DE102013006237A1

DE102013006237A1 - Verfahren zum Betrieb einer Anlage zur Herstellung von Zement

Info

Publication number: DE102013006237A1
Application number: DE102013006237.3A
Authority: DE
Inventors: Norbert Streit; Marc Feiss
Original assignee: KHD Humboldt Wedag AG
Current assignee: Khd Humboldt Wedag De GmbH
Priority date: 2013-04-11
Filing date: 2013-04-11
Publication date: 2014-10-16
Anticipated expiration: 2033-04-12
Also published as: EP2984054A1; WO2014166822A1; CN104350022A; CN109516702A; JP6366679B2; US10479727B2; DE102013006237B4; US20160039714A1; JP2016522133A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Anlage (1) zur Herstellung von Zementklinker aus Rohmehl (2), aufweisend in Materialstromrichtung gesehen mindestens einen Calcinator (3) zum Entsäuern des Rohmehls (2), und mindestens einen Drehrohrofen (4) zum Sintern des entsäuerten Rohmehls (2) zu Zementklinker (5), wobei das entsäuerte Rohmehl (2) nach Passage des Calcinators (3) über eine Zyklonvorwärmstufe (1.4) in den Drehrohrofen (4) strömt. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich aus durch Führen von Abgasen (6) des Drehrohrofens (4) in einen Reaktor (7), der zwischen Drehrohrofen (4) und Calcinator (3) angeordnet ist, wobei in den Reaktor (7) in Bezug auf die Verweilzeit der Abgase (6) in dem Reaktor (7) überstöchiomterisch Brennstoff (8) zugegeben wird, so dass in den Abgasen (6) enthaltenes Kohlendioxid (CO2) zu Kohlenmonoxid (CO) reduziert wird. Das Kohlenmonoxid (C=) dient als Reduktionsmittel für Stickoxide (NOx) die im Reaktor (7) unabhängig von der kurzen Verweilzeit im Calcinator (3) chemisch reduziert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Anlage zur Herstellung von Zementklinker aus Rohmehl, aufweisend in Materialstromrichtung gesehen, mindestens einen Calcinator zum Entsäuern des Rohmehls, und mindestens einen Drehrohrofen zum Sintern des entsäuerten Rohmehls zu Zementklinker, wobei das entsäuerte Rohmehl nach Passage des Calcinators über eine Zyklonvorwärmstufe in den Drehrohrofen strömt.
Zur Herstellung von Zementklinker wird ein Gemisch aus kalkhaltigem Gestein und aus silikathaltigem Gestein vermahlen und einer Wärmebehandlung unterzogen, bei welcher der Kalk formell von Kohlendioxid (CO₂) befreit und in gebrannten Kalk (CaO) überführt wird. In einem weiteren Schritt wird das durch die CO₂-Befreiung entsäuerte Rohmehl, das aus dem entsäuerten kalkhaltigem Gestein und aus dem bis hier noch unveränderten silikathaltigem Gestein besteht, in der Hitze zu verschiedenen Calciumsilikatphasen gesintert.
Die Entsäuerung und auch das Sintern von Rohmehl sind endotherme Prozesse, die zu ihrer Umsetzung Wärmeenergie benötigen. Diese Wärmeenergie kann aus hochwertigen Brennstoffen gewonnen werden. Neben den klassischen, primären Brennstoffen wie beispielsweise Kohle werden im Zementwerk aus Kostengründen in zunehmendem Maße alternative Brennstoffe als Energieträger eingesetzt, welche häufig aus kommunalen oder industriellen Abfällen gewonnen werden.
Sowohl die hochwertigen, als auch die alternativen Brennstoffe führen bei der Verbrennung zur Lieferung der Prozesswärme zur Bildung von Stickoxiden (NO_x).
