CH642733A5

CH642733A5 - DUST BURNING PROCESS FOR A PROCESS OVEN.

Info

Publication number: CH642733A5
Application number: CH283980A
Authority: CH
Inventors: Helmut Dipl Ing Erhard
Original assignee: Heidelberger Zement Ag
Priority date: 1979-06-06
Filing date: 1980-04-14
Publication date: 1984-04-30
Also published as: CA1127463A; DE2922904A1; FR2458753A1; DE2922904C2; SE8003445L; FR2458753B1; DK148454C; JPS581324B2; GB2050584B; SE443040B; DK240380A; DK148454B; IT1140660B; JPS55162528A; GB2050584A; IT8020051A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Staubfeuerungsverfahren, im folgenden auch kurz Staubfeuerung genannt, für einen Prozessofen, wie er insbesondere zur Herstellung von Zementklinker oder ähnlichem Prozessgut, z. B. Kalk oder Blähton, verwendet wird. The invention relates to a dust-firing method, also called dust-firing for short, for a process furnace, as is used in particular for the production of cement clinker or similar process material, e.g. B. lime or expanded clay is used.

Für den Energieverbrauch von Prozessöfen ist die Flammenausbildung von wesentlichem Einfluss. Für einen niedrigen Wärmeverbrauch ist ein schneller Ausbrand mit günstiger Wärmeübertragung durch eine kurze und heisse Flamme erforderlich. Neben anderen Faktoren sind wichtige Grössen hierfür: Primärluftanteil, Sekundärluft- und Primärlufttemperatur sowie Ein-blasimpulsverhältnisse. Der Primärluftanteil soll möglichst klein und die Temperaturen für Primär- und Sekundärluft möglichst gross sein. Die Einblasgeschwindigkeit und die Drallkomponente des Ofenbrennens sollen im optimalen Bereich frei wählbar sein. Flame formation has a significant influence on the energy consumption of process furnaces. For low heat consumption, a quick burnout with favorable heat transfer through a short and hot flame is required. In addition to other factors, there are important parameters for this: primary air share, secondary air and primary air temperature as well as blowing pulse conditions. The primary air portion should be as small as possible and the temperatures for primary and secondary air should be as high as possible. The blowing speed and the swirl component of the kiln burning should be freely selectable in the optimal range.

Bislang sind für Kohlenstaubfeuerungen folgende Verfahren bekannt: So far, the following methods are known for coal dust combustion:

1. Indirekte Feuerung 1. Indirect firing

2. Direkte Feuerung 2. Direct firing

3. Halbdirekte Feuerung mit und ohne zusätzliches Filter. 3. Semi-direct firing with and without an additional filter.

Bei der indirekten Feuerung wird die Kohlen-Mahltrocknungsanlage völlig unabhängig von der Ofenfeuerung betrieben. Bei diesem Verfahren können zwar die massgebenden Einflussfaktoren für die Flammenausbildung unabhängig von der Mahltrocknungsanlage optimiert werden. Es ist jedoch ein gesondertes Filter zur Reinigung der staubhaltigen Mühlenabluft und ein Zwischen-Vorratsbehälter für die gemahlene, trockene Kohle erforderlich. Damit ist dieses Verfahren hinsichtlich Kohlenstaubexplosionen und -bränden gefährdet ; ausserdem sind die Kosten für die notwendigen Investitionen, die Wartung und den Unterhalt hoch. With indirect firing, the coal grinding drying system is operated completely independently of the furnace firing. With this method, the decisive influencing factors for flame formation can be optimized independently of the mill drying system. However, a separate filter for cleaning the dust-containing mill exhaust air and an intermediate storage container for the ground, dry coal are required. This process is endangered with regard to coal dust explosions and fires; furthermore, the costs for the necessary investments, maintenance and upkeep are high.

