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(11) | EP 2 799 800 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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| (54) |
VORRICHTUNGEN ZUR DÄMMUNG VON DREHROHRÖFEN IN DER INDUSTRIE DEVICES FOR INSULATION OF ROTATION FURNACES IN THE HEAVY INDUSTRY DISPOSITIFS D'ISOLATION DE FOURS TUBULAIRES DANS L'INDUSTRIE |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Ein Drehrohrofen ist ein hochwertiges Investitionsgut mit Kosten von meist mehreren Millionen Euro. Zu seiner Inbetriebhaltung ist ein "Konti-Betrieb" zu organisieren; in aller Regel werden Drehrohröfen 24 Stunden pro Tag, 7 Tage die Woche und in 50 oder 51 Wochen des Jahres betrieben. Folgende Industrien verwenden Drehöfen:
- Zementherstellung
- Kalkbrennen
- Müllverbrennung (besonders Sonderabfälle)
- Schmelzen von keramischen Gläsern / Fritten
- Trocknung von Mineralgestein in Asphaltmischanlagen oder in Betonmischanlagen
- Erschmelzung von Metallen (beispielsweise zur Reduktion von Nickelerz)
- Pigmentherstellung
- Aktivkohleaktivierung
- Wälzverfahren zur Aufarbeitung von Stahlwerksflugstaub und anderen Zinkträgern
- Eisenerzreduktion
[0002] Drehrohröfen z.B. wie in EP 0032 468 A beschrieben sind Anlagen großen Durchmessers, in denen Prozesse mit sehr hoher Wärmeentwicklung im Durchlauf bei gleichzeitiger Drehbewegung der Hülle stattfinden.
[0003] Dies führt zu einer Oberflächentemperatur, die meist bei Werten über 200°C liegen und zu hohen Wärmeverlusten führen.
[0004] Die Problematik bislang bestand darin, geeignete entsprechend wärmebeständige Dämmmaterialien unter Berücksichtigung des Gesamtgewichtes des Drehofens zu finden, sowie eine geeignete Befestigungstechnik, die die bei der Rotation auftretenden Fliehkräfte und die Vermeidung von Wärmebrücken entsprechend praxistauglich berücksichtigt.
[0005] EP 0 619 010 B1 beschreibt einen Drehrohrofen mit einer polygonalen Innenwand, um heißen Zement und andere Materialien zu bearbeiten. CN 101 441 038 A offenbart ein hitzebeständiges Vakuumisolationsmaterial mit einem äußeren Gehäusekörper, dessen inneres Oberflächenmaterial einen kleineren linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat als sein äußeres Oberflächenmaterial. DE 37 05 613 A1 beschreibt eine thermische Isolation aus thermisch isolierendem Material mit gasundurchlässigen Zwischenschichten, wobei eine Wabenstruktur verwendet wird. SU 1 190 169 A1 offenbart eine thermische Isolation für einen Drehrohrofen.
[0006] Es wird auf die Außenhülle des Ofenrohres eine Dämmung aufgebracht, die aus mehreren Stufen besteht und mit einer Blechhülle oder feuerfesten Plane fixiert und vor äußeren Einflüssen geschützt wird.
[0007] Zunächst wird auf die Oberfläche des Rohres eine neue Beschichtung z.B. ein liquides Gebinde aufgebracht, das nach dem Aushärten nach Beschaffenheit und Art einen sehr kleinen Emissionsgrad für Infrarote Strahlung von e < 0,1 aufweist (Fig. 2, 5). Demzufolge wird die Emissionsleistung von Wärme d.h. für Emissionen zwischen den Bereichen 10-6- 10-3m, mit den Frequenzen zwischen 3*1011 bis 3* 1014Hz auf ein Minimum reduziert (Elektromagnetische Wellenlängen in [m] Infrarot = Wärmestrahlung).
[0008] Bei Neukonstruktionen kann dieses Prinzip ebenfalls auf der Innenseite des Stahlmantels angewendet werden. (s. Fig. 2 , 6)
[0009] Mit der Rohraußenseite (Fig. 2, 3) werden in geeigneten Abständen "Wärmeschlösser" (Fig. 2, 7) in geeigneter Größe als Aufnahme für die "Rorationsmasten" starr und fest verbunden (Fig. 2, 8).
[0010] Das "Wärmeschloß" besteht aus einem kubischen Käfig an dessen oheren Fläche ein Schlitz offen gelassen ist, durch den der Rotationsanker bei der Montage geschoben werden kann (Fig. 4A, 13).
