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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Schiebereinheit für eine Tertiärluftleitung zwischen einem Klinkerkühler und einem Kalzinator einer Klinkerofenanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Die Herstellung von Zementklinker, der auch als Klinker bezeichnet wird, erfolgt meist in einem Drehofen. Am heißen Ende des Drehofens wird der Klinker auf einen Kühlrost eines Klinkerkühlers ausgetragen. Der auf dem Kühlrost liegende Klinker wird durch ein Gas oder Gasgemisch, meist Luft gekühlt, welches zumindest im ofennahen Bereich entsprechend stark erwärmt wird. Diese stark erwärmte Luft hat eine Temperatur von etwa 750–1300°C und ist stark mit Klinkerstaub beladen. Die aufgeheizte Luft wird dem Klinkerkühler am Ofenkopf und/oder der Kühlerdecke entnommen und durch eine sogenannte Tertiärluftleitung abgeführt. Entsprechend wird die Luft als Tertiärluft bezeichnet. Diese Tertiärluft wird in der Regel zur Vorbehandlung des Rohmehls verwendet und meist einem Kalzinator oder einer vorgelagerten Verbrennungs- oder Vergasungseinheit, z. B. einer Brennkammer, zugeführt. Der Begriff Kalzinator steht in dieser Anmeldung als Synonym für eine „Rohmehlvorbehandlungseinheit” der Tertiärluft als Wärmequelle und/oder Sauerstoffquelle zugeführt wird
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Im Kalzinator werden die zur Herstellung von Zementklinker notwendigen Rohstoffe zumindest zum Teil entsäuert, wozu die in der Tertiärluft enthaltene Wärmeenergie direkt und der in der Tertiärluft enthaltene Sauerstoff für die Verbrennung des Brennstoffs der Zweitfeuerung eingesetzt wird. Durch die ständige energetische Optimierung der Anlagen zur Herstellung von Klinker steigt die Temperatur der Tertiärluft. Gleichzeitig nimmt das Tertiärluftvolumen pro Zeiteinheit ab. Insbesondere durch die zunehmende Verfeuerung alternativer Brennstoffe, aschereicher Kohle, Petrolkoks etc. steigt der Staubanteil, d. h. die Staubbeladung der Tertiärluft. Um zu verhindern, dass der Klinkerstaub die Tertiärluftleitung langfristig zusetzt, wird die Strömungsgeschwindigkeit in der Tertiärluftleitung erhöht. Durch die höhere Temperatur und die hohe Staubbelastung in Kombination mit der höheren Strömungsgeschwindigkeit ist die feuerfeste Auskleidung der Tertiärluftleitung erhöhtem Verschleiß unterworfen.
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Zum Anfahren der Klinkerofenanlage muss die Tertiärluftleitung zunächst verschlossen werden. Dazu verwendet man sogenannte Absperrorgane. Das sind im einfachsten Fall plattenförmige Schieber, die quer zur Strömungsrichtung in die Tertiärluftleitung eingebracht werden und diese beim Anfahren der Klinkerofenanlage verschließen. Auch faltbare Klappen werden als Absperrorgane verwendet. Nach dem Anfahren („Ramp up”) sollten die Absperrorgane vollständig geöffnet sein. Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, dass Absperrorgane regelmäßig entgegen ihrer Auslegung verwendet werden, um die Menge der Tertiärluft pro Zeiteinheit zu regeln, beispielsweise wenn die Klinkerofenanlage nicht mit voller Leistung betrieben wird. Die Absperrorgane werden dann nur teilweise in die Tertiärluftleitung eingeschoben, z. B. um die Zuluft für die Verbrennung im Ofen und am Kalzinator aufzuteilen, beispielsweise um sicherzustellen, dass im Ofeneinlauf oxidierende Bedingungen herrschen.
