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WO2012072332A1 - Vorrichtung und verfahren zum brennen und/oder kalzinieren von stückigem gut - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum brennen und/oder kalzinieren von stückigem gut Download PDF

Info

Publication number
WO2012072332A1
WO2012072332A1 PCT/EP2011/068180 EP2011068180W WO2012072332A1 WO 2012072332 A1 WO2012072332 A1 WO 2012072332A1 EP 2011068180 W EP2011068180 W EP 2011068180W WO 2012072332 A1 WO2012072332 A1 WO 2012072332A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cooling
shaft
combustion
cooling gas
discharge line
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/068180
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hannes Piringer
Original Assignee
Maerz Ofenbau Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maerz Ofenbau Ag filed Critical Maerz Ofenbau Ag
Publication of WO2012072332A1 publication Critical patent/WO2012072332A1/de

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2/00—Lime, magnesia or dolomite
    • C04B2/10—Preheating, burning calcining or cooling
    • C04B2/12—Preheating, burning calcining or cooling in shaft or vertical furnaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/005—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces wherein no smelting of the charge occurs, e.g. calcining or sintering furnaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/10—Details, accessories or equipment specially adapted for furnaces of these types
    • F27B1/24—Cooling arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
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    • F27B1/10—Details, accessories or equipment specially adapted for furnaces of these types
    • F27B1/26—Arrangements of controlling devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D17/00—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
    • F27D17/10—Arrangements for using waste heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D19/00—Arrangements of controlling devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D7/00—Forming, maintaining or circulating atmospheres in heating chambers
    • F27D7/06—Forming or maintaining special atmospheres or vacuum within heating chambers
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/40—Production or processing of lime, e.g. limestone regeneration of lime in pulp and sugar mills

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for firing and / or calcination of lumpy material, in particular limestone or other carbonates, with an oven having at least one combustion shaft and a cooling shaft.
  • the sluice arrangement provided between the furnace and the cooling zone must, on the one hand, ensure a gas-tight closure of the two process chambers and, on the other hand, should withstand the very hot, burnt material.
  • the lock arrangements suitable for this task are relatively complicated and expensive and require a large overall height.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a space-saving device and a method for burning and / or calcining lumpy Good with a combustion shaft and a cooling shaft, so that the atmospheres can be set in the combustion shaft and cooling shaft targeted in a simple and cost-effective manner.
  • the device according to the invention for burning and / or calcining chunky goods essentially has at least one combustion shaft and at least one cooling shaft, wherein the at least one combustion shaft in a lower region at least one fuel supply and at least one Oxidationsffenzutechnisch and in the upper region gave up a material and an exhaust gas discharge line and the cooling shaft connected to the combustion shaft in the lower region comprises a material removal and a cooling gas supply and in the upper region comprises a cooling gas discharge line.
  • the device is further characterized in that the cross section of the combustion shaft is formed smaller than the cross section of the cooling shaft at least in the connecting region with the cooling shaft and the combustion chamber opens with its lower end open into the cooling shaft, wherein the combustion chamber opens into the cooling shaft, that in use a material cone with the treating lumpy Good in the cooling shaft and form over a material-free annular space, the cooling gas discharge line is connected to the forming annular space and disposed in the cooling gas discharge line control element and an associated with the control element control means for influencing the cooling gas discharge via the cooling gas discharge line are provided.
  • annular space Due to the special design of the transition region between the combustion shaft and the cooling shaft, an annular space is formed, which allows easy influencing of the cooling gas exhaust via the connected to the free ring area cooling gas discharge line.
  • the atmosphere in the combustion shaft is essentially separated from the atmosphere in the cooling shaft only by the material located in the lowest part of the combustion shaft.
  • the introduced with excess pressure in the cooling duct cooling gas basically takes the path of least resistance.
  • slide or valve control element can be very easily controlled that the entire cooling gas is withdrawn through the free annulus and does not get over the material bed in the combustion shaft.
  • control element it is also possible by a suitable position of the control element that only a portion of the cooling gas withdrawn via the cooling gas discharge line and the rest is supplied to the combustion shaft.
  • control element is opened so far that a part of the exhaust gas from the Firing shaft through the material spill into the cooling zone and from there on the free annulus and the cooling gas discharge line is deducted.
  • the device is preferably designed as a shaft furnace with only one combustion shaft and only one cooling shaft
  • the invention could also be used in so-called DC countercurrent regenerative furnaces.
  • Such furnaces have two parallel shaft furnaces each comprising a combustion shaft (with preheating zone and combustion zone) and a cooling shaft, wherein the two shaft furnaces communicate with each other in a lower region of the combustion shafts via an overflow channel.
  • the two shaft furnaces are operated in a known manner alternately as a combustion shaft or exhaust shaft.
  • This DC countercurrent regenerative furnaces is characterized mainly by the fact that the burning of limestone can take place in cocurrent to the gas flow, resulting in a highly reactive lime.
