DE3420078A1

DE3420078A1 - Verfahren und anlage zur waermebehandlung von feinkoernigem gut

Info

Publication number: DE3420078A1
Application number: DE19843420078
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. 4740 Oelde Albers
Original assignee: Krupp Polysius AG
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1984-05-29
Filing date: 1984-05-29
Publication date: 1985-12-05
Also published as: DE3420078C2

Description

Verfahren und Anlage zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens.
Um bei der Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, insbesondere von Zementrohmaterial, den Drehrohrofen von der stark endothermen Calcination (Entsäuerung, Austreibung des CO2) zu entlasten und dadurch kürzer dimensionieren zu können, ist es bekannt, das in einem mehrstufigen Vorwärmer mit den heißen Abgasen des Drehrohrofens vorgewärmte Gut vor Eintritt in den Drehrohrofen in einem Calcinator unter Zugabe von zusätzlichem Brennstoff weitgehend zu entsäuern.
Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (DE-A- 2 248 030) wird der Calcinator mit Abluft des Kühlers (sog. Tertiärluft) versorgt, wobei das aus dem Calcinator ausgetragene Gut zusammen mit den Abgasen des Calcinators in die Gasleitung gelangt, die den Drehrohrofen mit dem mehrstufigen Vorwärmer verbindet. Bei diesem bekannten Verfahren wird das gesamte, aus der zweiten Stufe des Vorwärmers ausgetragene Gut dem Calcinator zugeführt.
Bei diesem bekannten Verfahren werden im Calcinator durchweg hochwertige, sehr reaktionsfreudige Brennstoffe eingesetzt. Bei Verwendung von minderwertigen, sehr reaktionsträgen Brennstoffen würde sich ein schlechter Ausbrand und damit eine ungenügende Entsäuerung des Materiales ergeben, zumal bei diesem bekannten Verfahren keine einfache Möglichkeit besteht, die Verbrennungsverhältnisse im Calcinator unterschiedlichen Brennstoffarten anzupassen.
Es ist weiterhin ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzten Art bekannt (EP-A- 48 537), bei dem ein Teilstrom des aus der zweiten Stufe des Vorwärmers ausgetragenen Gutes dem mit Kühlerabluft (Tertiärluft) versorgten Calcinator zugeführt wird, während ein weiterer Teilstrom dieses aus der zweiten Stufe des Vorwärmers ausgetragenen Gutes in die den Drehrohrofen mit dem mehrstufigen Vorwärmer verbindende Gasleitung eingeführt wird. Bei diesem bekannten Verfahren gelangt der in der Ofenabgasleitung entsäuerte Teilstrom nach Abscheidung in einem Zyklon zusammen mit dem ersten Teilstrom in den Calcinator, dessen Abgase (nach Abscheidung des Gutes in einem weiteren Abscheider) der zweiten Stufe des Vorwärmers zugeführt werden.
Bei diesem Verfahren erfährt der direkt in die Ofenabgasleitung aufgegebene Teilstrom des Gutes eine zweimalige Wärmebehandlung: Zunächst durch Wärmeaustausch mit den Ofenabgasen und anschließend durch Wärmeaustausch im eigentlichen Calcinator.
Dies bringt eine Reihe von Nachteilen mit sich.
Je nach Aufgabemenge in die Ofenabgasleitung entsäuert dieser Teilstrom des Gutes nahezu vollständig. Gelangt dann dieser entsäuerte Teilstrom in den Calcinator, so kann er die hier dargebotene Wärmeenergie nicht in Entsäuerungsarbeit umsetzen.
Es kommt vielmehr zu einer Wärmeverschleppung und berhitzung dieses Gutteilstromes mit der Gefahr von Ansatzbildung. Entsprechendes gilt für den von diesem Teilstrom mitgeführten Ofenstaub.
Nachteilig ist ferner, daß die im Abgas des Drehrohrofens in flüchtiger Form enthaltenen Schadstoffe bei diesem bekannten Verfahren an einem Teilstrom des Gutes kondensieren. Dies führt zu einer höheren Schadstoffkonzentration im Gut, als wenn die gleiche Schadstoffmenge am gesamten Gutstrom kondensieren würde. Auf diese Weise wird die kritische Konzentration schneller erreicht, was die Betriebsstabilität gefährdet.
