Die Erfindung betrifft ganz allgemein eine Einrichtung zum Vorwärmen von in gasförmigem Medium im Schwebezu stand befindlichen, pulverförmigen Rohmaterialien.
Der Vorgang des Brennens (oder Sinterns) von pulverförmigen Rohmaterialien, z. B. von Materialien, die gebraucht werden bei der Herstellung von Zementklinker, ist grob ausgedrückt unterteilt in ein Vorwärmen, ein Brennen (Entkohlung der Rohmaterialien), ein Brennen und ein Kühlen, wobei diese Vorgänge in dieser Reihenfolge erfolgen im Fluss der Rohmaterialien. Man weiss, dass, weil eine grosse Wärmemenge verbraucht wird in der Kalzinierzone für die Durchführung der endothermischen Reaktion, die Temperaturdifferenz zwischen dem Gas und den Rohmaterialien am kleinsten wird am Rohmaterialeinlass der Kalzinierzone.
Im Bestreben, den Wärmeübergang beim Rohmaterialeinlass der Kalzinierzone zu verbessern, wurde ein Verbrennungsprozess, durch den der thermische Gesamtwirkungsgrad des Verbrennungsprozesses verbessert wird und dass der Verbrennungsofen, der meistens, aber nicht notwendigerweise ein Drehofen ist, kleiner ausgelegt werden kann. Wenn aber die Temperatur der den Ofen verlassenden Auslassgase höher liegt als 1200 "C, so werden flüchtige Bestandteile, wie z. B.
Salmiak, Chlor und Schwefel, in die Einrichtung eingeführt zusammen mit den Rohmaterialien und/oder dem Brennstoff (der meistens im Ofen verdampft wird und vom Ofengas getragen wird) und diese Bestandteile werden dann kondensiert und an den Materialien oder der Wandung des Hochtemperaturteiles der SP-Einrichtung niedergeschlagen und angesammelt unter Bildung von grossen Mengen von Belägen oder unter Minderung der Schliessfähigkeit der Rohmaterialien, wodurch im Betrieb Störungen verursacht werden. Als Folge solcher Beschränkungen hinsichtlich der Temperatur des Auslassgases aus dem Brennofen werden nur eine Vorwärmung und eine ungefähr 50 /Oige Kalzinierung der Rohmaterialien im SP-System durchgeführt und der übrige Teil der Kalzinierreaktion muss im Brennofen stattfinden.
Deshalb musste dem Brennofen das Doppelte des Volumens gegeben werden, das er haben müsste, wenn er nur für das Brennen (oder für das Sintern) der Rohmaterialien gebraucht würde; dies bildete ein Hindernis gegen die Verwirklichung einer Einheit mit grosser Kapazität.
Im Bestreben, die Nachteile des eben beschriebenen SP-Systems zu überwinden, wurde ein Prozess (nachfolgend unter dem Namen SCP-Prozess angeführt) vorgeschlagen samt Einrichtung zur Durchführung desselben, wobei ein oder mehrere zusätzliche Brenner vorgesehen sind in der untersten Wärmeübertragungsstufe (mit anderen Worten der Wärmeübertragungsstufe des Vorwärmers, die zunächst beim Brennofen gelegen ist). Durch dieses Vorwärmsystem (nachfolgend unter dem Namen SCP-System angeführt) werden die in Gas schwebenden Rohmaterialien augenblicklich ungefähr vollständig kalziniert mit den Auslassgasen aus dem Verbrennungsofen ebenso wie mit den Verbrennungsgasen, die entstehen durch Brennen von Brennstoff mit warmer Brennluft, die aus einem Kühler zugeführt wird, nachdem sie verwendet worden ist zum Abkühlen des gebrannten Produktes (oder Klinkers).
Ein bemerkenswerter Vorteil des SCP-Prozesses liegt darin, dass das Volumen des Ofens auf die Hälfte jener Grösse reduziert werden kann, die benötigt ist für den üblichen SP-Prozess, dies weil nahezu vollständig kalzinierte Materialien in den Brennofen eingeführt werden, für die dann nur noch ein Teil der Brennreaktion (oder Sinterreaktion) durchgeführt werden muss.
In Bezug auf das SCP-System ist jedoch zu beachten, dass, je mehr die Kalzinierreaktion für die Rohmaterialien fortschreitet, um so höher der Partialdruck der Kohlenstoffoxyde im Gas wird und somit entsprechend die Geschwindigkeit der Kalzinierreaktion verzögert wird. Als Folge hiervon ergibt sich, dass Rohmaterialien, deren Temperatur niedriger ist als etwa 900 "C, nicht augenblicklich im wesentlichen vollständig kalziniert werden.
Ausserdem wird im SCP-System der Brennstoff mit der Mischung von Luft und von Auslassgasen aus dem Brennofen verbrannt und somit in einer Atmosphäre, in welcher der Partialdruck des Sauerstoffes kleiner ist als in der Luft; demzufolge ist es schwierig, die Verbrennung vollständig durchzuführen, wenn nicht mit einer Luftüberschusszahl gearbeitet wird, die erheblich höher ist als jene, die zur Anwendung gelangt im Brenner innerhalb des Brennofens.
Es ergibt sich aus Obigem, dass am Materialeinlass der Kalzinierzone die Gastemperatur bei diesem System etwa 50-100 "C höher liegt und dass auch das Gasvolumen an der Spitze grösser wird als beim bekannten SP-System. Der Vorteil des geringen Wärmeverlustes beim SCP-Prozess dank einem kleineren Brennofen wird somit aufgebraucht durch den verschlechterten thermischen Wirkungsgrad des Vorwärmers und als Folge hiervon wird der thermische Gesamtwirkungsgrad des Brennprozesses bei diesem Prozess schwerlich verbessert.
Wie beim Brenner für den Brennofen ist die Brennluft für den zusätzlichen Brenner im allgemeinen heisse Luft, die sich ergibt aus der Wärmeübertragung aus dem geplanten Produkt (oder Klinker) im Kühler.
Bei der Verwendung der Brennluft aus dem Kühler ist der Strömungswiderstand in der Luftleitung vom Kühler zum Lufteinlass in die unterste Stufe des Vorwärmsystems im allgemeinen höher als im Brennofen, so dass zum Einführen von ädequater Brennluft in das Vorwärmsystem eine Drosselstelle in die Brennofenauslassgasleitung eingesetzt werden muss, welche den Brennofen mit der untersten Stufe des Vorwärmers verbindet. Jedoch wird diese Drosselstelle sich dort befinden, wo die Ablagerungen infolge Alkalikondensation wie oben- beschrieben sich stark aufbauen, was häufig zu Störungen während dem Betrieb führt und es schwierig macht, die Durchflussrate von Brennofenauslassgas und von Brennluft zu steuern. Ausserdem entsteht an der Drosselstelle ein unnötiger Energieverlust.
