DE102021131790A1

DE102021131790A1 - Anlage zur Herstellung von Zementklinker mit Zufuhr für Kraftwerksasche

Info

Publication number: DE102021131790A1
Application number: DE102021131790.8A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt Erfinder
Original assignee: KHD Humboldt Wedag AG
Current assignee: KHD HUMBOLDT WEDAG GMBH, DE
Priority date: 2021-12-02
Filing date: 2021-12-02
Publication date: 2023-06-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage (100, 200) zur Herstellung von Zementklinker (Z), aufweisend in Gasströmungsrichtung gesehen mindestens einen Klinkerkühler (110, 210) zum Kühlen des gesinterten Zementklinkers (Z), mindestens einen Drehrohrofen (120, 220) zum Sintern des Zementklinkers (Z), mindestens einen Flugstromreaktor (130, 230) zum Entsäuern von Rohmehl (R) als Ausgangsprodukt, mindestens einen Wärmetauscher (140, 240) zum Vorwärmen des Rohmehls (R), wobei eine Tertiärluftleitung (150, 250) vom Kühlereinlauf (111, 211) des mindestens einen Klinkerkühlers (110, 210) in den mindestens einen Flugstromreaktor (130, 230) mündet.Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Tertiärluftleitung (150, 250) in Strömungsverbindung mit mindestens einem weiteren Flugstromreaktor (160, 260) geschaltet ist, in den Kraftwerksasche (KA) aufgebbar ist, wobei am Ende des mindestens einen weiteren Flugstromreaktors (160, 260) ein Zyklonabscheider (170, 270) angeordnet ist, der die in dem mindestens einem weiteren Flugstromreaktor (160, 260) behandelte Kraftwerksasche (KA) von Tertiärluft (TL) abtrennt.Diese Anlage kann minderwertige und feuchte Kraftwerksaschen als weiteren Ausgangsstoff zur Herstellung von Zementklinker verarbeiten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Zementklinker, aufweisend in Gasströmungsrichtung gesehen mindestens einen Klinkerkühler zum Kühlen des gesinterten Zementklinkers, mindestens einen Drehrohrofen zum Sintern des Zementklinkers, mindestens einen Flugstromreaktor zum Entsäuern von Rohmehl als Ausgangsprodukt, mindestens einen Wärmetauscher zum Vorwärmen des Rohmehls, wobei eine Tertiärluftleitung vom Kühlereinlauf des mindestens einen Klinkerkühlers in den mindestens einen Flugstromreaktor mündet.
Kraftwerksaschen mit niedriger Restfeuchte und geringen oxidierbaren Anteilen werden seit vielen Jahren für die Produktion von Zement eingesetzt, jedoch schwindet deren Verfügbarkeit angesichts des hohen Einsatzes und der abnehmenden Anzahl an Kohlekraftwerken. Es existieren jedoch noch sehr große Mengen an minderwertigen Kraftwerksaschen, die wegen Ihres hohen Anteils an oxidierbaren Bestandteilen bislang nicht für die Produktion von Zement geeignet sind. Diese Kraftwerksaschen lagern üblicherweise in Schlamm-Reservoirs zur längerfristigen Zwischenlagerung, so dass sie zusätzlich nun einen hohen Wassergehalt aufweisen, was Ihre Verwendung weiterhin erschwert. Dabei erreicht der Wassergehalt bis zu 30 Gew.-% und der Anteil an oxidierbare Komponenten liegt so hoch, dass ein Glühverlust von bis zu 20 Gew.-% erreicht wird. Vor dem Hintergrund der sich verschärfenden CO₂-Emissions-Problematik und dem Preisdruck bei der Zementproduktion rücken nun auch diese Kraftwerksaschen zur Herstellung von Zement in den Blickpunkt des Interesses.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verwendung von niederwertigen Kraftwerksaschen, die sich durch hohe Anteile an Wasser bis zu 30 Gew.% und oxidierbaren Bestandteilen, die zu einem Glühverlust von bis zu 20 Gew.-% führen, auszeichnen, in einem in die Klinkerherstellung integrierten Prozess thermisch zu behandeln und so ihre Eignung zur Herstellung von Zement zu ermöglichen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst durch eine Anlage zur Herstellung von Zementklinker mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Ein zur Anlage korrespondierendes Verfahren zur Herstellung von Zementklinker unter Beimengung von Kraftwerksasche wird in den Ansprüche 6 beansprucht. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Anlage sind in den Unteransprüchen zu Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen zu Anspruch 6 angegeben.
