WO2001047623A1 - Device and method for granulating and comminuting slag melts - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for granulating and comminuting slag melts for the production of hydraulically active binders or binder additives, in which the slags are ejected with a propellant jet into a cooling or expansion chamber and an apparatus for carrying out this method.
- the method according to the invention is now aimed at significantly reducing the dimensions of the required cooling and expansion chamber and with particularly small - 2 -
- the method according to the invention essentially consists in that the ejection is carried out against the direction of gravity. Because the droplet droplets are ejected in the opposite direction to the direction of gravity, the discharged droplet droplets come into intensive collision in the state of solidification with particles which in turn sink due to the force of gravity, so that in addition to the comminution effect, such as that caused by the atomization and expulsion of the slags a propulsive jet and the subsequent spraying or blowing up of cooling gases is achieved, there is an additional comminution effect, which results from the counter-flowing fine particles due to a direct collision with them.
- the process according to the invention is advantageously carried out in such a way that the powder-steam mixture drawn off from the cooling and expansion chamber is subjected to a solid separation and that the gas stream containing fine dust and steam is passed from the solid separation via a condenser, which fresh water to supplement the water or Steam losses are added, whereupon, after a clarifier, the clarified water is used to cool the walls of the cooling or expansion chamber.
- a condenser which fresh water to supplement the water or Steam losses are added, whereupon, after a clarifier, the clarified water is used to cool the walls of the cooling or expansion chamber.
- Another essential factor for the economical implementation of the process is the water requirement and the accumulation of large amounts of wastewater to be cleaned.
- Powder-vapor mixture is first subjected to a solid separation, for example dust separation in the form of a filter or a cyclone
- a gas stream containing only fine dust and steam can be removed from the solid separation, which can subsequently be passed through a condenser. Since steam or water losses cannot naturally be ruled out in such processes, fresh water must be added, fresh water also usually having to be subjected to water treatment and, in particular, softening in the process according to the invention, in order to ensure that steam nozzles or steam lines are not in the course of the process of the company.
- the fresh water added is thus effectively decalcified and, in the process according to the invention, is recirculated into the process together with the condensed and purified steam after the clarifier and used, for example, to cool the walls of the cooling or expansion chamber.
- the procedure can be such that the clarified water after precipitation and separation of CaCO3 in the clarifier is passed through a further water treatment, such as an ion exchanger or softener, which can also be used, for example, to convert sulfate hardness and other troublesome salts into solution-stable alkali salts.
- the water used to cool the walls of the cooling and expansion chamber can subsequently in the cooling or expansion Chamber for quenching the liquid slag melts are used in the cooling and expansion chamber, for which it is advantageously carried out in such a way that the water used for cooling the walls of the cooling or expansion chamber is passed over a steam superheater and used as a propellant.
- the steam extracted from the dust separator generally contains a maximum of 60 mg fine dust / no steam. Since the oxidic slag melts, which are atomized to produce hydraulically active binders or binder additives, have a high calcium oxide content, such an amount of very fine dust can raise the pH value of the condensate to 11 with the formation of CaOH2. These preconditions allow calcium carbonate to be precipitated quickly and safely from calcium hydrogen carbonate, so that practically hardness-free feed water remains after the addition of fresh water. In the event that H2S or SO2 development is observed in the system, the high calcium oxide content of the fine dust can also be used to desulfurize.
- the procedure is therefore preferably such that a barrier medium, such as e.g. Steam, air, hydrocarbon or coal dust-vapor mixtures, is introduced to reduce recirculation flows.
- a barrier medium such as e.g. Steam, air, hydrocarbon or coal dust-vapor mixtures.
- the barrier medium to be introduced can also be throttled so that the drive jet oscillates. This leads to an optimization of the droplet tearing behavior and thus to a better atomization.
- the device according to the invention for carrying out the method has a slag tundish and a feed line for propellant gas connected to the slag tundish. Furthermore, a cooling and expansion chamber is provided, which is arranged below the slag tundish in the known devices.
- the device according to the invention is essentially characterized in that the feed line opens at the bottom of the slag tundish and that the tundish is pivotally mounted transversely to the axis of the driving jet and that the cooling or expansion chamber is arranged above the melt level in the tundish.
- the swiveling arrangement of the slag tundish makes it possible to pivot the operation without the risk of liquid slag escaping in the direction of the jet nozzles, with an annular weir surrounding the feed line for the jet jet - -
- the pivotability of the slag tundish enables the height of the slag level to be dusted by the propellant jet to be adjusted by means of a corresponding pivot position, so that the desired atomization effect and the impact on the quench can be set within wide limits.
- the inlet opening provided for the propellant gas in the bottom of the slag tundish is designed as a Laval nozzle, a guide body immersed in the slag being arranged in the region of the nozzle opening, which is preferably arranged to be adjustable in height.
- the guide body can also be used to close the inlet openings provided in the bottom of the slag tundish, with the height adjustment of the guide body and the pivotability of the tundish making it possible to set the atomization parameters precisely.
- cooling gas for example wet water vapor or also hydrocarbons
- the design preferably being such that at least one ring-shaped is located between the melt level and the cooling or expansion chamber Atomizer nozzle is arranged, the jet axes of which intersect the axis of the driving jet.
- the procedure according to the invention and the operation of the device according to the invention are such that the temperature of the propellant gas is set higher than the temperature of the atomizer nozzle gas, the pressure in the feed line to the atomizer nozzle preferably being greater than in the feed line to Propellant gas nozzle is set and that the axes of the atomizing nozzles are directed upwards in the direction of the axis of the propellant jet.
- the pressure range used in the process according to the invention is generally between 2 and 16 bar, with temperatures between 600 ° and 1200 ° C. preferably being used.
- a total of about 150 to 1000 kg of hot gas are used per t of slag, the temperature of the slag melt being between 1430 ° and 1560 ° C.
- the slag Due to the use of a propellant gas jet, the slag is expelled into the cooling or expansion chamber as a jacket of the propellant gas jet, so that only the thin wall of this jet has to be solidified by the action of the cooling gases, thereby ensuring rapid glassy solidification and the hydraulic properties of the product are not impaired.