Die vorliegende Erfindung ist entstanden als Resultat unserer ausgiebigen Forschungsarbeit mit dem Ziel der Ausmerzung der Nachteile, die den konventionellen Vorwärmsystemen anhaften und auch mit dem Ziel der Schaffung einer kommerziell interessanten Einrichtung zum Vorwärmen von im Schwebezustand befindlichen pulverförmigen Rohmaterialien. Es soll der vernünftigste Brennprozess für solche schwebende pulverförmige Materialien durchgeführt werden können, wobei der Vorwärmer direkt mit einem Brennofen, wie z B. einem Drehofen, kombiniert ist. Insbesondere soll ein Vorwärmsystem geschaffen werden, das nachstehend beschrieben wird.
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zum Vorwärmen von in gasförmigem Medium im Schwebezustand befindlichen, pulverförmigen Rohmaterialien, mit einem ersten
Einrichtungsteil für das Vorwärmen mit Abgasen, in wel chem der Wärmeübergang von den einen Brennofen verlassenden Abgasen auf die Materialien in mehreren Stufen erfolgt, und einem zweiten Einrichtungsteil mit Vorwärmung durch Verbrennungsgas, der mit dem erstgenannten Einrich tungsteil parallel geschaltet ist und in dem der Wärmeüber gang von dem in der letzten Wärmeübergangsstufe für die
Rohmaterialien in einem Brenner erzeugten Verbrennungs gas auf die Materialien in mehreren Stufen erfolgt, gekenn zeichnet durch eine solche Ausbildung, vorgesehen sein,
dass die Materialströme nach ihrem Durchfluss durch die vor letzten Wärmeübertragungsstufen schliesslich die in Serie ge schalteten letzten Wärmeübergangsstufen der beiden Teilein richtungen passieren.
Im zweiten Einrichtungsteil können ein oder mehrere zusätzliche Brenner vorgesehen sein in der untersten Wärme übertragungsstufe, zum Verbrennen von Brennstoff zwecks Erzeugung von Verbrennungsgas. Die Brennluft ist im allgemeinen erwärmte Luft, die sich ergibt im Wärmeaustausch mit dem gebrannten Produkt (oder Klinker) in einem Kühler; dies muss aber nicht unbedingt der Fall sein. In diesem Einrichtungsteil wird nur die Brennluft zur untersten Wärmeübertragungsstufe geführt, so dass die Verbrennung mit der geringstmöglichen Luftüberschusszahl wie z. B. 100/0 durchgeführt werden kann, dies damit das die Kalzinierzone verlassende Gasvolumen so klein wie möglich gehalten werden kann.
Da ausserdem die Kalzinierreaktion in einem Gas mit niedrigem Partialdruck der Kohlenstoffoxyde stattfindet, ist es möglich die Kalzinierreaktion rasch und leicht zu vervollständigen bei verhältnismässig tiefer Materialtemperatur, die etwa im Bereich zwischen 800 und 850 "C liegt. Folglich wird die Gastemperatur beim Materialeinlass der Kalzinierzone etwa 50-100 "C niedriger liegen als im SCP-System.
Aus dem Obigen ergibt sich, dass die Auslassgastemperatur am Auslass der letzten, d. h. obersten, Wärmeübertragungsstufe niedriger sein wird als in den bekannten Vorwärmeinrichtungen. Ferner kann im Vergleich zur SCP-Einrichtung, in welcher sowohl die Brennluft aus dem Kühler und das Auslassgas aus dem Brennofen verwendet werden, der Bauaufwand für die untersten Wärmeübertragungsstufen, in denen der oder die zusätzlichen Brenner installiert sind, kleiner gehalten werden.
Während im Einrichtungsteil, in dem die Vorwärmung nur mit Abgas aus dem Brennofen erfolgt, eine Menge von zu behandelnden Rohmaterialien der Menge von solchem Abgas entspricht, so dass der Effekt der gleiche ist wie im be kannten SP-System, werden jetzt die Rohmaterialien kalziniert mit ungefähr 50% der Gasmenge, die den Brennofen verlässt. Im allgemeinen werden 40% der gesamten Brennstoffmenge im Ofen verbrannt und in einem solchen Fall beträgt die Rohmaterialmenge etwa 30 bis 35% durch Übernahme von tiefer sensibler Wärme von dem Abgas, weil im Ofen viel weniger Kalzinierung stattgefunden hat als im bekannten SP-Prozess.
Wenn also die Rohmaterialien nach ihrem Durchlauf durch diese Teileinrichtung vermischt werden mit einer grösseren Menge von Rohmaterialien, die in der Teileinrichtung mit Vorwärmung durch Verbrennungsgase ädequat kalziniert worden sind, so wird der Grad der Entkohlung der Gesamtmenge von Rohmaterialien mehr als 80% betragen, was der Wert ist, der erreicht werden kann mit dem bekannten SCP-System.
Da die Einrichtung so ausgebildet ist, dass die Rohmaterialien in beiden Teileinrichtungen die letzten Stufen derselben in Serie passieren, so können die Materialien perfekter kalziniert werden, bevor sie dem Brennofen zugeführt werden. Somit kann das Volumen des Brennofens weiter vermindert werden und der thermische Wirkungsgrad der Gesamteinrichtung der gegenständlichen Erfindung ist bedeutender im Vergleich mit den herkömmlichen Systemen.
Ausserdem sind in der erfindungsgemässen Einrichtung die Rohmaterialeinlässe der beiden Teileinrichtungen unabhängig voneinander und ist es demzufolge möglich, das Wärme- und/oder Druckgleichgewicht zwischen den beiden Teileinrichtungen zu steuern durch Zuführen der Rohmaterialien in entsprechenden Mengen in die Gasströme dieser Teileinrichtungen.
Ferner ist es auch möglich, die Luftüberschusszahl in der Verbrennung beim Brenner des Brennofens und beim zusätzlichen Brenner zu regulieren in Abhängigkeit vom Ausmass der Verbrennung in den beiden Brennern. Für diesen Zweck sind in beiden Teileinrichtungen die stromabwärtsgelegenen Wärmeübertragungsstufen in Parallelschaltung vorgesehen und durch voneinander unabhängige Ventilatoren versorgt.
Somit erübrigt es sich, eine Drossel oder dergleichen zu installieren zum Kompensieren eines kleineren Strömungswiderstandes im Brennofen als in der Leitung, durch welche die heisse Brennluft zu der mit einem zusätzlichen Brenner ausgerüsteten Wärmeübertragungsstufe geleitet wird; somit fällt ein Druckabfall im Auslassgas aus dem Brennofen weg; der sonst bei einer solchen Drossel entstehen würde.
Ein bemerkenswerter Vorteil der gegenständlichen Einrichtung besteht darin, dass eine Vergrösserung des Durchlassvermögens von existierenden Brennöfen, die mit üblichen SP-Systemen ausgerüstet sind, erreicht werden kann durch Hinzufügung eines separaten Vorwärmsystems, das mit einem zusätzlichen Brenner in der untersten Wärmeübertragungsstufe versehen ist.
