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Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Zementklinker. Die Anlage
besteht aus einer Vorheizeinrichtung, in welcher das Rohmaterial vorgeheizt wird,
einer Kalziniereinrichtung, in welcher das Rohmaterial bei einer Temperatur von
mehr als 800ºC kalziniert wird, wobei Brennstoff und sauerstoffhaltiges Gas der
untersten Zone der Kalziniereinrichtung zugeführt werden, und einem Ofen, in
welchem die Rohmaterialien gebrannt und in Klinker umgewandelt werden.
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In einer herkömmlichen Anlage zur Herstellung von Zementklinker ist es möglich,
bis zu 20% des Primärbrennstoffes in einem Drehofen durch niedrigpreisigen
Abfallbrennstoff, wie etwa Gummireifen, zu ersetzen, ohne die Qualität des fertigen
Zementproduktes zu beeinträchtigen.
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Normalerweise wird maximal 40% des Gesamtbrennstoffbedarfs der Zementanlage
im Klinkerofen verbrannt, und die verbleibenden 60% werden nn der
Kalziniereinrichtung verbrannt. Als Konsequenz daraus ist es in einer gewöhnlichen
Ofenanlage lediglich möglich, ca. 20% von den 40% des im Drehofen verbrannten
Brennstoffs, d. h. ungefähr 8% der Gesamtbrennstoffmenge durch Abfallbrennstoff zu
ersetzen. Es wäre daher vorteilhaft, wenn ein größerer Teil des in der
Kalziniereinrichtung verbrannten Brennstoffs durch Abfallbrennstoff ersetzt werden könnte.
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Jedoch gibt es gewisse Einschränkungen für die Arten von Brennstoff, welche
vorteilhaft in der Kalziniereinrichtung verbrannt werden können.
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Die Temperatur in der Kalziniereinrichtung liegt typischerweise im Bereich von 850
bis 950ºC, was bedeutet, daß ein Verbrennen von schadstoffhaltigem Abfall, dessen
Schadstoffe während der Verbrennung zerlegt und neutralisiert werden müssen,
keine Vorteile bietet, da dies höhere Temperaturen und eine längere Verweilzeit
nötig machen würde als in der Kalziniereinrichtung zur Verfügung stehen.
Kalziniereinrichtungen sind normalerweise vom Suspensionstyp, was mit sich
bringt, daß die vorgeheizte Luft von der Klinker-Kühleinrichtung oder vom Ofen
über eine Rohrleitung und einen flexiblen Rohrbogen bis zum Boden der
Kalziniereinrichtung hochgefördert wird. Wenn der Kalziniereinrichtung stückiger Abfall
wie etwa geschredderte Gummireifen zugeführt wird, fällt er in den Rohrbogen
hinunter, was dessen Blockieren bewirkt. Demzufolge sind Kalziniereinrichtungen
mit einem auf diese Weise konfigurierten Boden nicht zum Verfeuern von stückigen
Brennstoffen geeignet.
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Es kann auch schwierig sein, einen Brennstoff zu verwenden, der schwer zu zünden
ist, z. B. bestimmte Kohletypen mit niedrigem Gehalt an flüchtigen Verbindungen,
da die Verweilzeit in der Kalziniereinrichtung relativ kurz und die Temperatur
relativ niedrig ist.
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In der dänischen Patentanmeldung Nr. 870/82 (Metallgesellschaft AG) wird eine
Fluidatbett-Kalziniereinrichtung beschrieben, welcher über ihren Boden
sauerstoffhaltige fluidisierende Luft oder Wirbel-Luft zugeführt wird und bei welcher weiter
sauerstoffhaltige Sekundärluft in horizontaler Richtung einer Zbne zugeführt
werden kann, welche sich mindestens einen Meter oberhalb des Eintrittspunkts der
Wirbelluft und bis zu den untersten 30% der Kalziniereinrichtung erstreckt. In
diesem System wird mindestens 65% des zur Abdeckung des Gesamtwärmebedarfs
verwendeten Brennstoffs der Kalziniereinrichtung zugeführt, und mindestens 10%
des Brennstoffs dem dahinter angeordneten Ofen zugeführt. Durch Erzeugung
eines Fludidatbetts in der Kalziniereinrichtung ist es möglich, einen hohen Kalzinierungsgrad
zu erzielen, sogar im Fall von schwankender Partikelgrößenverteilung.
Jedoch hat die Fluidisierung zur Folge, daß eine beträchtliche Menge an Falschluft
in das System eingebracht wird, und dies hat einen nachteiligen Effekt auf die
Wärmeausnutzung. Das tatsächliche Einspritzen der fluidisierenden Luft oder
Wirbel-Luft erfordert ebenfalls eine gewisse Energiezufuhr.
