DE102023106992B3

DE102023106992B3 - Klinkerkühler mit Gastrennwand

Info

Publication number: DE102023106992B3
Application number: DE102023106992.6A
Authority: DE
Inventors: André Sybon
Original assignee: KHD Humboldt Wedag AG
Current assignee: KHD Humboldt Wedag AG
Priority date: 2023-03-21
Filing date: 2023-03-21
Publication date: 2024-09-19
Anticipated expiration: 2043-03-22
Also published as: KR20250163942A; MX2025011016A; EP4684178A1; WO2024193995A1; CN121152949A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Klinkerkühler (100) zum Kühlen von frisch gesintertem Zementklinker (101) in einer Anlage zur Herstellung vom Zementklinker, aufweisend einen ersten, in Materialstromrichtung stromaufwärts gelegenen Teil (110), und einen zweiten, in Materialstromrichtung stromabwärts gelegenen Teil (120), wobei beide Teile (110, 120) einen durchgehenden Rost (130) aufweisen, der von unten durch Kühlgaszuleitungen (131) mit Kühlgas (132) duchströmbar ist und auf dem der Zementklinker (101) zum Kühlen in einer Schüttung liegt, wobei der gesamte Rost (130) in beiden Teilen (110, 120) durchgängig mit einer Umhausung (140) mit Gehäusewänden (141) und einer Gehäusedecke (142) umhaust ist.Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwischen dem ersten, in Materialstromrichtung stromaufwärts gelegenen Teil (110), und dem zweiten, in Materialstromrichtung stromabwärts gelegenen Teil (120), in den Gehäusewänden (141) und in der Gehäusedecke (142) Gasdüsen (150) in mindestens einer Ebene (160, 161, 162) angeordnet sind, die senkrecht zur Richtung des Materialstroms angeordnet ist, wobei die mindestens eine Ebene (160, 161, 162) der Gasdüsen (150) den Klinkerkühler (100) in den ersten Teil (110) und in den zweiten Teil (120) aufteilt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Klinkerkühler zum Kühlen von frisch gesintertem Zementklinker in einer Anlage zur Herstellung vom Zementklinker, aufweisend einen ersten, in Materialstromrichtung stromaufwärts gelegenen Teil, und einen zweiten, in Materialstromrichtung stromabwärts gelegenen Teil, wobei beide Teile einen durchgehenden Rost aufweisen, der von unten durch Kühlgaszuleitungen mit Kühlgas duchströmbar ist und auf dem der Zementklinker zum Kühlen in einer Schüttung liegt, wobei der gesamte Rost in beiden Teilen durchgängig mit einer Umhausung mit Gehäusewänden und einer Gehäusedecke umhaust ist.
Anlagen zur Herstellung von Zementklinker werden zurzeit umgestellt auf eine Betriebsweise unter Rückführung von kohlendioxidreichem Prozessgas, wobei dem Prozessgas kontinuierlich ein Anteil zum dauerhaften Einlagern entnommen wird, welcher durch neues Prozessgas ersetzt wird. Diese sehr kurze Umschreibung beschreibt die sogenannten Oxyfuel-Verfahren zur Herstellung von Zementklinker. Ein kritischer Bereich zum Dichten der Anlage ist der in gattungsgemäßen Anlagen zur Herstellung von Zementklinker eingesetzte Klinkerkühler. In Klinkerkühlern gibt es einen vorderen Bereich in der Nähe des einmündenden Drehrohrofenkopfes, wo hohe Temperaturen herrschen und wo Kühlgas als Rekuperationsgas in die Anlage zurückgeleitet wird. Der Kühler geht sodann über in einen Bereich, wo die Kühlluft nicht mehr so heiß wird, dass eine effektive Rekuperation damit noch möglich ist. Die hier erwärmte Kühlluft wird als Kühlerabluft in der Regel verworfen. Zwischen dem Rekuperationsbereich eines Klinkerkühlers und dem sich anschließenden