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Verfahren zur Herstellung hydraulischer Bindemittel in einer Wirbelschicht
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung hydraulischer
Bindemittel in einer Wirbelschicht durch Reaktion zusammengesinterter Teilchen der
Ausgangsstoffe.
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Es sind bereits Verfahren der erwähnten Art bekannt, bei welchen die
in gekörnter oder Pulverform vorliegenden Ausgangsstoffe in einem Reaktionsbehälter
geschüttet sind, durch dessen perforierten Boden erhitztes Gas geblasen wird. Die
Einfüllung der Ausgangsstoffe erfolgt in einem oberen Bereich des Behälters, während
der Austrag durch eine im unteren Teil des Behälters angebrachte Ablaufrinne erfolgen
soll. Da abgesehen vom Kalkbrennen die meisten Reaktionen der Ausgangsstoffe zur
Herstellung hydraulischer Bindemittel während der Sinterung erfolgen und daher die
Ausgangsteilchen bis zur Sinterung erwärmt werden müssen, entsteht eine Verklumpung,
welche die Fließfähigkeit des Endprodukts vermindert und eine kontinuierliche Herstellung
beeinträchtigt.
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Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, das unter
allen Umständen die Fließfähigkeit der bei der Reaktion anwesenden Teilchen aufrecht
erhält und ein kontinuierliches Abziehen des Endprodukts ermöglicht. Erreicht wird
dies erfindungsgemäß dadurch, daß zunächst eine Wirbelschicht aus im wesentlichen
fertigem Endprodukt gebildet, diese Wirbelschicht auf die für die Reaktion und Sinterung
der Ausgangsstoffe erforderliche Temperatur gebracht wird, die Ausgangsstoffe in
Korngrößen, die erheblich unter denen des Endprodukts liegen und in so geringen
Mengen der Wirbelschicht zugesetzt werden, daß die Wirbelschicht dauernd größtenteils
aus Endprodukt besteht, ein Teil des Endprodukts laufend abgezogen wird.
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Es sind auch Verfahren zum Kalkbrennen unter Verwendung einer Wirbelschicht
bekannt. Die eingangs aufgezeigte Problemstellung, nämlich bei noch tragbaren Reaktionsgeschwindigkeiten
ein Verklumpen des Endproduktes zu vermeiden, tritt hierbei jedoch nicht auf, da
beim Kalkbrennen nur eine Reaktion zwischen fester und gasförmiger Phase stattfindet.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind im Zusammenhang mit der Zeichnung
näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Zementbrennen in schematischer Darstellung
zeigt. Das pulverförmige Ausgangsmaterial wird in einer Korngröße von vorzugsweise
unter 140 Mikron der Vorrichtung aus einem Vorratsbehälter 1 über ein Fallrohr 2
zugeführt, in dem ein Steuerventil 3 vorgesehen ist. Das Ausgangspulver tritt dann
in die Luftzuleitung 4 ein, durch die Luft im Unterteil des Reaktionsgefäßes 5 zugeführt
wird. Das Fallrohr 2 weist eine solche Höhe auf, daß der zum Eintritt des Ausgangsmaterials
in die Leitung 4 erforderliche statische Druck vorhanden ist. Wahlweise kann die
Anordnung auch so getroffen sein, daß das Ausgangsmaterial unmittelbar dem Reaktionsgefäß
5 über eine Pumpe 6 und eine Leitung 7 zugeführt wird.
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Die Masse der im wesentlichen aus dem Endprodukt bestehenden Teilchen
wird im Reaktionsgefäß 5 durch die zugeführte Luft oder andere im Reaktionsgefäß
nach oben steigende Gase in einem fließfähigen Zustand gehalten. Das Reaktionsgefäß
5 kann ein zylindrischer, senkrecht angeordneter Behälter sein, an dem ein konisches
Bodenstück angebracht ist und der mit feuerfestem Material ausgekleidet sein kann.
Der Spiegel der fließfähigen Masse befindet sich dabei vorzugsweise im oberen Teil
des Reaktionsgefäßes 5. Brennstoff wird der fließfähigen, im Reaktionsgefäß 5 befindlichen
Masse durch eine über ein Steuerventil 9 steuerbare Leitung 8 zugeführt. Die Verbrennung
des Brennstoffes und der Luft innerhalb der fließfähigen Masse erzeugt die zur Aufrechterhaltung
der gewünschten Reaktionstemperatur erforderliche Wärme.
