DD149111A1 - Vorwaermer zur waermebehandlung von vorzugsweise zementrohmehl - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Waermebehandlung von vorzugsweise Zementrohmehl. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, bei Erhoehung der thermischen Effektivitaet des Vorwaermers die Bauhoehe der Schachtstufen unter Beibehaltung eines hohen Materialabscheidegrades zu verringern. Erfindungsgemaesz wird das dadurch erreicht, dasz durch eine drallartige Gas-Gut-Fuehrung in schachtartigen uebereinander angeordneten Stufen der vertikalen Gasbewegung eine tangentiale Bewegungskomponente ueberlagert ist, wobei durch in Gasbewegungsrichtung sich ploetzlich erweiternde Raeume eine Abschneidung fuer d. unter d. Einflusz von Zentrifugalkraeften stehenden Materialteilchen gegeben ist. Die drallartige Gasbewegungskomponente wird durch den tangentialen Gasein- und -austritt in bzw. aus den dem Vorwaermer begrenzenden Schachtstufen erzielt. Zur Schaffung eines vom Gasstrom nahezu unbeeinfluszten Abscheideraumes ist im Bereich des Schachtstufenkonus einer Schachtstufe ein Gaskanal angeordnet, der am Uebergang zur darunterliegenden Schachtstufe endet. In diesem Uebergang ist der Gaskanal mit Materialdurchtrittsoeffnungen ausgestattet.

Description

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Vorwärmer zur Wärmebehandlung von vorzugsweise Zementrohmehl

Anwendungsgebiet, der. Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorwärmereinheit zur Wärmebehandlung von vorzugsweise Zementrohmehl, bestehend au3 mehreren Vorwärm- und einer Kalzinierstufe.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt beim Brennen von Zementklinker die den Drehofen verlassenden heißen Rauchgase zur Erwärmung sowie teilweisen Xalzination und in Kombination mit einem außerhalb des Drehofens erfolgenden anteiligen Brennstoffeintrages in Zusammenhang mit der Kühlluft des Kühlers zu einer verstärkten Kalzination zu nutzen. Dabei wird technologisch die räumliche Trennung der Prozeßstufen Vorwärmen, Kalzinieren, Sintern und Kühlen angestrebt.

Die zum Vorwärmen entwickelten Vorwärmer bestehen aus Zyklonen, Schachtstufen oder einer Kombination aus Schacht- und Zyklonstufen. Beim Zyklonvorwärmer wird das aus dem Drehrohrofen austretende Rauchgas über einen Gaskanal einem Zyklon zugeführt. In das Rauchgas wird dabei vor dem Eintritt in den Zyklon aufzuwärmendes Material eingetragen, das nach dem auf dem Wege zum Zyklon ein teilweiser Wärmeübergang vom Gas an das Gut erfolgte, im Zyklon vom Gas getrennt und in den Drehrohrofeneinlauf geleitet wird. Durch die Kopplung mehrerer Zyklone wird die Abwärme des fiauchgases vorteilhaft genutzt und eine partielle Entsäuerung des Zementrohmehles erreicht. Trotz der

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günstigen Abgaswärmenutzung kommt es bei diesem Vorwärmersystem häufig durch vorhandene Kreisläufe der Alkalien und ihrer Chloride und Sulfate zu betriebsstörenden Ansatzbildungen im Zyklonbereich. Damit erhöht sich der betriebstechnische Wartungsaufwand zur Verhinderung des Zusetzens der Zyklone. Vor allem im unteren Bereich des Vorwärmers. Wartungsärmer in dieser Beziehung sind entwickelte und betriebene Schachtvorwärmersysteme., in denen durch die Großräumigkeit der Schachtstufen und die gemeinsame Führung von Gas und Gut durch gleiche Querschnitte betriebsstörende Ansatzbildungen nahezu nicht bekannt sind. Allerdings besitzen diese Vorwärmsysteme wärmewirtschaftliche Nachteile dadurch, daß der Abscheidegrad der Schachtstufen geringer als der der Zyklonstufen ist. Wärmeverschleppende Kreisläufe sind die Folge.

