Vorrichtung zur Erzeugung zündfähiger Feststoff/Gas-Suspensionen

Abstract

 Es wird eine Vorrichtung bereitgestellt zur Erzeugung zündfähiger Feststoff/Gas-Suspensionen mit einer vertikalen Zuführung für die Feststoff/Primärgas-Suspension und einem diese konzentrisch umgebenden Sekundärgaskanal sowie Mischstufe für beide Ströme. Zwecks Verbesserung des Zünd- und Schmelzverhaltens von Feststoff/Gas-Suspensionen in solchen Vorrichtungen ist vorgesehen, daß die Zuführung für die Feststoff/Primärgas-Suspension als Entspannungstopf (2) ausgebildet ist, der eine tangential angeordnete, im wesentlichen horizontal mündende Eintragsleitung (1) für die zugeführte Feststoff/Primärgas-Suspension aufweist, und an den Entspannungstopf (2) anschließend zwei hintereinandergeschaltete, als Venturi-Diffusoren ausgebildete Mischstufen (I, 11) angeordnet sind, wobei in der ersten Mischstufe (I) der Sekundärgaskanal (8) den Diffusor (5, 6, 7) konzentrisch umgibt, und in der zweiten Mischstufe (11) im Bereich des mit einer Kühlkammer (18) versehenen Diffusoraustritts ein diesen ringförmig umgebender GasFlammhaltebrenner (G) mit alternierenden Brenngas- und Sauerstoffdüsen (14, 14a) angebracht ist.
Die gesamte Brennervorrichtung sitzt auf dem oberen Rand eines vertikalen Brennschachtes (13) auf, welcher in eine horizontale Schmelzzyklonkammer (20) einmündet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung zündfähiger Feststoff/Gas-Suspensionen mit einer vertikalen Zuführung für die Feststoff/Primärgas-Suspension und einem diese konzentrisch umgebenden Sekundärgaskanal sowie Mischstufe für beide Ströme.

[0002] In der Feuerungstechnik, aber auch bei metallurgischen Prozessen ist es häufig erforderlich, Feststoffe, die verbrannt oder einer chemischen Umsetzung unterworfen werden sollen, in Form einer Suspension dem eigentlichen Feuerungsraum oder Reaktor zuzuführen.

[0003] Zur Erzeugung derartiger Suspensionen bekannte - häufig als Brenner bezeichnete - Vorrichtungen können gleichmäßig ineinander angeordnete, teilweise ortsfeste, teilweise bewegliche Zuführungen besitzen, die zunächst ein Gemisch von Brennstoff und Primärluft erzeugen und diese anschließend mit Sekundärluft vereinigen (DE-PS 891 597). Um u.a. eine gute Vermischung von Kohlenstaub und Luft zu erreichen, soll bei einer Ausführungsform der bekannten Vorrichtung der Primärluft vor der Zugabe von Kohlenstaub mittels eines Einsatzes im Primärluftrohr ein Drall gegeben werden, der nach der Zugabe des Kohlenstaubes eine in Drall versetzte Kohlenstaub/Luft-Suspension ergeben soll. Tatsächlich wird jedoch infolge der - verglichen mit der Luft - hohen Masse des nachträglich zugegebenen Kohlenstaubs der Drall der Luft stark reduziert bzw. nahezu ganz abgebaut und damit die angestrebte gute Vermischung aller Komponenten nicht erzielt.

[0004] Bei der aus der DE-AS 12 92 631 bekannten Vorrichtung zum Vermischen von Feststoffteilen in einem gasförmigen Trägermittel ist eine Wirbelkammer vorgesehen, die in Querschnitt die Umrißform einer logarithmischen Spirale und eine gegenüber der Auslaßöffnung größere Einlaßöffnung besitzt. Durch die Einlaßöffnung führt eine koaxial zum Pol verlaufende und etwa in der Querschnittsebene der Auslaßöffnung endende Zuführleitung für den Feststoff. Bei Anwendung dieser Vorrichtung tritt der Nachteil auf, daß der Feststoff mit hoher vertikaler Bewegungskomponente in den Brenn- und Reaktionsraum gelangt und vor Ausreaktion Kontakt mit dessen Wandung erhält.

[0005] Bei dem aus DE-AS 22 53 074 bekannten Verfahren zur pyrometallurgischen Behandlung von feinkörnigen, bei Behandlungstemperaturen schmelzflüssige Produkte ergebenden Feststoffen mit sauerstoffreichen Gasen und gegebenenfalls Energieträgern unter Verwendung einer Zyklonkammer werden sulfidische NE-Metallerze oder Metallerzkonzentrate, sauerstoffreiche Gase und gegebenenfalls Energieträger unterhalb der Reaktionstemperatur zu einer Suspension vermischt, mit einer eine Rückzündung ausschließenden Geschwindigkeit in eine vertikale Brennstrecke eingetragen und dort zur Reaktion gebracht. Die gebildete, überwiegend schmelzflüssige Partikeln enthaltende Suspension wird in die Zyklonkammer eingetragen.