Bei der direkten Feuerung wird die gesamte kohlenstaubhalti-ge Mühlenabluft in den Prozessofen geblasen. Es ergeben sich erheblich kleinere Investitionskosten, da zum Beispiel ein gesondertes Filter zur Reinigung der staubhaltigen Mühlenabluft und ein Zwischen-Vorratsbehälter für die gemahlene, trockene Kohle entbehrlich sind. Infolge der Abwesenheit dieser Zwischenaggregate und notwendigen Zwischenabschritte ist die Gefahr von Kohlenstaubexplosionen und -bränden wesentlich herabgesetzt. Nachteiligerweise treten jedoch hohe Primärluftanteile auf. Demnach sind optimale Einblasimpulsverhältnisse am Ofenbrenner nicht zu erzielen. With direct firing, the entire coal dust-containing exhaust air is blown into the process furnace. The investment costs are considerably lower, since, for example, a separate filter for cleaning the dust-containing mill exhaust air and an intermediate storage container for the ground, dry coal are unnecessary. As a result of the absence of these intermediate units and the necessary intermediate steps, the risk of coal dust explosions and fires is significantly reduced. Unfortunately, high primary air proportions occur. As a result, optimal injection pulse ratios cannot be achieved on the furnace burner.

Bei der halbdirekten Feuerung wird die kohlenstaubhaltige Mühlenluft in einem Zyklon vorentstaubt. Ein Teil dieser Luft wird als Umluft zurück ins Mühlensystem geführt und dient als zusätzliche Trägerluft in der Mühle, während der Rest zusammen mit dem im Zyklon abgeschiedenen Kohlenstaub in den Ofen geblasen wird. Bei hoher Kohlenfeuchte und bei niedrig temperierter Mühlenbeheizung ergibt sich aus der Trocknung eine grössere Abluftmenge als der erforderlichen Trägerluftmenge entspricht. Es muss in diesen Fällen daher entweder eine hohe Primärluftmenge in Kauf genommen oder ein zusätzliches Filter installiert werden. Damit ergeben sich Nachteile wie bei der direkten und indirekten Feuerung. So behindert eine hohe Primärluftmenge die Optimierung der Einblasimpulsverhältnisse am Ofenbrenner und ein zusätzliches Filter bedeutet zusätzliche Investitionskosten und eine erhöhte Gefahr für Kohlenstaubexplosionen und -brände. With semi-direct firing, the pulverized mill air is dedusted in a cyclone. Part of this air is returned to the mill system as recirculated air and serves as additional carrier air in the mill, while the rest is blown into the furnace together with the coal dust separated in the cyclone. If the coal moisture is high and the mill heating is at a lower temperature, the drying results in a larger exhaust air volume than the required carrier air volume. In these cases, therefore, either a high amount of primary air has to be accepted or an additional filter has to be installed. This results in disadvantages as with direct and indirect firing. For example, a high amount of primary air hinders the optimization of the injection pulse conditions on the furnace burner and an additional filter means additional investment costs and an increased risk of coal dust explosions and fires.