Nach dem Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, dass die Tertiärluftleitung einer gattungsgemäßen Anlage zur Herstellung von Zementklinker in Strömungsverbindung mit mindestens einem weiteren Flugstromreaktor geschaltet ist, in den Kraftwerksasche aufgebbar ist. Die Tertiärluftleitung teilt sich damit in zwei Gasströme auf. Ein erster Teilgasstrom strömt zum Flugstromreaktor, in dem Kalkstein entsäuert wird, ein zweiter Teilgasstrom strömt in den weiteren Flugstromreaktor, in dem die Kraftwerksasche getrocknet und ausgebrannt wird. Die Verbrennung erfolgt verwiegend autotherm durch die oxierbaren Bestandteile, kann bei Bedarf aber auch durch die Zuführung von Brennstoff unterstützt werden.
Die Kraftwerksasche muss unter oxidierenden Bedingungen ausgebrannt werden, um zu vermeiden, dass die oxidierbaren Restbestandteile ihren Weg in den Zement finden und dort die Qualität des Zementes mindern würden.
Am Ende des mindestens einen weiteren Flugstromreaktors befindet sich ein Zyklonabscheider, der die behandelte Kraftwerksasche von Tertiärluft abtrennt. Die behandelte und abgetrennte Kraftwerksasche wird gekühlt und aus der Anlage zur Herstellung von Zementklinker ausgeschleust und kann nun für die Produktion von Zement eingesetzt werden. Die durch den Restausbrand weniger Sauerstoff enthaltende Tertiärluft wird in die restliche Anlage zur Herstellung von Zementklinker eingeleitet. Die Kraftwerksasche muss unter oxidierenden Bedingungen ausgebrannt werden, um zu vermeiden, dass die oxidierbaren Restbestandteile ihren Weg in den Zement finden und dort die Qualität des Zementes mindern würden.
Am Ende des mindestens einen weiteren Flugstromreaktors befindet sich ein Zyklonabscheider, der die behandelte Kraftwerksasche von Tertiärluft abtrennt. Die behandelte und abgetrennte Kraftwerksasche wird gekühlt und aus der Anlage zur Herstellung von Zementklinker ausgeschleust und kann nun für die Produktion von Zement eingesetzt werden. Die durch den Restausbrand weniger Sauerstoff enthaltende Tertiärluft wird in die restliche Anlage zur Herstellung von Zementklinker eingeleitet.
Hierzu kann in weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage ein Gasauslass des Zyklonabscheiders mit dem mindestens einen Flugstromreaktor zum Entsäuern von Rohmehl verbunden sein, wobei der korrespondierende Gaseinlass am mindestens einen Flugstromreaktor zum Entsäuern von Rohmehl vorzugsweise oberhalb der Tertiärluftmündung angeordnet ist.
Alternativ oder kumulativ dazu kann vorgesehen sein, dass ein Feststoffauslass des Zyklonabscheiders mit dem mindestens einen Wärmetauscher zum Vorwärmen des Rohmehls verbunden ist, wobei der korrespondierende Feststoffeinlass am Wärmetauscher am mindestens einen Wärmetauscher zum Vorwärmen des Rohmehls vorzugsweise mit dem Feststoffeinlass für Rohmehl korrespondiert. Dadurch wird eine optimale Vermischung des Rohmehls mit der behandelten Kraftwerksasche erreicht, so dass der Zementklinker am Ende der Anlage eine gleichmäßige Zusammensetzung hat und nicht Domänen unterschiedlicher Klinkerzusammensetzung zeigt.
Um zu vermeiden, dass die Hebearbeit für das Suspendieren der Kraftwerksasche zu einem zu hohen Druckverlust in der Anlage führt, kann vorgesehen sein dass der weitere Flugstromreaktor ein Schwanenhalsreaktor ist, dessen Höhe des oberen Umkehrpunkts vorzugsweise unterhalb der Höhe eines Umkehrpunktes des Flugstromreaktors zum Entsäuern von Rohmehl liegt.