In der gegenständlichen Einrichtung ist die Anzahl von Wärmeübertragungsstufen in keiner Weise limitiert; es hat sich aber gezeigt, dass am besten vier Stufen vorgesehen werden; weil dies am wirtschaftlichsten ist vom Standpunkt des thermischen Wirkungsgrades und des Druckverlustes. Hinsichtlich der Vorwärmeinrichtungen als solche kann gesagt werden, dass gewünschtenfalls oder erforderlichenfalls eine Mehrzahl von solchen vorgesehen werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beispielsweise erläutert im Vergleich zu den vorbekannten Vorwärmeinrichtungen.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer bekannten vierstufigen Vorwärmeinrichtung des SP-Systems;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der bekannten SCP-Vorwärmeinrichtung, bei welcher die zunächst beim Brennofen gelegene Wärmeübertragungsstufe einen Kalzinierofen aufweist, der aus einem Zyklon besteht, welcher mit einem zusätzlichen Brenner ausgerüstet ist (welcher Kalzinierofen nachfolgend als Kalzinierofen des Zyklontyps angeführt wird), in welchem die Verbrennung des zugeführten Brennstoffes und die Kalzinierung der aus der oberen Stufe zugeführten Rohmaterialien durchgeführt werden in einem kreisenden Strom, der gebildet ist durch die Mischung der heissen Brennluft, die aus dem Kühler zugeführt wird nach Benützung zum Kühlen des gebrannten Produktes (oder Klinkers) und des Auslassgases aus dem Brennofen;
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Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer bekannten SCP-Einrichtung, in welcher die zunächst beim Brennofen gelegene Wärmeübertragungsstufe eine andere Art von Kalzinierofen aufweist als in Fig. 2, nämlich einen sogenannten Kalzinierofen des Luftstromtyps , bei dem ein zusätzlicher Brenner vorgesehen ist, in welchem sowohl die Verbrennung von Brennstoff und die Kalzinierung von Rohmaterial durchgeführt werden durch einen turbulenten Strom, der gebildet ist durch die Mischung von heisser Brennluft aus dem Kühler und von Auslassgas aus dem Brennofen; die Fig. 4 und 5 sind schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen der erfindungsgemässen Einrichtung. Fig.
4 zeigt dabei ein Ausführungsbeispiel, bei welchem ein Kalzinierofen des Zyklontyps verwendet ist für die Wärmeübertragungsstufe zunächst beim Brennofen in der Teileinrichtung mit Vorwärmung durch Verbrennungsgas, wogegen Fig. 5 eine Ausführungsform zeigt, in welcher ein Brennofen des Luftstromtyps verwendet ist als Wärmeübertragungsstufe zunächst beim Brennofen in der Teileinrichtung mit Vorwärmung durch Verbrennungsgas; die Fig. 6 bis 9 sind schematische Darstellungen von anderen Ausführungsformen der erfindungsgemässen Einrichtung, bei denen der Fluss von Rohmaterialien die in Serie geschalteten Wärmeübertragungsstufen zunächst beim Brennofen passiert.
Fig. 6 zeigt dabei ein Ausführungsbeispiel mit Kalzinierofen des Zyklöntyps als Wärmeübertragungsstufe zunächst beim Brennofen in der Teileinrichtung mit Vorwärmung durch Verbrennungsgas und Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit Kalzinierofen des Luftstromtyps als Wärmeübertragungsstufe zunächst beim Brennofen in der Teileinrichtung mit Vorwärmung durch Verbrennungsgas. Die Fig.
8 und 9 zeigen schematisch Ausführungsbeispiele mit teilweise vereinigten Teileinrichtungen.
In diesen schematischen Darstellungen ist jede der Wärmeübertragungsstufen dargestellt als Kombination einer Leitung und eines Zyklons, einer Leitung und eines Kalzinierofens oder einer Leitung, eines Zyklons und eines Kalzinierofens. Die Anzahl der Stufen beträgt vier und Stufen werden nachfolgend als die vierte, dritte, zweite und erste Stufe angeführt, in der Ordnung ihrer Nähe zum Brennofen. Der Einfachheit halber wird die Wärmeübertragungsstufe, die aus einem Zyklon und einer Leitung besteht, ausgedrückt unter Verwendung der Bezugszahl, die dem Zyklon gegeben ist.
In der in Fig. 1 gezeigten bekannten SP-Vorwärmeinrichtung entsteht das Auslassgas durch die Verbrennung von Brennstoff in einem (oder mehreren) Brenner 8 eines Brennofens mit heisser Brennluft (Sekundärluft), die zugeführt wird aus einem Kühler 7, nachdem sie verwendet worden ist zum Abkühlen des gebrannten Produktes (oder Klinker); dieses Auslassgas strömt vom Brennofen 1 durch die vierte Wärmeübertragungsstufe 2, die dritte Wärmeübertragungsstufe 3, die zweite Wärmeübertragungsstufe 4 und die erste Wärmeübertragungsstufe 5 zu einem Gebläse 6, durch das es aus der Einrichtung abgeführt wird.
Andererseits wird das pulverförmige Rohmaterial an der Stelle A zugeführt, die in einer Leitung der ersten Wärmeübertragungsstufe 5 gelegen ist; es fliesst dann nach unten durch die erste Wärmeübertragungsstufe 5, die zweite Wärmeübertragungsstufe 4, die dritte Wärmeübertragungsstufe 3 und dann durch die vierte Wärmeübertragungsstufe 2, wobei es vorgewärmt und teilweise kalziniert wird durch in diesen Wärmeübertragungsstufen erfolgenden Wärmeaustausch mit dem Auslassgas. Die Materialien treten dann in den Brennofen 1 ein und werden dort zu Klinker gebrannt, welcher im Kühler 7 abgekühlt wird.
Die in Fig. 2 veranschaulichte Vorwärmeinrichtung unterscheidet sich von der eben beschriebenen nur dadurch, dass ein Kalzinierofen des Zyklontyps vorgesehen ist, der mit einem zusätzlichen Brenner 9 versehen ist, wobei dieser Brennofen als die vierte Wärmeübertragungsstufe 2 verwendet ist. In dieser Einrichtung werden sowohl das Auslassgas aus dem Brennofen 1 und die Brennluft aus dem Kühler 7 in die vierte Wärmeübertragungsstufe 2 eingeführt; der Strömungsweg des Gases und der Fluss der Rohmaterialien erfolgen ansonst wie in der Einrichtung nach Fig. 1..
In der in Fig. 3 veranschaulichten bekannten Einrichtung sind ein Kalzinierofen 9 des Luftstromtyps, der mit einem zusätzlichen Brenner 8' versehen ist und ein Zyklon als vierte Wärmeübertragungsstufe 2 verwendet. In dieser Vorwärmen richtung werden sowohl das Abgas aus einem Verbrennungsofen 1 und heisse Brennluft in den Kalzinierofen 9 eingeführt und beide passieren dann den Zyklon; die Rohmaterialien werden auch durch den Kalzinierofen getragen zusammen mit dem Gas zum Zyklon, in dem die Materialien vom Gas getrennt und dann zum Verbrennungsofen 1 getragen werden.