Die Art der eingangs erwähnten thermischen Behandlung macht es notwendig, dass die Sinterung in einem Drehrohrofen vorgenommen wird, wobei im Drehrohrofen sehr hohe Temperaturen, von mindestens 1.450°C für eine erfolgreiche Sinterung der Calciumsilikatphasen vorherrschen müssen. Um diese hohen Temperaturen im Drehrohrofen zu erzeugen, ist man auf Flammtemperaturen angewiesen, die bis zu 1.800°C heranreichen. Bei der hohen Temperatur wird sowohl im Brennstoff vorkommender Stickstoff, meist in Form von Aminen, und auch in der Verbrennungsluft vorkommender Luftstickstoff zu Stickoxiden (NO_x) verbrannt. Sofern keine Maßnahmen getroffen werden, die entstandenen Stickoxide zu vermeiden oder zu reduzieren, entweichen die Stickoxide mit der Abluft des Drehrohrofens in die freie Atmosphäre, wo sie durch Hydrolyse mit der Luftfeuchtigkeit zu Salpetersäure (HNO₃), salpetriger Säure (HNO₂) und anderen, sauer reagierenden Stickoxidhydraten umgewandelt werden. Die mit Luftfeuchtigkeit sauer reagierenden Stickoxide (NO_x) sind ursächlich für unerwünschten sauren Regen, der den natürlichen pH-Wert von Waldböden verringert und deren Widerstandskraft gegen Krankheiten schwächt. Um den Ausstoß von Stickoxiden (NO_x) aus Anlagen zur Herstellung von Zement zu verringern, sind verschiedene Maßnahmen bekannt.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2005 057 346 A1 wird eine Anlage zur Herstellung von Zement offenbart, welche neben dem Calcinator eine Brennkammer aufweist, welche mit Tertiärluft als Verbrennungsluft gespeist wird. Die Reduktionseigenschaften der in der Brennkammer hergestellten Abgase können in der dort offenbarten Anlage sehr genau eingestellt werden, um die im Calcinator aus dem Drehrohrofen stammenden Stickoxide in der Calcinatorstrecke zu reduzieren. Nachteilig an dem dort offenbarten Verfahren ist, dass die Entsäuerung des Rohmehls im Calcinator einerseits und die Reduktion von Stickoxiden auch im Calcinator andererseits bei verschiedenen Temperaturen ihr erwünschtes chemisches Gleichgewicht finden. Die Entsäuerung und die Reduktion von Stickoxiden stören sich gegenseitig.
In der deutschen Offenlegungsschrift P 35 38 707 A1 wird ein Strähnencalcinator offenbart, der zwei Reaktionstrecken in Form von Gassträhnen aufweist, die innerhalb des Calcinators nebeneinander aufsteigen, wovon eine erste Gassträhne aus dem Drehrohrofen in den Calcinator strömt und eine dazu benachbarte Gasträhne aus einem zweiten Zulauf der Tertiärluft in den Calcinator strömt. Die Gassträhnen haben unterschiedliche Reduktionspotentiale und die Gassträhne aus der Tertiärluft soll die Stickoxide in der Gassträhne aus dem Drehrohrofen reduzieren. Zum Ausbrand der Stickoxide steht nach der darin niedergeschriebenen Lehre eine relativ kurze Zeit zur Verfügung, so dass die Anforderung an die Beherrschung der Strömungsverhältnisse innerhalb des Calcinators sehr hoch ist. Da die Strömungsverhältnisse im Calcinator bei geringfügigen Änderungen der Betriebsparameter variieren können, ist diese Betriebsart nicht immer im Optimalzustand.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 199 03 954 A1 wird ein dazu ähnliches Prinzip offenbart, wobei in der Tertiärluftstrecke ein Reaktor zur Einstellung des Redoxpotentials der zu erzeugenden Gase vorhanden ist. Auch diese Betriebsweise erfordert einen hohen Anspruch an die Beherrschung der Strömungsverhältnisse im Calcinator. Da auch bei dieser Anlage die Strömungsverhältnisse im Calcinator bei geringfügigen Änderungen der Betriebsparameter variieren können, ist diese Betriebsart auch nicht immer im Optimalzustand.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 199 62 536 A1 wird ein Calcinator mit Oberluftzufuhr offenbart. In diesem Calcinator wird eine gestufte Verbrennung durchgeführt, bei welcher Stickoxid (NO_x) durch innerhalb der Verbrennungsstrecke gebildete Kohlemonoxid (CO) reduziert wird. Um die Stickoxidreduktion bei gleichzeitiger Vermeidung von Kohlenmonoxid im Abgas der Anlage zu verbessern, wird vorgeschlagen, ein Reduktionsmittel und/oder ein Katalysator in Abhängigkeit der gemessenen Abgasparameter in die Calcinatorstrecke einzudüsen.
In der EP 1 334 954 B1 wird ein Drehrohrofen offenbart, der neben dem schon für den Klinkerbrand vorhandenem Drehrohrofen einer Anlage zur Herstellung von Zement grobe, stückige Brennstoff verschwelt. Die Pyrolysegase und die durch die Verschwelung erzeugte heiße Luft werden in den Calcinator geblasen, um damit die Wärmezufuhr für die im Calcinator durchgeführte Entsäuerung zu unterstützen. Bei entsprechend geringer Luftzufuhr wirken die Schwelgase reduktiv und können zur Reduktion der Stickoxide im Calcinator verwendet werden, die aus dem stammen. Der Betrieb eines zweiten Drehrohrofens ist jedoch mit hohem baulichem Aufwand verbunden und erfordert eine ständige Kontrolle der im Betrieb stets heißen Mechanik.