Durch die Kombination von Zyklonstufen am gasseitigen Vorwärmerabschluß und Schachtstufen im unteren ansatzgefährdeten Bereich des Vorwärmers wurde ein wärme- und betriebstechnischer Kompromiß geschlossen. Dabei bleibt allerdings die Abscheidewirkung der Schachtstufen verbesserungsfähig, um die wärmeabwertenden Materialkreisläufe zwischen den gekoppelten Schachtstufen zu reduzieren. Durch die Schaffung großer Schachtstufenvolumina wurde zwar der Abscheidegrad verbessert, damit waren aber größere Bauhöhen und Bauaufwendungen verbunden.

In weiteren bekannt gewordenen Lösungen wird versucht den zwischenstufigen vertikalen Staubkreislauf durch Profilierungen, Rinnen und Einbauten im Konen- und Sperrenbereich der Schachtstufen zu vermindern, um die thermische Effektivität des Vorwärmers zu erhöhen. Ebenso wie in den Schachtstufen wird aber bei diesen vorgeschlagenen Läsungen das Gas in vertikaler Richtung geführt, wodurch trotz gewisser Verbesserungen der Abscheidewirkung keine nennenswerte Reduzierung der Stufenhöhe und damit des bautechnischen Aufwandes gelingt. Der Abscheidegrad und mit ihm die thermische Effektivität bleibt zu steigern.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die thermische Effektivität im Vorwärmer weiter zu verbessern sowie die Bauhöhe von Schachtstufen und damit die Investitionsmittel für den Vorwärmer zu verringern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum effektiven Vorwärmen und weitestgehender Kalzination des Materials zu schaffen, die einen hohen Materialabscheidegrad zur Trennung des im Heißgas mitgeführten Gutes besitzt.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß. durch eine drallartige Gas-Gut-Führung in schachtartigen übereinander angeordneten Stufen der vertikalen Gasbewegung eine tangentiale Bewegungskomponente überlagert ist, wobei durch in Gasbewegungsrichtung sich plötzlich erweiternde Räume eine Abscheidung für die unter den Einfluß von Zentrifugalkräften stehenden Materialteilchen gegeben ist. Die drallartige Gasbewegungskomponente wird durch den tangentialen Gasein- und -austritt in bzw. aus den dem Vorwärmer begrenzenden Schachtstufen erzielt. Zur Schaffung eines vom Gasstrom nahezu unbeeinflußten Abscheideraumes ist im Bereich des Schachtstufenkonus einer Schachtstufe ein Gaskanal angeordnet, der am Übergang zur darunter liegenden Schachtstufe endet. In diesem Übergang ist der Gaskanal mit Materialdurchtritt soff nungen ausgestattet. Das im aufsteigenden Gasstrom mitgeführte Material wird auf Grund der mit dem Tangentialeintritt des Gases in den Vorwärmer bewirkten Zentrifugalkräfte im Gaskanal an die Kanalwand getragen. Am oberen Ende des Kanals wird das Material über die begrenzende Kanalkante in Bereiche geringerer Gasgeschwindigkeit geführt, in denen das Material den nun stärkeren einflußnehmenden Gravitationskräften abwärts zwischen den Konusflächen und der Gaskanalaußenwandung folgt. Der sich auf der Konusfläche ausbildende Gutstrom passiert in Einzelsträhnen die Materialdurchtritt soff nungen des Gaskanals und gelangt in die darunter

liegende Schachtstufe. Im oberhalb des Gaskanals erweiterten Raum dieser Stufe wird das Material im aufsteigenden Gasstrom ζ. T. verwirbelt und abgeschieden, während der Kern der Gutsträhne bis in den oberen Teil des Gaskanals gelangt, erst hier verwirbelt, in der verdrallten Gasströmung aufwärts und oberhalb der Kanalkante abgeschieden wird.

Entsprechend dem Abfall der Gastemperatur entlang der Vorwärmerhöhe nimmt der Querschnitt des Gaskanals in den Stufen ab, um eine konstante Gasgeschwindigkeit und ein Durchfallen des Gutes durch die Gaskanäle zu verhindern.

