BE1027476B1 - Substoichiometric calcination of mineral substances - Google Patents
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- BE1027476B1 BE1027476B1 BE20195505A BE201905505A BE1027476B1 BE 1027476 B1 BE1027476 B1 BE 1027476B1 BE 20195505 A BE20195505 A BE 20195505A BE 201905505 A BE201905505 A BE 201905505A BE 1027476 B1 BE1027476 B1 BE 1027476B1
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zementherstellung und Kalzinierung von mineralischen Stoffen mindestens umfassend die folgenden Schritte: - bereitstellen eines mineralischen Stoffgemisches (1a); - bereitstellen eines Kalzinierungsstroms (2) über eine Rostfeuerung (3) in einer Brennkammer (16); - Kalzinierung des mineralischen Stoffgemisches im Kalzinierungsstroms (2) und erhalten eines kalzinierten Stoffgemisches (1b); - brennen des kalzinierten Stoffgemisches und erhalten von Zementklinker; - Abkühlung des Zementklinkers; dadurch gekennzeichnet, dass die Kalzinierung des mineralischen Stoffgemisches unter unterstöchiometrischen Bedingungen in Bezug auf den Sauerstoffgehalt erfolgt. Die Erfindung umfasst des Weiteren eine Vorrichtung zur Kalzinierung von mineralischen Stoffen.The invention relates to a method for producing cement and calcining mineral substances at least comprising the following steps: providing a mineral substance mixture (1a); - providing a calcination stream (2) via a grate furnace (3) in a combustion chamber (16); - Calcination of the mineral mixture of substances in the calcination stream (2) and obtaining a calcined mixture of substances (1b); - burning of the calcined mixture and obtained from cement clinker; - cooling of the cement clinker; characterized in that the calcination of the mineral mixture takes place under substoichiometric conditions with regard to the oxygen content. The invention further comprises a device for calcining mineral substances.
Description
Unterstöchiometrische Calcination von mineralischen Stoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Klinkerersatzstoffes, eine Vorrichtung zur Herstellung eines Klinkerersatzstoffes, ein Zementwerk umfassend eine Vorrichtung zur Kalzinierung von mineralischen Stoffen und die Verwendung einer Vorrichtung zur Herstellung eines Klinkerersatzstoffes. Zement ist ein bedeutender Rohstoff für das Baugewerbe und die moderne Bauindustrie. Der Werkstoff kommt dabei bei sehr vielen unterschiedlichen Projekten wie den Gebäudebau oder auch in Baumaßnahmen wie dem Brücken- und Tunnelbau zum Einsatz. Zusammen mit Zuschlagsstoffen, beispielsweise Sand, sowie Wasser härtet Zement zu Beton aus. Zement härtet als Wassermôrtel auch unter Wasser aus. „Der wichtigste Kalk-Ton-Zement ist der “Portlandzement”. Er besteht aus 58-66 % CaO, 18-26 %SiO2, 4-12 % AlO3, 2-5 % FesO3 und enthält hauptsächlich CazSiO4 (Molverhältnis ca. 2:1), darüber hinaus ca. 10 Gew. % Ca3AlOs und 1 Gew. % CasAlFeOs". (Holleman, Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter, 2007, S. 1257, ISBN: 978-3-11-017770-1, im folgenden Holleman, Wiberg). Wie in beispielsweise der DE 10 2004 038 313 A1 beschrieben, kann die Zementherstellung die Grundschritte Vorwärmung, Kalzinierung, Klinkererzeugung im Brennofen und Abkühlung umfassen. Ein wichtiges Ausgangsprodukt in der Zementherstellung sind Tonmineralien. Diese Tonmineralien, beispielsweise Kalksteinmergel, werden im weiteren Herstellungsverfahren insbesondere fein vermahlen gebrannt (ca. 1450 °C). Nach dem Abkühlen kann der gesinterte Zementklinker beispielsweise mit 2 — 5 % Gips oder Anhydrid vermahlen und in Säcke gepackt werden (Holleman, Wiberg, S.1257). Aufgrund der erforderlichen hohen Brenntemperatur ist die Zementherstellung sehr energieintensiv. Um die Kosten der Zementherstellung niedrig zu halten, werden verschiedene, in der Regel kostengünstige, Stoffe verbrannt. Dies können brennbare Gase, z.B. Erdgas, brennbare Flüssigkeiten (z.B. Mineralöle) oder brennbare Feststoffe (z.B. Kohlestaub) sein. Häufig werden auch in anderen Produktionsprozessen anfallende Reststoffe verfeuert.Substoichiometric calcination of mineral substances The invention relates to a method for producing a clinker substitute, a device for producing a clinker substitute, a cement plant comprising a device for calcining mineral substances and the use of a device for producing a clinker substitute. Cement is an important raw material for the building trade and the modern construction industry. The material is used in a wide variety of projects such as building construction or in construction measures such as bridge and tunnel construction. Together with aggregates such as sand and water, cement hardens to form concrete. As a water mortar, cement also hardens under water. “The most important lime-clay cement is“ Portland cement ”. It consists of 58-66% CaO, 18-26% SiO2, 4-12% AlO3, 2-5% FesO3 and mainly contains CazSiO4 (molar ratio approx. 