DE2558506C2

DE2558506C2 - Verfahren zur thermischen Behandlung von staubförmigem Gut, insbesondere zum Brennen von Zement in mehreren Stufen

Info

Publication number: DE2558506C2
Application number: DE2558506A
Authority: DE
Inventors: Kunibert Dipl.-Ing. Brachthäuser; Horst 5210 Troisdorf Herchenbach; Hubert Dipl.-Ing. 5060 Bensberg Ramesohl
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1975-12-24
Filing date: 1975-12-24
Publication date: 1982-03-11
Also published as: AT369719B; DK581176A; ES454327A1; US4249892A; BR7608538A; ATA957876A; DE2558506A1; GB1573010A; FR2336650B1; IT1066676B; JPS5281329A; FR2336650A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von staubförmigem Gut, insbesondere zum Brennen von Zement in mehreren Stufen, wobei das Gut in einem Vorwärmer vorerhitzt und in einem Ofen gesintert und vor Eintritt in diesen Ofen in einer gesonderten Stufe einem Brennprozeß im Gleichstrom in einem heißen Gasstrom unterzogen wird.

Bei der Herstellung von Zement, Tonerde, Kalk, Dolomit oder dergleichen erfolgt die Wärmebehandlung des feinkörnigen Rohmehls beispielsweise in der Weise, daß der aufbereitete Rohstoff zunächst einem aus mehreren übereinander geschalteten Zyklonen bestehenden Schwebegaswärmetauscher aufgegeben wird, wobei die Rohstoffteilchen im Gegenstrom durch die in den Zyklonen aufsteigenden heißen Abgase eines Drehrohrofens vorgewärmt und bis zu einem bestimmten Grad entsäuert werden, ehe sie in den Drehrohrofen eingetragen und in diesem fertig gebrannt werden. Da bei diesem herkömmlichen Verfahren nahezu die gesamte thermische Energie dem Drehrohrofen zugeführt wird, ist bei hohen Durehsatzleismngen durch eine ungleiche Wärmeverteilung im Drehrohrofen der thermische Wirkungsgrad und die Leistungsfähigkeit des Ofens begrenzt und die Standdauer der feuerfesten Steine in der Brennzone merklich verkleinert. Um den Drehofenquerschnitt und/oder die Ofenlänge kleiner dimensionieren zu können, ist bereits versucht worden, den wärmeverbrauchenden Niedertemperaüirprozeß

der Kalzinierung des Rohmehls in einer zwischen dem

Vorwärmer und dem Drehrohrofen angeordneten Vorbrennzone vorzunehmen. Dies setzt voraus, daß in der Vorbrennzone eine innige Vermischung von Brennstoff und Rohmaterial stattfindet, so daß zur Kalzinierung des Rohmehls die Wärme des Brennstoffs auf die einzelnen Rohmehlpartikel abgegeben werden kann.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 23 61 427 ist

ίο eine Vorbrennzone bekannt, die schachtartig ausgebildet ist und eine seitlich am Schacht angeordnete Mischzone für die gesonderte Zufuhr von Brennstoff und Zementrohmaterial enthält. Die Mischung von Brennstoff und Zementrohmaterial wird dann mit dem im Schacht aufwärts strömenden sauerstoffhahigen Gasstrom eines Drehrohrofens in Berührung gebracht. Allerdings ist bei einer solchen Anordnung im Zuleitungsrohr keine gleichmäßige Vermischung zu erwarten, da erfahrungsgemäß dort eine innige Vermischung nur mit Hilfe mechanischer Vermischer stattfinden kann. Ein weiterer Nachteil der Vermischung von Brennstoff und Rohmeh'i vor der Aufgabe in den Gasstrom ist darin zu sehen, daß sich unerwünschte chemische Reaktionen zwischen dem Brennstoff und dem beispielsweise alkalihaltigen oder schwefelhaltigen Rohmaterial ergeben, die sich auf den gesamten Brennprozeß ungünstig auswirken.