Kühlbereich existiert eine nicht sichtbare Grenze mit einem Scheitelpunkt der Gasströmungsrichtung. Im Rekuperationsbereich strömt das Gas in die Anlage zurück. Im Kühlbereich strömt das Gas aus dem Kühler heraus. Zwischen dem Rekuperationsbereich und dem Kühlbereich existiert die stationäre Grenze ohne Strömungsbewegung. In bisherigen Klinkerkühlern wurde dem Scheitelpunkt wenig Beachtung gewidmet, weil eine Mischung von Rekuperationsluft und Kühlerabluft nicht ins Gewicht fiel. Mit der Einführung des Oxyfuel-Verfahrens, in dem kohlendioxidreiches Prozessgas zur Vermeidung einer Kohlendioxid-Emission abgeschieden, eingelagert oder weiter verwertet werden soll, ist die Trennung zwischen Rekuperationsgas und atmosphärischer Luft im Kühlerbereich wichtig geworden. Hierzu wird in der Regel eine nach unten offene Trennwand in den Kühler eingebaut, der eine Stabilisierung des Scheitelpunktes erzwingt, jedoch sind die Trennwände einem sehr hohen thermischen und auch abrasiven Verschleiß ausgesetzt. Es besteht daher der Bedarf, eine Stabilisierung des Scheitelpunktes zwischen Rekuperationsgas und Kühlerabluft im Kühler vorzunehmen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Klinkerkühler mit einer Stabilisierung des Scheitelpunktes zwischen Rekuperationsgas und Kühlerabluft im Kühler zur Verfügung zu stellen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch einen Klinkerkühler mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen zu Anspruch 1 angegeben.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

1 eine durchbrochene Ansicht auf die Längsseite eines erfindungsgemäßen Klinkerkühlers,
2 eine Ansicht in den Klinkerkühler im Bereich der Gastrennwand zwischen den Ebenen A und B in 1

In 1 ist eine durchbrochene Ansicht auf die Längsseite eines erfindungsgemäßen Klinkerkühlers 100 dargestellt. Der Klinkerkühler 100 dient zum Kühlen von frisch gesintertem Zementklinker 101 in einer hier nicht gezeigten Anlage zur Herstellung vom Zementklinker. Der Klinkerkühler 100 hat auf der in dieser Darstellung linken Seite einen Rekuperationsbereich und entspricht einem ersten, in Materialstromrichtung stromaufwärts gelegenen Teil 110 des Klinkerkühlers 100. Im Rekuperationsbereich wird von unten durch ein Rost 130 geblasenes Kühlgas 132 durch den heißen Zementklinker 101 erwärmt und dieses Kühlgas 132 wird so dann als Sekundärluft und als Tertiärluft in die Anlage zur Herstellung von Zementklinker zurückgeleitet. Die Begriffe „Sekundärluft“ und „Tertiärluft“ sind eindeutig belegte Begriffe in der Zementindustrie. Des Weiteren weist der Klinkerkühler 100 einen zweiten, in Materialstromrichtung stromabwärts gelegenen Teil 120 auf. In diesem Teil wird der bereits stark heruntergekühlte Zementklinker 101 mit atmosphärischer Luft auf eine Temperatur von unter 100°C gekühlt, so dass der Zementklinker einlagerungsfähig wird oder aber für die weitere Vermahlung handhabbar wird. Beide Teile 110 und 120 des Klinkerkühler 100 weisen einen durchgehenden Rost 130 auf, der von unten durch Kühlgaszuleitungen 131 mit Kühlgas 132 duchströmbar ist und auf dem der Zementklinker 101 zum Kühlen in einer Schüttung liegt. Der gesamte Rost 130 ist in beiden Teilen 110 und 120 des Klinkerkühlers 100 durchgängig mit einer Umhausung 140 mit Gehäusewänden 141 und einer Gehäusedecke 142 umhaust, wobei die Gehäusewände 141 und die Gehäusedecke 142 in 2 perspektivisch dargestellt sind.
