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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft einen Mischraum mit Ein- und Ausströmstutzen,
im Folgenden Mischraum genannt, zur Verwendung in der Kalzinierstufe
einer Anlage zur Herstellung von Zementklinker. Die Kalzinierstufe
hat einen aufsteigenden Rohrleitungsast und einen absteigenden Rohrleitungsast,
wobei die oberen Enden der beiden Rohrleitungsäste unterhalb des Mischraumes
zusammentreffen und der Abgasstrom in dem Mischraum von dem aufsteigenden Rohrleitungsast
in den absteigenden Rohrleitungsast umgelenkt wird.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Anlage zur Herstellung von Zementklinker,
bei der der erfindungsgemäße Mischraum
eingesetzt ist.
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Bei
der Herstellung von Zementklinker wird Rohmehl vorgewärmt, restgetrocknet,
kalziniert, zu Klinker gebrannt und dann gekühlt. Nach diesem Trockenverfahren
arbeitende Anlagen bestehen aus Zyklonvorwärmer, Kalzinator, Drehrohrofen
und Klinkerkühler.
Die Energiezuführung
für die
Stoffumwandlung in dieser Anlage erfolgt durch Brennstoffzuführung in
den Drehrohrofen und in den Kalzinator. Die im Klinkerkühler erhitzte
Kühlluft
wird zum Teil als so genannte Sekundärluft dem Drehrohrofen, zum
Teil als so genannte Tertiärluft
dem Kalzinator zugeführt und
zum Teil als Abluft abgeführt.
Der Kalzinator kann als Mischgas- oder als Reingas-Kalzinator oder als
Mischform eingesetzt werden.
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Bei
Einsatz als Mischgas-Kalzinator werden die Abgase des Drehrohrofens
durch ein Übergangsstück zum Kalzinator
geführt,
durchströmen
diesen und werden zusammen mit den im Kalzinator erzeugten Abgasen über den
Zyklonvorwärmer
abgeführt.
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Bei
Einsatz als Reingas-Kalzinator werden die Ofenabgase durch eine
Steigleitung direkt in die unterste Zyklonstufe geführt und
treffen dort zusammen mit den Abgasen des Reingas-Kalzinators.
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Der
Zyklonvorwärmer
besteht aus ein oder mehreren Strängen und jeder Strang aus mehreren Zyklonstufen,
die jeweils als Schwebegaswärmetauscher
fungieren. Über
ein Steigrohr wird jeder Zyklonstufe oben tangential der Rohmehl
mitführende
Gasstrom zugeführt.
Das Rohmehl wird in dem Zyklon von dem Gasstrom abgetrennt und über eine
Mehlleitung ausgetragen und dem Steigrohr der darunter liegenden
Zyklonstufe aufgegeben, während
der Gasstrom über
das Steigrohr der darüber
angeordneten Zyklonstufe dieser zugeführt wird. Das Vorwärmer-Aufgabemehl
mit Restfeuchte wird dem Steigrohr der obersten Zyklonstufe aufgegeben,
in den Zyklonen abgeschieden und durchwandert von oben nach unten
die Zyklonstufen im Gleichstrom mit den warmen bis heißen Gasen
in den Steigrohren des Zyklonvorwärmers und Kalzinators und wird
in der vorletzten (zweituntersten) Zyklonstufe aus dem Gasstrom
abgeschieden und durch eine Zuführleitung dem
Kalzinator aufgegeben.
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Der
Kalzinator ist ein Strömungs-
oder Schwanenhalskalzinator mit einem aufsteigenden und einem absteigenden
Rohrleitungsast. Er kann einflutig oder mehrflutig sein. Der aufsteigende
Rohrleitungsast kann auch einflutig sein, während der absteigende Rohrleitungsast
mehrflutig ist, insbesondere, wenn der nachgeschaltete Zyklonvorwärmer entsprechend
mehrsträngig
ist.
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Wie
schon beschrieben, kann der Kalzinator als ein Reingaskalzinator,
ein Mischgaskalzinator oder eine Mischform ausgeführt sein.
Ein als Reingaskalzinator arbeitender Strömungskalzinator beginnt am
Ende der Kühlerheißluft-Rohrleitung
bzw. Tertiärluft-Rohrleitung
und endet am Zyklon der untersten Vorwärmerstufe. Ein als Mischgaskalzinator arbeitender
Strömungskalzinator
beginnt an der Ofeneinlaufkammer und endet ebenfalls am Zyklon der
untersten Vorwärmerstufe.