Aus der DE 35 33 775 C1 ist eine Anlage zur Herstellung von Zementklinker aus Rohmehl mit Verwertung heizwerthaltiger Abfallstoffe bekannt, bei welcher als Sekundärbrennstoff verwendete Abfallstoffe nach ihrer Trocknung in einen mit Drehofenabgas und einem Teilstrom der Tertiärluft betriebenen Schwelofen zur Pyrolyse, zumindest aber zur Teilverbrennung thermisch behandelt werden. Das Pyrolysegas dieser Verbrennung wird in den Calcinator eingeführt und die festen Pyrolyserückstände werden nach ihrer Aufbereitung und Homogenisierung wenigstens teilweise in den Drehrohrofen eingeführt. Dabei kann der Schwelofen auch als Drehrohrofen ausgebildet sein.
Aus der DE-A-33 20 670 , DE-A-34 11 144 und DE-A-35 20 447 ist es bei einer Anlage zur Herstellung von Zementklinker mit Verwertung heizwerthaltiger Abfallstoffe ebenfalls bekannt, die Abfallstoffe in einem separaten Drehofen zu verschwelen bzw. zu verbrennen und das Schwelgas/Abgas bei der thermischen Rohmehlbehandlung zu nutzen.
Alle bisher genannten Anlagen und die darin verkörperten Verfahren sind aber auf eine chemische Reduktion der Drehofenabgase im Calcinator in Gegenwart des zu entsäuernden Rohmehls angewiesen mit den eingangs erwähnten Nachteilen der kurzen Verweilzeit, der störenden Entsäuerungsreaktion und der hohen Ansprüche an die Beherrschung der Strömungsverhältnisse. Schwierig herzustellen sind die für die im Calcinator gleichzeitig und nahezu am selben Ort statt findenden, verschiedenen Reaktionen notwendigen Temperaturfenster. Die Entsäuerung des im Rohmehl enthaltenen Calciumcarbonats (CaCO₃) zu gebranntem Kalk (CaO) findet bei geringeren Temperaturen statt als das ideale Temperaturfenster für die Entstickung bei der gestuften Verbrennung. Schließlich ist das Temperaturfenster für die Erzeugung von Kohlenmonoxid (CO) zur Entstickung wieder ein anderes.
Es ist bekannt, dass die Entstickung, also die Reduktion von Stickoxiden (NO_x) zu elementarem Stickstoff (N₂) und Sauerstoff (O₂) abhängig ist von der weiteren Gaszusammensetzung in dem zu entstickenden Abgas. Mit steigender CO₂-Konzentration nimmt die Entstickung rapide ab. Die Entstickung nimmt hingegen mit einer steigenden Konzentration von Kohlenmonoxid (CO) im zu entstickenden Abgas zu. In einem heißen Abgas stehen die Konzentration von (CO₂) und (CO) im Boudouard-Gleichgewicht. Wünschenswert wäre eine bessere Kontrolle der Abgaszusammensetzung des Drehrohrofens, der durch die hohe Verbrennungstemperatur einen hohen Stickoxidanteil, sogenannter Luftstickstoff, aufweist. Die Abgase des Drehrohrofens werden nicht unmittelbar verworfen, sondern zur Entsäuerung des Rohmehls genutzt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betrieb einer Anlage zur Herstellung von Zement zur Verfügung zu stellen, in welchem die Entstickung besser kontrollierbar ist.
Die erfindungsgemäße Verfahrensaufgabe wird gelöst durch Führen der Abgase des Drehrohrofens in einen Reaktor, der zwischen Drehrohrofen und Calcinator angeordnet ist, wobei in den Reaktor in Bezug auf die Verweilzeit der Abgase in dem Reaktor überstöchiomterisch Brennstoff zugegeben wird, so dass in den Abgasen enthaltenes Kohlendioxid (CO₂) zu Kohlenmonoxid (CO) reduziert wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen zu Verfahrensanspruch 1 angegeben.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betrieb einer Anlage zur Herstellung von Zementklinker aus Rohmehl vorgestellt, aufweisend in Materialstromrichtung gesehen mindestens einen Calcinator zum Entsäuern des Rohmehls, und mindestens einen Drehrohrofen zum Sintern des entsäuerten Rohmehls zu Zementklinker, wobei das entsäuerte Rohmehl nach Passage des Calcinators über einen Zyklonvorwärmer in den Drehrohrofen strömt. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen das Führen der Abgase des Drehrohrofens in einen Reaktor, der zwischen Drehrohrofen und Calcinator angeordnet ist, wobei in den Reaktor in Bezug auf die Verweilzeit der Abgase in dem Reaktor überstöchiomterisch Brennstoff zugegeben wird, so dass in den Abgasen enthaltenes Kohlendioxid (CO₂) zu Kohlenmonoxid (CO) reduziert wird.
