DE2833774C2

DE2833774C2 - Brennanlage zur Herstellung von mineralischen Brennprodukten, wie Zementklinker aus Rohmehl

Info

Publication number: DE2833774C2
Application number: DE2833774A
Authority: DE
Inventors: Kunibert Dipl.-Ing. 5060 Bergisch Gladbach Brachthäuser; Horst 5210 Troisdorf Herchenbach
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1978-08-02
Filing date: 1978-08-02
Publication date: 1984-08-16
Also published as: GB2028475B; GB2028475A; US4298393A; DE2833774A1; JPS5547253A; FR2484994A1; ES482921A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennanlage zur Herstellung von mineralischen Brennprodukten, wie Zementklinker aus Rohmehl, mit einem Rohmehlvorwärmer, Kalzinator, Drehrohrofen und Klinkerkühler, wobei im Drehofenabgaskanal zum Kalzinator beziehungsweise Rohmehlvorwärmer eine Bypassleitung zum Abzug von Drehofenabgas angeordnet ist.

Mit der Einführung von Rohmehlvorwärmern in den Zementklinker-Brennprozeß konnten die bis dahin langen Drehrohröfen kürzer gebaut werden. Im Laufe der Zeit hat sich bei modernen Brennanlagen mit konventionellen Zyklonvorwärmern ein Verhältnis zwischen der Drehofenlänge zum lichten Drehofendurchmesser von etwa 15:1 bis 17:1 in der Praxis durchgesetzt. Bemühungen der Anlagenbauer, die relative Drehofenlänge weiter zu vermindern, scheiterten am Sicherheitsbedürfnis der Anlagenbetreiber, da ein längerer Drehrohrofen die Erwartung eines störungsfreien Betriebes besonders hinsichtlich innerer Kreisläufe gestattete.

Mit Einführung der Vorkalzinationstechnik mit Zweitfeuenmgen im Vorwärmsystem wurde eine weitgehende Entsäuerung des Rohmehls vor Eintritt in den Drehrohrofen erreicht. Die Vorteile der geringeren Wärmezufuhr in die Sinterzone des Drehrohrofens wurden aber nur zum Teil genutzt, indem der Ofendurchmesser in etwa im Verhältnis der zu den Vorbrennstellen einerseits und zur Sinterzone des Drehrohrofens andererseits zugeführten anteiligen Wärmemengen verringert wurde. Dabei wurde bis heute das obenerwähnte gewohnte Verhältnis von Ofenlänge zu lichtem Ofendurchmesser (15 :1 bis 17 :1) in etwa beibehalten, wodurch sich immer noch große spezifische Drehofenlängen ergeben, die hohe Investitions- und Betriebskosten zur Folge haben. Andererseits bedeutet eine Verringerung des Durchmessers des Drehrohrofens bei gleicher Durchsatzleistung und gleichem OfeiifüUungsgrad eine kürzere Verweilzeit des Rohmehls bzw. Klinkers im Drehrohrofen. Deswegen hat man bisher eine weitere Verkürzung des Drehrohrofens nicht in Erwäguag gezogen.

Die sich im Drehrohrofen verflüchtigenden Stoffe weisen oft schädliche Bestandteile wie Alkaliverbindungen und Schwefel auf, die bei ihrer Kondensation aus dem Drehofenabgas zu Anbackungen in den gasführend-in Leitungen führen. Außerdem gelangen diese schädlichen Bestandteile mit dem Drehofenabgas in das Rohmehlvorwärmsystem, wo sie sich auf dem Rohmehl niederschlagen und im Kreislauf mit dem vorgewärmten Rohmehl wieder in den Drehofen zurückgeführt werden, wodurch sich im Brennprozeß ein hoch anreichernder Schadstoffkreisiaüf ausbilden kann. Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist es bekannt (zum Beispiel Zeitschrift Zement-Kalk-Gips, 1978, Heft 6, Seiten 281 bis 284, Bild 2), das heiße Drehofenabgas oder einen Teil davon über einen Bypass aus dem Brennprozeß abzuführen und zu verwerfen. Damit geht dem Brennprozeß aber der erhebliche "Wärmeinhalt des thermisch hochwertigen Abgases des Drehrohrofens verloren, wodurch der gesamte Brennprozeß unwirtschaftlich werden kann.