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Wenn die Absperrorgane die Tertiärluftleitung nicht vollständig schließen, sind sie starkem Verschleiß ausgesetzt, denn insbesondere der in der Tertiärluft mitgeführte Klinkerstaub wirkt stark abrasiv. Dabei wird das Absperrorgan soweit „abgeschliffen” also verkleinert, dass es die Tertiärluftleitung nicht mehr zuverlässig schließen kann. Ein bestimmungsgemäßes Wiederanfahren der Klinkerofenanlage nach einem unplanmäßigen Stillstand ist dann nicht möglich ohne zuvor das Absperrelement auszutauschen.
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Ein weiteres Problem sind Verformungen des Absperrelementes, die durch den thermischen Stress auftreten und dazu führen können, dass das Absperrorgan verklemmt und nicht mehr verstellt werden kann.
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DE 299 24 941 U1 beschreibt Tertiärluftleitung zwischen einem Klinkerkühler und einem Kalzinator einer Klinkerofenanlage, wobei in der Tertiärluftleitung ein Absperrschieber angeordnet ist.
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DE 27 44 268 C2 offenbart ein Schieberventil zur Mengensteuerung erodierender Materialströme mit identischen Ventilschiebern, die sich diametral gegenüberliegen. Beide Ventilschieber werden sowohl zum vollständigen Absperren der entsprechenden Leitung, als auch zur Regelung des erodierenden Materialstromes eingesetzt. Während des Betriebes kann einer der Schieber aus dem Strömungsweg zurückgezogen werden, während der andere zur Strömungsstörung eingesetzt wird. Wenn der in Betrieb befindliche Schieber für eine wirkungsvolle Regelung zu stark erodiert ist, kann er aus dem Strömungsweg zurückgezogen werden, während der andere Schieber stattdessen eingesetzt wird.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sowohl ein zuverlässiges Absperren einer Tertiärluftleitung als auch eine Regelung der Tertiärluftströmung zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Schiebereinheit nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Schiebereinheit kann insbesondere in eine Tertiärluftleitung einer Klinkerofenanlage eingesetzt werden, dann befindet sie sich folglich im Tertiärluftstrom zwischen einem Klinkerkühler und einem Kalzinator der Klinkerofenanlage. Die Schiebereinheit kann entsprechend einen Leitungsabschnitt haben, der in die Tertiärluftleitung eingesetzt wird. Zum Absperren, also zum vollständigen Verschließen der Tertiärluftleitung, ist ein bevorzugt plattenförmiges Absperrorgan in die Tertiärluftleitung einfahrbar. Zusätzlich zu dem Absperrorgan hat die Schiebereinheit mindestens ein Regelorgan, das zur Verkleinerung des Querschnitts der Tertiärluftleitung in diese einfahrbar ist. Die Funktionen Absperren und Regeln sind bei der Schiebereinheit voneinander getrennt. Dadurch unterliegt das Absperrorgan keinem nennenswerten Verschleiß, weil es nur zum vollständigen Verschließen in die Tertiärluftleitung eingefahren wird. Somit ist seine Funktion dauerhaft gewährleistet. Das Regelorgan hingegen kann zur Verjüngung des Querschnitts der Tertiärluftleitung in diese eingefahren werden und ist dann der Tertiärluftströmung ausgesetzt und sollte konstruktiv an diese angepasst sein. Bevorzugt hat das Regelorgan deshalb zumindest auf seiner dem Tertiärluftstrom zugewandten Seite eine hitzefeste Verkleidung aus Schamottsteinen oder ähnlichen Materialen, wobei hier mit Schamotte nicht nur gesteinsähnliche, feuerfeste Materialien mit 10 bis 45 Prozent Aluminiumoxid-Anteil, sondern dem allgemeinen Sprachgebrauch folgend alle feuerfesten insbesondere gesteinsartigen Verkleidungen bezeichnet werden, insbesondere Verkleidungen aus Keramik oder Keramikelementen. Lediglich zur Vereinfachung wird nachfolgend nicht zwischen Luft, einem Gas oder einem Gasgemisch als Kühlmittel für den Klinker unterschieden. Die Begriffe Luft oder Tertiärluft sind somit nicht auf die für Luft typische Gaszusammensetzung beschränkt.