Aus der deutschen Olfenlegungsschrift 23 24 519 ist bekannt, die Gutaustragsleitung des über dem untersten

m Zyklon eines Vorwärmers angeordneten Zyklons in eine zwischen Vorwärmer und Drehofen angeordnete Brennzone zusammen mit einer Brennstoffzuleitung derart einzuführen, daß die Mündung der Brennstoffzuleitung vom Gutstrom überdeckt wird. Auch bei dieser Anordnung wird sich keine gleichmäßige Verteilung der Materialmengen einstellen, so daß an bestimmten Stellen in der Brennzone die Rohmaterialkonzentration so hoch ist, daß dort schlechte Verbrennungsbedingungen herrschen, während an anderen Stellen die Rohmaterialkonzentration verhältnismäßig gering ist, so daß es an diesen Stellen zu besonders hohen Temperaturspitzen mit der Folge von Überbrennungen der Gutteilchen kommen wird. Beginnende Kornvergröberung und Schmelzphasenbildung werden daher die Fließfähigkeit des Rohmaterials erheblich beeinträchtigen und zu Störungen der Gesamtanlage führen. Aus der deutschen Offenlegungsschrift 23 65 653 ist bei einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut mi' einem von Abgasen eines Drehrohrofens durchströmten Vorwärmschacht eine zusätzliche Brennzone vorgesehen, durch die das Gut zweimal, einmal abwärts fallend und einmal aufsteigend, hindu.chgeführt wird. Um dies zu erreichen, darf die Gasgeschwindigkeit nicht zu groß sein. Sie soll in der Brennzone oberhalb etwa 7 m/sec. liegen. Diese Geschwindigkeitsangabe für die heißen Gase liegt im heute üblichen Bereich, wonach die Strömungsgeschwindigkeit der Heißgase bei 7 bis 20 m/sec. angesetzt werden. Eine gleichmäßige Vermischung von Brennstoff und Gut im Vorwärmschacht und damit eine gleichmäßige Wärmebehandlung des Gutes wird jedoch nicht erzielt, da in der Brennzone die aufströmenden Gase die Gutsträhnen nicht auflösen können und der Brennstoff die Wärme an die äußeren Gutteilen der Strähnen

(Ti abgibt, so daß einzelne Teilchen zu hoch und andere zu wenig erhitzt werden. Außerdem stellen sich hierbei unerwünscht hohe Abgastemperaturen ein, da die auf die Menge des Rohgutes abgestellte theoretische

Brennstoffmenge zum Teil ihre Wärme zur Dissoziation der Rohmehlpartikel nicht abgeben kann und den Heißgasstrom unerwünscht stark aufheizt.

Aus der DE-OS 23 61 006 ist ein weiteres Verfahren zur Wärmebehandlung von Zementrohmehl bekannt, das in einem Vorwärmer mit den heißen Abgasen eines Drehrohrofens vorgewärmt, trhitzt und dann im Drehofen fertiggebrannt und anschließend gekühlt wird. Die in Gutdurchsatzrichtung vor dem Drehrohrofen angeordnete gesonderte Kalzinierstufe besteht aus einem sich nach oben erweiternden, senkrecht ungeordneten Schacht, in dem Heißluft aus dem Sinterkühler und heiße Abgase aus dem Drehrohrofen miteinander vermischt werden. Dieses Heißgasgemisch wird von unten durch eine düsenartige Verengung in den senkrechten Schacht eingeführt und strömt im Gegenstrom zum zu kalzinierenden Material durch den Kalzinierschacht von unten nach oben. In den oberen Bereich des sich erweiternden Schachtes wird das vorgewärmte Zementrohmehl und Brennstoff eingegeben. In diesem Bereich muß die Gasgeschwindigkeit soweit reduziert sein, daß sich quasi eine Flugstaubwolke einstellt, in der Brennstoff und Zementrohmehl miteinander reagieren sollen. Die Gasgeschwindigkeit muß dort also erheblich unter 10 m/sec. betragen, damit Brennstoff und Gut nicht aus dem Kalzinierschacht ausgetragen werden und erst in dem Vorwärmer miteinander reagieren. Infolge der düsenartigen Schachtverengung und der dortigen relativ hohen Gasgeschwindigkeiten soll das in dem Kalzinierschachi behandelte Gut lediglich so lange gestaut werden, bis die Konzentration des staubförmigen Gutes so hoch geworden ist, daß es schwallartig aus dem Schacht ausgetragen und in den Drehrohrofen gelangt. Da in der Kalzinierzone nur geringe Aufströmgeschwindigkeiten herrschen, werden Rohmehlsträhnen nicht aufgelöst werden können.

