DE10013929C2 - Process for reducing nitrogen oxide emissions when burning cement clinker in a rotary kiln - Google Patents
Process for reducing nitrogen oxide emissions when burning cement clinker in a rotary kilnInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Senkung der Emission von Stickoxiden beim Brennen von Zementklinker in einem Drehofen, wobei die Bildung von Stickoxiden durch Einstellung einer kohlenmonoxidhaltigen Ofenatmosphäre im Bereich der Bren nerlanze und der Sinterzone minimiert und die Ferritphase des reduzierend gebrann ten Klinkers durch die Zuführung eines zusätzlich zur Kühlluft in die Hochtemperatur kühlzone des Klinkerkühlers zugegebenen Oxidationsmittels aufoxidiert wird.The invention relates to a method for reducing the emission of nitrogen oxides Firing cement clinker in a rotary kiln, causing the formation of nitrogen oxides by setting a furnace atmosphere containing carbon monoxide in the area of the bren lance and the sintering zone are minimized and the ferrite phase of the reducing kiln clinker by supplying a high temperature in addition to the cooling air cooling zone of the clinker cooler added oxidizing agent.
Bei der Herstellung von Zementklinker in Ofenanlagen, bestehend aus einem Vor wärmer, einem Kalzinator, einem Drehofen und einem dem Drehofen nachge schalteten Klinkerkühler entstehen Stickoxide, die mit den Ofenabgasen in die Atmosphäre gelangen. Thermisches NOx entsteht vorwiegend im Flammenbereich des Brenners in Gegenwart von Sauerstoff und bei Ofengastemperaturen von 1.800 bis größer 2.000°C. Brennstoff-NOx entsteht vorwiegend in der Sekundärfeuerung im Kalzinator, "Promt-NOx" entsteht vorwiegend in Gasfeuerungen bei niedrigen Flammentemperaturen durch die Reaktion von CH-Radikalen mit Luft-N2. In der Bundesrepublik Deutschland gelten als Emissionsgrenzwerte für Zement klinkeranlagen für Neuanlagen 500 mg NO2/m3 i.N.tr., für Altanlagen 800 mg NO2/m3 i.N.tr., bezogen auf 10 Vol.-% O2 im Abgas. Um diese immissionsschutzrechtlichen Auflagen zu erfüllen, werden bereits eine Reihe von Verfahren angewandt.In the production of cement clinker in kiln plants, consisting of a pre-heater, a calciner, a rotary kiln and a clinker cooler downstream of the rotary kiln, nitrogen oxides are generated which enter the atmosphere with the kiln exhaust gases. Thermal NO x is mainly generated in the flame area of the burner in the presence of oxygen and at furnace gas temperatures of 1,800 to 2,000 ° C. Fuel NO x is generated primarily in the secondary combustion in the calciner, "Promt-NO x " is generated primarily in gas firings at low flame temperatures through the reaction of CH radicals with air N 2 . In the Federal Republic of Germany, the emission limit values for cement clinker plants for new plants are 500 mg NO 2 / m 3 iNtr. , for old systems 800 mg NO 2 / m 3 iNtr. , based on 10 vol .-% O 2 in the exhaust gas. A number of procedures are already being used to meet these emission control requirements.
Bei den SNCR-Verfahren (Selektive, nicht katalytische Reduktionsverfahren) werden Wasserlösungen von Ammoniak, Ammoniumverbindungen oder Harnstoff in den Kalzinator oder in den Vorwärmer bei Ofengastemperaturen von 870 bis 980°C eingedüst und die Stickoxide bei einer Reduktionsrate von 40-60% reduziert. Beim SCR-Verfahren werden wabenförbige, mit Gaskanälen durchzogene, TiO2-haltige Katalysatoren in den Vorwärmer eingesetzt, um die Stickoxidreduktionsrate mit NH3- oder NH4-Verbindungen weiter zu steigern. Nachteile der SNCR-Verfahren resul tieren aus den zusätzlichen Material- und Ausrüstungskosten und aus dem Ammo niakgehalt der Abgase bei unvollständiger Reduktionsreaktion; beim SCR-Verfahren ergeben sich zusätzliche Nachteile aus der Vergrößerung des Druckverlustes des Ofensystemes und der Verstopfungsgefahr in der Katalysatorschicht.With the SNCR processes (selective, non-catalytic reduction processes), water solutions of ammonia, ammonium compounds or urea are injected into the calciner or preheater at furnace gas temperatures of 870 to 980 ° C and the nitrogen oxides are reduced at a reduction rate of 40-60%. In the SCR process, honeycomb-shaped, TiO 2 -containing catalysts with gas channels are used in the preheater to further increase the nitrogen oxide reduction rate with NH 3 or NH 4 compounds. Disadvantages of the SNCR process result from the additional material and equipment costs and from the ammonia content of the exhaust gases in the event of an incomplete reduction reaction; With the SCR process there are additional disadvantages from the increase in the pressure loss of the furnace system and the risk of clogging in the catalyst layer.