2: 1), in addition approx. 10% by weight Ca3AlOs and 1 % CasAlFeOs ". (Holleman, Wiberg, Textbook of Inorganic Chemistry, 102nd Edition, de Gruyter, 2007, p. 1257, ISBN: 978-3-11-017770-1, hereinafter Holleman, Wiberg). As in For example, described in DE 10 2004 038 313 A1, the cement production can include the basic steps of preheating, calcination, clinker production in the kiln and cooling. An important starting product in cement production are clay minerals. These clay minerals, for example limestone marl, are burned in the further production process, in particular finely ground ( approx. 1450 ° C). After cooling, the sintered cement clinker can be ground with 2 - 5% gypsum or anhydride and packed in sacks (Holleman, Wiberg, p.1257). Due to the high firing temperature required, cement production is very energy-intensive intense. In order to keep the costs of cement production low, various, usually inexpensive, substances are incinerated. These can be flammable gases, e.g. natural gas, flammable liquids (e.g. mineral oils) or flammable solids (e.g. coal dust). Often residues from other production processes are also burned.
Der hohe Energieverbrauch in der klassischen Zementklinkerherstellung kombiniert mit einer weiterhin hohen Nachfrage nach Baumaterialien beinhaltet sowohl hohe Kohlendioxid- und auch Stickoxidemissionen in der Zementherstellung. Im Zuge im strenger werdender Umweltauflagen und Gesetze, sowie gleichzeitig steigenden Rohstoff- und Energiepreisen steigen die Anforderungen an die Ausgestaltung der Kalzinierungs- und Brennprozesse. Dies bedeutet, dass auch bei der Nutzung von billigen und kostengünstigen Brennstoffen die Bildung von Kohlendioxid und Stickoxiden soweit wie möglich reduziert werden muss. Eine Möglichkeit zur Reduzierung des Kohlendioxidverbrauches ist der teilweise Ersatz des Zementklinkers durch entsprechende Ersatzstoffe, beispielsweise kalzinierter Ton. Beispiele finden sich hierfür in der DE 10 2011 014 498 A1.The high energy consumption in traditional cement clinker production combined with the continued high demand for building materials includes both high carbon dioxide and nitrogen oxide emissions in cement production. In the course of stricter environmental regulations and laws, as well as rising raw material and energy prices, the requirements for the design of the calcination and burning processes are increasing. This means that even when cheap and inexpensive fuels are used, the formation of carbon dioxide and nitrogen oxides must be reduced as far as possible. One way of reducing carbon dioxide consumption is to partially replace the cement clinker with appropriate substitutes, such as calcined clay. Examples of this can be found in DE 10 2011 014 498 A1.
Effiziente Kalzinierungsverfahren im Umfeld der Zementherstellung, insbesondere der Kalzinierung bedingen außerdem bei einer Optimierung des Kohlendioxidausstoßes und damit einer effizienten sowie sparsamen Verbrennung häufig recht hohe Bildungsraten von Stickoxiden (NOx). Hierzu sind teilweise zusätzliche und analagentechnisch recht komplexe Zusatzschritte oder Zusatzvorrichtungen erforderlich um die Stickoxidbildung zu minimieren. DE 10 2004 038 313 A1 offenbart einen Brenn- bzw. Kalzinierofen zur Herstellung von Zement aus Ofenrohmaterial.Efficient calcination processes in the field of cement production, especially calcination, also often require very high nitrogen oxide (NOx) formation rates when optimizing carbon dioxide emissions and thus efficient and economical combustion. To this end, additional steps or devices that are quite complex in terms of analog technology are sometimes required in order to minimize the formation of nitrogen oxides. DE 10 2004 038 313 A1 discloses a kiln or calcining furnace for producing cement from furnace raw material.