Der zugeführte Brennstoff gibt lediglich seine Wärme an die äußeren Rohmehlteilchen der Strähnen ab, so daß diese teils zu hoch und teils zu wenig erhitzt werden. Da der Wärmeübergang von dem oxidierenden Brennstoff auf die Rohmehlteilchen nicht in der erforderlichen Intensität stattfindet, wird ein großer Tsil des Brennstoffs im Vorwärmer ausbrennen, so daß eine erhöhte Abgastemperatur und erhöhte Wärmeverluste die Folge sind.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht unter Vermeidung der Mangel der bekannten Verfahren darin, die Wärmebehandlung des Zementrohmehls nach dem Gleichstrom-Wärmetausch-Prinzip in !er gesondenen Kalzinierstufe zu verbessern und Brennstoff und Zementrohmehl und die sauerstoffhaltigen Heißgase in dieser Stufe so innig miteinander zu vermischen, daß die einzelnen Brennstoffteilchen unmittelbar den einzelnen Rohmehlpartikeln zugeordnet werden und bei der nachfolgenden Verbrennung des Brennstoffs ein gleichmäßiger Wärmeübergang auf das Rohmaterial gewährleistet wird und eine durchgreifende und schnelle Kalzinierung des Zementrohmehls durch optimale Prozeßführung stattfindet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Geschwindigkeit des heißen Gasstromes zum Zeitpunkt des Einbringens von staubförmigem Gut und/oder Brennstoff auf 25 bis 40 m/sec. eingestellt wird.

Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß durch diese Maßnahme eine wesentlich bessere Vermischung von Brennstoff. Zementrohmehl und dem zur Verbrennung erforderlichen Sauerstoff erfolgt, so

daß die einzelnen Brennstoffteilchen unmittelbar den Rohmehlpartikeln zugeordnet werden und ein optimaler Wärmeübergang von dem oxidierenden Brennstoff auf die Rohmehlpartikel erfolgt.

Auf diese Weise werden partielle Überbrennungen des Rohmehls und deren schädliche Folge, wie beispielsweise Entstehung von geschmolzenen Massen und einem Zusammenbacken der Gutteilchen, wodurch die Fließfähigkeit und Dispergierfähigkeit des Rohmehls im Gasstrom erheblich verschlechtert werden, vollständig vermieden. Die mit hoher Geschwindigkeit von 25 bis 40 m/sec. aufströmenden heißen Gase verwirbeln in dem gasführenden Abgasrohr zwischen Sinterofen und Vorwärmer so stark, daß das in den Gasstrom eingeführte Rohmehl sofort und ohne jede Strähnenbildung auseinandergerissen und feindispergiert wird und nahezu verzögerungsfrei vom Gasstrom mitgenommen wird. Der in die Gasströmung hoher Turbulenz eingeführte Brennstoff wird ebenfalls von der turbulenten Strömung der heißen Gase sofort fein verteilt und stark verwirbelt, so daP die einzelnen Brennstoffteilchen auf einzelne in feindispergierter Form vorliegende Brennstoffpartikel treffen, und sich bei dem folgenden Brennprozeß ein optimaler Wärmeübergang auf die Rohmehlpartikel einstellt.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Hochgeschwindigkeitszone der Gasströmung etwa in der Ebene der Gutzuführung beginnt und so lang ist wie die Ausbrennstrecke der in die Brennstufe zugeführten Brennstoffe. Durch diese Maßnahme wird die turbulente Heißgasströmung über eine sehr große Länge aufrechterhalten und es wird gewährleistet, daß die feindispergierten Brennstoffteilchen mit den Rohmehlpartikeln über einen sehr großen Zeitraum miteinander in Berührung kommen können, so daß sie auch am Ende der Ausbrennstrecke mit dem Sauerstoff des Heißgases reagieren können. Hierdurch wird mit Sicherheit erreicht, daß der gesamte in die gesonderte Brennstufe eingeführte Brennstoff oxidiert 'ind s?ine Wärme noch innerhalb der Ausbrennstrecke zur Kalzinierung des Rohmehls abgeben kann. Der spezifiche Brennstoffverbrauch für den gesonderten Brennprozeß wird somit verringert, die Abgasverluste gering gehalten und der Wärmebedarf der Gesamtanlage verbessert.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Gut in einer von der Richtung des Gasstromes stark abweichenden Richtung vorzugsweise etwa in einem Winkel von 90° bis 180° zur Richtung des Gasstromes in diesen eingeführt wird. Durch diese Maßnahme wird die feine Dispersion des Rohmehls in der turbulenten Gasströmung noch weiter verbessert, insbesondere dann, wenn das Rohmehl mit bestimmter Geschw'ndigkeitsenergie in den Gasstrom eingeführt wird, so daß beim Aufeinandertreffen von Rohmehl und turbulenter Gasströmung das Rohmehl schlagartig auseinandergerissen und in der Gasströmung dispergiert wird. Auch wird durch diese Maßnahme erreicht, daß das Rohmeh! den Gasstrom gleichmäßig tief durchsetzt und sofc.t über den Querschnitt des die Gasströmung führenden Abgasrohres gleichmäßig verteilt wird.

In einer weitergehenden Ausgestaltung de.· Erfindung isl vorgesehen, daß der Heißgasstrom zusammen mit dem für den gesonderten Brennprozeß erforderlichen Sauerstoff unmittelbar aus dem Sinterofen gezogen wird. Hierdurch wird in einfacher Weise und ohne zusätzlichen apparativen Aufwand der erforderliche

Sauerstoff in die Brennstufe eingeführt und darüber hinaus erreicht, dall clic evotherinc Hochtemperatur/" nc im .Sinterofen beispielsweise einem Drehofen, ohne in der Leistungsfähigkeit beeren/l zu werden, entlastet und die Standdauer der feuerfesten Ofenauskleidung dieser Ofenzone erheblich verlängert wird, wobei die Sintertemperatur nicht unter die für eine vollständige Sinterung erforderliche Grenztemperatur absinkt.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der für den gesonderten Brennpro/eß erforderliche Sauerstoff im Bereich der Hochgeschwindigkeitszone des Gasstromes diesem gesondert zugeführt wird. Durch diese Maßnahme kann die für den gesonderten Brennprozeß erforderliche Verbrennungsluft aus dem dem Ofen nachgcschaltetcn Kühler entnommen werden. Damit kann der Drehofen kleiner und kompakter gestaltet werden, gleichwohl kann gewährleistet werden, daß das in den Ofen eintretende feine Rohmehl von der Gasströmung nicht wieder in den Vorwärmer getragen wird.

Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert

Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt im einzelnen, daß vor einem Drehrohrofen I. dessen Einlaufende verkleinert dargestellt ist. sich die Einlaufkammer 2 befindet, in die die Gutzuführung ί aus dem untersten Zyklon 4 eines Schwebegaswärmetauschers einmündet. Oberhalb des Zyklons 4 befindet sich eine Gasableitung 5 mit Gutzugabe, die zu dem nächst höheren Zyklon 6 des Vorwärmers führt. Vorteilhafterweise verläuft eine im wesentlichen vertikal ausgerichtete Abgasleitung 7 /wischen der Einlaufkammer 2 des Drehofens I und der aus mehreren Zyklonen bestehenden Einrichtung /um Vorwärmen des zu behandelnden Zemcntrohmehls, in die zweckmäßigerweise die Gutzufuhrleitung 8 aus dem Zyklon 6 und eine Brennstoffzufuhreinrichtung 9 einmündet. Die Brennstoffzufuhreinrichtung besteht zweckmäßigerweise aus einer oder mehreren im Bereich der Wandung der Abgasleitung 7 angeordneten Düsen, welche in der Nähe, im Ausführungsbeispiel jedoch oberhalb der Mündung der Gutzufuhrleitung 8 angeordnet sind. Unterhalb der Einmündungsstelle der Gut/ufuhrleitung 8 ist eine Prallvorrichtung 10 für das zu behandelnde Gut angeordnet, dessen verstellbarer Prallschieber 11 vorzugsweise senkrecht zur Richtung des aufsteigenden Gasstromes in die Abgasleitung 7 reicht. In der Höhe der Einmündungsstelle der Gutzufuhrleitung 8 mündet in die Abgasleitung 7 eine Luftleitung 12. die mit einem nicht näher dargestellten Kühler der Ofenanlage in bekannter Weise verbunden ist und den für den Brennprozeß erforderlichen Sauerstoff der gesonderten Brennstufe zuführt.

Verfahrensgemäß ergibt sich anhand des Ausführungsbeispieles der folgende Ablauf:

Das aus der Einlaufkammer 2 des Drehofens 1 austretende Heißgas strömt in die Gasleitung 7 mit einer Geschwindigkeit von 25 bis 40 m/sec. zum untersten Zyklon 4 des Wärmetauschers. Innerhalb der Abgasleitung treten hierdurch starke Turbulenzen auf. In diese turbulente Heißgasströmung wird vorgewärmtes Rohmehl aus dem Zyklon 6 des Wärmetauschers über die Gutzufuhrleitung 8, vorzugsweise mit erheblicher Geschwindigkeit in die Abgasleitung 7 und auf die Prallvorrichtung 10 so geleitet, daß der geschlossene Rohmehlstrom von dem verstellbar ausgebildeten Praüschieber 1! zerteilt wird und bis weit in die Abgasleitung 7 dringt In der Abgasleitung prallt dieses Rohmehl auf die stark turbulente Gasströmung und wird augenblicklich in der Stn-i¹.-'ing «euer aufgerissen und über ilen Querschnitt der Gasleitung 7 i'csehen glck'hiiiäf.lii! fein dispergicrt und sulort von der Gasströmung mit genommen.

■) Der in der I lohe der l\,nmündungsstelle der (iiitzufiihrlcitung 8 in die Abgasleitung 7 eingeführte Siiucrsii'iihaltigc Luftstrom des Kühlers der Brennanlage wird ebenfalls von der turbulenten heißen Abgasströmung sofort verwirbelt, so daß sich eint¹ ideale

in Vermischung von leindispergierten Rohmehlp.irtikeln und mit sauerstoff angereicherter Heißluft entsteht und diese in der Abgasleitung 7 turbulenzartig aufsteigend mit den feinverteilien Brennstol'fieilchen in Berührung kommt, wobei die Hrennsti ilfieilchen infolge dei innigen

;■ und häufigen Berührung nut ilen Rohmehlpartikoln diese gleichmäßig umgehen und infolge der intensiven Verwirbelung im saiierstoffhaltigen Ciasstrom ihre Wärme /ur Kal/ination an die Rohmohlpartikel vollständig abgeben.