Bei einem anderen Verfahren, das in der Patentschrift DE 35 22 883 C3 beschrieben worden ist, wird zur Senkung der Emission von Stickoxiden bei der Produktion von Zementklinker das Verfahren der gestuften Verbrennung eingesetzt, wobei der Brennstoff der Sekundärfeuerung sowohl im Einlaufgehäuse des Drehofens als auch in der Tertiärluftleitung vom Klinkerkühler zum Kalzinator unterstöchiometrisch ver brannt und das dabei gebildete CO als Reduktionsmittel für Stickoxide genutzt wird. In another method, which is described in the patent specification DE 35 22 883 C3 has been used to reduce nitrogen oxide emissions in the production of Cement clinker used the method of staged combustion, the Secondary fuel both in the inlet housing of the rotary kiln and vero stoichiometric in the tertiary air line from the clinker cooler to the calciner burns and the CO formed is used as a reducing agent for nitrogen oxides.
Überschüssiges CO wird mit heißer Tertiärluft, die über eine Abzweigleitung von der Tertiärluftleitung zum Kalzinator geführt wird, nach erfolgter Stickoxidreduktion im Kalzinator verbrannt. Das Verhalten der Stickoxide im Bereich der Sekundärfeuerung von Drehofennanlagen ist eingehend untersucht worden (H. O. Gardeik, S. Sprung und W. Rechenberg, "ZKG", 37, 499-507, 1984). Sie stellten fest, daß die Reduk tionsrate von Stickoxiden mit CO mit der Temperatur und mit der Feinheit der Rohmehle im Kalzinator steigt. Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß die Stickoxid reduktion mit CO erst im Einlaufgehäuse des Drehofens und im Kalzinator erfolgt und kein Einfluß auf die Stickoxidbildung im Drehofen genommen wird. Der O2-Gehalt der Ofengase am gasseitigen Ausgang des Drehofens beträgt bei diesem Verfahren ca. 1,8 Vol.-%.Excess CO is burned with hot tertiary air, which is led via a branch line from the tertiary air line to the calciner, after nitrogen oxide reduction in the calciner. The behavior of nitrogen oxides in the area of secondary heating of rotary kilns has been extensively investigated (HO Gardeik, S. Sprung and W. Rechenberg, "ZKG", 37, 499-507, 1984). They found that the reduction rate of nitrogen oxides with CO increases with the temperature and with the fineness of the raw meal in the calciner. A disadvantage of this process is that the nitrogen oxide reduction with CO only takes place in the inlet casing of the rotary kiln and in the calciner and no influence is taken on the nitrogen oxide formation in the rotary kiln. The O 2 content of the furnace gases at the gas-side exit of the rotary kiln is approximately 1.8% by volume in this process.
Bei weiteren Verfahren werden Maßnahmen zur Senkung der Stickoxidbildung im Be reich der Brennerflamme und der Sinterzone angewandt. Bei diesen Verfahren werden, um die Emission von Stickoxiden zu senken, die Gastemperaturen u. a. durch eine Begrenzung der Sekundärlufttemperatur, durch eine verbesserte Durchmischung von Primärluft und Brennstoff oder das Eindüsen von flüssigem Wasser in die Sinterzone des Drehofens auf das unbedingt für die Klinkersinterung notwendige Temperaturniveau abgesenkt. Nachteilig an diesen Verfahren ist, daß die Klinker produktion verkompliziert wird und ein O2-Gehalt von gleich oder größer 1 Vol.-% eingestellt wird, der bei Ofengastemperaturen von größer 1.760°C (Grenztempe ratur der Ofengase, um eine einer Klinkertemperatur von 1.450°C zu erreichen), unvermeidlich zur Bildung von Stickoxiden führt.In other processes, measures to reduce nitrogen oxide formation in the area of the burner flame and the sintering zone are used. With these processes, in order to reduce the emission of nitrogen oxides, the gas temperatures are reduced to the temperature level that is absolutely necessary for clinker sintering, among other things by limiting the secondary air temperature, by improving the mixing of primary air and fuel or by injecting liquid water into the sintering zone of the rotary kiln , A disadvantage of this process is that the clinker production is complicated and an O 2 content of 1 vol.% Or more is set, which is at furnace gas temperatures of more than 1,760 ° C. (limit temperature of the furnace gases, around a clinker temperature of 1,450 ° C), inevitably leads to the formation of nitrogen oxides.