[0006] Eine aus DE-OS 32 12 100 bekannte Vorrichtung zur Durchführung metallurgischer Prozesse von insbesondere sulfidischen NE-Metallkonzentraten sieht eine annähernd vertikal angeordnete Lanze vor, die Gas/Feststoff-Mischeinrichtungen und eine Beschleunigungsdüse aufweist, welche von einer Brennerdüse ringförmig umgeben ist. Die Brennerdüse ist mit einer Zuführung für das Brennstoff-/Zündgemisch ausgestattet. Bei der vorbekannten Vorrichtung wird in einer kleinen Düse mit Schallgeschwindigkeit die heterogene Mischung von Feststoff, Schmelze und Gas auf die in einem Herdofen befindliche Schmelze gerichtet. Die Verweilzeiten des Feststoffes im Strahl sind extrem kurz, so daß der nicht ausreagierte Partikelstrahl eine heftige Reaktion im Bad und eine starke Badturbulenz auslöst. Bei der vorbekannten Vorrichtung liegt der Nachteil in einer nicht ausreichenden Mischmöglichkeit der Gas/Feststoff-Suspension und der extrem kurzen Verweilzeit der Feststoffpartikel im Gasstrahl, so daß die vorbekannte Vorrichtung nur in Reaktoren mit Schmelzbädern betrieben werden kann.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung zündfähiger Feststoff/Gas-Suspensionen, insbesondere von sulfidischen Erzkonzentraten, bereitzustellen, welche die - insbesondere vorgenannten - Nachteile der bekannten Vorrichtungen nicht aufweist und bei einfacher Konstruktion eine sichere Betriebsweise gestattet.

[0008] Die Aufgabe wird gelöst, indem die Vorrichtung der eingangs genannten Art entsprechend der Erfindung derart ausgestaltet ist, daß die Zuführung für die Feststoff/Primärgas-Suspension als Entspannungstopf ausgebildet ist, der eine tangential angeordnete, im wesentlichen horizontal mündende Eintragsleitung 1 für die zugeführte Feststoff/Primärgas-Suspension aufweist, und an den Entspannungstopf 2 anschließend zwei hintereinandergeschaltete, als Venturi-Diffusoren ausgebildete Mischstufen I, II angeordnet sind, wobei in der ersten Mischstufe I der Sekundärgaskanal 8 den Diffusor 5, 6, 7 konzentrisch umgibt, und in der zweiten Mischstufe II im Bereich des mit einer Kühlkammer 18 versehenen Diffusoraustritts ein diesen ringförmig umgebender Gas-Flammhaltebrenner G mit alternierenden Brenngas- und Sauerstoffdüsen 14, 14a angebracht ist.

[0009] Das zur Erzeugung der zündfähigen Feststoff/Gas-Suspension erforderlicbe Primär- und Sekundärgas ist naturgemäß sauerstoffhaltig. Es können Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder technisch reiner Sauerstoff selbst eingesetzt werden.

[0010] Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird erreicht, daß eine in die Vorrichtung eingespeiste zündfähige Gas/Feststoff-Suspension in den Mischstufen völlig homogenisiert wird und am Ausgang der zweiten Mischstufe ein sicherer Zündvorgang und eine praktisch vollständige Überführung der Feststoffpartikel in den schmelzflüssigen Zustand innerhalb des Brennstrahls bewirkt wird. Insbesondere ist der Gas-Flammhaltebrenner wesentlich für die spontane Zündung des Brennstoffstrahls, für die Flammhaltung sowie für einen Wärmeenergieschub im Rückströmungsbereich. Im Ergebnis wird durch diese Brennerausgestaltung eine erhebliche Abflachnug des Zündprofilkegels bewirkt.