- the design is advantageously made such that a wall which is immersed in the melt level from above as a slag surge breaker is installed in the slag tundish when the tun dish is pivoted.
- FIG. 1 shows an overall view of the device according to the invention
- FIG. 2 shows a detailed illustration of the tundish with the driving jet
- FIG. 3 shows a modified embodiment with guide bodies.
- a slag tundish 1 can be seen, which is pivotally mounted about an axis 2 on a bearing block 3.
- the slag tundish 1 can thus be pivoted about the pivot axis 2.
- the slag tundish has an annular weir 4 in its interior, which concentrically surrounds a feed line 5 for propellant gas.
- the slag is introduced into the tundish from a slag reservoir 29.
- a cooling or expansion chamber 8 Above the slag tundish 1 there is a cooling or expansion chamber 8, the walls of which are cooled by radiant heat exchangers 9.
- An annular nozzle 10 is connected to this cooling and expansion chamber, through which quench gases can be injected in order to permit rapid cooling of the particles expelled upward with the propellant gas from the feed line 5 into the cooling and expansion chamber. The particles are thus thrown upwards and collide with particles, which sink down again due to gravity in the cooling or expansion chamber.
- Fresh water is supplied via a line 11 for cooling the walls or the radiant heat exchanger 9. After this fresh water has been heated, this fresh water passes via line 12 into a steam drum 13, from which steam is drawn off and passed over a superheater 14. The superheated steam can subsequently be used as a propellant gas stream via the feed line 5. From the steam drum 13, hot water is drawn off via line 15, which via the ring nozzles 10 in the cooling or. Expansion space is pushed in, the pressure here being generally chosen so that it is above the pressure of the propellant jet. Instead of hot water, hot steam can also be injected here, since the particles are rapidly comminuted, so that a sufficiently high temperature gradient is available for rapid glass-like cooling of the particles.
- the circulation of water or steam can also be carried out as shown in dashed lines in Fig.l.
- the feed water is fed to the steam drum 13 via the line 11, hot water is removed from the steam drum 13 and fed to the radiant heat exchanger 9.
- a Pulver-Dampfge iseh is withdrawn via a line 16, which is fed to a dust separator 17.
- the powder removed from the dust separator 17 represents a high-quality hydraulically active binder product which can be used directly as a cement substitute or as a binder additive.
- Fine dust and steam are drawn off from the dust separator via line 18 and fed to a condenser 19.
- water or steam loss can be supplemented by supplying fresh water via line 20, the mixture of condensed steam and added fresh water reaching a clarifier 22 via line 21.
- a clarifier 22 At the latest in the clarifier, due to the fine dust content with high lime content contained in the steam, a rapid reaction with precipitation of calcium carbonate takes place, so that largely softened water can be drawn off via line 23 and can be fed to a further water treatment, such as an ion exchanger 24.
- a feed water pump 25 Via a feed water pump 25, the softened and purified water in turn passes into line 11, which leads to the radiant heat exchangers 9.
- the process water used can thus be almost entirely recycled, which means that the total waste water pollution can be significantly reduced.
- the fine dust content in the steam can be used for rapid softening of fresh water, the sodium ions remaining essentially after the ion exchanger 24 being incorporated into the slag particles in the cooling or expansion space 8.
- Sludge is discharged from the clarifier via a line 26.
- This essentially calcium carbonate-containing sludge can subsequently be injected into the quench or the cooling and expansion space, for example, via multi-component nozzles, and can be incorporated directly into the slag droplets to improve the cement technology properties, as a result of which no additional sludge is obtained here either.
- FIG. 2 now shows a detailed view of the tundish with the propellant jet, a chamber 27 being visible through which a barrier medium is introduced into the cooling or expansion chamber in order to prevent recirculation flows through uncontrolled suction of ambient air.
- the blocking medium can also be introduced via a throttle valve 28, as a result of which the drive jet is oscillated.
- a slag tundish 1 can be seen, which is pivotably mounted on a bearing block 3 about an axis 2.
- the supply line for propellant gas is denoted by 5 and opens into a plurality of inlet openings 30 provided in the bottom of the tundish.
- the inlet openings 30 are designed as Laval nozzles, with guide bodies 31 being immersed in the slag in the region of the nozzle opening of the inlet openings 30.
- the guide bodies 31 are arranged such that they can be adjusted in height in the direction of the double arrow 32, the guide bodies 31 also being able to serve as plugs for closing the inlet openings.
- line 5 for example, propellant steam at a pressure of 3 to 25 bar and a temperature of 650 to 1350 ° C. can be supplied.
- the method according to the invention results in an extremely low-wastewater method, the entire feed water treatment being able to be inexpensively processed within the method due to components contained in the fine dust.
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Abstract
Description
Verfahren und Vorrichtung zum Granulieren und Zerkleinern von Schlackenschmelzen Method and device for granulating and crushing slag melts
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von Schlackenschmelzen zur Herstellung von hydraulisch aktiven Bindemitteln oder Bindemittelzusätzen, bei welchem die Schlacken mit einem Treibstrahl in eine Kühl- bzw. Expansionskammer ausgestossen werden sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens .The invention relates to a method for granulating and comminuting slag melts for the production of hydraulically active binders or binder additives, in which the slags are ejected with a propellant jet into a cooling or expansion chamber and an apparatus for carrying out this method.