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bei der Produktion von Zementklinker für eine Senkung der Stickoxidemissionen angewandten Verfahren zu überwinden.The present invention has for its object the disadvantages of Production of cement clinker to reduce nitrogen oxide emissions to overcome applied procedures.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem die Bildung von Stickoxiden im Bereich der Brennerflamme und der Sinterzone durch die Einstellung einer kohlenmonoxidhaltigen Ofengasatmosphäre minimiert wird. Eine kohlenmonoxid haltige Ofengasatmosphäre im Bereich der Flamme und der Sinterzone kann in einfacher Weise durch die Vergrößerung der Brennstoffzuführung bei gleichblei bender Primärluftmenge eingestellt werden, wobei Änderungen an der Brennerkon struktion nicht erforderlich sind. Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Lösung ist, daß aufgrund der unterstöchiometrischen Fahrweise in der Flamme Stickoxide sofort mit Kohlenmonoxid zu Stickstoff reduziert werden, diese Reaktion in gleicher Weise in der Sinterzone des Drehofens erfolgt und die Reaktionsgeschwindigkeit der Stickoxidreduktion bei Gastemperaturen von 1.200 bis größer 2.000°C höher als bei einer Stickoxidreduktion im Kalzinator oder Vorwärmer ist. Erfindungsgemäß werden die kohlenoxidhaltigen Abgase des Drehofens auch zur Reduktion der Stickoxide ge nutzt, die im Kalzinator oder Vorwärmer aus Brennstoff oder Promtstickstoff entste hen. Der verbleibende Überschuß an Kohlenmonoxid wird, wie beim Verfahren der gestuften Verbrennung bereits bekannt, mit am Vorwärmer eingeblasener Luft ver brannt. Das erfindungsgemäße Verfahren, die Bildung von Stickoxiden durch die Einstellung einer kohlenmonoxidhaltigen Ofenatmosphäre bereits im Bereich der Brennerflamme und der Sinterzone des Drehofens zu begrenzen, kann naheliegend erscheinen. Der Anwendung dieses Verfahrens steht aber die weitverbreitete, tech nische Irrlehre entgegen, daß reduzierend gebrannter Klinker grundsätzlich von schlechter Qualität ist. Diese technische Irrlehre wird damit begründet, daß das Fe2O3 der Ferritphase des Klinkers mit CO zu FeO oder Fe2+-Ionen reduziert wird, FeO oder Fe2+-Ionen in das Alitmolekül eintreten und eine Zersetzung von Alit in Belit und CaOfrei verursachen. Zementklinker wird heute ganz überwiegend in Drehöfen her gestellt. Bis ca. 1960 war der Einsatz von Schachtöfen für die Zementklinker produktion weit verbreitet. Beim Schachtofenprozess wurde dem Rohmehl Koks als Brennstoff beigemischt, der bis in die Sinterzone verbrannte. Bei Analysen von aus der Sinterzone von Schachtöfen entnommenen Gasproben sind mehr als 10 Vol.-% CO gemessen worden. Beim Müller-Kühne-Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure und Zement aus CaSO4-haltigen Rohstoffen wird dem Rohmehl Koks zur Reduktion von CaSO4 in CaO und SO2 zugemischt. Verfahrensgemäß ist es erforderlich, die Ofenatmosphäre reduzierend einzustellen, um ein Ausbrennen des Reduktionskokses zu vermeiden. Sowohl beim Schachtverfahren als auch beim Müller-Kühne-Verfahren wird Zement produziert, der sich in seiner Qualität nicht von aus in Drehöfen hergestellten Zementklinkern unterscheidet.According to the invention, this object is achieved by minimizing the formation of nitrogen oxides in the area of the burner flame and the sintering zone by setting a furnace gas atmosphere containing carbon monoxide. A furnace gas atmosphere containing carbon monoxide in the area of the flame and the sintering zone can be adjusted in a simple manner by increasing the fuel supply while the amount of primary air remains the same, with changes to the burner design not being necessary. An advantage of the solution according to the invention is that because of the substoichiometric mode of operation in the flame, nitrogen oxides are immediately reduced to nitrogen with carbon monoxide, this reaction takes place in the same way in the sintering zone of the rotary kiln, and the reaction rate of the nitrogen oxide reduction is higher at gas temperatures of 1,200 to greater than 2,000 ° C than with a nitrogen oxide reduction in the calciner or preheater. According to the invention, the carbon-oxide-containing exhaust gases from the rotary kiln are also used to reduce the nitrogen oxides which arise in the calciner or preheater from fuel or nitrogen. The remaining excess of carbon monoxide is, as is already known in the method of staged