So werden bei der bekannten Brennanlage zur Herstellung von Zementklinker mit niedrigem Alkaligehalt etwa 60% Brennstoff dem Kalzinator zugeführt Die restlichen 40% fossiler Brennstoff werden nach wie vor konventionell dem Drehrohrofen zugeführt und darin in Brennern unter Zuführung von Primärluft und Sekundärluft verbrannt. Die daraus resultierende Drehofenabgasmenge ist immer noch so groß, daß es im Hinblick auf die hohen Energiepreise insbesondere bei sehr großen Zementherstellungsanlagen wärmewirtschaftlich nicht zu vertreten ist, den vorhandenen Bypass richtig beziehungsweise vollständig auszunutzen, das heißt über den Bypass möglichst die gesamte Drehofenabgasmenge abzuziehen und zu verwerfen, sofern das Drehofenabgas mit Schadstoffen wie Alkaliverbindungen, Chlor und Schwefel beladen ist. Zieht man das Drehofenabgas mit den darin verflüchtigten schädlichen Bestandteilen wie Alkaliverbindungen, Chlor und Schwefel nicht über den Bypass ab, so kondensieren die Schadstoffe aus dem Drehofenabgas und führen zu Anbakkungen in den gasführenden Leitungen sowie in den Zyklonschwebegaswärmetauschern.

Es ist außerdem eine Anlage zur Herstellung von Zementklinker aus Zementrohmehl bekannt (DD-PS 68 451), bei der das Rohmehl innerhalb einer Vakuumglocke unter Einwirkung eines hohen Vakuums und unter Einwirkung der Strahlen eines Elektronenstrahlgerätes wärmebehandelt wird. Bei dieser bekannten, großtechnisch bis jetzt nicht realisierten Brennanlage fehlt außer einem Drehrohrofen auch ein Kalzinator mit eigener Brennstoffzuführung, ein Drehofenabgaskanal zum Kalzinator und vor allem eine Bypassleitung zwischen Drehrohrofen und Kalzinator, so daß diese bekannte Brennanlage nicht unter die Gattung der erfindungsgemäßen Brennanlage fällt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte bekannte Zementklinker-Brennanlage mit Drehrohrofen und Bypass dahingehend zu ver-

bessern, daß die Anlage wirtschaftlicher mit möglichst geringen Wärmeverlusten infolge Verwerfung schadstoffhaltigen heißen Drehofenabgase betrieben werden kann. Anders gesagt soll es Aufgabe der Erfindung sein, zu ermöglichen, daß der vorhandene Bypass auch riehtig ausgenutzt werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den UnteransprQchen 2 bis 4 angegeben.

Im Anspruch 1 wird die neue und erfinderische Lehre erteilt, im Drehrohrofen nur einen möglichst geringen Anteil fossilen Brennstoffes zu verbrennen, so daß im Drehrohrofen selbst eine möglichst geringe Menge an Verbrennungsgasen entsteht, wodurch die Konzentration der in die geringe Abgasmenge verflüchtigten Schadstoffe wie Alkaliverbindungen, Chlor und Schwefel vergleichsweise sehr hoch gehalten wird, so daß schon aus diesem Grund sowie dadurch, daß infolge der reduzierten Abgasmenge dessen Wärmeinhalt ebenfalls reduziert ist, es im Gegensatz zu bisher bekannten Bypass-Gasabzügen wirtschaftlich zu vertreten ist, das Drehofenabgas über einen Bypass teilweise of'ssr vollständig, das heißt etwa 20 bis 100% des Drehofenabgases abzuziehen und gegebenenfalls zu verwerfen, weil infolge der im Drehofen keine Abgase verursachenden Wärmeerzeuger die gesamte Drehofenabgasmenge so klein wie möglich und nur so groß gehalten wird, daß die im Drehrohrofen sich verflüchtigenden Schadstoffe, die zu Anbackungen in den gasführenden Rohrleitungen führen würden, sicher mit dem Abgas wegtransportiert und aus der Brennanlage entfernt werden.

