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Die
Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Zementklinker
aus Zementrohmehl, mit einem Drehrohrofen, mit einer in die Drehofenabgassteigleitung
integrierten und mit insbesondere stückigen Sekundärbrennstoffen
wie z. B. Altreifen versorgten Vorcalcinationsstufe und wenigstens
einem vom Vorcalcinatorabgas durchströmten Rohmehl-Vorwärmerstrang
und mit einem dem Drehrohrofen nachgeschalteten Klinkerkühler.
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Zementklinkerproduktionslinien
der o. g. Art müssen
in der Lage sein, in der dem Drehrohrofen vorgeschalteten mit Zweitfeuerung
(neben der Drehofenfeuerung) ausgestatteten Vorcalcinationsstufe ein
hochgradig calciniertes Rohmehl vor Einführung in den Drehrohrofen zu
erzeugen. Gleichzeitig sind die Betreiber von Zementklinkerproduktionslinien
aus Gründen
der Einsparung an Wärmeenergiekosten immer
mehr mit dem Problem konfrontiert, bei den in der Vorcalcinationsstufe
eingesetzten Brennstoffen einen möglichst hohen Anteil an großstückigen Ersatzbrennstoffen
wie z. B. unzerkleinerte Altreifen und/oder andere großstückige meist
reaktionsträge schwer
zündbare
bzw. schwer brennbare Brennstoffe, insgesamt Sekundärbrennstoffe
genannt, zu verwerten und gleichzeitig solche Stoffe auf diese Weise zum
Zwecke der Vorcalcination des Zementrohmehls nutzbringend zu entsorgen.
Beim Einsatz von z. B. Altreifen zwecks Nutzung von deren Brennenergie gehen
die Bemühungen
verstärkt
dahin, im Prozess komplette Altreifen, auch große Lastkraftwagen-Reifen zu
verwenden, ohne diese vorher durch kostenaufwendige Zerkleinerungsarbeit
in kleinere Stücke zu
zerteilen.
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So
ist es z. B. aus der EP-A-0 803 693 sowie WO 99/18406 bei einer
Zementklinkerproduktionslinie bekannt, ganze Autoreifen in liegender
Position in die Drehofenabgassteigleitung einzuschieben, wo die
Altreifen verbrennen sollen und die Reststoffe in die Drehofeneinlaufkammer
nach unten fallen sollen. Beim seitlichen Einschieben eines auf
einem Trägertisch
gelagerten Altreifens in die Drehofenabgassteigleitung entsteht
dort plötzlich
eine konzentrierte Energiezufuhr, und für den unmittelbar danach einsetzenden
Verbrennungsprozess ist dann zumindest bei Zementklinkerproduktionslinien
ohne Vorhandensein einer vom Klinkerkühler kommenden Tertiärluftleitung
meist nicht genügend
Sauerstoff vorhanden, weil durch den Drehrohrofen mit Rücksicht
auf die Flamme des Drehofenbrenners nicht noch größere Luftmengen
hindurchgezogen werden können,
so dass bei solchen Zementklinkerproduktionslinien nur etwa 15 %
des gesamten Brennstoffbedarfs in Form von unzerkleinerten Altreifen
eingesetzt werden können.
Außerdem
ist die plötzliche
Energiedarbietung im Prozess in der Regel deswegen unerwünscht, weil
nicht die notwendigen Rohmaterial-Massenströme spontan zur Verfügung stehen,
um die Wärme
in Calcinationsarbeit umzuwandeln.
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Zur
Erhöhung
des Anteils an den in der Drehofenabgassteigleitung zu entsorgenden
Altreifen ist es bekannt, in den Bereich der Abgassteigleitung,
in den die Altreifen eingeschoben werden, zusätzliche Verbrennungsluft einzuführen. Dazu
bedarf es aber zusätzlicher
Investitionen wie Installation einer Tertiärluftleitung vom Klinkerkühler bis
zur Einschleusungsstelle der Altreifen in die Drehofenabgassteigleitung,
oder es werden, wenn neben der Drehofenabgassteigleitung ein vom
Klinkerkühler
kommender separater Tertiärluftkanal
bereits vorhanden ist, wie in der DE-A-100 64 971 vorgeschlagen,
die großstückigen Abfallbrennstoffe
wie Altreifen zunächst
direkt in den Tertiärluftkanal
eingeschleust und dort verbrannt, wobei danach die Verbrennungsrückstände über einen
Querkanal in den Drehofenabgaskanal und von dort in die Drehofeneinlaufkammer
abgeworfen werden. Bei einer nicht vorhandenen Tertiärluftleitung
wäre eine
weitere Alternative, in die Drehofenabgassteigleitung in den Bereich
der Altreifeneinschleusung kalte Außenluft als Verbrennungsluft
einzublasen, wodurch aber der spezifische Wärmeenergiebedarf der Zementklinkerproduktionslinie
erhöht werden
würde.