Als Material hierfür kommen Stähle mit einem Ausdehnungskoeffizienten von ca. a = 12 in Frage. An den Innenkanten werden Klemmstücke aus einem Werkstoff mit höberer Wärmedehnung von ca. a >= 20 eingepasst (Fig. 4A, 14).
Hierin sitzt ein zweigeteilter Steinblock, in dessen Mitte eine für den "Rotationsanker" passende Aussparung gelassen wurde (Fig. 4A, 15). Die Zweiteilung ist der Montagemöglichkeit geschuldet. Es sind also auch andere Varianten denkbar.
Bei Heizen des Ofens und bereits leichter Erwärmung wird die Aufnahme für die Anker im Käfig mittels Wärmedehnung fest verkeilt.
Durch sehr kleine Kontaktflächen findet nur eine begrenzte Erwärmung des Schamottsteines statt. Mit der Isolierungswirkung des Steins gelangt nur sehr wenig Wärmeenergie in den "Rotationsmast" Die Verluste durch Wärmeübergang nach außen werden also minimiert, da kein direkter Kontakt zur Wärmequelle mehr existiert.
[0011] In den "Wärmeschlössern" sitzen die "Rotationsmasten", auf denen die Außenhülle befestigt ist und an denen gasgefüllte Ballons (Gasbags) aus einem geeignet dichten, reißfestem sowie den Umgebungsbedingungen entsprechend warme- und alterungsbeständigem Material angebracht werden (Fig. 3, 11). Auf dem oberen Ende der Masten sitzt eine Vorrichtung, an der die Außenhülle befestigt werden kann. Hier werden aus Instandhaltungsgründen lösbare Verbindungen verwendet.
Der Raum zwischen Rohroberfläche und Außenhülle der Dämmung wird so mit stehendem Gas gefüllt, dessen Wärmeleitfähigkeit bei 20°C weniger als 0,05 W/m2K beträgt.
Die Dimension der Gasbags muß so gewählt sein, daß sie bei Betriebstemperatur den Raum zwischen Rohr und Außenhülle möglichst ganz ausfüllen.
Da die Temperatur in den Gasbags abhängig von ihrer Lage und der Betriebstemperatur ist, muss der Anfangsdruck entsprechend ihrer Position eingestellt werden. Bags auf der Innenseite haben dann, bei 10 °C, eine Füllung von z.B. 0,1 bar. Während Bags auf der Außenseite auf 0,8 - 0,9 bar eingestellt werden.
[0012] Der "Rotationsmast" (Fig. 4B, 16) besteht aus einem U-Winkel, dessen unteres Ende im "Wärmeschloß" (Fig. 4.B) verkeilt ist und auf dessen oberen Ende die Außenhülle (Fig. 3, 12 u. 18) aufliegt und befestigt werden kann.
Am langen Schenkel sind die Gasbags an Ösen (Fig. 4B, 17) befestigt. Als Material eignen sich vergütete oder veredelte Stähle sowie Karbonfasern bzw. Kohlenstefffaserstoffe.
[0013] Eine Außenhülle aufgebracht auf die Rotationsmasten mit dem Zweck, die Gasballons in Ihrer Position zu halten, Konvektion im Dämmsystem zu unterbinden und die Dämmschicht vor äußeren Einflüssen zu schützen. Das Material der Hülle besteht aus geeignet dichtem, reißfestem sowie den Umgebungsbedingungen entsprechend wärme- und alterungsbeständigem Material wie veredelten Blechen oder Gewebearten.
Nutzen
[0014] Der Vorteil der Erfindung liegt neben der Energieeinsparung im Handel von Zertifikaten und Emissionsrechten. Außerdem werden Abfallprodukte wie Nitride, Carbide und Boride reduziert. Darüber hinaus werden die Anlage, die Mitarbeiter und die Umwelt geschont.
Energieverbrauch bezogen auf die Zementindustrie
Für die Herstellung von Zement sind ungefähr 3000 kJ/kg notwendig.
Das Einsparungspotential für den Betrieb eines Drehofens wird auf mindestens 10 % geschätzt.
Das Einsparungspotential für die Endprodukte Zement und Klinker wird auf mindestens 5 % geschätzt.
Bezugszeichenliste
[0015]
- 1
- Stahlring des Drehrohrofens
- 2
- feuerfeste Ringmauer
- 3
- Rohroberfläche
- 4
- Einzelner (Schamott) Stein
- 5
- Umfangsschicht mit niedrigem Emissionsgrad für Wärmestrahlung
- 6
- Umfangsschicht mit hohem Reflexionsgrad für Wärmestrahlung
- 7
- Wärmeschloß
- 8
- starre Verbindung (hier: Schweißnaht)
- 9
- Dämmschicht aus ruhendem Gas
- 10
- veredelte Oberflächenbeschichtung. D.h. 5 und 6 werden zur sogenannten Infrarotsperre zusammengefasst.
