Verfahren zur Wärmebehandlung von Silikatrohstoffen und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens Das klassische Verfahren zum Brennen von Zement ist die Erzeugung des Klinkers im langen Drehofen. Zur Verbesserung des Brennvorganges sowie zur restlosen Ausnutzung der Brennstoffwärme wurden Vorwärmer entwickelt, die den Drehöfen vorgeschaltet werden und damit zur Verkürzung der Öfen führten.
Nach dem heutigen Stand der Technik ist es möglich, sowohl trockenes Rohmehl als auch Gra- nula bzw. Rohschlamm in den den Ofen vorgeschal teten Apparaturen zu trocknen und zu entsäuern. Der eigentliche Brennprozess, die Sinterung, muss jedoch in einem nachgeschalteten Drehofen erfolgen.
Erfindungsgemäss sollen zur Durchführung des Verfahrens Einrichtungen zur Anwendung kommen, die in verschiedenen Industriezweigen zur Erzielung andersartiger Ergebnisse in Gebrauch sind. Eine sinnvolle Kombination dieser an sich bekannten Ein zelverfahren führt zur Verwirklichung des Erfin dungsgedankens, der darauf beruht, das Brennen von Silikatrohstoffen in einem Brennaggregat ohne Ver wendung eines Drehofens z. B. zu Zementklinker zu ermöglichen.
Bekannt ist a) die Wärmebehandlung von feinkörnigen Stoffen nach dem Wirbelschichtverfahren und dem Schwebegasverfahren ; b) das Einblasen von Rohmehl gemeinsam mit oder getrennt von dem Brennstoff-Luft-Gemisch in die Sinterzone eines Drehofens zum Zwecke einer unmittelbaren Sinterung (in dem Bestreben, durch die beiderseitige Zuführung von Rohmehl die Leistung des Drehofens zu steigern, was dabei zu etwa 10 % möglich ist) ; c) die Intensivierung des Brennprozesses eines Koh- lenstaub-Luft-Gemisches in einer Zyklon- bzw.
Schmelzkammerfeuerung, in der die Brennstoff asche als Schmelze aus dem Heissgasstrom aus geschieden wird.
Jedes der vorstehenden Verfahren erfüllt eine in sich abgeschlossene Aufgabe und bewährt sich im praktischen Dauerbetrieb.
Die Kombination dieser Verfahren lässt bei ge genseitiger Abstimmung und entsprechender kon struktiver Gestaltung der Apparatur die Möglichkeit erkennen, das Problem des Sinterns vom Zement rohgut und anderer Stoffe im Schwebezustand bei gleichzeitiger wirtschaftlicher Ausnutzung der Ab gaswärme zu lösen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Ver fahrens wird das Rohgut zunächst auf dem oberen Rost eines Wirbelschichtofens von den Abgasen aus dem Klinkerbrand vorgewärmt. Nach dem Überlauf auf einen darunterliegenden Rost findet durch wei tere Erhitzung die Entsäuerung statt. Möglicherweise müssen auch mehrere Roste untereinander angeord net werden, um das Rohgut restlos zu kalzinieren und bis zur beginnenden Sinterung zu erhitzen. Hell rotglühend fliesst es über den untern Rostüberlauf in die Zuleitung des Kohlenstaub-Luft-Gemisches bzw. in einen separat angeordneten Staubbrenner.
In diesem Zustand tritt das Gemisch in den Zyklon brenner bzw. die Schmelzkammerfeuerung ein. Bei derartigen Brennern für Kesselfeuerungen schmilzt die Brennstoffasche auf kürzestem Flugwege und fliesst durch den Auslauf des Zyklons ab. In vor liegendem Falle sollen die Feststoffe lediglich in die beginnende Schmelzphase eintreten und als Klinker aus den Heissgasen ausgeschieden und aus dem un teren Teil der Feuerung ausgetragen werden.
Das Heissgas strömt dabei aus dem Oberteil der Feue rung in den Wirbelschichtofen ein, um durch die Wärmebehandlung des Rohgutes seine Temperatur bis dicht über den Taupunkt zu senken.
