DE19518926B4

DE19518926B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von gebranntem Gut

Info

Publication number: DE19518926B4
Application number: DE19518926A
Authority: DE
Inventors: Karl-Josef Dipl.-Ing. Menzel
Original assignee: Polysius AG
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1995-05-23
Filing date: 1995-05-23
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2015-05-24
Also published as: DE19518926A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von gebranntem Gut, insbesondere zur Herstellung von Zementklinker, sowie zur gleichzeitigen Erzeugung von elektrischer Energie, wobei aufzubereitendes rohes Gut in einem aus mehreren Zyklonstufen bestehenden Zyklonvorwärmer (1, 1') zunächst mittels heißer Abgase eines Brennofens (2) vorgewärmt und wenigstens teilweise calciniert und das so erhitzte Gut anschließend in dem Brennofen unter Einsatz von Brennstoff gebrannt wird und wobei wenigstens ein Teil der heißen Abgase aus dem Zyklonvorwärmer durch eine Abhitzeverwertungseinrichtung eines Systems zur Erzeugung von elektrischer Energie hindurchgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der größte Teil der heißen Abgase – bei Betrachtung der aufeinanderfolgenden Vorwärmer-Zyklonstufen in Gasströmungsrichtung (9) – im Bereich nach der zweiten Zyklonstufe (6), aber vor der letzten Zyklonstufe (8, 21) aus dem Zyk1onvorwärmer (1, 1') abgeleitet, durch die Abhitzeverwertungseinrichtung (18, 18') des Energieerzeugungssystems (4, 4') hindurchgeleitet und anschließend wieder in die nächstfolgende Zyklonstufe (7, 8) des Zyklonvorwärmers zurückgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1) sowie eine Vorrichtung (gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 6) zur Herstellung von gebranntem Gut, insbesondere zur Herstellung von Zementklinker, sowie zur gleichzeitigen Erzeugung von elektrischer Energie.
Bei der Herstellung von Zementklinker versucht man durch eine gleichzeitige Erzeugung von elektrischer Energie eine besonders wirtschaftliche Art einer sogenannten "Kraft-Wärme-Kopplung" zu realisieren. Hierbei geht man davon aus, dass der Brennprozess zur Herstellung von Zementklinker eine hohe Wärmeenergiemenge mit Temperaturen von etwa 800°C und höher erfordert, wodurch große Mengen an Abwärme für Niedertemperaturnutzungen zur Verfügung stehen. Diese Abwärmemengen können beispielsweise für die Trocknung von Rohmaterial bei etwa 100°C sowie für die Vorwärmung von aufbereitetem Gut, z.B. Zementrohmehl bei der Zementklinkerherstellung, von etwa 80°C aufwärts ausgenutzt werden. Die durch den Brennprozess verfügbaren Abwärmeenergiemengen sind jedoch wesentlich größer als die in den zuvor genannten Verfahrensabschnitten nutzbaren Energiemengen, ganz abgesehen davon, dass diese Abwärmeenergiemengen ein relativ hohes Temperaturniveau haben.

Es gibt daher in der Praxis bereits viele Vorschläge, Abgase aus dem Brennprozess abzuleiten und zur Dampferzeugung und dadurch auch zur Erzeugung von elektrischer Energie auszunutzen. So sind beispielsweise aus der DE 40 41 251 A1 ein Verfahren und eine Anlage der eingangs vorausgesetzten Art bekannt. Hiernach soll das Gut unter Verwendung von minderwertigem Brennstoff in einem als Drehrohrofen ausgebildeten Brennofen mittels heißer Ofengase gebrannt und zumindest ein Teil der in den Abgasen dieses Drehrohrofens enthaltenen Wärmemenge in elektrische Energie umgewandelt werden, wozu die Temperatur dieser Ofenabgase im Bereich zwischen 700 und 1.200°C, vorzugsweise zwischen 800 und 900°C liegen soll. Dieser abgeleitete Teilgasstrom bzw. Bypassstrom der Ofenabgase wird einem Boiler zur Erzeugung von Dampf zugeleitet und danach über einen Filter aus dem System abgeführt. Der nicht zum Boiler abgeleitete andere Teilstrom der aus dem Drehrohrofen kommenden Abgase wird in einem Zyklonvorwärmer zur Vorwärmung und wenigstens teilweisen Calcinierung des zugeführten Gutes ausgenutzt.