Für das Granulieren und Zerkleinern von flüssigen Schlackenschmelzen wurden eine Reihe von Verfahren vorgeschlagen, bei welchen die flüssigen Schlackenpartikel mit einem Treibstoff in eine Kühl- bzw. Expansionskammer ausgestossen wurden und mit Wasser oder Wasserdampf beaufschlagt wurden, sodaß eine rasche Abkühlung und glasige Erstarrung der Schmelzen erreicht wurde. Derartige Verfahren sind beispielsweise der AT-B 405 511, der EP 683 824 oder der EP 963 447 zu entnehmen. Zur Kühlung wurde unter anderem bereits vorgeschlagen, Kohlenwasserstoffe in die Kühl- bzw. Expansionskammer einzustossen, wodurch der Temperaturgradient der Abkühlung wesentlich gesteigert werden konnte und gleichzeitig die fühlbare Wärme der Schlackenschmelze als chemische Energie gespeichert werden konnte. Als Treibstrahl für den Ausstoß von flüssigen Schlackenschmelzen wurde neben Wasser und Wasserdampf auch heiße Verbrennungsabgase vorgeschlagen, wobei die bekannten Einrichtungen eine relativ großbauende Kühlbzw. Expansionskammer erforderten. Die Schlackenschmelze gelangte über einen Tundishauslauf an der Unterseite des Schlackentundish in die darunter angeordnete Kühl- bzw. Expansionskammer, wobei dann, wenn zusätzlich Treibgase eingestossen werden und die Teilchen entsprechend beschleunigt werden, um eine rasche und feine Dispersion der Schlackenteilchen zu erzielen, eine entsprechend lange Kühlstrecke erforderlich war.For the granulation and comminution of liquid slag melts, a number of processes have been proposed in which the liquid slag particles have been expelled with a fuel into a cooling or expansion chamber and have been subjected to water or water vapor, so that the melts rapidly cool and solidify has been. Such processes can be found, for example, in AT-B 405 511, EP 683 824 or EP 963 447. For cooling, it has already been proposed, inter alia, to inject hydrocarbons into the cooling or expansion chamber, as a result of which the temperature gradient of the cooling could be increased significantly and at the same time the sensible heat of the slag melt could be stored as chemical energy. In addition to water and steam, hot combustion exhaust gases have also been proposed as the propellant jet for the discharge of liquid slag melts, the known devices having a relatively large cooling or. Expansion chamber required. The slag melt passed through a tundish outlet on the underside of the slag tundish into the cooling or expansion chamber underneath, whereby if additional propellant gases are injected and the particles are accelerated accordingly, in order to achieve a quick and fine dispersion of the slag particles, this takes a correspondingly long time Cooling section was required.
Das erfindungsgemäße Verfahren zielt nun darauf ab, die Abmessungen der erforderlichen Kühl- und Expansionskammer wesentlich zu verringern und mit besonders kleinbauenden Ein- - 2 -The method according to the invention is now aimed at significantly reducing the dimensions of the required cooling and expansion chamber and with particularly small - 2 -
richtungen das Auslangen zu finden und somit auf wesentlich kürzerer Wegstrecke eine rasche Abkühlung und glasige Erstarrung von Schlackenschmelzen zu erzielen. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen darin, daß der Ausstoß entgegen der Richtung der Schwerkraft vorgenommen wird. Dadurch, daß der Ausstoß der Schlackentröpfchen entgegen der Richtung der Schwerkraft vorgenommen wird, gelangen die ausgestossenen Schlackentröpfchen im Zustand des Erstarrens in intensive Kollision mit aufgrund der Schwerkraft wiederum herabsinkenden Partikel, sodaß neben der Zerkleinerungswirkung, wie sie durch das Zerstäuben und das Ausstoßen der Schlacken mit einem Treibstrahl und das nachträgliche Aufsprühen oder Aufblasen von kühlenden Gasen erzielt wird, ein zusätzlicher Zerkleinerungseffekt hinzutritt, welcher sich aufgrund der ent- gegenströmenden feinen Teilchen durch direkte Kollision mit diesen ergibt. Insgesamt wird somit neben einer intensiven Zerstäubung gleichzeitig auch ein hohes Maß an mechanischen Kollisionen gewährleistet, welche zu einer raschen Desintegration und zu einer wesentlich feineren Zerteilung der Partikel führt, was wiederum gleichzeitig die Abkühlgeschwindigkeit und den Temperaturgradienten der Kühlung erhöhen läßt, wodurch insgesamt mit wesentlich kleinerbauenden Kühl- oder Expansionskammern das Auslangen gefunden werden kann.directions to find enough and thus to achieve rapid cooling and glassy solidification of slag melts on a much shorter route. To achieve this object, the method according to the invention essentially consists in that the ejection is carried out against the direction of gravity. Because the droplet droplets are ejected in the opposite direction to the direction of gravity, the discharged droplet droplets come into intensive collision in the state of solidification with particles which in turn sink due to the force of gravity, so that in addition to the comminution effect, such as that caused by the atomization and expulsion of the slags a propulsive jet and the subsequent spraying or blowing up of cooling gases is achieved, there is an additional comminution effect, which results from the counter-flowing fine particles due to a direct collision with them. Overall, in addition to intensive atomization, a high degree of mechanical collisions is also guaranteed at the same time, which leads to rapid disintegration and to a much finer particle breakdown, which in turn allows the cooling rate and the temperature gradient of the cooling to be increased at the same time, resulting in a much smaller overall size Cooling or expansion chambers that can be found.