Alle diese Vorteile ergeben sich durch die neue und erfinderische Idee, die Brennstelle beziehungsweise die Brennstellen im Drehrohrofen wenigstens teilweise zu ersetzen durch am beziehungsweise im Drehrohrofen angeordnete Wärmeerzeuger, die im Drehrohrofen keine Abgase verursachen.

Weil bei der erfindungsgemäßen Brennanlage des Anspruchs 1 im Drehrohrofen nur eine möglichst geringe Menge an Verbrennungsgasen entsteht, läßt sich der Drehrohrofen ohne Beeinträchtigung des Wärmeüberganges zwischen Gas und Gut erfindungsgcmäß vergleichsweise sehr kurz bauen, wodurch erhebliche Investitionskosten gespart sind. Allgemein gesprochen heißt das, daß sich der Drehofen um so kurzer bauen läßt, je weniger fossiler Brennstoff im Drehofen verbrannt wird. Im Anspruch 2 kommt ein vergleichsweise sehr kurzer Drehrohrofen zum Ausdruck, der gekennzeichnet ist durch das Verhältnis der Länge des Drehofens zu dessen lichten Durchmesst»' in einem Bereich von 7 :1 bis 11 :1. Dieser im Vergleich zu früher kurze Drehrohrofen wild durch die erfindungsgemäße Brennanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 ermöglicht. Dagegen haben bekannte konventionelle Drehrohrofen (zum Beispiel W. DUDA, Zement-Data-Book, 1977, Seite 410) immerhin noch ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser wie 13:1.

Die Wärmewirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist besonders dann gegeben und die Wegnähme von Drehofenabgas aus dem Brennprozeß lohnt sich vor allem dann, wenn über den Bypass ein um so größerer Prozentsatz der gesamten Drehofenabgasmenge abgezogen wird, je kleiner diese Drehofenabgasrnenge ist. Gleichzeitig lassen sich die Drehofendimensionen um so n'eb·¹" verkleinern, je weniger fossiler Brennstoff im Drehofen verbrannt wird.

Nach einem wiiit^en Nv.vrkmal der Erfindung können die im Drehrohrofen keine Abgase verursachenden Wärmeerzeuger zum Beispiel aus elektrischen Heizelementen wie Widerstands- oder Induktionsheizung, Sendern von hochenergiereichen Strahlen wie Strahlen beschleunigter Elektronen zur Bestrahlung des Gutes, Sonnenenergieheizungen oder dergleichen bestehen.

Einige Vorteile der erfindungsgemäßen Brennanlage mit Kurzdrehofen gegenüber einer Anlage mit herkömmlichem Drehrohrofen sind folgende:

Weniger Ofenrohrmaterial, weniger verschleißende Ofenausmauerung, weniger wärmeabstrahlende Fläche, daher geringere Wärmeverluste, geringeres Gewicht, daher auch geringere notwendige Antriebsleistung, Wärmedehnungen machen sich nicht so stark bemerkbar (günstig für Ofenlagerungen und Ofendichtungen).

Insgesamt ergeben sich dadurch geringere Investitions- und Betriebskosten der Brennanlage verbunden mit dem Vorteil, daß infolge der möglichst kleingehaltenen Abgasmenge des Drehrohrofens eine teilweise oder vollständige Entfernung dieses Abgases aus dem Brennprozeß mehr als bisher wirtschaftlich vertretbar ist.