Die Fig. 4 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung, bei welchem ein Kalzinierofen des Zyklontyps verwendet ist als vierte Wärmeübertragungsstufe in der Teileinrichtung mit Vorwärmung durch Verbrennungsgas. Ähnlich wie in der bekannten SP-Einrichtung nach Fig. 1 mit Vorwärmung durch Abgas aus einem Brennofen werden die Rohmaterialien an der Stelle A zugeführt, d. h. in eine Leitung der ersten Wärmeübertragungsstufe 5; diese Rohmaterialien fliessen dann nach unten durch die erste Wärmeübertragungsstufe 5, die zweite Wärmeübertragungsstufe 4, die dritte Wärmeübertragungsstufe 3 und dann die vierte Wärmeübertragungsstufe 2, um zuletzt in den Verbrennungsofen 1 einzutreten.
Andererseits strömt das Auslassgas aus dem Verbrennungsofen 1 nach oben durch die vierte Stufe 2, die dritte Stufe 3, die zweite Stufe 4 und die erste Stufe 5 in dieser Reihenfolge, unter Wärmeaustausch mit den Rohmaterialien, die dadurch vorgewärmt werden, und auch in einem Ausmass bis zu ungefähr 5001o kalziniert werden. Das Auslassgas wird dann durch ein Abgasgebläse 6 weggeführt.
In einer zweiten Teileinrichtung, nämlich einer solchen mit Vorwärmung durch Verbrennungsgas, findet ein Kalzinierofen des Zyklontyps mit zusätzlichem Brenner 8' Verwendung als vierte Wärmeübertragungsstufe 2' und erfolgt die Verbrennung von zugeführtem Brennstoff mit heisser Brennluft aus dem Kühler 7; in diese Teileinrichtung werden die Rohmaterialien an der Stelle A' zugeführt, nämlich in eine Leitung der ersten Wärmeübertragungsstufe 5', sie fliessen dann nach unten durch die erste Stufe 5', die zweite Stufe 4', die dritte Stufe 3' zur vierten Stufe 2'. Nach vollständiger Kalzinierung in der vierten Stufe durch den zusätzlichen Brenner 8' treten die Materialien in den Verbrennungsofen 1.
In diesem Fall wird die Brennluft aus dem Kühler 7 verwendet beim Brenner 8', der in der vierten Wärme übertragungsstufe 2' vorgesehen ist und das erzeugte Verbrennungsgas wird verwendet bei der Kalzinierung der Materialien, die aus der dritten Wärmeübertragungsstufe kommen, wonach dieses Verbrennungsgas aufwärts fliesst durch die dritte Wärmeübertragungsstufe 3', die zweite Stufe 4' und die erste Stufe 5' unter Wärmeaustausch mit den Rohmaterialien, um zuletzt durch das Abführgebläse 6' abgeführt zu werden. Die Rohmaterialien aus den beiden Teileinrichtungen fliessen am Einlassende des Verbrennungsofens 1 zusammen, wo sie bereits im Ausmass von mehr als 80% kalziniert sind, und werden dann in diesem Ofen gebrannt (oder gesintert) durch die Verbrennung von Brennstoff, der zusammen mit Heissluft aus dem Kühler 7 einem Brenner 8 zugeführt wird.
Das gebrannte Produkt (oder Klinker) wird zuletzt noch im Kühler 7 gekühlt.
Die Fig. 5 veranschaulicht ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung, in dem sowohl ein Kalzinierofen 9 des Luftstromtyps und ein Zyklon verwendet werden als vierte Wärmeübertragungsstufe in der Teileinrichtung mit Vorwärmung durch Verbrennung. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Teileinrichtung mit Vorwärmung durch Abgase hinsichtlich Aufbau und Arbeitsweise die gleiche wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4.
Die Teileinrichtung mit Vorwärmung durch Verbrennungsgas ist eine solche mit einem Kalzinierofen 9, der mit einem zusätzlichen Brenner 8' versehen ist und gleicht jener nach dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 mit der Ausnahme, dass heisse Brennluft aus dem Kühler 7 in den Kalzinierofen 9 eingeführt wird für die Speisung des Brenners 8' und das erzeugte Gas passiert nach seiner Verwendung zum Kalzinieren der Rohmaterialien aus der dritten Wärmeübertragungsstufe 3' den Zyklon in der vierten Wärmeübertragungsstufe 2', wo die Rohmaterialien heraussepariert werden, um dann in den Ofen 1 zu gelangen, wogegen das saubere Gas zur oberen Wärmeübertragungsstufe 3' geschickt wird.
Die Fig. 6 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung, in dem das Abgas aus dem Verbrennungsofen 1 nach oben strömt durch eine Teileinrichtung mit vierter, dritter, zweiter und erster Wärmeübertragungsstufe 2, 3, 4 bzw. 5, um dann durch ein Gebläse 6 weggeführt zu werden.
Parallel zu dieser Teileinrichtung ist eine vierte Wärmeübertragungsstufe geschaltet, die mit einem Kalzinierofen des Zyklontyps versehen'ist, in dem Brenn stoff verbrannt wird in einem zusätzlichen Brenner 8', dem Brennluft aus einem Kühler 7 zugeführt wird; die Wärme übertragung erfolgt vom Verbrennungsgas auf die darin schwebenden Rohmaterialien; man findet auch eine Teileinrichtung mit Vorwärmung durch Verbrennungsgas, welche Teileinrichtung mit der vierten Stufe in Serie geschaltet ist und aus der dritten, der zweiten und der ersten Wärmeübertragungsstufe, 3', 4' bzw. 5' besteht. Das heisse Gas strömt durch diese Teileinrichtung nach oben und wird dann durch das Gebläse 6' abgeführt.
Pulverförmige Materialien werden voneinander getrennt in die ersten Stufen 5 und 5' der beiden Teileinrichtungen eingeführt und passieren diese Teileinrichtungen nach unten durch die zweite und dritte Stufe 4 und 4' bzw. 3 und 3'.
Beide Rohmaterialflüsse, die in den bis zu den dritten Stufen in Parallelschaltung angeordneten Teileinrichtungen vorgewärmt werden, werden in die vierte Stufe 2' der Teileinrichtung mit Vorwärmung durch Verbrennungsgas eingeführt und dort kalziniert vom zusätzlichen Brenner 8'. Falls der Betrieb so geführt wird, dass am Auslass der vierten Stufe 2' die Gastemperatur auf 800 bis 830 "C gehalten wird, so werden die Rohmaterialien im Ausmass von 70 bis 75% kalziniert. Ausserdem werden die in die vierte Stufe 2 der Vorwärmteileinrichtung mit Abgasen eingeführten Rohmaterialien vollständig kalziniert mit dem Abgas aus dem Ofen 1 bei 1100 bis 1200 cm und dann in den Ofen 1 eingeführt.