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Von dem dänischen Patent Nr. 170368 (F. L. Smidth & Co. AlS) ist es bekannte
Praxis, stückiges Material, etwa geschredderte Automobilreifen, einer
Zersetzungskammer zuzuführen, welche in Verbindung mit der Kalziniereinrichtung installiert
ist. Gemäß dieser Patentanmeldung wird vorgeheiztes oder teilweise kalziniertes
Rohmehl der Zersetzungskammer zugeführt, so daß der aus Abfall bestehende
Brennstoff vorgeheizt wird. Die Temperatur, welche in der Zersetzungskammer
erzielt werden soll, muß ausreichend hoch sein, um zu gewährleisten, daß ein
Pyrolyseprozeß ausgeführt wird, jedoch darf sie andererseits nicht so hoch sein, daß
ein Granulieren des Rohmehls die Folge ist. Die brennbaren Gase aus der
Zersetzungskammer strömen anschließend in die Brennkammer, die aus der
Kalziniereinrichtung selber besteht, und die Restprodukte werden vom Boden der
Zersetzungskammer extrahiert und können zum Drehofen gefördert werden. Jedoch läßt die
Verwendung der Zersetzungskammer, in der ein Luftdefizit herrscht, nicht zu, daß
aus dem Abfall in der Kalziniereinrichtung die gleiche Energiemenge gewonnen
werden kann wie bei einer vollständigen Verbrennung im Zustand ausreichender
Sauerstoffzufuhr.
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Es ist das Ziel der Erfindung, eine Anlage zur Fertigung von Zement
bereitzustellen, mit welcher es möglich ist, stückigen Brennstoff in einer Kalziniereinrichtung
zu verbrennen und dabei gleichzeitig die Möglichkeit aufrecht zu erhalten, die
Verweilzeit und, nach Möglichkeit, die Temperatur des Materials, das der untersten
Zone in der Kalziniereinrichtung zugeführt wird, zu erhöhen.
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Gemäß der Erfindung ist eine Anlage zur Herstellung von Zementklinker
vorgesehen, welche aufweist: eine Vorheizeinrichtung, in welcher das Zementrohmehl bei
einer Temperatur von mehr als 800ºC kalziniert wird, wobei sowohl Brennstoff als
auch sauerstoffhaltiges Gas der untersten Zone der Kalziniereinrichtung zugeführt
werden, und einen Ofen, in welchem das Rohmehl gebrannt und in Klinker
umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende der
Kalziniereinrichtung mit einem feststehenden Boden versehen ist, daß das sauerstoffhaltige Gas der
untersten Zone in horizontaler Richtung zugeführt wird und daß eine geringere,
gesteuerte Menge von nicht kalziniertem Rohmehl der untersten Zone der
Kalziniereinrichtung zugeführt werden kann.
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So wird es durch Zufuhr von brennbarem Material und sauerstoffhaltiger Luft
möglich, eine Brennkammer in der untersten Zone in der Kalziniereinrichtung zu
erzeugen, in welcher die Temperatur die im restlichen Teil der Kalziniereinrichtung
herrschende Temperatur überschreitet, wobei die Temperatur vorzugsweise
zwischen 1100 bis 1300ºC gehalten wird. Es ist ein besonderer Vorteil dieser
Brennkammer, daß es keine Anforderungen hinsichtlich des zugeführten Brennstoffs gibt,
weder hinsichtlich der Größe eines beliebigen stückigen Brennstoffs, der Konsistenz
des Brennstoffs, noch des Brennwerts und des verbleibenden Brennstoffgehalts.
Auch eine Modifikation einer bestehenden Anlage ist relativ leicht auszuführen, da
es lediglich notwendig ist, den Boden der Kalziniereinrichtung und das
Luftzufuhrsystem zu modifizieren.
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Um die Temperatur in der untersten Zone zu steuern, ist es wichtig, zu
gewährleisten, daß die Zufuhr von Rohmehl gesteuert werden kann, da eine Zufuhr von
großen Mengen von Rohmehl die Temperatur erniedrigt, bedingt durch die Tatsache,
daß eine Kalzinierung ein endothermer Prozeß ist.
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Um eine gesteuerte Zufuhr von Rohmehl zur untersten Zone zu gewährleisten, ist
es wichtig, zu gewährleisten, daß das der obersten Zone in der Kalziniereinrichtung
zugeführte Rohmehl nicht bis zur untersten Zone durchfällt.
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Jegliches Durchfallen von Rohmehl kann in geeigneter Weise verhindert werden,
indem gewährleistet wird, daß das Geschwindigkeitsprofil der nach oben
strömenden Luft im obersten Teil der unteren Zone der Kalziniereinrichtung positiv und
relativ gleichförmig ist.
