DE2149150A1

DE2149150A1 - Verfahren zur regelung des mengenverhaeltnisses zwischen gas und feinkoernigem gut in schwebegaswaermetauschern

Info

Publication number: DE2149150A1
Application number: DE19712149150
Authority: DE
Inventors: Horst Herchenbach; Helmut Hoeher
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1971-10-01
Filing date: 1971-10-01
Publication date: 1973-04-05
Also published as: CH545953A; JPS4843718A; DK145188C; FR2155502A5; DE2149150C2; ES407010A1; DK145188B; CS215079B2; JPS565703B2; GB1405488A

Description

Anlage zum Patentgesuch der

Klöckner-Humboldt-Deutz . Lg/St.o

Aktiengesellschaft . _H 7-}/44

Köln, den 30. Sept. 1971

"Verfahren zur Regelung des Mengenverhältnisses zwischen Gas und feinkörnigem Gut in Schwebegaswärmetauschern"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung einer mit heißem Ofenabgas betriebenen Vorerhitzungseinrichtung in Bezug auf das Mengenverhältnis zwischen Gas und feinkörnigem Gut, bei der das feinkörnige Gut, insbesondere Zementrohmehl, in direktem Kontakt mit dem heißen Ofenabgas erhitzt wird.

Bei Brennanlagen zur thermischen Behandlung von feinkörnigem Gut, beispielsweise bei Anlagen zur Herstellung von Zementklinker werden zur Verminderung des Wärmeverbrauches die den Ofen verlassenden heißen Ofenabgase durch eine Vorerhitzungseinrichtung geführt, in der das feinkörnige Aufgabegut, das sogenannte Zementrohmehl, in direktem Kontakt mit den heißen Ofenabgasen erhitzt wird. Die mit einer Temperatur von etwa 1100° C aus dem Ofen austretenden Ofenabgase werden hierbei auf etwa 300° C in der Vorerhitzungseinrichtung durch das Zementrohmehl abgekühlt, wobei das Zementrohmehl erwärmt wird und die Vorerhitzungseinrichtung mit etwa 800 bis 900° C verläßt und in den Drehrohrofen eintritt.

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Die Qualität des im Drehrohrofen erzeugten Zementklinkers ist nun im wesentlichen, die erforderliche Homogenität des Zementrohmehls vorausgesetzt, von einer guten Führung des Drehrohrofens, insbesondere einer guten Führung der Sinterzone abhängig. Die Überwachung und Regelung der Sinterzone wird bei modernen Brennanlagen mit Hilfe bekannter Ofenregelkreise durchgeführt, bei denen im wesentlichen in Abhängigkeit von der Sinterzonentemperatur die Brennstoffzufuhr, die Ofendreh- h zahl und ggf. die Aufgabegutmenge geregelt wird. Von wesentlichem Einfluß ist für eine weitgehend konstante Sinterzonentemperatur auch ein möglichst konstantes Verhältnis zwischen der Ofenabgasmenge und der aufgegebenen Gutmenge in der Vorerhitzungseinrichtung, weil nur so erreicht werden kann, daß die Temperatur des in den Drehrohrofen eintretenden, vorerhitzten Rohmehls möglichst konstant bleibt.

Bisher wurde' die Messung der durch die Vorerhitzungseinrichtung geführten Gasmenge mit Hilfe von Venturirohren oder Staublenden " durchgeführt. Diese Vorrichtungen bedingen jedoch einen zusätzlichen Durchflußwiderstand in den Rohrleitungen der Vorerhitzungseinrichtung und führen zu einem bleibenden Druckverlust von etwa 20 mm Wassersäule, der mit einem zusätzlichen Energieaufwand von etwa 0,15 kwh je Tonne erzeugten Klinker ausgeglichen werden muß. Hinzu kommt noch, daß die Gasmengenmessung mittels Venturirohr oder Staublende in den stark staubhaltigen

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Ofenabgasen wegen der auftretenden Anbackungen und Abrasionserscheinungen stark wartungsaufwendig ist. Auch mit automatischen Ausblaseeinrichtungen läßt sich nur eine Reinigung der Druckentnahme durchführen. Es lassen sich jedoch kene Messfehler eleminieren, die infolge von Materialanbackungen innerhalb der Venturirohre auftreten. Eine zuverlässige Regulierung des Mengenverhältnisses zwischen Gas und Gut in weiten Regelbereichen ist mit den bekannten Einrichtungen mit erheblichem Aufwand verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Regelverfahren zu finden, das eine zuverlässige und einfache Regelung des Mengenverhältnisses zwischen Gas und feinkörnigem Gut in der Vorerhitzungseinrichtung gestattet. Dies geschieht gemäß der Erfindung dadurch, daß bei vorgegebener Gutaufgabemenge die durch die Vorerhitzungseinrichtung geförderte Abgasmenge in Abhängigkeit von der hinter der Vorerhitzungseinrichtung'gemessenen Abgastemperatur vorzugsweise selbsttätig reguliert wird. Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, daß, eine gleichmäßig geführte Sinterzone und eine vorgegebene Gutaufgabemenge für die Vorerhitzungseinrichtung vorausgesetzt, die Abgastemperatur einen repräsentativen Wert für die durch die Vorerhitzungseinrichtung geführte Abgasmenge darstellt. Sinkt nämlich die durch die Vorerhitzungseinrichtung geführte Abgasmenge ab, so fällt bei gleichbleibender Aufgabegutmenge auch die Abgastemperatur

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entsprechend ab, da die Ofenabgase durch die nunmehr im Verhältnis größere Aufgabegutmenge stärker abgekühlt werden. Das gleiche gilt für den umgekehrten Fall. Hierdurch erhält man ein Maß für das Mengenverhältnis, bzw. füijöie durch die Vorerhitzungseinrichtung geführte Abgasmenge.

Bei dem erfindungsgemäßen'Verfahren wird auf Grund dieser Erkenntnis mit Vorteil ausgenutzt, daß sich die Temperaturen auch stark staubhaitiger Gase ohne nennenswerte Messfehler und weit- " gehend wartungsfrei messen lassen. Mit Hilfe des gemessenen Temperaturwertes kann nun die Drehzahl der üblicherweise hinter der Vorerhitzungseinrichtung angeordneten Abgasgebläse entsprechend erhöht oder erniedrigt werden, um ein auf Grund der Erfahrung festgestelltes optimale Mengenverhältnisses zwischen Ofenabgas und Aufgabegut einzuhalten.

Die Konstanthaltung eines optimalen Mengenverhältnisses zwischen Abgas und Aufgabegut durch Änderung der durch die Vorer-P hitzungseinrichtung geförderte Abgasmenge erfolgt gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß ein vorgegebener Temperatursollwert eingehalten wird. Dies läßt sich mit Hilfe einfacher, bekannter Regeleinrichtungen bewerkstelligen, bei denen der gemessene Istwert der Abgastemperatur mit dem vorgegebenen Sollwert der Abgastemperatur verglichen wird und dementsprechend die Drehzahlen des oder der hinter, der Vorerhitzungseinrichtung angeordneten Abgasgebläse verstellt werden.

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Da nun eine derartige Zemenfbrennanlage eine relativ komplizierte Regelstrecke darstellt, bei dem die grundlegenden Regeleingriffe durch den eingangs erwähnten Ofenregelkreis durchgeführt werden, ist es erforderlich, die erfindungsgemäße Abgasführung, die auf Grund ihres Einflusses auf die Rohmehlendtemperatur mittelbar auch auf die Führung der-Sinterzone zurück wirkt, an den Ofenregelkreis anzupassen. Dies geschieht gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß der Sollwert für die Abgastemperatur in Abhängigkeit vom Op-Gehalt der Ofenabgase in der Weise verstellt wird, daß bei Erreichen eines vorgegebenen Mindestgehaltes an Oo der Temperatursollwert erhöht und bei Erreichen eines vor-" gegebenen Maximalgehaltes an Op der Temperatursollwert erniedrigt wird. Die erfindungsgemäße Ankoppelung des Regelkreises für die Abgasführung erlaubt eine selbsttätige Anpassung an den Ofenregelkreis und gleichzeitig eine vorteilhafte Unterstützung des Ofenregelkreises.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand einer schematischen Darstellung einer Anlage zur Herstellung von Zementklinker näher erläutert.