  • the transition region of the combustion shaft and the cooling shaft according to claim 1 is configured in each of the two parallel shaft furnaces.
  • the two annular spaces formed in the transition region can be connected to a separate, but preferably to a common cooling gas discharge line.
  • the material is burned in a combustion chamber with the supply of fuel and an oxidizing agent, wherein a resulting in the combustion C0 2 -containing exhaust gas flows in countercurrent to the good through the combustion chamber and is discharged in an upper area of the combustion shaft via an exhaust gas exhaust duct,
  • the combustion chamber openly projects into a cooling shaft with its lower end, so that the fired material passes from the combustion chamber by gravity into the cooling shaft and forms a material cone there and above the material cone a material-free annular space in the cooling shaft is formed, the burned Good in the cooling shaft of a supplied cooling gas flows through it while being cooled,
  • Cooling shaft withdrawn via a cooling gas discharge line
  • Control device (25) associated control member (16) is set.
  • the control element can be adjusted so that neither the exhaust gas of the combustion zone flows into the cooling zone nor the cooling gas of the cooling zone in the combustion zone. In this way, the atmospheres of the two zones are separated. If in this situation in the combustion zone an oxidizing agent with a very high oxygen content, for example, over 90 vol .-%, preferably over 99 vol .-%, initiated, a very carbon dioxide-containing exhaust gas may arise, which is suitable for subsequent sequestration.
  • the exhaust gas produced by the above-described device or the corresponding method is also of interest for the soda industry.
  • the exhaust gas should have a C0 2 content of about 40-42% and a 0 2 content of less than 2%.
  • the control element is formed by a flap, a slide or a valve whose position is controlled by the control device.
  • the control is advantageously carried out via suitable measured values, such.
  • it can be easily determined by a pressure difference measurement at a suitable location, whether cooling gas flows into the combustion zone or exhaust gas in the cooling zone.
  • the oxygen content and / or the C0 2 content in the exhaust pipe and / or thedegasabloom apparently give immediate information about whether and to what extent a mixing of the atmospheres of the two zones takes place.
  • the recirculated exhaust gas can also be used for temperature regulation, in particular to avoid excessive heating in combustion with a very oxygen-containing oxidant.
  • the withdrawn cooling gas can be used for indirect heating of the recirculated exhaust gas.
  • the withdrawn cooling gas is cooled before the heat exchanger to a temperature below 700 ° C, preferably below 600 ° C.
  • Figure 1 of the drawing shows a schematic representation of the device according to the invention for firing and / or calcination of lumpy Good, especially limestone.
  • the device essentially consists of a combustion shaft 1, fuel lines 3, 4 and oxidant supply lines 5, 6 being connected in a lower region.
  • a material give up 7 for supplying lumpy material, in particular limestone, and an exhaust gas discharge pipe 8 is provided.
  • the combustion chamber 1 opens with its lower end la open in a cooling shaft 2, wherein the cross section of the combustion chamber is at least in the connecting region with the cooling shaft smaller than the corresponding cross section of the cooling shaft is formed so that between the outer wall lb of the combustion chamber 1 and the inner wall 2a of the cooling shaft 2 an annular space 9 is formed.
  • a material column is formed in the combustion shaft 1 with the over the material on 7 supplied Good 10, the Good 10 moves by gravity down and in the region of the cooling shaft 2 via a material take-off 11 as a calcined product, such as quicklime, deducted.
  • the material 10 fills the combustion shaft over the entire cross-section, so that a material cone 10a is formed in the cooling shaft 2 at the lower end 1a of the combustion shaft.
  • the material-free annular space 9 is thus limited down through the good and up through the ceiling 2 b of the cooling shaft 2.
  • Cooling air 14 is added via a cooling gas feed 12 by means of a compressor 13 in the lower region of the cooling shaft 2, wherein, for example, an overpressure of 200 to 300 mbar in the cooling shaft 2 as well as in the combustion shaft. 1 is set.
  • the cooling gas flows through the material distribution and enters the annular space 9, to which a cooling gas discharge line 15 is connected.
  • a control element 16 is arranged in the form of a flap.
  • the exhaust gas drawn off from the combustion shaft 1 via the exhaust gas discharge line 8 is dedusted in a filter 17 and then removed as dedusted exhaust gas 19 for further processing.
  • cooling in particular water cooling, can take place in a cooling device 18 beforehand.
  • the exhaust gas 19 or 20 discharged before or after the cooling device 18 has a high C 2 -C content and can be supplied, for example, to a sequestration and / or further industrial utilization, for example the production of soda or precipitated calcium carbonate.
  • the recirculated part 21 is preheated to, for example, 500 ° in a heat exchanger 22 operated by the withdrawn cooling gas. So that the heat transfer in the heat exchanger 22 is not reduced by deposits, it may be expedient that the withdrawn cooling gas, which for example has a temperature of 900 ° C, beforehand to below 700 ° C, preferably below 600 ° C to cool, the cooling for example, by mixing with air 23 can take place.