Aus dem Cement-Data-Book, 1. Auflage 1976, Bauverlag GmbH, Wiesbaden und Berlin, Seite 296, Fig. 10.18, ist eine halbdirekte Feuerung bekannt, die als Staubfeuerung für einen Prozessofen, insbesondere zur Herstellung von Zementklinker, eine Kohlenmahltrocknung aufweist und eine Mühlenabluftführung über Abschei der zur Einführung in Staubbrenner des Prozessofens besitzt, wobei die Abscheiderabluft mindestens zum Teil als Primärluft und gegebenenfalls auch als Mühlenumluft verwendet wird und bei der das Prozessgut in einem Prozessgutkühler mittels Gebläseluft gekühlt und die Kühlerabluft mindestens zum Teil als Sekundärluft für die Staubbrenner und gegebenenfalls zusätzlich auch als Trocknungsluft für die Mahltrocknung oder als Aufheizungs- oder Kühlluft verwendet wird. Nach diesem Stand der Technik wird aber ein gegebener Überschussanteil aus der Abscheiderabluft ebenfalls einem zusätzlichen Filter aufgegeben, nämlich über ein Filter in die Atmosphäre abgegeben. From the cement data book, 1st edition 1976, Bauverlag GmbH, Wiesbaden and Berlin, page 296, Fig. 10.18, a semi-direct firing is known, which has a coal-fired drying system as dust firing for a process furnace, in particular for the production of cement clinker, and a mill exhaust air duct via a separator for introduction into the dust burner of the process furnace, the separator exhaust air being used at least in part as primary air and possibly also as recirculating mill air and in which the process material is cooled in a process material cooler by means of blown air and the cooler exhaust air is at least partly as secondary air for the dust burner and optionally also used as drying air for mill drying or as heating or cooling air. According to this prior art, however, a given excess portion from the separator exhaust air is also added to an additional filter, namely released into the atmosphere via a filter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Kleinhaltung des Primärluftanteils zur Flammgestaltung den Überschussteil aus der Abscheiderabluft wieder in den Prozess einzubinden. The invention is based on the task of integrating the excess part from the separator exhaust air back into the process while keeping the primary air portion small for flame design.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Teilmenge der Abscheiderabluft in den Prozessgutkühler eingeleitet wird. Dadurch kann die Kühlerabluft den Wärmegehalt der Sekundärluft erhöhen und sich der Gesamtwärmeverbrauch bei der Herstellung von Prozessgütern verringern lassen, wobei ausserdem die Aufstellung einer Entstaubungsanlage für die überschüssige Abluft vermeidbar wird. Zusätzlich kann die Verwendung von Kohle hohen Feuchtigkeitsgehalts erleichtert werden. This task is solved by introducing a subset of the separator exhaust air into the process material cooler. As a result, the cooler exhaust air can increase the heat content of the secondary air and the overall heat consumption in the production of process goods can be reduced, and the installation of a dedusting system for the excess exhaust air can also be avoided. In addition, the use of high moisture coal can be facilitated.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Teilmenge der Abscheiderabluft in den vorderen, d. h. den heissen Teil des Prozessgutkühlers, insbesondere eines Klinkerkühlers, eingeleitet; der Restkohlenstaub kann sich in dieser heissen Zone entzünden, so dass er nicht nur den Wärmegehalt der Sekundärluft erhöhen, sondern auch als Staub weitgehend beseitigt werden kann. According to a preferred embodiment of the invention, the subset of the separator exhaust air in the front, ie. H. the hot part of the process goods cooler, in particular a clinker cooler, introduced; The residual coal dust can ignite in this hot zone, so that it can not only increase the heat content of the secondary air, but can also be largely removed as dust.

In jedem Falle kann die Teilmenge der Abscheiderabluft durch einen Prozessgutkühler-Rost in den Prozessgutkühler eingeleitet werden; dazu wird die Teilmenge üblicherweise unter dem Rost des Prozessgutkühlers, insbesondere des Klinkerkühlers, einge-blasen. In any case, the partial amount of the separator exhaust air can be introduced into the process material cooler through a process material cooler grate; for this purpose, the partial quantity is usually blown in under the grate of the process material cooler, in particular the clinker cooler.

Zur Mahltrocknung kann in allen Fällen heisses Ofenabgas verwendet werden, das auch als Prozessofenabgas bezeichnet wird und beispielsweise Inertgas ist, das sonst vernichtet oder anderweitig verwendet würde. Hot kiln exhaust gas, which is also referred to as process kiln exhaust gas and is, for example, inert gas that would otherwise be destroyed or otherwise used, can be used in all cases for mill drying.

Schliesslich eignet sich das erfindungsgemässe Verfahren ganz allgemein für Mischfeuerungen mit Zusatzbrennstoff. So ist insbesondere eine reine Kohlenfeuerung nicht erforderlich, sondern auch eine Mischfeuerung aus Kohle und anderen Brennstoffen möglich. Finally, the method according to the invention is generally suitable for mixed firing with additional fuel. In particular, pure coal firing is not necessary, but mixed firing from coal and other fuels is also possible.

Beim Betrieb des erfindungsgemässen Verfahrens kann der Anteil der Primärluftmenge für den Ofenbrenner unabhängig When operating the method according to the invention, the proportion of the primary air quantity for the furnace burner can be independent

2 2nd

5 5

10 10th

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20 20th

25 25th

30 30th

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45 45

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vom Mahltrocknungssystem und der Kohlenfeuchte auf das für eine optimale Verbrennung notwendige Mindestmass beschränkt und gleichzeitig die verbleibende Restmenge an Mühlenabluft verhätnismässig umweltschonend ohne eine gesonderte Filteranlage und energiesparend eingesetzt werden. from the grinding drying system and the coal moisture to the minimum necessary for optimal combustion and at the same time the remaining amount of mill exhaust air is used in a relatively environmentally friendly manner without a separate filter system and saves energy.