Der Durchtritt des abgeschiedenen Gutes von einer Stufe zur anderen ist unter Verzicht auf die Materialdurchtrittsöffnungen auch dadurch möglich, daß die Sperre und der Konus eckig ausgebildet und damit ebene Abstromflachen entstehen. Der Gaskanal ist in diesem Fall von vorzugsweise drei- oder viereckigen Übergangsflächen zur nächsten Stufe begrenzt. Die Funktion der Durchtrittsöffnung übernehmen die in den Ecken verbleibenden Freiflächen durch die das in den Konenwinkeln nach der Abscheidung zusammengeführte Material abströmt. Prinzipiell ist es auch möglich die den Gaskanal umschließende Stufe sowohl im Konus als auch im Zylinderbereich eckig auszubilden. Weiterhin ist es auch möglich, die Stufenanordnung so zu wählen, daß die Gaskanalachsen axial asymmetrisch versetzt sind.

Den Systemabschluß des Vorwärmers bilden Zyklone, wobei die der obersten Gaskanalstufe folgenden Zyklone so mit dieser Stufe verschaltet sind, daß das abgeschiedene Gut des Zyklons vorzugsweise in den obersten Gaskanal gelangt.

Die aus den Gaskanalstufen gebildete Vorwärmereinheit kann mit einer an sich bekannten Zweitbefeuerung zur Erhöhung der außerhalb des Drehrohrofens ablaufenden Entsäuerung versehen werden. Gleichfalls ist die Ausbildung der untersten Vorwärmerstufe als Kalzinierreaktorstufe möglich. Dabei sind in Höhe des tangentialen Gaseintritts sowie im oberen Bereich der Stufe Brenner so angeordnet, daß sich der eingetragene Brennstoff mit dem Gut vermischt, verwirbelt und in seiner unmittelbaren Umgebung ausbrennt. Das kalzinierte Gut wird auf Grund der tangentialen Gasbewegung abgeschieden und über den trich-

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terartigen Auslauf der untersten Stufe in den Drehofen geführt .

Bei einflutig ausgebildetem Vorwärmer, bei dem die unterste Stufe als Kalzinierreaktor ausgerüstet ist, bindet in den unteren Teil des zylindrischen Stufenteils tangential die Tertiärluftleitung mit der aus dem Kühler abgezogenen Luft ein. Das aus dem Ofen stammende Rauchgas gelangt gleichfalls tangential über einen höher liegenden Eintritt in die unterste Stufe bzw. tritt bei einer Verbrennung von vornehmlich festen Brennstoff in die darüberliegende Stufe ein. Über Drosselorgane am Eintritt der Ofenabgase in die Schachtstufen ist die Verbrennung im Kalzinierreaktor in Abhängigkeit von der Brennstoffart bezüglich Ausbrand und Temperatur regelbar. Prinzipiell ist es möglich, die aus einem Kalzinierreaktor und einer Gaskanalstufe bestehende Wärmetauscheinheit mit anderen, beispielsweise Zyklonstufen, zu koppeln.

Bei einem zweiflutigen Vorwärmer ist mit dem Gaskanalstufen-Vorwärmer auch die an sich bekannte Trennung zwischen Ofenabgas- und Kühlerabgas-Flut bei Verschaltung des Materialweges gegeben. Die Regelung der Gasmengen über beide Vorwärmerfluten geschieht dabei unabhängig durch die den einzelnen Vorwärmerfluten nachgeschalteten Gebläse.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, in den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Pig. 1 die Ansicht des erfindungsgemäßen Gaskanalstufen-Vorwärmer

Pig. 2 einen mit Brennstoff befeuerten erfindungsgemäßen einflutigen Vorwärmer aus Gaskanal stufen

