DE102004009689A1

DE102004009689A1 - Anlage zur Herstellung von Zementklinker

Info

Publication number: DE102004009689A1
Application number: DE200410009689
Authority: DE
Inventors: Sebastian Dr.-Ing. Morgenroth; Ludger Dr.-Ing. Brentrup; Markus Dr.-Ing. Mohr; Ludwig KÖNNING; Ralf Dr.-Ing. Osburg; Christoph Dr.-Ing. Beyer
Original assignee: Polysius AG
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2005-09-08

Abstract

Die erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von Zementklinker besteht im wesentlichen aus einer Vorwärmzone zum Vorwärmen von Rohmehl, einer Calcinierzone zum Vorcalcinieren des vorgewärmten Rohmehls, einer Sinterbrennzone zum Fertigbrennen des Zementklinkers und einen Kühler zum Abkühlen des Zementklinkers. Ferner ist ein thermischer Zersetzungsreaktor zur Erzeugung eines Brenngases aus festen Brennstoffen vorgesehen, der eine Eintragsöffnung zur Aufgabe der festen Brennstoffe und eine Austragsöffnung zum Austragen etwaiger Reststoffe aufweist. Im Zersetzungsreaktor ist eine Fördereinrichtung angeordnet, die den Brennstoff von der Eintragsöffnung bis zur Austragsöffnung translatorisch bewegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Zementklinker mit einer Vorwärmzone zum Vorwärmen von Rohmehl, einer Calcinierzone zum Vorcalcinieren des vorgewärmten Rohmehls, einer Sinterbrennzone zum Fertigbrennen des Zementklinkers und einem Kühler zum Abkühlen des Zementklinkers. Es ist ferner ein thermischer Zersetzungsreaktor zur Erzeugung eines Brenngases aus festen Brennstoffen vorgesehen, der eine Eintragsöffnung zur Aufgabe der festen Brennstoffe und einer Austragsöffnung zum Austragen etwaiger Reststoffe aufweist und der ferner über eine Leitung mit der Calcinierzone und/oder der Sinterbrennzone zur Zuführung des erzeugten Brenngases in Verbindung steht.

Aus der EP-A-0 764 614 ist eine Anlage zur Herstellung von Zementklinker bekannt, bei der neben der Calciniereinrichtung ein separater Schachtvergaser zur Vergasung von grobstückigen Abfallstoffen, insbesondere Altreifen vorgesehen ist. Dabei wird der Schachtvergaser oben mit den Altreifen und mit einem Teil der vom Klinkerkühler kommenden Tertiärluft als Vergasungsmittel beschickt. Das im Schachtvergaser entstehende Produktgas wird als Brenngas in den Calcinator geleitet, und die Reststoffe der im Schachtvergaser vergasten Altreifen werden durch eine mechanische Abstoßvorrichtung in den Drehofeneinlaufschacht transportiert. Die Sicherheitstechnik und die Peripherie sind bei diesem Schachtvergaser relativ aufwendig.

Aus der DE-A-102 02 776 ist ein Drehtrommelreaktor zum Verbrennen von grobstückigen Sekundärbrennstoffen bekannt, wobei im Bereich der Eintragsöffnung neben den Sekundärbrennstoffen ein gut zündbarer Brennstoff, Tertiärluft und Rohmehl zugeführt werden. Die Austragsöffnung steht über eine Leitung zum Austrag der festen Reststoffe mit dem Tertiärluftkanal und/oder Drehofenabgaskanal des Calcinators und/oder mit der Drehofeneinlaufkammer in Verbindung. Wenngleich die Zersetzung der Sekundärbrennstoffe in einem Drehtrommelreaktor wesentlich kontrollierter durchgeführt werden kann, muss man jedoch einen relativ hohen apparativen Aufwand in Kauf nehmen. Außerdem ist der Rohmehltransport zum Aggregat überaus aufwendig.