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Besonders
bei denjenigen bekannten Problemlösungen, bei denen die Altreifen
auf einer Unterlage wie Tisch oder Rost im etwa 1100° C heißen Drehofenabgas
mitten im Drehofenabgaskanal verbrannt werden sollen, weist die
Unterlage infolge der hohen thermischen Belastung keine hohe Standzeit auf.
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Ferner
ist es bei einer Zementklinkerproduktionslinie aus der EP-A – 0 764
614 bekannt, neben dem Zementrohmehlcalcinator einen als Nebenreaktor
betriebenen separaten Schachtvergaser zu installieren, in dem großstückige Abfallstoffe
insbesondere Altreifen vergast werden sollen. Dabei wird der Schachtvergaser
von 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. Durch die unmittelbare
Einführung
des Produktgases bzw. Pyrolysegases aus dem Schachtvergaser in den
Calcinator wird der eigentliche Vorcalcinationsprozess, der bei
diesem bekannten System nur in der Drehofenabgassteigleitung erfolgt,
vom Vergasungs- bzw. Pyrolyseprozess, der starken Schwankungen unterliegen
kann, beeinflusst. Bei Befüllung
befinden sich immer große
Mengen an Sekundärbrennstoffen,
nämlich
ein ganzer Altreifenstapel im Schachtvergaser. Dies macht eine besondere
Sicherheitseinrichtung erforderlich, um das Pyrolysegas im Falle
einer Störung
der Gesamtanlage nach den entsprechenden Sicherheitsbestimmungen
abfackeln zu können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zementklinkerproduktionslinie
der eingangs beschriebenen Art mit einer dem Drehrohrofen vorgeschalteten
und mit großstückigen Sekundärbrennstoffen
wie z. B. Altreifen beschickten Vorcalcinationsstufe so zu gestalten,
dass ein möglichst
hoher Anteil in Form von Sekundärbrennstoff
vom insgesamt eingesetzten Brennstoff in der Drehofenabgassteigleitung
bei hoher Standzeit der Verbrennungseinrichtung sicher verbrannt
und entsorgt werden kann, auch bei Zementklinkerproduktionslinien ohne
vorhandene Tertiärluftleitung,
und dass gleichzeitig eine wärmewirtschaftlich
günstige
Zementklinkerherstellung ermöglicht
ist.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
mit einer Zementklinkerproduktionslinie mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei
der erfindungsgemäßen Zementklinkerproduktionslinie
ist in die Drehofenabgassteigleitung mit integrierter Vorcalcinationsstufe
oberhalb der Drehofeneinlaufkammer ein die eingesetzten Sekundärbrennstoffe
wie z. B. komplette Altreifen aufnehmender Verbrennungsrost eingebaut,
der sich nur über
einen Teil des Querschnitts der Abgassteigleitung erstreckt und
einen Querschnittsteil der Abgassteigleitung frei lässt, wobei über den
freien Leitungsquerschnitt die Verbrennungsrückstände wie z. B. Reifenkarkassenmaterial
vom Rost in die Drehofeneinlaufkammer abgeworfen werden und im Drehrohrofen
in den Klinker eingebunden werden, so dass aus dem Entsor gungsprozess
keine Reststoffe übrig bleiben.
An der Seite der Drehofenabgassteigleitung, von welcher sich der
Verbrennungsrost in das Steigleitungsinnere erstreckt, ist außerhalb
der Abgassteigleitung eine Vorrichtung zur Einschleusung der großstückigen Sekundärbrennstoffe
auf den Rost angeordnet.
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Nach
einem besonderen Merkmal der Erfindung ist der in der Drehofenabgassteigleitung
installierte Verbrennungsrost als Wärmeübertrager ausgebildet, indem
der Rost hohle Profile aufweist, die von Kühlluft durchströmt sind,
welche den Verbrennungsrost wirkungsvoll kühlt und dabei vor thermischer Überbeanspruchung
schützt.
