerativschacht betrieben wird.When the GGR shaft furnace 1 is in operation, one of the shafts 2 is active, with the other shaft 2 being passive. The active shaft 2 is called the combustion shaft and the passive shaft 2 is called the regenerative shaft. The GGR shaft furnace 1 is operated in particular cyclically, with a usual number of cycles being, for example, 75 to 150 cycles per day. After the cycle time has expired, the function of shafts 2 is swapped. This process repeats itself continuously. Material such as lime or dolomite stone is alternately fed into the shafts 2 via the material inlets 3. In the active shaft 2 operated as a combustion shaft, heated exhaust gas is introduced into the combustion shaft 2 via the at least one hot gas generator 10. The material to be burned is heated to a temperature of approximately 700 ° C in the preheating zone 21 of the combustion shaft. In the exemplary embodiment 1 the left shaft 2 is operated as a combustion shaft, with the right shaft 2 being operated as a regenerative shaft.

Im Betrieb des GGR-Schachtofens 1 strömt sowohl in dem Brennschacht 2 als auch in dem Regenerativschacht 2 das Kühlgas im Gegenstrom zu dem zu kühlenden Material durch die Kühlzone 22 und wird vorzugsweise vollständig über den Kühlgasauslass der Kühlluftabzugseinrichtung 29 aus dem Schacht 2 ausgelassen, sodass vorzugsweise kein Kühlgas von der Kühlzone 22 in die Brennzone 20 strömt. Bei dem Kühlgas handelt es sich vorzugsweise um ein Gas mit einem geringen oder keinen CO₂- Anteil, wie beispielsweise Luft.During operation of the GGR shaft furnace 1, the cooling gas flows in both the combustion shaft 2 and the regenerative shaft 2 through the cooling zone 22 in countercurrent to the material to be cooled and is preferably completely discharged from the shaft 2 via the cooling gas outlet of the cooling air extraction device 29, so that preferably no cooling gas flows from the cooling zone 22 into the combustion zone 20. The cooling gas is preferably a gas with a low or no CO ₂ content, such as air.

Innerhalb des als Brennschacht betriebenen Schachts 2 strömt das Abgas durch den Abgaseinlass 14 in den Brennschacht und im Gleichstrom mit dem Material innerhalb der Brennzone 20 in den Verbindungskanal 19 und anschließend in den als Regenerativschacht betriebenen Schacht 2. Innerhalb des Regenerativschachts strömt das Gas von dem Verbindungskanal 19 im Gegenstrom zu dem zu brennenden Material durch die Brennzone 20 in die Vorwärmzone 21 und verlässt den Regenerativschacht durch den Abgasauslass 4 des Regenerativschachts. Vorzugsweise weist das aus dem Schacht 2 ausgelassene Abgas eine Temperatur von 60°C bis 160°C, vorzugsweise 100°C auf.Within the shaft 2 operated as a combustion shaft, the exhaust gas flows through the exhaust gas inlet 14 into the combustion shaft and in cocurrent with the material within the combustion zone 20 into the connecting channel 19 and then into the shaft 2 operated as a regenerative shaft. Within the regenerative shaft, the gas flows from the connecting channel 19 in countercurrent to the material to be burned through the combustion zone 20 into the preheating zone 21 and leaves the regenerative shaft through the exhaust gas outlet 4 of the regenerative shaft. The exhaust gas discharged from the shaft 2 preferably has a temperature of 60 ° C to 160 ° C, preferably 100 ° C.