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Das
heiße
Abgas des Kalzinators wird in die unterste Zyklonstufe geleitet,
die das vorkalzinierte Heißmehl
abscheidet. Dieses wird dann durch die Ofeneinlaufkammer in den
Drehrohrofen geleitet, wo es restkalziniert und gesintert wird.
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Durch
die unterschiedlichen Zuführungs- und
Aufgabestellen für
Mehl, Brennstoff und Verbrennungsluft kann es zur Strähnenbildung
in dem Gas-Feststoff-Gemisch kommen. Strähnenbildung stört den Ausbrand
der Feststoffe und den Wärmeaustausch
zwischen Gas und Feststoff. Im Umlenkpunkt vom aufsteigenden zum
absteigenden Rohrleitungsast ist deshalb der Mischraum als Strömungselement
eingebaut, das die Strähnen
auflösen
und die Gas- und Feststoffanteile des Gas-Feststoff-Gemisches homogenisieren
soll.
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Stand
der Technik
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Aus
EP-A-0 497 937 ist bei einer Anlage zur Herstellung von Zementklinker
aus Rohmehl eine Kalzinierstufe bekannt, bei der im Bereich der
Strömungsumlenkung
eine Wirbelkammer angeordnet ist. Die Wirbelkammer ist dabei ein
zylindrischer Behälter,
in den der aufsteigende Rohrleitungsast tangential eintritt und
der absteigende Rohrleitungsast tangential austritt. In der Wirbelkammer
erfolgt ferner eine Abtrennung eines Teils von Grobkornanteilen aus
der Gas-Feststoffsuspension, wobei diese Anteile in den aufsteigenden
oder den absteigenden Rohr leitungsast wieder eingeführt werden.
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Offenbarung
der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Strähnenbildung innerhalb eines
Strömungskalzinators
zu verhindern und die Homogenität
des Gas-Feststoff-Gemisches zu verbessern bzw. zu erreichen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe bei einem Strömungskalzinator
dadurch gelöst,
dass der Mischraum dadurch gebildet wird, dass der aufsteigende
Rohrleitungsast und der absteigende Rohrleitungsast in einer Rohrleitungsgabelung
unter einem spitzen Winkel aufeinander treffen, und über der Rohrleitungsgabelung
ein Raum angeordnet ist.
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Der
erfindungsgemäße Mischraum
ist somit ein Strömungselement
mit einer Rohrleitungsgabelung und einer über der Rohrleitungsgabelung
angeordneten und nur nach unten zur Rohrleitungsgabelung hin offenen
Kammer. Die Ein- und Ausströmungsstutzen
der Rohrleitungsgabelung zeigen nach unten und sind mit dem aufsteigenden
bzw. absteigenden Rohrleitungsast des Strömungskalzinators verbunden.
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Vorzugsweise
ist ein Rohrleitungsast senkrecht angeordnet und ist der senkrechte
Rohrleitungsast nach oben also oberhalb der Rohrleitungsgabelung
verlängert.
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Ist
der absteigende Rohrleitungsast vertikal gerichtet, so beträgt der Winkel
gemessen zwischen dem schrägen
aufsteigenden Rohrleitungsast (Einströmrohr in den Mischraum) und
dem vertikalen absteigenden Rohrleitungsast (Ausströmrohr aus
dem Mischraum) zwischen 25 und 40°,
vorzugsweise etwa 32°.
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Ist
der aufsteigende Rohrleitungsast vertikal gerichtet, so beträgt der Winkel
gemessen zwischen dem schrägen,
absteigenden Rohrleitungsast (Ausströmrohr aus dem Mischraum) und
dem vertikalen aufsteigenden Rohrleitungsast (Einströmrohr in
den Mischraum) zwischen 30 und 45°,
vorzugsweise etwa 37°.
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Die
Mittelachse des Mischraumes ist immer vertikal angeordnet. Der Bereich
oberhalb der Rohrleitungsgabelung ist vorzugsweise zylindrisch,
und die Achse dieses Raumes ist gleichzeitig die Achse des Ein-
oder des Ausströmungsstutzens,
falls dieser vertikal angeordnet ist.