combustion, burned with air blown in at the preheater. The method according to the invention of limiting the formation of nitrogen oxides by setting a furnace atmosphere containing carbon monoxide already in the area of the burner flame and the sintering zone of the rotary kiln may appear obvious. The application of this method, however, stands in the way of the widespread, technical heresy that clinker clinker with reduced firing is generally of poor quality. This technical heresy is justified by the fact that the Fe 2 O 3 of the clinker ferrite phase is reduced with CO to FeO or Fe 2+ ions, FeO or Fe 2+ ions enter the alite molecule and a decomposition of alite into belite and CaO cause freely . Cement clinker is now predominantly manufactured in rotary kilns. Until around 1960, the use of shaft kilns for cement clinker production was widespread. In the shaft furnace process, coke was added to the raw meal as fuel, which burned right into the sintering zone. When analyzing gas samples taken from the sintering zone of shaft furnaces, more than 10% by volume of CO was measured. In the Müller-Kühne process for the production of sulfuric acid and cement from raw materials containing CaSO 4 , coke is added to the raw meal to reduce CaSO 4 in CaO and SO 2 . According to the method, it is necessary to reduce the furnace atmosphere in order to avoid burning out of the reduction coke. Both the shaft method and the Müller-Kühne method produce cement that does not differ in quality from cement clinker made in rotary kilns.
Entscheidend für die Qualität von reduzierend gebranntem Zementklinker ist die Tech
nik der Klinkerkühlung. Der Einfluß der Kühlung auf die Qualität von reduzierend
gebranntem Klinker ist eingehend untersucht worden (H. M. Sylla, "ZKG", 34, 1981) Bei
den Untersuchungen im Labormaßstab wurde festgestellt, daß reduzierend gebrannte
Klinkerproben, die bei 1.350 bis 1.450°C dem Laborofen entnommen und mit
Druckluft gekühlt oder sofort in ein Wasserbad getaucht wurden, im Vergleich zu in
oxidierender Ofenatmosphäre hergestellten Klinkerproben "ein sehr ähnliches
Kristallgefüge" aufwiesen und zu gleichen Zementfestigkeiten führten. Schlechte Ze
mentfestigkeiten resultierten, wenn reduzierend gebrannte Zementklinkerproben im
Laborofen unter CO zunächst erst auf 1.250°C gekühlt und erst dann mit Druckluft
oder Wasser behandelt worden waren. Es ist bekannt, daß bei Temperaturen um
1.450°C das Eisendreioxid der Ferritphase zum Teil nach:
The technology of clinker cooling is decisive for the quality of cement clinker with reduced firing. The influence of cooling on the quality of reducing-fired clinker has been investigated in detail (HM Sylla, "ZKG", 34, 1981). In the laboratory-scale tests, it was found that reducing-fired clinker samples were taken from the laboratory furnace at 1,350 to 1,450 ° C and cooled with compressed air or immediately immersed in a water bath, had "a very similar crystal structure" compared to clinker samples produced in an oxidizing furnace atmosphere and resulted in the same cement strengths. Poor cement strengths resulted when reducing clinker-fired cement clinker samples in the laboratory furnace under CO were first cooled to 1,250 ° C and only then treated with compressed air or water. It is known that at temperatures around 1,450 ° C, the iron trioxide of the ferrite phase is partly based on:
3Fe2O3 → 2Fe3O4 + ½O2 (1)
3Fe 2 O 3 → 2Fe 3 O 4 + ½O 2 (1)
thermisch zersetzt wird und sich dann im heißen Abschnitt des Zementkühlers zu rückbildet. Es ist weiter bekannt, daß ein Zementklinker bester Qualität dann erhalten wird, wenn er im Temperaturbereich von 1.450 bis 1.250°C langsam und unter 1.250°C schnell gekühlt wird. Mit einer langen Verweilzeit im Temperaturbereich von 1.450 bis 1.250°C wird die Oxidation von Fe3O4 zu Fe2O3 vervollständigt; mit einer Schnellkühlung bei einer Klinkertemperatur von kleiner 1.250°C wird die Alitphase metastabil in den tiefen Temperaturbereich überführt. Sowohl im Labor als auch im technischen Maßstab ist so der Nachweis geführt worden, daß reduzierend gebrannter Klinker bei ausreichender Oxidation in der Hochtemperaturkühlzone des Klinkerkühlers zu einer guten Zementqualität führt. Obwohl dieses Wissen über den Einfluß der Kühltechnologie auf die Qualität von reduzierend gebranntem Zementklin ker seit langem bekannt ist, fand