Aus der WO-A-01/09548 ist ferner eine Zersetzungskammer für Abfallstoffe bekannt, bei der die Abfallstoffe auf einem Drehteller zur Austragsöffnung transportiert werden. Bedingt durch die Raumaufteilung im Wärmetauscherturm ist der vorhandene Einbauplatz beschränkt, wodurch der Durchsatz begrenzt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur Herstellung . von Zementklinker mit einem thermischen Zersetzungsreaktor anzugeben, der sich durch eine Erhöhung der Verweilzeit sowie eine Optimierung der Reaktionsbedingungen der zu zersetzenden festen Brennstoffe auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von Zementklinker besteht im wesentlichen aus einer Vorwärmzone zum Vorwärmen von Rohmehl, einer Calcinierzone zum Vorcalcinieren des vorgewärmten Rohmehls, einer Sinterbrennzone zum Fertigbrennen des Zementklinkers sowie einem Kühler zum Abkühlen des Zementklinkers. Ferner ist ein thermischer Zersetzungsreaktor zur Erzeugung eines Brenngases aus festen Brennstoffen vorgesehen, der eine Eintragsöffnung zur Aufgabe der festen Brennstoffe und eine Austragsöffnung zum Austragen etwaiger Reststoffe aufweist und der ferner über eine Leitung mit der Calcinierzone und/oder der Sinterbrennzone zur Zuführung des erzeugten Brenngases in Verbindung besteht. Im Zersetzungsreaktor ist eine Fördereinrichtung angeordnet, die den Brennstoff von der Eintragsöffnung bis zur Austragsöffnung translatorisch bewegt.

Durch die variable Geometrie ergeben sich mehr Freiheitsgrade zur Anpassung an bestehende Anlagen oder bei der Konzeption von Neuanlagen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Zersetzungsreaktor ferner Mittel zum Zuführen von Rohmehl auf, wobei diese Mittel vorteilhafterweise derart in Bezug auf die Eintragsöffnung für den Brennstoff angeordnet sind, dass das Rohmehl als erste Schicht auf der Fördereinrichtung und der Brennstoff als darrüberliegende Schicht aufgetragen wird. Durch eine entsprechend hoch aufgetragene Rohmehlschicht kann eine ausreichende Abdichtung des Zersetzungsreaktors gegenüber dem Umgebungsdruck im Bereich des Einlauf- bzw. Auslaufschlitzes der Fördereinrichtung erfolgen.

Erfindungsgemäß besteht darüber hinaus die Möglichkeit, mehrere derartige Zersetzungsreaktoren miteinander in Reihenschaltung und/oder Parallelschaltung zu verbinden. Bei der Reihenschaltung steht die Austragsöffnung des einen Zersetzungsreaktors mit der Eintragsöffnung des nächsten Zersetzungsreaktors in Verbindung.