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Das
Gas-Feststoff-Gemisch innerhalb des Kalzinators strömt nicht
direkt aus dem aufsteigenden Rohrleitungsast in den absteigenden
Rohrleitungsast, sondern zum größten Teil
in den Bereich oberhalb der Rohrleitungsgabelung. Dort trifft das Gas-Feststoff-Gemisch
auf die obere Abschlusswand des Mischraumes, wird umgelenkt und
trifft auf die nachfolgende Aufwärtsströmung. Hierbei
entsteht eine innige Verwirbelung und dadurch Homogenisierung des
Gas-Feststoff-Gemisches, so dass vorhandene Strömungssträhnen aufgelöst werden.
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Die
Höhe des
Raumes oberhalb der Rohrleitungsgabelung entspricht vorzugsweise
etwa dem Durchmesser dieses Raumes, der wiederum gleich dem größeren der
Durchmesser des aufsteigenden und des absteigenden Rohrleitungsastes
ist.
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Der
Strömungskalzinator
kann ein- oder mehrflutig ausgebildet sein. Es sind auch Kombinationen
möglich.
Zum Beispiel kann der aufsteigende Rohrleitungsast einflutig sein
und der absteigende Rohrleitungsast zweiflutig oder dreiflutig,
wobei die zwei oder drei Leitungen des absteigenden Rohrleitungsastes
dann aus einem einzigen Mischraum austreten.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 in
einer schematischen Darstellung eine Anlage zur Herstellung von
Zementklinker aus Zementrohmehl;
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2 einen
Mischraum, dessen Achse mit der des absteigenden Rohrleitungsastes
fluchtet;
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3 einen
Mischraum, dessen Achse mit der des aufsteigenden Rohrleitungsastes
fluchtet;
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4 einen
zweiflutigen Strömungskalzinator;
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5 einen
Strömungskalzinator
mit einem einflutigen aufsteigenden Rohrleitungsast und einem zweiflutigen
absteigenden Rohrleitungsast und
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6 einen
Strömungskalzinator
mit einem einflutigen aufsteigenden Rohrleitungsast und einem dreiflutigen
absteigenden Rohrleitungsast.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
schematisch eine Anlage zur Herstellung von Zementklinker aus Zementrohmehl im
Trockenverfahren. Die Anlage weist einen Zyklonvorwärmer 18,
einen Kalzinator 12, einen Drehrohrofen 14 und
einen Klinkerkühler 16 auf.
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Der
Zyklonvorwärmer 18 setzt
sich aus mehreren Zyklonstufen zusammen, die bei diesem Beispiel
in einem Strang angeordnet sind. Das Zementrohmehl wird an der obersten
Zyklonstufe 18 bei 20 aufgegeben, durchwandert
nacheinander die Zyklonstufen 18.1 bis 18.5 im
Gleichstrom mit den sich vom Drehofen 14 und Kalzinator 12 bis
zum Vorwärmeraustritt
sich abkühlenden
Gasen. In der vorletzten Zyklonstufe 18.4 wird das vorerwärmte und
getrocknete Rohmehl aus dem Gasstrom abgeschieden und durch die
Mehlleitung 22 dem Kalzinator 24 aufgegeben. Das
am Zementrohmehl abgekühlte
Abgas verlässt
nach Durchströmung
des Zyklonvorwärmers 18 diesen
durch die Abgasrohrleitung 10.
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Der
Kalzinator 12 ist ein Strömungskalzinator und ein Mischgaskalzinator
mit einem aufsteigenden Rohrleitungsast 24 und einem absteigenden Rohrleitungsast 26.
An ihrem oberen Ende sind die Rohrleitungsäste 24, 26 durch
einen Mischraum 30 verbunden, in der die Strömung verwirbelt
und aus dem aufsteigenden Rohrleitungsast 24 in den absteigenden
Rohrleitungsast 26 umgelenkt wird.
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Durch
den Kalzinator 12 wird als Gasphase gleichzeitig das Abgas
des Drehrohrofens 14 und über eine Leitung 28 Heißluft (=
Tertiärluft)
des Klinkerkühlers 16 hindurch
gesaugt. Das in der vorletzten Zyklonstufe 18.4 abgeschiedene
erhitzte Mehl wird in den aufsteigenden Ast des Kalzinators 12 geleitet.
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Ferner
wird fester, flüssiger
und/oder gasförmiger
Brennstoff 32 in den Kalzinator 12 zugeführt. Das
Abgas des Kalzinators 12 wird dem Zyklonvorwärmer an
der untersten Zyklonstufe 18.5 zugeführt, und das dort abgeschiedene
Heißmehl
wird durch die Ofeneinlaufkammer dem Drehrohrofen 14 zugeführt, in
dem es restkalziniert und gesintert wird.