DE 10 2014 113 127 A1 offenbart ein Verfahren und Anlage zur thermischen Behandlung von flugfähigen Rohmaterial. Das Rohmaterial wird in ein von Heizgasen durchströmten Steigrohr eingeführt und dort thermisch behandelt.DE 10 2014 113 127 A1 discloses a method and system for the thermal treatment of airworthy raw material. The raw material is introduced into a riser pipe through which heating gases flow and is thermally treated there.
DE 10 2008 031 165 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Herstellung von kalzinierten Ton. Erfindungsgemäß wird der Drehrohr- bzw. Röstofen zur Erzeugung von Heizgas als Brennkammer genutzt, durch eine Brennkammer ersetzt und/oder durch eine zusätzliche Brennkammer ersetzt.DE 10 2008 031 165 A1 discloses a method for operating a plant for the production of calcined clay. According to the invention, the rotary kiln or roasting furnace is used as a combustion chamber to generate heating gas, replaced by a combustion chamber and / or replaced by an additional combustion chamber.
DE 198 54 582 A1 offenbart ein Verfahren und eine Anlage zur thermischen Behandlung von mehlförmigen Rohmaterialien.DE 198 54 582 A1 discloses a method and a system for the thermal treatment of flour-like raw materials.
US 8,474,387 B2 offenbart eine Anlage und Verfahren zur Verbrennung von verschiedenen brennbaren Abfällen in der Zementherstellung.US Pat. No. 8,474,387 B2 discloses a system and method for incinerating various combustible wastes in cement production.
DE 10 2011 014 498 A1 offenbart einen Klinkerersatzstoff und Verfahren zur Herstellung des auf dem Klinkerersatzstoff basierende Baustoffe.DE 10 2011 014 498 A1 discloses a clinker substitute and a method for producing the building material based on the clinker substitute.
Die Erfindung hat die Aufgabe ein Verfahren zur Herstellung eines Klinkerersatzstoffes bereitzustellen, welches eine effizientere Verbrennung verschiedener Brennstoffe unter Minimierung des SchadstoffaustoBes, insbesondere von Kohlendioxid und Stickoxiden ermöglicht.The invention has the object of providing a method for producing a clinker substitute which enables more efficient combustion of various fuels while minimizing the emission of pollutants, in particular of carbon dioxide and nitrogen oxides.
Diese Aufgabe wird überraschend von einem Verfahren zur Herstellung eines Klinkerersatzstoffes gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is surprisingly achieved by a method for producing a clinker substitute according to claim 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous refinements emerge from the subclaims.
Die Erfindung umfasst des Weiteren eine Vorrichtung zur Herstellung eines Klinkerersatzstoffes.The invention further comprises an apparatus for producing a clinker substitute.
Vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous refinements emerge from the subclaims.
Die Erfindung umfasst zudem einen nach dem Verfahren erhältlichen Klinkerersatzstoff und Zementklinker.The invention also comprises a clinker substitute and cement clinker obtainable by the method.
Weiterhin umfasst die Erfindung ein Zementwerk umfassend eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Klinkerersatzstoffes.The invention further comprises a cement works comprising a device according to the invention for producing a clinker substitute.
Die Erfindung umfasst außerdem die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kalzinierung von mineralischen Stoffen, bevorzugt Tonmineralien und Tonerden.The invention also includes the use of the device according to the invention for calcining mineral substances, preferably clay minerals and clays.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst mindestens die folgenden Schritte. In einem ersten Schritt erfolgt ein Bereitstellen eines mineralischen, tonhaltigen Stoffgemisches. Das mineralische, tonhaltige Stoffgemisch enthält bevorzugt mindestens 5 Gew. % Tone, Tonerden, Schichtsilikate, beispielsweise Tonminerale, bevorzugt beispielsweise Kaolin oder Kaolingemische. In einer Rostfeuerung, wobei die Rostfeuerung in einer Brennkammer angeordnet ist, erfolgt das Bereitstellen eines Kalzinierungsstroms. Der Ausdruck „Kalzinierungsstrom“ beschreibt im Sinne der Erfindung den in der Brennkammer durch Verbrennung von Brennstoff auf der Rostfeuerung entstehenden Gasstrom aus Verbrennungsgasen. Die Rostfeuerung erlaubt die Verbrennung auch von festen, flüssigen und hochviskosen Brennstoffen. Die Rostfeuerung stellt den Kalzinierungsstrom und damit den Gasstrom zur Kalzinierung zur Verfügung. Das mineralische, tonhaltige Stoffgemisch wird im Kalzinierungsstroms unter unterstöchiometrischen Bedingungen in Bezug auf den Sauerstoffgehalt kalziniert und anschließend ein kalziniertes Stoffgemisch erhalten. DerThe method according to the invention comprises at least