Pig. 3 einen erfindungsgemäßen zweiflutigen Vorwärmer mit Kalzinierreaktor

Aus Pig. 1 ist die Funktionsweise der erfindungsgemäß gekoppelten Gaskanalstufen ersichtlich. Über den tangentialen Gaseintritt 1 gelangt das Ofenabgas iriiden zylindrischen Teil der untersten Vorwärmerstufe 2 und verwirbelt das über die im Gaskanal 3 angeordneten Materialdurchtrittsöffnungen eintretende Gut 5. Unter dem Einfluß der Zentrifugalkräfte wird das verwirbelte und damit einem intensiven Yvärmetausch ausgesetzte Gut im Randbereich der Vorwärmerstufe 2 abgeschieden und über den konischen Materialsammeltrichter 18 in den Drehrohrofen 13 eingetragen. Das aufsteigende verdrallte Gas fängt im Gaskanal 3 das aus der über der vorletzten Vorwärmerstufe angeordneten Vorwärmerstufe kommende sich strähnenartig nach unten bewegende Gut ab, verwirbelt es, führt es auf etwa schraubenartiger Bahn mit aufwärts, so daß es oberhalb der Gaskanalkante 6 abgeschieden wird. Über den Gasaustritt 7 verläßt das Gas tangential die aus den Gaskanalstufen bestehende Vorwärmereinheit, wobei bei z. B. zwei nachgeschalteten Zyklonstufen das in der obersten Zyklonstufe abgeschiedene Gut über die Rückführleitung 8 in den Gasaustritt 7 geführt und das aus dem vorletzten Zyklon kommende Gut in den obersten Gaskanal 3 geleitet wird.

In Pig. 2 ist eine erfindungsgemäße einflutige Vorwärmereinheit skizziert, bei der die unterste stufe als Kalzinierreaktorstufe 9 ausgebildet wurde. In diese Stufe mündet tangential im unteren Bereich des zylindrischen Stufenteils die vom nicht dargestellten Kühler kommende Luftleitung 10. Darüberliegend und gleichfalls tangential unterhalb der Decke der Kalzinierreaktorstufe 3 anschließend ist eine Of enr%ichgaszuführung angeordnet, deren Rauchgasstrom über das Drosselorgan 12 regelbar ist. Zur Verbesserung des Wärmeüberganges sind im Randbereich der Kalzinierreaktorstufe 9 Einbauten 19 angeordnet, die den Äbscheidevorgang nur unwesentlich beeinflussen.

Eine weitere Verbindung mit dem Drehrohrofen 13 über den Ofenrauchgaskanal 14 besitzt die Vorwärmereinheit durch eine andere an die Vorwärmerstufe 2 anschließende Ofenrauchgaszuführung 11. Die über diese Zuführungen eintretenden Rauchgasmengen werden in Abhängigkeit von der Brennstoffart und der

sich daraus ergebenden Ausbrandwilligkeit eingestellt. Der bzw. die in Abhängigkeit von der Anlagengröße in der Höhe der einbindenden Kühlluftleitung 10 schräg in der Horizontalebene angeordnete Brenner 15 im Zusammenhang mit den im Deckenbereich angeordneten BrennstoffZuführungen 16 sorgen für eine gleichmäßige Temperaturverteilung über den unterhalb der Ofenrauchgaszuführung 12 liegenden zylindrischen Teil des Reaktors.

Fig. 3 zeigt die Verschaltung zweier erfindungsgemäßer Vorwärmereinheiten, wobei die eine Vorwärmereinheit mit einem Kalzinierreaktor ausgerüstet ist und ausschließlich bzw. nahezu ausschließlich Kühlerluft über die Luftleitung 10 erhält. Zur Regulierung der Verbrennungsverhältnisse ist auch hier oberhalb der Kühlluftzuführung eine Verbindung zwischen dem Rauchgaskanal 14 über die mit einem Regelorgan 12 ausgestattete Ofenrauchgaszuführung 11 gegeben. In die Kalzinierreaktorstufe 9 bindet im Deckenbereich bzw. oberen Zylinderteil die Guttransportleitung 17 aus der mit dem Ofenabgas betriebenen Vorwärmereinheit ein. Das in dieser Vorwärmereinheit v/äraiebehandelte Gut wird somit im gleichen und damit nur einmal auszubildenden Kalzinierreaktor 9 kalziniert.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung bestehen darin, daß im Vergleich zu den bisherigen Schachtstufen der Abscheidegrad der Stufen verbessert, der zwischenstufige wärmeabwertende Gutkreislauf reduziert und somit die thermische Effektivität des Klinkerbrennprozesses verbessert wird. Die Verbesserung des Abscheidegrades erlaubt die Bauhöhe der Vorwärmerstufen zu senken und damit die Baukosten für den Vorwärmer zu verringern. In vorteilhafter Weise läßt sich ohne größeren bautechnischen Aufwand die unterste Stufe der erfindungsgemäßen Vorwärmereinheit als Kalzinierreaktorstufe ausgestalten, ohne das besondere andere Bauelemente erforderlich wären. Von Vorteil sind weiterhin die