er als Lösungsansatz für das Problem der Senkung der Stickoxidemissionen bei der Zementklinkerproduktion keine Beachtung, weil die technische Irrlehre der Produktion von Zementklinker mit grundsätzlich schlechter Qualität bei reduzierender Fahrweise im Bereich der Flamme und der Sinterzone des Drehofens in der Fachwelt weit verbreitet ist.is thermally decomposed and then regresses in the hot section of the cement cooler. It is also known that a cement clinker of the best quality is obtained if it is cooled slowly in the temperature range from 1,450 to 1,250 ° C. and rapidly below 1,250 ° C. The oxidation of Fe 3 O 4 to Fe 2 O 3 is completed with a long residence time in the temperature range from 1,450 to 1,250 ° C .; With rapid cooling at a clinker temperature of less than 1,250 ° C, the alite phase is transferred metastably into the low temperature range. Both in the laboratory and on an industrial scale, it has been demonstrated that reducing-fired clinker leads to good cement quality with sufficient oxidation in the high-temperature cooling zone of the clinker cooler. Although this knowledge about the influence of cooling technology on the quality of reducing-fired cement clinker has been known for a long time, it was not considered as a solution to the problem of reducing nitrogen oxide emissions in cement clinker production because of the technical misconception of the production of cement clinker with generally poor quality with reducing driving style in the area of the flame and the sintering zone of the rotary kiln is widespread among experts.
Die Oxidation der Ferritphase eines reduzierend gebrannten Zementklinkers kann in einfacher Weise durch eine Vergrößerung der Kühlluftmenge in der Hochtemperatur kühlzone eines Klinkerkühlers erfolgen. Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, daß die Temperaturen von Sekundär- und Tertiärluft im Rostkühler und die Wärmeaus beute aus Klinker gesenkt werden, die beim Stand der Technik bei größer 70% liegt. Die Oxidation der Ferritphase eines reduzierend gebrannten Klinkers kann auch durch eine Verlängerung der Verweilzeit des Klinkers in dem Temperaturbereich von 1.450 bis 1.250°C erfolgen. Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, daß der Klinkerkühler vergrößert werden muß.The oxidation of the ferrite phase of a reductively fired cement clinker can occur in simply by increasing the amount of cooling air at high temperature cooling zone of a clinker cooler. However, this method has the disadvantage that the temperatures of secondary and tertiary air in the grate cooler and the heat Loot from clinker can be reduced, which is greater than 70% in the prior art. Oxidation of the ferrite phase of a clinker with reduced firing can also by increasing the dwell time of the clinker in the temperature range from 1,450 to 1,250 ° C. However, this method has the disadvantage that the Clinker cooler must be enlarged.
Daher besteht eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Ferritphase von reduzierend gebranntem Klinker unter Beibehaltung der mit Klinkerkühlern beim Stand der Technik erreichten Wärmeausbeute in der Hochtemperaturkühlzone des Klinkerkühlers vollständig zu oxidieren. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem man der Hochtemperaturkühlzone des Klinkerkühlers zusätzlich zur Kühlluft ein weiteres Oxidationsmittel zuführt. Therefore, another object of the present invention is the ferrite phase of reducing fired clinker while maintaining that with clinker coolers State of the art achieved heat yield in the high temperature cooling zone of the To completely oxidize the clinker cooler. According to the invention, this object is achieved by adding the high temperature cooling zone of the clinker cooler in addition to the cooling air supplies another oxidizing agent.
Unter den Vorgaben:
Klinkerproduktion: 125 t/h,
Fe2O3-Gehalt im Klinker: 3 Ma.-%
resultiert aus der Oxidation der Ferritphase nach:
Under the guidelines:
Clinker production: 125 t / h,
Fe 2 O 3 content in the clinker: 3% by mass
results from the oxidation of the ferrite phase after:
2FeO + ½O2 → Fe2O3 (2)
2FeO + ½O 2 → Fe 2 O 3 (2)
ein O2-Verbrauch von 262 m3 i.N./h, bei etwas mehr als dem zweifachen Überschuß von 600 m3 i.N./h.an O 2 consumption of 262 m 3 iN / h, with a little more than twice the excess of 600 m 3 iN / h.