Hinzu kommt noch, dass durch das Fehlen eines Kohlenstaub-Zwischenbehälters sowie der Filteranlage und durch die Möglichkeit, ohne wärmewirtschaftliche Einbussen die dazugehörige Mahltrocknungsanlage auch bei hohen Kohlenfeuchten mit geringen Heisslufttemperaturen zu fahren und zu inertisieren, bei dem erfindungsgemässen Verfahren eine hohe Sicherheit gegen Kohlenstaubexplosionen und -bränden gewährleistet wird und auch hohe Kohlefeuchten durch die weitgehende Verwendung der Abfallwärme des Ofens und/oder des Klinkerkühlers problemlos überwunden werden können. In addition, due to the lack of an intermediate coal dust container and the filter system and the possibility of driving and inerting the associated grinding and drying system even at high coal humidities with low hot air temperatures without loss of heat economy, the method according to the invention offers a high level of security against coal dust explosions and fires is guaranteed and even high levels of coal moisture can be easily overcome through the extensive use of waste heat from the furnace and / or the clinker cooler.

Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich anhand der beiliegenden Figur beispielsweise erläutern, in der eine nach dem erfindungsgemässen Verfahren arbeitende Vorrichtung schematisch dargestellt ist. Die dort abgebildete Vorrichtung beinhaltet insbesondere einen Zementofen mit Klinker-Schubrostkühler. The method according to the invention can be explained, for example, with reference to the attached figure, in which a device operating according to the method according to the invention is shown schematically. The device shown there includes, in particular, a cement kiln with a clinker grate cooler.

Die in einer Kohlenmühle 1 getrocknete und gemahlene Kohle wird in einem Hochleistungszyklon 2 abgeschieden und über ein Abschlussorgan 3 in den Primärluftstrom bzw. einen Teilluftstrom der Primärluft 4 eingeschleust. The coal which has been dried and ground in a coal mill 1 is separated in a high-performance cyclone 2 and introduced into the primary air flow or a partial air flow of the primary air 4 via a closing element 3.

Die für die Trocknung und als Trägerluft benötigte Gas- bzw. Luftmenge wird mit einem Systemgebläse 5 durch die Kohlenmühle 1 und den Hochleistungszyklon 2 gesaugt. Als Fördermedium und Trocknungsmedium vor der Kohlenmühle 1 werden entweder heisse Kühlerabluft durch die Kühlerabluftleitung 6 bzw. heisse Ofenkopfluft durch die Ofenkopfluftleitung 7, Ofenabgas durch die Ofenabgasleitung 8, Heissgas aus einer Brennkammer 9 oder Kombination von Kühlerluft, Ofenkopfluft, Ofenabgas und Heissgas verwendet, wobei zur Regelung die Kühlerabluftklappe 10, die Ofenluftklappe 11, die Ofenabgasklappe 12 und die Brennkammerklappe 13 bzw. die Kaltluftklappe 30 verwendet werden und die staubhaltige Heissluft in einem Zyklon 14 vorgereinigt wird. Die im Hochleistungszyklon 2 vorentstaubte kohlenstaubhaltige Mühlenabluft wird hinter dem Systemgebläse 5 aufgeteilt und kann sowohl zum Primärluftgebläse 15, zum Mühleneinlauf über die Verbindungsleitungsklap-pe 19 durch die Verbindungsleitung 18 oder zu einem Kühlluftgebläse 16 des Klinkerkühlers 17 gefördert werden. Die Anteile der verschiedenen Mengen können je nach den Erfordernissen des Mühlensystems, der Kohlenfeuchte und der Flammenausbildung optimiert und im Bereich von jeweils 0-100 % einreguliert werden. Dazu dienen die Verbindungsleitungsklappe 19, die Kühlluftzufuhrklappe 20 und die Hilfsklappe 21, sowie die Primärluftklappe 22 und die Kaltluftzumischerklappe 23. The amount of gas or air required for drying and as carrier air is sucked through the coal mill 1 and the high-performance cyclone 2 with a system fan 5. Either hot cooler exhaust air through the cooler exhaust air line 6 or hot furnace head air through the furnace head air line 7, furnace exhaust gas through the furnace exhaust line 8, hot gas from a combustion chamber 9 or a combination of cooler air, furnace head air, furnace exhaust gas and hot gas are used as the conveying medium and drying medium in front of the coal mill 1 Control the cooler exhaust flap 10, the furnace air flap 11, the furnace exhaust flap 12 and the combustion chamber flap 13 or the cold air flap 30 are used and the dust-containing hot air is pre-cleaned in a cyclone 14. The pulverized mill exhaust air dedusted in the high-performance cyclone 2 is divided behind the system blower 5 and can be conveyed to the primary air blower 15, to the mill inlet via the connecting line flap 19 through the connecting line 18 or to a cooling air blower 16 of the clinker cooler 17. The proportions of the different quantities can be optimized depending on the requirements of the mill system, the coal moisture and the flame formation and can be adjusted in the range of 0-100% each. The connecting line flap 19, the cooling air supply flap 20 and the auxiliary flap 21, as well as the primary air flap 22 and the cold air admixing flap 23 are used for this purpose.