Zwischen dem Rekuperationsbereich, also dem ersten, in Materialstromrichtung stromaufwärts gelegenen Teil 110, und dem zweiten, in Materialstromrichtung stromabwärts gelegenen Teil 120, sind in den Gehäusewänden 141 und in der Gehäusedecke 142 Gasdüsen 150 in mindestens einer Ebene römisch I, römisch II oder römisch III, 160, 161, 162 angeordnet, die senkrecht zur Richtung des Materialstroms angeordnet ist, wobei die mindestens eine Ebene römisch I, römisch II oder römisch III, 160, 161, 162 der Gasdüsen 150 den Klinkerkühler 100 in eben den ersten Teil 110 und den zweiten Teil 120 aufteilt. Die Gasdüsen 150 blasen kohlendioxidreiches Prozessgas senkrecht zur Förderrichtung des Rosts 130 in den geschlossenen Klinkerkühler 100 und bilden so eine Gastrennwand aus Prozessgas. Diese Gastrennwand, die in 1 als punktierte Fläche vor den hier gezeigten Gasdüsen in Ebene römisch I, 160 dargestellt ist, trennt die atmosphärische Luft zum Kühlen im zweiten Teil 120 des Klinkerkühlers 100 von dem als Kühlgas verwendeten Prozessgas in dem ersten Teil 110 des Klinkerkühlers 100, wo die Rekuperation stattfindet. Im Idealfall ist die Gastrennwand genau dort angeordnet, wo sich ein Scheitelpunkt der Gasströmungssrichtung des kohlendioxidreichen Prozessgases und der als Kühlluft verwendeten, atmosphärischen Luft befindet. In 1 ist durch geschwungene Pfeile dargestellt, dass im ersten Teil 110 des Klinkerkühler 100 das kohlendioxidreiche Prozessgas über dem Zementklinker 101 nach links in den Rekuperationsbereich des Kühlers 100 strömt, während im zweiten Teil 120 die als Kühlluft verwendete, atmosphärische Luft nach rechts als Kühlerabluft strömt. In der Mitte zwischen den beiden Gasströmungsrichtungen ist die Gastrennwand angeordnet, die in dem hier gezeigten Beispiel in der Ebene 160 liegt.
Die räumliche Lage Scheitelpunkts der Gasströmung ist abhängig von einer Vielzahl von Faktoren. Um die Lage der Gastrennwand einstellen zu können, ist es in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Gasdüsen 150 in mindestens zwei parallelen Ebenen römisch I, römisch II oder römisch III, 160, 161, 162 angeordnet sind. Dadurch lässt sich durch Aktivieren von Ventilen 220 die eine oder die andere Ebene römisch I, römisch II oder römisch III, 160, 161, 162 der Gasdüsen 150 aktivieren und an verschiedenen Stellen die Gastrennwand aktivieren. Dabei sind die Gasdüsen 150 über einen Verdichter 170 mit einer Prozessgasleitung 180 zur Anlage zur Herstellung vom Zementklinker verbunden, welche kohlendioxidreiche Prozessgase aus der Anlage zu den Gasdüsen 150 führt. Auch die Kühlgaszuleitungen 131 in dem ersten, in Materialstromrichtung stromaufwärts gelegenen Teil 110 des Klinkerkühler 100 sind über mindestens einen Verdichter 190 mit einer Prozessgasleitung 180 zur Anlage zur Herstellung vom Zementklinker verbunden, welche kohlendioxidreiche Prozessgase aus der Anlage zu den Kühlgaszuleitungen 131 führt. Die Kühlgaszuleitungen 131 in dem zweiten, in Materialstromrichtung stromabwärts gelegenen Teil 120, sind hingegen über einen Verdichter 191 mit einer Kühlluftleitung 195 verbunden, welche atmosphärische Luft zu den Kühlgaszuleitungen 131 führt. Der Zementklinker wird beim Transport über den durchgehenden Rost 130 durch den Klinkerkühler also zuerst mit Prozessgas gekühlt, das durch die Gastrennwand abgeschottet nach links in die Anlage zur Rekuperation der Wärme in die Anlage zur Herstellung von Zementklinker zurückströmt und danach wird der Zementklinker, der unter der Gastrennwand hindurch gefördert wird, im zweiten Teil 120 des Klinkerkühlers 100 mit atmosphärischer Luft gekühlt.