sich mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ergebenden einfachen Verschaltungsvarianten, die es beispielsweise bei zweiflutigem Vorwärmer erlauben in ansich bekannter Weise eine Aufteilung der Gaswege in Ofenabgas- und Kühlerluft-Flut vorzunehmen. Dabei kann, wenn bei bestimmten Alkalibelastungen erforderlich, auf einfache Art ein an sich bekannter Bypaß in der Ofenabgasflut angeordnet werden. Unter Wegfall des Gaskanales läßt sich bei einem Brennstoffanteil im Kalzinierreaktor von über 50 % eine zweistufige erfindungsgemäße Yorwärmereinheit in günstiger Weise auch als Kalzinierstufe mit Nachbrandraum bei hoher Verweilzeit des Gutes im Kalzinierbereich nutzen.

Bei einflutigem Vorwärmer lassen sich durch die getrennte Zuführung von Ofenabgas und Kühlerluft in die erfindungsgemäße Einrichtung in Abhängigkeit von der Art des Kalzinierbrennstoffes vorteilhaft die Verbrennungsverhältnisse regeln.

Claims (6)

Erfindungsanspruch

1. Vorwärmer zur Wärmebehandlung von vorzugsweise Zementrohmehl, bestehend aus mehreren Vorwärm- und einer Kalzinierstufe, gekennzeichnet dadurch , daß eine Vorvvärmerstufe (2) aus einem vorzugsweise zylindrischen schachtartigen Teil mit konisch verjüngenden Materialsammeltrichter (18) besteht, wobei innerhalb der Vorwärmerstufe (2) im Bereich des Materialsammeltrichter (18) ein Gaskanal (3) mit Materialdurchtrittsöffnungen (4) angeordnet ist und daß die in Materialflußrichtung unterste Vorwärmerstufe (2) als zyklonartige Stufe ausgebildet ist, in die im Bereich des zylindriscnen schachtartigen Teils ein vom Drehrohrofen (13) kommender Gaseintritt (1) tangential einmündet und daß sich an der in Materialflußrichtung obersten Vorwärmerstufe (2) im Bereich des zylindrischen schachtartigen Teils tangential ein Gasaustritt (7) anschließt.

2. Vorwärmer nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch , daß der zylindrische schachtartige Teil der Vorwärmerstufen (2) von ebenen Flächen begrenzt und der Materialsammeltrichter (18) eckig ausgebildet ist.

3. Vorwärmer nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch , daß die in Materialflußrichtung unterste Stufe als Kalzinierreaktor (9) ausgebildet ist, wobei vorzugsweise in dem unteren Bereich des schachtartigen

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Teils des Kalzinierreaktors (9) tangential eine vom Kühler kommende Luftleitung (10) einmündet und ein oder mehrere Brenner (15) angeordnet sind und daß in dem oberen Bereich des schachtartigen Teils des Kalzinierreaktors (9) eine vom Drehrohrofen (13) kommende Ofenrauchgaszuführung (11) tangential einmündet und ein oder mehrere BrennstoffZuführungen (16) so angeordnet sind, daß der Brennstoffeintrag vorzugsweise in den in den Kalzinierreaktor (9) eintretenden Materialstrom erfolgt.

4. Vorwärmer nach Punkt 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch , daß in die Kalzinierreaktorstufe (9) und in die darüberliegende Vorwärmerstufe (2) vorzugsweise tangential jeweils eine Ofenrauchgaszuführung (11) mündet, wobei in den Ofenrauchgaszuführungen Drosselorgane (12) angeordnet sind.

5« Vorwärmer nach Punkt 1 bis 3» gekennzeichnet, dadurch , daß in der Kalzinierreaktorstufe (9) im Randbereich Einbauten (19) zur Verbesserung des Wärmeüberganges angeordnet sind.

6. Vorwärmer nach Punkt 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch , daß bei einer zweiflutigen Vorwärmerausführung nur eine Flut mit dem Kalzinierreaktor (9) ausgerüstet ist in die die Guttransportleitung (17) der als zyklonartigen ausgebildeten untersten Stufe der anderen Flut mündet, wobei die Stufe dieser Flut mit der Ofenrauchgaszuführung (.11) verbunden ist.