DE102014015535A1

DE102014015535A1 - Anlage zur Herstellung von Zement mit Rückführung von belasteten Brüden in den thermischen Prozess

Info

Publication number: DE102014015535A1
Application number: DE102014015535.8A
Authority: DE
Inventors: Heiko Schürmann
Original assignee: KHD Humboldt Wedag AG
Current assignee: Khd Humboldt Wedag De GmbH
Priority date: 2014-10-21
Filing date: 2014-10-21
Publication date: 2016-04-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage (1) zur Herstellung von Zement, in Materialstromrichtung gesehen aufweisend mindestens eine Rohmühle (2), mindestens einen darauf folgenden Zyklonwärmetauscher (3), mindestens einen darauf folgenden Calcinator (4), und mindestens einen darauf folgenden Drehrohrofen (5) und mindestens einen darauf folgenden Klinkerkühler (6), wobei in der Anlage (1) zur Herstellung von Zement zur Erzeugung von Wärme Klärschlamm (7) und/oder schadstoffbelastete andere Schlämme (7) getrocknet und auch verbrannt werden und dabei Brüden (8) entstehen und ein dazu korrespondierendes Verfahren zur Verringerung Schadstoffausstoßes einer Anlage zur Herstellung von Zement. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Verringerung des Schadstoffausstoßes der Anlage (1) eine Rückführung (9) für zumindest einen Teil der Brüden (8) in die Anlage (1) vorhanden ist, wobei die Rückführung (9) die rückgeführten Brüden (8) in die Rekuperationszone (10) des Klinkerkühlers (6) und/oder in die Rohmühle (2) leitet. Schadstoffe werden so verbrannt oder in der Rohmühle (2) durch das Rohmehl adsorbiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Zement, in Materialstromrichtung gesehen aufweisend mindestens eine Rohmühle, mindestens einen darauf folgenden Zyklonwärmetauscher, mindestens einen darauf folgenden Calcinator, und mindestens einen darauf folgenden Drehrohrofen und mindestens einen darauf folgenden Klinkerkühler, wobei in der Anlage zur Herstellung von Zement zur Erzeugung von Wärme Klärschlamm und/oder schadstoffbelastete andere Schlämme getrocknet und auch verbrannt werden und dabei Brüden entstehen und ein dazu korrespondierendes Verfahren zur Verringerung Schadstoffausstoßes einer Anlage zur Herstellung von Zement.
Zur Herstellung von Zement ist es in einem endothermen Prozess notwendig, Kalkstein, das als CaCO₃ vorliegt, zunächst in einer ersten endothermen Reaktion formell von CO₂ zu befreien und den gebrannten Kalk in einem weiteren Prozessschritt erneut in einer endothermen Reaktion in Gegenwart von silikathaltigem Gestein zu Calciumsilikaten verschiedener Stöchiometrie zu sintern. Um den für größere Mengen Zement notwendigen thermischen Energiebedarf möglichst kostengünstig zu decken, wird in der Regel neben den höherwertigen, hochkalorischen Brennstoffen auch auf Sekundärbrennstoffe zurück gegriffen, wie beispielsweise organisch belastete Klärschlämme und andere gegebenenfalls schadstoffbelastete Schlämme. Um den hohen Feuchtigkeitsgehalt aus den ohnehin wenig zündwilligen Klärschlämmen zu entfernen, ist es bekannt, die Schlämme mit aus dem Herstellungsprozess entweichender Wärme zu trocknen und die getrockneten Schlämme als Sekundärbrennstoffe einzusetzen.
Zur Trocknung der Klärschlämme ist es beispielsweise aus der DE 10 2007 015 089 A1 bekannt, den Klärschlamm mit den noch heißen Klinkergranalien zu mischen und den getrockneten, bevorzugt faserigen Klärschlamm nach Trocknung durch die heißen Granalien in einem Gebläse zu trennen. Diese Art der Trocknung eignet sich nur für faserige Biomasse, da schlammartige Stoffe nach Trocknung an den Granalien fest haften würden.