Die Erfindung und deren weitere vorteile werden anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine Brennanlage zur Zementklinkerherstellung mit K.urzdrehofen und Bypass für Drehofenabgas,

F i g. 2 eine gegenüber F i g. 1 andere Ausführungsform der Brennanlage,

F i g. 3 im Längsschnitt und in vergrößerter Darstellung den Kurzdrehofen der Brennanlage der F i g. 1 und

F i g. 4 einen gegenüber F i g. 3 anders ausgebildeten Kurzdrehofen.

Die Brennanlage der F i g. 1 weist einen Drehrohrofen 10 auf, dem ein Rohmehlvorwärmer 11 und ein Kalzinator 12 vorgeschaltet und ein Klinkerkühler 13 nachgeschaltet sind. Zementrohmehl 14 fließt von oben nach unten durch den Vorwärmer 11 und Kalzinator 12 im kombinierten Gegenstrom/Gleichstrom zu den den Drehrohrofen 10 verlassenden heißen Abgasen und/ oder zur heißen Abluft des Kühlers 13. Diese Abgase werden durch das Saugzuggebläse 15 abgezogen. Der Rohrv.ahlvorwärmer 11 besteht aus Zyklonwärmetauschern 16, 17, 18. Zur hochgradigen Kalzinierung des Zementrohmehls, bevor dieses in den Drehofen 10 eintritt, wird in Strömungsrichtung des Zementrohmehls gesehen zwischen den Zyklonwärmetauschern 18- und 19 Brennstoff B\ und zwischen den Wärmetauschern 19 und 20 Brennstoff B2 zugeführt. In der ersten Brennstufe B\ wird etwa 30% der Kalzinierungsarbeit geleistet, in der zweiten Brennstufe Bi etwa 70%. Die vorzugsweise zwei Brennstufen werden vor allem bei der Verfeuerung minderwertiger Brennstoffe und/oder bei verschiedenen Brennstoffen betrieben. In der unteren Brennstufe wird der Brennstoff B2 jeglicher Art in einer Gasatmosphäre, die aus der über Tertiärluftleitung 21 zugeführten Kühlerabluft und gegebenenfalls aus Drehofenabgas gebildet ist, unter inniger Vermischung mit dem im Rohmehlvorwärmer vorerwärmten Rohmehl so verbrannt, daß die Verbrennungswärme unmittelbar auf das Rohmehl übertragen und zur gewünschten hochgradigen Kalzinierung genutzt wird. Im Drehofenabgaskanal zum Kalzinator bzw. Rohmehlvorwärmer ist eine Bypassleitung 22 zum Abzug von schadsfoffhaltigem Drehofenabgas angeordnet. Das hochgradig kalzinierte Zementrohmehl tritt durch Leitung 23 in den Drehrohrofen 10 ein.

Der Drehrohrofen 10 hat, wie insbesondere aus F i g. 3 hervorgeht, ein Verhältnis von Länge L zu Hch-

tem Durchmesser D von etwa 8 :1 und hat daher eine ungewöhnlich kleine spezifische Ofenlänge. Am Auslaufende des Drehofens 10 befindet sich eine über Primärluftleitung 24 versorgte Brennstelle 24a, in der fossiler Brennstoff Bj verbrannt wird, während am Guteinlaufende des Drehofens über Leitung 25 eine zusätzliche Zufuhr von Brennstoff ß« insbesondere in stückiger Form vorgesehen sein kann. Bei dem festen Brennstoff handelt es sich vorzugsweise um ungemahlene Kohlestücke, die auf dem Rohmehl quasi schwimmen und praktisch fast flammenlos im Rohmehl verbrennen, wodurch der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung sehr hoch ist. Der fertig gebrannte Zementklinker wird im Klinkerküh'.er 13 gekühlt und verläßt diesen über Leitung 26. Frischluft strömt durch Leitung 27 in den Kühler ein; ein Teil der Kühlerabluft wird über Leitung 28 abgezogen.