Mit Vorteil wird das erfindungsgemäße Verfahren hiebei so durchgeführt, daß das aus der Kühl- und Expansionskammer abgezogen Pulver-Dampfgemisch einer Feststofftrennung unterworfen wird und daß der Feinstaub und Dampf enthaltende Gasstrom aus der Feststofftrennung über einen Kondensator geführt wird, welchem Frischwasser zur Ergänzung der Wasser bzw. DampfVerluste zugesetzt wird, worauf gegebenenfalls nach einem Klärbecken das geklärte Wasser zur Kühlung der Wände der Kühl- bzw. Expansionskammer eingesetzt wird. Ein weiterer für die wirtschaftliche Durchführung des Verfahrens wesentlicher Faktor besteht im Wasserbedarf und im Anfall an hohen Mengen an zu reinigendem Abwasser. Durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung, bei welcher das aus der Kühl- und Expansionskammer abgezogene Pulver-Dampfgemisch zunächst einer Feststofftrennung beispielsweise einer Staubabscheidung in Form eines Filters oder eines Zyklons unterworfen wird, gelingt es einen lediglich Feinstaub und Dampf enthaltenden Gasstrom aus der Feststofftrennung abzu- führen, welcher in der Folge über einen Kondensator geführt werden kann. Da bei derartigen Verfahren naturgemäß Dampf bzw. Wasserverluste nicht ausgeschlossen werden können, muß Frischwasser zugesetzt werden, wobei auch Frischwasser im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens üblicherweise einer Wasseraufberei- tung und insbesondere einer Enthärtung unterzogen werden muß, um sicherzustellen, daß Dampfdüsen oder Dampfleitungen nicht im Zuge des Betriebes verlegt werden. Dadurch, daß aber nun das Frischwasser zur Ergänzung der Wasser- bzw. DampfVerluste dem noch Feinstaub enthaltenden Dampf zugesetzt wird, gelingt es einen Großteil der temporären Härte bereits unmittelbar im Kondensator und im nachfolgenden Klärbecken abzubauen. Gegebenenfalls kann bei großer Wasserhärte auch zusätzlich bereits abgeschiedenes Schlackenpulver in entsprechender Menge zugesetzt werden. Die Umsetzung von Kalziumhydrogencarbonat mit Kalzium- hydroxid aus den basischen Schlacken, welche auch im ausgetragenen Feinstaub noch enthalten ist, führt unmittelbar zur Fällung von Kalziumcarbonat , da Kalziumcarbonat zum Unterschied von Kalziumhydrogencarbonat nur eine geringe Restlöslichkeit aufweist. Das zugesetzte Frischwasser wird somit wirkungsvoll ent- kalkt und im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens nach dem Klärbecken gemeinsam mit dem kondensierten und gereinigten Dampf in das Verfahren rezirkuliert und beispielsweise zur Kühlung der Wände der Kühl- bzw. Expansionskammer eingesetzt. Erforderlichenfalls kann hiebei so vorgegangen werden, daß das geklärte Wasser nach Fällung und Abtrennung von CaCθ3 im Klärbecken über eine weitere Wasseraufbereitung, wie z.B. einen Ionenaustauscher oder Enthärter, geführt wird, womit beispielsweise auch Sulfathärte und andere störende Salze in lösungsstabile Alkalisalze übergeführt werden können.The process according to the invention is advantageously carried out in such a way that the powder-steam mixture drawn off from the cooling and expansion chamber is subjected to a solid separation and that the gas stream containing fine dust and steam is passed from the solid separation via a condenser, which fresh water to supplement the water or Steam losses are added, whereupon, after a clarifier, the clarified water is used to cool the walls of the cooling or expansion chamber. Another essential factor for the economical implementation of the process is the water requirement and the accumulation of large amounts of wastewater to be cleaned. By carrying out the process according to the invention, in which that which is drawn off from the cooling and expansion chamber Powder-vapor mixture is first subjected to a solid separation, for example dust separation in the form of a filter or a cyclone, a gas stream containing only fine dust and steam can be removed from the solid separation, which can subsequently be passed through a condenser. Since steam or water losses cannot naturally be ruled out in such processes, fresh water must be added, fresh water also usually having to be subjected to water treatment and, in particular, softening in the process according to the invention, in order to ensure that steam nozzles or steam lines are not in the course of the process of the company. However, since the fresh water is now added to the steam, which still contains fine dust, to supplement the water or steam losses, a large part of the temporary hardness can be reduced directly in the condenser and in the subsequent clarifier. If the water hardness is high, it is also possible to add an appropriate amount of already deposited slag powder. The reaction of calcium hydrogen carbonate with calcium hydroxide from the basic slags, which is also contained in the discharged fine dust, leads directly to the precipitation of calcium carbonate, since calcium carbonate, in contrast to calcium hydrogen carbonate, has only a low residual solubility. The fresh water added is thus effectively decalcified and, in the process according to the invention, is recirculated into the process together with the condensed and purified steam after the clarifier and used, for example, to cool the walls of the cooling or expansion chamber. If necessary, the procedure can be such that the clarified water after precipitation and separation of CaCO3 in the clarifier is passed through a further water treatment, such as an ion exchanger or softener, which can also be used, for example, to convert sulfate hardness and other troublesome salts into solution-stable alkali salts.
Das zur Kühlung der Wände der Kühl- und Expansionskammer eingesetzte Wasser kann in der Folge in der Kühl- bzw. Expansions- kammer zum Quenchen der flüssigen Schlackenschmelzen in der Kühl- und Expansionskammer herangezogen werden, wofür mit Vorteil so vorgegangen wird, daß das zur Kühlung der Wände der Kühl- bzw. Expansionskammer eingesetzte Wasser über einen Dampf- Überhitzer geführt wird und als Treibgas eingesetzt wird.The water used to cool the walls of the cooling and expansion chamber can subsequently in the cooling or expansion Chamber for quenching the liquid slag melts are used in the cooling and expansion chamber, for which it is advantageously carried out in such a way that the water used for cooling the walls of the cooling or expansion chamber is passed over a steam superheater and used as a propellant.
Insgesamt gelingt es auf diese Weise die ursprünglich eingesetzte Wassermenge zum überwiegenden Teil im Kreislauf zu führen und gegebenenfalls zur Ergänzung benötigtes Frischwasser im Rahmen des Verfahrens wirtschaftlich zu enthärten, sodaß es unmittelbar für das Granulier- und Zerkleinerungsverfahren eingesetzt werden kann.Overall, the amount of water originally used is largely able to be circulated in this way and, if necessary, fresh water required to supplement it can be economically softened as part of the process, so that it can be used directly for the granulation and comminution process.