Bei dem Einsatz von Sauerstoff ist von Vorteil, daß der nicht für die Ferritoxidation genutzte O2-Überschuß in die Sinterzone gelangt und dort eine Senkung des Brennstoffbedarfes bewirkt.If oxygen is used, it is advantageous that the excess of O 2 not used for ferrite oxidation reaches the sintering zone and causes a reduction in the fuel requirement there.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird der Hochtemperaturkühlzone des
Klinkerkühlers Wasserdampf, der außerhalb der Hochtemperaturzone des Klinker
kühlers hergestellt worden ist, zugeführt. Es ist bekannt, daß Eisen mit Wasserdampf
bei einer Temperatur von 1.100°C nach:
In a further embodiment of the invention, the high-temperature cooling zone of the clinker cooler is supplied with water vapor which has been produced outside the high-temperature zone of the clinker cooler. It is known that iron with water vapor at a temperature of 1,100 ° C after:
3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2 (3)
3Fe + 4H 2 O → Fe 3 O 4 + 4H 2 (3)
oxidiert wird; eine über die Fe3O4-Stufe hinausgehende Oxidation mit Wasserdamf
bei Temperaturen von größer 1.100°C wird in der Literatur nicht ausgeschlossen. In
Luft-Wasserdampfgemischen erfolgt bei Temperaturen um 1.100°C eine Oxidation
von Eisen zu Fe2O3. Unter den Vorgaben:
Klinkerproduktion: 125 t/h,
Fe2O3-Gehalt im Klinker: 3 Ma.-%,
resultiert aus der Oxidation der Ferritphase:
is oxidized; Oxidation with water vapor at temperatures above 1,100 ° C that goes beyond the Fe 3 O 4 stage is not excluded in the literature. In air-water vapor mixtures, iron is oxidized to Fe 2 O 3 at temperatures around 1,100 ° C. Under the guidelines:
Clinker production: 125 t / h,
Fe 2 O 3 content in the clinker: 3% by mass,
results from the oxidation of the ferrite phase:
3FeO + H2O → Fe3O4 + H2 (4)
3FeO + H 2 O → Fe 3 O 4 + H 2 (4)
ein H2O-Dampf-Verbrauch von 365 m3/h, bei zweifachem Überschuß von 730 m3/h. In der Offenlegungschrift DE 44 43 589 A1, Int. CI. C1OJ 3/OO ist bereits ein Verfahren und eine Anlage zum Kühlen und Herstellen von Schüttgut, insbesondere von Zementklinker, vorgeschlagen worden, bei dem auf den ofenfallenden Klinker ein Brennstoff, z. B. Kohlenstaub oder Schweröl, aufgegeben und durch den Rost des Rostkühlers Wasserdampf gegeben wird, um bei der Herstellung von Weißzement dessen Weißgrad durch Einstellung einer reduzierenden Atmosphäre im Klinkerkühler zu vergrößern und durch eine Reaktion von Brennstoff und Wasserdampf ein aus H2 und CO bestehendes Brenngas für den Drehofenprozeß herzustellen. Im Gegensatz zu dem in dieser Offenlegungsschrift wird bei der vorliegenden Erfindung das Oxidationsvermögen der Gasatmosphäre im Klinkerkühler vergrößert durch die Zugabe der zusätzlich zur Kühlluft eingesetzten Oxidationsmittel Sauerstoff und Wasserdampf.an H 2 O steam consumption of 365 m 3 / h, with a double excess of 730 m 3 / h. In the published patent application DE 44 43 589 A1, Int. CI. C1OJ 3 / OO has already been proposed a method and a system for cooling and producing bulk material, in particular cement clinker, in which a fuel, e.g. B. coal dust or heavy oil, is given up and steam is given through the grate of the grate cooler to increase its whiteness in the production of white cement by setting a reducing atmosphere in the clinker cooler and through a reaction of fuel and water vapor a fuel gas consisting of H 2 and CO for the rotary kiln process. In contrast to that in this laid-open publication, the oxidizing capacity of the gas atmosphere in the clinker cooler is increased in the present invention by the addition of the oxidizing agents used in addition to the cooling air, oxygen and water vapor.
Erfindungsgemäß werden die Oxidationsmittel Sauerstoff oder Wasserdampf bei Klinkertemperaturen von 1.450 bis 1.250°C eingesetzt.According to the invention, the oxidizing agents are oxygen or water vapor Clinker temperatures of 1,450 to 1,250 ° C are used.
