DD201441A1 - Verfahren und vorrichtung zur waermebehandlung und kalzination von mehlfoermigen material - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Waermebehandlung und Kalzination von mehlfoermigem Material, insbesondere Zementrohmehl. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, im Kalzinierreaktor die Vorgaenge der Kalzination und der Abscheidung zumindest partiell gleichzeitig stattfinden zu lassen, um damit einen hoeheren Waermeausnutzungsgrad zu erzielen und gleichzeitig den apparativen Aufwand zu verringern. Erfindungsgemaess wird dieses dadurch geloest, dass der die Kalzinierstufe verlassende Abgasstrom in zwei Teilstroeme getrennt wird,deren einer mit dem gesamten Material beladen und der andere materialfrei ist. Dieses wird dadurch erreicht, dass am oberen Ende des Reaktors gleichsinnig zur Rotationsrichtung des Gas -Material-Wirbels ein tangentialer Austritt angeordnet ist. Durch den tangentialen Austritt wird die Wirbelbildung des Materials im Reaktor verbessert, dadurch die Verweilzeit erhoeht und das Material an den wandnahen Bereich des Reaktors gedraengt und mit den tangential austretenden Gasstrom aus den Reaktor ausgetragen. Der axial aus dem Reaktor austretende Gasstrom ist durch den im Reaktor ablaufenden Trennvorgang weitgehend materialfrei.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung und Kalzination von mehlförmigem Material

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung und Kalzination von mehlförmigem Material, insbesondere Zementrohmehl, wobei die Kalzinierzone separat beheizt und die erforderliche Verbrennungsluft direkt vom Kühler herangeführt wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, die zum Brennen von Zementklinker oder ähnliche Materialien erforderliche Wärmemenge nicht nur durch Brennstoffzugabe im Drehrohrofen, wo der Garbrand erfolgt, zuzuführen, sondern einen Teil des Gesamtbrennstoffes zur vorbereitenden Wärmebehandlung, insbesondere zur Kalzination des Rohmehles, in einem vorgeschalteten Reaktor zu verbrennen· Durch diese gezielte Brennstoffzugabe an den Stellen, wo stark endotherme Reaktionen stattfinden, wird die Effektivität des Prozesses erhöht· In einem Kalzinierreaktor für Zementrphmehl kann die Dekarbonatisation des Rohmehles bis zu $0 % vorangetrieben werden· Die Sinterung zu Zementklinker erfolgt dann im nachgeschalteten, wesentlich mehr belastbaren Drehrohrofen· Zur Ausnutzung der Enthalpie der den Reaktor verlassenden Abgase ist noch ein

Rohmehlvorwärmer vorgeschaltet.

Die bekannten Kalzinierreaktoren unterscheiden sich einmal darin, ob die im Reaktor erforderliche, aus dem Kühler stammende und dort erwärmte Verbrennungsluft allein in ihm gelangt, während das im Drehofen entstehende Abgas nur im Vorwärmer genutzt wird, ohne in den Reaktor zu gelangen, oder ob der Reaktor sowohl mit der Kühlerabluft als auch mit dem Ofenabgas beaufschlagt wird· Weiterhin unterscheiden sich die einzelnen Typen darin, auf welche Weise die Gasströme zu- und abgeführt werden, z· B· axial oder tangential· Ebenso kann die Art der Verschaltung des Reaktors mit den Vorwärmerstufen, bezüglich der Gas- und Materialströme, unterschiedlich sein·

Beispielsweise wird gemäß der DE-OS 24 16 528 das Ofenabgas von unten axial dem Reaktor zugeführt, während die Kühlerabluft und auch der Brennstoff in die untere Kalzinationskammer eintreten·

Nach der DE-PS 23 44 583 mündet die Kühlerabluft im unteren Teil des Reaktors axial und auch tangential ein, das Drehofenabgae jedoch mündet im oberen Teil tangential ein· Nach der OS 22 47 172 ist bekannt, zur Sicherung eines hohen Dekarbonatisationsgrades eine sogenannte Verweilzone zu schaffen, die dadurch geschaffen wird, daß nur ein Teil des im Kalzinator behandelten Materials zum Drehofen geführt, ein anderer Teil jedoch im Kreislauf, also zum Kalzinator zurück transportiert wird·