Das Abgas wird in eine sich an den Abgasauslass 4 anschließende Abgasleitung 39 geleitet. Die Abgasleitung 39 weist in Strömungsrichtung des Abgases im Anschluss an den Abgasauslass 4 optional einen Abgasfilter 31 zum Filtern von feinen Partikeln, insbesondere Staub, aus dem Abgas auf. Die Abgasleitung 39 ist beispielhaft mit einem Ventilator 34 verbunden, der insbesondere stromabwärts des Abgasfilters 31 angeordnet ist. Die Abgasleitung 39 ist vorzugsweise mit den Abgaseinlässen 14 der Schachte 2 verbunden, wobei über ein dem Abgaseinlass 14 vorgeschaltetes Regelorgan vorzugsweise lediglich dem Abgaseinlass 14 des als Brennschacht betriebenen Schachts 2 das Abgas zugeführt wird.The exhaust gas is directed into an exhaust gas line 39 which adjoins the exhaust gas outlet 4. The exhaust pipe 39 optionally has an exhaust gas filter 31 for filtering fine particles, in particular dust, from the exhaust gas in the direction of flow of the exhaust gas following the exhaust gas outlet 4. The exhaust line 39 is, for example, connected to a fan 34, which is arranged in particular downstream of the exhaust filter 31. The exhaust pipe 39 is preferably connected to the exhaust gas inlets 14 of the shaft 2, with the exhaust gas preferably only being supplied to the exhaust gas inlet 14 of the shaft 2 operated as a combustion shaft via a control element upstream of the exhaust gas inlet 14.

An den Verdichter 34 schließt sich stromabwärts in der Abgasleitung 39 eine Kühleinrichtung 32 an, wobei ein Teil des Abgases stromabwärts der Kühleinrichtung 32 vorzugsweise mittels eines Verdichters 33 abgeführt wird Die Kühleinrichtung 32 ist beispielsweise ein Wärmetauscher, der vorzugsweise mit einem Kühlmittel, wie Wasser, im Gegenstrom bestrieben wird. Das Abgas wird vorzugsweise stromabwärts der Kühleinrichtung über eine Abzweigung teilweise in einen Gastank 64 zur Verstetigung des zyklischen Abgasstroms abgeführt und teilweise dem GGR-Schachtofen 1 wieder zugeführt.A cooling device 32 is connected to the compressor 34 downstream in the exhaust pipe 39, with part of the exhaust gas being discharged downstream of the cooling device 32, preferably by means of a compressor 33. The cooling device 32 is, for example, a heat exchanger, which is preferably provided with a coolant, such as water Countercurrent is operated. The exhaust gas is preferably partially discharged downstream of the cooling device via a branch into a gas tank 64 to stabilize the cyclic exhaust gas flow and partially fed back to the GGR shaft furnace 1.

Die Abgasleitung 39 weist beispielhaft stromabwärts der Kühleinrichtung 32 einen Wärmetauscher 35 zur Erwärmung des Abgases auf. Der Wärmetauscher 35 ist beispielhaft als Rekuperator ausgebildet, wobei das Abgas im Gegenstrom zu dem abgezogenen Kühlgas erwärmt wird und sich das Kühlgas gleichzeitig abkühlt. Der Wärmetauscher 35 ist insbesondere über eine Kühlluftabzugsleitung 11 mit den Kühlgasauslässen beider Schachte 2 verbunden, sodass das Abgas in dem Wärmetauscher 35 mittels des abgezogenen Kühlgases vorzugsweise im Gegenstrom erwärmt wird. Im Anschluss an den Wärmetauscher 35 weist die Kühlluftabzugsleitung 11 optional ein Regelorgan zum Einstellen der abzuziehenden Kühlgasmenge und einen Filter 42 zum Entstauben des Kühlgases auf. Das Abgas wird in dem Wärmetauscher 35 vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 500°C bis 800°C, insbesondere 600°C erhitzt. Das in dem Wärmetauscher 35 erhitzte Abgas wird anschließend vorzugsweise dem Heißgaserzeuger 10 zugeführt. Das Kühlgas wird im Anschluss an den Filter 42 beispielhaft einem weiteren Wärmetauscher 45 zugeführt, der mit der Abgasleitung 39 verbunden ist, dass das Abgas vorzugsweise im Gegenstrom mittels des Kühlgases erwärmt wird.The exhaust line 39 has, for example, a heat exchanger 35 downstream of the cooling device 32 for heating the exhaust gas. The heat exchanger 35 is designed, for example, as a recuperator, with the exhaust gas being heated in countercurrent to the withdrawn cooling gas and the cooling gas cooling down at the same time. The heat exchanger 35 is connected in particular via a cooling air extraction line 11 to the cooling gas outlets of both shafts 2, so that the exhaust gas in the heat exchanger 35 is preferably heated in countercurrent by means of the withdrawn cooling gas. Following the heat exchanger 35, the cooling air extraction line 11 optionally has a control element for adjusting the amount of cooling gas to be withdrawn and a filter 42 for removing dust from the cooling gas. The exhaust gas is preferably heated in the heat exchanger 35 to a temperature of approximately 500 ° C to 800 ° C, in particular 600 ° C. The exhaust gas heated in the heat exchanger 35 is then preferably fed to the hot gas generator 10. Following the filter 42, the cooling gas is fed, for example, to a further heat exchanger 45, which is connected to the exhaust line 39, so that the exhaust gas is preferably heated in countercurrent by means of the cooling gas.