the following steps. In a first step, a mineral, clay-containing mixture of substances is provided. The mineral, clay-containing mixture of substances preferably contains at least 5% by weight of clays, clays, sheet silicates, for example clay minerals, preferably for example kaolin or kaolin mixtures. A calcination flow is provided in a grate furnace, the grate furnace being arranged in a combustion chamber. The term “calcination flow” describes in the sense of the invention the gas flow of combustion gases produced in the combustion chamber by burning fuel on the grate furnace. The grate furnace also allows solid, liquid and highly viscous fuels to be burned. The grate furnace provides the calcination flow and thus the gas flow for calcination. The mineral, clay-containing substance mixture is calcined in the calcination stream under substoichiometric conditions with regard to the oxygen content and then a calcined substance mixture is obtained. Of the
Ausdruck „unterstöchiometrischen Bedingungen in Bezug auf den Sauerstoffgehalt“ umfasst im Sinne der Erfindung bevorzugt zum einen Kalzinierungsbedingungen mit einem Sauerstoffgehalt welcher nicht ausreicht, um eine vollständige Oxidation der Tonmineralien zu ermöglichen und zum anderen eine Kalzinierung unter auch reduzierenden Bedingungen. Im Sinne der Erfindung können beide Reaktionsbedingungen nebeneinander vorliegen. Bevorzugt umfasst die Kalzinierung keine separate Oxidiationsreaktion unter überstöchiometrischen Sauerstoffüberschuss. Die „unterstöchiometrischen Bedingungen in Bezug auf den Sauerstoffgehalt“ umfassen bevorzugt eine Luftzahl (Lambda) kleiner 1. Das erhaltene kalzinierte mineralische Gemisch kann einen Teil des Klinkers im Zement ersetzten. Aufgrund der erfindungsgemäßen Verfahrensführung lässt sich die Farbe des Produkts verändern und der Ausstoß von Stickoxiden verringern. Bevorzugt umfasst das mineralische, tonhaltige Stoffgemisch Schichtsilikate, Tone, Feldspäte, bevorzugt Kaolin, Metakaolinit, Illit, Al-Si- Spinelle, Montmorillonit, Mullit, Schamott, Bentonit, Smectit, Chrysotil, Chlorit und/oder Vermiculit und/oder Gemsiche davon. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das mineralische Stoffgemisch (1) 0,1 Gew. % bis 4 Gew. % Kohlenstoff. Überraschenderweise ermöglichen die voranstehend beschriebenen Kohlenstoffgehalte eine vorteilhafte Reduktion des im mineralischen Stoffgemisches enthaltenden Eisen. Dabei wird das (rote) Hämatit (Fe2O3) in graues Magnetit (Fe3QO4) überführt. Magnetit verleiht dem Klinkerersatzstoff eine graue Farbe. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Kalzinierung unter unterstôchiometrischen Bedingungen mit einem mit einem Sauerstoffpartialdruck pO: kleiner 10% bar, bevorzugt pO: kleiner 1071! bar. Weiterhin bevorzugt erfolgt die Kalzinierung unter unterstöchiometrischen Bedingungen mit einem Volumenverhältnis CO2/CO kleiner 1000, besonders bevorzugt kleiner 50.The expression “substoichiometric conditions with regard to the oxygen content” in the context of the invention preferably includes, on the one hand, calcination conditions with an oxygen content which is insufficient to enable complete oxidation of the clay minerals and, on the other hand, calcination under also reducing conditions. For the purposes of the invention, both reaction conditions can exist side by side. The calcination preferably does not include a separate oxidation reaction with a stoichiometric excess of oxygen. The “substoichiometric conditions with regard to the oxygen content” preferably include an air ratio (lambda) less than 1. The calcined mineral mixture obtained can replace part of the clinker in the cement. Due to the procedure according to the invention, the color of the product can be changed and the emission of nitrogen oxides can be reduced. The mineral, clay-containing substance mixture preferably comprises sheet silicates, clays, feldspars, preferably kaolin, metakaolinite, illite, Al-Si spinels, montmorillonite, mullite, fireclay, bentonite, smectite, chrysotile, chlorite and / or vermiculite and / or mixtures thereof. In a preferred embodiment, the mineral mixture (1) contains 0.1% by weight to 4% by weight carbon. Surprisingly, the carbon contents described above enable an advantageous reduction of the iron contained in the mineral mixture of substances. The (red) hematite (Fe2O3) is converted into gray magnetite (Fe3QO4). Magnetite gives the clinker substitute a gray color. In a further preferred embodiment of the invention, the calcination takes place under substoichiometric conditions with an oxygen partial pressure pO: less than 10% bar, preferably pO: less than 1071! bar. Furthermore, the calcination is preferably carried out under substoichiometric conditions with a volume ratio CO2 / CO of less than 1000, particularly preferably less than 50.