Um lange Ausbrandstrecken zu schaffen und die Verhältnisse im Kalzinator der Brennstoffart anpassen zu können, tritt nach dem WF C 04 B / 222 963 die Kühlerabluft tangential in den Reaktorunterteil und das Ofenabgas in zwei Teilströme, und zwar axial von unten und tangential in den oberen Reaktorteil ein·

Allen genannten Kalzinierverfahren ist gemeinsam, daß ein Material-Gas-Gemisch den eigentlichen Kalzinator verläßt und die Materialabscheidung aus dem Abgas in einer gesonderten Abscheiderstufe erfolgt· In den Abscheidern und ihren

Zuführungsleitungen finden keine Reaktionen oder Wärme-

tauschvorgänge statt· Aus dem WP C 04 B / 228 439/0 ist bekannt, die Kalzination in zwei Stufen auszuführen, wobei die zweite Stufe gleichzeitig als Abscheider dient, in dem Gas und Material im oberen Teil tangential eintreten und aus dessen unterem Teil das Gas tangential, das Material axial austritt· Im Unterschied zu den anderen Verfahren wird der Abscheider gleichzeitig zum Kalzinieren genutzt· Nachteilig ist jedoch, daß ebenfalls.zwei Apparate für Kalzination und Abscheidung erforderlich sind, die mit der gesamten Gasmenge beaufschlagt werden und zu entsprechend großen Abmessungen führen·

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, im Kalzinierreaktor die Vorgänge der Kalzination und Abscheidung zumindest partiell gleichzeitig stattfinden zu lassen und damit die Wärmeausnutzung zu verbessern sowie den Bauaufwand zu verringern·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalzinieren und Vorwärmen von vorzugsweise Zementrohmehl bei hohem Wärmeausnutzungsgrad und gleichzeitig geringem apparativem Aufwand zu schaffen·

Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß das Gemisch aus Abgas und hochgradig kalziniertem Mehl, das in bekannter Weise in einem Kalzinierreaktor behandelt worden ist und auf seinem Wege zum oberen Austritt des Reaktors durch die ebenfalls bekannte tangentiale Zuführung eines Teilstromes des Abgases aus dem Drehofen im oberen Teil in Rotation versetzt worden ist, vor dem Austritt aus dem Reaktor in zwei TeIlgasströme getrennt wird, deren einer mit dem gesamten Material beladen, der andere jedoch materialfrei ist· Dies wird erreicht, indem sich am oberen Ende des Reaktors ein tangentialer Austritt befindet, der gleichsinnig zur Rotationsrichtung des Gas-Material-Wirbels angeordnet ist· Dadurch wird die Wirbelbildung im Reaktor unterstützt und ver-

stärkt sowie die Verw*>ilzeit des Materials im Reaktor erhöht· Außerdem befindet sich am oberen Reaktorende axial und mittig eine Austragsöffnung, durch die der zweite Gasstrom abgezogen wird· Durch die Verwirbelung im oberen Reaktorteil wird der größte Teil des Materials in den wandnahen Bereich gedrängt und dadurch mit dem tangential austretenden Gasstrom aus dem Reaktor getragen· Der axial austretende Gasstrom hingegen ist infolge des innerhalb des Reaktors ablaufenden Trennvorganges weitgehend von Material frei, so daß hierfür ein zusätzliches Abscheideorgan entfällt· Lediglich für den tangential austretenden Teilgasstrom ist ein Abscheider, insbesondere Zyklon, erforderlich, dessen Abmessungen wesentlich kleiner sind, als bei Aufnahme des gesamten Abgases· Bei großen Anlageneinheiten ist es bisher üblich gewesen, zwei parallel geschaltete Abscheiderzyklone vorzusehen· Bei Anwendung der Erfindung würde einer dieser Abscheider entfallen.