  • the cooling gas used in the heat exchanger 22 is then dedusted in a filter 24 before it passes the control element 16 and then passes into the atmosphere.
  • the filter 24 and the control valve 16 are thus provided in succession.
  • the control element 16 is also connected to a control device 25 in connection, which in turn is connected to one or more sensors.
  • a control device 25 for measuring the pressure difference between the combustion chamber and cooling shaft, in particular be provided below the actual combustion area or in the annular shaft.
  • sensors 27, 28 for measuring the oxygen content and / or the CC.sub.2 content in the exhaust gas discharge line 8 and / or cooling gas discharge line 15 can be arranged.
  • the measured values provide information about the amount of cooling gas 14 fed to the cooling shaft 2 via the cooling gas feed 12 via the cooling gas discharge line 15.
  • the amount can be adjusted in particular via the control element 16.
  • the cooling gas will always choose the path of least resistance.
  • the sensor 26 would set a pressure difference of zero or near zero.
  • a corresponding check can also be carried out, for example, by the oxygen content and / or CC.sub.2 content of the discharged cooling gas or the exhaust gas.
  • the regulating member 16 formed by a butterfly valve thus allows a very simple, efficient and cost-effective influencing of the cooling gas take-off. Nevertheless, if desired, the two atmospheres in the combustion shaft and in the cooling shaft can be separated from each other, without the need for a complicated lock arrangement.
  • the position of the control member 16 depends primarily on the desired application, in particular on the desired composition of the exhaust gas 19 and 20 from. If you want, for example, an exhaust gas with a high CC content of For example, obtained 90% vol .-% based on a dry exhaust gas, it must be ensured by the control device that no cooling gas enters the combustion zone. In addition, one will choose an oxidant having a very high oxygen content of at least 90%, preferably more than 90% by volume. The resulting exhaust gas is particularly suitable for subsequent sequestration.
  • the apparatus described above or the associated method for producing an exhaust gas is used, which is needed in the soda industry.
  • the exhaust gas should have a C0 2 content of about 40 to 42% and an oxygen content of less than 2%.
  • the control flap In order to obtain such an exhaust gas, the control flap must be adjusted so that only a portion of the cooling gas is withdrawn via the cooling gas discharge line, while the other part enters the combustion shaft.
  • Another application is the production of precipitated calcium carbonate.

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Abstract

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Brennen und/oder Kalzinieren von stückigem Gut weist im Wesentlichen wenigstens einen Brennschacht und wenigstens einen Kühlschacht auf, wobei der wenigstens eine Brennschacht in einem unteren Bereich wenigstens eine Brennstoffzuleitung und wenigstens eine Oxidationsmittelzuleitung und im oberen Bereich eine Materialaufgabe und eine Abgasabzugsleitung aufweist und der mit dem Brennschacht verbundene Kühlschacht im unterem Bereich einen Materialabzug und eine Kühlgaszuführung und im oberen Bereich eine Kühlgasabzugsleitung umfasst. Die Vorrichtung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Brennschachts zumindest im Verbindungsbereich mit dem Kühlschacht kleiner als der Querschnitt des Kühlschachts ausgebildet ist und der Brennschacht mit seinem unteren Ende offen in den Kühlschacht hineinragt, wobei der Brennschacht derart in den Kühlschacht mündet, dass sich im Betrieb ein Materialkegel mit dem zu behandelnden stückigen Gut im Kühlschacht und darüber ein materialfreier Ringraum ausbilden, wobei die Kühlgasabzugsleitung an den sich ausbildenden Ringraum angeschlossen ist und ein Regelorgan sowie eine mit dem Regelorgan in Verbindung stehende Steuereinrichtung zur Beeinflussung des Kühlabgaszugs über die Kühlgasabzugsleitung vorgesehen sind.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Brennen und/oder Kalzinieren von stückigem Gut
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Brennen und/oder Kalzinieren von stückigem Gut, insbesondere von Kalkstein oder anderen Karbonaten, mit einem Ofen, der wenigstens einen Brennschacht und einen Kühl schacht aufweist.
Aus der CH 378 217 A ist ein Schachtofen zum kontinuierlichen Brennen von mineralischen Werkstoffen mit einer Brennzone und einer Kühlzone bekannt, wobei die Heißgase der Brennzone und die Brenngutkühlluft über einen im Übergangsbereich zwischen Brenn- und Kühlzone ausgebildeten Absaugraum abgeführt werden.
In der DE 27 22 719 AI wird ein GGR-Ofen mit zwei gleichartigen jeweils eine Brennzone und eine Kühlzone aufweisenden Schächten beschrieben, wobei jeder Schacht im Bereich zwischen Brennzone und Kühlzone einen Ringkanal aufweist, die über einen Überströmkanal miteinander verbunden sind.
