DD258975A1 - Verfahren und vorrichtung zum zerkleinern und kuehlen von heissem brenngut - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die dazugehoerige Vorrichtung zum Zerkleinern und Kuehlen, insbesondere Schnellkuehlen, von heissem Brenngut, insbesondere von Zementklinker, vorzugsweise Zementklinker nach dem Belit-Typ, mit einer daran anschliessenden Nachkuehlung des Materials. Das in der ersten Stunde nach dem Prinzip der Prallzerkleinerung bei gleichzeitiger Kuehlung zerkleinerte Material wird in einer geboeschten und abrieselnden Schicht durch die bereits erhitzte Abluft der als Wirbelschichtkuehler arbeitenden zweiten Kuehlstufe weitergekuehlt, bevor es der zweiten Kuehlstufe zugefuehrt wird. Dabei betraegt der Abkuehlgradient des Materials auf 800 bis 1 000C in beiden Kuehlstufen 300 K/min. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung zum Zerkleinern und Kühlen, insbesondere Schnellkühlen, von heißem Brenngut, insbesondere von Zementklinker, vorzugsweise Zementklinker nach dem Belit-Typ, mit einer daran anschließenden Nachkühlung des Materials.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Abkühlung heißer Schüttgüter mit einem bestimmten mittleren Abkühlgradienten erfordert unter Berücksichtigung physikalischer und apparativer Bedingungen des Wärmeaustausches stets die Realisierung einer bestimmten Grenzbedingung für das mittlere Korn. Bekanntermaßen gilt der pauschale Zusammenhang, daß mit steigendem mittleren Abkühlgradienten das mittlere Korn im Durchmesser kleiner werden muß. Eine Berücksichtigung dieser Abhängigkeit bei der Herstellung von Portlandzementklinker ist aus stofflicher Sicht nicht notwendig. Bei den üblichen Kornbändern sind hierbei mit den bekannten Kühlaggregaten nur Abkühlgradienten im Bereich von 20 bis 100 K/min zu erreichen, die aber auf die Qualität des Endproduktes keinen negativen Einfluß ausüben.

Solche Schüttgüter aber, deren Qualität an eine Kühlung mit hohem Gradienten gebunden ist, erfordern unter Berücksichtigung der Randbedingungen eine konsequente Beachtung des Zusammenhanges Abkühlgradient/Korngröße. Ein derartiger praktischer Fall liegt bei der Herstellung von aktivem Belit-Zement nach DD 138197 und DD 142704 vor, wonach das Brennprodukt im Temperaturbereich von Brenntemperatur auf 800 bis 1 000⁰C mit wesentlich höheren Abkühlgradienten, nämlich > 500 K/min, gekühlt werden muß.