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Die in der fließfähigen Masse durch Verbrennung und durch Kalzinierung
der Karbonate entstehenden Verbrennungsgase und das Kohlendioxyd treten am Oberteil
des Reaktionsgefäßes 5 durch die Leitung 10
aus, durchströmen das
Rohrsystem eines Wärmetauschers 11 und anschließend eine Leitung 12. Im Wärmetauscher
11 wird die in den Gasen enthaltene Wärme zur Erzeugung von Dampf verwendet. An
der Außenhülle des Wärmetauschers 11 sind Leitungen 14 und 15 angebracht,
die den Innenraum des Wärmetauschers mit einem Dampfaufnahmebehälter 13 verbinden.
Der erzeugte Dampf fließt dann zu einer beliebigen weiteren Einrichtung über die
Leitung 16 ab, in der ein Rückschlagventil 17 vorgesehen ist. Wasser wird der Dampferzeugervorrichtung
über die Leitung 18 zugeführt, die über das Ventil 19 gesteuert werden kann.
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Die durch die Leitung 12 fließenden Gase können über einen Staubabscheider
20 geführt werden, in dem Staub und feine Teilchen abgeschieden werden, die
in Suspension in den das Reaktionsgefäß 5 verlassenden Gasen vorhanden sind. Der
Abscheider 20 kann als Elektrofilter ausgebildet sein oder eine andere, beliebige
Konstruktion aufweisen. Der Austritt der Gase aus dem Abscheider erfolgt über eine
Leitung 21. Der abgeschiedene Staub und die abgeschiedenen kleinen Teilchen können
dem Reaktionsgefäß 5 über die Leitung 22, die Pumpe 23 und die Leitung 24 wieder
zugeführt werden, oder sie können auch der Einrichtung über die Leitung 25 entnommen
werden, die durch ein Ventil 26 verschließbar ist.
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Ein Teil des fließfähigen Materials wird dem Reaktionsgefäß 5 ständig
über ein Fallrohr 27 entnommen, in dem eine Durchflußregelvorrichtung 28 vorgesehen
ist, und fließt dann durch die Leitung 29, durch die ein Teil oder die gesamte dem
Reaktionsgefäß 5 zugeführte Luftmenge abgezweigt und über einen Abscheider 30 geleitet
wird. Die in den Abscheider 30 eintretende Luft enthält daher in Suspension das
ganze fließfähige, dem Reaktionsgefäß 5 über das Fallrohr 27 entnommene Material.
Das Fallrohr 27 hat eine solche Höhe, daß der statische Druck Lies im Fallrohr 27
befindlichen, dem Reaktionsgefäß 5 entnommenen Materials ausreicht, um dieses Material
der Leitung 29 zuzuführen.
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Der Abscheider 30 kann als Zyklonabscheider ausgebildet sein oder
auch eine andere Konstruktion aufweisen. Im Abscheider 30 werden die gröberen Teilchen
abgeschieden und der Einrichtung durch die Leitung 31 entnommen, in der ein Ventil
32 vorgesehen ist. Der die feineren Teilchen in Suspension mitführende Luftstrom
verläßt den Oberteil des Abscheiders 30 über die Leitung 33, durchströmt die Luftleitung
4 und tritt dann in die fließfähige Masse des Reaktors 5 ein.
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Die für die Durchführung des Verfahrens erforderüche Luft wird der
Einrichtung von einem Kompressor 34 über die Leitung 35 zugeführt. Dabei fließt
ein Teil oder auch die gesamte Luft durch die Leitung 36 und das Ventil 37 zur Leitung
29.
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Ein Teil der vom Kompressor 34 geförderten Luft kann den Abscheider
30 dadurch umgehen, daß diese Luftmenge von der Leitung 35 über die Leitung
38 und ein Ventil 40 der Leitung 39 zugeführt wird, wo sie sich mit der durch den
Abscbeider 30 fließenden Luft vereinigt und mit dieser gemeinsam der Leitung 4 zuströmt.