Korrespondierend zur Anlage besteht das Verfahren zur Herstellung von Zementklinker in der zuvor beschriebenen Anlage aus folgenden Verfahrensschritten: Vorwärmen von Rohmehl in einem Wärmetauscher, Entsäuern des vorgewärmten Rohmehls in einem Flugstromreaktor, Sintern des entsäuerten Rohmehls zu Zementklinker, Kühlen des gesinterten Zementklinkers. Nach dem Gedanken der Erfindung ist vorgesehen ein Suspendieren von Kraftwerksasche in Tertiärluft, die beim Kühlen des Zementklinkers anfällt. Beim Suspendieren in der heißen Tertiärluft finden ein Trocknen und ein Ausbrennen der suspendierten Kraftwerksasche in einem weiteren Flugstromreaktor statt. Nach dem Trocknen und Ausbrennen findet ein Abtrennen der getrockneten und ausgebrannten Kraftwerksasche von der Tertiärluft bevorzugt in einem Zyklonabscheider statt. Die abgetrennte Tertiärluft wird in den Flugstromreaktor zum Entsäuern des vorgewärmten Rohmehls eingeleitet.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigt:

1 eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung von Zement,
2 eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung von Zement.

In 1 ist eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anlage 100 zur Herstellung von Zementklinker Z skizziert. Die Anlage 100 zur Herstellung von Zementklinker Z weist in Gasströmungsrichtung folgende Anlagenkomponenten auf: zunächst mindestens einen Klinkerkühler 110 zum Kühlen des gesinterten Zementklinkers Z. Es ist möglich, dass mehr als ein Klinkerkühler 110 parallel oder wechselnd arbeitet. In Gasströmungsrichtung folgt mindestens einen Drehrohrofen 120 zum Sintern des Zementklinkers Z. Auch für den Drehrohrofen 120 ist es möglich, dass mehr als ein Drehrohrofen 120 parallel zueinander arbeiten. Dabei kann die Kapazität der unterschiedlichen Drehrohröfen 120 gleich oder unterschiedlich sein. Dem mindestens einen Drehrohrofen 120 folgt mindestens einen Flugstromreaktor 130 zum Entsäuern von Rohmehl R als Ausgangsprodukt für den Zementklinker Z. Auch bei den Flugstromreaktoren 130 können mehr als ein Flugstromreaktor parallel zueinander arbeiten, wobei auch die dann verschiedenen Flugstromreaktoren 130 unterschiedliche Kapazität haben können. Das Vorwärmen des Rohmehls R bis nahe an die Entsäuerungstemperatur im Flugstromreaktor 130 findet in mindestens einen Wärmetauscher 140 statt. Eine Tertiärluftleitung 150 führt vom Kühlereinlauf 111 des mindestens einen Klinkerkühlers 110 in den mindestens einen Flugstromreaktor 130 und mündet darin. Die Tertiärluft TL hat eine hohe Temperatur und weist einen atmosphärischen Sauerstoffgehalt auf. Diese heiße Umgebungsluft eignet sich ideal zum Unterhalt der Entsäuerungstemperatur im Flugstromreaktor 130 zum Entsäuern des Rohmehls R. Die Tertiärluftleitung 150 ist in Strömungsverbindung mit mindestens einem weiteren Flugstromreaktor 160 geschaltet, in den Kraftwerksasche KA aufgebbar ist. Die Kraftwerksasche KA wird in dem weiteren Flugstromreaktor 160 suspendiert, wobei die Kraftwerksasche KA in der heißen Tertiärluft TL zunächst trocknet und dann ausbrennt. Der Sauerstoffgehalt der heißen Tertiärluft TL reicht, um die restlichen oxidierbaren Bestandteile in der Kraftwerksasche KA auszubrennen Am Ende des mindestens einen weiteren Flugstromreaktors 160 ist ein Zyklonabscheider 170 angeordnet, der die in dem mindestens einem weiteren Flugstromreaktor 160 behandelte Kraftwerksasche KA von Tertiärluft TL abtrennt. Die abgetrennte Tertiärluft TL strömt in einen oberen Teil des Flugstromreaktors 130. Hingegen wird abgetrennte Kraftwerksasche KA zur Herstellung von Zement ausgeschleust. Die Höhe Hs des Umkehrpunktes Us des weiteren Flugstromreaktors 160 liegt unterhalb der Höhe Hc des Umkehrpunktes Uc des Flugstromreaktors 130, um zu vermeiden, dass der Druckabfall im weiteren Flugstromreaktor 160 zu hoch wird, so dass die Tertiärluft TL nicht bevorzugt in den Flugstromreaktor 130 zum Entsäuern des Rohmehls R strömt.