Die Kühlung der Klinker soll zweckmässig in einer unter dem Brennraum angeordneten Kammer auf einem oder mehreren Rosten ebenfalls nach dem Wirbelschichtverfahren erfolgen. Die dadurch gewon nene sauerstoffhaltige Heissluft kann zum Einblasen sowohl des Kohlenstaubes als auch des Rohgutes und als Sekundärluft am Umfang der Brennerdüsen und gegebenenfalls als Tertiärluft dienen.
Es kann zweck- mässig sein, die Verweilzeit des Rohgutes in der Flamme durch gegenläufige Einführung der Sekun därluft am Umfang der Brennkammer zu verlängern und die Ansatzbildung dadurch zu steuern.
Es ist anzunehmen, dass die Auslegung der Brennkammer in ihrer Leistung durch den Ablauf des Brenn- und Sintervorganges begrenzt ist. Demzu folge kann es erforderlich sein, entweder unter einem Wirbelschichtofen mehrere Brennkammern anzuord nen oder mehrere kleine Vorwärmer mit ihren Brennkammern in einer Batterie zusammenzufassen.
Die Wärmebehandlung des Rohgutes kann auch in vorgeschaltenen Vorwärmern, analog den Schwebegas-Wärmeaustauschern, erfolgen, die un mittelbar oder in Kombination mit einer Wirbel schicht über der Brennkammer angeordnet werden.
Im Gegensatz zum Brennen im Drehofen ist es bei der Durchführung des Verfahrens ratsam, die Brennstoffzuführung zu unterteilen, in die Menge, die zum Erhitzen und Kalzinieren des Rohgutes er forderlich ist und in den Anteil, der lediglich zum Sintern des vorbehandelten Gutes, d. h. zur Einlei tung des exothermen Prozesses benötigt wird.
Auf diese Weise kann die spezifische Brennraum belastung wesentlich reduziert und der Anteil an Flugasche aus dem Brennraum verringert werden.
Die zum Erhitzen und Kalzinieren erforderliche Wärme wird dabei so zugeführt, dass Brennstoff in die Wirbelschicht eingeleitet und mit dem zum Auf wirbeln des Rohgutes herangezogenen sauerstoffhal tigen Gas innerhalb der Schicht zur Verbrennung gebracht wird.
In der Praxis des Zementbrennens hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der sich in der Schmelzphase befindliche Klinker durch eine rollende Bewegung geknetet wird. Klinker, der einer solchen Knetbehandlung bedarf, soll im Ablauf des Verfah rens vor seiner Kühlung über eine feuerfeste, iso lierte Granuliervorrichtung geleitet werden, auf der seine Sintertemperatur durch Wärmezufuhr erhalten wird.
Es ist bekannt, dass ein Zusatz von Sauerstoff zur Verbrennungsluft im Produktionsmasstab bis zu etwa 10 % wirtschaftlich ist. Der Sintervorgang in einer Schmelzkammer kann auf diese Weise begün stigt werden.
Das Verfahren erscheint auch geeignet zur Her stellung von hochwertigem Schmelzzement und an derem Sintergut, dessen Erzeugung im Elektroofen sehr kostspielig ist. .
Die Schmelztemperaturen der einzelnen Rohstoff komponenten liegen in vielen Fällen höher als die des Rohstoffgemisches. Deshalb kann es bei der Durch führung des vorgeschlagenen Verfahrens zweckmäs- sig sein, die einzelnen Rohstoffkomponenten in sepa raten Vorwärmern zu erhitzen, um sie anschliessend gemeinsam und gut gemischt in der Brennvorrichtung kontinuierlich zu sintern.
Process for the heat treatment of silicate raw materials and device for carrying out this process The classic process for burning cement is the production of clinker in a long rotary kiln. To improve the burning process and to fully utilize the heat of the fuel, preheaters were developed that are connected upstream of the rotary kilns and thus shortened the kilns.
According to the current state of the art, it is possible to dry and deacidify both dry raw meal and granules or raw sludge in the equipment upstream of the furnace. The actual burning process, the sintering, must, however, take place in a downstream rotary kiln.