Bevorzugt erfolgt die Kalzinierung bei einer Luftzahl (A[Lambda]) kleiner 1, bevorzugt A[Lambda] = 0,70 bis 0,99, besonders bevorzugt A[Lambda] = 0,85 bis 0,98 erfolgt. Die Luftzahl Lambda-Wert oder das Verbrennungsluftverhältnis ist definiert als das Verhältnis der zugeführten Luftmenge zur Luftmenge der stöchiometrischen Verbrennung (siehe auch Römpp, Chemie Lexikon, 9. Auflage, 1995, Seite 2437, ,Lambda-Wert”). In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Kalzinierung mit einer Temperatur von 800 °C bis 1100 °C im Kalzinierungsstrom.The calcination is preferably carried out at an air ratio (A [Lambda]) less than 1, preferably A [Lambda] = 0.70 to 0.99, particularly preferably A [Lambda] = 0.85 to 0.98. The air number lambda value or the combustion air ratio is defined as the ratio of the amount of air supplied to the amount of air for stoichiometric combustion (see also Römpp, Chemie Lexikon, 9th edition, 1995, page 2437, “Lambda value”). In a further preferred embodiment of the invention, the calcination takes place at a temperature of 800 ° C. to 1100 ° C. in the calcination stream.
> BE2019/5505 Bevorzugt erfolgt die Kalzinierung in einem Flugstromcalcinator. In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist der der Flugstromcalcinator über ein Ventil regulierbar mit einem zusätzlichen Gasstrom verbunden. Über das Ventil kann der Sauerstoffgehalt und die Strômungsgeschwindigkeit individuell angepasst werden. Bevorzugt weist der der zusätzliche Gasstrom einen Sauerstoffgehalt von 5 Vol. % bis 15 Vol. %, bevorzugt 7 Vol. % bis 12 Vol. % auf.> BE2019 / 5505 The calcination is preferably carried out in an entrained flow calciner. In a preferred embodiment of the method, the entrained flow calcinator is connected to an additional gas flow in a controllable manner via a valve. The oxygen content and the flow rate can be individually adjusted via the valve. The additional gas stream preferably has an oxygen content of 5% by volume to 15% by volume, preferably 7% by volume to 12% by volume.
Weiterhin bevorzugt umfasst der zusätzliche Gasstrom rezirkulierte Luft umfasst, bevorzugt rezirkulierte Luft aus einer Filteranlage.Furthermore, the additional gas stream preferably comprises recirculated air, preferably recirculated air from a filter system.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der der zusätzliche Gasstrom in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt im Flugstromcalcinator geregelt. Besonders bevorzugt wird der Sauerstoffgehalt über eine Sauerstoffsonde im Flugstromcalcinator gemessen. Der Ausdruck „Sauerstoffsonde“ umfasst im Sinne der Erfindung bevorzugt Lambda-Sonden und/oder dotierte ZrO» — Sonden. Der Oz-Partialdruck lässt sich bevorzugt über die Nernst’sche Gleichung bestimmen. Über eine Einrichtung zur Datenverarbeitung, welche mit der Sauerstoffsonde verbunden ist, wird der zusätzliche Gasstrom, beispielsweise Über ansteuerbare Ventile und Pumpen, gesteuert.In a preferred embodiment, the additional gas flow is regulated as a function of the oxygen content in the entrained flow calcinator. The oxygen content is particularly preferably measured using an oxygen probe in the entrained flow calcinator. In the context of the invention, the expression “oxygen probe” preferably includes lambda probes and / or doped ZrO »probes. The Oz partial pressure can preferably be determined using the Nernst equation. The additional gas flow is controlled via a device for data processing, which is connected to the oxygen probe, for example via controllable valves and pumps.
Bevorzugt wird das mineralischen Stoffgemisches in einem Zyklonvorwärmer vorgewärmt.The mineral mixture is preferably preheated in a cyclone preheater.
In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt die Kalzinierung ohne einen zusätzlichen Schritt mit stöchiometrischen oder überstôchiometrischen Sauerstoffanteil. Die Vermeidung dieser Schritte vermindert den Ausstoß von Stickoxiden.In a preferred embodiment, the calcination takes place without an additional step with a stoichiometric or superstoichiometric oxygen content. Avoiding these steps reduces nitrogen oxide emissions.
