DE2428891C3 - Schachtofen zum Schmelzen von mineralischen Substanzen zur Herstellung von Mineralwolle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schachtofen zum Schmelzen von mineralischen Substanzen zur Herstellung von Mineralwolle, welcher zweiteilig mit einem unteren und oberen Teil ausgebildet ist, wobei am oberen Teil eine Beschickungsvorrichtung für die zu *5 schmelzenden mineralischen Substanzen und Koks vorgesehen ist und das untere als Verbrennungsstelle dienende Teil im Bereich des Ofenbodens mit Windformen zum Zuführen von Gebläseluft versehen ist.

Beim Schmelzen von verschiedenen Arten von Materialien, insbesondere von Mineralien, z. B. beim Schmelzen von Stein, Schlacken u.dgl. zwecks Erreichung einer Schmelze, die zu Mineralwolle gesponnen werden kann, hat man bisher praktisch ausschließlich Schachtöfen oder Kupolofen benutzt, und man hat auch große und umfassende Erfahrung mit solchen Öfen, öfen dieser Art haben außerdem Bedeutung im Anschluß an Schmelzen von Eisen, aber auch für das Schmelzen von anderen Metallen bei der Herstellung von verschiedenen Arten von Legierungen.

Man weiß aus Erfahrung, daß solche öfen nicht alle Wünsche zufriedenstellen. Sie erfordern beispielsweise einen sehr großen Brennstoffverbrauch. Dies hängt damit zusammen, daß die aufsteigenden Verbrennungs- ¹^ gase bzw. Rauchgase zwar anfangs zu ihrem hauptsächlichen Anteil aus Kohlendioxyd (CO₂) bestehen, aber während der aufsteigenden Bewegung treffen sie auf nicht verbrannten Brennstoff (C), üblicherweise in der Form von Koks, wobei eine Reduktion unter Bildung von Kohlenmenoxyd (CO) Stattfindet.

CO enthält weiter eine wesentliche Energiemenge, welche durch Verbrennung unter Bildung von weiterem CO2 hätte nutzbar gemacht werden können. Die Reduktion unter Bildung von CO bedeutet außerdem Verbrauch eines Teiles desjenigen Kohlenstoffes (C), welcher besser als Brennstoff in der Schmelzzone des Ofens hätte benutzt werden können.

Diese beiden Umstände sind Ursache für die auffallendsten Übelstände bei den älteren öfen, die aber noch weitere Nachteile mit sich bringen. Gebildetes CO wurde in der Regel in die Außenluft hinausgelassen. Es ist stark giftig und bedeutete deshalb eine umgebungszerstörende Erscheinung.

In der Regel enthält Koks des weiteren auch bestimmte Mengen von Schwefel (S). Auch der hauptsächliche Anteil von diesem Schwefel wird in der Schmelzzone unter Bildung von Schwefeldioxyd (SO2) verbrannt. Man kann jedoch nicht verhindern, daß auch eine Reduktion von SO2 unter Mitwirkung von in den Verbrennungsgasen vorhandenem Wasser (H₂O) stattfindet, und bei der letzterwähnten Reduktion bildet sich Schwefelwasserstoff (IbS). Sauerstoff, welcher dabei freigemacht wird, reagiert mit dem glühenden Koks unter Bildung von weitcrem CO. H₂S ist zwar an sich ebenfalls stark giftig, kommt aber in derart kleinen

Mengen vor, daß seine Giftwirkung in der Regel vernachlässigt werden kann. Ernst ist indessen der intensive und unangenehme Geruch, den H2S besitzt, auch wenn es in sehr kleinen Mengen vorhanden ist und ι welcher als ein großer Übelstand aufgefaßt wird.

Man muß somit irgendeine Art von Kompromiß finden, so daß sowohl die Menge an CO als auch die Menge an H2S vermindert wird, damit die Umgebungsbedingungen zufriedenstellend sind, gleichzeitig aber auch die ökonomischen Betriebsbedingungen berücksichtigt sind. Dabei ist zu bemerken, daß es sich in der Praxis gezeigt hat, daß ein bestimmter, nicht völlig klargelegter Zusammenhang zwischen der Menge CO und der Menge H₂S in den Rauchgasen gegeben ist, so daß man durch Maßnahmen, die zu einer Verminderung der Bildung an CO oder zu einer Verminderung der Menge zurückbleibenden CO in den Rauchgasen führen, in der Regel auch eine bestimmte Verminderung der Bildung von H₂S bzw. der Menge des in den Rauchgasen zurückbleibenden H2S erreicht wird. Es dürfte möglich sein, auf diese Weise mit an sich bekannten Mitteln die Menge zurückbleibenden CO und H₂S so weit zu vermindern, daß die Gefahr für eine Umgebungszerstörung aufgrund von zurückbleibender Menge CO als in der Hauptsache aus der Welt gebracht betrachtet werden kann, aber aufgrund des intensiven Geruchs von H₂S bleibt bei dieser Verminderung jedoch weiterhin ein so starker Geruch zurück, daß dieser als ein umgebungsstörendes Moment aufgefaßt wird.