- 11
- Gasballon bzw. Gasbags
- 12
- Außenhülle
- 13
- Stahlkäfig
- 14
- Keile
- 15
- Steinblock
- 16
- Rotationsmast
- 17
- Öse für Gasballons
- 18
- Außenhülle
| Figur 1 | - herkömmlicher industr. Drehrohrofen | ||
| 1 | |||
| 2 | |||
| Figur 2 | - Aufbau strahlungsred. Schicht / aufbringen Wärmeschloß | ||
| 3 | |||
| 4 | |||
| 5 | |||
| 6 | |||
| 7 | |||
| 8 | |||
| Figur 3 | - Wärmedämmung | ||
| 9 | |||
| 10 | |||
| 11 | |||
| 12 | |||
| Figur 4 | - Befestigung der Außenhaut | ||
| 4 A | |||
| 4B | |||
| Figur 4A | - Detail: Wärmeschloß | ||
| 13 | - Käfig | ||
| 14 | - Keile | ||
| 15 | - Schamottblock | ||
| Figur 4B | - Detail: Rotationsmast | ||
| 16 | - Rotationsmast | ||
| 17 | - Öse für Aufhängung der Gasbags | ||
| 18 | - Außenhülle | ||
| Figur 4C | - Detail: Gasbag | Figur 5 | |
| - Rotationsmast | 1 | - Stahlring | |
| 10 | - Infrarotsperre | ||
der Drehrohrofen mit einem Ofenrohr (1) ausgebildet ist, wobei eine Manteloberfläche (3) des Ofenrohrs (1) durch eine neue Haut oder mehrlagige Schicht (5, 6) oder einen Anstrich mit einem Emissionsgrad e <=0,2, nämlich mit einer dicht geschlossenen, metallisch glänzenden Oberfläche, versehen ist, umfassend
mehrere Wärmeschlösser (7), die in geeigneter Größe als Aufnahme für Rotationsmasten (16) starr und fest mit einer Außenseite des Ofenrohrs (1) verbunden sind,
eine Außenhülle (12, 18), die auf den Rotationsmasten (16) befestigt ist, und
eine Dämmschicht (9) zwischen dem Ofenrohr (1) und der Außenhülle (12, 18), die mehrere Gasballons (11) aufweist, die an den Rotationsmasten (16) angebracht sind und die mit einem Gas so gefüllt sind, dass sie bei Betriebstemperatur möglichst ihre maximale Ausdehnung erreichen, so dass der Raum zwischen dem Ofenrohr (1) und der Außenhülle (12, 18) mit ruhendem Gas möglichst gefüllt ist.
die Manteloberfläche (3) die Innenoberfläche des Drehrohrofens ist, wobei die neue Haut oder mehrlagige Schicht (5, 6) mit einem hohen Reflexionsvermögen versehen ist, wobei ein Lack, Film oder Anstrich durch die Zugabe von Metallen, insbesondere Al, Si, Cu, Mg, Ni, Fe, Ca, Cr und Co, auf die Emissionsgrade eingestellt ist.
die neue Haut ein nichtrostender, polierter Metallring oder Metallmantel von 1-2 mm Dicke oder eine metallische Folie von 10-1000nm Dicke ist, mit dem oder der das Ofenrohr (1) ummantelt und/oder von innen ausgekleidet ist.
die Wärmeschlösser (7) jeweils aus einem kubischen Käfig (13) bestehen, an dessen oberen Fläche ein Schlitz offen gelassen ist, durch den ein Rotationsanker des jeweiligen Rotationsmastes (16) bei der Montage geschoben werden kann,
wobei bevorzugt an den Innenkanten des Käfigs (13) Klemmstücke eingepasst sind und darin ein bevorzugt zweigeteilter Steinblock (15), dessen Mitte eine für den Rotationsanker passende Aussparung aufweist, sitzt
wobei weiter bevorzugt die Käfige (13) aus einem Stahl mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von a=12 und die Klemmstücke aus einem Werkstoff mit höherem Wärmeausdehnungskoeffizienten von a>=20 ausgebildet sind, so dass bei Heizen des Ofens die Aufnahme für den Rotationsanker mittels Wärmedehnung fest verkeilt wird.
die Außenhülle (12, 18) an einem oberen Ende der Rotationsmasten (16), bevorzugt mittels lösbarer Verbindungen, befestigt ist.
die Außenhülle (12, 18) aus feuerfestem Gewebe oder Blechen ausgebildet ist, um die Dämmschicht (9) vor äußeren Einflüssen zu schützen.