Das im Reaktorabscheider vom Gasstrom getrennte Material wird direkt dem Drehofen zugeführt. In die axial vom Reaktor abgebende Abgasleitung kann bereits vor deren Einmündung in einen Zyklon oder anderen Abscheider des Vorwärmers teilvorgewärmtes Material aus einer vorgeschalteten Wärmetauscherstufe aufgegeben werden« Nach der Abscheidung in dem Zyklon wird dieses Material dem Reaktor zur Kalzination zugeführt·

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung ist nachstehend an Hand von Aueführungöbeispielen näher erläutert· Hierbei zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung bei Einsatz eines Mischreaktors mit Zuführung von Ofenabgas und Kühler-Tei!sekundärluft

Fig· 2 eine Schaltungsvariante zu Fig· 1

Fig· 3 eine weitere Schaltungsvariante zu Fig· 1

Fig. 4 eine Schaltungsvariante mit Einsatz eines

nur mit Kühl-Teilsekundärluft beaufschlagten Reaktors

Das durch die Verbrennung und Dekarbonatisation im Reaktor 1 und aus dem Drehofen 2 in den Reaktor axial 3 und tangential 4 einströmende Abgas in Figur 1 bewegt sich zusammen mit dem aus dem Abscheider 6 des Vorwärmers in den Reaktor 1 gelangten Material spiralförmig nach oben, wobei es infolge der Wärmezufuhr, die aus der Verbrennung des zugeführten Brennstoffes 11 mit Hilfe der aus dem Kühler getrennt vom Ofen herangeführten Teilsenkundärluftmenge 12 weitgehend entsäuert ist· Die Höhe der Dekarbonatisation und der Wärmeausnutzung im Reaktor hängen maßgeblich von der Materialverweilzeit ab, die infolge der tangentialen Gaseintrittsgestaltung sehr hoch ist· Infolge des vor allem im oberen Reaktorteil ausgeprägten Materialwirbels befindet sich ein Großteil des mehlförmigen Materials im wandnahen Bereich· Dieses Material wird zusammen mit einem Teilabgasstrom durch «inen tangentialen Abgasabzug 13 aus dem Reaktor abgezogen und gelangt in den Reaktorabscheider 5· Der tangentiale Teilgasabzug 13 unterstützt die Wirbelbildung im Reaktoroberteil und wirkt ebenfalls verweilzeiterhöhend auf das Material· Aus dem Abscheider 5 gelangt das Teilabgas in das Steigrohr der darüber angeordneten Vorwärmerstufe, die nach dem Beispiel der Fig· 1 aus den Färmetauscherstufen 7 und 9 besteht· Das weitestgehend entsäuerte und im Abscheider 5 vom Gas getrennte Gut wird dem Drehofen 2 zugeführt· In Fortsetzung der vertikalen Reaktorachse befindet sich das axiale Abzugsrohr 14, durch das der andere Gasteilstrom aus einem Gebiet abgezogen wird, in dem sich wenig Material befindet· Daher erübrigt sich eine extra Entstaubung mit Hilfe eines Abscheiders analog dem Abscheider 5· Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß in den weitestgehend materialfreien Abgasstrom sowohl das aus der Stufe 7 des einen und der Stufe 8 des anderen Wärmetauscherstrangs zugegeben, gemeinsam im Kanal 14 weiter aufgewärmt und zum Abscheider 6 ¹⁾Material

geführt wird· Aus dem Abscheider 6 gelangt das Abgas in den aus den Stufen 8 und 10 gebildeten Vorwärmerstrang, während das vorgewärmte Material dem Reaktor 1 zugeführt wird· Die bei 13 und 14 abgezogenen Teilgasströme werden durch Regelorgane in den Heißgasleitungen nach den Vorwärmersträngen eingestellt· Ihre Anteile betragen im I_nteresse einer gleichmäßigen Beaufschlagung beider Fluten vorzugsweise 50 %·

In Fig. 2 ist eine andere Verschaltungsmb'glichkeit angegeben, wobei der Reaktor gleich dem von Fig· 1 ist· Hierbei besteht die eine Flut aus den Stufen 7, 9 und 15t ist also um eine Vorwärmerstufe erweiterte Der die Stufe 7 verlassende, vorgewärmte Teilmaterialstrom gelangt direkt in den Reaktor 1 und nur das aus der Stufe 8 der anderen Flut stammende Material wird dem Teilgasstrom im Abzugsrohr 14 zugeführt und wie nach Fig· 1 weiterbehandelt·

