Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Oxidieren, Reduzieren, Kalzinieren, Sintern oder Schmelzen von Stäuben, wie z.B. Ofen- oder Stahlstäuben, Mergel- und Kalkstaubgemi¬ schen, Shredderleichtfraktionen, mineralischen Stäuben wie z.B. Glas-, Zementofen-Bypass-Stäuben, trockenen Kommunal¬ schlämmen, Papierschlämmen oder ölhaltigen Schleifstaubsuspen- sionen mit einem Dosierzyklon, in welchen die Stäube eingetra¬ gen werden, an welchen ein tangentialer Anschluss für den Ein¬ trag von Trägergasen mündet, und einer an dem Dosierzyklon in axialer Richtung anschließenden Brennkammer, wobei koaxial zur Zyklonaustragsöffnung Brennstoff sowie ggf. weiteres Trägergas in die Brennkammer eingestoßen wird sowie auf ein Verfahren zum Oxidieren, Reduzieren, Kalzinieren, Sintern oder Schmelzen von Stäuben unter Verwendung einer derartigen Einrichtung.

Zum Schmelzen von feinen Feststoffen sowie ggf. von Schlämmen ist es bekannt, Brenner einzusetzen, welche mit unterschied¬ lichen Brennstoffen betrieben werden können. Die Feststoffe können hierbei in die Brennkammer oder einen Schmelzzyklon in¬ jiziert werden, wobei mehr oder minder aufwändige Injektoren Verwendung finden. Derartige Injektoren bzw. Systeme, bei wel- chen unter Verwendung von Trägergasen Feststoffe in eine Brennkammer eingestoßen werden, erfordern in aller Regel kom¬ plizierte Düsen, welche zur Einstellung einer geeigneten Vor¬ mischung in der Regel auch noch verstellbar sein müssen. Be¬ kannte Injektoren sind in hohem Maße verschleißanfällig, wobei insbesondere bei der Verwendung von extrem abrasivem Einsatz¬ material bei bekannten Injektoren mit zunehmender Abrasion bzw. zunehmendem Verschleiß auch eine unterschiedliche Durch¬ mischung beobachtet wird, welche zu unregelmäßigen Einschmelz¬ ergebnissen führt. Darüber hinaus werden Injektoren in aller Regel pulsierend betrieben, wodurch sich wiederum Unregelmä¬ ßigkeiten im Schmelzverhalten ergeben können. Mit der WO 03/70651 wurde eine Einrichtung der eingangs ge¬ nannten Art vorgeschlagen, welche sich durch extrem geringen Verschleiß auch bei Einsatz von überaus abrasivem Rohmaterial auszeichnet und mit welcher auch grobes Einsatzmaterial ohne Schwierigkeiten aufgeschmolzen werden kann. Insbesondere ist es mit einer derartigen Ausbildung gelungen, Feuerfestprobleme bei der Auskleidung der Brennkammer zu minimieren und mit ein¬ fachen Einrichtungen das Auslangen zu finden, bei welchen der Schmelzvorgang weitestgehend ohne Berührung der Schmelzen mit den Wänden der Brennkammer geführt werden kann.