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Die 2 bis 6 zeigen
verschiedene Ausführungsformen
des Mischraums 30. Der Mischraum 30 wird durch
eine Rohrleitungsgabelung 32 und einem darüber angeordneten
Bereich 34 gebildet. In der Rohrleitungsgabelung 32 treffen
der aufsteigende Rohrleitungsast 24 und der absteigende Rohrleitungsast 26 unter
einem spitzen Winkel aufeinander. Die Rohrleitungsgabelung 32 hat
eine Anzahl Rohrstutzen entsprechend der Anzahl der zusammentreffenden
Rohrleitungen.
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Bei
dem Mischraum 30 von 2 ist der
absteigende Rohrleitungsast 26 nach oben gerade weitergeführt und
mit einem Deckel 36 abgeschlossen. Der aufsteigende Rohrleitungsast 24 ist
am oberen Ende abgewinkelt und mündet
unter einem Winkel von etwa 32° in
den absteigenden Rohrleitungsast 26. Die Einmündung erfolgt
in einem Abstand vom oberen des absteigenden Rohrleitungsastes 26,
der etwa dessen Durchmesser entspricht, so dass am oberen Ende des
absteigenden Rohrleitungsastes 26 der Bereich 34 gebildet
wird.
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Das
in dem aufsteigenden Rohrleitungsast 24 strömende Gas-Feststoff-Gemisch
wird an der Rohrleitungsgabelung 32 nicht sofort nach unten
in den absteigenden Rohrleitungsast 26 umgelenkt. Wegen
des spitzen Winkels der Rohrleitungsgabelung 32 strömt das Gas-Feststoff-Gemisch
vielmehr nach oben in den Bereich 34 und wird dann an dem Deckel 36 nach
unten umgelenkt, wobei ein Wirbel entsteht und das Gemisch insgesamt
auf einem sich kreuzenden Strömungsweg
geleitet wird.
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Bei
dem Mischraum 30 von 3 ist die Ausbildung
des aufsteigenden Rohrleitungsastes 24 und des absteigenden
Rohrleitungsastes 26 vertauscht, wobei hier der Winkel
des absteigenden Rohrleitungsastes zur Senkrechten etwa 35° beträgt.
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Der
Strömungskalzinator 12 von 4 ist zweiflutig
ausgebildet, wobei der eine Strömungsarm einen
Mischraum 30 gemäß 2 und
der andere einen Mischraum 30 gemäß 3 hat.
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Bei
dem Strömungskalzinator 12 von 5 ist
der aufsteigende Rohrleitungsast 24 einflutig ausgebildet,
während
der absteigende Rohrleitungsast 26 zweiflutig ausgebildet
ist. Der Mischraum 30 fluchtet mit dem aufsteigenden Rohrleitungsast 24,
so wie es in 3 dargestellt ist. Die beiden
Arme des absteigenden Rohrleitungsastes 26 führen von
dem Mischraum 30 symmetrisch unter einem bestimmten Winkel
nach unten weg. Der Durchmesser und die Höhe des Bereiches 34 entsprechen
dabei dem Durchmesser des aufsteigenden Rohrleitungsastes 24,
dessen Durchmesser größer ist
als jedes der beiden absteigenden Rohrleitungsäste 26.
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Die
Strömungskalzinatoren 12 der 4 und 5 mit
zweiflutigen absteigenden Rohrleitungsästen 26 eignen sich
verständlicherweise
insbesondere für
zweisträngige
Zyklonvorwärmer.
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Wie 6 zeigt,
können
der absteigende Rohrleitungsast 26 auch dreiflutig und
der aufsteigende Rohrleitungsast 24 einflutig ausgebildet
sein.
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- 10
- Abgas
- 12
- Kalzinator
- 14
- Drehrohrofen
- 16
- Klinkerkühler
- 18
- Zyklonvorwärmer
- 20
- Aufgabe
Rohmehl
- 22
- Aufgabe
des Heißmehls
in den Kalzinator
- 24
- aufsteigender
Rohrleitungsast
- 26
- absteigender
Rohrleitungsast
- 28
- Leitung
(Tertiärluft)
- 30
- Mischraum
- 32
- Rohrleitungsgabelung
- 34
- Bereich/Raum
- 36
- Deckel