Die Kühlluftabzugseinrichtung 29 weist vorzugsweise ein Regelorgan auf, wie beispielsweise ein Ventil oder eine Klappe, über welches die Menge an über die Kühlluftabzugseinrichtung 29 abzuführendem Kühlgas einstellbar ist. Die Regelung dient insbesondere einem möglichst vollständigen Abzug des Kühlgases aus dem GGR-Schachtofen 1 bei einem gleichzeitig möglichst geringen oder vorzugsweise keinem CO₂ in der Kühlluftabzugseinrichtung 29.The cooling air extraction device 29 preferably has a control element, such as a valve or a flap, via which the amount of cooling gas to be removed via the cooling air extraction device 29 can be adjusted. The regulation is intended in particular to be as complete as possible The cooling gas is withdrawn from the GGR shaft furnace 1 while at the same time having as little or preferably no CO ₂ as possible in the cooling air extraction device 29.

Die Abgasleitung 39 ist vorzugsweise über eine Vielzahl von Verdichtern 35 mit dem Wärmetauscher 35, dem Heißgaserzeuger 10, dem Injektor 57 und oder dem Abgaseinlass 14 des Schachts verbunden. Die Abgasleitung weist insbesondere eine Mehrzahl von Regelorganen, wie beispielsweise Ventile oder Klappen auf, die derart ausgebildet und eingerichtet sind, dass das Abgas ausschließlich dem als Brennschacht betrieben Schacht 2 zugeführt wird und vorzugsweise aus dem als Regenerativschacht betriebenen Schacht 2 abgeführt wird.The exhaust pipe 39 is preferably connected via a plurality of compressors 35 to the heat exchanger 35, the hot gas generator 10, the injector 57 and/or the exhaust gas inlet 14 of the shaft. The exhaust gas line in particular has a plurality of control elements, such as valves or flaps, which are designed and set up in such a way that the exhaust gas is supplied exclusively to the shaft 2 operated as a combustion shaft and is preferably removed from the shaft 2 operated as a regenerative shaft.

Der mit dem vorangehend beschriebenen GGR-Schachtofen 1 der 4 hergestellte Kalk weist eine hohe Reaktivität auf, wobei gleichzeitig Prozessgas mit einem CO₂-Gehalt von mehr als 90% bezogen auf trockenes Gas hergestellt wird. Bei einem solchen Prozessabgas ist es mit geringerem Aufwand möglich, dieses zu verflüssigen und zu sequestrieren. Beispielsweise wird das verflüssigte Prozessabgas weiteren Verfahrensschritten zugeführt oder gelagert. Alternativ kann mit dem vorangehend beschriebenen GGR-Schachtofen auch Abgas mit weniger CO2-Gehalt, beispielsweise 45% für die Sodaherstellung oder 35% für die Zuckerherstellung oder 30% für die Herstellung von gefälltem Kalziumkarbonat, erzeugt werden.The one with the GGR shaft furnace 1 described above 4 The lime produced has a high reactivity, while at the same time process gas with a CO ₂ content of more than 90% based on dry gas is produced. With such process waste gas, it is possible to liquefy and sequester it with less effort. For example, the liquefied process exhaust gas is fed to further process steps or stored. Alternatively, the GGR shaft furnace described above can also be used to generate exhaust gas with a lower CO2 content, for example 45% for soda production or 35% for sugar production or 30% for the production of precipitated calcium carbonate.