Prinzipiell darf davon ausgegangen werden, daß der aus dem Staubabscheider abgezogene Dampf in der Regel maximal 60 mg Feinstaub/Nir Dampf enthält. Da die oxidischen Schlackenschmelzen, welche zur Herstellung von hydraulisch aktiven Bindemitteln oder Bindemittelzusätzen zerstäubt werden, einen hohen Kalziumoxidanteil aufweisen, kann eine derartige Menge Feinststaub unter Ausbildung von CaOH2 den pH-Wert des Kondensats auf bis zu 11 anheben. Diese Voraussetzungen erlauben eine rasche und sichere Fällung von Kalziumcarbonat aus Kalziumhydrogencarbonat, sodaß praktisch härtefreies Speisewasser nach dem Zusatz von Frischwasser verbleibt. Für den Fall, daß eine H2S- bzw. SO2- Entwicklung im System beobachtet wird, kann der hohe Kalziumoxidanteil des Feinstaubes auch dazu ausgenutzt werden, eine Entschwefelung vorzunehmen. Die dabei stattfindende Reaktion H2S + CaO -> CaS + H2O bzw. SO2 + CaO -> CaS03 kann im Staubabscheider, aber auch schon auf dem Weg von der Kühl- und Expansionskammer zum Staubabscheider beobachtet werden. Wenn zusätzlich ein Ionenaustauscher, beispielsweise ein mit Natriumionen beladener saurer Ionenaustauscher, für die Restenthärtung eingesetzt wird, wird eine vollständige Enthär- tung des Speisewassers erzielt, wobei die verbleibenden Natriumionen in der Folge quantitativ in die erstarrende Schlackenschmelze eingebunden werden, sodaß eine Anreicherung der Alkali- salze in der Schlackenschmelze erfolgt. Eine derartige zusätzliche Anreicherung der glasig erstarrten Schlackenteilchen bringt eine Reihe von zementtechnologischen Vorteilen und führt zu einer Aktivierung, welche sich insbesondere in besonders hohen Frühfestigkeiten von auf diese Weise hergestellten hydraulisch aktiven Bindemitteln oder Bindemittelzusätzen auswirkt.In principle, it can be assumed that the steam extracted from the dust separator generally contains a maximum of 60 mg fine dust / no steam. Since the oxidic slag melts, which are atomized to produce hydraulically active binders or binder additives, have a high calcium oxide content, such an amount of very fine dust can raise the pH value of the condensate to 11 with the formation of CaOH2. These preconditions allow calcium carbonate to be precipitated quickly and safely from calcium hydrogen carbonate, so that practically hardness-free feed water remains after the addition of fresh water. In the event that H2S or SO2 development is observed in the system, the high calcium oxide content of the fine dust can also be used to desulfurize. The reaction H2S + CaO -> CaS + H2O or SO2 + CaO -> CaS03 taking place can be observed in the dust collector, but also on the way from the cooling and expansion chamber to the dust collector. If an ion exchanger, for example an acidic ion exchanger loaded with sodium ions, is also used for the residual softening, complete softening of the feed water is achieved, the remaining sodium ions being subsequently quantitatively incorporated into the solidifying slag melt, so that an enrichment of the alkali salts in the slag melt. Such additional enrichment of the glassy solidified slag particles brings a number of advantages in terms of cement technology and leads to an activation, which is particularly evident in particularly high early strengths of hydraulically active binders or binder additives produced in this way.
Beim Ausstoß der Schlacke in die Kühl- bzw. Expansionskammer mittels des Treibstrahls kommt es gleichzeitig auch zu einem unkontrollierten Ansaugen vom Umgebungsluft, wodurch im Bereich des Treibstrahls störende Rezirkulationsströmungen entstehen. Erfindungsgemäß wird daher in bevorzugter Weise so vorgegangen, daß konzentrisch zum Treibstrahl ein Sperrmedium, wie z.B. Dampf, Luft, Kohlenwasserstoff oder Kohlenstaub-Dampfgemische, zur Verringerung von Rezirkulationsströmungen eingebracht wird. Dadurch können unkontrollierte Turbulenzen im Bereich des Treibstrahls vermieden werden und so die Zerstäubungswirkung verbessert werden. Das einzubringende Sperrmedium kann auch gedrosselt werden, sodaß es zu einem Oszillieren des Treibstrahles kommt. Dies führt zu einer Optimierung des Tröpfchen-Abreißverhaltens und damit zu einer besseren Zerstäubung.When the slag is expelled into the cooling or expansion chamber by means of the propellant jet, there is also an uncontrolled intake of ambient air, which causes disruptive recirculation flows in the area of the propellant jet. According to the invention, the procedure is therefore preferably such that a barrier medium, such as e.g. Steam, air, hydrocarbon or coal dust-vapor mixtures, is introduced to reduce recirculation flows. In this way, uncontrolled turbulence in the area of the propulsion jet can be avoided and the atomization effect can be improved. The barrier medium to be introduced can also be throttled so that the drive jet oscillates. This leads to an optimization of the droplet tearing behavior and thus to a better atomization.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist einen Schlackentundish und eine an den Schlackentundish angeschlossene Zuführungsleitung für Treibgas auf. Weiters ist eine Kühl- und Expansionskammer vorgesehen, welche bei den bekannten Einrichtungen unterhalb des Schlackentundish angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist hiebei im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitung am Boden des Schlackentundish mündet und daß der Tundish quer zur Achse des Treibstrahles schwenkbar gelagert ist und daß die Kühl- bzw. Expansionskammer oberhalb des Schmelzenspiegels im Tundish angeordnet ist. Durch die schwenkbare Anordnung des Schlackentundish ist es möglich den Betrieb ohne die Gefahr eines Austrittes von flüssiger Schlacke in Richtung der Treibstrahldüsen zu verschwenken, wobei aufgrund des die Zuführungsleitung für den Treibstrahl umgebenden ringförmigen Wehr ein - -The device according to the invention for carrying out the method has a slag tundish and a feed line for propellant gas connected to the slag tundish. Furthermore, a cooling and expansion chamber is provided, which is arranged below the slag tundish in the known devices. The device according to the invention is essentially characterized in that the feed line opens at the bottom of the slag tundish and that the tundish is pivotally mounted transversely to the axis of the driving jet and that the cooling or expansion chamber is arranged above the melt level in the tundish. The swiveling arrangement of the slag tundish makes it possible to pivot the operation without the risk of liquid slag escaping in the direction of the jet nozzles, with an annular weir surrounding the feed line for the jet jet - -