Die Betriebsweise des Dosierzyklons ist in der Wirkung ver¬ gleichbar einem Windkessel, sodass ein kontinuierlicher und von Pulsationen freier Einstoß von Stäuben bzw. feinen Fest- Stoffen in eine nachfolgende Brennkammer in einfacher Weise gewährleistet ist. Die Brennkammer selbst kann auf die für' das Schmelzen der Stäube erforderlichen Temperaturen, beispiels¬ weise Temperaturen von 1200° C bis 1650° C mittels Brennern aufgeheizt werden, wobei bei der bekannten Ausbildung koaxial zur Zyklonaustragsöffnung Brennstoff sowie ggf. weiteres Trä¬ gergas in die Brennkammer eingestoßen wird. Eine derartige ko¬ axiale Zuführung von Brennstoffen erlaubt es, die unter einem Drall eingestoßenen Feststoffe in einem ersten Bereich mit den Brenngasen zu vermischen, worauf mit besonders rascher Tempe- raturübertragung in der Flamme ein rasches Aufschmelzen der feinteiligen Feststoffe ermöglicht wird, wobei die zirkulie¬ rende Drallströmung weitestgehend aufrecht erhalten werden kann. Dies hat zur Folge, dass über eine kurze axiale Länge eine relativ lange Kontaktzeit mit der Flamme gewährleistet wird, da ja die Feststoffpartikel im wesentlichen im Brennke¬ gel längs einer Schraubenlinie einen im Vergleich zur axialen Länge relativ langen Weg zurücklegen.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Einrichtung der ein- gangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass das An¬ wendungsgebiet wesentlich verbreitert wird, wobei insbesondere eine stabile und einstellbare Flamme sowie ein verbessertes Flammenbild erreicht werden soll, wobei durch Optimierung der Flammenform sowohl der Ausbrand als auch die jeweils ge¬ wünschte Umsetzung mit den Reaktanden bei hohen Temperaturen verbessert werden sollen. Durch die Optimierung der Flammen- form soll es gleichzeitig gelingen, die jeweils eingestellte Temperatur zu optimieren, um auf diese Weise ein Sintern oder Schmelzen in der Gasphase sicherzustellen. Ausgehend von der eingangs genannten bekannten Einrichtung besteht die erfin¬ dungsgemäße Ausbildung hierbei im wesentlichen darin, dass für den Einstoß von flüssigen, in Flüssigkeit gelösten, in Gas suspendierten oder gasförmigen oxidierbaren Substanzen, insbe¬ sondere Brennstoffen, eine Lanze koaxial zur Austragsöffnung des Dosierzyklons im Inneren des Dosierzyklons angeordnet ist. Während bei der vorbekannten Ausführung zwar bereits ein koaxialer Ausstoß von Brennstoffen vorgeschlagen wurde, wird erfindungsgemäß die Ausbildung nun dahingehend weitergebildet, dass eine Lanze im Inneren des Dosierzyklons angeordnet ist, über welche der koaxiale Ausstoß von Brennstoffen bzw. weite¬ ren Gasen ermöglicht wird. Eine derartige Lanze führt zur Aus- bildung eines Kreisringspaltes im Bereich der Austragsöffnung des Zyklons, wobei das zu sinternde, zu oxidierende, zu redu¬ zierende, zu kalzinierende oder zu schmelzende Material nun¬ mehr als Mantel der Flamme ausgestoßen wird. Die diesem Mate¬ rial im Dosierzyklon erteilte Rotationsbewegung führt nun dazu, dass über eine entsprechend kurze axiale Länge eine grö¬ ßere Verweilzeit im Bereich der Flamme erzielt wird und die gewünschte Umsetzung optimiert werden kann. Gleichzeitig führt diese Ausbildung dazu, dass im Bereich der Mündung des Dosier¬ zyklons in die Brennkammer ein entsprechend geringer Druck eingestellt werden kann, wobei die Druckabnahme der zunehmen¬ den Rotationsgeschwindigkeit proportional ist. Durch den über die Lanze ausgestoßenen Brennstoff bzw. die weiteren Gase kann ein entsprechender Saugdruck im Bereich der Mündung erzielt werden, welcher einem Rückschlagen des Brenners in den Zyklon entgegenwirkt und insgesamt im Bereich des Zyklons ein wesent¬ lich geringeres Druckniveau erlaubt. Eine Verringerung des Druckniveaus im Dosierzyklon hat zur Folge, dass auf aufwän- dige Dosiervorrichtungen für die Aufgabe des umzusetzenden staubförmigen Gutes verzichtet werden kann und dass einfache Dosierpendelklappen anstelle aufwändiger Zellradschleusen zum Einsatz gelangen können, welche sich darüber hinaus dadurch auszeichnen, dass das umzusetzende staubförmige Gut auch als Heißgut aufgegeben werden kann.