Nach dem Gedanken der Erfindung wird also das Abgas des Drehrohrofens einer Anlage zur Herstellung von Zement nicht mehr, wie es im Stand der Technik üblich ist, unmittelbar in den Calcinator geführt, wo es Rohmehl mitreißt und dabei das Rohmehl entsäuert und wobei gleichzeitig das im Abgas enthaltene Stickoxid (NO_x) durch im Calcinator gebildetes Kohlenmonoxid (CO) in einer gestuften Verbrennung reduziert wird. Vielmehr ist vorgesehen, das Rohmehl aus dem Calcinator nach wie vor durch eine Rohmehlleitung aus der untersten Zyklonvorwärmstufe einer Vorwärmstufe dem Drehrohrofen zuzuführen. Nach dem Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, dass das Abgas aus der Drehofeneinlaufkammer durch einen eigens für das Abgas gedachten Kanal oder Rohrleitung zunächst in einen Reaktor strömt bevor das Abgas zur Entsäuerung des Rohmehls in den Calcinator geleitet wird. In diesen Reaktor, der vorteilhafter Weise höher als eine Drehofeneinlaufkammer liegt, die zwischen Drehrohrofen und Calcinatorfuß angeordnet ist, wird überstöchiometrisch in Bezug auf die Boudouard-Reaktion und der in den Drehofenabgasen vorhandenen Kohlendioxid(CO₂)-Konzentration Brennstoff hinzugefügt. Die in dem Reaktor wesentliche Reaktion wird nicht etwa durch die Verbrennung des Brennstoffes durch restlichen Sauerstoff in den Drehrohrofenabgasen bestimmt, sondern durch eine endotherme Boudouard-Reaktion. Dabei wird das bis zu 25% im Abgas enthaltene Kohlendioxid (CO₂) mit dem Kohlenstoff (C) des Brennstoffes zu Kohlenmonoxid (CO) umgesetzt. Der Brennstoff wird also in der Hitze durch das Kohlendioxid (CO₂) oxidiert, wobei der Kohlenstoff (C) aus dem Brennstoff zu Kohlenmonoxid (CO) oxidiert wird und das Kohlendioxid (CO₂) bei der Oxidation des Brennstoffes selbst auch zu Kohlenmonoxid (CO) reduziert wird. Dieser Reaktionsweg der bekannten Boudouard-Reaktion ist endotherm. Da die Temperatur der Drehofenabgase sehr hoch ist, ist diese Temperaturverringerung durch die Wärmeaufnahme in der endothermen Reaktion sehr willkommen, da die Reaktionskonstante der Umwandlung von Kohlendioxid (CO₂) zu Kohlenmonoxid (CO) bei einer geringeren Temperatur als die Drehofenabgase sie zeigen, zu Gunsten einer erhöhten Kohlenmonoxid(CO)-Entstehung ausgeprägt ist. Der Vorteil der in einem Reaktor abgetrennten Umsetzung des in den Drehrohrofenabgasen enthaltenden Kohlendioxids (CO₂) ist die bessere Rektionskontrolle im Vergleich zur gleichzeitigen Reaktion von Entsäuerung des Rohmehls, Reduktion von Kohlendioxid (CO₂) zu Kohlenmonoxid (CO) und die Reduktion von Stickoxiden (NO_x) zu elementarem Stickstoff (N₂) und Sauerstoff (O₂) durch das gebildete Kohlenmonoxid (CO).