Einem Drehrohrofen 1 ist eine Vorerhitzungseinrichtung 2 vorgeschaltet. Diese besteht beispielsweise aus vier übereinander angeordneten Zyklonen, die über Rohrleitungen miteinander

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verbunden sind und nacheinander von den heißen Ofenabgasen von unten nach oben durchströmt werden. Das zu erhitzende Zementrohmehl wird in die Rohrleitung zu dem in Strömungsrichtung der Gase gesehen letzten Zyklon über eine Dosiereinrichtung 3 beispielsweise eine Dosierbandwaage aufgegeben und gelangt stufenweise entgegen dem heißen Gasstrom in den Drehrohrofen. Die durch den Wärmeaustausch mit dem feinkörnigen Gut abgekühlten Ofenabgase werden aus der Vorerhitzungseinrichtung über die Ab- ^ gasleitung 4 mit Hilfe eines Sauggebläses 5 abgezogen. Hinter dem Gebläse werden die Ofenabgase durch eine Mahlanlage 6 und/ oder über eine Entstaubungseinrichtung 7, beispielsweise ein elektrostatisches Filter abgezogen. Zur Druckentkoppelung des Ofen-Wärmetauscher-Systems ist hinter dem elektrostatischen Filter ein weiteres Saugzuggebläse 8 angeordnet. Ebenso ist in dem Mühlenkreislauf üblicherweise ein entsprechendes Umluftgebläse vorgesehen.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens ist in * ~der Abgasleitung 4 ein Temperaturfühler 9 angeordnet. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um ein Thermoelement mit dünnem Schutzrohr, um die Zeitverzögerung der Temperaturmessung möglichst gering zu halten. Das von dem Temperaturfühler ausgehende Meßsignal wird über einen Meßumformer 10 einem Abgastemperaturregler 11 zugeführt. Der Meßwert, der den Istwert der Abgastemperatur darstellt, wird mit dem vorgegebenen Sollwert im

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Regler verglichen. Bei Abweichungen von dem Sollwert nach unten wird entsprechend die Drehzahl des Saugzuggebläses 5 erhöht bzw. bei Abweichungen nach oben entsprechend erniedrigt.

Zur Anpassung des beschriebenen Abgasregelkreises an den Ofenregelkreis, durch den die Sinterzone geregelt wird, ist erfindungsgemäß eine selbsttätige Sollwertverstellung für den Abgastemperaturregler 11 vorgesehen. Ausgehend von der Erkenntnis, daß sich Regeleingriffe des Ofenregelkreises, die in erster Linie eine Verstellung der Brennstoffzufuhr bewirken, in einer Änderung des Op-Gehaltes der Ofenabgase ebenfalls bemerkbar machen, ist im Abgasstrom hinter dem Ofen eine Vorrichtung 12 zur Messung des Op-Genaltes vorgesehen. Diese wird zweckmäßig hinter dem Saugzuggebläse 5 angeordnet, da an dieser Stelle in den Rohrleitungen durch den Einfluß des Saugzuggebläses 8 hinter dem Elektrofilter entweder Druckgleichgewicht mit der Umgebung oder ein leichter Überdruck herrscht, was die Entnahme von Gasproben erleichtert. Das von der Gasmeßeinrichtung erzeugte Signal wird einem Sollwertsteller 13 zugeführt, der vorzugsweise als Grenzwertmelder ausgebildet ist, und dort mit vorgegebenen Sollwerten bzw. Grenzwerten für den 0₂-Gehalt der Ofenabgase verglichen. Bei Abweichungen des gemessenen Op-Gehaltes von den vorgegebenen Werten wird das von dem Sollwertsteller ausgehende Signal dem eingestellten Sollwert des Abgastemperaturreglers 11 überlagert, d. h. entsprechend der erforderlichen Sollwertverstellung addiert

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oder subtrahiert. Hierdurch ist es möglich, daß bei einem Absinken des Op-Gehaltes im Ofenabgas unter einen vorgegebenen Mindestgehalt der Temperatursollwert erhöht bzw. bei einem Ansteigen des 0₂-Gehaltes im Ofenabgas über einen vorgegebenen Maximalgehalt der Temperatursollwert erniedrigt wird und somit dementsprechend die Drehzahl des Sauggebläses 5 und damit die durch die Vorerhitzungseinrichtung geleitete Abgasmenge erhöht oder erniedrigt wird.

