DE2517552A1

DE2517552A1 - Verfahren zur thermischen behandlung von feinkoernigem gut, insbesondere zum brennen von zement

Info

Publication number: DE2517552A1
Application number: DE19752517552
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1975-04-21
Filing date: 1975-04-21
Publication date: 1976-10-28
Also published as: ES446977A1; DD123595A5; FR2308601B1; ZA761984B; DE2517552B2; CS214731B2; AU1276376A; GB1541099A; AU500048B2; DK141992B; BR7602411A; DK150976A; JPS51129426A; FR2308601A1; DK141992C

Description

Anlage zum Patentgesuch H 75/18

der Klöckner-Humboldt-Deutz Va / Li

Akti enge s ells chaft

vom 15. April 1975

Verfahren zur thermischen Behandlung von feinkörnigem Gut, insbesondere zum Brennen von Zement

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von feinkörnigem Gut, insbesondere zum Brennen von Zement in mehreren Stufen, wobei das Gut in einem Vorwärmer vorerhitzt, in einem Ofen gesintert und vor Eintritt in diesen Ofen unter Brennstoffzufuhr einem gesonderten Brennprozess zur Entsäuerung des Kalziumkarbonatanteils unterzogen wird.

Bei der Herstellung von Zement, Tonerde, Kalk, Dolomit oder dergleichen erfolgt die Wärmebehandlung des feinkörnigen Rohmehls beispielsweise in der Weise, daß das Rohmehl zunächst einem aus mehreren übereinander geschalteten Zyklonen bestehenden Schwebegaswärmetauscher aufgegeben wird, wobei die Rohmehlteilchen im Gegenstrom durch die in den Zyklonen aufsteigenden heißen Abgase eines Drehofens vorgewärmt und zu einem geringen Grad entsäuert werden ehe sie in den Drehofen eingetragen und in diesem fertiggebrannt werden. Die Entsäuerung des Rohmehls ist hierbei die Dissoziation

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des Kalziumkarbonatanteils ( CaCo^ ■*■ CaO +O₂). Unter dem Entsäuerungsgrad wird hier und im folgenden das Verhältnis des ausgetriebenen CO₂ ( in kg C0₂/kg Klinker) zu dem im aufgegebenen Rohmehl vorhandenen CO₂ ( in kg CO₂/kg Klinker) in Prozent verstanden. Der aaisdem Drehofen ausgetragene, wieder abgeschiedene und zumindest teilweise entsäuerte Staub (Kreislaufstaub) wird also nicht berücksichtigt.

Der Wärmeprozeß im Drehofen selbst setzt sich im allgemeinen aus zwei Teilprozessen zusammen, nämlich einem wärmeverbrauchenden Niedertemperaturprozeß, z.B. zum vollständigen Entgasen, Entsäuerung des Gutes, und einem geringe Wärme verbrauchenden Hochtemperaturprozeß, z.B. Sintern, Schmelzen des Gutes. Bei diesem herkömmlichen Verfahren, bei dem die Vorwärmung des aufgegebenen feinkörnigen Gutes in einem gesonderten Vorwärmer erfolgt, wird also im Vorwärmer nur ein kleiner Teil der Gesamtwärmeenergie auf das Gut übertragen, während der weitaus größte Teil der Wärmearbeit im Drehofen geleistet werden muß. So benötigt der Niedertemperaturprozeß wegen der gex · ringen Oberfläche des Gutes, der großen zu übertragenden Wärmemengen, insbesondere für die Entsäuerung des Rohgutes in einem Temperaturbereich von 800-900⁰C in der Regel mehr als die Hälfte des zur Verfügung stehenden Brennraumes im Drehofen. Während für den exothermen Hochtemperaturprozeß für die Sinterung des Gutes lediglich der kleinere Ofenbereich genutzt wird.

Da bei diesem herkömmlichen Verfahren die gesamte thermische Energie dem Drehofen zugeführt wird, ist bei hohen Durchsatzleistungen durch die ungleiche Verteilung der

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Wärmearbeit im Drehofen der thermische Wirkungsgrad und die Leistungsfähigkeit des Ofens begrenzt und die Standdauer der feuerfesten Steine in der Brennzone merklich verkleinert, so daß die Investitionskosten und der Wartungsaufwand für den Drehofen unverhältnismäßig hoch liegen.

Um den Drehofenquerschnitt und/oder die Ofenlänge kleiner dimensionieren zu können, ist bereits versucht worden, den wärmeverbrauchenden Niedertemperaturprozeß in einer zwischen dem Vorwärmer und dem Drehofen angeordneten Vorbrennzone vorzunehmen. So ist aus der US - Patentschrift 3 203 681 bekannt, die wärmeverbrauchende Entsäuerung des Kalksteinanteils (Kalzinierung) in einem dem Ofen vorgeschalteten Anlagenteil vorzunehmen, in welchem die zugeführten Gutteilchen in einem Heißgasstrom thermisch behandelt werden, während das Fertigbrennen (Sinterung) ausschließlich im Drehofen erfolgt, so daß dieser extrem kurz gebaut werden kann.

