DE3146891C2

DE3146891C2 - Verfahren zum Kalzinieren heizwerthaltiger Mineralstoffe

Info

Publication number: DE3146891C2
Application number: DE3146891A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Dr.-Ing. 8035 Gauting Quittkat; Gerhard Dr.-Ing. 8011 Aschheim Reuter; Rüdiger Dr.rer.nat. 8000 München Schmidt
Original assignee: Bkmi Industrieanlagen 8000 Muenchen GmbH; BKMI Industrieanlagen GmbH
Current assignee: Kraftanlagen AG
Priority date: 1981-11-26
Filing date: 1981-11-26
Publication date: 1985-03-14
Also published as: JPS58130142A; DK521082A; US4496313A; FR2516912A1; DE3146891A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Kalzinieren heizwerthaltiger Mineralstoffe, insbesondere zum Herstellen von Branntkalk durch Kalzination aus bituminösem Kalkstein wird der verhältnismäßig geringe Heizwertgehalt optimal so genutzt, daß unter Umständen kein zusätzlicher Brennstoff benötigt wird. Um die optimale Nutzung des Heizwertgehaltes zu erzielen, wird die für die Kalzination erzeugte Wärme auch zum Austreiben der Heizwertträger benutzt, während die ausgetriebenen Heiz wertträger ihrerseits wiederum Wärme für die Kalzination liefern.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kalzinieren heizwerthaltiger Mineralstoffe insbes. zum Herstellen von Branntkalk durch Kalzination von bituminösem Kalkstein, unter Ausnutzung ihres Heizwertes.

Ein derartiges Verfahren ist auf Grund der laufend steigenden Energiepreise interessant geworden, zumal große Vorkommen bitumenhaltiger Kalksteine mit einem Heizwertgehalt von unter ca. 12OOOkJ/kg Kalkstein bekanntgeworden sind. Die Ausnutzung des darin enthaltenen Heizwertes war mit bisherigen Mitteln jedoch nur mit so geringem Nutzeffekt möglich, daß eine wirtschaftliche Verwertung nicht erfolgte.

Nach der deutschen Patentschrift 12 51 688 ist ein Verfahren zur Herstellung von Zementklinkern aus Kalkstein und Tonkomponenten unter Verwendung von ölschiefer, bituminösem Kalkstein oder Waschbergen als Brennmaterial in einem besonderen Brennprozeß zur Entsäuerung des Calciumkarbonatanteils bekannt Nach diesem Verfahren ist es möglich, den Gehalt an brennbaren Bestandteilen in minderwertigen Brennstoffen nämlich in Waschbergen oder im ölschiefer oder im bituminösem Kalkstein für die Vorwärmung des Rohmehls und die teilweise Entsäurerung des Calciumkarbonats durch Benutzung eines für das Abbrennen des Heizwertträgers geeigneten Ofens, z. B. eines Wirbelofens nutzbar zu machen.

Das Verfahren sieht vor, daß die Heizwertträger von gemahlenem ölschiefer in einer Wirbelschicht ausgebrannt werden und daß die dabei anfallenden Heißgase in einen Schwebegaswärmetauscher geleitet werden, um dort kalkreiches Rohmehl im Gegenstrom aufzuheizen. Der mehlförmige, ausgebrannte, heiße ölschiefer wird dann zusammen mit diesem vorgewärmten Kalksteinmehl einem Drehrohrofen aufgegeben und darin zu Zementklinker gebrannt, wobei die erforderliche Wärme durch Verbrennung zusätzlichen Brennstoffes am Hauptbrenner des Drehrohrofens eingebracht wird. Bei diesem Verfahren deckt der Heizwcrtgehalt des Ölschiefers von etwa 2400 kj/kg S etwa 'Λ des Brennstoffbedarfes des Prozesses von etwa 3200 kj/kg Kl und außerdem verwendet man den mineralischen Feststoff des Ölschiefers gleichzeitig als Rohstoff, so daß dieser im wesentlichen verwertet wird.

Über die Führung des Prozesses bei Verwendung ei

nes bituminösen Kalksteins werden keine konkreten Angaben gemacht

Bei Anwendung herkömmlicher Kalkbrennverfahren, z. B. im Schachtofen würde der im Kalkstein enthaltene Heizwertträger, insbesondere die verdampfbaren oder vergasbaren Bestandteile, zum größten Teil schon vor dem Erreichen der Brennzone ausdampfen oder vergasen und weitgehend ungenutzt mit den Abgasen verloren gehen.