Aus der EP 2 230 223 AI ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalkherstellung bekannt, bei dem als Abgas möglichst reines, sequestrierfähiges Kohlendioxid entstehen soll. Hier wird das Material zunächst einem Ofenraum zugeführt und dort mit Brennstoff und einem Gas mit einem Sauer stoffgehalt von über 90 Vol.-% gebrannt. Das kalzinierte Produkt wird anschließend in einer Kühlzone mit einem Kühlgas gekühlt. Zwischen dem Ofen und der Kühlzone ist eine Schleusenanordnung vorgesehen, um die Atmosphären der beiden Behandlungsräume zu trennen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass kein Kühlgas, welches üblicherweise durch Luft gebildet wird, in den Ofen gelangt. Im Ofen kann der Brennstoff somit im Wesentlichen mit reinem Sauerstoff verbrannt werden, sodass ein sehr kohlendioxidreiches Abgas entsteht, welches durch Rezirkulation weiter aufkonzentriert werden kann. Die zwischen Ofen und Kühlzone vorgesehene Schleusenanordnung muss einerseits einen gasdichten Abschluss der beiden Prozessräume gewährleisten und soll andererseits dem sehr heißen, gebrannten Gut standhalten. Die für diese Aufgabe geeigneten Schleusenanordnungen sind jedoch relativ aufwendig und teuer und benötigen eine große Bauhöhe.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine platzsparende Vorrichtung und ein Verfahren zum Brennen und/oder Kalzinieren von stückigem Gut mit einem Brennschacht und einem Kühlschacht anzugeben, sodass die Atmosphären im Brennschacht und im Kühl Schacht gezielt auf einfache und kostengünstige Art eingestellt werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 4 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Brennen und/oder Kalzinieren von stückigem Gut weist im Wesentlichen wenigstens einen Brennschacht und wenigstens einen Kühlschacht auf, wobei der wenigstens eine Brennschacht in einem unteren Bereich wenigstens eine Brennstoffzuleitung und wenigstens eine Oxidationsmittelzuleitung und im oberen Bereich eine Material aufgäbe und eine Abgasabzugsleitung aufweist und der mit dem Brennschacht verbundene Kühlschacht im unterem Bereich einen Materialabzug und eine Kühlgaszuführung und im oberen Bereich eine Kühlgasabzugsleitung umfasst.
Die Vorrichtung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Brennschachts zumindest im Verbindungsbereich mit dem Kühlschacht kleiner als der Querschnitt des Kühlschachts ausgebildet ist und der Brennschacht mit seinem unteren Ende offen in den Kühl Schacht hineinragt, wobei der Brennschacht derart in den Kühlschacht mündet, dass sich im Betrieb ein Materialkegel mit dem zu behandelnden stückigen Gut im Kühlschacht und darüber ein materialfreier Ringraum ausbilden, wobei die Kühlgasabzugsleitung an den sich ausbildenden Ringraum angeschlossen ist und ein in der Kühlgasabzugsleitung angeordnetes Regelorgan sowie eine mit dem Regelorgan in Verbindung stehende Steuereinrichtung zur Beeinflussung des Kühlgasabzugs über die Kühlgasabzugsleitung vorgesehen sind.
Durch die spezielle Ausbildung des Übergangsbereichs zwischen Brennschacht und Kühlschacht wird ein Ringraum gebildet, der eine einfache Beeinflussung des Kühlgasabzugs über die an den freien Ringbereich angeschlossene Kühlgasabzugsleitung ermöglicht. Die Atmosphäre im Brennschacht wird von der Atmosphäre im Kühlschacht im Wesentlichen nur durch das im untersten Teil des Brennschachtes befindliche Material getrennt. Das mit Überdruck in den Kühlschacht eingeführte Kühlgas nimmt grundsätzlich den Weg des geringsten Widerstandes. Durch das beispielsweise in der Kühlgasabzugsleitung angeordnete und als Klappe, Schieber oder Ventil ausgebildete Regelorgan lässt sich sehr einfach steuern, dass das gesamte Kühlgas über den freien Ringraum abgezogen wird und nicht über die Materialschüttung in den Brennschacht gelangt. Selbstverständlich ist es durch eine geeignete Stellung des Regelorgans auch möglich, dass lediglich eine Teilmenge des Kühlgases über die Kühlgasabzugsleitung abgezogen und der Rest dem Brennschacht zugeführt wird. Schließlich ist es grundsätzlich auch denkbar, dass das Regelorgan so weit geöffnet wird, dass ein Teil des Abgases aus dem Brennschacht durch die Material schüttung in die Kühlzone und von dort über den freien Ringraum und die Kühlgasabzugsleitung abgezogen wird.
