DE10062066A1 - Zementherstellungsanlage - Google Patents

Abstract

Eine Zementherstellungsanlage (1) hat zumindest einen Drehrohrofen (2), dessen Drehrohr (16) mittels eines Brenners (15) aufgeheizt wird, und mindestens ein Gasturbinenaggregat (4), mittels dem ein Generator (3) zur Erzeugung elektrischer Energie betreibbar ist. DOLLAR A Zur Reduzierung des Brennstoffbedarfs des Drehrohrofens (2) ist zwischen einem Abgasaustritt (11) des zumindest einen Gasturbinenaggregats (4) und einem Verbrennungslufteintritt (14) des Brenners (15) des zumindest einen Drehrohrofens (2) eine Leitungsverbindung (12) angeordnet, mittels der Abgas des zumindest einen Gasturbinenaggregats (4) dem Brenner (15) des zumindest einen Drehrohrofens (2) als Verbrennungsluft zuführbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zementherstellungsanlage mit zumindest einem Drehrohrofen, dessen Drehrohr mittels ei­ nes Brenners aufgeheizt wird, und zumindest einem Gasturbi­ nenaggregat, mittels dem ein Generator zur Erzeugung elektri­ scher Energie betreibbar ist.

Zementherstellungsanlagen haben einen besonders hohen Bedarf an elektrischer und thermischer Energie; daher sind derartige Zementherstellungsanlagen besonders in Gebieten, in denen le­ diglich ein schwaches elektrisches Netz zur Verfügung steht, mit eigenen Energieversorgungsanlagen ausgerüstet, wobei für derartige Energieversorgungsanlagen unter anderem auch Gas­ turbinenaggregate zum Einsatz kommen.

Die Brenner der Drehrohröfen werden häufig mit Dieselschweröl oder Erdgas betrieben, wobei sie bei Flammtemperaturen von ca. 1600 Grad C die Drehrohre der Drehrohröfen, wenn diese gefüllt sind, auf Durchschnittstemperaturen von ca. 350 Grad C erhitzen. Die für den Betrieb der Brenner erforderliche Verbrennungsluft wird zumeist ungefiltert der Umgebungsluft entnommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs ge­ schilderte Zementherstellungsanlage derart weiterzubilden, dass der Brennstoffbedarf für den Betrieb des Brenners bzw. des Drehrohrofens erheblich reduziert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwi­ schen einem Abgasaustritt des zumindest einen Gasturbinen­ aggregats und einem Verbrennungslufteintritt des Brenners des zumindest einen Drehrohrofens eine Leitungsverbindung ange­ ordnet ist, mittels der Abgas des zumindest einen Gasturbinenaggregats dem Brenner des zumindest einen Drehrohr­ ofens als Verbrennungsluft zuführbar ist. Die Abgase des Gas­ turbinenaggregats haben eine Temperatur von etwa 350 Grad C bis 450 Grad C und einen Restsauerstoffgehalt von etwa 15 bis 18 Vol.%; entsprechend sind sie bei einer angepassten Bren­ nereinstellung hervorragend als Verbrennungsluft geeignet, wodurch der Brennstoffbedarf des Brenners um etwa 25% redu­ ziert werden kann, bei gleicher Wärmeleistung im Dreh­ rohrofen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Zementherstellungsanlage ist das zumindest eine Gas­ turbinenaggregat unter Berücksichtigung seines nutzbaren Ab­ gasvolumens, seiner Abgastemperatur und des Restsauerstoff­ gehalts seines Abgases in Anpassung an den elektrischen Leis­ tungsbedarf der Zementherstellungsanlage ausgewählt, dimensi­ oniert und ausgelegt.

Entsprechend ist ein dem Brenner des zumindest einen Dreh­ rohrofens zugeordnetes Brennstoffgebläse entsprechend der Ab­ gastemperatur des Gasturbinenaggregats bei Eintritt des Abga­ ses in das Brennergebläse, des Abgasvolumens, des Rest­ sauerstoffgehalts des Abgases und der Flammtemperatur des Brenners ausgewählt, dimensioniert und ausgelegt.

Vorteilhaft ist die Saugseite des Brennergebläses an Frisch­ luft anschließbar, die mit dem Abgas des Gasturbinenaggregats mischbar ist.

Die Regelung der Brennstoffeindüsung des Brenners auf die er­ forderliche Brennerleistung erfolgt zweckmäßigerweise unter Berücksichtigung der höheren Verbrennungslufttemperatur, wo­ bei im Falle der Verwendung von Zuluft auch systembedingte Temperaturschwankungen berücksichtigt werden.

Die Führung des Abgases des Gasturbinenaggregats erfolgt in einer Weise, bei der möglichst wenig oder kein Staudruck ent­ steht, wobei eine gegebenenfalls reduzierte Abnahme des zu­ mindest einen Brenners beispielsweise durch einen Abgaskamin kompensiert werden kann, durch den nicht abgefragte Abgasmen­ gen entweichen können.