In Fig. 1 sind die Ausrüstungen einer Anlage zur Produktion von Zementklinker, in denen das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, schematisch dargestellt worden, wobei das Verfahren nicht auf dieses Schema beschränkt ist.In Fig. 1 the equipment of a plant for the production of cement clinker, in which the method according to the invention is carried out, has been shown schematically, the method not being restricted to this scheme.
Vom Rohmehlvorwärmer ist nur die heißeste Stufe, der Zyklon 1, eingezeichnet. Das Rohmehl gelangt mit den Abgasen des Drehofens aus dem Kalzinator 2 in den Zyklon 1, wobei das Rohmehl bei 3 dem Kalzinator aus der nicht mehr eingezeichneten, zweiten Zyklonstufe des Rohmehlvorwärmers zugeführt wird. Das im Zyklon 1 abgeschiedene Rohmehl wird über eine Gutleitung in den Drehofen 4 gefördert. Der in 4 produzierte Klinker wird über den Fallschacht 5 dem Rostkühler 6 zugeführt. Die Primärfeuerung 7 wird reduzierend betrieben. Über die Leitung 8 gelangt die Tertiär luft zur reduzierend betriebenen Sekundärfeuerung 9. Die CO-haltigen Rauchgase der Sekundärfeuerung 9 werden dem Kalzinator 2 zugeführt. Dem Kalzinator 2 werden mit den Abgasen des Drehofens 4 und der Sekundärfeuerung 9 Rauchgase mit einem gleichmäßigen CO-Gehalt zugeführt. Die CO-haltigen Abgase der Primär- und Sekundärfeuerung werden mit Hilfe des Ventilators 10, der am Gasaustritt des Drehofens 4 montiert ist, sowie mit Tertiärluft, die über die Leitung 11 zum Kalzinator und über die Leitung 12 zum Zyklon 1 geführt wird, gestuft verbrannt.Of the raw meal preheater, only the hottest stage, the cyclone 1 , is shown. The raw meal arrives with the exhaust gases from the rotary kiln from the calciner 2 into the cyclone 1 , the raw meal at 3 being fed to the calciner from the second cyclone stage of the raw meal preheater, which is no longer shown. The raw meal separated in the cyclone 1 is conveyed to the rotary kiln 4 via a gut line. The clinker produced in 4 is fed to the grate cooler 6 via the chute 5 . The primary furnace 7 is operated in a reducing manner. Via the line 8 , the tertiary air reaches the secondary combustion 9 operated in a reducing manner. The CO-containing flue gases from the secondary combustion 9 are fed to the calciner 2 . The calciner 2 is fed with the exhaust gases from the rotary kiln 4 and the secondary heating 9 flue gases with a uniform CO content. The CO-containing exhaust gases of the primary and secondary combustion are gradually burned with the aid of the fan 10 , which is mounted at the gas outlet of the rotary kiln 4 , and with tertiary air, which is conducted via line 11 to the calciner and via line 12 to the cyclone 1 ,
Der ofenfallende, reduzierend gebrannte Klinker wird über die Gasleitungen 13a bis 13d mit den Oxidationsmitteln Sauerstoff oder Wasserdampf beaufschlagt. Über schüssiger Sauerstoff, bzw. beim Wasserdampfeinsatz gebildeter Wasserstoff werden in der Primär- und Sekundärfeuerung verbrannt.The furnace-falling, reducing-fired clinker is charged with the oxidizing agents oxygen or water vapor via the gas lines 13 a to 13 d. Excess oxygen, or hydrogen generated when using steam, is burned in the primary and secondary firing.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele erläutert.The invention is explained using the following exemplary embodiments.
In einer Anlage zur Produktion von Zementklinker, bestehend aus einem Drehofen mit
vorgeschalteten Rohmehlvorwärmer und Kalzinator sowie einem nachgeschalteten,
zweistufigen Rostkühler, wird das Verhältnis von Brennstoff und Verbrennungsluft so
eingestellt, daß das Abgas des Drehofens 3 Vol.-% CO enthält. Der CO-Gehalt der
Abgase des Drehofens wird im Kalzinator in an sich bekannter Weise für die
Reduktion von Brennstoff- und "Promtstickoxiden" genutzt und der verbleibende CO-
Überschuß mit eingeblasener Luft verbrannt. Im Abgas des Ofensystemes am Gas
austritt des Rohmehlvorwärmers werden folgende Gaskonzentrationen festgestellt:
NO2: kleiner 100 mg/m3 i.N,
O2: 3 Vol.-%.In a plant for the production of cement clinker, consisting of a rotary kiln with upstream raw meal preheater and calciner as well as a downstream, two-stage grate cooler, the ratio of fuel and combustion air is adjusted so that the exhaust gas from the rotary kiln contains 3 vol.% CO. The CO content of the exhaust gases from the rotary kiln is used in the calciner in a manner known per se for the reduction of fuel and "nitrogen oxides" and the remaining CO excess is burned with blown air. The following gas concentrations are found in the exhaust gas of the furnace system at the gas outlet of the raw meal preheater:
NO 2 : less than 100 mg / m 3 iN ,
O 2 : 3% by volume.
