Bei der Auslegung eines Drehrohrofens werden viele Faktoren berücksichtigt. Jeder beeinflusst die Fähigkeit, eine gewünschte chemische Reaktion / Phasenänderung auf effiziente Weise zu erzeugen. Eigenschaften wie Schüttdichte, spezifische Wärme und Fließfähigkeit beeinflussen unter anderem, wie das Material auf die Verarbeitung reagiert und wie der Ofen anschließend um diese Eigenschaften herum ausgelegt werden muss, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Ein kritischer Faktor bei der Auslegung eines Drehrohrofens ist die Luftströmungskonfiguration oder die Richtung, in der das Prozessgas den Ofen in Bezug auf das Material durchströmt.
Drehrohrofen-Luftstromkonfigurationen
Drehrohrofen sind in zwei Arten von Luftstromkonfigurationen erhältlich: Gleichstrom und Gegenstrom. Beide Optionen wurden durch umfangreiche Forschung und Entwicklung entwickelt, um die thermische Effizienz des Prozesses zu maximieren. Während des Entwurfsprozesses basiert die Auswahl der für die Anwendung am besten geeigneten Luftströmungskonfiguration auf den Materialeigenschaften sowie den allgemeinen Prozessanforderungen. Aus diesem Grund ist es wichtig zu verstehen, wie jede Luftstromoption funktioniert, um die jeweiligen Vorteile vollständig zu verstehen.
Gleichstromluftstrom
Gleichstromluftstrom, der auch als Parallelstrom bezeichnet wird, ist, wenn die Verbrennungsprodukte in die gleiche Richtung wie das Material fließen. Dadurch kommt das kälteste Material sofort mit dem heißesten Gas im Ofen in Kontakt, was zu einer schnellen anfänglichen Temperaturänderung führt. Gleichstromöfen eignen sich am besten für Materialien, die für eine kontrollierte Umwandlung keinen allmählichen Temperaturanstieg benötigen. Ein organischer Verbrennungsprozeß verwendet allgemein diese Luftströmungskonfiguration, weil er nicht ein sehr spezifisches Endprodukt erfordert. In diesem Beispiel wird ein Abfallmaterial (z. B. Deponieprodukt), das sowohl organisches als auch anorganisches Material enthält, in den Ofen eingebracht. Diese Materialien können sofort mit der hohen Hitze in Kontakt kommen und der Ofen kann den Phasenwechsel sehr früh im Prozess erleichtern. Das organische Material wird mit der hohen Hitze verbrannt und was übrig bleibt, ist eine trockene Asche.
Gegenstromluftstrom
Gegenstromluftstrom ist, wenn die Luft in die entgegengesetzte Richtung des Materialflusses strömt. Bei dieser Konstruktion wird das Material allmählich erhitzt, während es durch den Ofen läuft. In dieser Konfiguration kommt das Material kurz vor der Entladung mit den heißesten Verbrennungsprodukten in Kontakt. Der Hauptvorteil dieser Luftstromkonfiguration ist der thermische Wirkungsgrad; Wenn der Brenner am Ende des thermischen Verarbeitungszyklus montiert wird, wird weniger Wärme benötigt, was zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch führt. Dies wird in den folgenden Tabellen veranschaulicht.
Die Gleichstromkonfiguration benötigt eine viel höhere Anfangstemperatur (in diesem Beispiel 4000 °), um das Prozessmaterial von seiner Anfangstemperatur zu erwärmen und die gewünschte Phase oder chemische Änderung zu erhalten, die in diesem Beispiel bei 2000 ° auftritt. Im Gegensatz dazu stehen bei einer Gegenstromkonfiguration das Material und die Prozessgastemperatur in direktem Zusammenhang. Für das Beispiel in der Grafik muss die Temperatur des Luftstroms (Prozessgases) nur geringfügig höher sein als die für die Materialtransformation erforderliche Temperatur. Das Ergebnis ist eine niedrigere Brennertemperatur und geringere Betriebskosten.
Darüber hinaus wird das Gegenstromdesign häufig für eine kontrolliertere Phase oder chemische Änderung verwendet, bei der die Materialtemperatur schrittweise erhöht werden muss, um das gewünschte Endergebnis zu erzielen. Hitzehärtung ist ein allgemeiner Prozess, der den Gegenstromluftstrom verwendet, um eine kontrollierte Phasenänderung beizubehalten. Der allmähliche, aber extreme Erwärmungsprozess ermöglicht es einem Material wie Proppant, sich in ein viel härteres Material zu verwandeln.
Zu verstehen, wie jedes Luftströmungssystem funktioniert, ist eine der vielen Überlegungen bei der Entwicklung des effizientesten und effektivsten Drehrohrofens für diesen Job. Beide Luftströmungskonfigurationen haben ihre einzigartigen und unterschiedlichen Vorteile für die Materialtransformation. FEECO fördert, dass jedes Material einen Forschungs- und Entwicklungsprozess in unserem Innovationszentrum vor Ort durchläuft. Die Informationen, die durch die bewährten Prüfverfahren von FEECO gewonnen wurden, ermöglichen es uns, den effizientesten und vorteilhaftesten Drehrohrofen für die Materialanforderungen unserer Kunden zu entwickeln.