Die Zuluftführung zum Brenner erfolgt vorteilhaft in einer Weise, bei der die Zuluftaufnahme nicht behindert wird, und zwar auch dann nicht, wenn das Abgasangebot des Gasturbinen­ aggregats nur reduziert oder gar nicht gegeben ist.

Zur Reduzierung der Verschmutzung und des Verschleißes des Brenners des zumindest einen Drehrohrofens ist es vorteil­ haft, wenn die Zuluftzuführung für den Brenner stromab von Verbrennungsluftfiltern des Gasturbinenaggregats von der Verbrennungsluftzuführung des Gasturbinenaggregats abzweigt.

Vorteilhaft ist in der Leitungsverbindung zwischen dem Abgas­ austritt des zumindest einen Gasturbinenaggregats und dem Verbrennungslufteintritt des Brenners des zumindest einen Drehrohrofens ein Abgasschalldämpfer angeordnet.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in deren einziger FIGUR eine erfindungsgemäße Zementherstellungsanlage bzw. deren für die vorliegende Erfindung wesentliche Elemente dargestellt sind.

Eine in der einzigen FIGUR hinsichtlich ihrer für die Erfin­ dung wesentlichen Elemente dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zementherstellungsanlage 1 ist zunächst mit einem Drehrohrofen 2 ausgerüstet, der als Kernbestandteil der Zementherstellungsanlage fungiert. Des weiteren gehört zu der in der einzigen FIGUR gezeigten Zementherstellungsanlage 1 eine unabhängige Energieversorgung, zu der ein Generator 3 gehört, der mittels eines Gasturbinenaggregats 4 angetrieben wird.

Das Gasturbinenaggregat 4 erhält seine Verbrennungsluft über eine Verbrennungsluftzuführung 5, in der ein Verbrennungs­ luftfilter 6 angeordnet ist, mittels dem die dem Gasturbi­ nenaggregat 4 zugeführte Verbrennungsluft gereinigt wird.

Das Gasturbinenaggregat 4 und der Generator 3 sind in einem Raum 7 angeordnet, der durch einen Luftaustritt 8 aus der Verbrennungsluftzuführung 5 des Gasturbinenaggregats 4 belüf­ tet wird. Durch einen weiteren Luftaustritt 9 tritt Luft aus dem Raum 7 in einen Abluftkanal 10 ein, durch den der Raum 7 entlüftet wird.

Das beim Betrieb des Gasturbinenaggregats 4 anfallende Abgas tritt an einem Abgasaustritt 11 aus dem Gasturbinenaggregat 4 aus und wird über eine Leitungsverbindung 12, in der ein Ab­ gasschalldämpfer 13 angeordnet ist, einem Verbrennungs­ lufteintritt 14 eines Brenners 15 zugeführt, mittels dem ein Drehrohr 16 des Drehrohrofens 2 erhitzt wird. Die Verbren­ nungsluftströmung wird mittels eines Brennergebläses 17 er­ zeugt, welches im Verbrennungslufteintritt 14 des Brenners 15 angeordnet ist. Stromauf des Verbrennungslufteintritts 14 des Brenners 15 zweigt von der Leitungsverbindung 12 zwischen diesem Verbrennungslufteintritt 14 und dem Abgasaustritt 11 des Gasturbinenaggregats 4 ein Abgaskamin 18 ab.

Das Abgas des Gasturbinenaggregats 4 hat im Abgasaustritt 11 des Gasturbinenaggregats 4 eine Temperatur von 350 Grad C bis 450 Grad C und einen Sauerstoffgehalt von etwa 15 bis 18 Vol.%; es eignet sich daher bei einer entsprechenden Ein­ stellung bzw. Anpassung des Brenners 15 hervorragend als Verbrennungsluft, wodurch der Brennstoffbedarf des Brenners 15 bei gleicher Wärmeleistung im Drehrohrofen 2 um etwa 25% reduziert werden kann.

Es sei darauf hingewiesen, dass die in der FIGUR prinzipiell dargestellte erfindungsgemäße Zementherstellungsanlage 1 eine Vielzahl sowohl von Drehrohröfen 2 als auch von Gasturbinen­ aggregaten 4 aufweisen kann.

Die Auswahl, Dimensionierung und Auslegung des Gasturbinen­ aggregats 4 erfolgt entsprechend den Anforderungen an den e­ lektrischen Leistungsbedarf der Zementherstellungsanlage un­ ter Berücksichtigung des nutzbaren Abgasvolumens, der zweck­ mäßigsten Abgastemperatur und des Restsauerstoffgehalts des Abgases.

Entsprechend erfolgt die Auswahl, Dimensionierung und Ausle­ gung des Brennergebläses 17 unter Berücksichtigung der Verbrennungslufteintrittstemperatur, der Verbrennungs­ luftmenge und des Sauerstoffgehalts der Verbrennungsluft, wo­ bei eine wesentliche Rolle die am Brenner 15 erforderliche Flammtemperatur spielt. Es ist möglich, die Verbrennungsluft des Brenners 15 aus dem Abgas des Gasturbinenaggregats und beigemischter Frischluft zusammenzustellen.