Mit der Bezugsziffer 38 ist die Teilmenge der im Hochleistungszyklon 2 vorentstaubten, kohlenstaubhaltigen Mühlenabluft gekennzeichnet, die über die Kühlluftzuführklappe 20 und The subsection 38 denotes the partial quantity of the mill exhaust air, which has been dedusted in the high-performance cyclone 2, and which is discharged via the cooling air supply flap 20 and

642 733 642 733

das Kühlluftzuführgebläse 34 in den Klinkerkühler 17 gefördert wird. the cooling air supply fan 34 is conveyed into the clinker cooler 17.

Durch diese Verstellmöglichkeiten kann der Anteil der Primärluft beliebig gesenkt werden und es können die verschiedensten Brennerdüsen 24 und Kombinationsfeuerungen z.B. mit Zusatzbrennstoff 36 eingesetzt werden, ohne dass auf die Kohlenfeuchte und die Verhältnisse bei der Mahltrocknungsanlage Rücksicht genommen werden muss. Through these adjustment options, the proportion of primary air can be reduced as desired and a wide variety of burner nozzles 24 and combination burners, e.g. be used with additional fuel 36 without having to take into account the coal moisture and the conditions in the mill drying system.

So kann insbesondere bei hohen Kohlenfeuchten ein höherer Anteil von Mühlenabluft in den Klinkerkühler geblasen werden. Die Einblasung erfolgt zum Beispiel mit einem Kühlluftgebläse 16, wie es in der Figur abgebildet ist, oder aber, wie es in der Figur nicht abgebildet ist, direkt in eine der Kühlkammern 31. Die Kühlkammern im vorderen, heissen Teil des Prozessgutkühlers sindmit den Bezugszeichen 31', 31" und31"' gekennzeichnet, die im hinteren Teil mit den Bezugszeichen 31"" und 31'"". Die Einblasung kann aber auch auf mehrere Kühlluftgebläse 16 aufgeteilt werden oder sogar mit einem separaten Kühlluftzufuhrgebläse 34 in eine oder mehrere Kühlluftkammern 31 bzw. direkt in den Heissluftteil des Klinkerkühlers 37 über den Rost 25 gefördert werden. Vorzugsweise jedoch wird in die dem Heissluftteil des Klinkerkühlers 37 nächstliegenden Kühlluftkammern 31 eingeblasen. Dadurch kann die thermische Wärme der Mühlenabluft optimal ausgenutzt werden. Ausserdem wird der in der Mühlenabluft noch enthaltene Restkohlenstaub beim Durchtritt durch die heisse Klinkerschicht entzündet und somit thermisch nutzbar. Die überschüssige Kühlerabluft wird über die Abluftlei-tung 32 dem Abluftentstauber 27 zugeführt, wo sie entstaubt wird. Mit Hilfe des Abluftgebläses 28 und der Regelklappe 29 wird die Abluft in Abhängigkeit vom Ofenkopfdruck ins Freie gefördert. In this way, a higher proportion of mill exhaust air can be blown into the clinker cooler, particularly in the case of high coal moisture. The blowing is carried out, for example, with a cooling air blower 16, as shown in the figure, or, as is not shown in the figure, directly into one of the cooling chambers 31. The cooling chambers in the front, hot part of the process goods cooler are identified by the reference number 31 ', 31 "and31"' marked, in the rear part with the reference numerals 31 "" and 31 '"". The blow-in can also be divided into a plurality of cooling air blowers 16 or even conveyed with a separate cooling air supply blower 34 into one or more cooling air chambers 31 or directly into the hot air part of the clinker cooler 37 via the grate 25. However, it is preferable to blow into the cooling air chambers 31 closest to the hot air part of the clinker cooler 37. This allows the thermal heat of the mill exhaust air to be optimally used. In addition, the residual coal dust still contained in the mill exhaust air is ignited as it passes through the hot clinker layer and can therefore be used thermally. The excess cooler exhaust air is supplied to the exhaust air deduster 27 via the exhaust air line 32, where it is dedusted. With the help of the exhaust fan 28 and the control flap 29, the exhaust air is conveyed into the open depending on the furnace head pressure.