Eine vollständige Kalzinierung des Gutes in der Vorbrennzone ist bei dieser Bauart zwar zu erreichen, jedoch werden innerhalb der Brennzone die für die Kalzinierung vorbestimmten Maximaltemperaturen unkontrollierbar überschritten, so daß das fließfähige pulverförmige Gut durch beginnende Kornvergröberung und beginnende Plastizität durch Schmelzphasenbildung in einen unerwünschten Zustand übergeht, bei dem ein

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einwandfreies Abfließen des kalzinierten Gutes aus der Brennzone in den Drehofen nicht gewährleistet werden kann.

Um ein gleichbleibendes Wärmeangebot für eine vollständige Kalzinierung in der Vorbrennzone zu erhalten, hat man aus diesem Grunde bereits andere apparativ aufwendige Brennkammern geschaffen, die eine intensive Durchmischung von Rohmaterial und Brennstoff gewährleisten sollen, um schädliche Temperaturspitzen zu vermeiden.

Man hat auch bereits vorgeschlagen (DOS 2 324 519) den Brennstoff mit dem zu kalzinierenden Rohmaterial zu mischen, bevor das Rohmaterial in der Brennzone in den vom Drehofen kommenden Gasstrom eingebracht wird. Bei den vorliegenden hohen Temperaturen des Rohmehls bedingt eine gleichmäßige Mischung aber ebenfalls einen hohen apparativen Aufwand. Andernfalls wird sich eine ungleiche Verteilung der Materialmengen einstellen, so daß an bestimmten Stellen die Rohmaterialkonzentration so hoch ist, daß dort schlechte Verbrennungsbedingungen herrschen, während an anderen Stellen die Rohmaterialkonzentration verhältnismäßig gering ist, so daß es an diesen Stellen zu besonders hohen Temperaturspitzen mit den oben geschilderten nachteiligen Folgen führt. Auch muß hierbei zur vollständigen Kalzinierung des Gutes in der

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in der Vorbrennzone wegen der erforderlichen Stabilisierung der Verbrennung mit erheblichem BrennstoffUberschuß gefahren.werden Das hat jedoch eine eventuelle Nachverbrennung in dem der Vorbrennzone vorgeschalteten Vorwärmer zur Folge, so daß dieser einerseits thermisch übobelastet wird, andererseits sich höhere Abgastemperaturen und damit höhere Wärmeverluste einstellen.

Es hat sich nun in überraschender Weise gezeigt, daß sowohl die spezifischen hohen Investitionskosten des Drehofens im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren, bei welchem die Kalzinierung des Gutes überwiegend im Drehofen selbst erfolgt, erheblich gesenkt werden können als auch die genannten Schwierigkeiten bei der Kalzinierung des Rohmaterials in einer zwischen dem Vorwärmer und dem Drehofen angeordneten Vorbrennzone in einfacher Weise vermieden werden können, wenn gemäß der Erfindung in dem gesonderten Brennprozess das vorerhitzte Gut auf einen Entsäuerungsgrad von nur ^Φ-ΒΟ% entsäuert wird und die Restentsäuerung und der Fertigbrand des Rohmehls unmittelbar anschließend im Ofen erfolgen. Durch diese erfinderische Maßnahme wird erreicht, daß die pulverförmigen und fluiden Eigenschaften des feinkörnigen Feststoffes auch nach der Kalzinierung erhalten bleiben, so daß die Fließ- und Austragsfähigkeit des Gutes aus der letzten Stufe

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des Vorwärmers in das Eintragsende des Ofens erhalten bleibt. Auch bleibt¹ die Dispergierfähigkeit des Gutes im Gasstrom weitgehend erhalten, so daß ein optimaler Wärmeübergang vom Heißgas auf das zu behandelnde Gut in der Verbrennzone gewährleistet und der erfindungsgemäße Entsäuerungsgrad sicher gestellt werden kann. Die schädlichen Folgen von Überhitzungen des Rohmehls, wie sie bei den bekannten Verfahren bei der vollständigen Entsäuerung auftreten, werden vollständig vermieden, insbesondere die Entstehung von geschmolzenen Massen, die Bildung von Klinkermineralien und die Freisetzung von Alkalidämpfen die, wieder kondensiert, zu einem Zusammenbacken der Gutteilchen führen, wodurch die Fließfähigkeit und die Dispergierfähigkeit des Rohmehls so erheblich verschlechtert werden. Besonders zweckmäßig ist es, daß das vorerhitzte Gut auf einen Entsäuerungsgrad von 60 bis 73% entsäuert wird. Schließlich wird durch die erfinderische Maßnahme, nicht zuletzt infolge des geringeren Brennstoffsverbrauchs in der Brennzone, der Abgasverlust niedrig gehalten und damit der Wärmebedarf der Gesamtanlagen vermindert.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, den für den gesonderten Brennprozeß erforderlichen Sauerstoff zumindest überwiegend zusammen mit dem Ofenabgas zuzuführen. Die Ofenabgase haben dann einen Sauerstoffgehalt beispielsweise von 8 bis 13%. Ein eventueller Restsauerstoffbedarf kann dem Brennstoff in der gesonderten Brennzone besonders zugeführt werden.