Die im Verbrennungsrost erhitzte Kühlluft oder wenigstens ein
Teilstrom davon wird als erhitzte Verbrennungsluft in den Raum unterhalb
des Verbrennungsrostes eingeführt,
und je nach Einstellung des Mengenverhältnisses von Verbrennungsluft
zu dem auf dem Rost befindlichen Sekundärbrennstoff wird dieser geschwelt/pyrolysiert oder
verbrannt. Damit gelingt es bei einer Zementklinkerproduktionslinie
mit einem dem Drehrohrofen vorgeschalteten in die Drehofenabgassteigleitung
integrierten Vorcalcinator auch bei nicht vorhandener vom Klinkerkühler kommender
Tertiärluftleitung,
einen hohen Anteil von z. B. etwa 30 % in Form von Sekundärbrennstoff
vom insgesamt eingesetzten Brennstoff in der Zementklinkerproduktionslinie
sicher zu entsorgen und dabei gleichzeitig wärmewirtschaftlich günstig Zementklinker
herzustellen, ohne die Sekundärbrennstoffe
wie Altreifen shreddern zu müssen
und ohne dass nicht verwertbare Reststoffe übrig bleiben.
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Nach
einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die wenigstens eine Verbrennungsluftdüse, mit der
die Kühlluft
nach Austritt aus dem Verbrennungsrost in den Raum unterhalb des
Rostes eingeblasen wird, ausgehend von der Innenwandung der Drehofenabgassteigleitung
schräg
gegen die Rostunterseite gerichtet, so dass die ausgedüste Kühlluft bzw. Verbrennungsluft
in der Lage ist, die gesamte Rostunterseite zu bestreichen, das
heißt
der thermisch hoch beanspruchte Verbrennungsrost wird von der Kühlluft sowohl
von innen her als auch von außen
her wirkungsvoll gekühlt,
wodurch eine lange Standzeit des Verbrennungsrostes sichergestellt
ist.
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Ist
bei einer anderen Ausführungsform
der Erfindung bei der Zementklinkerproduktionslinie eine vom Klinkerkühler zum
Calcinator geführte
Tertiärluftleitung
vorhanden, wird die Tertiärluftleitung
schräg von
unten in die Drehofenabgassteigleitung unterhalb des Verbrennungsrostes
eingeführt,
damit auch bei dieser Variante die als Verbrennungsluft genutzte Tertiärluft den
Verbrennungsrost in seiner gesamten Ausdehnung bestreichen bzw.
belüften
kann.
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Oberhalb
des in der Drehofenabgassteigleitung eingebauten Verbrennungsrostes
kann wenigstens ein Rohmehleintrag aus der zweituntersten Zyklonstufe
des Zyklonschwebegas-Rohmehlvorwärmersystems
angeordnet sein. Ferner kann in der Drehofenabgassteigleitung etwa
im Bereich des Verbrennungsrostes eine zusätzliche Brennstelle, auch DeNOx-Brennstelle zur Reduktion der Nox-Emission der
Abgase angeordnet sein.
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Die
Erfindung und deren weitere Merkmale und Vorteile werden anhand
der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1:
in schematischer Darstellung im Vertikalschnitt ausschnittsweise
den Vorcalcinator einer Anlage zur Herstellung von Zementlinker
aus Zementrohmehl mit gleichzeitiger nutzbringender Entsorgung von
Sekundärbrennstoffen
wie z. B. Altreifen, und
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2:
den Vorcalcinator der 1 in einem Ausführungsbeispiel,
bei welchem im Gegensatz zur 1 in den
Vorcalcinator eine vom Klinkerkühler kommende
Tertiärluftleitung
einmündet.
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Der
in 1 dargestellte Ausschnitt aus einer Zementklinkerproduktionslinie
mit einem Drehrohrofen 10 zeigt den unteren Bereich der
als Vorcalcinator ausgebildeten Drehofenabgassteigleitung 11, die
nach oben zum untersten Zyklon eines nicht dargestellten Zyklonschwebegas-Vorwärmersystems zur
Vorerhitzung des Zementrohmehls führt. Das im vorletzten (zweituntersten)
Zyklon aus dem Abgasstrom ausgeschiedene vorerhitzte Rohmehl gelangt über einen
Rohmehleintrag 12 in die Drehofenabgassteigleitung 11,
wird dort hochgradig vorcalciniert und nach Abtrennung vom Abgasstrom
in der untersten Zyklonstufe in die Drehofeneinlaufkammer 13 eingeführt. Der
in der Sinterzone des Drehrohrofens 10 erzeugte Zementklinker
wird in einem nicht dargestellten nachgeschalteten Klinkerkühler mit
Kühlluft gekühlt.