Wenngleich die Vorrichtung vorzugsweise als Einschachtofen mit nur einem Brennschacht und nur einem Kühlschacht ausgebildet ist, könnte die Erfindung auch bei so genannten Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Öfen zur Anwendung kommen. Derartige Öfen weisen zwei parallele Schachtöfen auf, die jeweils einen Brennschacht (mit Vorwärmzone und Brennzone) und einen Kühlschacht umfassen, wobei die beiden Schachtöfen in einem unteren Bereich der Brennschächte über einen Überströmkanal miteinander in Verbindung stehen. Im Betrieb werden die beiden Schachtöfen in bekannter Art und Weise abwechselnd als Brennschacht bzw. Abgasschacht betrieben.
Dieser Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Öfen zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass das Brennen von Kalkstein im Gleichstrom zum Gasstrom erfolgen kann, was zu einem hochreaktivem Kalk führt. Gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in jedem der beiden parallelen Schachtöfen der Übergangsbereich von Brennschacht und Kühlschacht gemäß dem Anspruch 1 ausgestaltet. Dabei können die beiden im Übergangsbereich gebildeten Ringräume an eine separate, vorzugsweise aber an eine gemeinsame Kühlgasabzugsleitung angeschlossen werden. Somit hat man dann auch bei einem Gleichstrom- Gegenstrom-Regenerativ-Öfen die Möglichkeit, das Abgas des Brennschachts vom Kühlgas zu trennen, indem das Abgas über den Überströmkanal und das Kühlgas über die Kühlgasabzugsleitung abgezogen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Brennen und/oder Kalzinieren von stückigem
Gut zeichnet sich dadurch aus, dass
das Gut in einem Brennschacht unter Zuführung von Brennstoff und einem Oxidationsmittel gebrannt wird, wobei ein bei der Verbrennung entstehendes C02-haltiges Abgas im Gegenstrom zum Gut durch den Brennschacht strömt und in einem oberen Bereich des Brennschachts über eine Abgasabzugsleitung abgeleitet wird,
der Brennschacht mit seinem unteren Ende offen in einen Kühl Schacht hineinragt, sodass das gebrannte Gut vom Brennschacht mittels Schwerkraft in den Kühlschacht gelangt und dort einen Materialkegel ausbildet und oberhalb des Materialkegels ein materialfreier Ringraum im Kühlschacht entsteht, das gebrannte Gut im Kühlschacht von einem zugeführten Kühlgas durchströmt und dabei gekühlt wird,
wenigstens ein Teil des dabei erhitzten Kühlgases im Ringraum des
Kühlschachts über eine Kühlgasabzugsleitung abgezogen und
die Menge des über die Kühlgasabzugsleitung (15) abzuziehenden Kühlgases über ein in der Kühlgasabzugsleitung angeordnetes und mit einer
Steuereinrichtung (25) in Verbindung stehendes Regelorgan (16) eingestellt wird.
Gemäß einer ersten Anwendung der Erfindung kann das Regelorgan so eingestellt werden, dass weder das Abgas der Brennzone in die Kühlzone noch das Kühlgas der Kühlzone in die Brennzone strömt. Auf diese Weise sind die Atmosphären der beiden Zonen voneinander getrennt. Wird in dieser Situation in der Brennzone ein Oxidationsmittel mit einem sehr hohen Sauer stoffgehalt von beispielsweise über 90 Vol.-%, vorzugsweise über 99 Vol.-%, eingeleitet, kann ein sehr kohlendioxidhaltiges Abgas entstehen, welches für eine nachfolgende Sequestrierung geeignet ist.
Das mit der oben beschriebenen Vorrichtung bzw. dem entsprechenden Verfahren entstehende Abgas ist ferner auch für die Sodaindustrie von Interesse. Hierzu sollte das Abgas einen C02-Gehalt von etwa 40-42% und einen 02-Gehalt von unter 2% aufweisen. Um eine solches Abgas zu erzeugen, ist es erforderlich, dass lediglich eine Teilmenge des Kühlgases über die Kühlgasabzugsleitung abgezogen wird, während der Rest über die Material schüttung in den Brennschacht gelangt. Weitere Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Regelorgan durch eine Klappe, einen Schieber oder ein Ventil gebildet, deren Stellung über die Steuereinrichtung gesteuert wird. Die Steuerung erfolgt zweckmäßigerweise über geeignete Messwerte, wie z. B. einer Messung der Druckdifferenz zwischen Brennzone und Kühlzone und/oder Messungen des Sauerstoffsgehalts und/oder des C02-Gehaltes in der Abgasleitung und/oder der Kühlgasabzugsleitung, wobei die Sensoren mit der Steuereinrichtung zur Steuerung des Regelorgans in Verbindung stehen. So lässt sich durch eine Druckdifferenzmessung an einer geeigneten Stelle problemlos ermitteln, ob Kühlgas in die Brennzone oder Abgas in die Kühlzone strömt. Auch der Sauer stoffgehalt und/oder der C02-Gehalt in der Abgasleitung und/oder der Kühlgasabführleitung geben unmittelbaren Aufschluss darüber, ob und in welchem Umfang eine Vermischung der Atmosphären der beiden Zonen stattfindet.