Die Regelung der Brennstoffeindüsung des Brenners 15 erfolgt unter Berücksichtigung der Temperatur des Abgases des Gastur­ binenaggregats 4, wobei im Falle der Beimischung von Frisch- bzw. Zuluft die sich daraus ergebenden Temperaturschwankungen selbstverständlich berücksichtigt werden.

Mittels des Abgaskamins 18, der von der Leitungsverbindung 12 abzweigt, wird verhindert, dass ein Staudruck entsteht, in dem eine gegebenenfalls vom Brenner 15 bzw. vom Brennerge­ bläse 17 nicht abgefragte Menge des Abgases des Gasturbinen­ aggregats 4 durch den Abgaskamin 18 entweichen kann.

Die Zufuhr von Zu- bzw. Frischluft zum Brenner 15 erfolgt auch dann ungehindert, wenn am Abgasaustritt 11 des Gasturbinenaggregats 4 Abgas nur in reduzierter Menge oder gar kein Abgas zur Verfügung gestellt wird.

Die Frisch- bzw. Zuluftversorgung des Brenners 15 kann durch eine Verbindungsleitung erfolgen, die stromab der Verbren­ nungsluftfilter 6 mit der Verbrennungsluftzuführung 5 des Gasturbinenaggregats 4 in Verbindung steht.

Claims (10)

1. Zementherstellungsanlage, mit zumindest einem Drehrohrofen (2), dessen Drehrohr (16) mittels eines Brenners (15) aufge­ heizt wird, und zumindest einem Gasturbinenaggregat (4), mit­ tels dem ein Generator (3) zur Erzeugung elektrischer Energie betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Abgasaustritt (11) des zumindest einen Gasturbinenaggregats (4) und einem Verbrennungslufteintritt (14) des Brenners (15) des zumindest einen Drehrohrofens (2) eine Leitungsverbindung (12) angeordnet ist, mittels der Abgas des zumindest einen Gasturbinenaggregats (4) dem Brenner (15) des zumindest einen Drehrohrofens (2) als Verbrennungsluft zuführbar ist.

2. Zementherstellungsanlage nach Anspruch 1, bei der das zu­ mindest eine Gasturbinenaggregat (4) unter Berücksichtigung seines nutzbaren Abgasvolumens, seiner Abgastemperatur und des Restsauerstoffgehalts seines Abgases in Anpassung an den elektrischen Leistungsbedarf der Zementherstellungsanlage (1) ausgebildet ist.

3. Zementherstellungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, bei der dem Brenner (15) des zumindest einen Drehrohrofens (2) ein Brennergebläse (17) zugeordnet ist, das entsprechend der Ab­ gastemperatur des Gasturbinenaggregats (4) bei Eintritt des Abgases in das Brennergebläse (17), des Abgasvolumens, des Restsauerstoffgehalts des Abgases und der Flammtemperatur des Brenners (15) ausgebildet ist.

4. Zementherstellungsanlage nach Anspruch 3, bei der das Brennergebläse (17) an seiner Saugseite an Frischluft an­ schließbar ist, die mit dem Abgas des Gasturbinenaggregats (4) mischbar ist.

5. Zementherstellungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der eine Brennstoffeindüsung des Brenners (15) unter Be­ rücksichtigung der Temperatur des Abgases des Gasturbinenaggregats (4) entsprechend der angeforderten Brennerleistung regelbar ist.

6. Zementherstellungsanlage nach Anspruch 5, bei der bei der Regelung der Brennstoffeindüsung des Brenners (15) Temperatur und Volumen von Zuluft berücksichtigbar sind.

7. Zementherstellungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der von der Leitungsverbindung (12) zwischen dem Abgas­ austritt (11) des zumindest einen Gasturbinenaggregats (4) und dem Verbrennungslufteintritt (14) des Brenners (15) des zumindest einen Drehrohrofens (2) ein Abgaskamin (18) ab­ zweigt.

8. Zementherstellungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer Zuluftzuführung für den Brenner (15), mittels der der Brenner (15) auch ausschließlich mit Zuluft versorgbar ist.

9. Zementherstellungsanlage nach Anspruch 8, bei der die Zu­ luftzuführung für den Brenner (15) stromab von Verbren­ nungsluftfiltern (6) des Gasturbinenaggregats (4) von der Verbrennungsluftzuführung (5) des Gasturbinenaggregats (4) abzweigt.

10. Zementherstellungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der in der Leitungsverbindung (12) zwischen dem Abgas­ austritt (11) des zumindest einen Gasturbinenaggregats (4) und dem Verbrennungslufteintritt (14) des Brenners (15) des zumindest einen Drehrohrofens (2) ein Abgasschalldämpfer (13) angeordnet ist.