Da die Boudouard-Reaktion endotherm verläuft und damit der Temperatur der Abgase des Drehrohrofens entgegenwirkt, kann durch die Zugabe von Brennstoff die Temperatur im Reaktor gesteuert oder gar geregelt werden, um ein unerwünschtes Ansteigen der Temperatur im Reaktor zu vermeiden, bei der unerwünscht weitere Stickoxide (NO_x) aus dem zugefügten Brennstoff entstehen könnten. Nach Ausgestaltung der Erfindung ist also vorgesehen eine Kontrolle der Temperatur im Reaktor durch Zugabe von überstöchiometrischem Brennstoff, wobei durch die Boudouard-Reaktion bei der endothermen Reduktion von Kohlendioxid (CO₂) mit Kohlenstoff (C) aus dem Brennstoff zu Kohlenmonoxid (CO) die Temperatur im Reaktor verringert wird. Da bekannt ist, dass die Entstickung in Gegenwart von Calciumoxid (CaO) katalysiert wird, ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dem Reaktor stets eine bestimmte Menge entsäuertes Rohmehl zuzuführen, um die im Reaktor stattfindende Entstickung katalytisch zu unterstützen. Die Zufuhr des entsäuerten Rohmehls kann durch im Drehrohrofen aufgewirbeltes Rohmehl mit den Abgasen mitgerissen werden. Die Abgasführung der Abgase aus dem Drehrohrofen kann also so vorgesehen sein, dass das aufgewirbelte Rohmehl in den Reaktor gelangt und nicht durch Zyklonfallen ausgefiltert wird. Alternativ oder kumulativ kann auch vorgesehen sein, dem Reaktor frisch entsäuertes Rohmehl aus der untersten oder zweituntersten Zyklonvorwärmstufe zuzuführen.
Da nach erwünschter Reduktion von Stickoxiden (NO_x) mit im Überschuss vorliegendem Kohlenmonoxid (CO) noch übrig gebliebenes Kohlenmonoxid (CO) im Abgas des Reaktors vorhanden ist, wird nach weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dem Calcinator Tertiärluft zuzuführen, die als atmosphärische Luft, die im Klinkerkühler erhitzt wurde, etwa 18 Vol.-% Sauerstoff (O₂) aufweist. Dieser atmosphärische Sauerstoff (O₂) kann im Calcinator zur exotherm verlaufenden Oxidation des übrig gebliebenen Kohlenmonoxids (CO) verwendet werden. Durch die exotherme Verbrennung des Kohlenmonoxids im Calcinator, die bei einer geringeren Temperatur als die Verbrennung von Luftstickstoff zu Stickoxiden (NO_x) abläuft, wird dem Calcinator die notwendige Wärme für die endotherm verlaufende Entsäuerungsreaktion zugefügt. In Ausgestaltung der Erfindung ist also vorgesehen das Führen der Abgase des Reaktors in den Calcinator, wobei im Calcinator überschüssiges Kohlenmonoxid (CO) durch Luftsauerstoff (O₂) aus einer Tertiärluftleitung, die den Calcinator mit vorerwärmter Luft versorgt, oxidiert wird.
Die richtige Dimensionierung des Reaktors ist für eine ideale Verbrennungsführung vorteilhaft. Auch wenn ein Klappensystem den durch den Reaktor durchgeführten Luftmengenstrom steuern kann, so ist es in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen eine Dimensionierung des Reaktors, die so groß ist, dass die aus dem Drehrohrofen stammenden Abgase, welche Stickoxide (NO_x) enthalten, durch das gebildete Kohlenmonoxid (CO) reduziert werden. Der Reaktor ist also so groß, das bei Normalbetrieb das in den Reaktor eintretende Abgas aus dem Drehrohrofen so lange darin verweilt, bis die in dem Abgas aus dem Drehrohrofen enthaltene Stickoxide (NO_x) nach Möglichkeit vollständig reduziert sind. Bei der Dimensionierung ist ein geringer (NO_x) nicht unbedingt vermeidbar, aber die geringe Konzentration der Stickoxide (NO_x) wird in der Calcinatorstrecke, die dem Reaktor folgt, weiter reduziert.
Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Möglichkeit einer Verbrennung von Brennstoff im Drehrohrofen mit einem hohen Luftsauerstoffüberschuss. Im Drehrohrofen findet eine komplexe Festkörperreaktion in der Wärme statt, die zur Herstellung von einem Gemisch aus Calciumsilikatphasen verschiedener Stöchiometrie eine oxidative Umgebung benötigen. Des Weiteren ist es durch die Verbrennung mit hohem Luftsauerstoffüberschuss möglich, auch schlecht brennende Brennstoffe als Primärbrennstoff einzusetzen wie beispielsweise Petcoke.