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Die durch die Leitung 38 abgezweigte Luft kann, bevor sie sich mit
der aus dem Abscheider 30 der Leitung 33 zufließenden Luft vereinigt, durch indirekte
Erwärmung dadurch erhitzt werden, daß das in der Leitung 39 befindliche Ventil 40
geschlossen und die Ventile 41 und 42 geöffnet werden, so daß die abgezweigte Luft
durch die Wärmschlange 43 im Ofen 44 fließen muß.
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Die Leitung 4, durch die Luft dem Unterteil des Reaktionsgefäßes 5
zufließt, ist mit einem Rohransatz 45 versehen, der im Zusammenhang mit den Fließventilen
46 und 47 als Auffang dient, durch den größere Teilchen oder Agglomerate aus dem
Prozeß ohne Unterbrechung der kontinuierlichen Behandlung entnommen werden können.
Wie bereits oben erwähnt, können sich übermäßig große Teilchen oder Agglomerate
von Zeit zu Zeit in der im Reaktionsgefäß 5 befindlichen fließfähigen Masse bilden.
Wenn diese eine ausreichende Größe und ein ausreichendes Gewicht erreicht haben,
können sie nach unten entgegen der nach oben in der Leitung 4 strömenden Luft fallen.
Die Auffangvorrichtung kann dadurch zur Wirkung gebracht werden, daß im allgemeinen
das Ventil 47 geschlossen und das Ventil 46 offengehalten wird, wobei dann periodisch
das Ventil 46 geschlossen und das Ventil 47 geöffnet wird, um die auf dem Ventil
47 angesammelten Teilchen oder Agglomerate zu entfernen. Anschließend wird dann
das Ventil 47 wieder geschlossen und das Ventil 46 wieder geöffnet.
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Feinere Teilchen des Endproduktes können dem Reaktionsgefäß 5 über
die Leitung 48, die Pumpe 49 und die Leitung 50 zugeführt werden. Das so zugeführte
Material kann dadurch erhalten werden, daß ein Teil des durch die Leitung 31 und
das Ventil 32 austretenden Endproduktes auf die erforderliche Teilchengröße gemahlen
wird. Es sei dabei erwähnt, daß selbstverständlich das ganze dem Prozeß entnommene
Endprodukt zu einem äußerst feinen Pulver gemahlen wird, doch wird hierauf deswegen
nicht näher eingegangen, weil dieser Vorgang in der Zementindustrie allgemein bekannt
ist. Meist wird dieser abschließende Mahlprozeß stufenweise in der Art durchgeführt,
daß das Produkt in aufeinanderfolgenden Mahlstufen zu einem immer feineren Pulver
gemahlen wird. Es ist nun anzunehmen, daß in einer dieser Mahlstufen das Material
die richtige Feinheit aufweist, ohne eine minimale Größe zu unterschreiten, und
es kann nun dieses Pulver, wie oben erwähnt, der Reaktionszone zugeführt werden.
Ein solcher Vorgang stellt in Wirklichkeit einen Kreisprozeß dar, bei dem ein Teil
des Endproduktes einer der Mahlstufen, durch die das Endprodukt während des Vermahlens
zu einem äußerst feinen Pulver handelsüblicher Qualität durchgehen muß, entnommen
und der Reaktionszone wieder zugeführt wird.
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Das durch die Leitungen 2 und 27 hindurchfließende Material kann in
einem frei fließenden, unter einem statischen Druck stehenden Zustand dadurch gehalten
werden, daß ein Durchlüftungsgas, beispielsweise Luft, dem Boden dieser Falleitungen
in an sich bekannter Weise zugeführt wird.
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Verschiedene Teile der Anlage, wie beispielsweise das Reaktionsgefäß
5, können im Hinblick auf die hohen Temperaturen innen mit einem geeigneten, feuerfesten
Material ausgekleidet werden, und die ganze Einrichtung wir zweckmäßig allgemein
gegen Strahlungsverluste gut isoliert.