5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schachtofens 1, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der Schachtofen entspricht größtenteils dem der 1 bis 3, wobei der Schachtofen der 5 keine Umwälzgaseinrichtung und keinen Injektor aufweist. Die Heißgaserzeuger 10 des Schachtofens der 5 sind beispielhaft auf gleicher Höhe an der Brennzone angeordnet und jeweils oder zusammen mit einem Plasmagenerator und/ oder einer elektrischen Widerstandsheizung 63 verbunden. Das Abgas des Schachtofens 1 der 5 weist vorzugsweise einen CO₂- Gehalt von mindestens 95Vol%, insbesondere mindestens 95Vol% auf. 5 shows a further exemplary embodiment of a shaft furnace 1, with the same elements being provided with the same reference numerals. The shaft furnace largely corresponds to that of the 1 to 3 , whereby the shaft furnace is the 5 has no circulating gas device and no injector. The hot gas generator 10 of the shaft furnace 5 are, for example, arranged at the same height on the combustion zone and each or together with a plasma generator and / or an electrical resistance heater 63 connected. The exhaust gas from shaft furnace 1 5 preferably has a CO ₂ content of at least 95% by volume, in particular at least 95% by volume.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11: SchachtofenShaft furnace
22: Schachtshaft
33: Materialeinlass/ SchleuseMaterial inlet/lock
44: Abgasauslassexhaust outlet
66: oberer Innenzylinderupper inner cylinder
77: KühllufteinlassCooling air inlet
88th: obere Heißgaskammerebeneupper hot gas chamber level
99: untere Heißgaskammerebenelower hot gas chamber level
1010: HeißgaserzeugerHot gas generator
1111: KühlluftabzugsleitungCooling air exhaust line
1212: GasauslassGas outlet
1313: BrennstoffleitungFuel line
1414: AbgaseinlassExhaust inlet
1515: GaseinlassGas inlet
1616: erster materialfreier Raumfirst material-free space
1717: UmwälzgaseinlassCirculation gas inlet
1818: UmwälzgasauslassCirculation gas outlet
1919: Abgasauslassexhaust outlet
2020: BrennzoneBurn zone
2121: VorwärmzonePreheating zone
2222: KühlzoneCooling zone
2323: GegenstrombrennzoneCountercurrent combustion zone
2424: GleichstrombrennzoneDC burning zone
2525: AuslasstrichterOutlet funnel
2626: KühlluftverdichterCooling air compressor
2727: KühlluftverdichterCooling air compressor
2828: Verdichter / VentilatorCompressor/fan
2929: KühlluftabzugseinrichtungCooling air extraction device
3030: Verdichter / VentilatorCompressor/fan
3131: AbgasfilterExhaust filter
3232: KühleinrichtungCooling device
3333: Verdichter / VentilatorCompressor/fan
3434: Verdichter / VentilatorCompressor/fan
3535: erster Wärmetauscherfirst heat exchanger
3636: KühlgasauslassCooling gas outlet
3737: RingspaltAnnular gap
3838: SeitenbrennerSide burner
3939: Abgasauslassleitung/ AbgasleitungExhaust outlet pipe/exhaust pipe
4040: Materialauslass/ SchleuseMaterial outlet/lock
4141: AustragsvorrichtungDischarge device
4242: Filterfilter
4343: TreibgasleitungFuel gas line
4444: RegeleinrichtungControl device
4545: WärmetauscherHeat exchanger
4646: Regelorganregulatory body
4747: KühlluftleitungCooling air line
4848: dritter materialfreier Raumthird material-free space
4949: vierter materialfreier Raumfourth material-free space
5050: Filterfilter
5151: Verdichter / VentilatorCompressor/fan
5252: zweiter Wärmetauschersecond heat exchanger
5353: unterer Innenzylinderlower inner cylinder
5454: UmwälzeinrichtungCirculation device
5555: zweiter materialfreier Raumsecond material-free space
5757: Injektorinjector
5858: Innenzylinderinner cylinder
5959: Auslassoutlet
6060: HeißgaseinlassHot gas inlet
6161: UmwälzgasleitungCirculation gas line
6262: UmwälzgasanschlussCirculation gas connection
6363: PlasmageneratorPlasma generator
6464: Gastankgas tank