Bei einer Menge von 125 t/h enthält der Zementklinker in oxidiertem Zustand 3 Ma.% Fe2O3. Auf den ofenfallenden Klinker und auf den Klinker mit einer Temperatur von 1.450 bis 1.250°C werden 600 m3 i.N. an gasförmigem Sauerstoff über 4 Gasleitungen geblasen.At an amount of 125 t / h, the cement clinker contains 3% by mass Fe 2 O 3 in the oxidized state. 600 m 3 iN of gaseous oxygen are blown through 4 gas lines onto the kiln falling clinker and onto the clinker with a temperature of 1,450 to 1,250 ° C.
In einer Anlage zur Produktion von Zementklinker, bestehend aus einem Drehofen mit vorgeschaltetem Rohmehlvorwärmer und einem Kalzinator sowie mit einem nachgeschalteten, zweistufigen Rostkühler wird das Verhältnis von Brennstoff und Verbrennungsluft so eingestellt, daß das Abgas des Drehofens im Bereich der Brennerflamme und der Sinterzone 5 Vol.-% CO enthält. CO wird noch im Drehofen mit eingeblasener Verbrennungsluft zum Teil zu CO2 oxidiert, sodaß im Abgas des Drehofens 3 Vol.-% CO enthalten sind. Für die Zuführung von Luft wird, wie vom Müller-Kühne-Verfahren bekannt, auf dem Ofenmantel des Drehofens ein Ventilator installiert, von dem aus über mehrere Rohre Luft in den Ofen geblasen wird, wobei die Stromzuführung zum Gebläsemotor über auf dem Ofenmantel angebrachte Schleifringe erfolgt. Die weitere Ausführung entspricht dem Ausführungsbeispiel 1.In a plant for the production of cement clinker, consisting of a rotary kiln with an upstream raw meal preheater and a calciner as well as a downstream two-stage grate cooler, the ratio of fuel and combustion air is adjusted so that the exhaust gas from the rotary kiln in the area of the burner flame and the sintering zone is 5 vol. -% CO contains. CO is still partially oxidized to CO 2 in the rotary kiln with combustion air blown in, so that 3 vol.% CO are contained in the exhaust gas from the rotary kiln. For the supply of air, as is known from the Müller-Kühne process, a fan is installed on the furnace jacket of the rotary kiln, from which air is blown into the furnace via several pipes, the power supply to the blower motor being provided via slip rings attached to the furnace jacket , The further embodiment corresponds to embodiment 1.
Die Klinkerproduktion erfolgt nach Beispiel 1, wobei an Stelle von Sauerstoff 730 m3 i.N./h Wasserdampf, der außerhalb der Hochtemperaturkühlzone des Klinker kühlers hergestellt worden ist, als zusätzliches Oxidationsmittel mit einer Temperatur von 300°C über 4 Leitungen auf den ofenfallenden Klinker bei einer Klinkertem peratur von 1.450 bis 1.250°C geblasen werden. The clinker production takes place according to Example 1, whereby instead of oxygen 730 m 3 iN / h water vapor, which was produced outside the high-temperature cooling zone of the clinker cooler, as an additional oxidizing agent with a temperature of 300 ° C via 4 lines on the kiln falling clinker at one Clinker temperature can be blown from 1,450 to 1,250 ° C.
Die Klinkerproduktion erfolgt nach Beispiel 2, wobei an Stelle von Sauerstoff 730 m3 i.N./h Wasserdampf, der außerhalb der Hochtemperaturkühlzone des Klinkerkühlers hergestellt worden ist, als zusätzliches Oxidationsmittel mit einer Temperatur von 300°C über 4 Leitungen auf den ofenfallenden Klinker bei einer Klinkertemperatur von 1.450 bis 1.250°C geblasen werden.The clinker production takes place according to Example 2, with instead of oxygen 730 m 3 iN / h water vapor, which was produced outside the high-temperature cooling zone of the clinker cooler, as an additional oxidizing agent with a temperature of 300 ° C via 4 lines on the kiln falling clinker at a clinker temperature be blown from 1,450 to 1,250 ° C.
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