Aus der DE 44 31 564 A1 ist es bekannt, die Brüden der Trocknung direkt der Verbrennung zuzuführen. Diese Art der emissionsarmen Verwendung der Brüden ist aber nur für im Vergleich zum Brennstoffumsatz der Anlage geringe Mengen von Klärschlämmen geeignet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine weitere Anlage zur Herstellung von Zement und ein weiteres Verfahren zur Trocknung und emissionsarmen Verbrennung von Klärschlämmen in einer Zementanlage zur Verfügung zu stellen. Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird durch eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen zu Sachanspruch 1 angegeben. Das dazu korrespondierende Verfahren ist in Verfahrensanspruch 6 gegeben mit den davon abhängigen Verfahrensansprüchen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Verringerung des Schadstoffausstoßes der Anlage eine Rückführung für zumindest einen Teil der Brüden in die Anlage vorhanden ist, wobei die Rückführung die rückgeführten Brüden (8) in die Rekuperationszone des Klinkerkühlers und/oder in die Rohmühle leitet. Die Rückführung der Brüden bietet je nach Wahl des Rückführungsortes verschiedene Vorteile. Die Rückführung in die Rohmühle erlaubt einerseits eine höhere Wärmerückgewinnung bei der Kreislaufführung von Mühlenumluft, weil die brüdenhaltige Mühlenumluft ein hohes Wärmeleitungsvermögen und damit eine verbesserte Wärmeübertragung bei der Mühlenumlufterwärmung zur Verfügung stellt. Bei der Einleitung der Brüden in die Rohmühle werden die gegebenenfalls sehr geruchsintensiven Inhaltsstoffe oder die Schadstoffe der schadstoffbelasteten Brüden an den Rohmehlpartikeln adsorbiert. Beim späteren Calcinieren und Sintern verbrennen die geruchsintensiven Stoffe bzw. die Schadstoffe, die an den Rohmehlpartikeln adsorbiert sind. In der Rohmühle arbeitet die rohmehlbeladene Mühlenumluft wie eine Rauchgaswäsche mit einem Feststoff. Die Rohmehlmühle als Rauchgaswäsche zu nutzen, ist in diesem Fall die erfindungswesentliche Idee. Aber nicht nur die Rückführung der Brüden in die Rohmühle, sondern in bestimmten Fällen auch die Rückführung der Brüden in die Rekuperationszone des Klinkerkühlers hat besondere Vorteile. In der Rekuperationszone ist die Kühlerabluft besonders heiß. Diese heiße Luft verbrennt den größten Teil der geruchsintensiven Stoffe oder der Schadstoffe. Dabei geht die Rekuperationsluft nicht als Primärluft in den Brenner eines Drehrohrofens, wo Brüden die Temperaturentwicklung aufgrund der eigenen Wärmekapazität verringern würden, sondern die Rekuperationsluft geht als Sekundärluft in den Drehrohrofen und/oder als Tertiärluft in den Calcinator, wo die heiße Abluft des Drehrohrofens zur Verfügung steht. Im Drehrohrofen kann so eine hohe Temperatur erzeugt werden, um den Klinker zu sintern und an anderen Steilen, wo die hohe Temperatur, auch innerhalb des Drehrohrofens weniger wichtig ist, werden die geruchsintensiven Stoffe oder und/oder die Schadstoffe verbrannt.