Bevorzugt wird das mineralischen Stoffgemisches vor der Kalzinierung vorgewärmt, besonders bevorzugt im Zyklonvorwärmer vorgewärmt.The mineral mixture is preferably preheated before calcination, particularly preferably preheated in the cyclone preheater.
In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt die die Kalzinierung im Gleichstrom. Die Erfindung umfasst des Weiteren einen Klinkerersatzstoff erhältlich nach dem voranstehend beschriebenen erfindungsgemäGBen Verfahren und einen Zementklinker enthaltend den erfindungsgemäBen Klinkerersatzstoff.In a preferred embodiment, the calcination takes place in cocurrent. The invention further comprises a clinker substitute obtainable according to the above-described method according to the invention and a cement clinker containing the clinker substitute according to the invention.
Die Erfindung umfasst des Weiteren eine Vorrichtung zur Herstellung eines Klinkerersatzstoffes mindestens umfassend die folgenden Elemente.The invention further comprises a device for producing a clinker substitute at least comprising the following elements.
Ein Flugstromcalcinator umfasst eine Produkteingangsöffnung (für das zu kalzinierendes Produkt) und einer Produktausgangsöffnung und eine Brenngasöffnung.An entrained flow calciner comprises a product inlet opening (for the product to be calcined) and a product outlet opening and a fuel gas opening.
Die Produkteingangsöffnung ist bevorzugt in Brenngasstromrichtung oberhalb der Brenngasöffnung angeordnet.The product inlet opening is preferably arranged above the fuel gas opening in the direction of the fuel gas flow.
Diese Anordnung bewirkt, dass ein flugfähiges (im Brenngasstrom mitführbarer) mineralisches Stoffgemisch (z.B.This arrangement has the effect that an airworthy mineral substance mixture (which can be carried in the fuel gas flow) (e.g.
Tonmineralien) vom Brenngasstrom (Kalzinierungsstrom) durch den Flugstromcalcinator geführt werden kann und innerhalb des Flugstromcalcinators kalziniert wird.Clay minerals) can be passed from the fuel gas flow (calcination flow) through the entrained flow calcinator and is calcined within the entrained flow calcinator.
Eine Brennkammer ist mit der Brenngasöffnung und einer Verbrennungsgaszuführung (beispielsweise für Luft oder Luftgemische mit variierenden Sauerstoffanteil) und einer Brennstoffzuführung verbunden.A combustion chamber is connected to the fuel gas opening and a combustion gas supply (for example for air or air mixtures with varying oxygen content) and a fuel supply.
Die Brennkammer umfasst des Weiteren eine Rostfeuerung.The combustion chamber also includes a grate furnace.
Die Rostfeuerung ermöglicht eine Verbrennung und Nutzung fester, flüssiger und auch hochviskoser Brennstoffe bzw. brennbare Abfallstoffe.The grate furnace enables the combustion and use of solid, liquid and also highly viscous fuels or combustible waste materials.
Weiterhin ist eine Produktzuführungsleitung mit der Produkteingangsöffnung verbunden.Furthermore, a product feed line is connected to the product inlet opening.
Ergänzend ist eine Luftzuleitung vorgesehen, wobei die Luftzuleitung Über mindestens ein Ventil mit dem Flugstromcalcinator und/oder der Brennkammer verbunden ist.In addition, an air supply line is provided, the air supply line being connected to the entrained flow calciner and / or the combustion chamber via at least one valve.
Über die Luftzuleitung und gegebenenfalls angeschlossenen Pumpen lässt sich der Sauerstoffanteil im Flugstromcalcinator über das Ventil regeln und steuern.The oxygen content in the entrained flow calcinator can be regulated and controlled via the valve via the air supply line and, if necessary, connected pumps.
Bevorzugt ist die Produktzuführungsleitung mit einer oder mehrerer Vorwärmvorrichtung(en), bevorzugt Zyklonvorwärmern, verbunden.The product feed line is preferably connected to one or more preheating devices, preferably cyclone preheaters.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Sauerstoffsonde im Flugstromcalcinator angeordnet.In a preferred embodiment of the invention, an oxygen probe is arranged in the entrained flow calcinator.
Die Sauerstoffsonde ermöglicht eine Überwachung der Sauerstoffkonzentration im Flugstromcalcinator.The oxygen probe enables the oxygen concentration in the entrained flow calcinator to be monitored.