Die optimale räumliche Lage der durch die Gasdüsen 150 in den Ebenen 160, 161, 162 erzeugten Gastrennwand ist abhängig vom Anlagendruck, von der Gasströmungsgeschwindigkeit im Klinkerkühler, den sich daraus ergebenden durch die Strömung erzeugten Bernoulli-Unterdrücken. Dabei ist gerade die Strömungsdynamik von geometrischen Verhältnissen in Klinkerkühler 100 abhängig. Eine Regelungsvorrichtung 200, die Teil des Klinkerkühlers 100 ist, ist in der hier gezeigten Ausführungsform dazu mit Drucksensoren 210 in den Gehäusewänden 141 in dem ersten, in Materialstromrichtung stromaufwärts gelegenen Teil 110, und in dem zweiten, in Materialstromrichtung stromabwärts gelegenen Teil 120 verbunden. Die Regelungsvorrichtung 200 steuert Ventile 220, welche den Gasfluss durch die Gasdüsen 150 in den mindestens zwei parallelen Ebenen römisch I, römisch II oder römisch III, 160, 161, 162 kontrollieren. Dabei öffnet die Regelungsvorrichtung 200 in Abhängigkeit von dem durch die Drucksensoren 210 gemessenen Druck in beiden Teilen 110 und 120 des Klinkerkühlers 100 durch Ansteuern der Ventile 220 die Gasdüsen 150 in einer Ebene römisch I, römisch II oder römisch III, 160, 161, 162, die genau den Teil 110 oder 120 des Klinkerkühlers 100 gegenüber der aktuellen Ebene römisch I, römisch II oder römisch III, 160, 161, 162 der Gasdüsen 150 vergrößert, in dem ein größerer Druck herrscht und umgekehrt. Ist der Druck in einem der beiden Teile 110 und 120 des Klinkerkühlers 100 erhöht, so wird die räumliche Lage der Gastrennwand so verschoben, dass genau der Teil 110 und 120 des Klinkerkühlers 100 vergrößert wird, der den höheren Druck aufweist. Auf diese Weise wird die Gastrennwand in Richtung des Scheitelpunkts der Gasströmungsrichtung verschoben. Sofern die Verschiebung der Gastrennwand durch Öffnen und Schließen der korrespondierenden Ventile 220 der Gasdüsen 150 nicht ausreicht, um den Scheitelpunkt zu treffen, kann des Weiteren vorgesehen sein, dass die Regelungsvorrichtung 200 Verdichter 190, 191 zu den Kühlgaszuleitungen 131 in beiden Teilen 110, 120 des Klinkerkühlers 100 steuert, so dass der Druck in beiden Teilen 110, 120 des Klinkerkühlers 100 gleich groß ist.