Hieraus wird deutlich, welche Schwierigkeiten beim so' Betrieb von Kupolofen und Schachtofen vorhanden sind, Es sind bereits mehrere verschiedene Vorschläge gemacht worden, um den genannten Übelständen Rechnung zu tragen.

Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedenartige Verfahren zum Schmelzen von Material sowie Schachtofenkonstruktionen bekannt.

Aus der DE-PS 5 40 017 ist ein Verfahren zum Schmelzen von Material in einem Schachtofen bekannt, bei dem als Brennstoff Koks und als verbrennungsförderndes Medium Luft eingeführt wird, die durch Windformen in der Nähe des Ofenbodens zugeführt wird. Ferner ist hieraus bekannt, die bei der Verbrennung des Kokses entstehenden Gase aus Kohlenmonoxyd in einer Zone zu verbrennen, in der die Bildung des Kohlenmonoxyds aufgehört hat, wobei als verbrennungsfördemdes Medium über Düsen Zusatzluft in den Schacht des Kupolofens eingeblasen wird. Bei diesem bekannten Verfahren läßt man aber absichtlich den unteren Teil des Ofens als Gasgenerator arbeiten. Dieses absichtlich erzeugte Generatorgas wird durch den Schacht nach oben geführt. An höheren Stellen des Schachtofens wird Luft zugeführt, um die nachzuverbrennenden Gasteile zu verbrennen. In der Praxis ist jedoch eine vollkommene Nachverbrennung von CO und SO2 irr. Schacht nicht durchzuführen, so daß die aus dem Schacht austretenden Rauchgase sehr reich an CO und SO₂ bleiben.

Aus der DE-PS 6 02 085 ist weiterhin ein Verfahren zur Regelung des Ofenganges in Schachtofen bekannt, und zwar wird hier vorgeschlagen, statt Luft Wasserdampf oder ein anderes Gas für die Ofengangregelung zu verwenden.

Aus der DE-OS 14 33 832 sind ferner Überführungsleitungen und Druckerhöhungsanlagen bekannt, die t~i jedoch lediglich zur stufenweisen Zuführung von Verbrennungsluft dienen.

Aus der DE-AS 11 45 748 ist schließlich noch bekannt.

eine Brennkammer im Bedarfsfall auch als Nachverbrennungsraum für Gichtgase zu benutzen. Ansonsten geht es bei diesem Stand der Technik aber um ein völlig anderes Problem, nämlich um das beschleunigte Anheizen von mit Heißluft betriebenen Schachtöfen, die mit einem durch besondere Brennstoffzufuhr zusätzlich beheizbaren Lufterhitzer ausgestattet sind, und zwar soll hier im wesentlichen die Luft vor und während des Anheizens des Ofens im Lufterhitzer beliebig oft umgewälzt werden, bevor die Luft in den Ofen eintritt Im Zusammenhang mit dem beschleunigten Anheizen geht es natürlich auch um eine Wärmeausnutzung, zu welchem Zweck die Gichtgase zur Nachverbrennung herangezogen werden.

Ausgehend von dem zu Anfang erläuterten bekannten Schachtofen und den weiter oben erläuterten Erkenntnissen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Schachtofen zu schaffen, welcher unter verhältnismäßig geringem Bauaufwand eine wirksame Beseitigung der giftigen und unangenehm riechenden Bestandteile von CO und SO₂ bzw. H₂S aus den Rauchgasen gestattet.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen den beiden Schachtofenteilen eine Verengung vorgesehen ist, daß unterhalb dieser Verengung Ableitungen für die durch Verbrennung des Kokses entstehenden und Kohlenstoffmonoxyd (CO) und/oder Schwefelwasserstoff (H₂S) enthaltenden Rauchgase angeordnet sind, daß diese Ableitungen in an sich bekannter Weise mit einer N ach verbrennungskammer verbunden sind, daß die Nachverbrennungskammer mit mindestens einer Zuleitung für gesonderte Verbrennungsluft versehen ist und daß eine Rückführleitung für mindestens einen Teil der durch Nachverbrennung entstehenden Rauchgase zwischen der Nachverbrennungskammer und dem oberen Schachtofenteil vorhanden ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schema, und zwar ein Vertikalschnitt durch einen Schachtofen, dargestellt.