Für die vorliegende Art der Schlammtrocknung ist es wichtig, die Wärme an bestimmten Stellen der Anlage zur Herstellung von Zement zu entnehmen. Die zur Trocknung eingesetzte Luft sollte ihrerseits trocken sein und nach Möglichkeit nicht sauerstoffverarmt sein. Somit kommt als Wärmeträger in Betracht vor allem die Klinkerkühlerabluft vom Mittenbereich und auch die Kühlerabluft aus dem Endbereich des Klinkers kommt in Betracht. Besonders die Klinkerkühlerabluft im Endbereich des Klinkerkühlers weist noch eine nicht zu vernachlässigende Wärmemenge allerdings bei geringer Temperatur auf, nämlich kaum höher als 300°C. Diese Temperatur eignet sich zur Trocknung des Schlamms.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Kondensator zur Auskondensation für zumindest ein Teil der Brüden vorhanden ist. Dadurch entstehen verschiedene Fraktionen von schadstoffbelasteten Flüssigkeiten und Gasen. Die schadstoffbelasteten Gase werden, wie eingangs erwähnt, verbrannt. Die Flüssigkeit hingegen kann, je nach Zustand und Zusammensetzung, in den Ofensteigeschacht oder in den Calcinator eingedüst werden. Sofern das Kondensat der Brüde klärfähig ist, kann es erneut der Kanalisation zugeführt werden, wodurch ein teilweiser Kreislauf der Inhaltsstoffe der Brüden entsteht. Sofern aber das Kondensat der Brüden Ammoniak oder Amine enthält, so kann die Flüssigkeit als Reduktionsmittel zur Verringerung von NOx im Drehofensteigeschacht und/oder im Calcinatorkopf verwendet werden. Die Kondensateindüsung hat somit neben der reinen Entsorgung auch noch den Vorteil der Stickoxidreduktion.
Um das Brüdenkondensat an die entsprechende Stelle zu leiten ist also entsprechend vorgesehen, dass eine Leitung vom Kondensator zu einem Ofensteigeschacht vorhanden ist, welche das im Kondensator aus den Brüden gebildete Kondensat zum Ofensteigeschacht führt, wobei der Ofensteigeschacht zwischen Drehrohrofen und Calcinator angeordnet ist. Alternativ oder kumulativ ist vorgeshen, dass eine Leitung vom Kondensator zum Calcinator vorhanden ist, welche das im Kondensator aus den Brüden gebildete Kondensat zum Calcinator führt.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
1 ein Flussdiagramm einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage,
2 ein Flussdiagramm einer zweiten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage,
3 ein Flussdiagramm einer dritten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage, und
4 ein Flussdiagramm einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage.
In 1 ist ein Flussdiagramm einer erfindungsgemäße Anlage 1 zur Herstellung von Zement dargestellt, in welcher mindestens ein Zyklonwärmetauscher 3, mindestens ein Calcinator 4, mindestens ein Drehrohrofen 5 und mindestens ein Klinkerkühler 6 in Materialflussrichtung gesehen, hintereinander angeordnet sind. In der Anlage 1 werden zur Herstellung von Zement zur Erzeugung von Wärme Klärschlamm 7 und/oder schadstoffbelastete andere Schlämme 7 in einem Schlammtrockner 7.1 getrocknet und auch verbrannt, wobei Brüden 8 entstehen. Die zum Trocknen notwendige Heißluft wird im Umlauf erzeugt und von einem Wärmetauscher 6.1 erwärmt, der die Wärme in der Abluft 11 des Klinkerkühlers 6 auf die im Umlauf befindliche Trocknungsluft im Schlammtrockner 7.1 überträgt. Beim Trocknen des Schlamms 7 im Schlammtrocker 7.1 entsteht ein getrockneter Schlammrückstand 7.2, der entweder als Silage in einem Silo 7.2 eingelagert wird bis dieser verbrannt wird oder der direkt in die Anlage 1 zur Verbrennung geführt wird. Die bei der Trocknung des Klärschlamms 7 entstehenden Brüden 8 werden zu einem Kondensator 14 geführt, wo zumindest ein Teil der Brüden auskondensiert wird. Die verbleibenden Brüden werden sodann über ein Regelventil 14.1, einen Verdichter 14.2 und über eine Rückführung 9 in die Rekuperationszone 10 des Klinkerkühlers 6 geleitet, wo die Brüden als Sekundärluft in den Drehrohrofen 5 und in die Tertiärluftleitung 6.1 gelangen. In dieser Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das im Kondensator 14 aus den Brüden 8 gebildete Kondensat über eine Leitung 15 in den Drehrohrofensteigeschacht 16 geleitet wird, wobei der Drehrohrofensteigeschacht 16 zwischen Drehrohrofen 5 und Calcinator 4 angeordnet ist. An dieser Position kann das im Kondensator gebildete Kondensat, sofern es genügende Mengen an Ammoniak oder Aminen enthält, das im Drehrohrofen 5 gebildete Stickoxid reduzieren.