In 2 ist eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anlage 200 zur Herstellung von Zementklinker Z skizziert. Die Anlage 200 zur Herstellung von Zementklinker Z weist in Gasströmungsrichtung wie die zuvor beschrieben Anlage 100 folgende Anlagenkomponenten auf: zunächst mindestens einen Klinkerkühler 210 zum Kühlen des gesinterten Zementklinkers Z. Es ist möglich, dass mehr als ein Klinkerkühler 210 parallel oder wechselnd arbeitet. In Gasströmungsrichtung folgt mindestens einen Drehrohrofen 220 zum Sintern des Zementklinkers Z. Auch für den Drehrohrofen 220 ist es möglich, dass mehr als ein Drehrohrofen 220 parallel zueinander arbeiten. Dabei kann die Kapazität der unterschiedlichen Drehrohröfen 220 gleich oder unterschiedlich sein. Dem mindestens einen Drehrohrofen 220 folgt mindestens einen Flugstromreaktor 230 zum Entsäuern von Rohmehl R als Ausgangsprodukt für den Zementklinker Z. Auch bei diesen Flugstromreaktoren 230 können mehr als ein Flugstromreaktor 230 parallel zueinander arbeiten, wobei auch die dann verschiedenen Flugstromreaktoren 230 unterschiedliche Kapazität haben können. Das Vorwärmen des Rohmehls R bis nahe an die Entsäuerungstemperatur im Flugstromreaktor 230 findet in mindestens einen Wärmetauscher 240 statt. Eine Tertiärluftleitung 250 führt vom Kühlereinlauf 211 des mindestens einen Klinkerkühlers 210 in den mindestens einen Flugstromreaktor 230 und mündet darin. Die Tertiärluft TL hat eine hohe Temperatur und weist einen atmosphärischen Sauerstoffgehalt auf. Diese heiße Umgebungsluft eignet sich ideal zum Unterhalt der Entsäuerungstemperatur im Flugstromreaktor 230 zum Entsäuern des Rohmehls R. Die Tertiärluftleitung 250 ist in Strömungsverbindung mit mindestens einem weiteren Flugstromreaktor 260 geschaltet, in den Kraftwerksasche KA aufgebbar ist. Die Kraftwerksasche KA wird in dem weiteren Flugstromreaktor 260 suspendiert, wobei die Kraftwerksasche KA in der heißen Tertiärluft TL zunächst trocknet und dann ausbrennt. Der Sauerstoffgehalt der heißen Tertiärluft TL reicht, um die restlichen oxidierbaren Bestandteile in der Kraftwerksasche KA auszubrennen Am Ende des mindestens einen weiteren Flugstromreaktors 260 ist ein Zyklonabscheider 270 angeordnet, der die in dem mindestens einem weiteren Flugstromreaktor 260 behandelte Kraftwerksasche KA von Tertiärluft TL abtrennt. Der hier gezeigte Zyklonabscheider 270 ist etwa in Höhe des Umkehrpunktes US des Flugstromreaktors 160 angeordnet, um keine Höhe für die gehobene Kraftwerksasche KA zu verlieren. Die abgetrennte Tertiärluft TL strömt in einen oberen Teil des Flugstromreaktors 230. Hingegen wird die abgetrennte Kraftwerksasche KA zur Herstellung von Zement abgetrennt.