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

CH 378217 A [0002]
WO 2022229118 A1 [0002]

Claims

Method for firing material, in particular carbonate-containing material, in a shaft furnace (1) with at least one shaft (2), the material passing through a material inlet (3) into a preheating zone (21) for preheating the material, a firing zone (20) for firing the material and a cooling zone (22) for cooling the fired material flows to a material outlet (40), wherein cooling air is admitted into the cooling zone (22), the exhaust gas being discharged from the preheating zone of a shaft (2) via an exhaust gas outlet (19), characterized in that the combustion zone (20) is supplied with a gas stream for burning the material, which is heated by means of an electrically operated hot gas generator (10).

Procedure according to Claim 1 , wherein the exhaust gas released from the preheating zone of the shaft (2) via the exhaust gas outlet (19) is at least partially heated by means of the hot gas generator (10) and directed into the combustion zone (20).

Method according to one of the preceding claims, wherein the exhaust gas has a CO ₂ content of at least 95% by volume.

Method according to one of the preceding claims, wherein the electrically operated hot gas generator (10) heats the gas, in particular the exhaust gas, outside the at least one shaft (2).

Method according to one of the preceding claims, wherein the gas within the hot gas generator (10) is heated by means of plasma and/or an electrical resistance heater.

Procedure according to Claim 5 , whereby the plasma is generated using a non-transferred direct current arc.

Method according to one of the preceding claims, wherein the exhaust gas is at least partially accelerated in the direction of the hot gas generator (10) by means of an injector (57).

Procedure according to Claim 7 , wherein a circulating gas is removed from the combustion zone (20) and introduced into the combustion zone (20) together with the exhaust gas by means of the injector (57).

Shaft furnace (1) for firing material, in particular carbonate-containing material, with at least one shaft (2), having a material inlet (3) in the direction of flow of the material, a preheating zone (21) for preheating the material, a firing zone (20) for firing the material, a Cooling zone (22) for cooling the fired material, and a material outlet (40) for discharging the material from the shaft furnace (1), the shaft furnace (1) having an exhaust gas outlet (19) for discharging exhaust gas from the preheating zone of a shaft (2) has, characterized in that the shaft furnace (2) has an electrically operable hot gas generator which is gas-connected to the combustion zone (20) for burning the material.

Shaft furnace (1). Claim 9 , wherein the exhaust gas outlet (19) is connected to the hot gas generator (10) and the combustion zone (20) for returning the exhaust gas, so that the exhaust gas is heated by the hot gas generator (10) and introduced into the combustion zone (20).

Shaft furnace (1) according to one of the preceding claims, wherein the hot gas generator (10) is arranged outside the at least one shaft (2) of the shaft furnace (1).

Shaft furnace (1) according to one of the Claims 9 until 11 , wherein the hot gas generator (10) has an electrically operable plasma generator and / or an electrical resistance heater (63), which is designed and arranged to heat the gas within the hot gas generator (10).

Shaft furnace (1) according to one of the Claims 9 until 12 , wherein the plasma generator (63) is a non-transferred direct current plasma generator which is designed to generate the plasma by means of a non-transferred direct current arc.

Shaft furnace (1) according to one of the preceding claims, wherein the shaft furnace (1) comprises an injector (57) which is connected to the exhaust gas line (39, 43) and the hot gas generator (10) in terms of gas technology and is designed such that it feeds the exhaust gas accelerated in the direction of the hot gas generator (10).

Shaft furnace (1). Claim 12 , wherein the shaft furnace (1) has a circulation device (54) for circulating circulating gas within the combustion zone (20) and wherein the circulating device (54) is gas-connected to the injector (57), so that the exhaust gas is at least partially together with the circulating gas the combustion zone (20) is introduced.