In 2 ist ein Flussdiagramm einer zu 1 vergleichbare Anlage 1 dargestellt, wobei der Schlammtrockner aus 1 gegen einen Drehtrommeltrockner 7.3 ersetzt ist. Der Drehtrommeltrockner hat den Vorteil, dass Abluft 11 aus dem Klinkerkühler 6 durch einen Abgriff 11.1 und ein Regelventil 11.2 direkt in den Drehtrommeltrocker 7.3 eingeleitet werden kann. Die Abluft 11 aus dem Klinkerkühler, gleich ob sie aus dem Mittenbereich 12 oder dem Endbereich 13 des Klinkerkühlers stammt, weist genügend Sauerstoff auf, so dass der thermische Prozess in dem Drehrohrofen 5 und dem Calcinator 4 nicht überlastet wird. Die Abluft 11 des Klinkerkühlers 6 trägt also trotz der Anreicherung mit Brüden 8 bei der Zuleitung der Brüden 8 über die Rückführung 9 zur Verbrennung im Drehrohrofen 5 und als Tertiärluft im Calcinator 4 bei.
In 3 ist eine Alternative oder eine Kumulative zu den Anlagenschaltungen gemäß der Flussdiagramme in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Im Flussdiagramm nach 3 ist vergleichbar mit der Anlagenschaltung nach 2 ein Drehtrommeltrockner 7.3 zur Trockung der Schlämme Klärschlamm 7 oder mit Schadstoffen belasteter Schlamm zur Trockung eingesetzt. Anders als in den beiden vorangegangenen Flussdiagrammen ist nach diesem Flussdiagramm vorgesehen, die das im Kondensator 4 aus den Brüden 8 abgeschiedene Kondensat über eine Leitung 17 in den Calcinator 4 zu leiten und zwar in den oberen Kopfbereich. Je nach Art der Anlage, beispielsweise einem Strähnencalcinator, ist der Bereich im Kopf des Calcinators besonders geeignet, Stickoxide mit Ammoniak oder mit Aminen zu reduzieren. Die im Kondensator 14 im Gasraum verbleibenden Brüden 8 werden über eine Rückführung 9 in eine vorhandene Rohmühle 2 geleitet und dort vorzugsweise in einen Umluftkreislauf 2.1 eingespeist, der ständig mit Abluft aus dem Zyklonwärmetauscher 3 über Leitung 3.1 versorgt wird. Die in diesem Umluftkreislauf umlaufenden Brüdenbestandteile vermischen sich mit der sauerstoffarmen Abluft des Zyklonwärmetauschers 3 und werden vergleichbar mit der Funktion in einem Rauchgaswäscher durch mit der Mühlenumluft umlaufende Mahlgutpartikel durch Adsorption der Schadstoffe oder der geruchsintensiven Stoffe gereinigt. Ein Teil der Mühlenumluft, der genauso groß ist, wie die Zufuhr an Abluft aus dem Zyklonwärmetasucher verlässt die Mühlenumluft an Auslass 2.2.
In 4 ist schließlich eine Variante des Flussdiagramms einer erfindungsgemäßen Anlage 1 dargestellt, in welchem ein Schlammtrockner 7 zur Schlammtrockung wie in Flussdiagramm gemäß 1 dargestellt ist, und in dem das aus den Brüden 8 in Kondensator 14 gebildete Kondensat dem Calcinator 4 zur Reduktion von Stickoxiden zugeführt und in welchen die im Gasraum verbleibenden Brüden einem Umluftkreislauf 2.1 einer Rohmühle 2 zugeführt wird.