Für die Verbrennung kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn ein Teil des über die Abgasleitung aus der Brennzone abgeleiteten Abgases wieder zur Brennzone rezirkuliert wird. Auf diese Weise kann zum einen der C02-Gehalt des Abgases weiter aufkonzentriert werden und das rezirkulierte Abgas kann außerdem zur Temperaturregulierung verwendet werden, um insbesondere ein übermäßiges Erhitzen bei einer Verbrennung mit einem sehr sauerstoffhaltigen Oxidationsmittel zu vermeiden. Hierbei kann das abgezogene Kühlgas zur indirekten Erhitzung des rezirkulierten Abgases genutzt werden.
Um eine Beeinträchtigung eines hierfür genutzten Wärmetauschers durch unerwünschte Ablagerungen zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, wenn das abgezogene Kühlgas vor dem Wärmetauscher auf eine Temperatur unter 700°C, vorzugsweise unter 600°C, abgekühlt wird. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.
Figur 1 der Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Brennen und/oder Kalzinieren von stückigem Gut, insbesondere von Kalkstein.
Die Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem Brennschacht 1, wobei in einem unteren Bereich Brennstoffleitungen 3, 4 und Oxidationsmittelzuleitungen 5, 6 angeschlossen sind. In einem oberen Bereich ist eine Material aufgäbe 7 zur Zuführung von stückigem Gut, insbesondere von Kalkstein, sowie eine Abgasabzugsleitung 8 vorgesehen.
Der Brennschacht 1 mündet mit seinem unteren Ende la offen in einen Kühl Schacht 2, wobei der Querschnitt des Brennschachtes zumindest im Verbindungsbereich mit dem Kühl schacht kleiner als der entsprechende Querschnitt des Kühl Schachtes ausgebildet ist, sodass sich zwischen der äußeren Wandung lb des Brennschachtes 1 und der inneren Wandung 2a des Kühlschachtes 2 ein Ringraum 9 ausbildet.
Im Betrieb bildet sich im Brennschacht 1 eine Materialsäule mit dem über die Material aufgäbe 7 zugeführten Gut 10 aus, wobei das Gut 10 durch Schwerkraft nach unten wandert und im Bereich des Kühlschachtes 2 über einen Materialabzug 11 als kalziniertes Produkt, beispielweise Branntkalk, abgezogen wird. Das Gut 10 füllt dabei den Brennschacht über den gesamten Querschnitt aus, sodass sich am unteren Ende la des Brennschachts ein Materialkegel 10a im Kühlschacht 2 ausbildet. Der materialfreie Ringraum 9 wird somit nach unten durch das Gut und nach oben durch die Decke 2b des Kühlschachtes 2 begrenzt.
Über eine Kühlgaszuführung 12 wird mittels eines Verdichters 13 Kühlluft 14 im unteren Bereich des Kühlschachtes 2 zugegeben, wobei beispielsweise ein Überdruck von 200 bis 300 mbar im Kühlschacht 2 als auch im Brennschacht 1 eingestellt wird. Das Kühlgas durchströmt die Material schüttung und gelangt in den Ringraum 9, an dem eine Kühlgasabzugsleitung 15 angeschlossen ist. Am Ende der Kühlgasabzugsleitung 15 ist ein Regelorgan 16 in Form einer Klappe angeordnet.
Das über die Abgasabzugsleitung 8 aus dem Brennschacht 1 abgezogene Abgas wird in einem Filter 17 entstaubt und dann zur weiteren Verarbeitung als entstaubtes Abgas 19 abgeführt. Alternativ kann vorher noch eine Kühlung, insbesondere eine Wasserkühlung, in einer Kühleinrichtung 18 erfolgen. Das vor oder nach der Kühleinrichtung 18 abgeführte Abgas 19 bzw. 20 weist einen hohen CC^-Anteil auf und kann beispielsweise einer Sequestrierung und/oder einer weiteren industriellen Verwertung, wie beispielsweise der Herstellung von Soda oder gefälltem Calciumcarbonat, zugeführt werden.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, einen Teil 21 des über die Abgasleitung 8 abgezogenen Abgases zusammen oder separat mit dem Oxidationsmittel dem Brennschacht 1 zuzuführen. Hierzu wird der rezirkulierte Teil 21 in einem durch das abgezogene Kühlgas betriebenen Wärmetauscher 22 auf beispielsweise 500° vorgewärmt. Damit die Wärmeübertragung im Wärmetauscher 22 nicht durch Ablagerungen vermindert wird, kann es zweckmäßig sein, dass das abgezogene Kühlgas, welches beispielsweise eine Temperatur von 900°C hat, zuvor auf unter 700°C, vorzugsweise unter 600°C, abzukühlen, wobei die Abkühlung beispielsweise durch Vermischung mit Luft 23 erfolgen kann.