Zur Optimierung des Flammenbildes und der jeweils gewünschten Umsetzung ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, dass die Lanze in axialer Richtung höhenverstellbar ist. Durch die axiale Höhenverstellung der Lanze lässt sich die Größe des verbleibenden Ringspaltes am Austritt des Dosierzyklons ent¬ sprechend variieren und gleichzeitig auch der entsprechende Saugdruck im Bereich dieses Ringspaltes den jeweiligen Bedürf- nissen anpassen. Prinzipiell kann die Lanze beliebige Düsen und insbesondere auch Düsen mit Drallkörpern tragen, wobei die Verwendung einer Lanze die Möglichkeit bietet, im Bereich der Austragsöffnung des Dosierzyklons beliebige Düsen einzusetzen. Die Geometrie der Flamme kann dadurch noch weiter variiert und verbessert werden, dass die höhenverstellbare Lanze von einem in den Dosierzyklon eintauchenden unabhängig von der Lanze hö¬ henverstellbaren Rohr umgeben ist. Auf diese Weise kann der verbleibende Ringspalt unabhängig von der jeweils für das Flammenbild günstigsten Position der Lanze eingestellt werden, wobei die Verbrennung noch dadurch verbessert werden kann, dass zwischen Dosierzyklon und Brennkammer ein Diffusor ange¬ ordnet ist, an welchen Sekundärluftdüsen münden. Gleichzeitig wird hier ein Rückschlagen der Flamme in den Zyklon verhin¬ dert, da die Strömungsgeschwindigkeit abgebaut und Druck im Diffusor aufgebaut wird. Mit Vorteil kann die Lanze mit einem Feuerfestmaterial ummantelt oder gekühlt sein.

Wie bereits erwähnt, kann insbesondere für die Heißgutaufgäbe die Ausbildung so getroffen sein, dass für die Staubaufgabe wenigstens ein Fallrohr mit Pendelklappen vorgesehen ist. Eine derartige einfache Ausbildung erlaubt es bei entsprechendem Unterdruck im Dosierzyklon bzw. bei entsprechendem Gewicht der anstehenden Staubsäule auch heißes Material optimal zuzudosie- ren. Prinzipiell kann Brennstoff fest, insbesondere mit einem Trägergas, flüssig oder gasförmig eingebracht werden. Die hö¬ henverstellbare Lanze kann in einer einfachen Gasdichtung in der der Austragsöffnung gegenüberliegenden Wand des Dosierzy¬ klons geführt sein. Das Trägergas, mittels welchem dem staub- förmigen Kalt- oder Heißgut die gewünschte Rotation verliehen wird, kann von Kalt- oder Heißwind oder Sauerstoff gebildet sein. Prinzipiell können auch reduzierende Gase als Trägergase eingesetzt werden, wenn in der Folge Eisenoxidstäube aus me¬ tallurgischen Verfahren reduziert werden sollen. Bei entspre¬ chender Beschränkung der Temperatur auf Sintertemperaturen bzw. unter den Schmelzpunkt gelingt es mit der erfindungsgemä¬ ßen Einrichtung, das gewünschte Fertigprodukt weiterhin staub- förmig zu halten. Insbesondere bei der Aufarbeitung von Mate¬ rialien wie beispielsweise Zement-Bypass-Stäuben oder Mergel und Kalksteinstäuben gelingt es auf diese Art und Weise, un¬ mittelbar staubförmigen Klinker bzw. Zement herzustellen, wo¬ bei der Aufwand für eine gesonderte Mahlung entfallen kann.