Der Ofenschacht besteht aus zwei Hauptteilen und zwar aus einem unteren Teil 10 und aus einem oberen Teil 11, die mittels einer Verengung 12 voneinander getrennt sind. In dem unteren Bereich des unteren Teiles 10 ist eine aus hochwertigem, feuerfestem Material ausgeführte oder mit Wasserkühlung versehene Ummantelung 13 angeordnet. Oberhalb davon ist der Ofenschacht 14 angeordnet, der beispielsweise aus Mauerwerk hergestellt ist.

Windformen 15 sind in dem untersten Teil des Bereichs 13 zwecks Zufuhr von Gebläseluft durch Kanäle 16 angeordnet, welche von einem den Ofen umgebenden Gebläseluftkasten 17 gespeist werden. Da es vorteilhaft ist, daß diese Gebläseluft vorerwärmt ist, sollten der Gebläsekasten 17 sowie die Kanäle 16 wärmeisoliert sein, wie dies durch die Isolationsschicht 18 angegeben worden ist.

Zwecks Herabführung der Verbrennungsgase aus dem Ofen ist eine Ejektorvorrichtung vorhanden, wobei man von einem ringförmigen, die Drosselstelle 19 umgebenden Luftverteilungskasten 20 Ejektorluft durch Rohre 21 hineinführt, welche in Ejektormundstücken 21 der Drosselstelle münden, so daß die Verbrennungsgase zusammen mit der Treibluft in der ringförmigen Kammer 23 gesammelt werden, in welcher außerdem Zündbrenner 24 angeordnet sind. um. falls die

Verbrennung aufgrund von zufälligem Mangel an brennbarem Material wie CO oder H2S erlöschen sollte, diese Verbrennung wieder zu zünden, sobald wieder brennbares Material in genügender Menge vorhanden ist. Ein Teil der Verbrennungsgase kann aus der ringförmigen Kammer 23 durch Rohre 25 entfernt werden und wird dann beispielsweise zu einem Wärmetauscher zwecks Erwärmung der Gebläseluft od. dgl. geleitet. Von derselben Kammer 23 wird wenigstens ein Teil der Verbrennungsgase aufwärts geleitet, beispielsweise durch ein Ejektormundstück 26 und mit Hilfe von unter Druck stehender Treibluft, welche von einem Sammelkanal 27 zugeführt wird und durch Treibmundstücke 28 zu einer Sammelkammer 29, welche gleich den übrigen Luft- oder Gaskammern in der Vorrichtung vorzugsweise ringförmig angeordnet ist und den Ofen umgibt. Es soll bemerkt werden, daß zwar weiter oben von Treibluft für die Ejektorvorrichtungen gesprochen wurde, daß damit aber nicht gemeint ist, daß es sich notwendigerweise um Luft im eigentlichen Sinne handeln muß, sondern daß man mit gleichem Vorteil ein anderes Gas unter Druck benutzen kann, beispielsweise Verbrennungsgase, wenn solche zur Verfügung stehen, insbesondere in gegebenenfalls vorhandenen anderen Ejektoren. Es ist in vielen Fällen auch vorteilhaft, bei der Herstellung dieser Treibluft Wasser in solcher Form zuzusetzen, daß die Treibluft in der Verbrennungskammer 23 in angemessenem Maße mit Wasserdampf versetzt wird, so daß eine Katalyse der CO-Verbrennung in der Verbrennungskammer 29 zur Kühlung des Gasgemisches erfolgt.