Schlackenaustritt an dieser Stelle verhindert werden kann. Gleichzeitig gelingt es durch die Schwenkbarkeit des Schlackentundish die jeweils vom Treibstrahl zu verstäubende Höhe des Schlackenspiegels durch entsprechende Schwenklage einzustellen, sodaß die gewünschte Zerstäubungswirkung und der Einstoß in die Quenche in weiten Grenzen einstellbar ist. Gemäß einer bevorzugten Ausbildung ist die im Boden des Schlackentundish vorgesehene Eintrittsöffnung für das Treibgas als Lavaldüse ausgebildet, wobei im Bereich der Düsenmündung der Eintrittsöffnung ein in die Schlacke eintauchender Leitkörper angeordnet ist, welcher bevorzugt höhenverstellbar angeordnet ist. Der der Düsenmündung zugeordnete Leitkörper bewirkt zusammen mit der Lavaldüse einen gerichteten, stark beschleunigten Treibgasstrahl, welcher die Zerstäubung der Schmelze begünstigt. Es wurden hierbei sehr kurze Freistrahl-Längen beobachtet, sodaß die Effizienz der Zerstäubung gesteigert werden konnte. Der Leitkörper kann auch zur Verschließung der im Boden des Schlackentundish vorgesehenen Eintrittsöffnungen herangezogen werden, wobei durch die Höhen- verstellbarkeit des Leitkörpers und die Verschwenkbarkeit des Tundish eine präzise Einstellung der Zerstäubungsparameter gelingt. In die Quenche bzw. die Kühl- bzw. Expansionskammer wird, wie an sich bekannt, Kühlgas beispielsweise nasser Wasserdampf oder aber auch Kohlenwasserstoffe eingestossen, wobei die Ausbildung bevorzugt so getroffen ist, daß zwischen dem Schmelzenspiegel und der Kühl- bzw. Expansionskammer wenigstens eine ringförmige Zerstäuberdüse angeordnet ist, deren Strahlachsen die Achse des Treibstrahles schneiden.Leakage can be prevented at this point. At the same time, the pivotability of the slag tundish enables the height of the slag level to be dusted by the propellant jet to be adjusted by means of a corresponding pivot position, so that the desired atomization effect and the impact on the quench can be set within wide limits. According to a preferred embodiment, the inlet opening provided for the propellant gas in the bottom of the slag tundish is designed as a Laval nozzle, a guide body immersed in the slag being arranged in the region of the nozzle opening, which is preferably arranged to be adjustable in height. The guide body assigned to the nozzle mouth, together with the Laval nozzle, produces a directed, strongly accelerated jet of propellant gas, which promotes atomization of the melt. Very short free jet lengths were observed here, so that the efficiency of the atomization could be increased. The guide body can also be used to close the inlet openings provided in the bottom of the slag tundish, with the height adjustment of the guide body and the pivotability of the tundish making it possible to set the atomization parameters precisely. As is known per se, cooling gas, for example wet water vapor or also hydrocarbons, is injected into the quench or the cooling or expansion chamber, the design preferably being such that at least one ring-shaped is located between the melt level and the cooling or expansion chamber Atomizer nozzle is arranged, the jet axes of which intersect the axis of the driving jet.
In besonders einfacher Weise wird im Rahmen des erfindungsge- mäßen Verfahrens und beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung so vorgegangen, daß die Temperatur des Treibgases höher als die Temperatur des Zerstäuberdüsengases eingestellt ist, wobei vorzugsweise der Druck in der Zuleitung zur Zerstäuberdüse größer als in der Zuleitung zur Treibgasdüse eingestellt ist und daß die Achsen der Zerstäuberdüsen in Richtung der Achse des Treibstrahles aufwärts gerichtet sind. Auf diese Weise wird eine intensive Quenche und eine rasche Abkühlung in glasigem Zustand bei gleichzeitig hoher Zerkleinerung der Teilchen sichergestellt. Der im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzte Druckbereich bewegt sich in der Regel zwischen 2 und 16 bar, wobei Temperaturen zwischen 600° und 1200° C bevorzugt zum Einsatz gelangen. Insgesamt werden etwa 150 bis 1000 kg Heißgas je t Schlacke eingesetzt, wobei die Temperatur der Schlackenschmelze zwischen 1430° und 1560° C liegt. Aufgrund der Verwendung eines Treibgasstrahles wird die Schlacke als Mantel des Treibgasstrahles in die Kühl- bzw. Expansionskammer ausge- stossen, sodaß lediglich die dünne Wand dieses Strahles durch die Beaufschlagung mit den kühlenden Gasen zur Erstarrung gebracht werden muß, wodurch eine rasche glasartige Erstarrung sichergestellt wird und die hydraulischen Eigenschaften des Produktes nicht beeinträchtigt werden.In a particularly simple manner, the procedure according to the invention and the operation of the device according to the invention are such that the temperature of the propellant gas is set higher than the temperature of the atomizer nozzle gas, the pressure in the feed line to the atomizer nozzle preferably being greater than in the feed line to Propellant gas nozzle is set and that the axes of the atomizing nozzles are directed upwards in the direction of the axis of the propellant jet. In this way, an intensive quench and rapid cooling in the glassy state ensured at the same time high particle size reduction. The pressure range used in the process according to the invention is generally between 2 and 16 bar, with temperatures between 600 ° and 1200 ° C. preferably being used. A total of about 150 to 1000 kg of hot gas are used per t of slag, the temperature of the slag melt being between 1430 ° and 1560 ° C. Due to the use of a propellant gas jet, the slag is expelled into the cooling or expansion chamber as a jacket of the propellant gas jet, so that only the thin wall of this jet has to be solidified by the action of the cooling gases, thereby ensuring rapid glassy solidification and the hydraulic properties of the product are not impaired.
Um bei einem Verschwenken des Schlackentundish ein Überlaufen zu verhindern ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, daß im Schlackentundish eine in den Schmelzspiegel von oben eintauchende Wand als Schlacken-Schwallbrecher beim Verschwenken des Tun- dish eingebaut ist.In order to prevent overflowing when the slag tundish is pivoted, the design is advantageously made such that a wall which is immersed in the melt level from above as a slag surge breaker is installed in the slag tundish when the tun dish is pivoted.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert . In dieser zeigen Fig .1 eine Gesamtdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig.2 eine Detaildarstellung des Tundish mit dem Treibstrahl und Fig.3 eine abgewandelte Ausbildung mit Leitkörpern.The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment of the device according to the invention which is shown schematically in the drawing. 1 shows an overall view of the device according to the invention, FIG. 2 shows a detailed illustration of the tundish with the driving jet, and FIG. 3 shows a modified embodiment with guide bodies.