Bei dem eben beschriebenen Verfahren wird die gesamte Abluftwärme, also sowohl die thermische Wärme als auch die im Restkohlenstaub der Abluft befindliche Wärme, im Gegensatz zum indirekten Verfahren zurückgewonnen. Ausserdem wird infolge der Verbrennung des Restkohlenstaubgehaltes kein Kohlenfilter mehr benötigt. Dies bedeutet eine erhebliche Einsparung und Erhöhung der Betriebssicherheit. Auch gelangt somit kein Kohlenstaub mehr in die freie Atmosphäre, so dass das Verfahren wesentlich umweltfreundlicher ist als die bislang bekannten Verfahren. Es wird auch keine Zwischenbunkerung von Kohlenstaub erforderlich, so dass die Gefahr von Kohlenstaubbränden und -explosionen erheblich reduziert ist. Insgesamt gesehen sind selbstverständlich die Investitions-, Wartungsund Betriebskosten geringer. In the process just described, the entire exhaust heat, i.e. both the thermal heat and the heat in the residual coal dust of the exhaust air, is recovered, in contrast to the indirect process. In addition, a carbon filter is no longer required due to the combustion of the residual coal dust content. This means considerable savings and increased operational reliability. This means that coal dust is no longer released into the free atmosphere, making the process much more environmentally friendly than the previously known processes. No intermediate bunkering of coal dust is required, so the risk of coal dust fires and explosions is significantly reduced. Overall, the investment, maintenance and operating costs are of course lower.

Im Gegensatz zum direkten und halbdirekten Verfahren ist die Primärluftmenge frei wählbar. Damit ist eine Optimierung der Flamme möglich und die Primärluftmenge kann erheblich kleiner gehalten werden. Das ergibt Brennstoffeinsparungen, die bei hohen Kohlefeuchten bis zu ca. 0,42 GJ/t Klinker betragen können. In contrast to the direct and semi-direct method, the amount of primary air can be freely selected. This enables the flame to be optimized and the primary air volume can be kept considerably smaller. This results in fuel savings that can be up to approx. 0.42 GJ / t clinker at high coal moisture.

3 3rd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

M M

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

642 733 PATENT CLAIMS

1. Dust-firing method for a process furnace, in particular for the production of cement clinker, with coal grinding drying and mill exhaust air routing via separators for introduction into dust burners of the process furnace, wherein the separator exhaust air is used at least partially as primary air and the process material is cooled in a process material cooler by means of blown air and the cooler exhaust air is at least partially as secondary air is used for the dust burner, characterized in that a partial quantity (38) of the separator exhaust air is introduced into the process material cooler (17).

2. The method according to claim 1, characterized in that the partial amount (38) of the separator exhaust air in the front part of the process material cooler (17), for. B. the cooling chambers (31 ', 31 ", 31"'), which are located in its hot part.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the introduction of the partial amount (38) of the separator exhaust air takes place through a process material cooler grate (25).

4. The method according to any one of claims 1-3, characterized in that an oven exhaust gas fed in via an exhaust line (8) is used for mill drying.

5. Application of the dust firing method according to claim 1 in mixed firing with additional fuel (36).