DE2324519C3 - Verfahren und Vorrichtungen 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 hei/'sn 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

■»5 Wirkung seines Eigengesichts in eine tiefer liegende Zone des Vorwärmers eingeführt wird, in der sich der Gutstrom wieder im entgegengerichteten Gasstrom auflöst und wobei dem bereits in mehreren Zonen des Vorwärmers durch die heißen Abgase des Drehrohrofens vorgewärmten Gutstrom vor seiner erneuten vollständigen Auflösung im Gasstrom Brennstoff in verteilter Form zugesetzt wird.

Die Erfindung betrifft ferner Vorrichtungen 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 mhereren 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 Investitionsko-

sten 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 pulverförmiger fluiden Feststoffes in einem Zustand verringerter Fluidität durch beginnende Kornvergröberung und eventuelle Schmelzphasenbildung 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 Gutteilchen (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 Ein anderes bekanntes Verfahren verwendet eine Brennkammer mit tangentäalern 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

Ein weiteres bekanntes Verfahren, das den Prozeß der Zementherstellung mit einem thermischen Zersetzungsprozeß für kohlenwasserstoffhaltige öle zu einem gemeinsamen Herstellungsverfahren kombiniert, führt das in einem Zyklonvorwärmer vorgewärmte Zementrohmaterial zunächst in einen Zersetzungsturm, dem auch die kohlenwasserstoffhaltigen Öle zugeleitet werden. Die dabei entstehenden Zersetzungsgase werden abgeschieden, während das mit den kohlenstoffhaltigen Rückständen beladene Zementrohmaterial hierdurch weiter erhitzt und dann dem Drehrohrofen zugeleitet wird. Auch ein derartiges Verfahren ist somit durch den benötigten zusätzlichen Zersetzungsturm nicht geeigne., die Anlagekosten zu senken.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren ist als Vorbrennzone eine Zyklonenbrennkammer 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 Zyklonbrennkammeir 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.

Es ist schließlich auch schon vorgeschlagen worden, das in einem Zyklonvorwürmer vorerhitzte Rohmaterial vor Einführung in den Drehrohrofen mit Brennstoff zu vermischen und einer Kalzinierungskammer zuzuführen, die durch die Erweiterung eines Schachies gebildet wird, dem von unten her ein sauerstoffhaltiger Gasstrom, insbesondere Kühlerabluft, zugeleitet wird. In dieser Kammer, in der die Suspension von Gut und Brennstoff Wirbelströme bilden soll, stellt sich eine verhältnismäßig hohe Gut-Gas-Konzentration ein, die zur weitgehenden Verbrennung des Brennstoffes einen entsprechend hohen Sauerstoffgehalt des Gasstromes erfordert Bei diesem Verfahren erfolgt demgemäß die Verbrennung des zusätzlich eingeführten Brennstoffes im wesentlichen mit Hilfe von Kühlerabluft und in einer besonderen Kalzinierungskammer, was wärmewirtschaftliche Nachteile und einen anlagentechnischen Mehraufwand mit sich bringt

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 Wärmeübert igung von dem zusätzlich zugeführten Brennstoff au' 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 die vom Drehrohrofen zum Vorwärmer führende, von den Abgasen des Drehrohrofens durchsetzte Gasleitung eintritt

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit die ohnehin vorhandene Gasleitung zwischen dem Drehrohrofen und dem Vorwärmer als Brennraum ausgenutzt, so daß durch diese Brennzone keine zusätzlichen Investitionskosten entstehen. Da diese Gasleitung von den gesamten Abgasen des Drehrohrofens durchsetzt wird, erfolgt die Verbrennung des zusätzlichen Brennstoffes in wärmewirtschaftlich günstiger Weise, während Gut und Brennstoff in einem Gasstrom hoher Temperatur, nämlich im Oferobgasstrom, aufgelöst sind. Sorgt man für eine weitgehend gleichmäßige Mischung des vorgewärmten Gutes und des feinverteilten Brennstoffes, noch ehe sich der Gutstrom vollständig im Gasstrom auflöst, so 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. Man erreicht damit 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 Sauer·'.cffkonzentration in den Abgasen des Drehrohrofens zweckmäßig auf mindestens 2,5% (also über den üblichen O2-Geha!t) eingestellt, so daß nur d;e 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 Sauerstoffmünge durch die Abgase des Drehrohrofens zuführen.