Da das Rohmaterial in der vierten Stufe 2 in einer Atmosphäre mit niedrigem Partialdruck der Kohlenstoffoxyde kalziniert wird, liegt die Gastemperatur am Auslass dieser Stufe bei etwa 850 "C.
Aus dem Vorhergehenden ergibt sich, dass die Gastemperatur (800 bis 850 "C) an den Auslässen der vierten Stufen 2 und 2', in welchen die Kalzinierreaktion durchgeführt wird, niedriger liegt als in der Vorwärmeinrichtung nach der Fig.
2, wodurch der thermische Gesamtwirkungsgrad der Einrichtung verbessert wird.
Die Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung, in dem ein Kalzinierofen 9 des Luftstromtyps und ein Zyklon verwendet werden als vierte Wärmeübertragungsstufe in der Teileinrichtung mit Vorwärmung durch Verbrennungsgas. Die Teileinrichtung mit Vorwärmung durch Abgas ist hinsichtlich Aufbau und Arbeitsweise die gleiche wie in Fig. 6.
Die Teileinrichtung mit Vorwärmung durch Verbrennungsgas ist eine solche mit Kalzinier ofen 9, der mit einem zusätzlichen Brenner 8' versehen ist und unterscheidet sich von jener nach Fig. 4 dadurch, dass Heissluft aus einem Kühler 7 in den Kalzinierofen 9 eingeführt wird zur Speisung des Brenners 8', und dass das erzeugte Verbrennungsgas nach Kalzinieren der von den dritten Stufen 3 und 3' kommenden Rohmaterialien zusammen mit diesen in den Zyklon eingeführt wird, in welchem dann die Rohmaterialien herausgetrennt werden um anschliessend in die vierte Stufe 2 zu gelangen, wogegen das Reingas zur oberen Stufe 3' geschickt wird.
Die Fig. 8 und 9 zeigen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Einrichtung, die sich von jenen nach den Fig. 6 und 7 dadurch unterscheiden, dass der in der Teileinrichtung mit Vorwärmung durch Abgas die vierte Stufe 2 verlassende Gasstrom und der in der Teileinrichtung mit Vorwärmung durch Verbrennungsgas die vierte Stufe 2' verlassende Gasstrom bei der dritten Stufe vereinigt werden, um dann zusammen in die zweite Stufe 4, weiter in die erste Stufe 5 zu gelangen und zuletzt durch das Gebläse 6 abgeführt zu werden. Da auch in diesen Ausführungsformen die Kalzinierreaktion vervollständigt wird, indem die Materialien durch die in Serie geschalteten vierten Stufen 2 und 2' der beiden Teileinrichtungen hindurchgeführt werden, wird der thermische Wirkungsgrad derselbe sein wie derjenige der Ausführungsformen nach den Fig. 6 und 7.
Jedoch ist der Gasströmungsweg durch die dritte, die zweite und die erste Stufe zu einem einzigen System vereinigt, das wirtschaftlicher ist bei der Anwendung auf eine Brenneinrichtung mit verhältnismässig kleinem Durchlassvermögen (es gibt weniger Wärmeübertragungsstufen und diese sind vereinfacht). Die Regulierung der Mengen von Verbrennungsgasen in einem Brenner 8 für einen Brennofen 1 und in einem zusätzlichen Brenner 8' kann jedoch nicht so frei durchgeführt werden wie in den Vorwärmeinrichtungen nach den Fig. 6 und 7.
Mit den Vorwärmeinrichtungen nach den Fig. 6 bis 8 können weitgehend dieselben Resultate erreicht werden, da die Rohmaterialien durch die in Serie geschalteten vierten Stufe 2 der Teileinrichtung mit Vorwärmung durch Abgas und vierte Stufe 2' der Teileinrichtung mit Vorwärmung durch Verbrennungsgas fliessen und dann in den Verbrennungsofen 1 eintreten.
Zusätzlich kann der Wärmeaustausch in den Wärmeübertragungsstufen zwischen den Rohmaterialien und dem Heiss- gas entweder im Gegenstrom oder im Gleichstrom erfolgen.
Ausserdem ist anzuführen, dass die nach der Erfindung vorgesehenen Wärmeübertragungsstufen nicht nur auf jene Einrichtungen anwendbar sind, die Zyklone aufweisen wie in den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 4 bis 9, sondern auch auf jene, in denen die Wärmeübertragung an pulverförmiges Material erfolgt, das in einen Wirbelstrom (swirled or vortex stream) enthalten ist. Ferner ist zu bemerken, dass, obwohl im Zusammenhang mit den einzelnen Figuren angeführt wurde, dass der Kalzinierofen entweder ein solcher des Zyklontyps oder des Luftstromtyps ist, die spezifische Bauart des Kalzinierofens nicht von ausschlaggebender Bedeutung ist und jede Bauart verwendbar ist, vorausgesetzt, dass es sich um einen Ofen handelt, der befähigt ist, Verbrennungsgas unabhängig vom Verbrennungsofen zu erzeugen.
Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, dass alle beschriebenen Ausführungsbeispiele solche sind mit einer Teileinrichtung für Vorwärmung mit Abgas, in der als Medium für das Vorwärmen der pulverförmigen Rohmaterialien nur das heisse Abgas aus einem Verbrennungsofen besteht, und einer Teileinrichtung mit Vorwärmung durch Verbrennungsgas, welche mit der Teileinrichtung mit Vorwärmung durch Abgas in Parallelschaltung angeordnet ist und in welcher nur separat erzeugtes Verbrennungsgas als Medium verwendet wird, wobei die Rohmaterialflüsse, nachdem sie die beiden Teileinrichtungen separat passiert haben bis zum Brennofen, sie nacheinander zusammen durch die in Serie geschalteten Stufen der beiden Teileinrichtungen fliessen, die zunächst beim Brennofen gelegen sind und dann in diesen eintreten.
Es ist auch zu bemerken, dass die Kalzinierung der Rohmaterialien mit der niedrigstmöglichen Materialtemperatur vollständig durchgeführt wird und es so ermöglicht, die Gesamtgrösse des Verbrennungssystems kleiner zu machen.
und den thermischen Gesamtwirkungsgrad bedeutend zu verbessern.
Ferner können die Mengen von im Brenner 8 und im zusätzlichen Brenner 8' verbranntem Brennstoff so gesteuert werden, dass die Verbrennungsbedingungen optimal gestaltet werden können und diese Verbrennungsbedingungen der beiden Brenner (d. h. die Luftüberschusszahl) können frei gesteuert werden mittels der Abführgebläse der zugehörigen Teileinrichtungen, so dass der Betrieb erleichtert und der Energieverbrauch auf ein Minimum reduziert werden. All dies gibt einen erheblichen Fortschritt gegenüber den bekannten Einrichtungen.
The invention relates generally to a device for preheating powdered raw materials which were in suspension in a gaseous medium.