Weiterhin sieht der Zersetzungsreaktor Mittel zum Zuführen eines gasförmigen Reaktionsmittels, vorzugsweise Kühlluft aus dem Kühler, vor. Je nach dem, welcher Brennstoff zersetzt werden soll, kann es von Vorteil sein, das gasförmige Reaktionsmittel in oder entgegen der Förderrichtung der Fördereinrichtung durch den Zersetzungsreaktor strömen zu lassen.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann das Rohmehl nicht nur als untere Schicht auf die Fördereinrichtung aufgebracht werden, sondern auch zur Temperaturkontrolle im Zersetzungsreaktor zugegeben werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele und der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen
1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung von Zementklinker,
2a eine schematische Schnittdarstellung des Zersetzungsreaktors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2b eine Schnittdarstellung längs der Linie A-B der 2a
3a eine schematische Schnittdarstellung des Zersetzungsreaktors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3b eine Schnittdarstellung längs der Linie A-B der 3a
4a eine schematische Schnittdarstellung des Zersetzungsreaktors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
4b eine Schnittdarstellung längs der Linie A-B der 4a
5a eine schematische Schnittdarstellung des Zersetzungsreaktors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
5b eine Schnittdarstellung längs der Linie A-B der 5a
6a eine schematische Schnittdarstellung des Zersetzungsreaktors gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel,
6b eine Schnittdarstellung längs der Linie A-B der 6a
7 eine schematisch Aufsicht des Zersetzungsreaktors nebst Anbindung an die Calcinierzone/Sinterbrennzone und
8 eine schematische Seitenansicht gemäß 7 nebst Detailansicht X im Bereich der Austragsvorrichtung des Zersetzungsreaktors.
Die in 1 dargestellte Anlage zur Herstellung von Zementklinker besteht im wesentlichen aus einer Vorwärmzone 1 zum Vorwärmen von Rohmehl, einer Calcinierzone 2 zum Vorcalcinieren von vorgewärmtem Rohmehl, einer Sinterbrennzone 3 zum Fertigbrennen des Zementklinkers sowie einen Kühler 4 zum Abkühlen des Zementklinkers.
Weiterhin ist ein thermischer Zersetzungsreaktor 5 zur Erzeugung eines Brenngases aus festen Brennstoffen 6 vorgesehen, der eine Eintragsöffnung 5a zur Aufgabe der festen Brennstoffe 6 und einer Austragsöffnung 5b zum Austragen etwaiger Reststoffe aufweist und der ferner über eine Leitung 7 mit der Calcinierzone 2 und/oder der Sinterbrennzone 3 (nicht dargestellt) zur Zuführung des erzeugten Brenngases in Verbindung steht.
Der Zersetzungsreaktor 5 weist außerdem Mittel 5c zum Zuführen von kaltem oder vorgewärmtem Rohmehl 13 auf. Weiterhin sind Mittel 5d zum Zuführen eines gasförmigen Reaktionsmittels 14 vorgesehen, wobei es sich bei dem Reaktionsmittel im dargestellten Ausführungsbeispiel um Tertiärluft, d.h. Kühlluft aus dem Kühler 4, handelt.
Der Zersetzungsreaktor 5 ist modular aufgebaut, so dass die Möglichkeit besteht, mehrere Zersetzungsreaktoren miteinander in Reihenschaltung und/oder Parallelschaltung zu verbinden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein zweiter Zersetzungsreaktor 5' gestrichelt dargestellt wobei die Austragsöffnung 5'b dieses Zersetzungsreaktors 5' mit der Eintragsöffnung 5a des Zersetzungsreaktors 5 in Verbindung steht.
Im Zersetzungsreaktor 5 ist weiterhin eine Fördereinrichtung 8 angeordnet, die den Brennstoff 6 von der Eintragsöffnung 5a bis zur Austragsöffnung 5b translatorisch bewegt.
Die Mittel 5c zum Zuführung von Rohmehl 13 sind im Bezug auf die Eintragsöffnung 5a für den Brennstoff 6 derart angeordnet, dass das Rohmehl 13 als erste Schicht auf der Fördereinrichtung 8 und der Brennstoff 6 als darrüberliegende Schicht aufgetragenen wird.
Die Fördereinrichtung 8 ist vorteilhafterweise so ausgebildet, dass sie den Brennstoff 6 im wesentlichen horizontal durch den Zersetzungsreaktor 5 transportiert. Die Mittel 5d zum Zuführen des gasförmigen Reaktionsmittels 14 können wahlweise so angeordnet werden, dass das Reaktionsmittel in oder entgegen der Förderrichtung der Fördereinrichtung 8 den Zersetzungsreaktor 5 durchströmt.
Im folgenden wird die Fördereinrichtung 8 und der Zersetzungsreaktor 5 anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. Beim Zersetzungsreaktor 5 werden in den verschiedenen Ausführungsbeispielen die bereits oben eingeführten Bezugszeichen verwendet.