Durch die DE-GS 26 29 082 ist ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Feingut bekanntgeworden, bei dem fester oder flüssiger Brennstoff z. B. unter Verwendung von aufgeheizter Abluft aus einer Kühlzone ent- bzw. vergast wird und die Wärmebehandlung durch '■'erbrennung der hierbei entstehenden brennbaren Gase erfolgt Dieses Verfahren ist aber nicht zur Behandlung eines Gutes bestimmt bei dem der Brennstoff in dem Rohgut enthalten ist Es arbeitet vielmehr mit einem zusätzlichen Brennstoff, der separat zugeführt und in einer separaten Einrichtung getrennt von dem zu behandelnden Gut ent- bzw. vergast wird. Durch die Ent- bzw. Vergasung des Brennstoffs soll bei diesem Verfahren vermieden werden, daß sich in der Wärmebehandlungszone feste oder flüssige Brennstoffteilchen an den Feingutpartikeln anlagern, was zu einer Verminderung der Produktqualität durch Oberhitzung oder durch unerwünschte Erhökang des Kohlenstoffgehaltes im Endprodukt führen würde. Das Verfahren ist also von dem Verfahren gemäß der Erfindung nicht nur gattungsgemäß verschieden, sondern hat auch eine völlig andere Problemstellung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Gattung den Heizwert der im Kalkstein selbst enthaltenen verdampfbaren oder vergasungsfähigen Beimischungen optimal zu nutzen, so daß Zusatzbrennstoff nicht oder nur in geringer Menge benötigt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die Trennung von Vergasung und Kalzination ist es möglich, die bei relativ niedriger Temperatur ablaufende Vergasung mit der im Abgas anfallenden Nicdericmperaturwärmc durchzuführen. Daher kommt die durch Verbrennung der ausgetriebenen Heizwertträger erzeugte Hochtemperaturwärme dem Kalzinationsprozeß zugute. Die indirekte Wärmezufuhr bei der Aufwärmung des Rohstoffs bis zur Vergasung der brennbaren Bestandteile hat den Vorteil, daß ohne Zumischung von Fremdgas ein konzentriertes, heizwertreiches Brenngas entsteht Ein weiterer Vorteil der indirekten Wärmezufuhr besteht darin, daß das dabei entstehende Brenngas fas' ohne freien Sauerstoff anfällt und gefahrlos fortgleitet, gespeichert oder direkt einer Feuerung zugeführt werden kann.

In jedem Falle werden die Abgase des Kalzinationsprozesses — auch wenn sie gänzlich oder nur zum Teil für die thermische Austreibung der Heizwertträger verwendet werden — eine erhebliche Restwärme enthalten — besonders dann, wenn es sich um relativ heizwertreiche Mineralstoffe handelt. Da gerade in einem solchen Falle die Abwärme zunimmt und meist auch die Abgastemperatur steigt, ist es besonders vorteilhaft, diesen Überschuß aus der zur Kalzination im technischen Prozeß erzeugten Wärme gemäß Anspruch 2 zur Dampferzeugung zu nutzen.

Die Zeichnungen dienen zur Erläuterung der Erfindung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielcn von Anlagen zur Durchführung des er-

findungsgemäßen Verfahrens. Es zeigt

F i g. 1 einen Kalzinator-Schwebegaswärmetauscher mit einem vorgeschalteten Pyrolysecfen mit indirektem Wärmeaustai isch,

F i g. 2 einen Drehrohrofen zum Kalzinieren im Gegenstromsystem mit einer Kühltrommel, einem vorgeschalteten, indirekt beheizten Drehrohrofen und nachgeschaltetem Wärmetauscheraggregal zur Verwertung der Abgaswärme,

Fig.3 einen indirekt beheizten Drehrohrofen zur Vorwärmung und Vergasung, kombiniert mit einem Drehrohrofen zum Kalzinieren im Gleichstromsystem, einem Gegenstromkühler und einem Abhitzekessel zur Abgasverwertung.

Die Anordnung nach F i g. 1 ist für mitteifeinkörniges Aufgabegut bis ca. 20 mm 0 geeignet

Bituminöser Kalkstein 60 wird über einen Aufgabeschacht 28, eine Zellenschleuse 44 und ein Rohr 45 einem indirekt beheizten Pyrolyseofen 30 mit Ofenköpfen 33 und 34 sowie den Pyrolyseofen 30 umgebenden Kammern 31 für die Außenbeheizung mit Rauchgas, d. h. für die indirekte Beheizung, aufgegeben. In dem Pyroiyseofen 30 wird der bituminöse Kalkstein 60 uei ca. 500—600°C so verschwelt, daß aus den bituminösen Substanzen Brenngas 53 erzeugt wird, welches über den Ofenkopf 33 und eine Leitung 36 durch ein Gebläse 37 der Brennkammer eines Schwebegassystems, und zwar einem Kalzinator 9 zugeführt wird.

