DE2324519B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, wie Zementrohmehl, das in einem Vorwärmer mit den heißen Abgasen eines Drehrohrofens vorgewärmt und erhitzt und dann im Drehrohrofen fertiggebrannt wird, wobei das in wenigstens einer Zone des Vorwärmers bereits vorgewärmte Gut nach Abscheidung aus dem Gasstrom wieder in Form eines dichten Gutstromes unter der Wirkung seines Eigengewichts in eine tiefer liegende Zone des Vorwärmers eingeführt wird, in der sich der Gutstrom wieder im entgegengerichteten Gasstrom auflöst, und wobei ferner das Gut vor seinem Eintritt in den Drehrohrofen zusätzlich zur Vorwärmung durch die Abgase des Drehrohrofens durch Zuführung von feinverteilten Brennstoff weiter erhitzt wird.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei der Herstellung von Zement, Tonerde, Kalk, Magnesit, Dolomit u.dgl. 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 fertiggebrannt bzw. gesintert wird. Dabei muß der größere Teil der Wärmearbeit im Drehrohrofen geleistet werden, während im Vorwärmer nur ein kleinerer Teil der Gesamtwärmeenergie auf das Gut übertragen wird. Diese Verteilung der Wärmearbeit auf Drehrohrofen und Vorwärmer ist im Hinblick auf die Investitionskosten nicht optimal, da die spezifischen Investitionskosten des Drehrohrofens verhältnismäßig hoch liegen.

Um den Drehrohrofen in Querschnitt und/oder Länge kleiner dimensionieren zu können, hat man schon zwischen dem Vorwärmer und dem Drehrohrofen eine Vorbrennzone angeordnet, in der das vorgewärmte

Gut möglichst hoch erhitzt wird (jedoch ohne vom Zustand des pulverförmigen, fluiden Feststoffes in einen Zustand verringerter Fluidität durch beginnende Kornvergröberung und eventuelle Schmeizphasenbildung überzugehen). Das besondere Problem bei der Gestaltung einer solchen Vorbrennzone liegt darin, daß eine außerordentlich gleichmäßige Zufuhr des Brennstoffes zum Gut erforderlich ist, um ein Oberbrennen einzelner Gutte'ichen (und alle damit verbundenen Nachteile, wie Anbackungen, Agglomeratbildungen usw.) zu vermeiden.

Bei einem bekannten Verfahren wird diese Vorbrennzone durch eine von· Brennern unmittelbar beheizte Wirbelschicht gebildet, aus der das Gut in den Drehrohrofen gelangt En anderes bekanntes Verfahren verwendet eine Brennkammer mit tangentialem Ein- und Austritt von Gut und Brennstoff. Der Nachteil dieser bekannten Lösungen liegt in den erheblichen Investitionskosten der Vorbrennzone, durch die ein beachtlicher Teil der am Drehrohrofen ermöglichten Ersparnis wieder verlorengeht

Bei einem weiteren bekannten Verfahren dieser Art ist als Vorbrennzone eine Zyklonbrennkammer vorgesehen, der von einem Ventilator ein gesonderter Gasstrom zugeleitet wird, wobei sich die Abgase dieser Zyklonbrennkammer in einer vom Drehrohrofen zum untersten Zyklon des Vorwärmers führenden Leitung mit den Abgasen des Drehrohrofens vereinigen. Das aus dem zweituntersten Zyklon des Vorwärmers ausgetragene Gut und der Brennstoff werden in diese Zyklonbrennkammer gesondert eingeführt Es bildet sich infolgedessen in dieser Brennkammer eine Flamme aus, deren Wärme teils durch Strahlung, teils durch Kontaktberührung auf die einzelnen Gutteilchen übertragen werden muß.

Nachteilig ist bei diesem bekannten Verfahren (abgesehen von dem durch die zusätzliche Verwendung einer Zyklonbrennkammer und der zugehörigen Einrichtungen bedingten anlagentechnischen Aufwand) vor allem die ungünstige Wärmeübertragung von der durch den Brenner in der Zyklonbrennkammer erzeugten Flamme auf die einzelnen Gutteilchen, zumal hierfür nur eine ganz kurze Zeitspanne zur Verfügung steht und ein erheblicher Teil des durch ein Fallrohr in die Zyklonbrennkammer eingeführten Gutes sofort vom Gasstrom wieder aus der Kammer ausgetragen wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art unter Vermeidung der geschilderten Nachteile dahin zu verbessern, daß ohne anlagentechnischen Mehraufwand eine besonders wirksame Wärmeübertragung von dem zusätzlich zugeführten Brennstoff auf das bereits vorgewärmte Gut erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Brennstoff dem Gutstrom an einer Stelle zugesetzt wird, an der dieser Gutstrom in den vom Drehrohrofen kommenden, den Vorwärmer durchströmenden Gasstrom eintritt, wobei die Zugabe des Brennstoffes zum Gutstrom erfolgt, ehe sich dieser vollständig im Gasstrom aufgelöst hat