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In
die Drehofenabgassteigleitung 11 ist oberhalb der Drehofeneinlaufkammer 13 und
etwas unterhalb des Rohmehleintrages 12 ein Verbrennungsrost 14 eingebaut,
der sich nur über
einen Teil des Querschnitts der Abgassteigleitung 11 erstreckt
und einen Querschnittsteil 15 der Abgassteigleitung frei lässt. An
der Seite der Drehofenabgassteigleitung 11, von welchem
sich der Verbrennungsrost 14 in das Steigleitungsinnere
erstreckt, ist außerhalb
der Abgassteigleitung eine Vorrichtung zur Einschleusung von großstückigen Sekundärbrennstoffen,
im Ausführungsbeispiel
liegend angeordnete zu entsorgende Altreifen 16, auf den
Rost 14 angeordnet.
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Der
Verbrennungsrost 14 ist aus mit Abstand voneinander angeordneten
und sich in Rostförderrichtung
erstreckenden hohlen von einem Kühlmedium
insbesondere Kühlluft
durchströmten
Roststäben zusammengesetzt.
Als Kühlluft
wird Frischluft 17 über
einen Frischluftventilator 18 durch die Kühlmittelkanäle des Rostes 14 gefördert, das
heißt
der Rost 14 ist gleichzeitig als Wärmeübertrager ausgebildet. Die
im Verbrennungsrost 14 auf z. B. 200° C erhitzte Kühlluft wird über die
Leitung 19 wieder nach außen zur Wandung der Drehofenabgassteigleitung 11 geführt und
von der Innenwandung über
wenigstens eine Luftdüse 20 in
den Raum unterhalb des Rostes 14 mit einem Winkel von z.
B. 30 bis 70° schräg gegen
die Rostunterseite geblasen, so dass die ausgedüste Kühlluft als vorerhitzte Verbrennungsluft 21 den
gesamten Rost 14 bestreicht und diesen mit Verbrennungsluft
versorgt, besonders bei Zementklinkerproduktionslinien, bei denen
eine vom Klinkerkühler
kommende und in den Vorcalcinator einmündende Tertiärluftleitung
nicht vorhanden ist. Auf diese Weise kann der Anteil der in der
Zementklinkerproduktionslinie nutzbringend zu entsorgenden Sekundärbrennstoffe
wie z. B. Altreifen auf etwa 35 % des gesamten Brennstoffbedarfs
selbst bei Abwesenheit von Tertiärluft
erhöht
werden, wodurch die Betriebskosten für die Herstellung des Zementklinkers
deutlich reduzierbar sind.
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Es
wäre auch
möglich,
die Kühlluft 17 nach Durchströmen des
Wärmeübertragers
durch Düsenöffnungen
des Rostes 14 in die Drehofenabgassteigleitung 11 einströmen zu lassen,
und zwar im Gleichstrom und/oder im Gegenstrom zur Drehofenabgasströmung, wie
das z. B. bei 2 der Fall sein kann.
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Die
Vorrichtung zur Einschleusung der großstückigen Sekundärbrennstoffe 16 wie
z. B. Altreifen auf den Rost 14 funktioniert wie folgt:
Die
Vorrichtung weist eine in Höhe
des Verbrennungsrostes 14 außen an die Drehofenabgassteigleitung 11 angesetzte
Schleusenkammer 21 auf, die mit der Unterseite eines die
gestapelten Sekundärbrennstoffe
bevorratenden Schachtes 22 in Verbindung steht, wobei am Übergang
zwischen Vorratsschacht 22 und Schleusenkammer 21 eine
etwa in horizontaler Ebene verschiebbare Schleusenwand 23 und
am Übergang
zwischen Schleusenkammer und Rost 14 eine etwa in vertikaler
Ebene verschiebbare Schleusenwand 24 angeordnet ist. Zum
Transport der Altreifen 16 in Richtung zum Rost 14 weist
die Schleusenkammer 21 eine Stoßeinrichtung 25 in
Gestalt eines z. B. über
Hydraulikzylinder betätigten
Schiebers auf.