Von der Sammelkammer 29 leiten Rohre 30 zu Löchern 31 im Boden des oberen Ofenteiles 11 oberhalb der Verengung 19. Durch diese Rohre werden somit Verbrenniingsgase von der Kammer 29 zugeführt. Die Menge solcher Verbrennungsgase wird so gewählt, daß man eine geeignete Vorwärmung des Schmelzgutes in dem Schacht 32 innerhalb des oberen Ofenteiles U erhält. Schließlich werden die somit behandelten Rauchgase durch eine Rohrleitung 33 aus dem Ofenschacht entfernt, nachdem sie durch das chargierte Material geströmt sind, welches durch die Schachtmündung 34 aufgefüllt worden ist. Die obere Fläche des Materials ist durch die Konturlinie 34a angedeutet.

Es wird ferner bemerkt, daß zwecks Verbesserung der Wärmeökonomie in dem Ofen dieser im Ganzen mittels eines wärmeisolierenden Materials in Form von Wänden 35 umgeben ist, welche ebenfalls die Hilfskammer und -Kanäle in erwünschtem Umfange umschließen.

Der oben beschriebene Schachtofen arbeitet in der folgende Weise: Je nachdem die Verbrennung in der eigentlichen Verbrennungszone innerhalb des unteren Bereiches des Teiles 10 in dem Ofen stattfindet, sinkt das chargierte Material im Schacht ti abwärts. Es wird während dieser ganzen Zeit aufgrund der aufsteigenden heißen Gase vorerwärmt, welche durch die Löcher 31 eingeführt werden, und da sich diese Gase im Gcgenstrom gegen das Herabsinken des chargierten Materials bewegen, wird dieses Material eine höhere Temperatur zeigen, je weiter abwärts es sich in dem Schacht befindet Wenn es sich beispielsweise um einen Schachtofen zum Schmelzen von Mineral zwecks Herstellung von Mineralwolle handelt, wird das Material durch den Schachttrichter 34 eingeführt und mit Brennstoff vermischt beispielsweise mit Koks. Die Schmelze wird danach in der unteren Ebene innerhalb des Teiles 13 angesammelt, um durch Löcher 16 angezapft zu werden, welche oberhalb der Bodenklappen 37 angeordnet sind.
In den Abgasen aus der Schmelzzone wird somit sowohl CO wie H2S vorhanden sein. Diese sind die nicht erwünschten gasförmigen Erzeugnisse, welche nach der vorliegenden Erfindung verbrannt werden sollen. Für diese Verbrennung wird einerseits gefordert, daß an der Stelle der Nachverbrennung eine angemessene Temperatur vorhanden ist und andererseits, daß an dieser Stelle sauerstoffreiche Luft vorhanden ist. Die Verbrennung soll in der Hauptsache mit Hilfe von Luft stattfinden, welche von dem Sammelkanal 20 durch Ejektormundstücke 21 eingeführt wird. Die Temperatur des sich ergebenden Verbrennungsgases wird beispielsweise durch Zusatz von kälteren Verbrennungsgasen durch die Mundstücke 28 geregelt. Die Verteilung und die Menge dieses Mischgases wird in geeigneter Weise geregelt, vorzugsweise in den Rauchgasleitungen 30 durch temperaturfühlende Mittel 38, welche zwecks Regelung Impulse zu einem Zählwerk oder einem Kalkulator 39 geben, von wo aus Ventile 41 in den Rohrleitungen 28 betätigt werden. In der Zeichnung ist nur ein einziges Ventil in der Rohrleitung gezeigt, es versteht sich aber, daß man eine Mehrzahl solcher Ventile anordnen kann. Außerdem kann man die Ventile an anderen Stellen in der Anlage anordnen, wobei man jedoch dafür Sorge tragen muß, daß sie gemeinsam die Menge und die Temperatur der Nachverbrennungsluft regeln, welche durch die Löcher 31 zugeführt wird. In den Leitungen 30 sind weitere Ventile 40 eingesetzt worden, um die Menge des zum Ofenschacht zurückgeführten Gases zu regeln.
Auf welche Weise diese Nachverbrennung stattfindet, ist dem Obigen zu entnehmen. Dabei ist es von Wichtigkeit, daß der eigentliche Verbrennungsraum in dem unteren Teil 10 des Schachtofens von dem Nachverbrennungsraum in dem oberen Teil 11 des Sichachtofens getrennt ist, was durch die Drosselung bzw. Verengung stattfand, die sich innerhalb des mittleren Teiles 12 des Schachtofens befindet. Diese Drosselung bewirkt, daß die aufsteigenden Rauchgase leichter den Abzug durch die Ejektorvorrichtungen 21, 22 zu der ringförmigen Kammer 23 finden, wobei gleichzeitig die Verbrennung und der dabei entstehende Druckzustand in einer Weise stabilisiert werden, daß die nachfolgende Regelung der Menge und der Temperatur der Nachverbrennungsluft erleichtert wird.