Um die Verweilzeit der Abgase im Reaktor zu steuern oder zu regeln, ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ein Steuern oder ein Regeln der Abgasmenge im Reaktor durch ein Klappensystem in den Zuleitungen vom Drehrohrofen zum Reaktor und in der Tertiärluftleitung, wobei die Regeleinheit die Gesamtluftmenge, die aus einem dem Drehrohrofen nachgeschalteten Klinkerkühler stammt, so aufteilt, dass die Verweilzeit des Abgases aus dem Drehrohrofen im Reaktor so lang ist, dass eine maximal mögliche Reduktion von Stickoxiden (NO_x) im Reaktor geschieht. Durch das wahlweise Zurücknehmen des Sekundärluftstromes aus dem Drehrohrofen zu Gunsten des Tertiärluftstromes kann also die Verweilzeit des Abgases im Reaktor erhöht werden, um die im Abgas aus dem Drehrohrofen enthaltenen Stickoxide (NO_x) einer längeren Einwirkzeit der Kohlenmonoxid-Konzentration im Reaktor auszusetzen.
Bei unregelmäßig brennendem Brennstoff oder durch Fluktuationen der Betriebsparameter kann es im Reaktor trotz Temperatursteuerung durch die Brennstoffzufuhr zu einer plötzlichen Überhitzung im Reaktor kommen. Bei dieser Überhitzung entstehen Stickoxide (NO_x) statt dass diese reduziert werden. Um solche kurzzeitigen Stickoxid-Ausstöße (Ausstoß von NO_x) aus dem Reaktor zu vermeiden, ist es nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, Rohmehl aus dem eingangs erwähnten Gemisch aus kalkhaltigem Gestein und aus silikathaltigem Gestein in die Reaktionskammer des Reaktors einzublasen. Dabei kann wahlweise auf kaltes, noch nicht entsäuertes Rohmehl zurückgegriffen werden, wenn die Überhitzung sehr plötzlich und stark ist, oder es kann auf bereits teilentsäuertes oder vorgewärmtes Rohmehl zurückgegriffen werden, wenn eine plötzliche Überhitzung nicht übermäßig stark ist. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist also vorgesehen ein Kühlen von unerwünscht hohen Temperaturspitzen im Reaktor durch Einführung von Rohmehl, wobei überschüssiges Rohmehl aus dem Reaktor durch einen Ablauf in eine Drehofeneinlaufkammer abgeleitet wird, welche zwischen Drehrohrofen und Calcinator angeordnet ist. Die Ableitung des Rohmehls in die Drehofeneinlaufkammer verhindert, dass sich der Reaktor zusetzt. Im Drehrohrofen wird das Rohmehl sodann entsäuert und zu Klinker gesintert.
Sofern der zugeführte Brennstoff sehr schlecht brennt oder Schlacken ausbildet, können auch die Brennstoffreste, die gegebenenfalls als Feststoff im Reaktor absinken, durch die gleiche Leitung wie die Rohmehlreste zum Kühlen des Reaktors in die Drehofeneinlaufkammer abgeleitet werden. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist also vorgesehen, das Ableiten von überschüssigem Brennstoff in eine Drehofeneinlaufkammer, welche zwischen Drehrohrofen und Calcinator angeordnet ist.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen sich ein Topfreaktor, der durch ein entsprechendes Volumen die Anforderung an die Verweilzeit des zu erwartenden Abgases aus dem Drehrohrofen aufnimmt oder es ist auch möglich, einen Schwanenhalsreaktor zu verwenden, der als Ausbrandreaktor zwischen Calcinator und Drehrohrofen angeordnet und umgekehrt U-förmig aufgebaut ist.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigt:
1 eine erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von Zementklinker.