Da der erfindungsgemäße Kurzdrehofen 10 eine vergleichsweise kleine spezifische Ofenlänge hat. kann er auf nur zwei Lagerstationen 29 und 30 gelagert werden. Mit 31 ist der Antrieb des Drehrohrofens angezeigt.

Der Drehrohrofen 10a der F i g. 4 hat in seinem Guteinlaufbereich bzw. in seiner Sinterungsvorbereitungszone einen größeren Innendurchmesser als im übrigen Drehofenlängsbereich. In der im Durchmesser erweiterten Zone weist die Innenwandung des Drehrohrofens Einbauten 31a zum Anheben und Streuen des zu sinternden Gutes auf, wodurch der Wärmeübergang zwischen Drehofenabgas und Gut intensiviert wird. Durch die im Querschnitt erweiterte Sinterungsvorbereitungszone wird außerdem die Verweilzeit des Gutes im Drehrohrofen verlängert bei gleichzeitiger Herabsetzung der Gasgeschwindigkeit, wodurch der Wärmeübergang zwischen Gas und Gut ebenfalls verbessert wird.

Bei der Brennanlage der Fig.2 sind die mit Fig. 1 übereinstimmenden Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen. Oberhalb des Ofeneiniaufkopfes 32 des Drehrohrofens 10 ist eine Mischkammer 33 angeordnet, in der heißes Drehofenabgas von etwa 1.300⁰C durch Zumischung von über Gebläse 34 zugeführter Kaltluft und/oder Zugabe von Wasser und/oder Rohmehl sehr schnell auf etwa 400 bis 600°C abgekühlt wird. Das abgekühlte Drehofenabgas wird über die Bypassleitung 22 abgezogen. Vorzugsweise wird etwa 20 bis 100% der gesamten Drehofenabgasmenge über den Bypass abgezogen und zwar ein umso größerer Prozentsatz der Abgasmenge, je kleiner diese gesamte Drehofenabgasmenge ist. Die restliche Drehofenabgasmenge wird über die Steigleitung 35 des Kalzinators 12 und/oder über eine Leitung 36 in den untersten Zyklon 20 des Zyklonwärmetauschersystem geführt. Der den Zyklon 10 verlassende Gutstrom 37 weist eine Vergabelung mit einem nicht dargestellten Verteilerorgan auf, wobei ein Teilstrom des Gutes in die als Brennstrecke ausgebildete Steigleitung 35 des Kalzinators 12 und der andere Teilstrom des Gutes in die Abgasleitung 36 geführt wird. Durch den Teilstrom des Gutes wird das Drehofenabgas in der Leitung 36 so weit abgekühlt, daß dieses Drehofenabgas sowie das Abgas der Kalziniereinrichtung 12 bei ihrer Vermischung im Zyklon 20 eine etwa gleichgroße Temperatur von etwa 800 bis 900°C aufweisen. Auf diese Weise gelangt kein Schadstoffe enthaltendes Ofenabgas in die als Brennstrecke ausgebildete Steigleitung 35 des Kalzinators 12

Die Aufteilung der von der Bypassleitung 22 nicht abgezogenen Drehofenabgasmenge auf die Abgasleitung 36 und/oder auf die Steigleitung 35 des Kalzinators 12 kann durch Regulierorgane 38, 39 bzw. 41 in den Leitungen 36,21 bzw. 22 bewerkstelligt werden.