Der von seinen vergasungsfähigen Heizwertträgern befreite Kalkstein 61 wird durch den Ofenkopf 34 über eine Zellenschleuse 44 einer Hammermühle 27 zugeführt, die den Kalkstein 61 zu Kalksteinmehl mit einer Korngröße von unter 2 mm 0 zerkleinert

Das Kalksteinmehl wird nun einem dreistufigen Zyklonvorwärmer 4 zugeführt, darin auf ca. 850⁰C aufgeheizt, und gelangt dann in den Kalzinator 9, welcher in seinem unteren Bereich mit einem Hauptbrenner 22 und eine—ι Stütz- und Zündhreniier 23 versehen ist Das im Kalzinator 9 entsäuerte Kalksteinmehl wird im Zyklon I des Zykionvorwärmers 4 abgeschieden und gelangt nun in einen 2stufigen Schwebegaszyklonkühler 5 und weiter in einen Fließbettkühler 6, aus dem das nunmehr gekühlte fertige Gut Ober eine Zellenschleuse 46 nach unten ausgetragen wird.

Der Fließbettkühler 6 ist mil einem Frischluftgebläse 17 versehen, durch wdches Frischluft 50 angesaugt und durch den Fließbettkühlter 6 sowie durch den zweistufigen Schwebegaszyklonkühler 5 in den Kalzinator 9 im Bereich der Brenner 22 und 23 eingeblasen wird. Das im Kalzinator 9 erzeugtes Heißgas 54 wird im Gegenstrom zum Kalksteinmehl durch den dreistufigen Zyklonvorwärmer 4 gesaugt und heizt diesen auf. Das noch ca. 600⁰C warme Heißgas 54 wird in die Kammern 31 des Pyrolyseofens 30 geführt und beheizt diesen von außen. Nachdem es seinen Wärmeinhalt im wesentlichen an den Pyrolyseofen 30 abgegeben hat, wird das Heißgas 54 durch eine Leitung 35 und ein Gebläse 38 in ein Elektrofilter 39 befördert, aus dem es über ein weiteres Gebläse 14 gereinigt ausgetragen wird. Durch das Elektrofilter 39 abgeschiedene Kalkstaubpartikel werden dem Kühlsystem 5-6 zugeführt und mit dem gekühlten fertigen Gut ausgetragen.

F i %. 2 stellt ein System, bestehend aus drei im Gegenstrom arbeitenden Drehrohröfen, dar und ist für feinbis mittelkörniges Aufgabegut bis ca. 25 mm 0 geeignet.

Bituminöser Kalkstein SO wird über einen Aufgabeschacht 28, eine Zellenschfeuse 44 und ein Rohr 45 einem indirekt beheizten Pyrolyseofen 30 über einen Ofenkopf 33 aufgegeben. In dem Pyrolyseofen 30 wird der bituminöse Kalkstein 60 so verschwelt, daß Brenngas 53 erzeugt wird, welches über einen Ofenkopf 34 und eine Leitung 36 mittels eines Gebläses 37 durch einen Ofenkopf 21 einem Drehrohrofen 1 mit einem Hauptbrenner 22 zugeführt wird.

Der von seinem Heizwertträger befreite Kalkstein 61 wird über den Ofenauslauf 34, eine Zellenschleuse 44

ίο und ein Rohr 45 durch einen Ofenkopf 20 dem Drehrohrofen 1 aufgegeben, wo er im Gegenstrom zu dem durch Verbrennung entstandenen Heißgas 54 kalziniert wird. Der kalzinierte Kalk 62 fällt durch den Ofenkopf 21 in einen Rohrkühler 8, aus dem er als gekühltes Fertiggul ausgetragen wird. In den Rohrkühler 8 wird Frischluft 50 eingeführt welche beim Kühlen des Kalkes 62 Wärme aufnimmt und im Drehrohrofen 1 als Verbrennungsluft für das Brenngas 53 dient.Zur Unterstützung der Zündung des Brenngas-Kühlluftgemisches beim Anfahren der Anlage ist im Ofenkopf 21 des Drehrohrofens 1 ein Zünd- und Stützbrenne* 23 angeordnet Das aus dem Drehrohrofen 1 austretende Heißgas 54 gelangt nun über den Ofenkopf 20 in Kammern 31, welche den Pyrolyseofen 30 umgeben, beheizt diesen unter

Wärmeabgabe und gelangt durch eine Leitung 35 zu

einem Abhitzekessel 40, in dem die Restwärme des

Heißgases 54 verwertet wird, und wird schließlich durch

ein Abgasgeläse 14 in Freie befördert.

