DE2324565C3 - Vorrichtung zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut - Google Patents

Description

a) unterhalb der Einmündung (7) der Gutaustragsleitung (6) ist ein den Gutstrom auflösendes Verteilerorgan (8) angeordnet;

L) unterhalb dieses Verteilerorgans (8) sind mehrere, etwa in einer horizontalen Ebene angeordnete, den Brennstoff in feiner Verteilung in die Gasleitung (5) einführende Brennstoffdüsen (9) derart vorgesehen, daß hierdurch eine sich im Bereich der Brennstoffdüsen über den ganzen Querschnitt der Gasleitung (5) erstreckende Brennzone gebildet wird;

c) die Brennzone ist dicht unterhalb des Verteilerorgans (8) in einer solchen Höhenlage vorgesehen, daß zumindest ein wesentlicher Teil des sich von der Einmündung der Gutaustragsleitung zunächst abwärts bewegenden und dann durch die Ofenabgase wieder mit nach oben gerissenen Gutes die Brennzone mehr als einmal durchsetzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Lage und Richtung der Brennstoffdüsen (9), daß der Brennstoff in Form einer horizontalen Drallströmung in die Gasleitung (5) eingeführt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffdüsen in mehreren übereinanderliegenden horizontalen Ebenen angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffdüsen in horizontaler und vertikaler Richtung einstellbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sicherung bei Störungsfällen Zusatzbrenner (10) oberhalb der Einmündung (7) der Gutaustragsleitung (6) angeordnet sind.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, wie Zementrohmehl, mit einem Drehrohrofen und einem von den Abgasen des Drehrohrofens durchströmten, aus mehreren Zyklonstufen bestehenden Vorwärmer, wobei in die vom Drehrohrofen zur - in Bewegungsrichtung des Gutes gesehen — letzten Zyklonstufe führende Gasleitung eine Gutsaustragsleitung der vorletzten Zyklonstufe sowie eine Brennstoffzuführung einmünden.

Bei der Herstellung von Zement, Tonerde, Kalk, Magnesit, Dolomit und dergleichen erfolgt die Wärmebehandlung des feinkörnigen Gutes häufig in der Weise, daß das Gut zunächst in einem von mehreren Zyklonen gebildeten Vorwärmer mit den heißen Abgasen eines Drehrohrofens vorgewärmt wird, ehe es dann im Drehrohrofen fertig gebrannt bzw. gesintert wird. Dabei muß der größere Teii der Wärmearbeit im Drehrohrofen geleistet werden, während im Vorwärmer nur ein kleinerer Teil der Gesamt-Wärmeenergie auf das Gut übertragen wird. Diese Verteilung der Wärmearbeit auf Drehrohrofen und Vorwärmer ist wegen der höheren spezifischen Investitionskosten des Drehrohrofens nicht optimal.

Um den Drehrohrofen in Querschnitt und/oder Länge kleiner dimensionieren zu können, hat man bereits zwischen Vorwärmer und Drehrohrofen eine Vorbrennzone angeordnet, in der das vorerwärmte Gut möglichst hoch erhitzt wird. Das besondere Problem bei der Gestaltung einer solchen Vorbrennzone liegt darin, eine außerordentlich gleichmäßige Zufuhr des Brennst&ffes zum Gut zu gewährleisten, um ein Überbrennen einzelner Gutteilchen (und alle damit verbundenen Nachteile, wie Anbackungen, Agglomeratbildungen usw.) zu vermeiden.

Bei einer bekannten Anlage wird diese Vorbrennzone durch eine von Brennern unmittelbar beheizte Wirbelschicht gebildet (DE-AS 12 51688). Eine andere bekannte Anlage verwendet eine Zyklonbrennkammer (US-PS 34 52 968, Fig. 2). In beiden Fällen werden die Abgase des Drehrohrofens nicht durch die Vorbrennzone geführt, sondern vereinigen sich mit deren Abgasen.

Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Anlagen liegt in den erheblichen zusätzlichen Investitionskosten der Vorbrennzone, durch die ein beachtlicher Teil der am Drehrohrofen erzielten Ersparnis wieder verlorengeht.

Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung (»Zement-Kalk-Gips«, 1970,250) mündet in die vom Drehrohrofen zum Zyklonvorwärmer führende Gasleitung außer der Gutsaustragsleitung der vorletzten Zyklonstufe auch eine Brennstoffzuführung sowie eine Kühlerabluftleitung ein. Auf diese Weise wird die ohnehin vorhandene Gasleitung zwischen Drehrohrofen und Zyklonvorwärmer zur Unterbringung der erwähnten Vorbrennzone ausgenutzt. Es hat sich hierbei allerdings herausgestellt, daß eine verhältnismäßig große Länge dieser Gasleitung erforderlich ist, um wenigstens den Hauptteil der Wärmeenergie des in diese Gasleitung zusätzlich eingeführten Brennstoffes auf das feinkörnige Gut zu übertragen, ehe dieses Gut in der untersten Zyklonstufe des Vorwärmers abgeschieden wird. Mit der Länge der Gasleitung zwischen Drehrohrofen und Zyklonvorwärmer vergrößern sich allerdings die Anlagekosten sowie der Raumbedarf beachtlich.

Zur Herstellung von Aluminiumoxyd ist schließlich eine Anlage, bestehend aus einem Drehrohrofen und einem mehrstufigen Zyklonvorwärmer, bekannt (DE-AS 11 84 744, Fig. 4), bei der die Verbindungsleitung zwischen dem Drehrohrofen und dem letzten (untersten) Zyklon in ihrem unteren Teil innerhalb einer verengten Querschnittszone einen mittig angeordneten Brenner mit nach oben gerichteter Flamme aufweist, während die Gutsaustragsleitung der vorletzten Zyklonstufe in den oberen Teil dieser Verbindungsleitung, d. h. weit oberhalb des Brenners, einmündet Das Gut wird unmittelbar nach Einführung in die Verbindungsleitung vom Gasstrom umgelenkt und in den untersten Zyklon mitgenommen. Die durch den Brenner zugeführte Wärmeenergie muß infolgedessen von der Brennerflamme zunächst auf das Gas übertragen werden. Für

die weitere Wärmeübertragung vom Gas auf das Gut steht dann nur die verhältnismäßig kurze Zeit zur Verfügung, in der Gut und Gas im Gleichstrom den obersten Teil der Verbindungsleitung durchsetzen, ehe das Gui im Zyklon vom Gasstrom wieder abgeschieden wird.

Die Wärmeübertragung vom Bre;instoff auf das Gut ist infolgedessen bei dieser bekannten Anlage verhältnismäßig schlecht Eine Verbesserung läßt sich auch nicht dadurch erzielen, daß man die Gutsaustragsltltung des vorletzten Zyklons an einer tiefer liegenden Stelle in die Verbüidungsleitung einmünden läßt Hierbei wären nämlich örtliche Überhitzungen des Gutes durch die offene, nach oben gerichtete Flamme des Brenners unvermeidlich. Um diese Gefahr auszuschließen, ist bei der bekannten Anlage der Querschnitt der Verbindungsleitung im Bereich des Brenners stark verengt Die hierdurch bedingte erhöhte Gasgeschwindigkeit verhindert daß das Gut vor seiner Umlenkung durch den Gasstrom tief in der Verbindungsieitung nach unten fällt und insbesondere gar die Brennerebene erreicht

Bei herkömmlichen Anlagen zum Brennen von Zement (mit Drehrohrofen und Zyklonvorwärmer, jedoch ohne Vorbrenn- bzw. Vorkalzinationszone) ist es schließlich auch bekannt in den zu den Zyklonen führenden Gasleitungen jeweils unterhalb der Einmündung der Gutsaustragsleitungen eine Prallplatte anzuordnen, um 'eine rasche Verteilung des Gutes im Gasstrom zu erzielen (DE-AS 11 26 306).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Mängel der bekannten Ausführungen eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit einem geringen anlagentechnischen Aufwand eine sehr gleichmäßige Wärmebehandlung des Gutes in der Vorbrennzone erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:

a) unterhalb der Einmündung der Gutsaustragsleitung ist ein den Gutstrom auflösendes Verteilerorgan angeordnet;