Ungünstig bei diesem bekannten Verfahren ist ferner, daß die Verbrennungstemperatur im Calcinator über die Aufteilung der beiden Gutströme nicht gesteuert werden kann, da letztlich die gesamte Gutmenge in den Calcinator gelangt. Aus diesem Grunde läßt sich das bekannte Verfahren nicht auf einfache Weise an unterschiedliche Brennstoffarten, insbesondere an ballastreiche und minderwertige Brennstoffe, anpassen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruches rt vorausgesetzten Art so auszubilden, daß eine einfache Anpassung an unterschiedliche Brennstoffarten, insbesondere auch an ballastreiche und minderwertige Brennstoffe, erfolgen kann, daß hierbei Wärmeverschleppungen und Überhitzungen im Calcinator vermieden werden und daß eine Gefährdung der Betriebsstabilität durch die im Abgas des Drehrohrofens enthaltenen Schadstoffe bestmöglich ausgeschlossen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Indem bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in den Calcinator nur ein wählbarer Teilstrom des aus der zweiten Stufe des Vorwärmers ausgetragenen Gutes gelangt und der im Calcinator entsäuerte Teilstrom des Gutes mit den Abgasen des Calcinators in die den Drehrohrofen mit der untersten Stufe des Vorwärmers verbindende Gasleitung (Ofenabgasleitung) eingeführt wird, kann man erfindungsgemäß - in Abhängigkeit von der Art des im Calcinator zugegebenen Brennstoffes - die Verbrennungstemperatur im Calcinator durch Wahl der Aufteilung des aus der zweiten Stufe des Vorwärmers ausgetragenen Gutes derart steuern, daß der Hauptausbrand des Brennstoffes im Calcinator und der Restausbrand in der Ofenabgasleitung erfolgt. Dadurch ist auch bei den in jüngster Zeit zunehmend verwendeten ballastreichen und minderwertigen Brennstoffen eine wesentliche Verbesserung des Ausbrandes und damit eine Erhöhung des Entsäuerungsgrades möglich.
Die Erfindung nutzt hierbei die Erkenntnis aus, daß reaktionsträge Brennstoffe (mit einem niedrigen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen, mit hohem Aschegehalt usw.) durch Erhöhung des Temperaturniveaus besser ausbrennen. So wird bei Einsatz von minderwertigen Brennstoffen mit einem unteren Heizwert von weniger als 5000 kcal/kg die Verbrennungstemperatur im Calcinator auf über 880"C eingestellt, bei Einsatz von hochwertigen Brennstoffen mit einem unteren Heizwert von mehr als 5000 kcal/kg dagegen auf unter 8800C.
Für die gesamte Calcination wirkt sich das bei minderwertigen Brennstoffen erhöhte Temperaturniveau nicht nachteilig aus, da der in die Ofenabgasleitung aufgegebene Teilstrom des Gutes die Temperatur der Abgase des Calcinators sowie die Temperatur der Abgase des Drehrohrofens durch Wärmeaufnahme und Calcination abbaut. Unabhängig von der Verbrennungstemperatur des dem Calcinator zuqeführten Brennstoffes stellt sich daher am Gaseintritt der untersten Stufe des Vorwärmers etwa die gleiche Temperatur wie bisher ein. Gutüberhitzungen und hierdurch bedingte Ansatzbildungen in der Ofenabgasleitunq werden vermieden. Günstig ist ferner, daß sich die im Ofenabgas in flüchtiger Form enthaltenen Schadstoffe auf der gesamten Gutmenge niederschlagen, so daß eine die Betriebs stabilität gefährdende kritische Konzentration erst wesentlich später erreicht wird.
Zweckmäßig werden mindestens 95%, vorzugsweise mindestens 98% des Brennstoffes im Calcinator verbrannt, während der restliche Ausbrand in der Ofenabgasleitung erfolgt. Eine Überwachung des Hauptausbrandes im Calcinator und des Restausbrandes in der Ofenabgasleitung ist durch entsprechende Gasanalysen möglich, was auch bei ballastreichen und minderwertigen Brennstoffen eine optimale Kontrolle der Verbrennungsphasen ermöglicht.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren findet die Verbrennung im Calcinator in einer Flugstaubwolke statt, bei der die Gasmenge zwischen 0,35 und 0,7 mn3/kg des dem Calcinator aufgegebenen Gutes beträgt. Die Gasgeschwindigkeit im Calcinator liegt hierbei zwischen 15 und 50 m/s, vorzugsweise zwischen 20 und 25 m/s. Vorteilhaft ist, daß im Calcinator kein Drall notwendig ist, der mit Druckverlust und Separierung der Reaktionspartner verbunden ist.