Bezugszeichenliste

1: Anlage
2: Rohmühle
2.1: Umluftkreislauf
2.2: Auslass
3: Zyklonwärmetauscher
3.1: Leitung
4: Calcinator
5: Drehrohrofen
6: Klinkerkühler
6.1: Wärmetauscher
6.2: Tertiärluftleitung
7: Klärschlamm
7.1: Schlammtrockner
7.2: Silo
7.3: Drehtrommeltrockner
8: Brüden
9: Rückführung
10: Rekuperationszone
11: Abluft
11.1: Abgriff
11.2: Regelventil
12: Endbereich
13: Mittenbereich
14: Kondensator
14.1: Regelventil
14.2: Verdichter
15: Leitung
16: Drehrohrofensteigeschacht
17: Leitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007015089 A1 [0003]
DE 4431564 A1 [0004]

Claims

Anlage (1) zur Herstellung von Zement, in Materialstromrichtung gesehen aufweisend mindestens eine Rohmühle (2), mindestens einen darauf folgenden Zyklonwärmetauscher (3), mindestens einen darauffolgenden Calcinator (4), und mindestens einen darauffolgenden Drehrohrofen (5) und mindestens einen darauf folgenden Klinkerkühler (6), wobei in der Anlage (1) zur Herstellung von Zement zur Erzeugung von Wärme Klärschlamm (7) und/oder schadstoffbelastete andere Schlämme (7) getrocknet und auch verbrannt werden und dabei Brüden (8) entstehen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verringerung des Schadstoffausstoßes der Anlage (1) eine Rückführung (9) für zumindest einen Teil der Brüden (8) in die Anlage (1) vorhanden ist, wobei die Rückführung (9) die rückgeführten Brüden (8) in die Rekuperationszone (10) des Klinkerkühlers (6) und/oder in die Rohmühle (2) leitet.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmequelle zur Trocknung des Klärschlamms (7) und/oder der schadstoffbelasteten Schlämme (7) Abluft (11) des Klinkerkühlers (6) aus dem Endbereich (12) und/oder dem Mittenbereich (13) dient.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensator (14) zur Auskondensation für zumindest ein Teil der Brüden (8) vorhanden ist.
Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitung (15) vom Kondensator (14) zu einem Ofensteigeschacht (16) vorhanden ist, welche das im Kondensator (14) aus den Brüden (8) gebildete Kondensat zum Ofensteigeschacht (16) führt, wobei der Ofensteigeschacht (16) zwischen Drehrohrofen (5) und Calcinator (4) angeordnet ist.
Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitung (17) vom Kondensator (14) zum Calcinator (4) vorhanden ist, welche das im Kondensator (14) aus den Brüden (8) gebildete Kondensat zum Calcinator (4) führt.
Verfahren zur Verringerung des Schadstoffausstoßes einer Anlage (1) zur Herstellung von Zement, aufweisend mindestens eine Rohmühle (2), mindestens einen darauf folgenden Zyklonwärmetauscher (3), mindestens einen darauf folgenden Calcinator (4), und mindestens einen darauf folgenden Drehrohrofen (5) und mindestens einen darauf folgenden Klinkerkühler (6), wobei in der Anlage (1) zur Herstellung von Zement zur Erzeugung von Wärme Klärschlamm (7) und/oder schadstoffbelastete andere Schlämme (7) getrocknet und auch verbrannt werden und dabei Brüden (8) entstehen, gekennzeichnet durch eine Rückführung (9, 15) für zumindest einen Teil der Brüden (8) in die Anlage (1), wobei die Rückführung die rückgeführten Brüden (8) in die Rekuperationszone (10) des Klinkerkühlers (6) und/oder in die Rohmühle (2) leitet.
Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Trocknen des Klärschlamms (7) und/oder der schadstoffbelasteten Schlämme (7) mit Abluft des Klinkerkühlers (6) aus dessen Endbereich (12) und/oder dessen Mittenbereich (13).
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch Auskondensation zumindest eines Teils der Brüden (8) vor deren Rückführung in die Anlage (1).
Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Rückführen des in einem Kondensator (14) gebildeten Kondensats in einen Ofensteigeschacht (16), der zwischen Drehrohrofen (5) und Calcinator (4) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Rückführen des in einem Kondensator (14) gebildeten Kondensats den Calcinator (4).