[0011] In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird über den Eintrittsstutzen 1 in den zyklonartigen Entspannungstopf 2 eine Feststoff/Primärgas-Suspension, wie komplexes sulfidisches Erzkonzentrat, eingeführt. Der Entspannungstopf besitzt zweckmäßig eine innere keramische Verschleißschutzschicht, beispielsweise aus Beton. Infolge der pneumatischen Förderung des Feststoffs einer Korngröße von unter 40 _/um und über 40 _/um bis 110 _/um in den Entspannungstopf und infolge der Rotationsbewegung (Drall) in diesem wird der Feststoff beim Verlassen des zyklonartigen Entspannungstopfes 2 über den Anschlußstutzen 4 in die Mischstufe I mit einem gewissen Drall geschleudert. Beispielsweise tritt eine Gas/Feststoff-Suspension mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 15 m/sec in den Venturi-Diffusor der ersten Mischstufe ein. Die als Venturi-Diffusor ausgeführte Mischstufe I besteht aus dem konvergenten Einmündungsteil 5, der zylindrischen Mischstrecke 6 und dem Diffusorteil 7. Der Venturi-Diffusor der Mischstufe 1 ist über eine Flanschverbindung auswechselbar mit dem zyklonartigen Entspannungstopf 2 verbunden. Im konvergenten Teil 5 des Venturi-Diffusors wird ein mit - z.B. etwa 17 bis 27 kg Feststoff/m³ - beladener Gasstrom beschleunigt und erreicht in der zylinderförmigen Mischstrecke 6 einen hohen Turbulenzgrad. In der Mischstrecke der Mischstufe I der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden bei einer Länge der Mischstrecke 6 von beispielsweise etwa dem 4- bis 6-fachen des Durchmessers Turbulenzgrade von Re = 1,5 bis 1,7 x 10⁵ erreicht. Der Diffusorteil 7 besitzt einen Öffnungs- bzw. Neigungswinkel von etwa 3 bis 7 Winkelgraden. Als zweckmäßig hat sich ein Neigungswinkel von 5° erwiesen. Die Vorrichtungsteile 5, 6, 7 der Mischstufe I dienen der Homogenisierung einer mit einem Drall eingespeisten Feststoff/Gas-Suspension sowie dem Abbau des Dralls. Der hohe Turbulenzgrad erzeugt eine Bewegung der Fluidteilchen quer zur Strömungsachse, wodurch bei entsprechender Verweilzeit, verbleibender Relativbewegung zwischen Gas und Feststoff sowie zwischen feineren und gröberen Feststoffpartikeln eine wirksame Homogenisierung des Gemischstromes erreicht wird. Durch die Länge der Mischstrecke 6 von beispielsweise dem 4- bis 5-fachen des Durchmessers werden Wirbel bzw. Strahlablösungen, die sich im konvergenten Teil 5 ergeben, abgebaut, bevor der Strahl in den Diffusor 7 eintritt. Der geringe Neigungswinkel des Diffusors vermeidet Strahl- und damit Dichteunregelmäßigkeiten.

[0012] Der Sekundärgaskanal 8 ist zweckmäßig als Rohrkrümmer ausgebildet, dessen vertikaler Teil den Diffusor konzentrisch umgibt. Im Bereich des Diffusoraustritts 7 geht der Sekundärgaskanal in einen zylinderförmigen Teil 10 eines kleineren Durchmessers über, wobei dieser kleinere Durchmesser praktisch dem Durchmesser des Diffusoraustritts entspricht. Der Sekundärgaskanal dient der Einführung eines Reaktionsgasstromes, wie z.B. eines mit Sauerstoff angereicherten Luftstromes.

[0013] Der Querschnittsübergang 9 des Sekundärgaskanals 8 in die Mischstrecke 10 ist ohne Querschnittssprung ausgebildet, beispielsweise kurvenförmig (konvex, konkav) oder konusartig. Auf diese Weise werden eventuelle Feststoffablagerungen, die infolge instabilen Verhaltens zu Beladungsunregelmäßigkeiten bzw. unregelmäßiger Stoffstromdichte führen, vermieden. Der Durchmesser der Mischstrecke 10 ist so gewählt, daß ein erheblicher Turbulenzgrad von R_e = 3 bis 7 x 10⁵ erreicht wird. Maßnahmen, wie Länge der Mischstrecke 10 von z.B. dem 5- bis 8-fachen des Durchmessers, gleitender Übergang in den nachgeschalteten Diffusor 11 mit einer engen Neigung von beispielsweise 2,5^e, dienen dazu, Ablösung bzw. Wirbelbildung am Brennermund 12 zu vermeiden. Wirbelbildungen würden zu Unregelmäßigkeiten in der Strahlzündung - z.B. ganz oder selektiv begrenzter Rückzündung in den Diffusor - und damit zu erheblichen Störungen, z.B. Verbackung, führen. Querschnittsübergang, Konizität sowie Mündungsdurchmesser des Diffusorteils 7 sind somit in der erfindungsgemäßen Vorrichtung derart aufeinander abgestimmt, daß eine völlige Vermischung der beiden Ströme - Sekundärgasstrom, Feststoff/Gas-Suspensionsstrom - und homogene Feststoffverteilung in der Mischstufe II eintritt. Zeckmäßig wird die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Geschwindigkeit des Sekundärgasstromes betrieben, die höher als diejenige des Feststoff/Gas-Suspensionsstromes ist, wobei eine Relativgeschwindigkeit von 5 bis 15 m/sec eingestellt wird.