die Gasballons (11) aus einem geeignet dichten, reißfesten sowie den Umgebungsbedingungen entsprechend wärme- und alterungsbeständigen Material, insbesondere einer metallischen Hülle ausgebildet sind.
die Außenhülle (12, 18) dazu ausgestaltet ist, die Gasballons (11) in ihrer Position zu halten, Konvektion im Dämmsystem zu unterbinden und die Dämmschicht (9) vor äußeren Einflüssen zu schützen.
die Rotationsmasten (16) jeweils aus einem U-Winkel mit einem unteren Ende, einem oberen Ende und einem langen Schenkel bestehen, dessen unteres Ende in jeweils einem Wärmeschloss (7) verkeilt ist, auf dessen oberen Ende die Außenhülle (12, 18) befestigt werden kann und an dessen langem Schenkel die Gasballons (11) an Ösen (17) befestigt werden können, sodass die Gasballons (11) in Umfangsrichtung mitrotieren können, um den Raum (9) zwischen Ofenrohr (1) und Außenhülle (12, 18) mit ruhendem Gas zu füllen.
ein Vollkontakt zwischen dem Ofenrohr (1) des Drehrohrofens, das als Stahlring ausgebildet ist, und einer feuerfesten Ringmauer (2) auf einer Innenseite des Ofenrohrs (1) unterbrochen ist, indem Taschen oder Kanäle vorgesehen sind, um einen direkten Wärmefluss oder eine Wärmebrücke zu reduzieren.
the rotary kiln is designed with a kiln tube (1), wherein a shell surface (3) of the kiln tube (1) is provided by a new skin or multi-layer coating (5, 6) or a coat of paint with an emission ratio e <=0.2, namely with a tightly sealed, metallic-gloss surface, comprising
a plurality of heat locks (7) which, in a suitable size as a receptacle for rotation masts (16), are rigidly and firmly connected to an outer side of the kiln tube (1),
an outer casing (12, 18) which is fixed to the rotation masts (16), and
an insulating layer (9) between the kiln tube (1) and the outer casing (12, 18), which has a plurality of gas balloons (11) which are mounted on the rotation masts (16) and which are filled with a gas in such a way that if possible they reach their maximum expansion at operating temperature, so that the space between the kiln tube (1) and the outer casing (12, 18) is if possible filled with stationary gas.
the shell surface (3) is the inner surface of the rotary kiln, wherein the new skin or multi-layer coating (5, 6) is provided with high reflectivity, wherein a lacquer, film or coat of paint is adjusted to the emission ratios by adding metals, in particular Al, Si, Cu, Mg, Ni, Fe, Ca, Cr and Co.
the new skin is a rust-resistant, polished metal ring or metal shell having a thickness of 1-2 mm or a metal foil having a thickness of 10-1000 nm, with which the kiln tube (1) is sheathed and/or lined on the inside.
the heat locks (7) in each case consist of a cubic cage (13) on the upper surface of which a slot is left open, through which a rotation anchor of the respective rotation mast (16) can be fitted during assembly,
wherein clamping pieces are preferably fitted in place at the inner edges of the cage (13) and in them is seated a preferably split block of stone (15) the centre of which has a recess to fit the rotation anchor,
wherein also preferably the cages (13) are made of a steel having a coefficient of thermal expansion of a=12 and the clamping pieces are made of a material with a higher coefficient of thermal expansion of a>=20, so that when the kiln is heated the receptacle for the rotation anchor is firmly wedged by thermal expansion.
the outer casing (12, 18) is attached to an upper end of the rotation masts (16), preferably by releasable connections.
the outer casing (12, 18) is made from refractory fabric or metal sheets in order to protect the insulating layer (9) from external influences.
the gas balloons (11) are made from a suitably sealed, tear-resistant material which can withstand heat and ageing according to the ambient conditions, in particular a metallic casing.
the outer casing (12, 18) is designed to keep the gas balloons (11) in position, to prevent convection in the insulating system and to protect the insulating layer (9) from external influences.
the rotation masts (16) in each case consist of a U-shaped bracket with a lower end, an upper end and a long arm of which the lower end is wedged in each case in a heat lock (7), on the upper end of which the outer casing (12, 18) can be fixed and on the long arm of which the gas balloons (11) can be attached to eyes (17), so that the gas balloons (11) can rotate with them in the circumferential direction in order to fill the space (9) between kiln tube (1) and outer casing (12, 18) with stationary gas.
full contact between the kiln tube (1) of the rotary kiln, which is designed as a steel ring, and a refractory ring wall (2) on an inner side of the kiln tube (1) is interrupted by providing pockets or channels in order to reduce direct flow of heat or a thermal bridge.