Bei einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Calcinator zweckmäßig in Form einer langgestreckten, im wesentlichen vertikal ausgerichteten und mit einer 180°-Umlenkung am oberen Ende versehenen Gasschleife ausgebildet.
Ein solcher Calcinator zeichnet sich durch eine besonders einfache und betriebssichere Bauweise - bei erwünschter großer Reaktionslänge - aus.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden im Zusammenhang mit der Beschreibung eines in der Zeich- nung veranschaulichten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen Fig.1 eine Schemadarstellung einer (nur teilweise veranschaulichten) Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig.2 ein Diagramm zur Erläuterung der Gutaufteilung in Abhängigkeit von der gewünschten Verbrennungstemperatur im Calcinator.
Die in Fig.1 schematisch veranschaulichte Anlage zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, insbesondere von Zementrohmaterial, enthält einen mehrstufigen Vorwärmer 1, von dem lediglich die beiden Zyklone 2 und 3 der ersten (untersten) und der zweiten Stufe dargestellt sind. Die Anlage enthält weiterhin einen Drehrohrofen 4, der über eine Ofenabgasleitung 5 mit der ersten Stufe (Zyklon 2) des Vorwärmers 1 verbunden ist.
Dem Drehrohrofen 4 ist ein nicht dargestellter Kühler nachgeschaltet, dessen Abluft (sog. Tertiärluft) über eine Leitung 6 einem Calcinator 7 zugeführt wird. Dieser Calcinator 7 besitzt die Form einer langgestreckten, im wesentlichen vertikal ausgerichteten Gasschleife, die am oberen Ende eine 1800-Umlenkung aufweist. Die Eintrittsseite des Calcinators 7 ist an die vom Kühler kommende Leitung 6 angeschlossen, während das austrittsseiti- ge Ende des Calcinators 7 über eine Schurre 7a an den unteren Teil der Ofenabgasleitung 5 angeschlossen ist.
Weiterhin ist die Eintrittsseite des Calcinators 7 bei Betriebsstörungen über eine Gutleitung 8 mit der Ofenabgasleitung 5 bzw. über eine Gutleitung 8' mit dem Einlaufgehäuse des Drehrohrofens 4 verbindbar.
Die Gutaustragsleitung 9 des Zyklons 3 der zweiten Stufe des Vorwärmers 1 verzweigt sich über ein Verteilerorgan 10 auf zwei Gutleitungen 11, 12, von denen die Gutleitung 11 in den Calcinator 7 (nahe dessen eintrittsseitigem Ende) und die Gutleitung 12 in die Ofenabgasleitung 5 (in deren unterem Bereich) einmündet. Die Gutaustragsleitung 13 des Zyklons 2 der ersten (untersten) Stufe des Vorwärmers 1 mündet in das Einlaufgehäuse des Drehrohrofens 4.
Brennstoff wird dem Calcinator 7 nahe seinem eintrittsseitigem Ende bei 14 zugegeben. In der vom Kühler kommenden Leitung 6 ist schließlich noch eine Drosselklappe 15 vorgesehen.
Im Betrieb der Anlage wird das feinkörnige Gut im Vorwärmer 1 mit den heißen Abgasen des Drehrohrofens 4 und des Calcinators 7 vorgewärmt. Ein Teilstrom des aus der zweiten Stufe (Zyklon 3) des Vorwärmers 1 ausgetragenen Gutes gelangt über die Gutleitung 11 in den Calcinator 7 und wird hier durch Verbrennung des bei 14 zugegebenen zusätzlichen Brennstoffes in reiner Luft weitgehend entsäuert. Dieser hochentsäuerte Teilstrom gelangt dann mit den Abgasen des Calcinators 7 über die Schurre 7a in die Ofenabgasleitung 5 und vermischt sich hier mit den Abgasen des Drehrohrofens 4 sowie mit dem weiteren Teilstrom des vorgewärmten Gutes, der über die Gutleitung 12 unmittelbar in die Ofenabgasleitung 5 eingeführt wird. Dieser weitere Teilstrom des vorgewärmten Gutes wird durch Wärmeaustausch mit den heißen Ofenabgasen sowie mit dem hochentsäuerten ersten Teilstrom sowie unter Ausnutzung der beim Restausbrand des Brennstoffes freigesetzten Wärme entsäuert. Das im Zyklon 2 abgeschiedene Gut gelangt dann über die Gutaustragsleitung 13 in den Drehrohrofen 4 und wird hier fertiggebrannt, wonach die Kühlung im nicht dargestellten Kühler erfolgt.
Der Calcinator 7 kann einen runden oder eckigen Querschnitt besitzen. Seine geometrische Form sowie Größe ist vor allem von der Art des für die Calcination eingesetzten Brennstoffes abhängig. Besteht bei Verwendung von schadstoff- und aschereichem Brennstoff die Gefahr von Ansatzbildung, so wird zweckmäßig eine eckige Querschnittsform gewählt.
Der Calcinator 7 wird im übrigen so dimensioniert, daß im Normalbetrieb kein Gut gegen den Gasstrom durchfällt, sondern etwa die Beladungsverhältnisse wie bei einer Flugstaubwolke vorliegen.
Die Gasgeschwindigkeit liegt zweckmäßig zwischen 20 und 25 m/s, wobei die Länge der für die Verbrennung des Brennstoffes zur Verfügung stehenden Strecke (Gasweg von der Zugabe des Brennstoffes bei 14 bis zum Eintritt in den Zyklon 2) in Abhängigkeit von der erforderlichen Ausbrandzeit des verwendeten Brennstoffes ermittelt wird. Für flüssige Brennstoffe ist dabei mit einer Ausbrandzeit von 0,5 bis 1,0 s, für gasförmige Brennstoffe mit 0,7 bis 2,0 s und für feste Brennstoffe mit 0,5 bis 3,0 s zu rechnen.
Die Aufteilung des aus der zweiten Stufe (Zyklon 3) des Vorwärmers 1 ausgetragenen Gutes auf die Gutleitungen 11 und 12 wird in Abhängigkeit von der im Calcinator 7 gewünschten Verbrennungstemperatur vorgenommen. Unter Verbrennungstemperatur wird hierbei die am Ende des Calcinators 7 (vor Eintritt in die Ofenabgasleitung 5) gemessene Gastemperatur verstanden.
Die Aufteilung des Gutes auf die Gutleitungen 11 und 12 und die hierdurch bewirkte Anpassung der Verbrennungstemperatur im Calcinator 7 an den eingesetzten Brennstoff sei unter Bezugnahme auf das Diagramm gemäß Fig.2 an folgenden Arbeitsbeispielen näher erläutert: Die Anlage wird bei den drei Beispielen wie folgt betrieben: Spezif. Wärmebedarf (bei Verwendunghines vierstufigen Vorwärmers) 780 kcal/kg Klinker Vorcalcinationsrate 50% Tertiärlufttemperatur 850"C Gastemperatur am Ofeneinlauf 11500C Gasmenge am Ofeneinlauf 0,585 m 3/kg Klinker Staubmenge am Ofeneinlauf 0,3 kg Staub pro kg Klinker Glühverlust des Rohmateriales 35% Diese Anlage wird nun nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung von drei verschiedenen Brennstoffarten im Calcinator 7 betrieben: Beispiel 1 Hochwertige Kohle unterer Verbrennungstemperatur Heizwert 6500 kcal/kg 8200C Aschegehalt 12% Beispiel 2 mittlere Kohle unterer Verbrennungstemperatur Heizwert 5000 kcal/kg 880"C Aschegehalt 15% Beispiel 3 minderwertige Kohle unterer Verbrennungstemperatur Heizwert 4000 kcal/kg 950°C Aschegehalt 3CE Um die drei unterschiedlichen Kohlearten jeweils vollständig im Calcinator 7 zu verbrennen, werden die geforderten Verbrennungstemperatur von 820, 880 und 9500C durch entsprechende Aufteilung des aus dem Zyklon 3 ausgetragenen Gutes eingestellt.
Bei der hochwertigen Kohle kann maximal 74% des aus der zweiten Stufe (Zyklon 3) des Vorwärmers 1 aus getragenen Gutes in den Calcinator 7 eingebracht werden, um die notwendige Verbrennungstemperatur von 8200C nicht zu unterschreiten. Im Falle der minderwertigen Kohle dürfen höchstens 58% des aus der Stufe 2 (Zyklon 3) ausgetragenen Gutes dem Calcinator 7 zugeleitet werden, wobei die Verbrennungstemperatur auf 950"C ansteigt.
Im einzelnen ergibt sich der Zusammenhang zwischen der Verbrennungstemperatur im Calcinator und der Verteilung des Gutes der zweiten Stufe des Vorwärmers aus dem Diagramm gemäß Fig.2.
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Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Wärmebehandlung von feinkörniqem Gut, insbesondere von Zementrohmehl, wobei das Gut a) in einem mehrstufigen Vorwärmer (1) mit den heißen Abgasen eines Drehrohrofens (4) und eines Calcinators (7) vorgewärmt, b) dann im Calcinator (7) unter Zuqabe von zusätzlichem Brennstoff entsäuert, c) hiernach im Drehrohrofen (4) fertiggebrannt d) und schließlich in einem Kühler qekühlt wird, e) wobei Abluft des Kühlers dem Calcinator (7) als Verbrennungsluft zugeführt wird, f) und wobei ein Teilstrom des aus der zweiten Stufe (3) des Vorwärmers (1) ausgetraqenen Gutes dem Calcinator (7) und ein weiterer Teilstrom der den Drehrohrofen (4) mit der untersten Stufe (2) des Vorwärmers (1) verbindenden Gasleitung (5) direkt zugeführt wird, gekennzeichnet durch folqende Merkmale: g) der im Calcinator (7) entsäuerte Teilstrom des Gutes wird mit den Abgasen des Calcinators in die den Drehrohrofen (4) mit der untersten Stufe (2) des Vorwärmers (1) verbindende Gasleitung (5) eingeführt; h) in Abhängigkeit von der Art des im Calcinator (7) zugegebenen Brennstoffes wird die Verbrennungstemperatur im Calcinator (7) durch Wahl der Aufteilung des aus der zweiten Stufe (3) des Vorwärmers (1) ausgetragenen Gutes derart gesteuert, daß der Hauptausbranddes Brennstoffes im Calcinator (7) und der Restausbrand in der den Drehrohrofen (4) mit der untersten Stufe (2) des Vorwärmers (1) verbindenden Gasleitung (5) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz eines minderwertigen Brennstoffes mit einem unteren Heizwert von weniger als 5000 kcal/kg die Verbrennungstemperatur im Calcinator (7) auf über 8800C eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz eines hochwertigen Brennstoffes mit einem unteren Heizwert von mehr als 5000 kcal/kg die Verbrennungstemperatur im Calcinator (7) auf unter 880asc eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasmenge im Calcinator (7) zwischen 0,35 und 0,7 m 3/kg des dem Calcinator aufgegebenen Gutes beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasgeschwindigkeit im Calcinator (7) zwischen 15 und 30 m/s, vorzugsweise zwischen 20 und 25 m/s beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 95%, vorzugsweise mindestens 98% des Brennstoffes im Calcinator (7) verbrennen.
7. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, enthaltend a) einen mehrstufigen Vorwärmer (1), b) einen Drehrohrofen (4), c) einen Kühler, d) einen mit Abluft des Kühlers gespeisten Calcinator (7), e) eine an den Calcinator (7) angeschlossene Gutleitung (11), die einen ersten Teilstrom des aus der zweiten Stufe (3) des Vorwärmers (1) ausgetragenen Gutes dem Calcinator (7) zuführt, f) eine Gutleitung (12), die an die den Drehrohrofen (4) mit der untersten Stufe (2) des Vorwärmers (1) verbindende Gasleitung (5) angeschlossen ist und dieser Gasleitung einen zweiten Teilstrom des aus der zweiten Stufe (3) des Vorwärmers (1) ausgetragenen Gutes zuführt, g) ein Verteilerorgan (10) zur Aufteilung des aus der zweiten Stufe (3) des Vorwärmers (1) ausgetragenen Gutes auf die beiden Gutleitungen (11, 12), dadurch gekennzeichnet, daß h) der Calcinator (7) in die den Drehrohrofen (4) mit der untersten Stufe (2) des Vorwärmers (1) verbindende Gasleitung (5) einmündet.
8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Calcinator (7) in Form einer langgestreckten, im wesentlichen vertikal ausgerichteten und mit einer 1800-Umlenkung am oberen Ende versehenen Gasschleife ausgebildet ist.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das austrittsseitige Ende des Calcinators (7) über eine Schurre (7a) an die den Drehrohrofen (4) mit der untersten Stufe (2) des Vorwärmers (1) verbindende Gasleitung (5) angeschlossen ist.
10. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsseite des Calcinators (7) bei Betriebsstörungen über eine Gutleitung (8, 8) mit dem Einlaufgehäuse des Drehrohrofens (4) oder mit der Gasleitung (5) zwischen Drehrohrofen (4) und unterster Stufe (2) des Vorwärmers (1) verbindbar ist.