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Die beschriebene Vorrichtung ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens auch mit gewissen Abänderungen geeignet. Wie oben erwähnt, kann die Wärme,
die in den hocherhitzten, aus dem Oberteil des Reaktionsgefäßes 5 ausströmenden
Gasen
enthalten ist, zur Erzeugung von Dampf verwendet werden,
durch den dann andere Teile der Gesamtanlage betrieben werden, die mit der vorbeschriebenen
Einrichtung zusammenhängen, jedoch nicht einen unmittelbaren Teil desselben bilden.,
wie beispielsweise die für das Mahlen des Ausgangsmaterials erforderliche Einrichtung,
und ferner kann die Luft, wie dargestellt, in der im Ofen 44 angeordneten Schlange
43 vorgewärmt werden. Jedoch ist es im Hinblick auf die Betriebskosten der elektrischen
Energie oder des Brennstoffs vorteilhafter, die Luft in einem Wärmetauscher durch
die das Reaktionsgefäß 5 verlassenden Gase vorzuwärmen und eine von außerhalb gelieferte
elektrische Energie zum Antrieb der Mahleinrichtung zu verwenden. Bei der Beschreibung
der Erfindung wurden einige Ausführungsformen der Vorrichtung erwähnt, die zur Erreichung
eines hohen Wirkungsgrades dienen können. Beispielsweise kann ein Teil der dem Prozeß
zugeführten Luft unter Umgehung des Abscheiders 30 abgezweigt werden. Die für den
Betrieb der fließfähigen Masse im Reaktionsgefäß 5 erforderliche Luftmenge ist in
diesem Fall meist erheblich größer als die minimale, für den Betrieb des Abscheiders
30 erforderliche Luftmenge, d. h. die Luftmenge, die erforderlich ist, um das aus
dem Reaktionsgefäß 5 entnommene Material dem Abscheider 30 zuzuführen, in diesem
Abscheider die richtige Trennung entsprechend der Teilchengröße durchzuführen und
die feineren Teilchen dem Reaktionsgefäß 5 wieder zuzuführen. Ein Teil der dem Prozeß
zugeführten gesamten Luftmenge kann deshalb den Abscheider umgehen, wodurch deren
Größe und Belastung herabgesetzt wird. Außerdem kann durch die Steuerung der nicht
durch den Abscheider fließenden Luft die Teilchenabscheidung gesteuert werden.
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Ferner kann die Anordnung so getroffen werden, daß die abgezweigte
Luft vorgewärmt wird, bevor sie dem Reaktionsgefäß 5 zugeführt wird. Die gesamte
Luftmenge, die dem Reaktionsgefäß 5 zugeführt werden muß, hängt von der Wärmemenge
ab, die innerhalb des Reaktionsgefäßes erzeugt werden muß, und wenn die in das Reaktionsgefäß
5 einschließlich der Luft eintretenden Materialien nicht vorgewärmt werden, so ist
die zur Verbrennung einer ausreichenden Brennstoffmenge und damit zur Erzeugung
der erforderlichen Wärme notwendige Luftmenge weit größer als die minimale Luftmenge,
die ausreicht, um eine entsprechende Masse von Material in diesem Reaktionsgefäß
fließfähig zu erhalten. Aus diesem Grunde muß ein Reaktionsgefäß von verhältnismäßig
großem Durchmesser verwendet werden, damit der aufwärts durch die fließfähige Masse
fließende Gasstrom eine maximal zulässige Geschwindigkeit nicht übersteigt. Besonders
bei Anlagen großer Leistung kann es vorteilhaft sein, den Durchmesser des Reaktionsgefäßes
zu reduzieren, was durch indirektes Vorwärmen der Luft (d. h. durch Vorwärmen der
Luft ohne Reduzieren des Sauerstoffgehaltes) erreicht werden kann. In diesem Fall
ist die innerhalb des Reaktionsgefäßes 5 zu erzeugende Wärme um die Wärmemenge vermindert,
die der Luft durch indirekten Wärmeaustausch außerhalb des Reaktionsgefäßes 5 zugeführt
wurde. Dadurch kann der innerhalb des Reaktionsgefäßes 5 zu verbrennende Brennstoff
und die zugehörige Luftmenge herabgesetzt werden, und die sich so ergebende Verminderung
des Luftstromes ergibt einen kleineren Durchmesser des Reaktionsgefäßes 5, ohne
daß dadurch der aufwärts gerichtete, durch die fließfähige Masse fließende Gasstrom
eine maximal zulässige Geschwindigkeit übersteigt.