Das in F i g. 3 dargestellte Gleichstromsystem arbei-

tet mit einem indirekt beheizten Entgasuugs- und Vorwärmofen, einem Gleichstromdrehrohrofen und einem Schachtkühler. Es ist geeignet für Körnungen von ca. 5—30 mm 0. Bei Übertragung der Kühlaufgabe auf eine Kühltrommel mit Auslaufschleuse läßt sich das Systern für ein breites Kornband von Feinstkorn bis zu 50 mm 0 verwenden.

Bituminöser Kalkstein 60 wird über einen Aufgabeschacht 28 und eine Zellenschleuse 44 einem indirekt beheizten Pyrolyseofen 30 mit einem Ofenkopf 33 auf-

gegeben. Über einen Ofenkopf 34 und eine Zellenschleuse 44 gelangt der vom Heizwert der vergasbaren Bestandteile befreite Kalkstein 61 in einen Drehrohrofen 1 zur Kalzination und anschließend als Kalk 62 in einen Schachtkühler 3, dem über ein Gebläsei7 Frischluft 50 zugeführt wird.

Über eine Zellenschleuse 46 wird das Fertiggut auf ein Förderband 47 ausgetragen. Die im Schachtkühler 3 aufgeheizte Kühlluft 51 gelangt über ein Zyklon 19, aus dem abgeschiedener Kalkstaub ebenfalls auf das Förderband 47 ausgetragen wird, über eine Leitung 18 in den Drehrohrofen 1.

Hier mündet ebenfalls eine Leitung 36, welche das die vergasten Heizwertträger Enthaltende Brenngas 53 aus den: Py.oiyseofen 30 in den Drehrohrofen 1 über einen Hauptbrenner 22 einleitet. Das Brenngas 53 verbrennt zusammen mit der aufgeheizten Kühlluft 51 und heizt den Kalkstein 61 im Gleichstrom bis auf ca. 850⁰C auf, bewirkt dann dessen Kalzination und tritt mit ca. 1000⁰C am Auslauides Drehrohrcfens 1 als Heißgas 54 aus diesem aus. Sodann gelangt das Heißgas 54 in die Kammern 31 des Pyrolyseofens 30 und beheizt diesen zum Austreiben des Heizwertträgers aus dem bituminösen Kalkstein 60. Aus den Kammern 31 wird das Heißgas 54 nach Abgabe von Wärme an den Pyrolyseofen 30

es über eine Leitung 55 zu einem Abhitzekessel 40 geführt, welcher Dampf erzeugt, der seinerseits eine Turbine 41 und einen Generator 42 antreibt. Über ein Abgasgebläse 14 wird das nun weitgehend abgekühlte Abgas ins

Freie befördert

Das in den vorstehenden Ausführungsbeispielen erläuterte Verfahren kann in vorteilhafter Weise auch auf die Kalzination anderer heizwerthaltiger Mineralstoffe verwendet werden, aus denen durch Kalzination oder Sinterung technisch verwendbare Produkte erzeugt werden, 2. B. Betonzuschlagstoffe oder Schamotte aus ölschiefer oder bituminösem Schieferton oder kohlehaltigem Letten; hydraulischer Kalk oder Naturzement aus bituminösem Mergel; Dolomitkalk aus bituminösem Dolomit; kalzinierter Quarz aus ölsanden; Bleicherde aus ölhaltigen Raffinerieabfällen u. a. m. Das Verfahren gemäß der Erfindung bietet insbesondere dann wirtschaftliche Vorteile, wenn die Kalzinationstemperatur deutlich über der Entgasungstemperatur des vergasbaren Heizwertträgers liegt. Es ist außerdem nicht auf natürliche Mischungen von Heizwertträgern und Mineralstoffen beschränkt sondern kann gleichermaßen auf künstliche Mischungen angewandt werden, wobei es sich im besonderen für Äbtaiimischungen vorteilhaft anwenden läßt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

30

60

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kalzinieren heizwerthaltiger Mineralstoffe, insbesondere zum Herstellen von Branntkalk durch Kalzination von bituminösem Kalkstein, unter Ausnutzung ihres Heizwertes, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwertträger durch Einwirkung von Abgaswärme aus dem KaizinationsprozeB ganz oder teilweise aus den MineraJstoffen im indirekten Wärmeaustausch ausgetrieben werden, und die Kaizination im wesentlichen durch Verbrennung der ausgetriebenen Heizwertträger zusammen mit Kühlluft aus dem KaizinationsprozeB erfolgt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oberschuß der zur Kalzination erzeugten Wärme, welche nicht zum Austreiben des COz und der Heuwertträger benötigt wird, zur Dampferzeugung verwendet wird.