In 1 ist eine Anlage 1 zur Herstellung von Zementklinker aus Rohmehl 2 dargestellt, aufweisend in Materialstromrichtung gesehen mindestens einen Calcinator 3 zum Entsäuern des Rohmehls 2, und mindestens einen Drehrohrofen 4 zum Sintern des entsäuerten Rohmehls 2 zu Zementklinker 5, wobei das entsäuerte Rohmehl 2 nach Passage des Calcinators 3 über eine Zyklonvorwärmstufe 1.4 in den Drehrohrofen 4 strömt. Beginnend mit der Aufgabe des Rohmehl 2 in den Wärmetauscher 1.1, wo das Rohmehl 2 für die anschließende Entsäuerung vorerwärmt wird, fließt das erwärmte Rohmehl aus der zweituntersten Zyklonvorwärmstufe 1.2 über eine Leitung 1.3 in den Fuß des Calcinators 3. Dort wird das Rohmehl 2 durch die heißen Abgase 9, die aus dem Reaktor 7 stammen, mitgerissen und in der Wärme der Abgase 9 im Calcinator entsäuert. Das dabei entstehende CO₂ wird über den Wärmetauscher 1.1 abgleitet. Das entsäuerte Rohmehl 2 wird hingegen in der untersten Zyklonvorwärmstufe 1.4 abgetrennt und über eine eigene Leitung 1.5 in die Drehofeneinlaufkammer 16 eingeleitet, wo es sodann in den Drehrohrofen 4 zur weiteren thermischen Behandlung fließt. Das im Drehrohrofen 4 durch die Verbrennung von Brennstoff entstehende Abgas 6 wird über eine eigene dafür geschaffene Abgasleitung 13 in einen Reaktor 7 geleitet, wo das Abgas 6 zunächst verweilt und unter Hinzufügung von überstöchiometrischem Brennstoff 8 einer Boudouard-Reaktion unterworfen wird. Dabei wird Kohlendioxid (CO₂) aus der Verbrennung im Drehrohrofen 4 zusammen mit dem Kohlenstoff (C) des Brennstoffs 8 zu Kohlenmonoxid (CO) chemisch reduziert. Diese Boudouard-Reaktion lässt sich thermisch durch die Zugabemenge von Brennstoff 8 kontrollieren, da bei zunehmender Brennstoffzuführung die Boudouard-Reaktion mit Abkühlung reagiert. Die der im Reaktor 7 stattfindenden Kohlenmonoxid-Entstehung anschließende Entstickung findet in vorteilhafter Weise weitgehend im Reaktor 7 statt. Die aus dem Reaktor 7 austretenden Abgase 9 werden sodann über eine eigene Zuleitung 9.1 in den Calcinator 3 gleitet, um dort durch die im Abgas 9 des Reaktor 7 enthaltene Wärme das Rohmehl 2 zu entsäuern. Um in Bezug auf die Stickoxidproduktion die optionale Verbrennung von weiterem Brennstoff im Calcinator 3 zu kontrollieren, wird neben dem Abgas aus dem Reaktor Tertiärluft 11 über eine Tertiärluftleitung 10 dem Calcinator 3 zugeführt. Die hohe Kohlenmonoxid-Konzentration im Abgas 9 des Reaktors 7 sorgt für eine chemische Reduktion des im Calcinator 3 entstehenden Stickoxids. Um die Gasmengen, die in den Calcinator 3 und in den Reaktor 7 strömen, zu kontrollieren, ist ein Klappensystem 12 vorgesehen, das die aus dem Klinkerkühler 14 stammende Gasmenge in Form von Sekundärluft, die durch den Drehrohrofen 4 fließt, und in Form von Tertiärluft 11, die durch die Tertiärluftleitung 10 strömt, in verschiedenen Teilstrommnegen pro Zeiteinheit aufteilt. Dadurch kann die dem Reaktor 7 zugeführte Abgasmenge kontrolliert werden, so dass die Abgaszusammensetzung des Abgases 9 aus Reaktor 7 eine vorbestimmte Zusammensetzung hat. Der Gedanke der Erfindung zielt darauf ab, das Abgas 6 des Drehrohrofens 4 nicht unmittelbar über die Drehofeneinlaufkammer 16 in den Calcinator 3 zu führen, wo die hohe Stickoxid-Konzentration des Abgases 6 in der kurzen Calcinatorstrecke reduziert werden muss, sondern, es ist vorgesehen, das Kohlendioxid (CO₂) im Abgas 6 aus dem Drehrohrofen 4 zunächst in einem Reaktor 7 zu Kohlenmonoxid (CO) zu reduzieren, wobei im Reaktor 7 durch eine Boudouard-Reakton soviel Kohlenmonoxid (CO) erzeugt wird, dass die hohe Stickoxidkonzentration im Abgas 6 des Drehrohrofens 4 im Reaktor weitgehend chemisch reduziert wird. Erst dann werden die Abgase 9 in den Calcinator 3 geleitet, wo das überschüssige Kohlenmonoxid (CO) als Brenngas zur Erzeugung der Wärme zur Entsäuerung des Rohmehls (2) dient. Um die Reaktion im Reaktor 7 katalytisch mit Calciumoxid (CaO) zu unterstützen, kann vorentsäuertes Rohmehl durch eine Rohmehlleitung 17 von der zweituntersten Zyklonvorwärmstufe 1.2 in den Reaktor 7 geleitet werden.