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Gemäß Ausführungsbeispiel
ist die vertikale Schleusenwand 24 gerade geöffnet und
die horizontale Schleusenwand 23 geschlossen; die Stoßeinrichtung 25 bewegt
sich verhältnismäßig langsam nach
links und sie schiebt die jeweils vorderste Reihe der in der Schleusenkammer
hintereinander angeordneten Altreifen auf den Verbrennungsrost 14. Dann
wird die Stoßeinrichtung 25 schnell
zurückgefahren,
die vertikale Schleusenwand 24 in ihre Schließposition
nach unten gefahren und die horizontale Schleusenwand 23 durch
Bewegung nach rechts geöffnet,
so dass der im Schacht 22 befindliche Altreifenstapel um
eine Stapelschicht nach unten rutscht, wonach die Schleusenwand 23 wieder
geschlossen und die Schleusenwand 24 wieder geöffnet wird.
Auf diese Weise kann der Rost 14 des Vorcalcinators quasikontinuierlich
mit den zu entsorgenden Altreifen beschickt werden, ohne dass an
dieser Stelle unkontrolliert Falschluft in die Drehofenabgassteigleitung 11 gelangt.
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Je
nach Menge des z. B. vermittels des Frischluftventilators 18 einstellbaren
Volumenstroms an vorerhitzter Verbrennungsluft 21 werden
die auf dem Rost 14 befindlichen Altreifen 16 geschwelt
bzw. pyrolysiert bzw. mit Vorteil bei Sauerstoffüberschuss verbrannt. Die Schwelungs-
bzw. Verbrennungsrückstände wie
insbesondere das metallische Karkassenmaterial der Altreifen werden über den
freien Querschnittsteil 15 der Drehofenabgassteigleitung 11 abgeworfen.
Diese Ausschleusung der Rückstände vom
Rost geschieht automatisch immer dann, wenn eine neue Reihe von
Altreifen auf den Rost 14 vorgeschoben wird. Die bei der
Entsorgung der Altreifen 16 auf dem Rost 14 frei
werdende Wärmeenergie
wird unmittelbar zur Vorcalcinierung des über den Eintrag 12 zugeführten Zementrohmehls
genutzt.
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In
der Drehofenabgassteigleitung 11 kann etwa im Bereich des
Verbrennungsrostes 14 eine zusätzliche Brennstelle 26,
auch DeNOx-Brennstelle angeordnet sein. Wird der
an der Brennstelle 26 eingeführte Brennstoff vorzugsweise
flammenlos mit Sauerstoffunterschuss, also unterstöchiometrisch verbrannt,
kann in der Drehofenabgassteigleitung 11 eine sich von
der Brennstelle 26 nach oben erstreckende CO-haltige Strähne bzw.
Wolke erzeugt werden, die wirkungsvoll NOx-Verbindungen,
die aus dem Drehofen 10 und/oder von der Sekundärbrennstoff-Verbrennung
kommen, reduziert und die verhindert, dass solche NOx-Verbindungen
in die oberen Bereiche des Vorcalcinators gelangen und emittiert werden
können.
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Ist
bei der Zementklinkerproduktionslinie der 2 im Unterschied
zum Ausführungsbeispiel
der 1 eine vom Klinkerkühler kommende Tertiärluftleitung 27 vorhanden,
so wird diese schräg
von unten in die Drehofenabgassteigleitung 11 unterhalb
des Verbrennungsrostes 14 eingeführt, der wiederum durch Kühlluft 17 gekühlt wird.
Hier wird die Tertiärluft,
deren Volumenstrom regelbar ist, als Verbrennungsluft zur Verbrennung
der Sekundärbrennstoffe genutzt.
Auch bei dieser Lösung
kann ein sehr hoher Anteil des gesamten zur Zementklinkerherstellung benötigten Brennstoffbedarfs
durch zu entsorgende Sekundärbrennstoffe
substituiert werden. Die zwischen den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 gemeinsamen
Bauteile haben in beiden Figuren die selben Bezugsziffern erhalten.
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Die
zu entsorgenden großstückigen Ersatzbrennstoffe 16 können nicht
nur komplette Altreifen sein, sondern auch Pakete brennbarer Abfallstoffe,
z. B. Pakete gepresster aus der Müllentsorgung stammender Kunststoffverpackungen,
Kunststofffolien etc.