In Fig.l ist ein Schlackentundish 1 ersichtlich, welcher um eine Achse 2 schwenkbar an einem Lagerbock 3 gelagert ist. Der Schlackentundish 1 kann somit um die Schwenkachse 2 verschwenkt werden. Der Schlackentundish weist in seinem Inneren ein ringförmiges Wehr 4 auf, welches eine Zuleitung 5 für Treibgas konzentrisch umgibt. Durch Verschwenken des Schlackentundish 1 um die Achse 2 in Richtung des Pfeiles 6 gelangt die flüssige Schlacke 7 aus dem Bereich des ringförmigen Wehres nach links, sodaß bei einer derartigen Verschwenkung auch bei abgeschalteter Treibgaszufuhr ein Austritt von Schlacke nach unten verhindert wird.In Fig.l a slag tundish 1 can be seen, which is pivotally mounted about an axis 2 on a bearing block 3. The slag tundish 1 can thus be pivoted about the pivot axis 2. The slag tundish has an annular weir 4 in its interior, which concentrically surrounds a feed line 5 for propellant gas. By pivoting the slag tundish 1 about the axis 2 in the direction of arrow 6, the liquid slag 7 comes out of the area of the annular weir to the left, so that with such a pivoting even when the slag is switched off Propellant gas prevents slag from escaping downwards.
Die Schlacke wird aus einem Schlackenspeicher 29 in den Tundish eingebracht .The slag is introduced into the tundish from a slag reservoir 29.
Oberhalb des Schlackentundish 1 ist eine Kühl- bzw. Expansionskammer 8 angeordnet, deren Wände über Strahlungswärmetauscher 9 gekühlt sind. An diese Kühl- und Expansionskammer ist eine Ring- düse 10 angeschlossen, über welche Quenchgase eingestossen werden können, um eine rasche Abkühlung der mit dem Treibgas aus der Zuleitung 5 in die Kühl- und Expansionskammer nach oben aus- gestossenen Partikel erlaubt. Die Partikel werden somit in die Höhe geschleudert und gelangen in Kollision mit Teilchen, welche aufgrund der Schwerkraft in der Kühl- bzw. Expansionskammer wieder abwärts sinken.Above the slag tundish 1 there is a cooling or expansion chamber 8, the walls of which are cooled by radiant heat exchangers 9. An annular nozzle 10 is connected to this cooling and expansion chamber, through which quench gases can be injected in order to permit rapid cooling of the particles expelled upward with the propellant gas from the feed line 5 into the cooling and expansion chamber. The particles are thus thrown upwards and collide with particles, which sink down again due to gravity in the cooling or expansion chamber.
Für die Kühlung der Wände bzw. der Strahlungswärmetauscher 9 wird über eine Leitung 11 Frischwasser zugeführt. Nach dem Erwärmen dieses Frischwassers gelangt dieses Frischwasser über die Leitung 12 in eine Dampftrommel 13, aus welcher Dampf abgezogen und über einen Überhitzer 14 geführt wird. Der überhitzte Dampf kann in der Folge über die Zuleitung 5 als Treibgasstrom eingesetzt werden. Aus der Dampftrommel 13 wird über Leitung 15 Heißwasser abgezogen, welches über die Ringdüsen 10 in den Kühlbzw. Expansionsraum eingestossen wird, wobei der Druck hier in der Regel so gewählt wird, daß er über den Druck des Treibstrahles liegt. Anstelle von Heißwasser kann hier auch Heißdampf eingedüst werden, da aufgrund der raschen Zerkleinerung der Teilchen ein hinreichend hoher Temperaturgradient für eine rasche glasartige Abkühlung der Partikel zur Verfügung steht. Die Kreislaufführung von Wasser bzw. Dampf kann auch so vorgenommen werden, wie in Fig.l strichliert dargestellt ist. Das Speisewasser wird der Dampftrommel 13 über die Leitung 11 zuge- führt, Heißwasser wird der Dampftrommel 13 entnommen und dem Strahlungswärmetauscher 9 zugeführt . Aus der Kühl- und Expansionskammer 8 wird über eine Leitung 16 ein Pulver-Dampfge iseh abgezogen, welches einem Staubabscheider 17 zugeführt wird. Das aus dem Staubabscheider 17 abgetragene Pulver stellt ein hochwertiges hydraulisch aktives Bindemittel- produkt dar, welches unmittelbar als Zementersatz .oder als Bindemittelzusatz zum Einsatz gelangen kann.Fresh water is supplied via a line 11 for cooling the walls or the radiant heat exchanger 9. After this fresh water has been heated, this fresh water passes via line 12 into a steam drum 13, from which steam is drawn off and passed over a superheater 14. The superheated steam can subsequently be used as a propellant gas stream via the feed line 5. From the steam drum 13, hot water is drawn off via line 15, which via the ring nozzles 10 in the cooling or. Expansion space is pushed in, the pressure here being generally chosen so that it is above the pressure of the propellant jet. Instead of hot water, hot steam can also be injected here, since the particles are rapidly comminuted, so that a sufficiently high temperature gradient is available for rapid glass-like cooling of the particles. The circulation of water or steam can also be carried out as shown in dashed lines in Fig.l. The feed water is fed to the steam drum 13 via the line 11, hot water is removed from the steam drum 13 and fed to the radiant heat exchanger 9. From the cooling and expansion chamber 8, a Pulver-Dampfge iseh is withdrawn via a line 16, which is fed to a dust separator 17. The powder removed from the dust separator 17 represents a high-quality hydraulically active binder product which can be used directly as a cement substitute or as a binder additive.