Es ist bekannt, daß eine Erhöhung des Abkühlgradienten von Schüttgütern in Wirbelschicht- bzw. Wirbelrinnenkühlern möglich ist, wobei etwa gilt, daß Abkühlgradienten von > 500 K/min im Temperaturbereich von Brenntemperatur auf ca. 900°C für alle Korngrößen < 15mm erreicht werden. Gemäß DD 214602 werden Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung beschrieben, nach denen die Kühlung von heißen Schüttgütern mit Abkühlgradienten > 500 K/min erfolgt. Dies wird erreicht, indem der aus dem Sinterbereich des Brennaggregats austretende Klinker einer Heißzerkleinerung nach dem Prallprinzip unterzogen und anschließend in einer Wirbelschicht auf 800 bis 1000⁰C abgeschreckt wird. Durch eine derartige Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Schnellkühlung mit Abkühlgradienten > 500 K/min sicher beherrscht. Die vorrichtungsmäßige Ausgestaltung des Prallzerkleinerer mit Prallplatten besitzt jedoch den Nachteil, daß diese infolge der außerordentlich hohen thermischen Belastung und den hohen Relativgeschwindigkeiten zwischen deren Oberflächen und dem zu zerkleinernden Gut einemerhöhten Verschleiß unterliegen. Dieser Nachteil wird durch Verwendung eines Prallbrechers gemäß WP 215015 zum Teil behoben, bei dem die einem hohen Verschleiß unterliegenden Prallplatten durch eine geböschte Materialschicht ersetzt wird.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die thermische Effizienz der Heißzerkleinerung und Schnellkühlung von heißem Brenngut, vorzugsweise von Zementklinker nach" dem Belit-Typ, weiter zu verbessern und dabei die thermische Werkstoffbelastung und den Verschleiß zu reduzieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und 'die dazugehörige Vorrichtung zu entwickeln, um heißes Brenngut, vorzugsweise Zementklinker nach dem Belit-Typ von Brenntemperatur auf 800 bis 1 000⁰C mit Abkühlgradienten > 5Ö0K/min abzukühlen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der aus dem Sinterbereich des Brennaggregates austretende Klinker einer Heißzerkleinerung mit gleichzeitiger Kühlung unterzogen und im Anschluß daran in einer Wirbelschicht auf 800 bis 1 000°C schnell abgekühlt wird, wobei zwischen den beiden Verfahrensstufen eine zusätzliche Kühlung vorgesehen wird. Bei der apparativen Ausgestaltung des Verfahrens wird für die Heißzerkleinerung mit gleichzeitiger Kühlung ein Prallbrecher mit geböschter Materialschicht und für die anschließende Schnellkühlung auf 800 bis 1000⁰C eine Wirbelrinne eingesetzt. Prallbrecher und Wirbelrinne sind in Materialflußrichtung hintereinandergeschaltet. Die geböschte, aus gebrochenem, heißem Klinker bestehende Materialschicht im Prallbrecher ruht auf einer geneigten, perforierten Bodenfläche. Durch die Perforation der geneigten Bodenfläche wird der gesamte Strom oder ein Teilstrom der erhitzten Abluft der Wirbelrinne geleitet. Da im Mittel die Temperatur des Klinkers in der geböschten Schicht erheblich größer als die der erhitzten Abluft der Wirbelrinne ist, erfährt beim Durchströmen der heißen Klinkerschicht die bereits erhitzte Abluft der Wirbelrinne eine weitere thermische Aufwertung, wodurch die thermische Effizienz des gesamten Kühlprozesses, insbesondere aber des Schnellkühlprozesses, verbessert wird. Die geböschte Feststoffschicht im Prallbrecher wird aus energetischen Gründen nicht als wirbelnde Schicht, sondern als quasistationäre Schüttschicht ohne aerodynamisch bedingte Auflockerungseffekte durchströmt. Dabei erfolgt die Bemessung der Schicht unter Berücksichtigung eines thermisch und mechanisch orientierten Optimum der Betriebskosten durch eine entsprechende Gestaltung der perforierten Bodenfläche. Verstopfungen an der Perforation werden in bekannter Weise durch geeignete konstruktive Maßnahmen verhindert bzw. wesentlich erschwert. In dieser Schüttschicht ist keine zusätzliche mechanische Energie für den Guttransport aufzuwenden, und dieser erfolgt in bekannter Weise selbsttätig auf Grund der Kraftwirkungen an den gebrochenen Teilchen vorwiegend im Böschungsbereich. Die Verweilzeit der Teilchen in der Schüttschicht liegt im unteren Sekundenbereich und ist damit als Bestandteil der notwendigen Abkühlzeit wesentlich geringer als letztere, die im Temperaturbereich von Brenntemperatur auf 800 bis 1 000°C Abkühlgradienten > 500 K/min ermöglicht.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt schematisch die nach dem Brennaggregat angeordnete Schnellkühlstufe in direkter Kopplung von Prallbrecher und Wirbelrinne. Der im Drehofen 1 gebrannte Zementklinker 2, vorzugsweise Zementklinker von Belit-Typ, verläßt über die Austragsöffnungen 3 das Brennaggregat und gelangt über den Fallschacht 4 in den Prallbrecher 5. Dort wird das heiße Brenngut in bekannter Weise durch Prallwirkung an den Schlagleisten des mit dem Luftstrom 6 innengekühlten Rotors 7 sowie durch den Aufprall auf die geböschte Klinkerschicht 8 zerkleinert. Durch den Aufprall der durch die Schlagleisten des Rotors hochbeschleunigten und gebrochenen Klinkerteilchen auf die geböschte Klinkerschichtwird diese im Bereich der Böschung 9 selbst in lockerem Zustand gehalten, so daß dort die Teilchen zum Abrieseln gebracht werden. Die abrieselnde Materialschicht 10 gelangt über den Materialaustrag 11 in den Einlaufbereich des darunter angeordneten Wirbelrinnenkühlers 12_; in dem das Gut in bekannter Weise schnell auf 800 bis 1000°C abgekühlt wird und anschließend einem konventionellen Nachkühlerals Gutstrom 13 zugeführt wird. Die dem Wirbelrinnenkühler zugeführte Kühlluft 14 erreicht nach dem Durchströmen der Wirbelschicht als erhitzter Luftstrom 15 die geneigte, mit einer geeigneten Perforierung versehene Bodenfläche 16 des Prallbrechers, auf der die geböschte Klinkerschicht ruht. Durch Einregelung eines positiven Druckgradienten zwischen der Unterseite der geneigten, perforierten Bodenfläche und dem Prallraum 17 wird die geböschte Klinkerschicht durch den erhitzten Luftstrom 15 durchströmt, wobei sich seine Temperatur weiter erhöht. Dabei wird zwangsläufig die Materialtemperatur in der geböschten Schicht verringert. Dieser Effekt führt zu einer deutlichen thermischen Entlastung der inneren Oberfläche des Prallbrechers, die der von der geböschten Materialschicht ausgesandten Wärmestrahlung direkt ausgesetzt sind.