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Es gibt verschiedene Arten, ein positives Geschwindigkeitsprofil über den gesamten
Querschnitt der untersten Zone zu gewährleisten. Ein einfaches Verfahren besteht
darin, zu gewährleisten, daß das sauerstoffhaltige Gas in die unterste Zone derart
einströmt, daß im Querschnitt keine nach unten gerichteten Strömungen auftreten.
In einer besonders geeigneten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das
sauerstoffhaltige Gas in geeigneter Weise eingebracht und verteilt wird, ist/sind die
Seite(n) in der untersten Zone der Kalziniereinrichtung mit einigen kleineren
Öffnungen versehen, die alle jeweils mit sauerstoffhaltigem Gas aus einer ringförmigen
Kammer versorgt werden. Bei diesem Szenario braucht die ringförmige Kammer
lediglich mit einem einzigen Heißgas-Zufuhrpunkt ausgerüstet sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen detaillierter
beschrieben, welche zeigen:
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Fig. 1 eine herkömmliche Anlage zur Herstellung von Zement,
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Fig. 2 und 3 eine Ausführungsform einer Kalziniereinrichtung in einer Anlage
gemäß der Erfindung,
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Fig. 4 eine bevorzugte Ausführungsform einer Kalziniereinrichtung in einer
Anlage gemäß der Erfindung,
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Fig. 5 das Geschwindigkeitsprofil des Gases in der Verbrennungskammer 23
entlang Linie H in Fig. 4.
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In Fig. 1 ist eine allgemein bekannte Anlage zur Herstellung von Zement
dargestellt. Diese Anlage besteht aus einer Vorheizeinrichtung 1, welche besteht aus:
drei Vorheiz-Zyklonen a, b und c, einer Kalziniereinrichtung 2, nach welcher ein
Abscheider-Zyklon 3 installiert ist, und ein Ofen 4, an welchen sich eine
Kühleinrichtung 5 anschließt.
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Die Rohmaterialien fallen durch die Anlage hindurch nach unten, und zwar in
entgegengesetzter Richtung zur Strömung des Heißgases vom Ofen 4 und von der
Kühleinrichtung 5, das durch die Kalziniereinrichtung 2 und die Vorheizeinrichtung
1 nach oben strömt. Die Rohmaterialien werden auf diese Weise am obersten Ende
der Vorheizeinrichtung 1 über die Rohrleitung 6 in die Anlage eingebracht. Die
Rohmaterialien werden anschließend suspendiert in einem Heißgasstrom in den
Vorheiz-Zyklon gefördert, in welchem das Material von der Suspension getrennt
wird und über eine Rohrleitung nach unten in einen noch heißeren Gasstrom
gelenkt wird, der das Rohmaterial zum Vorheiz-Zyklon b fördert. In ähnlicher Weise
wird das Rohmaterial vom Zyklon b zum Zyklon c gefördert. Das Gas, von
welchem im Zyklon a das Rohmaterial abgetrennt wurde, wird über eine Rohrleitung 7
zu einem elektrostatischen Abscheider abgeleitet und dann über einen Schacht
entlüftet.
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Wenn das Rohmaterial die Vorheizeinrichtung 1 durchlaufen hat, wird es über eine
Rohrleitung 8 zur Kalziniereinrichtung 2 geleitet, und das vorgeheizte Rohmaterial
wird normalerweise unmittelbar oberhalb des Bodens in die Kalziniereinrichtung
eingeleitet.
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Die Kalziniereinrichtung 2 in Fig. 1 ist vom SLC-Typ (Separat-Leitungs-
Kalziniereinrichtung), und es wird ihr daher lediglich sauerstoffreiche Luft von der
Kühleinrichtung über eine Rohrleitung 9 zugeführt. Einer Kalziniereinrichtung
vom ILC Typ (Inline-Kalziniereinrichtung) wird die heiße Luft aus dem Ofen
zusammen mit heißer sauerstoffhaltiger Luft aus der Kühleinrichtung zugeführt. In
Verbindung mit einer Kalziniereinrichtung vom SLC-Typ wird die heiße Luft aus
dem Ofen um die Kalziniereinrichtung herum geleitet und direkt der
Vorheizeinrichtung zugeführt.