Aus dem Staubabscheider wird Feinstaub und Dampf über die Leitung 18 abgezogen und einem Kondensator 19 zugeführt. An dieser Stelle kann ein Wasser- oder Dampfverlust durch Zufuhr von Frischwasser über die Leitung 20 ergänzt werden, wobei die Mischung aus kondensiertem Dampf und zugesetztem Frischwasser über die Leitung 21 in ein Klärbecken 22 gelangt. Spätestens im Klärbecken erfolgt aufgrund der im Dampf enthaltenen Feinstaub- anteil mit hohem Kalkgehalt eine rasche Umsetzung unter Fällung von Kalziumcarbonat, sodaß weitestgehend enthärtetes Wasser über die Leitung 23 abgezogen werden kann und einer weiteren Wasseraufbereitung, wie beispielsweise einem Ionenaustauscher 24, zugeführt werden kann. Über eine Speisewasserpumpe 25 gelangt das enthärtete und gereinigte Wasser wiederum in die Leitung 11, welche zu den Strahlungswärmetauschern 9 führt.Fine dust and steam are drawn off from the dust separator via line 18 and fed to a condenser 19. At this point, water or steam loss can be supplemented by supplying fresh water via line 20, the mixture of condensed steam and added fresh water reaching a clarifier 22 via line 21. At the latest in the clarifier, due to the fine dust content with high lime content contained in the steam, a rapid reaction with precipitation of calcium carbonate takes place, so that largely softened water can be drawn off via line 23 and can be fed to a further water treatment, such as an ion exchanger 24. Via a feed water pump 25, the softened and purified water in turn passes into line 11, which leads to the radiant heat exchangers 9.
Das eingesetzte Prozeßwasser kann somit nahezu zur Gänze im Kreislauf geführt werden, wodurch die Gesamtabwasserbelastung wesentlich verringert werden kann. Gleichzeitig kann der Feinstaubanteil im Dampf für eine rasche Enthärtung von Frischwasser eingesetzt werden, wobei die nach dem Ionenaustauscher 24 im wesentlichen verbleibenden Natriumionen in die Schlackenpartikel im Kühl- bzw. Expansionsraum 8 eingebunden werden.The process water used can thus be almost entirely recycled, which means that the total waste water pollution can be significantly reduced. At the same time, the fine dust content in the steam can be used for rapid softening of fresh water, the sodium ions remaining essentially after the ion exchanger 24 being incorporated into the slag particles in the cooling or expansion space 8.
Aus dem Klärbecken wird Schlamm über eine Leitung 26 ausgebracht. Dieser im wesentlichen kalziumcarbonathältige Schlamm kann in der Folge beispielsweise über Mehrstoffdüsen in die Quenche bzw. den Kühl- und Expansionsraum eingedüst werden und dort zur Verbesserung der zementtechnologischen Eigenschaften unmittelbar in die Schlackentröpfchen eingebunden werden, wodurch auch hier kein zusätzlicher Abschlamm anfällt. - 10 -Sludge is discharged from the clarifier via a line 26. This essentially calcium carbonate-containing sludge can subsequently be injected into the quench or the cooling and expansion space, for example, via multi-component nozzles, and can be incorporated directly into the slag droplets to improve the cement technology properties, as a result of which no additional sludge is obtained here either. - 10 -
In Fig.2 ist nun eine Detailansicht des Tundish mit dem Treibstrahl dargestellt, wobei eine Kammer 27 ersichtlich ist, über welche ein Sperrmedium in die Kühl- bzw. Expansionskammer einge- bracht wird, um Rezirkulationsströmungen durch unkontrolliertes Ansaugen von Umgebungsluft zu verhindern. Das Einbringen des Sperrmediums kann auch über ein Drosselventil 28 erfolgen, wodurch ein Oszillieren des Treibstrahls erreicht wird.FIG. 2 now shows a detailed view of the tundish with the propellant jet, a chamber 27 being visible through which a barrier medium is introduced into the cooling or expansion chamber in order to prevent recirculation flows through uncontrolled suction of ambient air. The blocking medium can also be introduced via a throttle valve 28, as a result of which the drive jet is oscillated.
In Fig.3 ist eine Detailansicht des Tundish in einer abgewandelten Ausführungsform dargestellt. Es ist ein Schlackentundish 1 ersichtlich, welcher um eine Achse 2 schwenkbar an einem Lagerbock 3 gelagert ist. Die Zuleitung für Treibgas ist mit 5 bezeichnet und mündet in mehrere im Boden des Tundish vorgesehene Eintrittsöffnungen 30. Die Eintrittsöffnungen 30 sind hierbei als Lavaldüsen ausgebildet, wobei im Bereich der Düsenmündung der Eintrittsöffnungen 30 in die Schlacke eintauchende Leitkörper 31 angeordnet sind. Zur Einstellung der Zerstäubungsparameter sind die Leitkörper 31 im Sinne des Doppelpfeiles 32 höhenverstellbar angeordnet, wobei die Leitkörper 31 auch als Stopfen zur Verschließung der Eintrittsöffnungen dienen können. Um entsprechende Strömungsverhältnisse zu erreichen, kann der Leitung 5 beispielsweise Treibdampf mit einem Druck von 3 bis 25 bar und einer Temperatur von 650 bis 1350° C zugeführt werden.3 shows a detailed view of the tundish in a modified embodiment. A slag tundish 1 can be seen, which is pivotably mounted on a bearing block 3 about an axis 2. The supply line for propellant gas is denoted by 5 and opens into a plurality of inlet openings 30 provided in the bottom of the tundish. The inlet openings 30 are designed as Laval nozzles, with guide bodies 31 being immersed in the slag in the region of the nozzle opening of the inlet openings 30. In order to set the atomization parameters, the guide bodies 31 are arranged such that they can be adjusted in height in the direction of the double arrow 32, the guide bodies 31 also being able to serve as plugs for closing the inlet openings. In order to achieve appropriate flow conditions, line 5, for example, propellant steam at a pressure of 3 to 25 bar and a temperature of 650 to 1350 ° C. can be supplied.
Insgesamt ergibt sich durch die erfindungsgemäße Verfahrensfüh- rung ein überaus abwasserarmes Verfahren, wobei die gesamte Speisewasseraufbereitung sich aufgrund im Feinstaub enthaltener Komponenten innerhalb des Verfahrens kostengünstig aufbereiten lassen. Overall, the method according to the invention results in an extremely low-wastewater method, the entire feed water treatment being able to be inexpensively processed within the method due to components contained in the fine dust.
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