Das im Wärmetauscher 22 genutzte Kühlgas wird anschließend in einem Filter 24 entstaubt, bevor es das Regelorgan 16 passiert und anschließend in die Atmosphäre gelangt. In der Kühlgasabzugsleitung 15 sind somit nacheinander der Wärmetauscher 22, der Filter 24 und die Regelklappe 16 vorgesehen.
Das Regelorgan 16 steht ferner mit einer Steuereinrichtung 25 in Verbindung, die wiederum mit ein oder mehreren Sensoren verbunden ist. So kann beispielsweise wenigstens ein Sensor 26 zur Messung der Druckdifferenz zwischen Brennschacht und Kühl schacht, insbesondere unterhalb des eigentlichen Verbrennungsbereichs bzw. im Ringschacht vorgesehen werden. Des Weiteren können Sensoren 27, 28 zur Messung des Sauerstoffgehaltes und /oder des CC^-Gehaltes in der Abgasabzugsleitung 8 und/oder Kühlgasabzugsleitung 15 angeordnet werden.
Die Messwerte geben Aufschluss darüber, welche Menge des über die Kühlgaszuführung 12 dem Kühlschacht 2 zugeführten Kühlgases 14 über die Kühlgasabzugsleitung 15 abgeführt wird. Die Menge lässt sich dabei insbesondere über das Regelorgan 16 einstellen. Das Kühlgas wird immer den Weg des geringsten Widerstandes wählen. So lässt sich beispielsweise bei einer bestimmten Stellung des Regelorgans erreichen, dass der Kühlgasabzug so eingestellt ist, dass das Kühlgas weder in die Brennzone noch das Abgas der Brennzone in die Kühlzone strömt. In dieser Situation würde sich am Sensor 26 eine Druckdifferenz von Null bzw. nahe Null einstellen. Eine entsprechende Überprüfung lässt sich aber beispielsweise auch durch den Sauer stoffgehalt und/oder CC^-Gehalt des abgeleiteten Kühlgases oder des Abgases durchführen. Würde man das Regelorgan im Sinne einer weiteren Öffnung verstellen, würde allmählich ein Teil des Abgases aus dem Brennschacht 1 in den Kühlschacht 2 und von dort über die Kühlgasabzugsleitung abgeleitet werden. Entsprechend wird bei einem weiteren Verschließen des Regelorgans 16 ein Teil der Kühlluft in den Brennschacht 1 überströmen, sodass nur ein Teilabzug des Kühlgases über die Kühlgasabzugsleitung 15 erfolgt.
Das durch eine Absperrklappe gebildete Regelorgan 16 ermöglicht somit eine sehr einfache, effiziente und kostengünstige Beeinflussung des Kühlgasabzuges. Dennoch können gewünschtenfalls die beiden Atmosphären im Brennschacht und im Kühlschacht voneinander getrennt werden, ohne dass eine aufwendige Schleusenanordnung erforderlich ist.
Die Stellung des Regelorgans 16 hängt in erster Linie von der gewünschten Anwendung, insbesondere von der gewünschten Zusammensetzung des Abgases 19 bzw. 20 ab. Will man beispielsweise ein Abgas mit einem hohen CC -Anteil von beispielsweise 90% Vol.-% bezogen auf ein trockenes Abgas erhalten, muss durch das Regelorgan sichergestellt werden, dass kein Kühlgas in die Brennzone gelangt. Außerdem wird man ein Oxidationsmittel mit einem sehr hohen Sauerstoffgehalt von wenigstens 90%, vorzugsweise mehr als 90% Vol.-%, wählen. Das sich dabei ergebende Abgas eignet sich insbesondere für eine nachfolgende Sequestrierung.
Im Rahmen der Erfindung ist es aber auch denkbar, dass die oben beschriebene Vorrichtung bzw. das zugehörige Verfahren zur Herstellung eines Abgases genutzt wird, welches in der Sodaindustrie benötigt wird. Hierzu sollte das Abgas einen C02- Gehalt von etwa 40 bis 42% und einen Sauerstoffgehalt von unter 2% aufweisen. Um ein solches Abgas zu erhalten, muss die Regelklappe so eingestellt werden, dass lediglich eine Teilmenge des Kühlgases über die Kühlgasabzugsleitung abgezogen wird, während der andere Teil in den Brennschacht gelangt.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit stellt die Herstellung von gefälltem Calciumcarbonat dar.