Da der Brennstoff dem Gutstrom an einer Stelle zugesetzt wird, an der dieser Gutstrom in den vom Drehrohrofen kommenden, den Vorwärmer durchsetzenden Gasstrom eintritt, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die ohnehin vorhandene Gasleitung zwischen dem Drehrohrofen und dem Vorwärmer als Brennraum ausgenutzt, so daß durch diese Brennzone keine nennenswerten zusätzlichen Investitionskosten entstehen.

Bei den der Erfindung zugrunde liegenden Versuchen wurde nun festgestellt daß eine weitgehende gleichmäßige Mischung des vorgewärmten Gutes mit dem feinverteüten Brennstoff die wichtigste Voraussetzung dafür ist, daß beim anschließenden Brennvorgang eine große Wärmeenergie auf das Gut übertragen werden kann, ohne daß einzelne Gutteüchen überhitzt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch

ίο Zugabe des Brennstoffes in den noch nicht vollständig im Gasstrom aufgelösten Gutstrom dafür gesorgt, daß zumindest unmittelbar bei der Zugabe des Brennstoffes noch keine Verbrennungsbedingungen vorliegen. Erst wenn sich anschließend der mit dem Brennstoff gemischte Gutstrom in dem Gasstrom auflöst, werden durch die dann verringerte Gutkonzentration und erhöhten Sauerstoffzutritt zum Brennstoff Verbrennungsbedingungen geschaffen. Da der Brennstoff dem noch nicht im Gasstrom aufgelösten Gutstr-om zugesetzt wird, setzen sich die einzelnen Brennstoffpartikel vorzugsweise unmittelbar an den Gutteilchen fest und werden auf diese Weise bei der Auflösung des Gutstromes gleichmäßig über den ganzen Querschnitt der Gasleitung verteilt Bei Zugabe von öl als Brennstoff werden beispielsweise die einzelnen Gutteilchen mit einem Ölfilm überzogen, ehe Gut und Brennstoff in den Gasstrom gelangen, in dem Verbrennungsbedingungen herrschen. Indem auf diese Weise der Brennstoff unmittelbar an den einzelnen Gutteilchen verbrennt, erreicht man eine Wärmeerzeugung direkt am Wärmeverbraucher und damit eine optimale Wärmeübertragung vom Brennstoff auf das Gut

Die Sauerstoffkonzentration der der Brennzone zugeführten Gase liegt zweckmäßig zwischen 5 und 14%,

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

Für die Art der Zugabe des Brennstoffes zum Gutstrom bestehen verschiedene Möglichkeiten. Gegenüber einem einfachen Aufsprühen des Brennstoffes auf den Gutstrom ist es im allgemeinen jedoch vorteilhaft, die Brennstoff-Zuführstelle im Gutstrom anzuordnen, um auf diese Weise eine innige Vermischung von Brennstoff und Gutteilchen zu erzwingen, ehe der Brennstoff mit Sauerstoff in der Gasleitung in Berührung kommt.
Die Zuführung des Brennstoffes kann grundsätzlich im Gleichstrom oder im Gegenstrom zur Guteinführung erfolgen. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Lösung erwiesen, bei der die Mündung der Brennstoffzuleitung etwa in Bewegungsrichtung des Gutstromes gerichtet ist.

Diese und zahlreiche weitere Merkmale der Erfindung, die Gegenstand der Unteransprüche sind, werden nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Teile einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 11-11 der F i g. 1, F i g. 3 eine Schemadarstellung eines zweiten Aus-

führungsbeispieles.

Die nur teilweise veranschaulichte Anlage enthält in F i g. 1, einen aus einer Anzahl von etagenweise übereinander angeordneten Zyklonen und Wirbelkammern gebildeten Vorwärmer 1, von dem 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.

In der Gutleitung 6 ist eine Brennstoffzuleitung 9 angeordnet, die in Form einer herausziehbaren Lanze ausgebildet ist Die Mündung 9a dieser Brennstoffzuleitung 9 ist in Bewegungsrichtung (Pfeil 10) des Gutstromes gerichtet und liegt in der Nähe der Einmündung (öffnung 7) der Gutleitung 6 in die Gasleitung 5. Die Mündung 9a der Brennstoffzuleitung 9 ist damit im normalen Betrieb vom Gutstrom überdeckt

Unterhalb des brückenförmigen Verteilerorgans 8 sind zur Stabilisierung der Brennzone einige Hilfsbrenner 11 vorgesehen, deren Lage und Richtung beispielsweise so gewählt sein kann, daß der von diesen Hilfsbrennem zugeführte Brennstoff in Form einer horizontalen Drallströmung in die Gasleitung 5 eingetragen wird.

Oberhalb der Eintiagsöffnung 7 sind in der Gasleitung 5 als Sicherung für Störungsfälle zwei weitere Hilfsbrenner 12 vorgesehen.

Zur Anlage gehören weiterhin Einrichtungen zur gegenseitigen Verriegelung der Brennstoff- und Gutzufuhr.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Anlage dürfte ohne weiteres verständlich sein:

Das in den oberen Etagen des Vorwärmers bereits hoch vorgewärmte Gut wird über die Gutleitung 6 in die Gasleitung 5 eingetragen. Dem eintretenden, noch verhältnismäßig dichten Gutstrom wird dabei über die Brennstoffzuleitung 9 flüssiger oder fester Brennstoff in feinverteilter Form zugesetzt. Beim Eintritt in die Gasleitung 5 und insbesondere beim Aufprall auf das Verteilerorgan 8 löst sich der Gutstrom auf. Die einzelnen Gutteilchen werden dann von dem Gasstrom, der die Gasleitung 5 von unten nach oben durchsetzt, mitgenommen und den Zyklonen 2 und 3 zugeführt Im Bereich des Verteilerorgans 8 bildet sich eine Brennzone aus, die sich über den ganzen Querschnitt der Gasleitung 5 erstreckt und deren Lage durch die Hilfsbrenner 11 stabilisiert wird. Das Gut wird auf diese Weise hoch vorerhitzt, ehe es — nach Abscheidung in den Zyklonen 2 und 3 — dann in den Drehrohrofen 4 gelangt.

Für die Zuführung des Brennstoffes zum Gutstrom in der Gutleitung 6 bestehen selbstverständlich in technischer Hinsicht zahlreiche Möglichkeiten. So kann man beispielsweise die Brennstoffzuleitung 9 mit mehreren in Längsrichtung verteilt angeordneten Düsen versehen. Man kann ferner die Lage der Mündung 9a der Brennstoffzuleitung 9 verstellbar machen, um die Betriebsbedingungen optimal einzustellen.

F i g. 3 zeigt in schematischer Form ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem. der Vorwärmer 13 durch einen vertikalen Gegenstromschacht gebildet wird, der in Abständen übereinander mehrere Querschnittsverengungen (z. B. 14, 15) mit darüber befindlichen trichterartigen Konusflächen (z. B. 16) aufweist.

In den untersten Teil dieses Schachtes 13 werden die Abgase des Drehrohrofens 17 eingeführt

Im Bereich der Konusfläche 16 der untersten Querschnittsverengung 14 des Schachtes 13 sind als Brennstoff-Zuführungen mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte, verstellbar«: Lanzen 18 angeordnet, deren Mündungen 18a etwa auf dem Durchmesser der Querschnittsverengung 14 liegen.

Im Betrieb der Anlage strömen die Abgase des Drehrohrofens 17 von unten nach oben durch den Gegenstromschacht; ihre Geschwindigkeit ist dabei im Bereich der Querschnittsverengungen jeweils größer als im Bereich der weiteren Bereiche des Schachtes. Das von eben zugeführte Gut wird in den zwischen aufeinanderfolgenden Querschnittsverengungen befindlichen Schachtzonen jeweils aus der turbulenten Gasströmung ausgeschieden und rutscht dann zum großen Teil längs der Konusflächen (z. B. 16) der nächsten Querschnittsverengung zu. Bricht dann dieser Gutstrom durch die Querschnittsverengung durch, so gelangt er erneut in den aufsteigenden Gasstrom, in dem er sich wieder auflöst