b) unterhalb dieses Verteilerorgans sind mehrere, etwa in einer horizontalen Ebene angeordnete, den Brennstoff in feiner Verteilung in die Gasleitung einführende Brennstoffdüsen derart vorgesehen, daß hierdurch eine sich im Bereich der Brennstoffdüsen über den ganzen Querschnitt der Gasleitung erstreckende Brennzone gebildet wird;

c) die Brenn?one ist dicht unterhalb des Verteilerorgans 8 in einer solchen Höhenlage vorgesehen, daß zumindest ein wesentlicher Teil des sich von der Einmündung der Gutsaustragsleitung zunächst abwärts bewegenden und dann durch die Ofenabgase wieder mit nach oben gerissenen Gutes die Brennzone mehr als einmal durchsetzt

Die Anordnung eines Verteilerorgans unmittelbar unterhalb der Guteinführung und oberhalb der Brennstoffzuführung gewährleistet, daß sich der Brennstoff gleich bei seinem Eintritt in die Gasleitung weitgehend gleichmäßig mit den Gutteilchen mischt, so daß eine optimale Verbrennung des Brennstoffs an bzw. in unmittelbarer Nähe der einzelnen Gutteilchen erfolgt

Im Unterschied zu dem oben geschilderten Stand der Technik (DE-AS 1184 744, Fig. 4) wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine ausgeprägte Flammenbildung in dieser Brennzone bewußt vermieden. Der Brennstoff wird vielmehr durch eine Mehrzahl

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von etwa in einer horizontalen Ebene angeordneten Düsen in feiner Verteilung in die Gasleitung eingeführt so daß unter Vermeidung einer Fl&mmenbildung und lokaler Oberhitzungen das feinkörnige Gut sehr gleichmäßig erhitzt wird

Wesentlich für die angestrebte Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ferner eine solche Anordnung der Brennstoffdüsen, daß hierdurch eine sich im Bereich der Brennstoffdüsen über den ganzen ίο Querschnitt der Gasleitung erstreckende Brennzone gebildet wird. Bei geeigneter Wahl der Höhenlage dieser Brennzone unterhalb des Verteilerorgans läßt sich nämlich erreichen, daß zumindest ein wesentlicher Teil des Gutes die Brennzone mehr als einmal durchsetzt: Die Gutteilchen bewegen sich nach der Einführung in die Gasleitung zunächst abwärts, treten hierbei ein erstes Mal durch die Brennzone hindurch, und werden dann unterhalb der Brennzone von den entgegenströmenden Gasen wieder mit nach oben gerissen, wobei sie die Brennzone ein zweites Mal durchsetzen. Damit sind optimale Bedingungen für eine sehr gleichmäßige und zugleich intensive Wärmeübertragung vom Brennstoff auf das Gut geschaffen.

Die Sauerstoff-Konzentration der der Brennzone zugeführten Gase liegt zweckmäßig zwischen 5 und 14%, vorzugsweise zwischen 8 und 12%. Dabei wird die Sauerstoff-Konzentration in den Abgasen des Drehrohrofens zweckmäßig auf mindestens 2,5% (also über den üblichen O2-Gehalt) eingestellt so daß nur die darüber hinaus benötigte Restmenge an Sauerstoff der Brennzone von einer anderen Quelle (beispielsweise Kühlerabluft) zugeführt werden muß. Man kann auch die gesamte Sauerstoffmenge über die Abgase des Drehrohrofens zuführen.

Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Teile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie H-II der Fig I,
F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III der F i g. 1. Die nur teilweise veranschaulichte Anlage enthält einen aus einer Anzahl von etagenweise übereinander angeordneten Zyklonen und Wirbelkammern gebildeten Vorwärmer 1, von dem in F i g. 1 lediglich die beiden Zyklone 2, 3 der untersten Etage dargestellt sind. Zur Anlage gehört weiterhin ein Drehrohrofen 4, dessen Abgase durch eine Gasleitung 5 den beiden Zyklonen 2 und 3 zuströmen.

In die Gasleitung 5 wird durch eine Gutleitung 6, die

von einer zentralen Wirbelkammer der nächsthöheren Etage kommt, Gut eingetragen. Unterhalb der Eintragsöffnung 7 befindet sich in der Gasleitung 5 ein brückenförmiges Verteilerorgan 8.