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Eine oder mehrere Brenner 10 gewährleisten, daß die Temperatur in der
Kalziniereinrichtung auf einen Pegel von ungefähr 850 bis 950ºC erhöht wird, und nachdem
das Rohmehl kalziniert wurde, wird es in Suspension über den Abscheider-Zyklon
3 gefördert, in welchem das kalzinierte Rohmehl von der Suspension getrennt und
über eine Rohrleitung 11 zum Klinkerofen 4 geleitet wird. Das heiße Gas von der
Kalziniereinrichtung 2 steigt zum Austritt an der Oberseite des Abscheider-Zyklons
3 nach oben und wird zur Vorheizeinrichtung 1 weitergeleitet. Zum Schluß
durchläuft das kalzinierte Rohmehl den Ofen 4, in welchem das Rohmehl Temperaturen
oberhalb 1400ºC ausgesetzt wird. Als Ergebnis wird eine geschmolzene Masse
erzeugt, in welcher die Klinkermineralien ausgebildet werden können. Die
geschmolzene Masse mit den Klinkermineralien wird nodular gemacht, und
anschließend fallen die fertiggestellten Klinker in die Kühleinrichtung, in welcher der
Klinker auf ein Niveau von etwa 100ºC gekühlt wird.
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In den Fig. 2 und 3 ist eine Ausführungsform einer Kalziniereinrichtung 2 für eine
Anlage gemäß der Erfindung dargestellt. In Fig. 3 ist diese Kalziniereinrichtung 2
entlang Linie 1 von Fig. 2 geschnitten.
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Heißes Gas wird der Kalziniereinrichtung 2 über zwei Rohrleitungen 21 zugeführt,
welche das heiße Gas in horizontaler Richtung in die Kalziniereinrichtung 2 leiten,
und zwar über zwei Öffnungen 20, von denen eine in Fig. 3 zu sehen ist. Rohmehl
wird dem oberen Teil der Kalziniereinrichtung 2 über eine Rohrleitung 8 zugeführt,
und eine "Sprungschanze" 22 kann unterhalb der Rohrleitung 8 angeordnet sein, so
daß verhindert wird, daß zum Schluß das gesamte Rohmehl in die unterste Zone
der Kalziniereinrichtung 2 gelangt.
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Eine effiziente Verteilung des Rohmehls über die Querschnittfläche der
Kalziniereinrichtung, entweder durch Einsatz einer "Sprungschanze" oder durch Verwenden
eines anderen Verteilungsmechanismus, der gewährleistet, daß das Rohmehl in
korrekter Weise suspendiert ist, sorgt ebenfalls für ein Minimieren des Druckverlustes
über diesem Teil der Kalziniereinrichtung.
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In der untersten Zone der Kalziniereinrichtung ist eine Brennkammer 23
ausgebildet, der über eine Rohrleitung 24 Brennstoff zugeführt wird, und die Temperatur in
der Brennkammer 23 kann gesteuert werden, indem eine kleinere Menge Rohmehl
über die Rohrleitung 25 hinzugefügt wird. Brennstoff wird über einen oder
mehrere Brenner 10 der oberen Zone der Kalziniereinrichtung zugeführt. Ein
feststehender Boden 27 ist an der Unterseite der Brennkammer 23 vorgesehen. Die Tatsache,
daß der Boden feststehend ist, hat zur Folge, daß das brennbare Material, das über
die Rohrleitung 24 zugeführt wird, sich auf dem Boden absetzen kann, wodurch
eine stationäre Flamme erzeugt wird. Der Boden 27 kann so konfiguriert sein, daß
jegliches zurückbleibendes Material entfernt werden kann, und zwar entweder
durch Schaben, oder indem das Material durch den Boden fällt oder nach oben in
die Suspension geblasen wird. In dieser Ausführungsform ist eine Öffnung 26,
durch welche Rückstandmaterial extrahiert wird, unterhalb des Bodens 27
angeordnet.
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In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform einer Kalziniereinrichtung für eine
erfindungsgemäße Anlage dargestellt. In dieser Ausführungsform wird der untersten
Zone der Kalziniereinrichtung 2 heißes Gas über eine Rohrleitung 21 zugeführt,
welche über eine ringförmige Kammer 28 das heiße Gas über mehrere in den
Seiten der Kalziniereinrichtung befindliche Öffnungen 20 verteilt.
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In Fig. 5 ist das Geschwindigkeitsprofil für den obersten Teil der untersten Zone in
einer Anlage zu sehen, welche der in Fig. 4 dargestellten Anlage ähnlich ist, und
zwar entlang Linie II, bei welcher das heiße sauerstoffhaltige Gas der
Brennkammer 23 über eine ringförmige Kammer 28 zugeführt wird.
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Wie aus der Figur klar wird, ist die Geschwindigkeit positiv, d. h. verläuft über die
gesamte Querschnittfläche in aufsteigender Richtung. Wenn das Gas in der
Kammer in Drehung versetzt wird, beispielsweise durch ein tangentiales Zuführen des
Gases, besteht das Risiko, daß das Geschwindigkeitsprofil für die in der Mitte
befindliche Zone negativ wird, d. h. daß die Geschwindigkeit nach unten gerichtet ist.
Der Innendurchmesser des oberen Teils der Kalziniereinrichtung kann das 1,5 bis
2-fache des Innendurchmessers der untersten Zone betragen.