Prinzipiell lassen sich mit einer derartigen Einrichtung eine große Anzahl von Gas-Feststoff-Reaktionen realisieren, bei de¬ nen es auf eine große FeststoffOberfläche ankommt. Stäube mit extrem niedriger Wärmeleitfähigkeit und insbesondere minera- lische Systeme wie Glas, Mergel-Kalzinat oder dgl. lassen sich mit geringem energetischen Aufwand auf Sintertemperaturen bringen oder aber im Fall von Glas einschmelzen. Insbesondere bei der Zementschlackenherstellung besteht ein wesentlicher Vorteil darin, dass Heißgut bei Temperaturen unter der Schmelztemperatur zugeführt werden kann und im nachfolgenden Staubbrenner entsprechend umgesetzt werden kann. Zu den mögli¬ chen Umsetzungen zählen unter anderem die Reduktion von eisen- oxid- und schwermetalloxidhältigen Stäuben oder aber auch nur die Vorwärmung von Material für die Keramikherstellung. Die Aufarbeitung von Zement-Bypass-Stäuben ebenso wie die Verwen¬ dung trockener Kommunalschlämme und Papierschlämme sowie von Müllverbrennungsanlagenstäuben ebenso wie von metallurgischen Stäuben, wie sie in Sinteranlagen, Hochöfen, Stahlkonvertern oder Elektroofen anfallen, lassen sich ebenso verwirklichen wie eine einfache Verbrennung von Shredderleichtfraktionen.

Mittels des überaus einfach gebauten Aggregates, welches sich bei kleinen Abmessungen durch eine hohe Durchsatzmenge aus¬ zeichnet, lassen sich auch Pyrohydrolysen ebenso wie die Eisenoxiddirektreduktion nach Art eines Flugstromreaktors durchführen. Pyrohydrolysen von Halogen- oder Schwefelverbin- düngen gelingen durch Zudosieren von H2θ, wobei z.B. Salzsäure aus Elektronikschrottlaugen rückgewonnen und reines Eisenoxid hergestellt werden kann. Eine Reihe von mineralischen Substan¬ zen wie Eisenkupferstein können zur Kupfergewinnung umgesetzt werden, wobei auch die thermische Energieerzeugung in Form ei- nes verschlackenden Staubbrenners in einem Dampfkraftwerk oder einer Müllverbrennungsanlage im Betracht zu ziehen sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren, zum Oxidieren, Reduzieren, Kal¬ zinieren, Sintern oder Schmelzen von Stäuben mit einer Ein- richtung der eingangs genannten Art ist im wesentlichen da¬ durch gekennzeichnet, dass der Dosierzyklon mit einem gegen¬ über dem Druck in der Brennstofflanze geringeren Druck betrie¬ ben wird. Mit einer derartigen Betriebsweise kann sicherge¬ stellt werden, dass auf aufwändige Dichtungen am Dosierzyklon verzichtet werden kann und dass tatsächlich mittels der Brenn¬ stofflanze eine entsprechende Ansaugung des Materials erzielt werden kann. Insbesondere im Falle der Verwendung von Heißgut können hierbei Schleusen, welche für Heißgut ungeeignet sind und relativ aufwändig sind, vermieden werden. Mit Vorteil wird daher erfindungsgemäß so vorgegangen, dass die Stäube als Heißgut aufgegeben werden.

Ebenso wie bei den bereits bekannten Einrichtungen wird mit Vorteil das Verfahren so betrieben, dass koaxial zur Mündung der Brennstofflanze und des Dosierzyklons Sekundärluft mit zur Achse der Lanze geneigter Richtung oder andere reaktive Gase in die Brennkammer eingeblasen werden, wobei derartige Sekun- därluft als rotierender Mantel auf das zu behandelnde staub- förmige Material auftrifft, und auf diese Weise wiederum ge¬ eignet ist, die Flammenform zu optimieren und die Reaktions¬ zeit entsprechend zu verlängern, was dadurch begünstigt werden kann, dass die Sekundärluft im Gegendrall zur Drallrichtung des Dosierzyklons eingestoßen wird. Die Sekundärluft kann selbst je nach dem gewünschten Verwendungszweck oxidierend, reduzierend oder neutral sein und ggf. Wasserdampf enthalten, wodurch eine Pyrohydrolyse unter Abtrennung von Halogenwasser- stoff gelingt.