Fig· 3 zeigt eine Vorwärmerbauart, wonach die beiden den Reaktor verlassenden Teilgasströme jeweils nacheinander die Abscheider bzw. Stufen 5, 7, 9 und 15 bzw· 6, 8, 10 und 16 durchströmen, das Mehl hingegen als ein Materialstrom zunächst der Stufe 16 aufgegeben wird, von der zur Stufe 15 der anderen Flut und weiter in der Reihenfolge der Stufen 10, 9» 8 und 7 bis in das Abzugsrohr 14 geführt wird, von wo es wie in Fig· 1 beschrieben zum Reaktor 1 und anschließend zum Drehofen 2 gelangt·

In Fig· 4 ist als Beispiel die Materialverschaltung wie in Fig. 2 gewählt· Der Kalzinator 1 wird jedoch nur mit der Teilsekundärluft beaufschlagt, d· h. die Gesamtabgasmenge nach dem Reaktor 1 setzt sich nur aus dem Rauchgas aus der Verbrennung im Reaktor und dem aus der Dekarbonatisierung stammenden COg-Menge zusammen· Das Abgas aus dem Drehofen wird entweder durch die Leitung 17 einem zusätzlichen Wärmetauscherstrang zugeführt, dessen vorgewärmtes Material ebenfalls in den Reaktor geführt wird, oder es wird durch die Steigleitung 18 zum Abzugsrohr 14 geführt und mit dem axialen Teilabgesstrom aus dem Kalzinator gemischt· Die Leitung 18 muß so bemessen sein, daß ihr Druckverlust dem des Kai-

zinators 1 entspricht· Die Gasströme werden so eingestellt, daß durch den tangentialen Abzug 13 aus dem Reaktor 1 vorzugsweise 50 % der insgesamt im Reaktor und Kalzinator anfallenden Abgasmengen durch den axialen Abzug 14 vorzugsweise 10 % - 20 % und durch die Leitung 18 die Ofenabgasmenge geführt werden· Der Ofenabgasstrom aus der Leitung 18 vereinigt sich vor dem Eintritt in den Abscheider 6 mit dem Teilgasstrom der Leitung 14« Dadurch sind die Gasströme beider Vorwärmerstränge ausgeglichen· Während das vorgewärmte Material aus Stufe 8 zum Gasabzugsrohr 14 zum weiteren Wärmeteusch geführt wird, gelangt das Material aus Stufe 7 zur weiteren Vorwärmung in die vom Ofen kommende Leitung 18· Beide Gas- und Materialströme vereinigen sich vor Eintritt in den Abscheider 6, von wo aus sie in den Reaktor gelangen· Das aus dem Drehofen 2 kommende Abgas kann auch, wie in Fig· 4 angedeutet, teilweise oder vollständig als By-Pass 1° abgeführt werden.

Claims (10)

Erfindungsanspruch

1· Verfahren zur Wärmebehandlung und Kalzination von mehlförmigem Material, insbesondere Zementrohmehl mit wenigstens zwei von je einem Teilstrom des heißen Gases durchströmten Fluten, mit Zuführung von Ofenabgasen und vorgewärmter Kühlluft in die Kalzinierstufe, gekennzeichnet dadurch , daß der die Kalzinierstufe verlassende Abgasstrom in zwei Teilströme derart getrennt wird, daß d.n Teilstrom mit nahezu dem gesamten Material beladen der Abscheidung zugeführt, wobei das Abgas einer Vorwärmerflut und das abgeschiedene weitgehend entsäuerte Material der Sinterung zugeführt wird, ein zweiter nahezu staubfreier Teilgasstrom aus der Kalzinierstufe über eine Gasführung einer zweiten Vorwärmerflut zugeführt wird, der vorgewärmtes Material aus der letzten Vorwärmerstufe der anderen Flut aufgegeben wird und zum Wärmetausch und Abscheidung der letzten Vorwärmerstufe der zweiten Vorwärmerflut zugeleitet wird, aus der das abgeschiedene Materi· al der Kalzination zugeführt wird·

2· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch , daß im oberen Teil der Kalzinierstufe ein Teilabgasstrom aus der Sinterzone und die Tei!sekundärluft des Kühlers im mittleren oder unteren Bereich tangential derart zugeführt werden, daß eine stabile Drallströmung entsteht, wobei der materialbeladene Abgasstrom im oberen Bereich vor-

zugsweise gleichsinnig tangential und der nahezu staubfreie Abgasstrom mittig axial nach oben abgeführt werden·

3· Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß dem mittig axial nach oben abgeführten Abgasstrom die in beiden Vorwärmfluten getrennt geführten und vorgewärmten Teilmaterialströme aufgegeben werden·

4« Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch , daß bei einer Oasführung durch die Stufen jeder Vorwärmerflut in Reihe und einer Führung des Materials als ein Strom wechselseitig von einer Stufe der einen Plut zur gleichen Stufe der anderen Flut und von dort zur nächsten Stufe der ersten Flut usw., daß nur eine Materialzuführung aus der vorletzten Stufe der Wärmetauscherfluten in den mittig axial nach oben abgeführten Abgasstrom erfolgt·

5· Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch , daß ein Teilabgasstrom aus der Sinterzone einer weiteren Vorwärmerflut und / oder einem Bypaß zugeführt wird.

6· Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß ein Teilabgasstrom aus der Sinterzone in den mittig axial aus der Kalzinierstufe abgeführten Abgasstrom geführt wird und das Material aus der letzten Vorwärmstufe einer Vorwärmerflut dem Teilabgasstrom aus der Sinterzone aufgegeben wird, während das Material der vorletzten Vorwärmstufe der anderen Vorwärmerflut in den mittig axial aus der Kalzinierstufe abgeführten Abgasstrom aufgegeben wird·

7· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1 und 2, mit zwei von je einem Teilstrom des heißen Gases durchströmten Fluten und direkter Zuführung von Ofenabgas von unten, gekennzeichnet dadurch, daß der Kalzinierreaktor (1) im oberen Teil durch einen vorzugsweise tangential angeordneten Gaskanal (13) mit einem Abscheider (5) dessen Gaskanal mit einer Vorwärmerflut und über einen

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mutig axialen angeordneten Gaskanal (14) mit dem Abscheider (6) der zweiten Vorwärmerflut verbunden iat_f während eine tangentiale Zuführung (4) eines Teilabgasstromes aus dem Drehrohrofen (1) im mittleren oder unteren Bereich und eine Teileekundärluftleitung (12) im unteren Bereich einmünden, dabei münden die Materialleitungen aus den Vorwärmstufen (7) und (8) im Gaskanal (14), die Materialleitung aus dem Abscheider (6) im unteren Bereich des Kalzinierreaktors (1) und die Materialleitung aus dem Abscheider (5) im Ofeneinlauf·

8· Vorrichtung nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch , daß die Materialleitung aus der Vorwärmstufe (7) im unteren Teil des Kalzinierreaktors (1) mündet·

9* Vorrichtung nach Punkt 7 und 8, gekennzeichnet dadurch, daß die Zyklone der einzelnen Fluten gasseitig in Reihe geschaltet sind und in Richtung des Materialflusses derart verbunden sind, daß auf einen Zyklon der einen Flut jeweils ein Zyklon der zweiten Plut folgt, wobei die Materialleitung der Vorwärmstufe (7) im Gaskanal (14), die Materialleitung des Abscheiders (5) in den Drehrohrofen (2) und die Materialleitung des Abscheiders (6) in den Kalzinierreaktor (1) mündet·

10. Vorrichtung nach Punkt 7 und 8, gekennzeichnet dadurch, daß vom Drehrohrofen (2) eine Leitung (18) als Teilgasleitung im Gaskanal (14) mündet und weitere Teilgasleitungen als Bypaß (19) und / oder als Leitung (17) zu einer weiteren Vorwärmerflut führt·