Beim Verschieben der Lage der Gastrennwand passiert es, dass von unten in den Klinkerkühler 100 eingeblasenes Kühlgas, nämlich Prozessgas oder atmosphärische Luft in den ‚falschen‘ Teil 110 oder 120 des Klinkerkühlers 100 strömt. Um diesen Falschgaseintrag zu vermeiden, kann vorgesehen sein, dass eine Kühlluftzuleitung 133 mit einer Abweichung von bis zu 10% der Länge des Kühlers in der Ebene römisch I, römisch II oder römisch III, 160, 161, 162 der Gasdüsen 150 durch ein Umschaltventil 151 wahlweise mit atmosphärischer Luft oder mit kohlendioxidreichem Prozessgas aus der Anlage zur Herstellung von Zementklinker beaufschlagbar ist. Dabei kann eine Kühlluftzuleitung 133 wahlweise beaufschlagbar sein oder mehrere Kühlluftzuleitungen 133, die im Bereich der Gastrennwände mit der zuvor genannten Abweisung angeordnet sind.
Die Lage der Ebenen römisch I, römisch II oder römisch III, 160, 161 und 162 muss schon beim Bau des Klinkerkühlers festgelegt werden. In der Regel befindet sich der zuvor erwähnte Scheitelpunkt der Gasströmungsrichtung etwa in der Mitte des Klinkerkühlers 100, so dass die beiden Teile 110 und 120 des Klinkerkühlers 100 etwa gleich groß sind. Um aber Abweichungen der Lage des Scheitelpunkts auszugleichen, kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Ebene römisch I, römisch II oder römisch III, 160, 161, 162 der Gasdüsen 150 mittig mit einer Abweichung von bis zu 20% der Länge des Kühlers 100 angeordnet ist, so dass die beiden Teile 110, 120 des Klinkerkühlers 100 korrespondierend groß sind.
2 zeigt eine Ansicht in den Klinkerkühler im Bereich der Gastrennwand zwischen den Ebenen A und B, die in 1 gezeigt sind. Hierzu ist zeichnerisch der Bereich des Klinkerkühlers 100 zwischen den in 1 gezeigten Ebenen A und B in einer perspektivischen Ansicht dargestellt mit einem Blick von Ebene A nach Ebene B, wobei die Gehäusewände 141 und die Gehäusedecke 142 erkennbar ist. In der hier gezeigten Darstellung ist die vorderste Ebene, also die Ebene römisch I oder 160 aktiviert. Die Aktivierung wird durch die strichlinierte Grenze dargestellt. Die Punktierung bedeutet das Einblasen von Prozessgas als Gastrennwand. Die Punktierung entspricht somit einer Gastrennwand. Die einzelnen Gasdüsen 150 werden durch Verdichter 180 mit Prozessgas beaufschlagt, wobei die Ventile 220 durch einen Regler 200 gesteuert werden, um die jeweilige Ebene römisch I, römisch II oder römisch III, 160, 161, 162 zu aktivieren.
BEZUGSZEICHENLISTE

100: Klinkerkühler
101: Zementklinker
110: erster Teil
120: zweiter Teil
130: Rost
131: Kühlgaszuleitung
132: Kühlgas
133: Kühlluftzuleitung
140: Umhausung
141: Gehäusewand
142: Gehäusedecke
150: Gasdüse
151: Umschaltventil
160: Ebene
161: Ebene
162: Ebene
170: Verdichter
180: Prozessgasleitung
190: Verdichter
191: Verdichter
195: Kühlluftleitung
200: Regelungsvorrichtung
210: Drucksensor
220: Ventil
A: Ebene
B: Ebene

Claims

Klinkerkühler (100) zum Kühlen von frisch gesintertem Zementklinker (101) in einer Anlage zur Herstellung vom Zementklinker, aufweisend - einen ersten, in Materialstromrichtung stromaufwärts gelegenen Teil (110), und - einen zweiten, in Materialstromrichtung stromabwärts gelegenen Teil (120), wobei beide Teile (110, 120) einen durchgehenden Rost (130) aufweisen, der von unten durch Kühlgaszuleitungen (131) mit Kühlgas (132) duchströmbar ist und auf dem der Zementklinker (101) zum Kühlen in einer Schüttung liegt, wobei der gesamte Rost (130) in beiden Teilen (110, 120) durchgängig mit einer Umhausung (140) mit Gehäusewänden (141) und einer Gehäusedecke (142) umhaust ist, wobei zwischen dem ersten, in Materialstromrichtung stromaufwärts gelegenen Teil (110), und dem zweiten, in Materialstromrichtung stromabwärts gelegenen Teil (120), in den Gehäusewänden (141) und in der Gehäusedecke (142) Gasdüsen (150) in mindestens einer Ebene (160, 161, 162) angeordnet sind, die senkrecht zur Richtung des Materialstroms angeordnet ist, wobei die mindestens eine Ebene (160, 161, 162) der Gasdüsen (150) den Klinkerkühler (100) in den ersten Teil (110) und in den zweiten Teil (120) aufteilt.
Klinkerkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdüsen (150) in mindestens zwei parallelen Ebenen (160, 161, 162) angeordnet sind.
Klinkerkühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdüsen (150) über einen Verdichter (170) mit einer Prozessgasleitung (180) zur Anlage zur Herstellung vom Zementklinker verbunden sind, welche kohlendioxidreiche Prozessgase aus der Anlage zu den Gasdüsen (150) führt.
Klinkerkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlgaszuleitungen (131) in dem ersten, in Materialstromrichtung stromaufwärts gelegenen Teil (110), über mindestens einen Verdichter (190) mit einer Prozessgasleitung (180) zur Anlage zur Herstellung vom Zementklinker verbunden sind, welche kohlendioxidreiche Prozessgase aus der Anlage zu den Kühlgaszuleitungen (131) führt.
Klinkerkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlgaszuleitungen (131) in dem zweiten, in Materialstromrichtung stromabwärts gelegenen Teil (120), über einen Verdichter (191) mit einer Kühlluftleitung (195) verbunden sind, welche atmosphärische Luft zu den Kühlgaszuleitungen (131) führt.
Klinkerkühler (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelungsvorrichtung (200), die Teil des Klinkerkühlers (100) ist, mit Drucksensoren (210) in den Gehäusewänden (141) in dem ersten, in Materialstromrichtung stromaufwärts gelegenen Teil (110), und in dem zweiten, in Materialstromrichtung stromabwärts gelegenen Teil (120) verbunden ist, wobei die Regelungsvorrichtung (200) Ventile (220) steuert, welche den Gasfluss durch die Gasdüsen (150) in den mindestens zwei parallelen Ebenen (160, 161, 162) kontrollieren, und wobei die Regelungsvorrichtung (200) in Abhängigkeit von dem durch die Drucksensoren (210) gemessenen Druck in beiden Teilen (110, 120) des Klinkerkühlers (100) durch Ansteuern der Ventile (220) die Gasdüsen (150) in einer Ebene (160, 161, 162) öffnet, die den Teil (110, 120) des Klinkerkühlers (100) gegenüber der aktuellen Ebene (160, 161, 162) der Gasdüsen (150) vergrößert, in dem ein größerer Druck herrscht und umgekehrt.
Klinkerkühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsvorrichtung (200) Verdichter (190, 191) zu den Kühlgaszuleitungen (131) in beiden Teilen (110, 120) des Klinkerkühlers (100) steuert, so dass der Druck in beiden Teilen (110, 120) des Klinkerkühlers (100) gleich groß ist.
Klinkerkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluftzuleitungen (133) mit einer Abweichung von bis zu 10% der Länge des Kühlers in der Ebene der Gasdüsen (150) durch ein Umschaltventil (151) wahlweise mit atmosphärischer Luft oder mit kohlendioxidreichem Prozessgas aus der Anlage zur Herstellung von Zementklinker beaufschlagbar sind.
Klinkerkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ebene (160, 161, 162) der Gasdüsen (150) mittig mit einer Abweichung von bis zu 20% der Länge des Kühlers (100) angeordnet sind, so dass die beiden Teile (110, 120) des Klinkerkühlers (100) korrespondierend groß sind.