Die in die Brennkammer eingestoßenen Stäube können aufgrund ihrer rotierenden Bewegung und der ggf. von außen aufgebrach¬ ten Sekundärluft von einer Kollision mit den Wänden der Brenn- kammer abgelenkt werden, sodass der Feuerfestaufwand in der Brennkammer wesentlich verringert werden kann. Die Einstellung der jeweils optimalen Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Turbu¬ lenzen führt zu einem entsprechend hohen StoffWärmeaustausch, wobei bei entsprechend reaktiven Gasen auch eine Optimierung der jeweiligen Umsetzung gelingt. Das jeweils gebildete Mate¬ rial kann in fester oder schmelzflüssiger Form aus dem Brenner ausgetragen werden, wobei das in der Brennkammer gebildete Verbrennungsgas ebenso wie das Trägergas im Dosierzyklon mit Vorteil tangential ausgetragen werden kann, um die gewünschte schraubenlinienförmige Strömung in der Brennkammer sicherzu¬ stellen. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird im Dosier¬ zyklon der Staub im Trägergas fein und gleichmäßig disper- giert.

Shredder-Leichtfraktionen können dem Brennstoff beigemengt werden oder als Brennstoff eingesetzt werden, wobei die Lanze zusätzlichen Verbrennungssauerstoff zuführen kann und die Feststoffe wiederum über den Zyklon zudosiert werden können. Heißgase können gewünschtenfalls aus verschiedenen Zonen der Brennkammer ausgebracht werden. Die im Falle einer Schmelze sich bildende Schlacke kann entsprechend abgestochen werden, wobei auch ein Metallbad, insbesondere Eisenbad, in der Brenn- kammer vorgelegt werden kann, um weitere Umsetzungen zwischen Schlacke und Metallbad unter unmittelbarer Nutzung der Verbrennungswärme vornehmen zu können.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zeichnet sich ebenso wie die vorbekannte Einrichtung auch dadurch aus, dass sie auf Injek¬ toren verzichten kann und daher auch grobkörniges Material zu¬ sätzlich zu extrem feinkörnigem Material verarbeiten kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsformen der erfindungsge¬ mäßen Einrichtung näher erläutert, wobei Fig.l einen Schnitt durch eine erste Ausbildung und Fig.2 ein vergrößertes Detail einer abgewandelten Brennerausgestaltung im Schnitt analog der Fig.l zeigt.

In der Fig.l ist mit 1 ein Dosierzyklon bezeichnet, welchem über ein Fallrohr 2 Rohmaterial aufgegeben wird. Das Rohmate¬ rial kann entsprechend feinkörnig aufgegeben werden und be- steht insbesondere aus kalten oder heißen Stäuben. Die jeweils sich ausbildende Materialsäule lastet auf Dosierpendelklappen 3, über welche das Material unter dem Eigengewicht in den Do¬ sierzyklon 1 eingetragen wird. Über eine tangentiale Leitung 4 wird Kalt- bzw. Heißwind oder auch Sauerstoff eingebracht, welcher dem Aufgabegut die durch die strichlierte Linie 5 an¬ gedeutete schraubenlinienförmige Beschleunigung erteilt. Im Bereich der Austragsöffnung 6 des Dosierzyklons ist die Be¬ schleunigung am höchsten, wobei der Druck entsprechend ab¬ nimmt. Um auch schlecht rieselfähiges backendes (Heiß-)Gut im Zyklon zu fluidisieren und gut förderbar zu machen können zu¬ sätzlich zur tangentialen Leitung 4 weitere Heißluft- bzw. Sauerstoffdüsen, wie schematisch mit 17 angedeutet, tangential in den Zyklon 1 münden. Die Düsen 17 können hierbei über den Umfang des Zyklons verteilt angeordnet werden, wobei bei- spielsweise im Falle von 3 Düsen diese jeweils einen Winkel von 120° miteinander einschließen. Über eine Lanze 7 wird fes¬ ter, flüssiger oder gasförmiger Brennstoff eingebracht und im Inneren einer Brennkammer 8 gezündet. Der Dosierzyklon sitzt hierbei im Deckel 9 der Brennkammer. Die Lanze 7 kann entspre¬ chend des Doppelpfeils 10 in Höhenrichtung verstellt werden. Je nach Position der Lanze ergibt sich ein mehr oder minder breiter ringförmiger Austrittsspalt im Bereich der Austritts¬ öffnung 6 des Dosierzyklons, wodurch sich zum einen die Flam¬ menform und der jeweilige erzielbare Saugdruck verstellen lässt.