.•ι. Da die turbulente Gasströmung etwa in der l-.bene der Gutzuführung beginnt und zumindest so lang wie die A.isbrennsirecke der /tigefülirten Brennstoffe ist. kann mit Sicherheit erreicht werden, dall der /ur Erreichung eines bestimmten Kal/ittationsgrades in die gesonderte

_■. Brennstufe eingeführte Brennstoff am Ende der Ausbrennstrecke seine Wärmeenergie vollständig an die Rohmehlpartikel und nicht an den Gasstrom abgegeben hat. Die zumindest teilweise kalzinierten Rohmehlpartikel werden dann im Zyklon 4 abgeschie-

,i den und von dort über die Rohmehlleitung 3 in den Drehofen 1 geleitet. Die aus dem Zyklon 4 über die GasaDleitung 5 in den hoher liegenden /.ykion 6 geleiteten heißen Gase werden zur Erwärmung des in den oberen Zyklonstufen des Wärmetauschers im

η Gegenstrom geführten Rohmehls weiterverwendet.

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde bei /wei

verschiedenen Anlagen zur Zementherstellung erprobt.

Hierzu wurde in einer Anlage A /ur Herstellung von

Zement, in der vom Drehrohrofen zum Zyklonwärmc-

4n tauscher führenden Abgasleitung eine zweite Brennstelle für einen gesonderten Brennprozeß angeordnet. In diese Brennstufe wurde vorgewärmtes Zementrohmehl aus dem Wärmetauscher geleitet und über Brennstoffzufuhreinrichtungen 20% der für den Gesamtherstellungsprozeß erforderlichen Brennstoffmenge eingedüst. Die Geschwindigkeit der aufsteigenden Heißgasströmung in dieser Brennstufe wurde auf 15 m/sec. eingestellt. Es wurde festgestellt, daß die aus dem Wärmetauscher austretenden Abgase wegen des

so ungenügenden Wärmeübergangs von Brennstoff auf die Rohmehlpartikel eine um etwa 20'C höhere Abgastemperatur aufwiesen, als unter Normalbedingurig. d. h. ohne zweite Brennstelle beobachtet wurde.

In einer Herstellungsanlage B wurde bei gleicher in

die gesonderte Brennstufe zugefeuerten Brennstoffmenge jedoch bei der erfindungsgemäßen Gasströ mungsgeschwindigkeit von etwa 30 m/sec. keine höhere Abgastemperatur gegenüber der Betriebsweise der Anlage ohne zweite Brennstelle festgestellt. Dies konnte darauf zurückgeführt werden, daß der eingedöste Brennstoff innerhalb der gesonderten Brennstufe seine Wärmeenergie infolge optimaler Vermischung mit den Rohmehlpartikeln und dem zur Verbrennung erforderlichen Luftsauerstoff vollständig auf das zu behandelnde Zementrohmehl abgeben konnte und keine unerwünschte Aufheizung der heißen Abgase erfolgte.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens

ist nicht nur auf das dargestellte Alisführungsbeispiel beschränkt, sondern es kann auch bei jeder anderen Vorbrenneinrichtung angewandt werden, die zwischen dem Sinterofen und dem Vorwärmer einer Brennanlage für feinkörniges Gut angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur thermischen Behandlung von staubförmigem Gui, insbesondere zum Brennen von Zement in mehreren Stufen, wobei das Gut in einem Vorwärmer vorerhitzt und in einem Ofen gesintert und vor Eintritt in diesen Ofen in einer gesonderten Stufe einem Brennprozeß im Gleichstrom in einem heißen Gasstrom unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des heißen Gasstromes zum Zeitpunkt des Einbringens von staubförmigem Gut und/oder Brennstoff auf 25 bis 40 m/sec. eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochgeschwindigkeitszone der Gasströmung so lang ist wie die Ausbrennstrecke der in die Brennstufe zugeführten Brennstoffe.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß das Gut in einer von der Richtung des Gasstromes stark abweichenden Richtung, vorzugsweise etwa in einem Winkel von 90°C bis 180°C zur Richtung des Gasstromes in diesen eingeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der heiße Gasstrom zusammen mit dem für den gesonderten Brennprozeß erforderlichen Sauerstoff unmittelbar aus dem Sinterofen gezogen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der für den gesonderten Brennprozeü erforderliche Sauerstoff im Bereich der Hochgeschwindigkeitsz- ,ie des Gasstromes diesem gesondert zugeführt wird.