Bezugszeichenliste

1: Anlage
1.1: Wärmetauscher
2: Rohmehl
3: Calcinator
4: Drehrohrofen
5: Zementklinker
6: Abgas
7: Reaktor
8: Brennstoff
9: Abgase
9.1: Zuleitung
10: Tertiärluftleitung
11: Brennstoff
12: Klappensystem
13: Abgasleitung
14: Klinkerkühler
15: Ablauf
16: Drehofeneinlaufkammer
17: Rohmehlleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005057346 A1 [0006]
DE 3538707 A1 [0007]
DE 19903954 A1 [0008]
DE 19962536 A1 [0009]
EP 1334954 B1 [0010]
DE 3533775 C1 [0011]
DE 3320670 A [0012]
DE 3411144 A [0012]
DE 3520447 A [0012]

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Anlage (1) zur Herstellung von Zementklinker aus Rohmehl (2), aufweisend in Materialstromrichtung gesehen – mindestens einen Calcinator (3) zum Entsäuern des Rohmehls (2), und – mindestens einen Drehrohrofen (4) zum Sintern des entsäuerten Rohmehls (2) zu Zementklinker (5), wobei das entsäuerte Rohmehl (2) nach Passage des Calcinators (3) über eine Zyklonvorwärmstufe (1.4) in den Drehrohrofen (4) strömt, gekennzeichnet durch Führen von Abgasen (6) des Drehrohrofens (4) in einen Reaktor (7), der zwischen Drehrohrofen (4) und Calcinator (3) angeordnet ist, wobei in den Reaktor (7) in Bezug auf die Verweilzeit der Abgase (6) in dem Reaktor (7) überstöchiomterisch Brennstoff (8) zugegeben wird, so dass in den Abgasen (6) enthaltenes Kohlendioxid (CO₂) zu Kohlenmonoxid (CO) reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Führen der Abgase (9) des Reaktors (7) in den Calcinator (3), wobei im Calcinator (3) überschüssiges Kohlenmonoxid (CO) durch Luftsauerstoff (O₂) aus einer Tertiärluftleitung (10), die den Calcinator (3) mit vorerwärmter Luft (11) versorgt, oxidiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Dimensionierung des Reaktors (7), die so groß ist, dass die aus dem Drehrohrofen (3) stammenden Abgase (6), welche Stickoxide (NO_x) enthalten, durch das gebildete Kohlenmonoxid (CO) reduziert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Verbrennung von Brennstoff (11) im Drehrohrofen (3) mit einem hohen Luftsauerstoffüberschuss.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Kontrolle der Temperatur im Reaktor (7) durch Zugabe von überstöchiometrischem Brennstoff (8), wobei durch die Boudouard-Reaktion bei der endothermen Reduktion von Kohlendioxid (CO₂) mit Kohlenstoff (C) aus dem Brennstoff (8) zu Kohlenmonoxid (CO) die Temperatur im Reaktor (7) verringert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, rückbezogen auf Anspruch 2 gekennzeichnet durch Regeln der Abgasmenge im Reaktor (7) durch ein Klappensystem (12) in den Zuleitungen (13) vom Drehrohrofen (4) zum Reaktor (7) und in der Tertiärluftleitung (10), wobei die Regeleinheit die Gesamtluftmenge, die aus einem dem Drehrohrofen (4) nachgeschalteten Klinkerkühler (14) stammt, so aufteilt, dass die Verweilzeit des Abgases (6) aus dem Drehrohrofen (4) so groß ist, dass eine maximal mögliche Reduktion von Stickoxiden (NO_x) im Reaktor (7) geschieht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 gekennzeichnet durch Kühlen von unerwünscht hohen Temperaturspitzen im Reaktor (7) durch Einführung von Rohmehl (2), wobei überschüssiges Rohmehl (2) aus dem Reaktor (7) durch einen Ablauf (15) in eine Drehofeneinlaufkammer (16) abgeleitet wird, welche zwischen Drehrohrofen (4) und Calcinator (3) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch, Ableiten von überschüssigem Brennstoff (8) und/oder Romehl (2) aus dem Reaktor (7) in eine Drehofeneinlaufkammer (16), welche zwischen Drehrohrofen (4) und Calcinator (3) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Reaktor (7) ein Topfreaktor ist oder ein Schwanenhalsreaktor ist, welcher umgekehrt-U-förmig aufgebaut ist.
Anlage (1) zur Herstellung von Zementklinker aus Rohmehl (2), aufweisend in Materialstromrichtung gesehen – mindestens einen Calcinator (3) zum Entsäuern des Rohmehls (2), und – mindestens einen Drehrohrofen (4) zum Sintern des entsäuerten Rohmehls (2) zu Zementklinker (5), wobei das entsäuerte Rohmehl (2) nach Passage des Calcinators (3) über eine Zyklonvorwärmstufe (1.4) in den Drehrohrofen (4) strömt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reaktor (7) vorgesehen ist, der zwischen Drehrohrofen (4) und Calcinator (3) angeordnet ist, zu dem eine Zuleitung (13) für Abgas (6) des Drehrohrofens (4) führt.