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Hierdurch wird erreicht, daß die exotherme Hochtemperaturzone im Drehofen, ohne in derLeistungsfähigkeit begrenzt zu werden, entlastet und so die Standauer der feuerfesten Ofenauskleidung dieser Ofenzone erheblich verlängert wird, wobei die Sintertemperatur nicht unter die für eine vollständige Sinterung erforderlichen Grenztemperaturen absinkt. Allenfalls eine geringe Zusatzsauerstoff menge muß dem gesonderten Brennprozeß direkt zugeführt werden, um die vollständige stöchiometrische Verbrennung des Brennstoffs, eine besonders intensive Wirkung des Kalzinationsprozesses und eine genaue Einstellung des Kalzinationsgrades zu erreichen. Es kann dabei auf Verbrennungsluft aus

dem
dem Ofen nachgeschalteten Kühler zurückgegriffen werden, wobei sich jedoch der hierfür notwendige hohe anlagentechnische Aufwand für zusätzliche Rohrleitungen etc. in den Investitionskosten niederschlägt.

In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der für den gesonderten Brennprozeß erforderliche Brennstoff gemeinsam mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas zugeführt wird. Hierdurch kann vorteilhaft sichergestellt werden, daß die Verbrennung des zugeführten Brennstoffs mit Erreichen der Zündtemperatur sofort beginnt und nicht erst die Verteilung des Brennstoffs

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im Gut- und Gasstrom abgewartet werden muß. Sie beginnt vielmehr während der Verteilung. Durch diese Maßnahme kann die Brennzone besonders klein/gehalten und ebenfalls der Entsäuerungsgrad dem jeweiligen Bedarf entsprechend genau eingestellt werden.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der für den gesonderten Brennprozess

dann erforderliche Brennstoff zunächst teiloxidiert und Tült dem zu kalzinierenden feinkörnigen Gut zusammengebracht wird, wobei das Gut unterhalb und/oder oberhalb der Brennstoffzufuhr eingebracht wird. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, daß tatsächlich die gesamte Brennstoffmenge vor Eintritt in den Cutstrom gezündet und so eine vom Gutstrom weitgehend unabhängige Ausbildung der Brennzone ermöglicht wird. So wird eidBegleichmäßige und gesteuerte, den Brennstoff besonders gut ausnutzende und die vorgegebene Teilkalzinierung des Zementrohrmehls fördernde Verbrennung erreicht.

Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand von Ausführbeispielen näher erläutert.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 zeigt im einzelnen,

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daß vor dem Drehofen 1, dessen Einlaufende verkleinert dargestellt ist, sich die Einlaufkammer 2 befindet, in die

die Gutzuführung 3aus dem letzten Zyklon 4 eines Schwebewärme

gaäöibBtauschers einmündet. Oberhalb des Zyklons 4 befindet sich die Gasableitung 5, die zu den weiteren Zyklonvorwärmerstufen führt. Vorteilhafter Weise verläuft eine im wesentlichen vertikal ausgerichtete Abgasleitung 6 zwischen dem Ofen und der aus mehreren Zyklonen bestehenden Einrichtung zum Vorwärmer des zu behandelnden feinkörnigen Gutes, in die zweckmäßiger Weise die Gutzuführleitung 7 und die Brennstoffzuführung 9 münden, wobei die Brennstoffzuführung, die zweckmäßiger Weise aus einer oder mehreren im Bereich der Wandung der Abgasleitung 6 angeordneten Düsen besteht, vorteilhaft oberhalb der Mündung der Gutzufuhrleitung 3 angeordnet ist. Die Abgasleitung 6 weist einen Erweiterungsteil als Voroxidationskaimaer 8 auf, in die die Brennstoffdüaen auch zweckmäßiger Weise dem Gasstrom entgegengeneigt gerichtet sein können. Obwohl lediglich die Ausführung mit einem Zyklon gezeigt wird, ist es ebenso möglich, eine symmetrische Anordnung mit mehreren Zyklonen entsprechend auszubilden. Falls weitere Zyklone vorhanden wären, wiese das Rohr 6 anstelle des einfachen Krümmers eine entsprechende Verzweigung auf.