Durch die zuvor beschriebene bekannte Ausführung wird zwar der. Forderung nach dem Bundesemmissionsschutzgesetz Rechnung getragen, dass etwa Anlagen zur Herstellung von Zementklinker die Abwärme des Brennprozesses besser ausnutzen. Die praktischen Erfahrungen mit diesen und ähnlichen Verfahren und Anlagen zur Herstellung von gebranntem Gut haben jedoch gezeigt, dass zum einen der Wirkungsgrad zur Erzeugung elektrischer Energie und zum andern die Ausnutzung der Wärmeenergiemenge für die Vorwärmung des Gutes noch sehr unzureichend sind.

In der DE 25 23 794 A1 werden verschiedene Anlagen und Verfahren beschrieben, um die Sekundärluft einer Verbrennungskammer durch die einen mehrstufigen Zyklonvorwärmer durchströmenden Abgasstrom eines Brennofens vorzuwärmen. In dieser Druckschrift wird außerdem die Möglichkeit offenbart, die Kühlerabluft zur Erzeugung von elektrischer Energie zu nutzen.

W. Kreft „Ökologische Gesichtspunkte zur Zementherstellung – Umweltorientierte Technologieanwendung als Beitrag zum Klimaschutz" in ZKG Nr. 39/1990, S. 153 bis 159 wird die Möglichkeit aufgezeigt, einen Teil der einen mehrstufigen Zyklonvorwärmer durchströmenden Abgase aus dem Zyklonvorwärmer abzuzweigen und zur Energieerzeugung zu nutzen. Ein ähnliches Verfahren wird auch in der US 4,071,309 offenbart.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Anlage gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 6 derart weiterzuentwickeln, dass sowohl eine möglichst vollständige Ausnutzung der Brennofenabgase wenigstens für die Vorwärmung des Gutes als auch ein relativ hoher Wirkungsgrad bei der Erzeugung elektrischer Energie mit Hilfe heißer Gase aus dem Zyklonvorwärmer erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß zum einen (hinsichtlich des Verfahrens) durch das Kennzeichen des Anspruches 1 und zum andern (hinsichtlich der Anlage) durch das Kennzeichen des Anspruches 6 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im Gegensatz zu den oben erläuterten bekannten Ausführungen wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren so vorgegangen, dass wenigstens der größte Teil der heißen Abgase – bei Betrachtung der aufeinanderfolgenden Vorwärmer-Zyklonstufen in Gasströmungsrichtung – im Bereich nach der zweiten Zyklonstufe, aber vor der letzten Zyklonstufe aus dem Zyklonvorwärmer abgeleitet, durch die Abhitzeverwertungseinrichtung des Energieerzeugungssystems hindurchgeleitet und anschließend wieder in die nächst folgende Zyklonstufe des Zyklonvorwärmers zurückgeführt wird. Bei diesen Verfahren wird somit gewissermaßen in den mittleren Zyklonstufen des Zyklonvorwärmers das noch auf einem relativ hohen Temperaturniveau befindliche Abgas aus dem eigentlichen Zyklonvorwärmerbereich abgeleitet bzw. umgeleitet und für die Erzeugung elektrischer Energie durch die Abhitzeverwertungseinrichtung (z.B. durch einen Abhitzekessel zur Erzeugung von Dampf) hindurchgeleitet, woraufhin dann das abgeleitete Abgas wieder in die nächstfolgende Zyklonstufe des Zyklonvorwärmers zurückgeführt wird. