DE3729481A1 - Verfahren und vorrichtung zur waermebehandlung von feinkoernigem gut - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1) sowie eine Vor­ richtung (gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 3) zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, wie Zementrohmaterial.

Ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des An­ spruches 1 sowie eine Vorrichtung gemäß dem Gat­ tungsbegriff des Anspruches 3 ist beispielsweise durch die DE-A-24 51 197 bekannt. Das gesamte, aus der zweituntersten Stufe der Vorwärmzone aus­ getragene Gut wird hierbei in die Brennzone einge­ führt. Das aus der Brennzone ausgetragene Gut wird in die Calcinierzone eingeführt, und zwar deutlich oberhalb einer im Schacht dieser Calci­ nierzone vorgesehenen Drosselstelle.

Nun bestehen in derartigen Anlagen für die von der Kühlzone zur Calcinierzone strömende Luft zwei Strömungswege: Ein erster Strömungsweg führt von der Kühlzone über die Fertigbrennzone bis zur Ein­ mündung der Brennzonenabgase in die Calcinierzone. Ein zweiter Strömungsweg verläuft von der Kühlzone über die Brennzone bis zur Einmündung der Brenn­ zonenabgase in die Calcinierzone.

Da die Strömungswiderstände auf beiden Strömungs­ wegen recht unterschiedlich sein können und auch im Laufe des Betriebes bei unterschiedlichen Be­ triebsbedingungen starken Änderungen unterliegen, ergibt sich das Problem, wie diese Strömungswider­ stände beeinflußt und auf diese Weise die ge­ wünschte Luftverteilung auf die beiden Strömungs­ wege beeinflußt werden können.

Man hat bereits versucht, eine Beeinflussung der Strömungswiderstände mit Hilfe von Drosselklappen vorzusehen. Wegen der hohen Gastemperaturen und der Gefahr von Ansatzbildung ist jedoch der Ein­ satz von Drosselklappen in der Tertiärluftleitung bedenklich und im Ofenstrang praktisch ausge­ schlossen.

Hinzu kommt als weiterer Nachteil, daß die bisher übliche Ausbildung einer festen und verhältnis­ mäßig engen Drosselstelle im Strömungsweg der aus der Fertigbrennzone (Drehrohrofen) zur höher angeordneten Calcinierzone strömenden Abgase zu sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten an dieser Stelle und zu strömungstechnisch sehr ungünstigen Seitenverhältnissen der rechteckigen Drosselstelle führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieser Mängel ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Anlage gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 3 so aus­ zubilden, daß unter Vermeidung von mit Verschleiß und Ansatzbildung behafteten Einbauten die Strö­ mungswiderstände in den beiden, vorstehend ge­ nannten Strömungswegen auch unter wechselnden Be­ triebsbedingungen gleich gemacht werden können, wobei zugleich im Bereich der Drosselstelle günstigere Strömungsverhältnisse erreicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 3 gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird der Düsenquerschnitt der Drosselstelle gegenüber dem Stand der Technik wesentlich vergrößert und der erforderliche Druck­ verlust in diesem ersten Strömungsweg durch eine entsprechend große Gutmenge erzeugt, die dicht oberhalb der Drosselstelle, d.h. direkt in den Düsenaustritt, gegeben wird. Die gesamte, oberhalb der Drosselstelle befindliche Gutmenge setzt sich daher zusammen aus dem der Brennzone zugeführten Gut, dem in der Calcinierzone zirkulierenden Gut und einer dicht oberhalb der Drosselstelle in den Abgasstrom eingeführten, steuerbaren Menge von vor­ gewärmtem Gut.

Der Querschnitt der Drosselstelle wird hierbei so bemessen, daß der Druckverlust, der im ersten Strömungsweg (von der Kühlzone über die Fertig­ brennzone bis zur Einmündung der Brennzonenabgase in die Calcinierzone) auftritt, bei minimaler Gut­ aufgabemenge an der Drosselstelle annähernd dem minimalen Druckverlust entspricht, der im zweiten Strömungsweg (von der Kühlzone über die Brennzone bis zur Einmündung der Brennzonenabgase in die Cal­ cinierzone) auftritt.

Im Betrieb wird dann die dicht oberhalb der Dros­ selstelle in den Abgasstrom eingeführte Menge von vorgewärmtem Gut in Abhängigkeit von dem im zweiten Strömungsweg auftretenden Druckverlust so dosiert, daß in beiden Strömungswegen annähernd der gleiche Druckverlust vorhanden ist.

Eine solche Lösung ermöglicht nicht nur die Gleich­ haltung des Strömungswiderstandes bzw. Druckver­ lustes in beiden Strömungswegen unter wechselnden Betriebsbedingungen, sondern führt durch die hier­ mit verbundene wesentliche Vergrößerung des Düsen­ querschnitts der Drosselstelle zu strömungstechnisch wesentlich günstigeren Seitenverhältnissen der Drosselstelle.

Physikalisch bewirkt eine Änderung der Dichte des strömenden Mediums vor und nach der Drosselstelle einen hohen Strömungswiderstand. Von der Fertig­ brennzone (Drehrohrofen) kommt heißes, annähernd staubfreies Abgas. Durch Zugabe von relativ kaltem, mehlförmigem Gut steigt infolge des Temperaturaus­ gleiches und der Staubbeladung die Dichte des Stromes.

Der Druckverlust läßt sich dabei durch dosierte Zufuhr von zusätzlichem vorgewärmtem Gut aus der untersten oder zweituntersten Stufe der Vorwärm­ zone regulieren.

Kreislaufgut von der untersten Stufe des Vorwär­ mers bedeutet keinen nennenswerten Wärmeverlust, da dieses Gut die Brennzone und die Calcinier­ zone bereits durchsetzt hat, so daß Gut- und Gas­ temperatur annähernd gleich sind. Kreislaufgut von der zweituntersten Stufe der Vorwärmzone er­ höht bei gleichbleibender Wärmezufuhr die Tempe­ ratur in der Brennzone, der in diesem Falle weni­ ger Gut zugeführt wird. Der Wärmeüberschuß wird dann zur Entsäuerung des Gutes in der Calcinier­ zone genutzt. Auf diese Weise entstehen also auch keine nennenswerten Wärmeverluste.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann also durch gezielte Änderung der oberhalb der Drossel­ stelle zirkulierenden Gutmenge der Druckverlust den Betriebsverhältnissen angepaßt werden, ohne daß merkliche Wärmeverluste in Kauf genommen wer­ den müssen.

Die der Erfindung zugrundeliegenden Versuche be­ stätigten, daß der Druckverlust bei Einspeisung von Gut direkt über der Drosselstelle (Düse) größer ist, als wenn das Gut in einem gewissen Abstand oberhalb der Drosselstelle aufgegeben wird. Der Druckverlust steigt hierbei mit der Staubbe­ ladung an.

Im Heißbetrieb besitzt das von der Fertigbrennzone (Drehrohrofen) kommende Abgas eine Temperatur von ca. 1100°C vor der Drosselstelle. Wird direkt ober­ halb der Drosselstelle vorgewärmtes Gut in den Gasstrom gegeben, so sinkt die Temperatur des Gas­ stromes auf ca. 800°C ab, was eine entsprechende Änderung der Dichte zur Folge hat. Im Düsenaus­ tritt entstehen dadurch hohe Abströmdruckverluste. Wie Rechnungen zeigen, können diese Druckverluste ca. 16% des gesamten Druckverlustes (vor der Düse bis zur Einmischung des Abgases der Brennzone, ca. 4 m oberhalb der Düse) betragen.

Rechnungen zeigen ferner, daß ein beträchtlicher Teil der Gesamtkraft (d.h. der der Gasströmung ent­ gegenwirkenden Widerstandskraft) durch Änderung der Dichte vor und nach der Düse erzielt werden kann. Der Anteil der zusätzlich für das Kreislauf­ gut aufzubringenden Hubarbeit ist demgegenüber ge­ ring.

Vorteilhaft ist bei dem erfindungsgemäßen Verfah­ ren auch, daß die Vergrößerung des Querschnitts der Drosselstelle, d.h. der größere Austritts­ querschnitt des Drehrohrofen-Einlaufgehäuses, das Einbringen der feuerfesten Auskleidung vereinfacht und die Gefahr von Ansatzbildung in diesem Bereich verringert.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Teile einer erfindungsgemäßen Anlage,

Fig. 2 eine Aufsicht auf die Brennkammer der Ausführung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 und 4 Schnitte längs der Linien III-III bzw. IV-IV der Fig. 1,

Fig. 5 bis 7 Schemadarstellungen von drei Varianten der erfindungsgemäßen Anlage.

Die in den Fig. 1 bis 4 in einem Teilschnitt ver­ anschaulichte Anlage zur Wärmebehandlung von fein­ körnigem Gut, insbesondere von Zementrohmaterial, enthält eine (in Fig. 1 nicht dargestellte) mehr­ stufige Vorwärmzone, insbesondere einen mehrstufi­ gen Zyklonvorwärmer, zur Vorwärmung des Gutes mit den heißen Abgasen einer Calcinierzone. Die Cal­ cinierzone wird durch einen nur teilweise veran­ schaulichten Calcinierschacht 1 gebildet.

Weiterhin ist eine mit zusätzlichem Brennstoff und Tertiärluft einer Kühlzone versorgte Brennzone vor­ gesehen, die durch eine Brennkammer 2 gebildet wird. Sie dient zur weiteren Erhitzung und teilweisen Entsäuerung des vorgewärmten Gutes. Die Brennkammer 2 ist in ihrem oberen Bereich mit zwei tangential einmündenden Tertiärluftanschlüssen 3 a, 3 b und einer Brennstoffzuführung 4 versehen. Der untere, schurrenförmig ausgebildete Bereich 2 a der Brenn­ kammer 2 mündet oberhalb einer Drosselstelle 5 in den Calcinierschacht 1 ein.

Die Drosselstelle 5 bildet die obere Öffnung des Einlaufgehäuses 6 eines Drehrohrofens 7, der die Fertigbrennzone zum Fertigbrennen des aus der Cal­ cinierzone ausgetragenen Gutes bildet.

Vorgewärmtes Gut wird aus der zweituntersten Stufe des Zyklonvorwärmers über die beiden Tertiärluft­ leitungen (Anschlüsse 3 a, 3 b) der Brennkammer 2 zugeführt. Das mit den Abgasen der Brennkammer 2 nach unten ausgetragene Gut gelangt zusammen mit den Abgasen des Drehrohrofens 7 in den Calcinier­ schacht 1, wird dann nach Durchsetzen des Calci­ nierschachtes 1 im untersten Zyklon des Vorwärmers abgeschieden und gelangt über das Einlaufgehäuse 6 (Einmündung 8 der Gutaustragsleitung) in den Drehrohrofen 7.

Erfindungsgemäß mündet nun dicht oberhalb der Drosselstelle 5 eine Gutleitung 9 ein, über die eine steuerbare Menge von vorgewärmtem Gut in den Abgasstrom des Drehrohrofens 7 eingeführt und hier­ durch der im Bereich der Drosselstelle 5 auftre­ tende Druckverlust beeinflußt wird.

Die Fig. 5 bis 7 veranschaulichen drei Varianten für die Zuführung dieses steuerbaren Teilstromes von vorgewärmtem Gut zur Drosselstelle 5.

Gemäß Fig. 5 befindet sich in der Gutaustragsleitung 10 a, 10 b der zweituntersten Stufe 11 a, 11 b des Zyklonvorwärmers ein Verteilerorgan 12 a, 12 b, durch das ein einstellbarer Teilstrom 13 a, 13 b des vor­ gewärmten Gutes über die Gutleitung 9 zur Drossel­ stelle 5 geführt wird, während ein zweiter Teil­ strom 14 a bzw. 14 b über die Tertiärluftanschlüsse 3 a, 3 b in die Brennkammer 2 gelangt.

Das aus dem Calcinierschacht 1 (in Fig. 5 nicht ver­ anschaulicht) ausgetragene Gut wird in den Zyklonen der untersten Stufe 15 a, 15 b des Zyklonvorwärmers abgeschieden und gelangt über die Gutaustrags­ leitungen 16 a, 16 b (Einmündung 8) in das Einlauf­ gehäuse 6 des Drehrohrofens 7.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 sind für gleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 5 vorgesehen. Hierbei wird das gesamte aus der zweituntersten Stufe 11 a, 11 b des Zyklonvorwärmers ausgetragene Gut der Brennkammer 2 aufgegeben. Das aus der untersten Stufe 15 a, 15 b des Zyklonvor­ wärmers ausgetragene Gut wird über Verteilerorgane 12 a, 12 b in zwei Teilströme unterteilt, von denen der eine Teilstrom 17 a, 17 b dicht oberhalb der Drosselstelle 5 in den Gasstrom eingeführt wird, während der andere Teilstrom 18 a, 18 b in das Ein­ laufgehäuse 6 des Drehrohrofens 7 gelangt.

Fig. 7 zeigt schließlich eine Version, die eine Kombination der Varianten gemäß den Fig. 5 und 6 ist. Hierbei werden sowohl die aus der zweit­ untersten Stufe 11 a, 11 b des Zyklonvorwärmers als auch die aus der untersten Stufe 15 a, 15 b ausge­ tragenen Gutströme über Verteilerorgane 12 a, 12 b bzw. 12′a, 12′b geteilt, wobei jeweils ein Teil­ strom 13 a, 13 b und 17 a, 17 b der Drosselstelle 5 zugeführt wird, während die Teilströme 14 a, 14 b in die Brennkammer 2 und die Teilströme 16 a, 16 b in das Einlaufgehäuse 6 des Drehrohrofens 7 ge­ langen.

Claims (6)

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, wie Zementrohmaterial, wobei

• a) das Gut in einer mehrstufigen Vorwärmzone mit heißen Abgasen einer Calcinierzone (1) vorgewärmt wird,
• b) das vorgewärmte Gut in einer mit zusätzli­ chem Brennstoff und Tertiärluft einer Kühl­ zone versorgten Brennzone (2) weiter erhitzt und teilweise entsäuert wird,
• c) das aus der Brennzone ausgetragene Gut an­ schließend in einer von den Abgasen der Brennzone und von den Abgasen einer Fertig­ brennzone (7) durchströmten Calcinierzone (1) weiter entsäuert wird,
• d) das aus der Calcinierzone ausgetragene Gut nach Abscheidung aus dem Gasstrom in die Fertigbrennzone gelangt
• e) und das aus der Fertigbrennzone ausgetragene Gut schließlich in einer Kühlzone gekühlt wird,
• f) wobei im Strömungsweg der aus der Fertig­ brennzone (7) zur höher angeordneten Calci­ nierzone (1) strömenden Abgase eine Drossel­ stelle (5) vorgesehen ist,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• g) eine steuerbare Menge von vorgewärmtem Gut wird dicht oberhalb der Drosselstelle (5) in den Abgasstrom eingeführt;
• h) der Querschnitt der Drosselstelle (5) wird so bemessen, daß der Druckverlust, der in einem ersten Strömungsweg von der Kühlzone über die Fertigbrennzone (7) bis zur Einmündung der Brennzonenabgase in die Calcinierzone (1) auf­ tritt, bei minimaler Gutaufgabemenge an der Drosselstelle (5) annähernd dem in einem zweiten Strömungsweg von der Kühlzone über die Brennzone (2) bis zur Einmündung der Brennzonenabgase in die Calcinierzone (1) auftretenden minimalen Druckverlust entspricht;
• i) die dicht oberhalb der Drosselstelle (5) in den Abgasstrom eingeführte Menge von vorge­ wärmtem Gut wird in Abhängigkeit von dem im zweiten Strömungsweg auftretenden Druckver­ lust so dosiert, daß in beiden Strömungswegen annähernd der gleiche Druckverlust vorhanden ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei aus der zweit­ untersten Stufe (11 a, 11 b) der Vorwärmzone aus­ getragenes Gut der Brennzone (2) zugeführt wird und das aus der Calcinierzone (1) ausgetragene Gut die unterste Stufe (15 a, 15 b) der Vorwärm­ zone durchsetzt und dann in die Fertigbrenn­ zone (7) gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß die dicht oberhalb der Drosselstelle (5) in den Abgasstrom eingeführte steuerbare Menge von vorgewärmtem Gut ein Teilstrom (13 a, 13 b bzw. 17 a, 17 b) des aus der untersten Stufe (15 a, 15 b) und/oder der zweituntersten Stufe (11 a, 11 b) der Vorwärmzone ausgetragenen Gutes ist.