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Verfahrensmäßig ergibt sich anhand des Ausführungsbeispiels der folgende Ablauf.

Aus dem Drehofenende 1 gelangt das Abgas, in die Einlaufkammer 2, von dort in die Hauptgasleitung 6 des Zyklonvorwärmers. In diese wird unterhalb der Brenner 9 das Brenngut durch die Zuführung 7 eingebracht. Die Materialzuführung kann wahlweise durch eine oder mehrere Leitungen erfolgen, die an ihrem Einmündungsende Verteilvorrichtungen aufweisen, die für eine gleichmäßige Verteilung des Gutstromes im Gasstrom sorgen. Als Verteileinrichtungen können beispielsweise Prallplatten oder Prallgitter dienen.

der Das feinverteilte Brenngut steigt vonrtJutaufgabestelle in der Abgasleitung 6 empor und gelangt in Form einer kontinuierlichen Gleichströmung von Gut und Gas in die darüber liegende Brennzone. Die Brennzone liegt in Höhe der Brenndüsenöffnungsebene. Wie in der Zeichnung gezeigt, kann die Abgasleitung in diesem Bereich zu einem Voroxidationsraum, der sich vorteilhafter Weise ringförmig um das Rohr erstreckt, aber auch in anderer zweckmäßiger Ausgestaltung aus einzelnen Erweiterungen bestehen kann, erweitert sein. Die Brenner 9 sind vorzugsweise dem Gut-

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land Gasstrom entgegengeneigt gerichtet, so daß ein gutes Eindringen des Brennstoffs in den Gut- und Gasstrom sichergestellt ist. Durch die Brennerebene wird die Brennzone nach unten fest begrenzt, ihre Begrenzung wird nach oben durch die vorteilhaft einstellbare Flammenausbildung erreicht. Durch die vorteilhaft einfache Form der Ausbildung des Voroxidationsraumes der Vorbrennzone ist es möglich,vorteilhafte Brennbedingungen zu schaffen, bei denen die Brenngutteilchen mit Sicherheit nur einmal die Brennzone durchlaufen, so daß sich der Entsäuerungsgrad des vorerhitzten Gutes auf den erfindungsgemäßen Bereich von 50 bis 80#, vorzugsweise 60 bis 75# definiert einstellen läßt.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nicht nur auf das dargestellte Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 beschränkt, sondern kann unter anderem auch bei einer Vorbrenneinrichtung gemäß Fig. 2 angewandt werden, die zwischen dem Drehofen 1 und dem Vorwärmer, eine Steigleitung 6 für die Ofenabgase aufweist, die mit , Brennstoffeinführungen 9 und darüber befindlichen Rohmaterialeinführungen 7 versehen istj der vertikale Abstand zwischen der Brennstoffeinführung 9 und der Gutzuführung wird hierbei zweckmäßiger Weise so groß gewählt, daß kein Material aus der

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Materialeinführung 7 in die Brennzone gelangt. Auf diese Weise kann der Entsauerungsgrad des vorerhitzten Gutes auf die erfindungsgemäßen Bereiche definiert eingestellt werden.

Patentansprüche

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Claims

16. 4. 1975 IL Va / Li Patentansprüche:

1. Verfahren zur thermischen Behandlung von feinkörnigem Gut, insbesondere zum Brennen von Zement in mehreren Stufen, wobei das Gut in einem Vorwärmer vorerhitzt, in einem Ofen gesintert und vor Eintritt in diesen Ofen unter Brennstoffzufuhr einem gesonderten Brennprozeß zur Entsäuerung des Kalziumkarbonäanteils unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß in dem gesonderten Brennprozeß das vorerhitzte Gut auf einen Entsäuerungsgrad von nur 50 bis 80% entsäuert wird und die Restentsäuerung und der Fertigbrand des Rohmehls unmittelbar anschließend im Ofen erfolgen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorerhitzte Gut auf einem Entsäuerungsgrad von 60 bis 75% entsäuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der für den gesonderten Brennprozeß erforderliche Sauerstoff zumindest überwiegend zusammen mit dem Ofenabgas zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der für den gesonderten Brennprozeß erforderliche Brennstoff gemeinsam mit dem Sauerstoff oder einem sauerstoff-

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haltig«n Gas zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der für den gesonderten Brennprozeß erforderliche Brennstoff zunächst teiloxidiert und dann mit dem zu kalzinierenden feinkörnigen Gut zusammengebracht wird, wobei das Gut unterhalb und/oder oberhalb der Brennstoffzufuhr eingebracht wird.

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