Der aus der geböschten Materialschicht austretende, weiter erhitzte Luftstrom vermischt sich ir» Prallraum mit dem aus dem Rotor austretenden erhitzten Luftstrom, der bezüglich seines Massestromes identisch mit dem Luftstrom 6 ist und.hier nicht näher bezeichnet wurde. Der den Prallbrecher verlassende Luftstrom 18 vermischt sich im weiteren Verlauf der Strömung im Kanal 19 mit der über den Kanal 20 herangeführten, erhitzten Kühlluft 21 aus dem ebenfalls nicht dargestellten Nachkühlaggregat. Die gesamte Sekundärluft 22 gelangt nach Verlassen des Kanals 19 über eine als Abscheidekammer für den mitgerissenen Staub vorgesehene Erweiterung 23 schließlich als wesentlich entstaubter Luftstrom 24 in den Drehofen. Der abgeschiedene Staub wird vorzugsweise in den Nachkühler geleitet.

In der weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es auch möglich, nur einen Teilluftstrom des erhitzten Luftstromes 15 der Wirbelrinne durch die perforierte Bodenfläche 16 zu leiten. Der restliche Anteil des Luftstromes 15 wird dann in den Kanal 20 geleitet.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch eine derartige Abkühlung der geböschten Klinkerschicht der Wärmeaustausch durch Strahlung zwischen geböschter Klinkerschicht und den inneren Oberflächen des Prallbrechers bedeutend herabgesetzt wird, was zu einer Verminderung der thermischen Werkstoff belastung und letztlich zu einer Standzeiterhöhung der Zerkleinerungsvorrichtung führt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß mit der Durchströmung der geböschten Klinkerschicht einer Verschleppung der stets die Wärmewirtschaftlichkeit negativ beeinflussenden Staubkreisläufe entgegengewirkt wird. So ist bei der vorliegenden Erfindung der Wirbelrinnenkühler weitgehend frei von im vorgeschalteten Prallbrecher produziertem Feingut. Das durch Prallzerkleinerung erzeugte Feingut wird im wesentlichen am Entstehungsort von den in den Prallbrecher eingeleiteten Kühlluftströmen erfaßt. Nach Verlassen des Prallbrechers kann auf dem kürzesten Wege und mit einfachen Mitteln eine Entstaubung der Kühlluftströmung erfolgen, die im weiteren dem Brennaggregat als Verbrennungsluft zugeführt wird. Durch die Einrichtung einer Zwischenkühlung ohne Zufuhr zusätzlicher Medien wird die heiße Abluft der Wirbelrinne weiter thermisch aufgewertet, was andererseits eine Absenkung der Klinkeraustrittstemperatur aus dem Prallzerkleinerer zur Folge hat. Überraschenderweise wurde gefunden, daß bei Einhaltung eines Abkühlgradienten > 500 K/min wegen dem 2fachen Wärmeaustausch Klinker/Luft eine Verbesserung der thermischen Effizienz des Kühlprozesses erreicht werden kann. Bei einer Austrittstemperatur des Klinkers aus dem Drehofen von 1300⁰C und Zuführung kalter Umgebungsluft zur Wirbelrinne und dem Prallbrecher wird im Vergleich zum bisherigen Kühlprpzeß die Ablufttemperatur der Wirbelrinne bei Wirksamkeit der Luftdurchströmung der geböschten Klinkerschicht um mind. 100K erhöht.

Claims (4)

1. Verfahren zur Zerkleinerung und Kühlung, insbesondere Schnellkühlung, von heißem Brenngut, beispielsweise Zementklinker nach dem Belit-Typ, in zwei Stufen, wobei in der ersten Stufe das Gut nach dem Prinzip der Prallzerkleinerung bei gleichzeitiger Kühlung zerkleinert und in der zweiten Stufe in einer wirbelnden Schicht schnell abgekühlt wird und beide Stufen die Schnellkühlung des heißen Brenngutes von Brenntemperatur auf 800 bis 1 000°C mit Abkühlgradiehten > 500K/min durchführen und anschließender Nachkühlung, gekennzeichnet, daß das prallzerkleinerte und zu kühlende Material in der ersten Kühlstufe in einer geböschten und abrieselnden Schicht durch die bereits erhitzte Abluft der zweiten Kühlstufe weitergekühlt wird, bevor es der zweiten Kühlstufe zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet, daß die geböschte Schicht von einem Teil der Abluft der zweiten Kühlstufe durchströmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet, daß die geböschte Schicht als quasistationäre Schüttschicht ohne aerodynamisch bedingte Auflockerungseffekte durchströmt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet, daß dem Prallbrecher (5) eine perforierte Bodenfläche (16) nachgeschaltet ist, die oberhalb des Wirbelrinnenkühlers (12) angeordnet ist, und daß der als erste Kühlstufe ausgebildete Prallbrecher (5) durch den an der Bodenfläche (16) angeordneten Materialaustrag (11) mit dem als zweite Kühistufe ausgebildeten Wirbelrinnenkühler (12) verbunden ist.