Im Inneren der Brennkammer ist ein Ringkanal 11 ersichtlich, über welchen Sekundärluft als Mantel der den Dosierzyklon in axialer Richtung verlassenden Gemische ausgestoßen wird. Der Ringkanal 11 kann auch den Dosierzyklon 1 umgebend außerhalb der Brennkammer 8 angeordnet sein, d.h. oberhalb des Deckels 9, sodass er besser vor den hohen Brennkammer-Temperaturen ge¬ schützt ist. In diesem Fall ist der Ringkanal 11 mit Düsen verbunden, die in die Brennkammer 8 münden. Dieser zusätzliche Sekundärluft- bzw. Reaktionsgasmantel dient gleichfalls der Formgebung der Flamme, welche schematisch mit 12 bezeichnet ist. Die Austrittsrichtung der Sekundärluftstrahlen wird durch die Pfeile 13 veranschaulicht, wobei diese Austrittsrichtung entsprechend auch zur Achse der Lanze geneigt verlaufen kann.

Das umgesetzte Material kann in fester oder flüssiger Form über die den Bodenauslass 14 der Brennkammer 9 abgezogen wer¬ den. Die gebildeten Verbrennungsabgase verlassen über den seitlichen Anschluss 15 die Brennkammer und werden in Richtung des Pfeils 16 tangential abgezogen.

Insgesamt ergibt sich durch die Optimierung der Flammenform eine Verbesserung der Vermischung der Gase sowohl mit dem Brennstoff als auch mit dem umzusetzenden Gut, wobei bei ent¬ sprechender Temperaturführung auch unmittelbar staubförmiges gesintertes Material über die Bodenaustragsöffnung 14 der Brennkammer abgezogen werden kann. Bei der Ausbildung nach Fig.2 wurden die Bezugszeichen aus Fig.l übernommen. Im Innern des Dosierzyklons 1 ist nun zu¬ sätzlich ein Wehrrohr 18 ersichtlich, das unabhängig von der Position der Lanze 7 in Richtung des Doppelpfeils 19 relativ zur Lanze 7 und zur Wand des Dosierzyklons 1 verstellt werden kann. Über eine Leitung 20 können dem Wehrrohr weitere Addi¬ tive zugeführt werden. Mit 21 sind Leitkörper schematisch dar¬ gestellt. Der Zyklon mit der Lanze mündet in einen Diffusor 22, welcher selbst wieder in Richtung des Doppelpfeils 23 re- lativ zum Dosierzyklon 1 höhenverstellbar angeordnet ist. Im Diffusorstein sind entsprechend schräg zur Achse des Diffusors angeordnete Sekundärdüse 24 zur Ausbildung eines Gegendralls angeordnet, wobei mit 25 ein Dichtkompensator angedeutet ist. Der Sekundärdüsenguerschnitt kann hier durch vertikale Ver- Schiebung des Diffusors verändert werden.

Neben der eingangs erwähnten Anwendung eignet sich die erfin¬ dungsgemäße Einrichtung beispielsweise auch zur Aufarbeitung von Wolframcarbidschleifstäuben, wobei hier durch Zusatz von Soda als Additiv eine Na2WO4-Schmelze gebildet werden kann, welche in einfacher Weise weiter aufbereitet werden kann. Auch kann bei Einsatz von KCl und SiO2 unter Einsatz von Wasser¬ dampf Alkaliwasserglas mit dem jeweils gewünschten Alkalige¬ halt hergestellt werden.