The process of burning (or sintering) powdery raw materials, e.g. B. of materials that are used in the production of cement clinker, is roughly divided into preheating, burning (decarburization of the raw materials), burning and cooling, these processes taking place in this order in the flow of the raw materials. It is known that because a large amount of heat is consumed in the calcining zone to carry out the endothermic reaction, the temperature difference between the gas and the raw materials becomes smallest at the raw material inlet of the calcining zone.
In an effort to improve the heat transfer at the raw material inlet of the calcining zone, a combustion process has been developed that improves the overall thermal efficiency of the combustion process and that the incinerator, which is mostly, but not necessarily, a rotary kiln, can be made smaller. However, if the temperature of the outlet gases leaving the furnace is higher than 1200 "C, volatile components, such as
Ammonia, chlorine and sulfur, introduced into the facility together with the raw materials and / or the fuel (which is mostly vaporized in the furnace and carried by the furnace gas) and these components are then condensed and attached to the materials or the wall of the high temperature part of the SP- The facility is knocked down and accumulated with the formation of large amounts of deposits or with a reduction in the ability of the raw materials to close, causing disruptions in operation. As a result of such restrictions on the temperature of the kiln outlet gas, only preheating and approximately 50% calcination of the raw materials are performed in the SP system and the remainder of the calcining reaction must take place in the kiln.
Therefore, the kiln had to be given twice the volume that it would have to have if it were only used for firing (or for sintering) the raw materials; this constituted an obstacle to the realization of a large capacity unit.
In an effort to overcome the disadvantages of the SP system just described, a process (hereinafter referred to as the SCP process) was proposed including a device for carrying it out, with one or more additional burners being provided in the lowest heat transfer stage (in other words the heat transfer stage of the preheater, which is initially located near the kiln). Through this preheating system (hereinafter referred to under the name SCP system) the raw materials suspended in the gas are instantaneously approximately completely calcined with the exhaust gases from the incinerator as well as with the combustion gases that are created by burning fuel with warm combustion air that is supplied from a cooler after it has been used to cool the fired product (or clinker).
A remarkable advantage of the SCP process is that the volume of the furnace can be reduced to half the size that is required for the usual SP process, because almost completely calcined materials are introduced into the furnace for which only part of the firing reaction (or sintering reaction) still has to be carried out.
With regard to the SCP system, however, it should be noted that the more the calcining reaction for the raw materials progresses, the higher the partial pressure of the carbon oxides in the gas and thus the rate of the calcining reaction is correspondingly retarded. As a result, raw materials whose temperature is lower than about 900 "C are not instantaneously substantially completely calcined.
In addition, in the SCP system, the fuel is burned with the mixture of air and exhaust gases from the kiln and thus in an atmosphere in which the partial pressure of the oxygen is lower than in the air; consequently, it is difficult to carry out the combustion completely unless an excess air ratio is used which is considerably higher than that which is used in the burner inside the kiln.
It follows from the above that the gas temperature at the material inlet of the calcining zone in this system is about 50-100 "C higher and that the gas volume at the top is also greater than in the known SP system. The advantage of the low heat loss in the SCP process thanks to a smaller kiln, it is thus used up by the deteriorated thermal efficiency of the preheater and as a result, the overall thermal efficiency of the firing process is hardly improved in this process.
As with the burner for the kiln, the combustion air for the additional burner is generally hot air that results from the heat transfer from the planned product (or clinker) in the cooler.
When using the combustion air from the cooler, the flow resistance in the air line from the cooler to the air inlet in the lowest stage of the preheating system is generally higher than in the kiln, so that a throttle must be used in the kiln outlet gas line to introduce adequate combustion air into the preheating system, which connects the kiln with the lowest level of the preheater. However, this throttling point will be located where the deposits build up heavily as a result of alkali condensation as described above, which often leads to malfunctions during operation and makes it difficult to control the flow rate of kiln outlet gas and combustion air. In addition, there is an unnecessary loss of energy at the throttle point.
The present invention arose as a result of our extensive research aimed at eradicating the disadvantages inherent in conventional preheating systems and also with the aim of providing a commercially interesting device for preheating suspended powdery raw materials. It should be possible to carry out the most sensible firing process for such suspended powdery materials, with the preheater directly combined with a kiln, such as a rotary kiln. In particular, a preheating system is to be created, which is described below.
The invention relates to a device for preheating powdered raw materials which are in a suspended state in a gaseous medium, with a first
Device part for preheating with exhaust gases, in wel chem the heat transfer from the exhaust gases leaving a furnace to the materials takes place in several stages, and a second device part with preheating by combustion gas, which is connected in parallel with the first-mentioned device part and in which the heat transfer of that in the last heat transfer stage for the
Raw materials in a burner generated combustion gas on the materials takes place in several stages, characterized by such a training, be provided,
that the material flows, after they have flowed through the previous heat transfer stages, finally pass the last heat transfer stages of the two part devices connected in series.
In the second part of the device, one or more additional burners can be provided in the lowest heat transfer stage for burning fuel for the purpose of generating combustion gas. The combustion air is generally heated air that results from the heat exchange with the fired product (or clinker) in a cooler; but this does not necessarily have to be the case. In this part of the facility, only the combustion air is routed to the lowest heat transfer stage, so that the combustion with the lowest possible excess air ratio such as B. 100/0 can be carried out so that the gas volume leaving the calcining zone can be kept as small as possible.
In addition, since the calcining reaction takes place in a gas with a low partial pressure of the carbon oxides, it is possible to complete the calcining reaction quickly and easily at a relatively low material temperature, which is approximately in the range between 800 and 850 ° C. As a result, the gas temperature at the material inlet of the calcining zone is approximately 50-100 "C lower than in the SCP system.
From the above it can be seen that the outlet gas temperature at the outlet of the last, i.e. H. uppermost, heat transfer stage will be lower than in the known preheating devices. Furthermore, compared to the SCP device, in which both the combustion air from the cooler and the outlet gas from the furnace are used, the construction costs for the lowest heat transfer stages, in which the additional burner or burners are installed, can be kept smaller.
While in the facility part, in which the preheating only takes place with exhaust gas from the kiln, an amount of raw materials to be treated corresponds to the amount of such exhaust gas, so that the effect is the same as in the known SP system, the raw materials are now calcined with about 50% of the amount of gas that leaves the kiln. Generally 40% of the total amount of fuel is burned in the furnace and in such a case the amount of raw material is about 30 to 35% by taking over deep sensible heat from the exhaust gas, because much less calcination has taken place in the furnace than in the known SP process.
So if the raw materials are mixed with a larger amount of raw materials that have been adequately calcined in the partial apparatus with preheating by combustion gases after they have passed through this sub-installation, the degree of decarburization of the total amount of raw materials will be more than 80%, which is the Value that can be achieved with the well-known SCP system.
Since the device is designed so that the raw materials in both sub-devices pass the last stages of the same in series, the materials can be calcined more perfectly before they are fed to the kiln. Thus, the volume of the kiln can be further reduced and the thermal efficiency of the overall device of the present invention is more significant compared with the conventional systems.