[0014] In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein zweiter Venturi-Diffusor 11 vertikal hinter den ersten geschaltet und mit diesem über einen Flansch 10a verbunden. Dieser zweite Venturi-Diffusor bildet die Mischstufe II. Der Neigungswinkel des Diffusors beträgt 1,5 bis 4, vorzugsweise 2 bis 3 Winkelgrade. Ein Neigungswinkel von 2,5 hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Am Ende des Venturi-Diffusors 11 bzw. in dessen Austrittsbereich ist ein Gas-Flammhaltebrenner angebracht, der den Diffusoraustritt ringförmig umgibt. Der ringförmig angeordnete Brenner besitzt getrennte Verteilerrohre 16 für jeweils Brenngas und Sauerstoff. Die jeweiligen getrennten Düsen 14, 14a für Brenngas und Sauerstoff sind alternierend und in einem Teilungsabstand von etwa 40 mm koaxial auf einem _Ringkreis angebracht. Der Abstand zur Abreißkante 17 beträgt etwa 35 bis 40 mm. Die Düsenköpfe sind mittels Schraubgewinde auswechselbar mit den Zuführungsorganen 15, 15a verbunden. Die Zuführungsorgane 15, 15a sind durch die Kühlkammer 18 hindurchgeführt und im oberen und unteren Brennerboden druckwasserdicht eingeschweißt. Ein innerer Leitring 19 dient der gleichmäßigen Verteilung des Kühlwassers. Im allgemeinen hat die ringförmige Kühlkammer eine Höhe von 10 bis 30 und vorzugsweise von 15 bis 20 cm. Als Werkstoff für den Gas-Flammhaltebrenner dienen Chrom- und Nickel-haltige Edelstähle (beispielsweise Edelstahl der Werkstoff-Nr. 4571). Diese Werkstoffe und auch die Ausstattung des Diffusors 11 mit einer Kühlkammer bieten einen guten und ausreichenden sicherheitstechnischen Schutz gegen Verzunderung des Werkstoffes. Am Austritt des Venturi-Diffusors 11 ist im Bereich der Ebene des Brennermundes 12 eine über die Ebene hinausragende, schneidenartige Abreißkante 17 angebracht. Diese vorspringende Abreißkante einer Höhe zwischen 10 und 20 mm dient der genauen Fixierung des Zündbeginns außerhalb des Brennermundes, jedoch unmittelbar an diesem. Diese Maßnahme bewirkt, daß die hochtemperierten rückströmenden Verbrennungsgase und der Feststoff/Gas-Gemischstrahl in einem spitzen Winkel aufeinandertreffen. Auf diese Weise bietet die Ringgrundfläche des Gas-Flammhaltebrenners praktisch keine Angriffsmöglichkeiten für Feststoffansätze. Ferner verhindert die Abreißkante 17 Zündunregelmäßigkeiten, die bei einem durch Wirbel gestörten Fluidstrahl vor Austritt aus dem Venturi-Diffusor 11 auftreten können. Diese Unregelmäßigkeiten bewirken eine Belastung der Diffusor-Innenfläche durch frühzeitige Reaktion, Überhitzung und Verbackung.

[0015] Dennoch ist ein zusätzlicher Schutz der Bauteile des Gas-Flammhaltebrenners an den insbesondere hohen Temperaturen ausgesetzten Bereichen zweckmäßig, wie die Flächen des Brennermundes 12, der untere Boden und die Mantelflächen der Kühlkammer 18. Geeignete Schutzschichten sind solche aus z.B. Cobalt oder Zirconium, die bei den Betriebstemperaturen der erfindungsgemäßen Vorrichtung weder zur Verzunderung noch zum Legieren mit geschmolzenen Bestandteilen der Feststoff-Suspension, wie Kupfer oder Blei, neigen. Die Abreißkante 17 ist - wie auch die übrigen Konstruktionsteile der Vorrichtung - zweckmäßig ganz oder teilweise aus Chromnickelstählen hergestellt. Zur weiteren Verbesserung der Standzeit kann es zweckmäßig sein, den äußeren Bereich, nämlich dieSchneide der Abreißkante, durch Schmelz- oder Sinterauftrag eines Werkstoffes auf Basis z.B. Cobalt oder Zirconium, zu schützen. Die Auswahl des Werkstoffes richtet sich nach dem Lösungsvermögen der Fest-Flüssig-Bestandteile im Reaktionsstrahl.