Bezugszeichenliste

100: Anlage
110: Klinkerkühler
111: Kühlereinlauf
120: Drehrohrofen
130: Flugstromreaktor
132: Gaseinlass
140: Wärmetauscher
141: Feststoffeinlass
145: Wärmetauscherzyklon
146: Wärmetauscherzyklon
147: Wärmetauscherzyklon
148: Wärmetauscherzyklon
150: Tertiärluftleitung
151: Tertiärluftmündung
160: Flugstromreaktor
170: Zyklonabscheider
171: Feststoffauslass
172: Gasauslass
200: Anlage
210: Klinkerkühler
211: Kühlereinlauf
220: Drehrohrofen
230: Flugstromreaktor
232: Gaseinlass
231: Feststoffeinlass
240: Wärmetauscher
241: Feststoffeinlass
245: Wärmetauscherzyklon
246: Wärmetauscherzyklon
247: Wärmetauscherzyklon
248: Wärmetauscherzyklon
250: Tertiärluftleitung
251: Tertiärluftmündung
260: Flugstromreaktor
270: Zyklonabscheider
271: Feststoffauslass
272: Gasauslass
A: Abluft
B: Brennstoff
HC: Höhe
Hs: Höhe
KA: Kraftwerksasche
L: Luft
R: Rohmehl
TL: Tertiärluft
UC: Umkehrpunkt
US: Umkehrpunkt
Z: Zementklinker

Claims

Anlage (100, 200) zur Herstellung von Zementklinker (Z), aufweisend in Gasströmungsrichtung gesehen - mindestens einen Klinkerkühler (110, 210) zum Kühlen des gesinterten Zementklinkers (Z), - mindestens einen Drehrohrofen (120, 220) zum Sintern des Zementklinkers (Z), - mindestens einen Flugstromreaktor (130, 230) zum Entsäuern von Rohmehl (R) als Ausgangsprodukt, - mindestens einen Wärmetauscher (140, 240) zum Vorwärmen des Rohmehls (R), wobei eine Tertiärluftleitung (150, 250) vom Kühlereinlauf (111, 211) des mindestens einen Klinkerkühlers (110, 210) in den mindestens einen Flugstromreaktor (130, 230) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass die Tertiärluftleitung (150, 250) in Strömungsverbindung mit mindestens einem weiteren Flugstromreaktor (160, 260) geschaltet ist, in den Kraftwerksasche (KA) aufgebbar ist, wobei am Ende des mindestens einen weiteren Flugstromreaktors (160, 260) ein Zyklonabscheider (170, 270) angeordnet ist, der die in dem mindestens einem weiteren Flugstromreaktor (160, 260) behandelte Kraftwerksasche (KA) von Tertiärluft (TL) abtrennt.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasauslass (172, 272) des Zyklonabscheiders (170, 270) mit dem mindestens einen Flugstromreaktor (130, 230) zum Entsäuern von Rohmehl (R) verbunden ist, wobei der korrespondierende Gaseinlass (132, 232) an mindestens einem Flugstromreaktor (130, 230) zum Entsäuern von Rohmehl (R) vorzugsweise oberhalb der Tertiärluftmündung (151, 251) angeordnet ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass weitere Flugstromreaktor (160, 260) ein Schwanenhalsreaktor ist, dessen Höhe (Hs) des oberen Umkehrpunkts (US) vorzugsweise unterhalb der Höhe (Hc) eines Umkehrpunktes (UC) des Flugstromreaktors (130, 230) zum Entsäuern von Rohmehl (R) liegt.
Verfahren zur Herstellung von Zementklinker (Z) in einer Anlage (100, 200) nach den Ansprüchen 1 bis 3 durch - Vorwärmen von Rohmehl (R) in einem Wärmetauscher (140, 240), - Entsäuern des vorgewärmten Rohmehls (R) in einem Flugstromreaktor (130, 230), - Sintern des entsäuerten Rohmehls (R) zu Zementklinker (Z), - Kühlen des gesinterten Zementklinkers (Z), gekennzeichnet, durch - Suspendieren von Kraftwerksasche (KA) in Tertiärluft (TL), die beim Kühlen des Zementklinkers (Z) anfällt, - Trocknen und autothermes Ausbrennen der suspendierten Kraftwerksasche (KA) in einem weiteren Flugstromreaktor (160, 260), - Abtrennen der getrockneten und ausgebrannten Kraftwerksasche (KA) von der Tertiärluft (TL), - Zuführen der abgetrennten Tertiärluft (TL) in den Flugstromreaktor (130, 230) zum Entsäuern des vorgewärmten Rohmehls (R), - wobei die Zuführung der abgetrennten Tertiärluft (TL) in den Flugstromreaktor (130, 230) zum Entsäuern des vorgewärmten Rohmehls (R) oberhalb der Zuführung der der abgetrennten Kraftwerksasche (KA) in den Flugstromreaktor (130, 230) geschieht.