Im Betrieb ergeben sich bei der erfindungsgemäßen Anordnung des Regelkreises folgende Auswirkungen:

Zur Gegensteuerung bei abkühlender Sinterzone wird durch den bekannten Ofenregekreis die Brennstoffmenge erhöht und/oder auch die Rohmehlmenge reduziert. Beide Maßnahmen führen zu einer ansteigenden Abgastemperatur und damit zu einem unwirtschaftlichen Betrieb. Über den erfindungsgemäßen Abgastemperaturregelkreis wird nun eine Reduzierung der Abgasmenge mit entsprechender Verringerung des Luftüberschusses in vorgegebenen Grenzen erreicht. Dies unterstützt eine schnellere Aufheizung der Sinterzone. Wird dabei ein Mindestwert für den Luftüberschuß, bestimmt nach dem 02~Gehalt der Ofenabgase am Ofeneinlauf oder, wie in der Figur dargestellt, hinter der Vorerhitzungseinrichtung unterschritten, so wird über die selbsttätige Sollwertführung durch den Sollwertsteller 13 für die Abgastemperatur eine Sollwerterhöhung und damit eine Erhöhung der Abgasdurchsatzmenge bewirkt.

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Ein entsprechendes Regelverhalten tritt bei einer Verringerung des Kalkstandards im Rohmehl ein. Infolge der nunmehr leichte- · ren Brennbarkeit und der Verringerung des Wärmeaufwands zur Entsäurerung des Rohmehls erhöhen sich die Temperaturen in dem aus Ofen- und Vorerhitzungseinrichtung gebildeten System solange die Brennstoffmenge konstant gehalten wird. Der Abgastemperaturregelkreis reduziert nunmehr die Abgasmenge und unterstützt so in richtiger Wirkrichtung die nunmehr durch den Ofenregelkreis bewirkte Reduzierung der Brennstoffmenge.

Anhand dieser beiden Beispiele kann außerdem festgestellt werden, daß der erfindungsgemäß vorgesehene Abgastemperaturregelkreis auch richtig bei Schwankungen des Rekuperationsgrades des dem Drehrohrofen 1 nachgeschalteten Klinkerkühlers 14 reagiert. Die Beispiele zeigen ferner, daß das aus Drehrohrofen und Vorerhitzungseinrichtung gebildete Brennsystem sowohl von dem Kühlsystem für den fertig gebrannten Klinker wie auch von den hinter den Brennsystem angeordneten Entstaubungs- und/oder Mahltrocknungsanlagen zweckmäßigerweise druckentkoppelt wird? d.h. daß sowohl an der Verbindungsstelle zwischen Drehrohrofen und Kühlsystem als auch an der Verbindungsstelle zwischen der Staubabscheide- und/oder Mahltrocknungsanlage ein Druckausgleich mit der Umgebung besteht. Fehlt diese Druckentkoppexung, so besteht die Gefahr, daß die Einflüsse der vor- bzw. nachgeschaltetsn Anlagen auf die Gasströmung die mit Hilfe der Temperaturmessung vorgenommene Gasmengenbestimmung verfälschen,

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Der vorgeschriebene Regelkreis ist in seiner Anwendung nicht auf Zementbrennanlagen beschränkt, sondern kann mit Vorteil für entsprechende Anlagen, beispielsweise für Anlagen zur Herstellung von Aluminiumoxid mit Vorteil Anwendung finden.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Regelung einer mit heißem Ofenabgas betriebenen Vorerhitzungseinrichtung in Bezug auf das Mengenverhältnis zwischen Gas und feinkörnigem Gut, bei der das feinkörnige Gut, insbesondere Zementrohmehl, in direktem Kontakt mit dem heißen Ofenabgas erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei vorgegebener Gutaufgabemenge die durch die Vorerhitzungseinrichtung geförderte Abgasmenge in Abhängigkeit von der hinter der Vorerhitzungseinrichtung gemessenen Abgastemperatur vorzugsweise selbsttätig reguliert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasmenge so reguliert wird, daß ein vorgegebener Temperatursollwert eingehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert für die Abgastemperatur in Abhängigkeit vom Op-Gehalt der Ofenabgase in der Weise verstellt wird, daß bei Erreichen eines vorgegebenen Mindestgehaltes an Ü£ der Sollwert erhöht und bei Erreichen eines vorgegebenen Maximalgehaltes an Op der Sollwert erniedrigt wird.

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