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 Erfin-

dung, die Gegenstand der Unteransprüche sind, werden nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. I 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 Fig. 1,

F i g. 3 eine Schemadarstellung eines zweiten Ausführurigsbeispiels.

Die nur teilweise veranschaulichte Anlage enthält in Fig. I. einen aus einer Anzahl von etagenweise übereinander angeordneten Zyklonen und Wirbelkammern gebildeten Vorwärmer I. 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.

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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

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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 Gutleitiing 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 Giltleitung 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 Il vorgesehen, deren Lage und Richtung beispielsweise so gewählt sein kann, daß der von diesen Hilfsbrennern zugeführte Brennstoff in Form einer horizontalen Drallströmung in die Gasleitung 5 eingetragen wird.

Oberhalb der Eintragsoffnung 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 Fern zugesetzt. Beim Eintritt in die Gasleitung 5 und insbesondere beim Aufprall auf das Verteilerorgan 8 löst s^ch der Gutstrom auf. Die einzelnen Gutteilchen werden dann von dem Gasstrom, der die Gasleitung 5 von unten nach oben durchsetzt.

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 Umfap , verteilte, verstellbare 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 oben 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 (na^.i der anschließenden Auflösung des Gutstromes im Bereich unterhalb der Querschnittsverengung) die Verbrennung stattfindet und damit das Gut vor seinem Eintritt in den Drehrohrofen 17 weiter hoch erhitzt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche;

1. 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 dem bereits in mehreren Zonen des Vorwärmers durch die heißen Abgase des Drehrohrofens vorgewärmten Gutstrom von seiner erneuten vollständigen Auflösung im Gasstrom Brennstoff in feinverteiler Form zugesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff dem Gutstrom an einer Stelle zugesetzt wird, an der dieser Gutstrom in die vom Drehrohrofen zum Vorwärmer führende, von den Abgasen des Drehrohrofens durchsetzte Gasleitung eintritt.

2. 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

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoff-Konzentration in den Abgasen des I/rehrohrofens auf mindestens 2,5% eingestellt wird, daß vo:-zugsw^ise jedoch nahezu die gesamte in der Brennzon« benötigte Sauerstoffmenge durch die Abgase de Drehrohrofens zugeführt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 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 Gutaustragsieitung einer die nächsthöhere Etage bildenden zentralen Wirbelkammer einmündet, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoff-Zuleitung (9) in der genannten Gutaustragsieitung (6) derart angeordnet ist, daß die Mündung (9a) der Brennstoff-Zuleitung vom Gutstrom überdeckt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (9a) der Brennstoff-Zuleitung (9) in Bewegungsrichtung des Gutstromes gerichtet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (9a) der Brennstoff-Zuleitung (9) in der Nähe der Einmündung der Gutaustragsleitung (6) in die Gasleitung (5) liegt.

7. 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.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, 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.

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

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoff-Zuleitung (9) durch eine aus dar Gutaustragsieitung (6) herausziehbare, Lanze gebildet wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 4, tiddurch gekennzeichnet, daß die Brennstoff-Zuleitung (9) mehrere in Längsrichtung verteilt angeordnete Düsen aufweist

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 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

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß im Bereich der Konusfläche der untersten Querscfcaittsverengung des Schachtes als Brennstoff-Zuführungen mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte, verstellbare Lanzen angeordnet sind, deren Mündungen vorzugsweise etwa auf dem Durchmesser der Querschnittsverengung liegen.