le four tubulaire rotatif est muni d'un tuyau de poêle (1), tandis qu' une surface d'enveloppe extérieure (3) du tuyau de poêle (1) est équipée d'une nouvelle peau ou de plusieurs couches (5,6) ou d'une peinture ayant un degré d'émission e <= 0,2, à savoir avec une surface hermétiquement fermée, brillante métallique, comprenant
plusieurs serrures thermiques (7) lesquelles sont connectées, dans des tailles convenables comme emplacement de réception pour des poteaux de rotation (16), d'une manière rigide et solide avec un côté extérieur du tuyau de poêle (1)
une housse extérieure (12, 18) laquelle est fixée sur les poteaux de rotation (16) et
une couche d'isolation (9) entre le tuyau de poêle (1) et la housse extérieure (12, 18), qui comporte plusieurs ballons de gaz (11), lesquels sont posés aux poteaux de rotation (16) et sont remplis d'un gaz ainsi qu' ils atteignent lors de température de fonctionnement autant que possible leur extension maximum, ainsi que l'espace entre le tuyau de poêle (1) et la housse extérieure (12, 18) est rempli autant que possible de gaz dormant.
la surface d'enveloppe (3) est la surface intérieure du four tubulaire rotatif, tandis que la nouvelle peau ou la multicouche (5,6) est équipée avec une haute capacité de réflexion, tandis qu' un vernis, film ou couche de peinture, par moyen d'addition des métaux, surtout de Al, Si, Cu, Mg, Ni, Fe, Ca, Cr et Co est réglé suivant des degrés d'émission.
la nouvelle peau est un anneau de métal ou enveloppe de métal non-rouillant,e, poli,e, brillant,e métallique d'une épaisseur de 1-2 mm ou une feuille métallique d'une épaisseur de 10 - 1000 nm avec lequel ou laquelle le tuyau de poêle (1) est entouré,e comme gaine et/ou est recouvert,e de l'intérieur.
les serrures thermiques (7) consistent chaque fois d'une cage cubique (13) sur la face supérieure de laquelle a été laissée ouverte une fente à travers laquelle peut être poussée au cours du montage une ancre de rotation de chaque poteau de rotation respectif (16)
tandis de préférence sont ajustés aux bords intérieurs de la cage (13) des pièces de serrage et est assis dedans de préférence un bloc de pierre divisée en deux (15) le centre de laquelle comporte un emplacement adéquat pour l'ancre de rotation.
Tandis encore de préférence les cages sont faites (13) d'un acier d'un coéfficient d'extension de chaleur de a >= 12, et les pièces de serrage d'un matériau d'un coéfficient d'extension de chaleur plus élevé de a >= 20, ainsi que lors du chauffage du four l'emplacement de réception pour l'ancre de rotation est fermement encadré par moyen d'extension de chaleur.
la housse extérieure (12, 18) est fixeé de préférence par moyen de connexions détachables à une fin supérieure des poteaux de rotation (16).
la housse extérieure (12, 18) est munie de tissu résistant aux températures élevées ou des tôles pour protéger la couche d'isolation (9) des influences extérieures.
les ballons de gaz (11) sont équipés d'un matériau, convenablement imperméable, indéchirable et suivant les conditions environnantes conformément résistant à la chaleur et au vieillissement, ils sont équipés particulièrement d'une housse métallique.
la housse extérieure (12, 18) est ainsi aménagée pour tenir les ballons de gaz (11) dans leur position, à mettre un terme à convection dans le système d'isolation et à protéger la couche d'isolation (9) des influences extérieures.
les poteaux de rotation (16) consistant chaque fois d'un angle en U avec une fin inférieure, une fin supérieure et d'un long côté, dont la fin inférieure est chaque fois encadrée dans une serrure thermique (7), sur sa fin supérieure peut être fixée la housse extérieure (12, 18) et à son long côté peuvent être fixés aux oeillets (17) les ballons de gaz (11), ainsi les ballons de gaz (11) peuvent tourner ensemble dans la direction de circonférence pour qu' ils remplissent l'espace (9) entre le tuyau de poêle (1) et la housse extérieure (12, 18) avec du gaz dormant.
un contact complet entre le tuyau de poêle (1) du four tubulaire rotatif, qui est formé comme anneau d'acier, et un mur circulaire (2) résistant aux températures élevées se trouvant sur un côté intérieur du tuyau de poêle (1), est interrompu par moyen d'avoir prévus des sacs ou canaux pour réduire la circulation thermique directe ou un pont thermique.
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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