Das in den 2a und 2b dargestellte erste Ausführungsbeispiel zeigt eine Fördereinrichtung 8, die durch bewegliche Plattensegmente 8a gebildet wird, wobei die Plattensegmente nach Erreichen der Austragsöffnung 5b wieder zur Eintragsöffnung 5a zurückgeführt werden (siehe gestrichelte Linie). Weiterhin ist erkennbar, dass die Mittel 5c zum Zuführen von Rohmehl 13 knapp oberhalb der Fördereinrichtung angeordnet sind, um das Rohmehl 13 als erste Schicht auf die Fördereinrichtung aufzutragen. Der Brennstoff 6 fällt dann von oben auf diese Rohmehlschicht.
Um eine gute Zersetzung der festen Brennstoffe 6 zu erreichen, sind im Zersetzungsreaktor Mittel vorgesehen, die den aufgegebenen Brennstoff während des Transportes umwälzen. Dies kann beispielsweise durch Einbauten 9 und/oder Druckluftdüsen 10 erfolgen. Weiterhin ist am Ende der Fördereinrichtung eine Austragseinrichtung 11 vorgesehen, die beispielsweise durch einen Abstreifer gebildet wird und etwaige Reststoffe von der Fördereinrichtung abstreift und über die Austragsöffnung 5b austrägt.
Die zwischen Zersetzungsreaktor 5 und der Calcinierzone 2 und/oder der Sinterzone 3 vorgesehene Leitung 7 dient zur Weiterleitung der erzeugten Brenngase und wird zweckmäßigerweise auch zur Weiterleitung . etwaiger Reststoffe verwendet. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch denkbar, dass etwaige Reststoffe über eine separate Leitung der Calcinierzone und/oder der Sinterzone zugeführt werden.
Im Ausführungsbeispiel gemäß den 3a und 3b ist die Fördereinrichtung als umlaufendes Plattenband 8b vorgesehen.
In den 4a und 4b wird die Fördereinrichtung durch einen Kratzkettenförderer 8c gebildet.
In der Variante gemäß den 5a und 5b ist für die Fördereinrichtung ein sogenannter „walking floor" 8d vorgesehen. Der „walking floor" besteht aus einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten und sich in Förderichtung erstreckenden Förderelementen, die zusammen eine Transportfläche für das Brenngut 6 bilden. Zum Transport des Brennguts werden die Förderelemente gruppenweise hin- und her bewegt, wodurch das zu transportierende Brenngut in an sich bekannter Art und Weise zur Austragsöffnung 5b gelangt.
In den 6a und 6b wird schließlich ein Beispiel gezeigt, bei dem die Fördereinrichtung mittels sogenannter Herdwagen 8e gebildet wird.
Anhand der 7 und 8 werden im folgenden noch weitere Details des Zersetzungsreaktor 5 näher erläutert. Zur Aufgabe des Brennstoffs 6 über die Eintragsöffnung 5b kann eine Aufgabeschleuse 12 vorgesehen werden, die beispielsweise durch eine Rotationsschleuse oder eine Mehrfach-Pendelklappenschleuse gebildet wird. Aus 8 wird außerdem ersichtlich, dass das gasförmige Reaktionsmittel 14 auch zusammen mit dem Brennstoff 6 über die Eintragsöffnung 5b der Zersetzungskammer 5 zugeführt werden kann.
Die als Abstreifer ausgebildete Austragseinrichtung 11 ist in 7 in der Aufsicht zu erkennen. Etwaige Reststoffe werden durch die Austragseinrichtung zweckmäßigerweise über einen Schacht oder eine Schurre und die Leitung 7 der Calcinierzone bzw. der Sinterzone zugeführt. Aus der Detailansicht X der 8 wird ersichtlich, dass auf der Fördereinrichtung 8 zunächst eine Schicht von Rohmehl 13 ausgebildet wird, auf welcher der zu zersetzende Brennstoff 6 zu liegen kommt. Die Austragseinrichtung 11 ist so angeordnet, dass sie mit ihrem unteren Ende in die Schicht des Rohmehls 13 hinragt, wodurch eine Abdichtung des Reaktionsraumes gegenüber dem Umgebungsdruck gewährleistet wird. Die Höhe der unteren Rohmehlschicht ist so bemessen, dass auch der Einlaufschlitz der Fördereinrichtung 8 in entsprechenderweise gegenüber dem Umgebungsdruck abgedichtet wird.
Neben der Funktion als Dichtmaterial besteht jedoch auch die Möglichkeit Rohmehl über Mittel 15 (siehe 1) dem Zersetzungsreaktor zuzugeben, um dadurch die Gastemperatur zu kontrollieren.
Durch die auf der Fördereinrichtung ausgebreiteten festen Brennstoffe, bei denen es sich insbesondere um Sekundärbrennstoffe und/oder Abfallbrennstoffe handeln kann, herrschen Reaktionsbedingungen, die durch Steuerung des Reaktionsmittels, Zugabe von Rohmehl und Anpassung der Fördergeschwindigkeit gezielt und wirkungsvoll eingestellt werden können. Durch einen entsprechend lang ausgebildeten Zersetzungsreaktor und/oder eine entsprechende Vielzahl von Zersetzungsreaktoren in Verbindung mit der Einstellung der Fördergeschwindigkeit lässt sich die Verweilzeit gezielt einstellen und die Reaktionsbedingungen optimieren.