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Bevorzugt stützt sich das Regelorgan leeseitig, das ist die dem Tertiärluftstrom abgewandte Seite, an dem Absperrorgan ab. Dadurch kann die Schiebereinheit besonders schmal ausfallen. Besonders bevorzugt sitzt das Regelorgan luvseitig, das ist die dem Tertiärluftstrom zugewandte Seite, vor seiner Führung. Dadurch ist die Führung durch das Regelorgan verdeckt und wird durch dieses vor dem Tertiärluftstrom abgeschirmt.
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Die Länge des Regelorgans ist bevorzugt deutlich geringer als der Durchmesser des Leitungsabschnitts, weil es die Tertiärluftleitung nicht absperren muss. Um den üblichen Regelbereich abzudecken genügt eine Länge von 1/3 bis 2/3 des Leitungsdurchmessers. Wenn es vollständig aus der Tertiärluftleitung herausgezogen wird benötigt es neben der Tertiärluftleitung somit deshalb nur wenig Platz. Zudem muss nur ein kleinerer Schieber feuerfest ausgekleidet werden, wodurch die Kosten sinken.
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Bevorzugt hat das Absperrorgan mindestens zwei beispielsweise parallel zueinander bewegbare Absperrsegmente. Jedes der beiden Absperrsegmente hat besonders bevorzugt eine Länge kleiner oder gleich der Länge des Regelorgans. Dadurch kann der notwendige Platz für die Schiebereinheit neben der Tertiärluftleitung besonders klein gehalten werden. Beispielsweise kann das Absperrorgan mindestens zwei parallel zueinander verschiebbare Platten aufweisen, die in den Leitungsabschnitt einschiebbar sind.
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Besonders bevorzugt ist mindestens ein erstes Absperrsegment in einer Führung mindestens eines anderen Absperrsegments verschiebbar. Dadurch ist die Führung für das erste Absperrsegment bei geöffnetem Absperrorgan nicht der Tertiärluftströmung ausgesetzt und deshalb vor Beschädigung durch die Tertiärluft geschützt.
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Besonders bevorzugt hat bei einem mehrsegmentigen Absperrorgan mindestens ein erstes Absperrsegment mindestens einen Mitnehmer für ein anderes Absperrsegment des Absperrorgans. Dadurch genügt es das erste Absperrsegment anzusteuern, um die Tertiärluftleitung zu öffnen oder zu schließen.
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Besonders bevorzugt sind das Absperrorgan und das Regelorgan über der Tertiärluftleitung hängend befestigt und können in diese hinabgesenkt werden. Dadurch muss zum Schließen des Absperrorgans oder zum Einfahren des Regelorgans keine Schubkraft auf diese wirken. Anstelle von Schubstangen können somit wickelbare Befestigungselemente, wie Ketten oder Bänder verwendet werden, wodurch der notwendige Bauraum für die Schiebereinheit weiter reduziert wird.
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Das Regelorgan hat bevorzugt mindestens einen Träger, der mit Mitteln zum Verstellen der Position des Regelorgans verbunden ist, z. B. an mindestens einem Kettenzug aufgehängt ist. Der Träger ist bevorzugt mit feuerfesten Steinen verkleidet, wobei zwischen dem Träger und den Steinen besonders bevorzugt eine Isolationsschicht aus z. B. Dämmwolle angeordnet ist. Insbesondere können die Steine mit dem Träger verbolzt sein und dabei die Isolationsschicht fixieren. Ein solches Regelorgan hat ein gutes Standzeit zu Preis Verhältnis.
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Bevorzugt hat das Regelorgan und/oder das Absperrorgan mindestens einen Kanal für ein Kühlmittel. Dadurch kann die Standfestigkeit weiter erhöht werden.
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Der Leitungsabschnitt der Tertiarluftleitung in dem das Regelorgan und/oder das Absperrorgan einschiebbar sind, hat bevorzugt wenigstens einen Schlitz durch den das Regelorgan und/oder das Absperrorgan einschiebbar sind. Mit Bezug auf die Vorschubrichtung hat der Leitungsabschnitt bevorzugt seitliche Führungen in denen das Absperrorgan und/oder das Regelorgan verschiebbar sind.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.