Zur Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Schachtofens wird noch folgendes ausgeführt

Bei der Verbrennung des Kokses entstehendes CO und/oder H2S wird unter Reaktion zwischen den Rauchgasen einerseits und der davon abgetrennten Gebläseluft anderseits nachverbrannt, wobei die Geblä- seluft in einer Höhe wesentlich oberhalb der Stelle zugeführt wird, an der die erstgenannte Gebläseluft zugeleitet wurde. Die weitere Gebläseluft wird dabei in einer höhe Zugesetzt in welcher die Bildung von CO wenigstens in der Hauptsache aufgehört hat und die

w> Temperatur stets derart hoch ist daß das Gemisch von Gas und Luft selbstbrennend ist

Vorteilhaft benutzt man als Brennstoff Koks, der in an sich bekannter Weise mit einer Schutzschicht versehen ist wobei die Schutzschicht einen Schmelzpunkt

us aufweist welcher im Verhältnis zu den im Schachtofen außerhalb der eigentlichen Verbrennungszone vorhandenen Temperaturen hoch ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Schachtofen zum Schmelzen von mineralischen Substanzen zur Herstellung von Mineralwolle, welcher zweiteilig mit einem unteren und oberen Teil ausgebildet ist, wobei am oberen Teil eine Beschickungsvorrichtung für die zu schmelzenden mineralischen Substanzen und Koks vorgesehen ist, und das untere als Verbrennungsstelle dienende Teil to im Bereich des Ofenbodens mit Windformen zum Zuführen von Gebläseluft versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Schachtofenteilen (10, 13; 11, 35) eine Verengung (12, 19) vorgesehen ist, daß unterhalb dieser >5 Verengung Ableitungen (22) für die durch Verbrennung des Kokses entstehenden und Kohlenstoffmonoxyd (CO) und /oder Schwefelwasserstoff (H₂S) enthaltenden Rauchgase angeordnet sind, daß diese Ableitungen mit einer Nachverbrennungskammer (23) verbunden sind, daß die Nachverbrennungskammer mit mindestens einer Zuleitung (21) für gesonderte Verbrennungsluft versehen ist, und daß eine Rückführleitung (30) für mindestens einen Teil der durch Nachverbrennung entstehenden Rauchgase zwischen der Nachverbrennungskammer (23) und dem oberen Schachtofenteil (11,35) vorhanden ist.

2. Schachtofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachverbrennungskammer (23) an einer Stelle angeordnet ist, welche oberhalb der Windformen liegt, an welcher ferner die Bildung von Kohlenmonoxyd (CO) wenigstens in der Hauptsache aufgehört hat und an welcher die Temperatur stets so hoch ist, daß das Gemisch aus abgeleitetem Rauchgas und gesonderter Verbrennungsluft selbstverbrennend ist

3. Schachtofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Wege der abgeleiteten Rauchgase Druckerhöhungseinrichtungen, vorzugsweise Strahlpumpen (21,22; 26,28), vorgesehen sind.

4. Schachtofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Strahlpumpen (21, 22; 26, 28) mit Luft unter Druck, gegebenenfalls unter Zusatz von Wasser und/oder Wasserdampf, gespeist sind.

5. Schachtofen nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zwei Strahlpumpen (21, 22; 26, 28) zwecks Übertragung der Rauchgase von der Verbrennungszone (10) zu dem oberen Teil (11) des Ofenschachtes vorgesehen sind.

6. Schachtofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch .gekennzeichnet daß Vorrichtungen zum Einmischen von Wasser und/oder Wasserdampf in den Rauchgasstrom an einer Stelle vor dem Wiedereintritt (31) in den Schachtofen angeordnet sind.

7. Schachtofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Kanal (25) zum Abieiten des Überschusses der abgeleiteten Rauchgase zu einem Vorwärmer für die der Verbrennungszone (10) des Schachtofens zug^führte primäre Verbrennungsluft.

8. Schachtofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Zuleitung für kältere Gase zu den abgeleiteten Rauchgasen.

9. Schachtofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Regelung der Temperatur der abgeleiteten Rauchgase eine Zuleitung zum Einblasen von Wasser und/oder Wasserdampf vorgesehen ist.