In addition, in the device according to the invention, the raw material inlets of the two partial devices are independent of each other and it is therefore possible to control the heat and / or pressure equilibrium between the two partial devices by feeding the raw materials in corresponding quantities into the gas flows of these partial devices.
Furthermore, it is also possible to regulate the excess air ratio in the combustion of the burner of the kiln and of the additional burner as a function of the extent of the combustion in the two burners. For this purpose, the downstream heat transfer stages are provided in parallel in both sub-devices and supplied by fans that are independent of one another.
It is thus unnecessary to install a throttle or the like to compensate for a smaller flow resistance in the furnace than in the line through which the hot combustion air is conducted to the heat transfer stage equipped with an additional burner; thus, a pressure drop in the exhaust gas from the furnace disappears; which would otherwise arise with such a throttle.
A notable advantage of the subject device is that an increase in the permeability of existing kilns equipped with conventional SP systems can be achieved by adding a separate preheating system, which is provided with an additional burner in the lowest heat transfer stage.
In the present device, the number of heat transfer stages is in no way limited; however, it has been shown that it is best to provide four levels; because this is the most economical from the standpoint of thermal efficiency and pressure loss. As for the preheating devices as such, it can be said that a plurality of them can be provided if desired or necessary.
The invention is explained below with reference to the accompanying drawing, for example, in comparison with the previously known preheating devices.
Fig. 1 is a schematic representation of a known four stage preheater of the SP system;
Fig. 2 is a schematic representation of the known SCP preheater in which the heat transfer stage initially located at the kiln has a calciner consisting of a cyclone equipped with an additional burner (which calciner is hereinafter referred to as the cyclone type calciner), in which the combustion of the supplied fuel and the calcination of the raw materials supplied from the upper stage are carried out in a circulating flow, which is formed by the mixture of the hot combustion air supplied from the cooler after being used to cool the burned product (or clinker) ) and the exhaust gas from the kiln;
;
Fig. 3 is a schematic representation of a known SCP device in which the heat transfer stage initially located at the kiln has a different type of calcining furnace than in Fig. 2, namely a so-called calcining furnace of the air flow type in which an additional burner is provided in which both the combustion of fuel and the calcination of raw material are carried out by a turbulent flow formed by the mixture of hot combustion air from the cooler and exhaust gas from the kiln; FIGS. 4 and 5 are schematic representations of exemplary embodiments of the device according to the invention. Fig.
4 shows an embodiment in which a calcining furnace of the cyclone type is used for the heat transfer stage initially in the furnace in the partial device with preheating by combustion gas, whereas FIG. 5 shows an embodiment in which a furnace of the air flow type is used as the heat transfer stage initially in the furnace in the dividing device with preheating by combustion gas; 6 to 9 are schematic representations of other embodiments of the device according to the invention, in which the flow of raw materials first passes through the series-connected heat transfer stages at the kiln.
Fig. 6 shows an embodiment with a calcining furnace of the cyclone type as a heat transfer stage initially in the furnace in the partial device with preheating by combustion gas and Fig. 7 shows an embodiment with a calcining furnace of the air flow type as a heat transfer stage initially in the furnace in the partial device with preheating by combustion gas. The fig.
8 and 9 schematically show exemplary embodiments with partially combined partial devices.
In these schematic representations, each of the heat transfer stages is shown as a combination of a pipe and a cyclone, a pipe and a calciner, or a pipe, a cyclone and a calciner. The number of stages is four and stages are listed below as the fourth, third, second, and first stages in the order of their proximity to the kiln. For the sake of simplicity, the heat transfer stage, which consists of a cyclone and a conduit, is expressed using the reference number given to the cyclone.
In the known SP preheater shown in Fig. 1, the outlet gas is produced by the combustion of fuel in one (or more) burners 8 of a furnace with hot combustion air (secondary air) which is supplied from a cooler 7 after it has been used for Cooling the fired product (or clinker); this outlet gas flows from the furnace 1 through the fourth heat transfer stage 2, the third heat transfer stage 3, the second heat transfer stage 4 and the first heat transfer stage 5 to a fan 6, by means of which it is discharged from the device.
On the other hand, the powdery raw material is supplied to the point A, which is located in a line of the first heat transfer stage 5; it then flows down through the first heat transfer stage 5, the second heat transfer stage 4, the third heat transfer stage 3 and then through the fourth heat transfer stage 2, where it is preheated and partially calcined by heat exchange with the outlet gas taking place in these heat transfer stages. The materials then enter the kiln 1 and are burned there to form clinker, which is cooled in the cooler 7.
The preheating device illustrated in FIG. 2 differs from the one just described only in that a calcining furnace of the cyclone type is provided which is provided with an additional burner 9, this furnace being used as the fourth heat transfer stage 2. In this device, both the exhaust gas from the furnace 1 and the combustion air from the cooler 7 are introduced into the fourth heat transfer stage 2; the flow path of the gas and the flow of the raw materials otherwise take place as in the device according to FIG.
In the known apparatus illustrated in FIG. 3, there is an air-flow type calciner 9 provided with an additional burner 8 'and using a cyclone as the fourth heat transfer stage 2. In this preheating direction, both the exhaust gas from a combustion furnace 1 and hot combustion air are introduced into the calcining furnace 9 and both then pass through the cyclone; the raw materials are also carried through the calciner along with the gas to the cyclone, in which the materials are separated from the gas and then carried to the incinerator 1.
FIG. 4 illustrates an embodiment of the device according to the invention, in which a calcining furnace of the cyclone type is used as the fourth heat transfer stage in the partial device with preheating by combustion gas. Similar to the known SP device according to FIG. 1 with preheating by exhaust gas from a kiln, the raw materials are fed at point A, i.e. H. in a line of the first heat transfer stage 5; these raw materials then flow down through the first heat transfer stage 5, the second heat transfer stage 4, the third heat transfer stage 3 and then the fourth heat transfer stage 2 to enter the incinerator 1 last.
On the other hand, the exhaust gas from the incinerator 1 flows upward through the fourth stage 2, the third stage 3, the second stage 4 and the first stage 5 in this order, exchanging heat with the raw materials thereby preheated and also to an extent can be calcined up to about 5001o. The exhaust gas is then led away by an exhaust blower 6.
In a second sub-device, namely one with preheating by combustion gas, a calcining furnace of the cyclone type with an additional burner 8 'is used as a fourth heat transfer stage 2' and the fuel supplied is burned with hot combustion air from the cooler 7; The raw materials are fed into this sub-device at point A ', namely in a line of the first heat transfer stage 5', they then flow down through the first stage 5 ', the second stage 4', the third stage 3 'to the fourth stage 2 '. After complete calcination in the fourth stage by the additional burner 8 ', the materials enter the incinerator 1.