Claims

Anlage zur Herstellung von Zementklinker mit a. einer Vorwärmzone (1) zum Vorwärmen von Rohmehl, b. einer Calcinierzone (2) zum Vorcalzinieren des vorgewärmten Rohmehls, c. einer Sinterbrennzone (3) zum Fertigbrennen des Zementklinkers, d. einem thermischen Zersetzungsreaktor (5) zur Erzeugung eines Brenngases aus festen Brennstoffen (6), der eine Eintragsöffnung (5a) zur Aufgabe der festen Brennstoffe und eine Austragsöffnung (5b) zum Austragen etwaiger Reststoffe aufweist und e. der ferner über eine Leitung (7) mit der Calcinierzone und/oder der Sinterbrennzone zur Zuführung des erzeugten Brenngases in Verbindung steht sowie f. einem Kühler (4) zum Abkühlen des Zementklinkers, dadurch gekennzeichnet, dass im Zersetzungsreaktor eine Fördereinrichtung (8) angeordnet ist, die den Brennstoff von der Eintragsöffnung (5a) bis zur Austragsöffnung (5b) translatorisch bewegt.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zersetzungsreaktor (5) ferner Mittel (5c) zum Zuführen von Rohmehl aufweist.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zersetzungsreaktor (5) ferner Mittel zum Zuführen von Rohmehl aufweist, die derart in Bezug auf die Eintragsöffnung (5a) für den Brennstoff (6) angeordnet sind, dass das Rohmehl als erste Schicht auf der Fördereinrichtung (8) und der Brennstoff als darrüberliegende Schicht aufgetragen wird.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (8) den Brennstoff im wesentlichen horizontal durch den Zersetzungsreaktor (5) transportiert.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zersetzungsreaktoren (5, 5') vorgesehen sind, die miteinander in Reihenschaltung und/oder Parallelschaltung verbunden sind.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zersetzungsreaktoren (5, 5') in Reihe geschaltet sind, wobei die Austragsöffnung (5'b) des einen Zersetzungsreaktors (5') mit der Eintragsöffnung (5a) des nächsten Zersetzungsreaktors (5) in Verbindung steht.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zersetzungsreaktor (5) ferner Mittel (5d) zum Zuführen eines gasförmigen Reaktionsmittels (14), vorzugsweise Kühlluft aus dem Kühler, aufweist.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zersetzungsreaktor (5) ferner Mittel (5d) zum Zuführen eines gasförmigen Reaktionsmittels (14), vorzugsweise Kühlluft aus dem Kühler, aufweist, welches entgegen der Förderrichtung den Zersetzungsreaktor durchströmt.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (8) durch bewegliche Plattensegmente (8a) gebildet wird, wobei die Plattensegmente nach Erreichen der Austragsöffnung wieder zur Eintragsöffnung zurückgeführt werden.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (8) durch einen Kratzkettenförderer (8c) gebildet wird.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (8) durch einen „walking floor" (8d) gebildet wird.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (8) mittels Herdwagen (8e) gebildet wird.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (8) durch ein umlaufendes Plattenband (b) gebildet wird.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende der Fördereinrichtung (8) eine Austragseinrichtung (11), insbesondere ein Abstreifer, vorgesehen ist, um etwaige Reststoffe über die Austragsöffnung auszutragen.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen dem Zersetzungsreaktor (5) und der Calcinierzone (2) und/oder der Sinterbrennzone (3) vorgesehene Leitung (7) zur Weiterleitung des erzeugten Brenngases auch zur Weiterleitung etwaiger Reststoffe dient.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austragsöffnung (5b) für zu Ableitung etwaiger Reststoffe über eine Leitung (7) mit der Calcinierzone und/oder der Sinterbrennzone in Verbindung steht.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Zersetzungsreaktor (5) Mittel (9, 10) vorgesehen sind, die den aufgegebenen Brennstoff (6) während des Transportes umwälzen.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Zersetzungsreaktor (5) Mittel (15) zum Eintrag von Rohmehl zur Temperaturkontrolle des Zersetzungsprozess vorgesehen sind.