3. Vorrichtung zur Wärmebehandlung von feinkörni­ gem Gut, wie Zementrohmaterial, enthaltend

• a) eine mehrstufige Vorwärmzone zur Vorwärmung des Gutes mit heißen Abgasen einer Calcinier­ zone (1),
• b) eine mit zusätzlichem Brennstoff und Ter­ tiärluft einer Kühlzone versorgte Brennzone (2) zur weiteren Erhitzung und teilweisen Entsäuerung des vorgewärmten Gutes,
• c) eine von den Abgasen der Brennzone (2) und von den Abgasen einer Fertigbrennzone (7) durchströmte Calcinierzone (1) zur weiteren Entsäuerung des aus der Brennzone (2) ausge­ tragenen Gutes,
• d) eine Fertigbrennzone (7) zum Fertigbrennen des aus der Calcinierzone (1) ausgetragenen Gutes,
• e) eine Kühlzone zum Kühlen des aus der Fertig­ brennzone (7) ausgetragenen Gutes,
• f) wobei im Strömungsweg der Abgase zwischen der Fertigbrennzone (7) und der höher angeordne­ ten Calcinierzone (1) eine Drosselstelle (5) vorgesehen ist,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• g) dicht oberhalb der Drosselstelle (5) ist eine Gutleitung (9) angeschlossen, durch die vor­ gewärmtes Gut in den Abgasstrom einführbar ist;
• h) es ist wenigstens ein Verteilerorgan (12 a, 12 b, 12′a, 12′b) zur Steuerung der in den Abgasstrom einführbaren Gutmenge vorgesehen;
• i) der Querschnitt der Drosselstelle (5) ist so bemessen, daß der Druckverlust, der in einem ersten Strömungsweg von der Kühlzone über die Fertigbrennzone (7) bis zur Ein­ mündung der Brennzonenabgase in die Calcinier­ zone (1) auftritt, bei minimaler Gutaufgabe­ menge an der Drosselstelle (5) annähernd dem in einem zweiten Strömungsweg von der Kühl­ zone über die Brennzone (2) bis zur Einmündung der Brennzonenabgase in die Calcinierzone (1) auftretenden minimalen Druckverlust ent­ spricht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Gut­ austragsleitung der zweituntersten Stufe (11 a, 11 b) der Vorwärmzone mit der Brennzone (2) ver­ bunden ist, der Gas- und Gutaustrag der Calci­ nierzone (1) mit der untersten Stufe (15 a; 15 b) der Vorwärmzone verbunden ist und die Gutaus­ tragsleitung der untersten Stufe der Vorwärm­ zone an die Fertigbrennzone (7) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gutaus­ tragsleitung der untersten Stufe (15 a, 15 b) und/ oder der zweituntersten Stufe (11 a, 11 b) der Vorwärmzone ein Verteilerorgan (12 a, 12 b, 12′a, 12′b) zur Abzweigung eines der Drosselstelle (5) zuzuführenden, einstellbaren Gutteilstromes (13 a, 13 b, 17 a, 17 b) vorgesehen ist.