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1 zeigt eine Schiebereinheit für eine Tertiärluftleitung,
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2 zeigt eine teilmontierte Schiebereinheit,
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3 zeigt ein Detail einer Schiebereinheit,
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4 zeigt ein Detail einer Schiebereinheit, und
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5 zeigt ein Detail einer Alternative eines Absperrorgans.
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Die Schiebereinheit 1 in 1 hat einen Rohrabschnitt 10, der in eine Tertiärluftleitung einsetzbar und mit feuerfestem Material 12 ausgekleidet ist. Die Schiebereinheit ist somit als Modul in eine Tertiärluftleitung einsetzbar, was die Montage erleichtert. Auf dem Rohrabschnitt 10 sitzt ein kastenförmiger Träger 20 der in seinem Inneren Platz für ein hier in die Tertiärluftleitung eingefahren dargestelltes Regelorgan 60 und ein teileingefahrenes Absperrorgan 80 hat. An der Oberseite des Kastens 20 sind Antriebe 26, 28 mittels derer das Regelorgan 60 bzw. das Absperrorgan 80 aus dem Rohrabschnitt 10 nach oben in den Träger 20 gezogen werden kann, so dass die Tertiärluftleitung vollständig freigegeben wird oder unabhängig voneinander in den Rohrabschnitt 10 eingefahren, also abgesenkt werden (vgl. 2). Zur Führung des Regelorgans 60 und des Absperrorgans 80 sind in der feuerfesten Auskleidung jeweils Nuten 14, 16 als Führungen vorgesehen, in denen die beiden Organe 60, 80 verschiebbar sind (vgl. 1). Das Absperrorgan ist zusätzlich beidseits durch Führungen 18 geführt. Die Führungen sind vereinfacht formuliert Schienen, die durch einen Spalt in der feuerfesten Auskleidung vom Träger 20 nach innen geführt sind.
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Das Absperrorgan 80 hat zwei parallel zueinander verschiebbare hier beispielhaft plattenförmige Absperrsegmente, die nachfolgend als Platten 82, 83 bezeichnet werden. Die Platte 82 sitzt vor der Platte 83 in einer Führung der hinteren Platte 83 (vgl. 3.). Die vordere Platte 82 hat eine an die Kontur des unteren Bereichs des Rohrabschnitts 10 angepasste Unterkante 86 bzw. untere Schmalseite 86. An ihrer oberen zumindest in etwa horizontalen Schmalseite 88 sind Befestigungselemente 84 angeschlagen, an denen die vordere Platte 82 hängt. Die seitlichen Schmalseiten 92 sind zumindest in etwa parallel zueinander und haben eine vertikale Längsachse. An der oberen Schmalseite 88 der vorderen Platte 82 hängt die hintere Platte 83. Dazu hat die hintere Platte 83 an ihrer Vorderseite Winkelprofile 85 als Mitnehmer 85, die auf der oberen Schmalseite 88 der vorderen Platte 82 aufliegen und deren freie Enden zumindest in etwa parallel zu der vorderen Platte 82 nach unten weisen.
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Zum Schließen des Rohrabschnitts 20 wird die vordere Platte 82 und mit ihr die hintere Platte 83 aus dem Träger 20 in die Tertiärluftleitung abgesenkt, bis die hintere Platte 83 in der Nut sitzt 16 und zumindest der untere Bereich der seitlichen Schmalseiten 93 in der Nut aufsitzt. Entsprechend ist die Form des unteren Bereichs der Schmalseiten 93 an die Kontur des Rohrabschnitts 10 angepasst. Wenn die hintere Platte 83 in dem Rohrabschnitt 10 an dessen Innenwandung aufsitzt, gleitet die vordere Platte 82 weiter nach unten, wobei sie durch an der hinteren Platte 83 angebrachte Winkelprofile 85 geführt wird. In Ihrer Endstellung sitzt auch die vordere Platte in der Nut 16 auf. Der Rohrabschnitt 10 ist nun für Tertiärluft verschlossen. Zum Öffnen der Tertiärluftleitung kann die vordere Platte 82 über die Befestigungselemente 84 wieder nach oben gezogen werden. Dabei wird sie zum einen von der Nut 16 in der Wandung des Rohrabschnitts 10 als auch durch die seitlichen Winkelprofile 85 geführt. Etwa auf halbem Weg nach oben untergreift die vordere Platte 82 beim Hochziehen die hintere Platte 83, bzw. die oberen Winkelprofile 85 und nimmt die hintere Platte mit, bis beide Platten ihrer Endstellung im Träger sind. Nun ist der Rohrabschnitt 10 freigegeben (nicht dargestellt). Weil die beiden Platten 82, 83 teleskoparting parallel zueinander geführt sind, wird die minimale Bauhöhe des Trägers 20 deutlich reduziert. Deshalb kann ein solches Absperrorgan 80 auch bei beengten Platzverhältnissen noch gut nachgerüstet werden.
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Das Regelorgan 60 hat eine Trägerplatte 62 an deren oberem Ende Befestigungselemente 64 angeschlagen sind. Die Trägerplatte 62 hängt (vgl. 4) an den Befestigungselementen 84. Auf den Vor- und Rückseiten der Trägerplatte 62, sowie an deren Schmalseiten (zumindest an den beiden seitlichen und der unteren Schmalseite) ist ein hitzebeständiges Dämmaterial 66, hier beispielhaft ein Mineralwollenfilz. Das Dämmaterial 66 ist mit Schamottsteinen 70 verkleidet. Die Schamottsteine 70 sind durch Bolzen wie 68, mit der Trägerplatte 62 verbolzt. Dazu haben die Schamottsteine 70 Durchgangslöcher 72, die auf der der Trägerplatte 62 abgewandten Seite im Durchmesser erweitert sind. Die erweiterten Bereiche der Durchgangslöcher 72 nehmen Muttern 69 auf und schützen sie und die über die Muttern 69 überstehenden Teile der Bolzen 68 gegen Abrasion durch den Klinkerstaub. Die Löcher werden bevorzugt mit einer aushärtenden feuerbeständigen Masse verschlossen.
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Das Absperrorgan 80 in 5 hat anders als das in den 1 bis 3 gezeigte Absperrorgan 80 nur eine Platte 82, die an Befestigungselementen 84 hängt und durch eine Antrieb 28 hochgezogen oder in einen Rohrabschnitt wie 10 hinabgelassen werden kann. Zwar hat das Absperrorgan 80 nur eine Platte, die nicht den gesamten Querschnitt der Tertiärluftleitung ausfüllen kann, jedoch wird die Platte hinter dem Regelorgan abgesenkt, so dass es genügt mit der Platte nur noch den unter dem Regelorgan verbleibenden freien Teil der Tertiärluftleitung abzusperren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schiebereinheit
- 10
- Rohrabschnitt
- 12
- feuerfestes Material/Auskleidung (z. B. Schamotte oder Keramik)
- 14
- Nut
- 16
- Nut
- 18
- Führung
- 20
- Träger
- 26
- Antrieb
- 28
- Antrieb
- 60
- Regelorgan
- 62
- Trägerplatte
- 64
- Befestigungselement
- 66
- Dämmaterial
- 68
- Bolzen
- 69
- Mutter
- 70
- Schamottsteine/feuerfeste Verkleidung
- 72
- Durchgangsloch
- 80
- Absperrorgan
- 82
- Platte/Absperrsegment
- 83
- Platte/Absperrsegment
- 84
- Befestigungselement
- 85
- Mitnehmer/Winkelprofil
- 86
- Unterkante/untere Schmalseite der vorderen Platte
- 87
- Unterkante/untere Schmalseite der hinteren Platte
- 88
- obere Schmalseite der vorderen Platte
- 89
- obere Schmalseite der hinteren Platte
- 92
- seitliche Schmalseiten der vorderen Platte
- 93
- seitliche Schmalseiten der hinteren Platte