Weiterhin bevorzugt ist eine Einrichtung zur Datenverarbeitung mit der Sauerstoffsonde und dem Ventil verbunden.Furthermore, a device for data processing is preferably connected to the oxygen probe and the valve.
Die Einrichtung zur Datenverarbeitung, welche mit der Sauerstoffsonde verbunden ist, steuert den zusätzliche Gasstrom, beispielsweise über ansteuerbare Ventile und Pumpen.The device for data processing, which is connected to the oxygen probe, controls the additional gas flow, for example via controllable valves and pumps.
Die Einrichtung zur Datenverarbeitung umfasst bevorzugt eine Steuereinrichtung, z.B.The device for data processing preferably comprises a control device, e.g.
Mikroprozessor mit Software und einen Signalwandler aus der Sauerstoffsonde.Microprocessor with software and a signal converter from the oxygen probe.
Des Weiteren beinhaltet die Erfindung ein Zementwerk umfassend eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Klinkerersatzstoffes.The invention also includes a cement works comprising a device according to the invention for producing a clinker substitute.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann bevorzugt direkt im Zementwerk angeordnet sein.The device according to the invention can preferably be arranged directly in the cement works.
Über geeignete Mischer kann der Klinkerersatzstoff mit dem im Zementwerk hergestellten Zementklinker gemischt werden.The clinker substitute can be mixed with the cement clinker produced in the cement works using suitable mixers.
Weiterhin umfasst die Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäBen Vorrichtung zur Kalzinierung von mineralischen Stoffen, bevorzugt Tonmineralien und Tonerden.The invention further comprises the use of the device according to the invention for calcining mineral substances, preferably clay minerals and clays.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Beispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an example.
Das Beispiel schränkt die Erfindung nicht ein.The example does not restrict the invention.
In einer Simulation wurde der Kohlendixodaussto3 bei der Herstellung einer Tonne Portlandzementklinker und der Herstellung von einer Tonne kalzinierten Ton, bevorzugt Kaolin, gemäß dem erfindungsgemäBen Verfahren verglichen.In a simulation, the carbon dioxide emissions during the production of one ton of Portland cement clinker and the production of one ton of calcined clay, preferably kaolin, were compared according to the method according to the invention.
Tabelle 1: OL Temperatur [°C] [| Kohlendioxidbildung [kg] | kalzinierter Ton Aus der Tabelle 1 ist ersichtlich, dass die Herstellung von kalzinierten Kaolin über das erfindungsgemäße Verfahren die Kohlendioxidbildung etwa um den Faktor 4 absenkt.Table 1: OL temperature [° C] [| Carbon dioxide formation [kg] | Calcined clay It can be seen from Table 1 that the production of calcined kaolin using the process according to the invention lowers the formation of carbon dioxide by a factor of approximately 4.
Zusätzlich ist mit 800 °C im Vergleich zu 1450 °C auch eine deutlich niedrigere Betriebstemperatur und damit Energieverbrauch erforderlich.In addition, at 800 ° C compared to 1450 ° C, a significantly lower operating temperature and thus energy consumption is required.
Deutliche Absenkungen finden sich auch im Komposit-Zement.Significant reductions can also be found in composite cement.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the figure.
Die Figur schränkt die Erfindung nicht ein.The figure does not limit the invention.
Die Figur ist nicht maßstabsgetreu.The figure is not true to scale.
Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung.Figure 1 shows a schematic view of the device according to the invention.
Die Vorrichtung umfasst mindestens die folgenden Elemente.The device comprises at least the following elements.
Ein Flugstromcalcinator (4) umfasst eine Produkteingangsöffnung (4a), eine Produktausgangsöffnung (4d) zum Austragen des erzeugten kalzinierten Stoffgemisches (1b) und eine Brenngasöffnung (40). Die Produkteingangsöffnung (4a) ist bevorzugt in Brenngasstromrichtung oberhalb der Brenngasöffnung (4c) angeordnet.An entrained flow calciner (4) comprises a product inlet opening (4a), a product outlet opening (4d) for discharging the calcined substance mixture (1b) produced and a fuel gas opening (40). The product inlet opening (4a) is preferably arranged in the fuel gas flow direction above the fuel gas opening (4c).
Diese Anordnung bewirkt, dass ein flugfähiges (im Brenngasstrom mitführbarer) mineralischen Stoffgemisch (1a) (z.B.This arrangement has the effect that an airworthy mineral substance mixture (1a) (e.g. that can be carried in the fuel gas flow)
Tonmineralien) nach einer Vorwärmung in Vorwärmstufen, z.B.Clay minerals) after preheating in preheating stages, e.g.