In this case, the combustion air from the cooler 7 is used in the burner 8 ', which is provided in the fourth heat transfer stage 2', and the combustion gas generated is used in the calcination of the materials coming from the third heat transfer stage, after which this combustion gas flows upwards through the third heat transfer stage 3 ', the second stage 4' and the first stage 5 'with heat exchange with the raw materials in order to be finally discharged by the discharge fan 6'. The raw materials from the two sub-devices flow together at the inlet end of the incineration furnace 1, where they are already calcined to an extent of more than 80%, and are then burned (or sintered) in this furnace by the combustion of fuel, which together with hot air from the Cooler 7 is fed to a burner 8.
The burned product (or clinker) is finally cooled in the cooler 7.
Fig. 5 illustrates another embodiment of the device according to the invention, in which both a calcining furnace 9 of the air flow type and a cyclone are used as the fourth heat transfer stage in the partial device with preheating by combustion. In this exemplary embodiment, the construction and mode of operation of the partial device with preheating by exhaust gases is the same as in the exemplary embodiment according to FIG. 4.
The partial device with preheating by combustion gas is one with a calcining furnace 9 which is provided with an additional burner 8 'and is similar to that according to the exemplary embodiment according to FIG. 4 with the exception that hot combustion air is introduced from the cooler 7 into the calcining furnace 9 for the supply of the burner 8 'and the gas produced passes after its use for calcining the raw materials from the third heat transfer stage 3' the cyclone in the fourth heat transfer stage 2 ', where the raw materials are separated out to then get into the furnace 1, on the other hand the clean gas is sent to the upper heat transfer stage 3 '.
6 illustrates an embodiment of the device according to the invention, in which the exhaust gas flows upwards from the incinerator 1 through a partial device with fourth, third, second and first heat transfer stages 2, 3, 4 and 5, and then carried away by a fan 6 to become.
In parallel with this sub-device, a fourth heat transfer stage is connected, which is provided with a calcining furnace of the cyclone type, in which fuel is burned in an additional burner 8 ', to which combustion air is supplied from a cooler 7; the heat is transferred from the combustion gas to the raw materials suspended in it; there is also a sub-device with preheating by combustion gas, which sub-device is connected in series with the fourth stage and consists of the third, second and first heat transfer stages, 3 ', 4' and 5 '. The hot gas flows up through this part device and is then discharged by the fan 6 '.
Powdered materials are introduced separately from one another into the first stages 5 and 5 'of the two sub-devices and pass these sub-devices down through the second and third stages 4 and 4' or 3 and 3 '.
Both raw material flows, which are preheated in the sub-devices arranged in parallel up to the third stage, are introduced into the fourth stage 2 'of the sub-device with preheating by combustion gas and are calcined there by the additional burner 8'. If the operation is carried out in such a way that the gas temperature at the outlet of the fourth stage 2 'is kept at 800 to 830 "C, the raw materials are calcined to the extent of 70 to 75%. In addition, those in the fourth stage 2 of the preheating device are also Exhaust gases introduced raw materials are completely calcined with the exhaust gas from the furnace 1 at 1100 to 1200 cm and then introduced into the furnace 1.
Since the raw material in the fourth stage 2 is calcined in an atmosphere with a low partial pressure of carbon oxides, the gas temperature at the outlet of this stage is about 850 "C.
It follows from the foregoing that the gas temperature (800 to 850 "C) at the outlets of the fourth stages 2 and 2 ', in which the calcining reaction is carried out, is lower than in the preheating device according to FIG.
2, thereby improving the overall thermal efficiency of the device.
Fig. 7 shows an embodiment of the device according to the invention, in which a calcining furnace 9 of the air flow type and a cyclone are used as the fourth heat transfer stage in the partial device with preheating by combustion gas. The construction and mode of operation of the partial device with preheating by exhaust gas is the same as in FIG. 6.
The partial device with preheating by combustion gas is one with a calciner 9, which is provided with an additional burner 8 'and differs from that according to FIG. 4 in that hot air is introduced from a cooler 7 into the calciner 9 to feed the burner 8 ', and that the combustion gas generated after calcination of the raw materials coming from the third stages 3 and 3' is introduced together with them into the cyclone, in which the raw materials are then separated out in order to then pass into the fourth stage 2, whereas the clean gas is sent to the upper stage 3 '.
8 and 9 show exemplary embodiments of the device according to the invention which differ from those according to FIGS. 6 and 7 in that the gas flow leaving fourth stage 2 in the partial device with preheating by exhaust gas and that in the partial device with preheating by combustion gas The gas stream leaving the fourth stage 2 'are combined in the third stage in order to then pass together into the second stage 4, further into the first stage 5 and finally being discharged by the fan 6. Since the calcining reaction is also completed in these embodiments by the materials being passed through the series-connected fourth stages 2 and 2 'of the two partial devices, the thermal efficiency will be the same as that of the embodiments according to FIGS. 6 and 7.
However, the gas flow path through the third, second and first stages is combined into a single system which is more economical when applied to a combustor with a relatively small permeability (there are fewer heat transfer stages and these are simplified). The regulation of the amounts of combustion gases in a burner 8 for a kiln 1 and in an additional burner 8 'cannot, however, be carried out as freely as in the preheating devices according to FIGS. 6 and 7.
With the preheating devices according to FIGS. 6 to 8, largely the same results can be achieved, since the raw materials flow through the series-connected fourth stage 2 of the partial device with preheating by exhaust gas and fourth stage 2 'of the partial device with preheating by combustion gas and then into the Enter incinerator 1.
In addition, the heat exchange in the heat transfer stages between the raw materials and the hot gas can take place either in countercurrent or in cocurrent.
In addition, it should be noted that the heat transfer stages provided according to the invention are applicable not only to those devices that have cyclones as in the exemplary embodiments according to FIGS. 4 to 9, but also to those in which the heat is transferred to powdery material, which in a swirled or vortex stream is included. It should also be noted that although it has been stated in connection with the individual figures that the calciner is either of the cyclone type or of the airflow type, the specific design of the calciner is not of decisive importance and any design can be used, provided that it is is a furnace that is capable of generating combustion gas independently of the combustion furnace.
From the above description it follows that all described embodiments are those with a partial device for preheating with exhaust gas, in which only the hot exhaust gas from a combustion furnace is the medium for preheating the powdery raw materials, and a partial device with preheating by combustion gas, which with the partial device with preheating by exhaust gas is arranged in parallel and in which only separately generated combustion gas is used as a medium, the raw material flows, after they have passed the two partial devices separately to the kiln, one after the other through the stages of the two partial devices connected in series flow that are initially located near the kiln and then enter it.
It is also to be noted that the calcination of the raw materials is completely carried out with the lowest possible material temperature, thus making it possible to make the overall size of the combustion system smaller.
and to significantly improve overall thermal efficiency.
Furthermore, the amounts of fuel burned in the burner 8 and in the additional burner 8 'can be controlled so that the combustion conditions can be optimally designed and these combustion conditions of the two burners (ie the excess air number) can be freely controlled by means of the discharge fan of the associated sub-devices, see above that operation is facilitated and energy consumption is reduced to a minimum. All of this gives a significant advance over the known facilities.