Die Brennstelle 24a bzw. die Brennstellen 24a und 25a des Drehrohrofens 10, die in diesem Abgase verursachen, sind beim Ausführungsbeispiel der F i g. 2 wenigstens teilweise ersetzt durch am bzw. im Drehrohrofen angeordnete Wärmeerzeuger, die im Drehrohrofen keine Abgase verursachen und die symbolisch durch viele kleine Pfeile mit der Bezeichnung B₅ dargestellt sind. Hierzu ein Zahlenbeispiel:

Von der dem gesamten Brennprozeß zuzuführenden Wärmeenergie müssen 65% dem Vorwärmer 11 und Kalzinator 12 und die restlichen 35% dem Drehrohrofen 10 zugeführt werden. Diese 35% Wärmebedarf im Drehrohrofen 10 werden bisher durch die einzige Brennstelle 24a gedeckt. Um die Drehofenabgasmenge und damit auch den Wärmeverlust zu vermindern, der durch den Abzug schadstoffhaltiger Drehofenabgase über den Bypass 22 entsteht, kann erfindungsgemäß ein Teil des fossilen Brennstoffs öj soweit reduziert werden, daß er statt 35% z. B. nur 15% des Wärmebedarfs im Drehrohrofen deckt; die Wärmeerzeuger B» und Bi verursachen im Drehrohrofen 10 keine Abgase und decken dann den restlichen Wärmebedarf von z. B. jeweils 10%, so daß im Drehrohrofen dann insgesamt die 35% Wärmeenergie erzeugt werden.

Die Wärmeerzeuger Bs sind beispielsweise elektrische Heizelemente wie Widerstands- oder Induktionsheizungfc-n, die in die feuerfeste Auskleidung des Drehofens eingebaut sind und die Innenwandtemperatur auf z. B. 1.200°C halten. Mit Vorteil ist der Drehrohrofen 10 mit einer Wärmeisolierung 40 ausgestattet. Bei der Reduzierung des Brennstoffes Bj für die Brennstelle 24a kann in deren Bereich auch ein Sender Bi hochenergiereicher Strahlen angeordnet sein, die den fehlenden Wärmebedarf des Drehofens durch strahlenchemische Behandlung des Gutes ersetzen. Auch an der Guteinlaufscitc des Drehofens kann ein solcher Sender 25a angeordnet sein.

Die dem Drehofen 10 zugeführte Menge an fossilem Brennstoff Sj soll nicht vollständig zu Null reduziert werden, weil man im Drehofen eine bestimmte Abgasmenge beladen mit Staubteilchen braucht, an denen sich die verflüchtigten schädlichen Bestandteile wie Alkaliverbindungen und Schwefel kondensieren können.

Es versteht sich, daß die Erfindung auch bei Brennanlagen anwendbar ist, bei denen das Gas und Gut im Vorwärmer und Kalzinator in zwei oder mehr zueinander parallelen Strängen geführt sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennanlage zur Herstellung von mineralischen Brennprodukten, wie Zementklinker aus Rohmehl, mit einem Rohmehlvorwärmer, Kalzinator, Drehrohrofen und Klinkerkühler, wobei im Drehofenabgaskanal zum Kalzinator beziehungsweise Rohmehlvorwärmer eine Bypassleitung zum Abzug von Drehofenabgas angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenr stelle beziehungsweise die Brennstellen des Drehrohrofens (10), die in diesem infolge Verbrennung fossilen Brennstoffs Abgase verursachen, wenigstens teilweise ersetzt sind durch am beziehungsweise im Drehrohrofen (10) angeordnete Wärmeerzeuger (Bs, Ss), die im Drehrohrofen (10) keine Abgase verursachen.

2. Brennanlage nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge (L) des Di ehrohrofens (ti* 1Oa^ zu dessen lichten Durchmesser (D)in einem Bereich von 7 :1 bis Π : 1 liegt

3. Brennanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Drehrohrofen (10) keine Abgase verursachenden Wärmeerzeuger (Bs, Bt) zum Beispiel aus elektrischen Heizelementen wie Widerstands- oder Induktionsheizung, Sendern von hochenergiereichen Strahlen wie Strahlen beschleunigter Elektronen zur Bestrahlung des Gutes, Sonnenenergieheizungen oder dergleichen bestehen.

4. Brennanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß .'.er Drehrohrofen (10a) in seiner Sinterungsvorbereitungszone einen größeren Innendurchmesser hat als im übrigen Drehofenlängsbereich.