[0016] Unter den vorgenannten Ausbildungen halten die Werkstoffe den Betriebsbedingungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung von hoher Temperatur und Austrittsgeschwindigkeiten des Gemischstrahls von etwa 19 bis 28 m/s ohne Schaden stand.

[0017] Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sitzt der Gas-Flammhaltebrenner bzw. die gesamte Vorrichtung auf dem oberen Rand eines an sich bekannten vertikalen Brennschachtes 13 mittels Flanschverbindung 13a - mit sprungartigem Übergang - auf, während der untere Rand des Brennschachtes in an sich bekannter Weise auf einer horizontalen Schmelzzyklonkammer in fester Verbindung aufsitzt. Die Länge des Brennschachtes 13 richtet sich nach der Größe des sogenannten Konzentratbrenners. Die Brennschachtlänge ist um so kürzer, je kleiner der Abstand x des Punktes der maximalen Flammentemperatur vom Brennermund ist. Dieser Abstand x ist durch die Beziehung festgelegt

[0018] 

worin bedeuten:

f = Funktion

W_A = Austrittsgeschwindigkeit am Brennermund

d_A = Durchmesser Brennermund

k = Brennerbeiwert

[0019] Beispielsweise beträgt bei einem Durchsatz von etwa 8 t/h bestimmter Kupferkonzentrate die Länge des Brennschachtes etwa 180 cm. Mit größerwerdender Produktionseinheit (Konzentratbrenner) kann d_A größer und damit die Flammenlänge x und die Brennschachtlänge kleiner werden. Die Zyklonkammer weist bei einer Länge von üblicherweise etwa 1 m einen Durchmesser von etwa 95 cm auf.

[0020] Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht im Bereich der Einmündung des Brennschachtes 13 in die horizontale Brennkammer 20 einen als Zündbrenner wirkenden, an sich bekannten Zweikammer-Vorgemischbrenner vor. Dieser Zündbrenner ist im Boden der horizontal liegenden Zyklonkammer, vorzugsweise im Mantel des Zyklons, angebracht und die Strahlachse ist auf die untere Innenwandung der Zyklonkammer gerichtet. Für die Zündung dieses Zündbrenners 23 ist eine Zündkerze 29 innerhalb einer aus feuerfester Stampfmasse bestehenden Haube vorgesehen. Der aus der Haube austretende stabile Flammstrahl wird in einen sprunghaft erweiterten zylindrischen Brennkanal 24 geleitet.

[0021] In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Zweikammer-Vorgemischbrenner 23 im Zündkanal 24 achsial mit einer Hochdruck-Vollstrahldüse 25 ausgerüstet. In diese Düse kann ein reduzierend wirkendes flüssiges Mittel, wie Öl, eingegeben und durch den Gas-Brennstrahl des Vorgemischbrenners 23 hindurch in die Zyklonkammer eingespritzt werden. Das Reduktionsmittel dient in an sich bekannter Weise der Reduktion anfallender Schlacke, welche zweckmäßig vor Ablauf der Schmelze aus der Zyklonkammer in ein üblicherweise nachgeschaltetes Zwischengefäß reduziert wird. Bei dieser Anordnung der Düse wird in vorteilhafter Weise die Düse durch den (noch nicht gezündeten) Gas/Luft-Strom gekühlt und Beeinträchtigungen der Düse durch Crack-Prozesse vermieden. Über den zentralen Stutzen 28 kann die Flammenüberwachung durch optische Vorrichtungen vorgenommen werden. Darüber hinaus kann der Zündbrenner 23 zur Gewährleistung eines sicheren Schmelzbetriebes in Abhängigkeitsschaltung mit allen anderen Brennern betrieben werden.

[0022] Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere zur pyrometallurgischen Behandlung von sulfidischen NE-Metallerzen oder sulfidischen NE-Metallerzkonzentraten. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden eine rasche und vollständige Durchzündung des aus den Mischstufen austretenden Gemischstrahls bei kleiner Flammenlänge und hoher Flammentemperatur in kurzem Abstand vom Brennermund erzielt. Hierdurch erfolgt bei Strahlaustrittsgeschwindigkeiten im an sich bekannten Bereich von unter 30 m/sec ein praktisch vollständiger Übergang der Feststoffpartikel in den schmelzflüssigen Zustand.

[0023] Die Weiterbehandlung des an der Innenwandung des Zyklons ablaufenden Schmelzfilms erfolgt in bekannter Weise. Das heißt, am Austritt der Zyklonkammer läuft der gesammelte Schmelzfilm als Strahl durch einen Austrittsschlitz in eine Sekundärkammer ab und gelangt über einen vertikalen Fallschacht in einen Vorherd. Im Vorherd werden die Schmelzkomponenten von unterschiedlichem Gewicht, wie Stein und Schlacke, separiert und getrennt abgezogen.