Zyklonvorwärmer (9) vom Brenngasstrom bzw.Cyclone preheater (9) from the fuel gas flow or
Kalzinierungsstrom (2) durch den Flugstromcalcinator (4) geführt werden kann und innerhalb des Flugstromcalcinators (4) kalziniert wird.Calcination flow (2) can be passed through the entrained flow calcinator (4) and is calcined within the entrained flow calcinator (4).
Eine Brennkammer (16) ist mit der Brenngasöffnung (12a) und einer Verbrennungsgaszuführung (12b) (beispielsweise für Luft oder Luftgemische mit variierenden Sauerstoffanteil) und einer Brennstoffzuführung (13) verbunden.A combustion chamber (16) is connected to the combustion gas opening (12a) and a combustion gas supply (12b) (for example for air or air mixtures with varying oxygen content) and a fuel supply (13).
Ventile (6) ermöglichen eine Regulierung der Verbrennungsgaszuführung (12b). Die Brennkammer (16) umfasst des Weiteren eine Rostfeuerung (3). Die Rostfeuerung (3) ermöglicht eine Verbrennung und Nutzung fester, flüssiger und auch hochviskoser Brennstoffe bzw. brennbare Abfallstoffe.Valves (6) enable the combustion gas supply (12b) to be regulated. The combustion chamber (16) also includes a grate furnace (3). The grate furnace (3) enables the combustion and use of solid, liquid and also highly viscous fuels or combustible waste materials.
Eine Rückstandsöffnung (4b) ermöglicht die Entfernung der nicht brennbaren Brennstoffreste.A residue opening (4b) enables the non-combustible fuel residues to be removed.
Über einen Zündbrenner (14) mit Brennstoff-Zuleitung (15) wird der in der Brennkammer (16) befindliche Brennstoff entzündet.The fuel in the combustion chamber (16) is ignited via a pilot burner (14) with a fuel supply line (15).
Weiterhin ist eine Produktzuführungsleitung (8) mit der Produkteingangsöffnung (4a) verbunden.Furthermore, a product feed line (8) is connected to the product inlet opening (4a).
Ergänzend ist eine Luftzuleitung (7) für einen zusätzlichen Gasstrom (5) vorgesehen, wobei die Luftzuleitung (7) über mindestens ein Ventil (6) mit dem Flugstromcalcinator (4) und/oder der Rostfeuerung verbunden ist.In addition, an air supply line (7) is provided for an additional gas flow (5), the air supply line (7) being connected to the entrained flow calciner (4) and / or the grate furnace via at least one valve (6).
Über die Luftzuleitung (7) und gegebenenfalls angeschlossenen Gebläse (17) lässt sich der Sauerstoffanteil im Flugstromcalcinator (4) über das Ventil (6) regeln und steuern.The oxygen content in the entrained flow calciner (4) can be regulated and controlled via the valve (6) via the air supply line (7) and possibly connected fan (17).
Optional ist noch eine Sauerstoffsonde (10) und eine nicht gezeigte Einrichtung zur Datenverarbeitung (11) mit umfasst.Optionally, an oxygen probe (10) and a device (not shown) for data processing (11) are also included.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
(la) mineralisches Stoffgemisch (1b) kalziniertes Stoffgemisch(la) mineral mixture of substances (1b) calcined substance mixture
(2) Kalzinierungsstrom(2) calcination stream
(3) Rostfeuerung(3) grate firing
(4) Flugstromcalcinator(4) Entrained flow calcinator
(4a) Produkteingangsöffnung (4b) Rückstandsöffnung(4a) product inlet opening (4b) residue opening
(4c) Brenngasöffnung(4c) fuel gas opening
(4d) Produktausgangsöffnung(4d) Product exit opening
(5) zusätzlicher Gasstrom(5) additional gas flow
(6) Ventil (7) Luftzuleitung(6) Valve (7) Air supply line
(8) Produktzuführungsleitung(8) Product feed line
(9) Vorwärmstufen(9) Preheating levels
(10) Sauerstoffsonde(10) oxygen probe
(11) Einrichtung zur Datenverarbeitung (12a) Brenngasöffnung(11) device for data processing (12a) fuel gas opening
(12b) Verbrennungsgaszuführung(12b) Combustion gas supply
(13) Brennstoffzuführung(13) fuel supply
(14) Zündbrenner(14) pilot burner
(15) Brennstoff -Zuleitung (16) Brennkammer(15) Fuel supply line (16) Combustion chamber
(17) Gebläse(17) blower
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