Durch die spezielle Konstruktion der im Überdruck betriebenen Vorrichtung, mit einem materialfreien, gasgefüllten Ringraum im Kühlschacht in Kombination mit dem Regelorgan ergibt sich eine Vorrichtung zum Brennen und/oder Kalzinieren von stückigem Gut, die sich durch eine besonders einfache und kostengünstige Möglichkeit zur Beeinflussung der Zusammensetzung des Abgases 19 bzw. 20 bzw. der Atmosphären im Brennschacht bzw. Kühlschacht auszeichnet.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Brennen und/oder Kalzinieren von stückigem Gut (10) mit wenigstens einem Brennschacht und wenigstens einem Kühlschacht, wobei der wenigstens eine Brennschacht (1) in einem unteren Bereich wenigstens eine Brennstoffzuleitung (3, 4) und wenigstens eine Oxidationsmittelzuleitung (5, 6) und im oberen Bereich eine Material aufgäbe (7) und eine Abgasabzugsleitung (8) aufweist und der mit dem Brennschacht (1) verbundene Kühlschacht (2) im unterem Bereich einen Materialabzug (11) und eine Kühlgaszuführung (12) und im oberen Bereich eine Kühlgasabzugsleitung (15) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Brennschachts (1) zumindest im Verbindungsbereich mit dem Kühlschacht (2) kleiner als der Querschnitt des Kühlschachts (2) ausgebildet ist und der Brennschacht (1) mit seinem unteren Ende offen in den Kühl schacht (2) hineinragt,
- wobei der Brennschacht (1) derart in den Kühlschacht (2) mündet, dass sich im Betrieb ein Materialkegel mit dem zu behandelnden stückigen Gut (10) im Kühlschacht (2) und darüber ein materialfreier, gasgefüllter Ringraum (9) ausbildet, wobei die Kühlgasabzugsleitung (15) an den sich ausbildenden Ringraum (9) angeschlossen ist und ein in der Kühlgasabzugsleitung angeordnetes und mit einer Steuereinrichtung (25) in Verbindung stehendes Regelorgan (16) zur Einstellung der Menge des über die Kühlgasabzugsleitung (15) abzuziehenden Kühlgases vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelorgan (16) durch eine Klappe, einen Schieber oder ein Ventil gebildet wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Sensoren (26) zur Messung der Druckdifferenz zwischen Brennschacht (1) und Kühlschacht (2) und/oder Sensoren (27, 28) zur Messung des Sauer stoffgehalts und/oder CC^-Gehalts in der Abgasabzugsleitung (8) und/oder der Kühlgasabführleitung (15), wobei die Sensoren (26, 27, 28) mit der Steuereinrichtung (25) zur Steuerung des Regelorgans (16) in Verbindung stehen.
4. Verfahren zum Brennen und/oder Kalzinieren von stückigem Gut (10), wobei
- das Gut in einem Brennschacht (1) unter Zuführung von Brennstoff und einem Oxidationsmittel gebrannt wird, wobei ein bei der Verbrennung entstehendes CC^-haltiges Abgas im Gegenstrom zum Gut durch den Brennschacht (1) strömt und in einem oberen Bereich des Brennschachts (1) über eine Abgasabzugsleitung (8) abgeleitet wird,
der Brennschacht (1) mit seinem unteren Ende offen in einen Kühl Schacht (2) hineinragt, sodass das gebrannte Gut vom Brennschacht (1) mittels Schwerkraft in den Kühl schacht (2) gelangt und dort einen Material kegel (10a) ausbildet und oberhalb des Materialkegels ein materialfreier Ringraum (9) im Kühl schacht (2) entsteht,
das gebrannte Gut im Kühl schacht von einem zugeführten Kühlgas (14) durchströmt und dabei gekühlt wird,
- wenigstens ein Teil des dabei erhitzten Kühlgases im Ringraum (9) des Kühlschachts (2) über eine Kühlgasabzugsleitung (15) abgezogen und
- die Menge des über die Kühlgasabzugsleitung (15) abzuziehenden Kühlgases über ein in der Kühlgasabzugsleitung angeordnetes und mit einer Steuereinrichtung (25) in Verbindung stehendes Regelorgan (16) eingestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass als Regelorgan (16) eine Klappe, ein Schieber oder ein Ventil zur Anwendung kommt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlgasabzug in Abhängigkeit einer Messung der Druckdifferenz zwischen Brennschacht (1) und Kühlschacht (2) und/oder einer Messung des Sauerstoffgehalts und/oder C02- Gehalts in der Kühlgasabzugsleitung (15) und/oder der Abgasleitung (8) erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil (21) des über die Abgasleitung (8) aus dem Brennschacht abgeleiteten Abgases wieder zum Brennschacht (1) rezirkuliert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass das über die Kühlgasabzugsleitung (15) abgezogene Kühlgas zur indirekten Erhitzung des rezirkulierten Abgases (21) genutzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass das rezirkulierte Abgas (21) in einem Wärmetauscher (22) indirekt durch das abgezogene Kühlgas erhitzt wird, wobei das abgezogene Kühlgas vor dem Wärmetauscher (22) auf eine Temperatur unter 700 °C, vorzugsweise unter 600 °C, abgekühlt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas und das Kühlgas separat voneinander entstaubt werden.
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