Erfindungsgemäß wird nun dem Gutstrom, der längs der Konusfläche 16 der Querschnittsverengung 14 des Gegenstromschachtes zuströmt Brennstoff (insbesondere flüssiger oder fester Brennstoff) in feinverteilter Form zugesetzt, so daß sich Brennstoff und Gut im Bereich der Querschnittsverengung intensiv und gleichmäßig miteinander mischen, ehe dann (nach der anschließenden Auflösung des Gutstromes im Bereich unterhalb der Querschnittsverengung) die Verbrennung stattfindet und damit das Gut vor seinem Eintritt in der Drehrohrofen 17 weiter hoch erhitzt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche: 23 3 519

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, wie Zementrehmehl, das in einem Vor- S wärmer mit den heißen Abgasen eines Drehrohrofens vorgewärmt und erhitzt und dann im Drehrohrofen fertiggebrannt wird, wobei das in wenigstens einer Zone des Vorwärmers bereits vorgewärmte Gut nach Abscheidung aus dem Gasstrom ίο wieder in Form eines dichten Gutstromes unter der Wirkung seines Eigengewichts in eine tiefer Hegende Zone des Vorwärmers eingeführt wird, in der sich der Gutstrom wieder im entgegengerichteten Gasstrom auflöst, dadurch gekennreichnet, daß dem Gutstrom vor seiner vollständigen Auflösung im Gasstrom Brennstoff in feinverteilter Form zugesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoff-Zuführstelle im Gutstrom angeordnet ist

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoff-Konzentration der der Brennzone zugeführten Gase zwischen 5 und 14%, vorzugsweise zwischen 8 und 12% liegt. *s

4. Verfuhren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoff-Konzentration in den Abgasen des Drehrohrofens auf mindestens 2,5% eingestellt wird, daß vorzugsweise jedoch nahezu die gesamte in der Brennzone benötigte Sauerstoffmenge durch die Abgase des Drehrohrofens zugeführt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, bei der der Vorwärmer aus mehreren etagenweise übereinander angeordneten Zyklonen und Wirbelkammern besteht und in die vom Drehrohrofen zu den Zyklonen der untersten Etage führende Gasleitung die Gutaustragsleitung einer die nächsthöhere Etage bildenden zentralen Wirbelkammer einmündet, dadurch gekennzeichnet, daß de Brennstoff-Zuleitung (9) in der genannten Gutaustragsleitung (6) derart angeordnet ist, daß die Mündung (9a) der Brennstoffzuleitung vom Gutstrom überdeckt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung fta)der Brennstoffzuleitung (9) in Bewegungsrichtung des Gutstromes gerichtet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung ßa) der Brennstoffzuleitung (9) in der Nähe der Einmündung der Gutaustragsleitung (6) in die Gasleitung (5) liegt.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der zur Auflösung des Gutstromes in der Gasleitung ein Verteilerorgan angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dicht unterhalb des Verteilerorgans (8) zur Stabilisierung der Brennzone dienende Hilfsbrenner (11) vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitung (5) oberhalb der Einmündung (7) des Gutstromes mit wenigstens einem weiteren, als Sicherung für Störungsfälle dienenden Hilfsbrenner (12) versehen ist.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur gegenseitigen Verriegelung der Brennstoff- und Gutzufuhr.

1». Vorrichtung gnach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dgg die Brennsioffzuleitung (9) durch eine aus def öt^ustragsleitung (6) herausziehbare Lanze gebildet wjrdl

12. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenustoffzuleitung (9) mehrere üi Längsrichtung verteilt angeordnete Düsen aufweist

!3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, bei der der Vorwärmer durch einen vertikal angeordneten Gegenstromschacht gebildet wird, der in Abständen übereinander mehrere Querschnittsverengungen mit darüber befindlichen trichterartigen Konusflächen aufweist, über die das aus dem Gasstrom abgeschiedene Gut der Querschnittsverengung zufließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoff-Zuführstelle im Bereich der Konusfläche der untersten Querschnittsverengung des Gegenstromschachtes angeordnet ist

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Konusfläche der untersten Querschnittsverengung des Schachtes als Brennstoffzuführungen mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte, verstellbare Lanzen angeordnet sind, deren Mündungen vorzugsweise etwa auf dem Durchmesser der Querschnittsverengung liegen.