[0024] Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auf die Behandlung einer Vielzahl von Feststoffen anwendbar. Besonders geeignet sind sulfidische NE-Metallerze oder NE-Metallkonzentrate und sulfidische Eisenerze oder Eisenerzkonzentrate. Sie ist jedoch auch bestens geeignet für die Behandlung oxidischer, gegebenenfalls vorreduzierter Eisenerze oder Eisenerzkonzentrate sowie auch für die Behandlung von hüttenmännischen Zwischenprodukten.

[0025] Die Erfindung wird anhand der Figuren und des Ausführungsbeispiels näher und beispielhaft erläutert.

[0026] Es veranschaulichen

_Fig. 1 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung;

_Fig. 2 einen Schnitt durch den _Brennschacht und die Zyklonkammer als unteren Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

[0027] In der Vorrichtung gemäß Fig. 1 wird die einzusetzende Feststoff/Gas-Suspension durch den Eintrittsstutzen 1 in den Entspannungstopf 2 gegeben. Dieser besitzt in 3 einen konischen Teil und in 4 einen zylindrischen Teil als Anschlußstutzen. Dieser Anschlußstutzen ist über einen Flansch 4a mit der Mischstufe I verbunden. Diese Mischstufe wird gebildet aus einem Venturi-Diffusor mit dem konvergenten Teil 5, dem zylinderförmigen Mischstreckenteil 6 und dem Diffusorteil 7. Der Venturi-Diffusor wird von dem Sekundärgaskanal 8 konzentrisch umgeben. Der Sekundärgaskanal ist als Rohrkrümmer ausgebildet, der sich über den Übergang 9 in einen zylindrischen Mischstreckenteil 10 verminderten Durchmessers verjüngt. Über Flansch 10a ist die Mischstufe I mit der Mischstufe II verbunden. Der Venturi-Diffusor 11 ist an seinem Austrittsteil mit einem ringförmigen Gas-Flammhaltebrenner G ausgerüstet. Der Gas-Flammhaltebrenner besitzt getrennte Verteilerrohre 16 für jeweils Brenngas und Sauerstoff, die an die getrennten _Zulei- tungsrohre 15, 15a für Brenngas und Sauerstoff angeschlossen sind. Die _Zuleitungsrohre 15, 15a sind an ihrem Austritt über Schraubgewinde mit auswechselbaren Düsen 14, 14a versehen. Mit 17 ist eine ringförmige Abreißkante bezeichnet. Die Kühlkammer 18 ist mit einem inneren Leitring 19 für die gleichmäßige _Verteilung des unter Druck stehenden Kühlwassers versehen. Mittels Flansch 13a sitzt der Brenner auf dem Brennschacht 13 auf. Der _Brennermund 12 mündet übergangslos in den Brennschacht 13.

[0028] In Fig. 2 ist der Übergang bzw. die Einmündung des Brennschachts 13 in die horizontale zyklonkammer 20 dargestellt. Im Bereich der Einmündung ist im Zylinderboden 22 der Zyklonkammer 21 ein Zweikammer-Vorgemischbrenner 23 mit zündkanal 24 eingebaut. Die Strahlrichtung 27 dieses Brenners ist auf die untere Innenwandung der Zyklonkammer gerichtet. Eine Zündkerze 29 zündet das Gasgemisch 28 sowie den über die Vollstrahldüse 25 austretenden Strahl 26 flüssigen Brennstoffs.

Ausführungsbeispiel

[0029] 7.000 kg/h Kupferkonzentrat werden aus vorgeschalteten Bunker-, Trocknungs-, Zuteiler- und Mischanlagen mit 390 m³ Primärluft als Trägergas über eine Förder-Rohrleitung dem Eintrittsstutzen 1 des Entspannungsgefäßes 2 zugeführt.

[0030] Das Konzentrat mit einer Zusammensetzung von











und einer Korngröße zwischen 0,5 und 100 _/um und einem Anteil von 53 % im Bereich zwischen 15 und 100 /µm besitzt eine Restfeuchte von 0,1 bis 0,3 %.

[0031] Als Schlackenbildner wird Si0₂ in Form von Sand in einer Menge von 1,3 t/h dem Konzentrat-Luftstrom vor Eintritt in den Stutzen 1 zugeführt, um das sich bildende FeO in einer Schlacke abzubinden. Hierzu wird Sand mit einer Restfeuchte von 0,1 % und einer Korngröße bis 0,7 mm verwendet.

[0032] Der Fluidstrom aus 7.000 kg/h'Konzentrat, 1.300 kg/h Sand und 350 m³/h Förderluft gelangt über den Stutzen 1 in das Entspannungsgefäß 2 und tritt aus diesem über die Einschnürung 5 in die Mischstrecke 6 der Mischstufe II ein, in der der Strahl auf eine Geschwindigkeit von 39 m/s beschleunigt wird. Bei dem gewählten Durchmesser der Mischstrecke 6 wird ein Turbulenzgrad von Re = 1,67 x 10⁵ erreicht. Das Verhältnis L : D beträgt 5. Der Strahl passiert alsdann den mit einem Radius von 100 mm stufenlos ausgebildeten Übergang von Mischstrecke 6 in den Diffusor 7, der eine Neigung von 5 Winkelgraden und einen größten Durchmesser von 95 mm hat.

[0033] Der homogenisierte Fluidstrahl tritt aus dem Venturi-Diffusor 7 mit einer Geschwindigkeit von z.B. 15,9 m/s aus und zusamen mit dem Sekundärstromgemisch aus 600 m³/h Luft mit 1.800 m³/h Sauerstoff innerhalb des Sekundärgaskanals 8 in den Fangteil der Mischstrecke 10 der Venturi-Mischstufe II ein.

[0034] Die Relativgeschwindigkeit zwischen dem aus Diffusor 7 austretenden Strahl und dem ihn umgebenden Sekundärstrom innerhalb des Sekundärgaskanals 8 beträgt 9,3 m/s.

[0035] Die Mischung beider Ströme erfolgt in der Mischstrecke 10 bei einer mittleren Strahlgeschwindigkeit von 70,5 m/s und einem Streckenverhältnis L : D = 5,4 und einem anfänglichen Turbulenzgrad von Re = 6 x 10⁵. Die Strahlmischung wird nunmehr in den Diffusor 11 der Mischstufe II übergeführt. Zur Vermeidung von Strahlablösungen hat der Diffusor 11 eine Neigung von 2,5 Winkelgraden. Aus dem Brennermund 12 tritt der noch ungezündete Fluidstrahl mit einer mittleren Geschwindigkeit von 19,5 m wirbelfrei aus.

[0036] Infolge des Durchmessersprunges von 230 mm am Brennermund 12 auf 500 mm im Brennschacht 13 sowie der axialen Ausrichtung des homogenisierten austretenden Strahles ergibt sich eine äußere Rückströmung von heißen Verbrennungsprodukten und Gasen, die zusammen mit der Flammhalte-Einrichtung 14 und 14a unmittelbar an der Abreißkante 17 zur Durchzündung des Fluidstrahles führt.

[0037] Die eingesetzte Brennstoffmenge für die Flammhaltung beträgt bei einem Konzentratdurchsatz von 6.000 bis 10.000 kg/h ca. 30 m³ Erdgas. Im Bereich des Brennermundes 12 tritt der homogenisierte Fluidstrahl über die AbreiBkante 17 wirbelfrei aus, ohne daß es im Grenzschichtbereich der Diffusor-Innenwand am Ende des Diffusors 11 zu Ablösungen und Wirbelbildungen kommt.

[0038] Der gerichtete Strahl taucht über die Abreißkante 17 im spitzen Winkel - und über die ihn umgebende hochreaktive, durch den _Flammhaltebrenner intensivierte Rückströmung - frei in den Brennschacht 13 ein. Es ergibt sich unter Berücksichtigung der Strahlaustrittsgeschwindigkeit von 18,5 m/s am Brennermund und der Flugbahn der Feststoffreaktanten ein _Zündpro- fil gemäß Figur 3 im Bereich des Eintritts in den Brennschacht 13. Infolge des Querschnittssprunges Brennermund 12 zu Schacht 13 und der Verbrennungsreaktion werden die reagierenden Feststoffteilchen z.T. in Richtung der gekühlten Schachtwand abgelenkt und treffen bei der erfindungsgemäßen Anordnung ausreagiert und schmelzflüssig auf die Schachtwand. Der an der Schachtwand ablaufende Schmelzenfilm erstarrt bis zu einer Dicke, die dem Wärmedurchgang zu den Kühlrohren der Schachtwand entspricht und bildet eine Schutzschicht auf dem Kühlrohrmantel aus. Auf der erstarrten Schicht läuft der randgängige Anteil der Schmelze rückstandslos und in gewünschter Stabilisierung in Richtung _Zyklongefäß ab.

[0039] Der Ausbrand erfolgt innerhalb des Brennschachtes entsprechend dem Diagramm der Fig. 4, wobei der Strahl gemäß Fig. 4 auf kurzem Wege x die maximale Temperatur von 1.640 °C erreicht und kurz danach zur Trennung von Gasphase und Schmelze tangential in die Zyklonkammer 20 eintritt.

[0040] Im vorliegenden Beispiel verläuft der Prozeß autogen. In Fällen der Verarbeitung von weniger Reaktionswärme enthaltenden Mischungen wird über den Stutzen 1 zusätzlich Brennstoff, z.B.Kohlenstaub, zugeführt.

[0041] Aus der über die gekühlten Wandungen der Reaktoranlage abgeführten Reaktionswärme ergibt sich eine Dampfproduktion von 0,9 bis 1 t Dampf (60 bar) je t Konzentrat.

[0042] Die aus dem Zyklongefäß 20 abgeführten Produkte sind:

Kupferstein der Zusammensetzung:

[0043] Schlacke mit Gehalten von:

[0044] Kupferstein und Schlacke werden zusammen mit einer Schmelzentemperatur von 1.300 °C aus dem unteren Berich des liegenden Zyklongefäßes abgeführt.

[0045] Das in axialer Richtung aus dem Zyklongefäß 20 austretende Abgas hat eine Temperatur von 1.320 °C und enthält 56 % SO₂ sowie 5 % Rest-0₂.

[0046] Mit dem Abgas wird oxidisch-sulfatischer Flugstaub mitgeführt einer Zusammensetzung:

[0047] Der in der Zyklongefäßwand 22 angeordnete flammüberwachte Pilotbrenner 23 dient der Zünd- und Flammsicherung des Gesamtschmelzaggregates während des Schmelzetriebes sowie der Zündung und Überwachung der Erdgasflamme während der Aufheizphase, in der bis zu einer Ofenraumtemperatur von 1.200 °C aufgeheizt wird. Zum Aufheizen werden die Gasdüsen des Flammhaltebrenners G mit bis zu 150 m³/h Erdgas ohne Sauerstoff betrieben. Der erforderliche Sauerstoff wird dabei in Form von Luft über den Sekundärgaskanal 8, Mischstrecke 10 und Diffusor 11 dem Brennschacht 13 zugeführt.

[0048] Der Zweikammer-Vorgemischbrenner 23 ist mit einer Hochdruck-Vollstrahldüse ausgerüstet, die zum Zwecke der Reduktion im Schmelzenbereich des Zyklon 20 mit einem Reduktionsmittel, z.B. Öl, betrieben wird.

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Erzeugung zUndfähiger Feststoff/Gas-Suspensionen mit einer vertikalen Zuführung für die Feststoff/Primärgas-Suspension und einem diese konzentrisch umgebenden Sekundärgaskanal sowie Mischstufe für beide Ströme, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung für die Feststoff/Primärgas-Suspension als Entspannungstopf (2) ausgebildet ist, der eine tangential angeordnete, im wesentlichen horizontal mündende Eintragsleitung (1) für die zugeführte Feststoff/Primärgas-Suspension aufweist, und an den Entspannungstopf (2) anschließend zwei hintereinandergeschaltete, als Venturi-Diffusoren ausgebildete Mischstufen (I, II) angeordnet sind, wobei in der ersten Mischstufe (I) der Sekundärgaskanal (8) den Diffusor (5, 6, 7) konzentrisch umgibt, und in der zweiten Mischstufe (II) im Bereich des mit einer Kühlkammer (18) versehenen Diffusoraustritts ein diesen ringförmig umgebender Gas- Flammhaltebrenner (G) mit alternierenden Brenngas- und Sauerstoffdüsen (14, 14a) angebracht ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Entspannungstopf (2) und Mischstufen (I, II) über Flansche (4a, lOa) miteinander verbunden sind.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärgaskanal (8) im Bereich des Diffusoraustritts (7) in einen zylinderförmigen Teil (10) kleineren Durchmessers übergeht, dessen Durchmesser praktisch dem Durchmesser des Diffusoraustritts (7) entspricht.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusoraustritt der zweiten Mischstufe (II) im Bereich des Brennermundes eine über die Ebene hinausragende, schneidenartige Abreißkante (17) aufweist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (G) bzw. die gesamte Brennervorrichtung auf dem oberen Rand eines vertikalen Brennschachtes (13) mittels Flanschverbindung (13a) aufsitzt.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Rand des Brennschachtes auf einer horizontalen Schmelzzyklonkammer (20) aufsitzt.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Einmündung des Brennschachtes (13) in die horizontale Zyklonkammer (20) ein Zweikammer-Vorgemischbrenner (23) in den Boden, vorzugsweise in den Mantel der Zyklonkammer (20), eingebaut und mit der Brennerachse auf die untere Innenwandung gerichtet ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Vorgemischbrenner (23) im Zündkanal (24) zusätzlich mit einer Hochdruck-Vollstrahldüse (25) ausgerüstet ist.

Zeichnung