According to the invention, devices are to be used for carrying out the method which are used in various branches of industry to achieve different results. A useful combination of these known per se individual process leads to the realization of the inven tion concept, which is based on the burning of silicate raw materials in a firing unit without using a rotary kiln for Ver. B. to enable cement clinker.
It is known a) the heat treatment of fine-grained substances by the fluidized bed process and the floating gas process; b) the injection of raw meal together with or separately from the fuel-air mixture into the sintering zone of a rotary kiln for the purpose of immediate sintering (in an effort to increase the performance of the rotary kiln by feeding raw meal on both sides, which in this case amounts to about 10 % is possible) ; c) the intensification of the combustion process of a coal dust-air mixture in a cyclone or
Melting chamber firing, in which the fuel ash is separated from the hot gas stream as melt.
Each of the above methods fulfills a self-contained task and has proven itself in practical continuous operation.
The combination of these processes, with mutual coordination and appropriate structural design of the apparatus, shows the possibility of solving the problem of sintering raw cement and other substances in suspension while at the same time making economical use of the exhaust gas heat.
In a preferred embodiment of the method, the raw material is first preheated on the upper grate of a fluidized bed furnace by the exhaust gases from the clinker fire. After overflowing onto a grate underneath, further heating takes place to deacidify. It is possible that several grids have to be arranged one below the other in order to calcine the raw material completely and to heat it until sintering begins. Brightly red-hot, it flows through the lower grate overflow into the supply line for the coal dust-air mixture or into a separately arranged dust burner.
In this state, the mixture enters the cyclone burner or the melting chamber furnace. In burners of this type for boiler firing, the fuel ash melts in the shortest possible flight path and flows off through the outlet of the cyclone. In the present case, the solids should only enter the incipient melting phase and be separated from the hot gases as clinker and discharged from the lower part of the furnace.
The hot gas flows from the upper part of the furnace into the fluidized bed furnace in order to lower its temperature to just above the dew point through the heat treatment of the raw material.
The cooling of the clinker should expediently take place in a chamber arranged below the combustion chamber on one or more grates, also using the fluidized bed process. The oxygen-containing hot air obtained in this way can be used to blow in both the coal dust and the raw material and as secondary air on the circumference of the burner nozzles and, if necessary, as tertiary air.
It can be useful to lengthen the dwell time of the raw material in the flame by introducing secondary air in opposite directions at the periphery of the combustion chamber and thereby to control the build-up.
It can be assumed that the performance of the combustion chamber is limited by the course of the combustion and sintering process. Accordingly, it may be necessary either to arrange several combustion chambers under a fluidized bed furnace or to combine several small preheaters with their combustion chambers in a battery.
The heat treatment of the raw material can also take place in upstream preheaters, analogous to the floating gas heat exchangers, which are arranged un indirectly or in combination with a fluidized bed above the combustion chamber.
In contrast to burning in a rotary kiln, it is advisable to divide the fuel supply into the amount that is required for heating and calcining the raw material and the portion that is only used for sintering the pretreated material, i.e. H. is required to initiate the exothermic process.
In this way, the specific combustion chamber load can be significantly reduced and the proportion of fly ash from the combustion chamber can be reduced.
The heat required for heating and calcining is supplied in such a way that fuel is introduced into the fluidized bed and is burned within the bed with the oxygen-containing gas used to whirl up the raw material.
In cement burning practice, it has proven to be advantageous if the clinker, which is in the melting phase, is kneaded by a rolling movement. Clinker, which requires such a kneading treatment, should be passed through a refractory, isolated granulating device, on which its sintering temperature is obtained by supplying heat, before it is cooled.
It is known that the addition of oxygen to the combustion air is economical on a production scale up to about 10%. The sintering process in a melting chamber can be favored in this way.
The process also appears to be suitable for the manufacture of high-quality molten cement and other sintered goods, which are very costly to produce in an electric furnace. .
The melting temperatures of the individual raw material components are in many cases higher than those of the raw material mixture. Therefore, when carrying out the proposed method, it can be useful to heat the individual raw material components in separate preheaters in order to then continuously sinter them together and well mixed in the combustion device.