Zur Erzeugung einer etwa horizontalen Brennzone sind unterhalb dieses Verteilerorgans 8 eine Anzahl von Brennstoffdüsen 9 angeordnet die flüssigen oder gasförmigen Brennstoff in feiner Verteilung in die Gasleitung 5 einführen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel — vergleiche insbesondere F i g. 3 — sind die Brennstoffdüsen 9 derart angeordnet und ausgerichtet daß der Brennstoff in Form einer horizontalen Drallströmung (gemäß F i g. 3 im Uhrzeigersinn) in die Gasleitung 5 eingeführt wird.

Als Sicherung bei Störungsfällen sind gegebenenfalls oberhalb der Einmündung der Gutleitung 6 noch

Zusatzbrenner 10 vorgesehen.

Die Funktion der Anlage ist folgendermaßen:
Das in den einzelnen Stufen des Zyklonvorwärmers bereits hoch vorgewärmte Gut gelangt durch die Gutleitung 6 und die öffnung 7 in die Gasleitung 5. Der Gutstrom wird beim Auftreffen auf das Verteilerorgan 8 aufgelöst. Ein großer Teil des Gutes fällt jedoch unter der Wirkung seiner kinetischen Energie in der Gasleitung 5 zunächst noch etwas weiter nach unten und durchsetzt dabei in fallender Bewegung die Brennzone, die sich im Bereich der Brennstoffdüsen 9 über dem ganzen Querschnitt der Gasleitung 5 ausbildet. Von den Abgasen des Drehrohrofens 4, die die Gasleitung 5 von unten nach oben durchsetzen, wird dann das Gut umgelenkt und wieder mit nach oben genommen. Es durchsetzt hierbei ein zweites Mal — nun in aufsteigender Bewegung - die Brennzone aut der Höhe der Brennstoffdüsen 9 und wird auf diese Weise weiter stark erhitzt. Da der Brennstoff jedoch im Bereich dieser Brennzone in sehr feiner Verteilung eingeführt wird und eine ausgeprägte Flammenbildung vermieden wird, erfolgt eine sehr gleichmäßige Erhitzung des feinkörnigen' Gutes unter Vermeidung lokaler Überhitzungen.

Das auf diese Weise hocherhitzte Gut gelangt mit den Gasen in die Zyklone 2 und 3, wird dort in bekannter Weise abgeschieden, dem Drehrohrofen 4 zugeführt und dort fertiggebrannt.

Wie bereits erwähnt, wird ein wesentlicher Teil des für die Verbrennung in der genannten Brennzone benötigten Sauerstoffs durch geeignete Einstellung des Restsauerstoffgehalts der Abgase des Drehrohrofens

ίο bereitgestellt. In diesem Zusammenhang ist von Vorteil, daß im Drehrohrofen selbst nur eine wesentlich geringere Wärmeübertragung als bisher zu leisten ist Die Brennstoffdüsen 9 können infolgedessen mit einer ganz geringen Luftmenge gefahren werden.

Zur Erzielung optimaler Verhältnisse in der Brennzone kann es vorteilhaft sein, die Brennstoffdüsen 9 in horizontaler und vertikaler Richtung einstellbar zu machen. Man kann die Brennstoffdüsen weiterhin auch in mehreren übereinanderliegenden horizontalen Ebenen anordnen, um auf diese Weise eine definierte Brennzone (mit gleichmäßigen Verbrennungsbedingungen über den ganzen Querschnitt der Gasleitung 5) über eine etwas größere Höhe zu erzielen.

Hierzu 2 Blaft Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, wie Zementrohmehl, mit einem Drehrohrofen und einem von den Abgasen des Drehrohrofens durchströmten, aus mehreren Zyklonstufen bestehenden Vorwärmer, wobei in die vom Drehrohrofen zur - in Bewegungsrichtung des Gutes gesehen - letzten Zyklonstufe führende Gasleitung eine Gutaustragsleitung der vorletzten Zyklonstufe sowie eine Brennstoffzuführung einmünden, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: