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Verfahren und Drehrohrofen zum Brennen von Zement-
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rohstoffen zu Klinker
Beschreibuna Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Brennen von Zementrohstoffen zu Klinker im Drehrohrofen
gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen derartigen Drehrohrofen gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs- 2.
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Drehrohröfen sind unter geringer Neigung drehbar gelagerte Rohre mit
feuerfester Ausmauerung, sie werden vornehmlich für die Herstellung von Zement eingesetzt.
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Am Ofeneinlauf wird das Brenngut zugeführt, welches zum Beispiel in
einem vorgeschalteten Zyklonwärmetauscher oder Wanderrost durch die Ofenabgase erhitzt
wurde.
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Am Ofenauslauf - dem sogenannten Ofenkopf - wird über.eine Düse Schweröl,
Gas oder Kohlenstaub eingeblasen. Die Energie eines derart hochwertigen, rasch verbrennenden
Brennstoffes wird auf relativ engem Raum frei und führt zur Sinterung des Brenngutes.
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Am Ofenauslauf fällt das Sintergut in den Kühler, in welchem es durch
Luft gekühlt wird. Die sich dabei erhitzende Kühlluft unterhält als Sekundärluft
die Verbrennung.
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Wegen der hohen Energiekosten für Erdöl und Erdgas wird heute wieder
überwiegend Kohlenstaub eingesetzt. Zum Einblasen wird sogenannte Primärluft verwendet,
deren Anteil aus wärmewirtschaftlichen Gründen allerdings möglichst niedrig gehalten
werden soll.
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Der Ersatz der genannten, -hochwertigen Brennstoffe durch minder,
wertige Brennstoffe, Ersatzbrennstoffe oder brennbaren Abfall ist bei der Primärfeuerung
nicht möglich, da derartige Brennstoffe nur verhältnismäßig langsam. abbrennen,
so daß die für die Sinterung erforderliche Wärmemenge nicht rechtzeitig frei wird.
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Wegen der nur schwer kontrollierbaren Verbrennung von Ersatzbrennstoffen
selbst in aufbereiteter Form muß außerdem damit gerechnet werden, daß unverbrannte
Rückstände dieser Brennstoffe in das Sintergut gelangen und dieses kontaminieren.
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Um dennoch minderwertige Brennstoffe der genannten Art verwenden zu
können, gibt man diese am Ofeneinlauf im Gegenstrom zur Verbrennungsluft und den
Verbrennungsabgasen aus der Sinterzone auf, wobei diese Brennstoffe im Ofen bis
zum Ofenauslauf eine so lange Strecke zurückzulegen haben, daß-die vollständige
Verbrennung mit Sicherheit erfolgt. Durch diese Maßnahme gelingt es, daß Sintergut
soweit vorzuwärmen , daß in der eigentlichen Sinterzone spürbar weniger von dem
teuren Brennstoff- erforderlich ist, wobei der Einsatz von Ersatzbrennstoffen am
Ofeneinlauf bis zur 30 % der benötigten Gesamtwärmemenge möglich ist.
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Hierdurch wird zwar die Sinterzone entlastet, bzw. es sind bei gleicher
Leistung Öfen mit geringerer Abmessung möglich, oder es kann, wie bereits erwähnt,
stark minderwertiger Brennstoff genutztrwerden, aber es ist zwangsläufig die Temperatur
der den Ofen am Ofeneinlaß verlassenden Gase recht hoch, wobei diese Wärme ineinem
dem Ofen vorgeschalteten Wärmetauscher nur teilweise genutzt werdern kann. Es wird
somit in dem Prozeß übetschüssige Wärme frei, deren Nutzung allenfalls mit erheblichen
Problemen verbunden ist.
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Die.Menge zusätzlich am Ofeneinlauf zugeführten Brennstoffes darf
eine bestimmte Höhe nicht überschreiten, da sonst das Brenngut durch die Ofenabgase
im Wärmetauschersystem zu stark vorerhitzt wird, was zu Anbackungen und Verstopfungen
führen und den Ofengang erheblich beeinträchtigen kann.
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Durch die entsprechende Aufbereitung des Ersatzbrennstoffes muß verhindert
werden, daß dieser eine zu niedrige Zündtemperatur hat oder ein zu geringes spezifisches
Gewicht, weil sonst die Verbrennung zu nahe am Ofeneinlauf stattfindet bzw. unverbrannter
oder brennender Brennstoff durch die Verbrennungsabgase aus dem Ofen wieder herausgetragen
wird und in das Wärmetauschersystem gelangt.
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Ausgehend von dieser Problemlage ist es Aufgabe der Erfindung, ein
Verfahren zum Brennen von Zementrohstoffen zu Klinker im Drehrohrofen sowie einen
Drehrohrofen zur Durchführung dieses Verfahrens zu finden, wodurch die einfache
und umweltfreundliche Nutzung von möglichst viel nur wenig aufbereitetem Abfall-
und-Ersatzbrennstoff bei der Zement-' herstellung möglich'ist, Im Gegensatz zu bisher
bekannten Methoden der Zuführung von Ersatzbrennstoffen bis-zu 30 %, wird es mögich
sein, mit dieser Erfindung die doppelte Menge an Ersatzbrennstoffen einzusetzen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche
1 bzw. 2 gelöst.
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Die Lösung besteht darin, daß zur Entlastung der Sinterzone und zur
besseren Wärmeausnutzung der Ersatzbrennstoff weder am Ofenauslauf noch am Ofeneinlauf
eingebracht wird, sondern in das geschlossene Ofenrohr zwischen dessen beiden Enden,
und zwar bevorzugt in der sogenannten Kalzinierzone, in der zur Entsäuerung des
Brenngutes der Hauptwärmebedarf gefordert wird.
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Hierbei können Ersatzbrennstoffe, wie Reifenschnitzel, Müll, Rohkohle
usw., aber auch Altöl, Oelschiefer, chemische Abfälle wie Bleich.erde oder Säureharz
oder dergleichen ohne Umweltbelastung eingesetzt werden, da die vollständige Verbrennung
dieses Brennstoffes ungeachtet seiner speziellen Eigenschaften stets im Inneren
des Drehrohrofens stattfindet, ohne daß noch brennbare Verbrennungsrückstände den
Drehrohrofen ah einem seiner Enden'verlassen; derartige Rückstände können somit
weder das Brenngut noch die Umgebungsluft verschmutzen, noch können sie zu einer
Störung im Wärmetauscherbetrieb führen.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß bereits vorhandene
Anlagen ohne weiteres zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit nur
geringem Kapitaleinsatz umgebaut werden können, da alle.vorhandenen Prozeßeinrichtungen
unverändert weiter benutzt werden können.
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Bei sehr kurzen Drehrohröfen mag es zweckmäßig sein, entsprechend
dem bevorzugt genutzten Ersatzbrennstoff die genaue Stelle zu dessen Aufgabe durch
Optimieren zu ermitteln..Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt aber gerade
darin, daß es genügt, eine Stelle zu finden, die - unter Berücksichtigung der Abgasströmung
- weit-genug von jedem Ofenende entfernt ist, um die vollständige Verbrennung des
jeweils gewählten Brennstoffes zu ermöglichen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichst
daher die Verwendung der verschiedensten Ersatzbrennstoffe, ohne daß jeweils eine
einschneidende bauliche Veränderung oder Anpassung am Drehrohrofen erforderlich
wäre.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind an der Außenseite des Ofens
im Bereich der Kalzinierzone mit diesem rotierende Brennstoffaufnehmer angebracht,
welche jeweils mit einer Einrichtung ausgestattet sind, die das Eindringen von Fremdluft
verhindern soll, um wärmewirtschaftliche Nachteile zu vermeiden.
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Es ist grundsätzlich möglich, falls erforderlich, dem Drehrohrofen
gezielt im Bereich der Brennstoffaufnehmer zusätzliche Verbrennungsluft zuzuführen.
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Das Beschicken der Brennstoffaufnehmer mit Brennstoff ist auf vielerlei
Weise möglich; gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung geschieht dies dadurch,'
daß am radial äußersten Ende eines jeden Brennstoffaufnehmers ein in Drehrichtung
offener- Schöpfstutzen angebracht ist, welcher beim Zurücklegen seiner Bewegungsbahn
durch einen in einer Brennstoff-Speiseeinrichtung bereit gehaltenen Brennstoffvorrat
hindurch läuft, der vorzugsweise unterhalb des Drehrohrofens bereitgehalten ist.
Der Brennstoffvorrat kann hierbei je nach Art des Brennstoffes in einer Wanne bei
Verwendung tropfbaren Brennstoffes bzw.-in einem aufgeschütteten Haufen bei Verwendung
eines rieselfäh igen Festbrennstoffes vorliegen, wobei der. Schöpfstutzen derart
ausgebildet ist, daß er entsprechendder Anordnung des Brennstoffes eine ausreichende
Menge hiervon beim Zurücklegen seiner Bewegungsbahn aufnimmt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in der ausgemauerten
Ofenwand fest ein Einlaufstutzen angebracht, an dessen Außenseite eine angetriebene
Schnecken-,Zellen-oder Kolbenschleuse mit ihrem Ausgang angeflanscht ist. Am Einlauf
der Schleuse ist der Schöpfstutzen angebracht, wobei Fördermenge der Schleuse und
Schöpfvolumen des Schöpfstutzens bevorzugt derart aufeinander abgestimmt sind, daß
der Brennstoff aus dem Schöpfstutzen bereits dann vollständig in das Innere der
Schleuse gelangt ist, wenn der Schöpfstutzen beim Zurücklegen seiner Bewegungsbahn
mit seiner Öffnung nach unten weist, um somit zu verhindern, daß aufgenommener Brennstoff
über die Außenwand des Ofens nach unten ausgeworfen wird. Ferner kann die Schleuse
derart angetrieben sein, daß sie die innerhalb verhältnismäßig kurzerZeit aufgenommene
Brennstoffmenge über einen derart langen Zeitraum verteilt abgibt, wie es bei einer
Ofenumdrehung zweckmäßig ist, so daß der zusätzliche Brennstoff nicht stoßweise,
sondern kontinuierlich in das Ofeninnere eingegeben wird.
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Entsprechend der Art des verwendeten Brennstoffes ist gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Schöpfstutzen derart auswechselbar angebracht, daß er
ohne weiteres durch einen anderen Schöpfstutzen ersetzt werden-kann, wenn ein anderer
Zusatzbrennstoff verwendet werden soll. In gleicher Weise kann hierbei auch die
Schleuse bevorzugt gegen eine andere, an den neuen Brennstoff angepaßte Schleuse
ausgewechselt werden..
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Es ist grundsätzlich aber auch vorteilhaft, etwa durch Ansteuerung
der Drehgeschwindigkeit einer Schleuse diese an die jeweilige Brennstoffart anzupassen.
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Um bei laufendem Betrieb noch eine Feinabstimmung zu erreichen, ist
gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dem Schöpfstutzen eine Durchsatz-Reguliervorrichtung
nachgeordnet, wie etwa vorzugsweise ein Regulierschieber, der bei laufenden Drehrohrofen
verstellt werden kann. Diese Reguliereinrichtung beeinflußt auch den Durchsatz von
Brennstoff beim Schöpfen, so daß Verhindert werden kann, daß beim Schöpfen von Brennstoff
dieser mit Druck in die Schleuse gelangt und diese zusetzt.
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Wegen der langsamen Drehgeschwindigkeit eines Drehrohrofens kann eine
derartige Reguliervorrichtung auch von Hand ohne weiteres jeweils dann nachgestellt
werden, wenn sie einen bestimmten Bedienungsstand passiert.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens drei
oder mehr Brennstoffaufnehmer vorgesehen, die mit-vorzugsweise jeweils gleichem
Umfangsabstand und/oder Axialabstand angeordnet sind, um dadurch eine gleichmäßige
Brennstoffaufgabe zu erzielen.
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Durch Abstimmung von Schleusenvorrichtung, Reguliervorrichtung und
Schöpfvolumen kann somit erreicht werden, daß der Brennstoff jeweils dann in das
Innere des. Drehrohrofens eingegeben wird, wenn sich die Mündung des Einlaufstutzens
des jeweiligen Brennstoffaufnehmers oberhalb vom Brenngut befindet.
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Der Gegenstand der Erfindung ist anhand der beigefügten, schematischen
Zeichnung beispielsweise noch näher erläutert; es zeigen: Fig. -1 einen erfindungsgemäßen
Drehrohrofen, im Radialschnitt durch die Kalzinierzone, Fig. 2 die Einzelheit II
aus Fig. 1 und Fig. 3 einen Schnitt längs Linie III-III in Fig. 2 In Fig. 1 ist
der schematische Radialschnitt durch einen Drehrohrofen 1 gezeigt, der durch eine
rohrartige Außenwand 2 umschlossen ist.
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An der Außenseite der Wand 2 des Drehrohrofens 1 sind im Bereich der
Kalzinierzone vier Brennstoffaufnehmer 3 angebracht, welche jeweils zueinander den
gleichen Winkelabstand haben, aber zueinander axial versetzt sein können, um eine
größere Schüttfläche-des Brennstoffs 8 zu überstreichen.
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Ein derartiger Brennstoffauf nehmer 3 ist in Fig. 2 und 3 noch genauer
angezeigt.
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Das Ende eines jeden Brennstoffaufnehmers ist durch einen Schöpfstutzen
6 gebildet, welcher von einem Rohrkrümmer gebildet ist, dessen offenes::Ende in
Drehrichtung .(siehe Pfeil) weist. Das.offene Ende ist abgeschrägt, wie aus Fig.
2 ersichtlich, wobei durch das Maß der Abschrägung das Zurückrieseln von bereits
geschöpften Brennstoff zu dessen Dosierung beeinflußt wird.
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Unterhalb des Drehrohrofens 1 ist eine Brennstoff-Speiseein--richtung
7 angeordnet, welche einen Brennstoffhaufen 8 um -schließt, der derart angeschüttet
ist, daß seine Oberfläche gerade von den Schöpfstutzen'6 durchdrungen wird, wenn
diese ihre Bewegungsbahn zurücklegen.
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Eine (nicht gezeigte) Förder- und/oder Rütteleinrichtung sorgt für
das gleichmäßige Beschicken der Brennstoff-Speiseeinrichtung 7 und das ungefähre
Beibehalten des Böschungswinkels des Brennstoffhaufens 8.
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In Fig. 2 ist der Schnitt durch einen Brennstoffaufnehmer 3 noch detaillierter
gezeigt: Ein Einlaufstutzen 4 erstreckt sich radial durch die Ausmauerung 2b und
die Außenwand 2a der Drehrohrwand 2, ist an der Außenwand 2a angeflanscht und weist
einen radial nach außen überstehenden Stutzenabschnitt-auf, an dessen Ende eine
Schneckenrohrschleuse 5 mit ihrem Ausla¢-stutzen angeflanscht ist, welcher - ebenso
wie der Einlaßstutzen - zur Längsachse-der Schleuse 5 um 900 abgewinkelt ist. Koaxial
zur Schleuse 5 verlaufen in deren Innere.n die schematisch gezeigteFörderschnecke
und außerhalb der mit dieser fluchtende Antriebsmotor 9.
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Am Einlaß der Schnecke 5 ist radial zum Drehrohrofen der Auslaß des
Schöpfstutzens 6 angesetzt bzw. angeflanscht, wobei dieser Auslaß einen Regulierschieber
10 aufweist, der
in den Auslaßquerschnitt des Sc;.öpfstutzens 6
hineingreift und diesen ganz oder teilweise versperrt. Der Regulierschieber 10 weist,
wie aus Fig. 3 ersichtlich, an seiner Außenseite eine Handhabe auf.
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Anstelle der Rohrschnecke kann auch ein Kolben, eine Zellenschleuse
oder ein glatter Rohrstutzen vorgesehen sein.
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Die Abmessungen des Schöpfstutzens 6 richten sich nach der Art des
eingesetzten Ersatzbrennstoffes, seines Heizwertes und der gewünschten Zuführmenge.
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Bei dem dargestellten Drehrohrofen wird die Energie aus dem Ersatzbrennstoff
noch im geschlossenen Drehrohr frei, ohne die Sinter zone oder das Wärmetauschersystem
(beide nicht gezeigt) zu belasten; durch die Art der Zufuhr werden wärmewirtschaftliche
Nachteile, zum Beispiel durch zusätzliche Förderluft, vermieden. Zur Einsparung
volkswirtschaftlich hochwertiger Primärenergie können nur wenig aufbereitete Ersatzbrennstoffe,
die ihrerseits gegebenenfalls Umweltschutzprobleme darstellen - wie Autoreifen,
Mülle, Abfälle der chemischen und Mineralölindustrie, wie Bleicherde oder Säureharz
- ohne Umweltbelastung eingesetzt werden. Die Aufgabevorrichtung, die in Aufbau
und Funktion robust und einfach ist und hohe Betriebssicherheit bietet, kann mit
niedrigen Investitionskosten i-n jede Ofenanlage eingebaut werden.
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Ende der Beschreibung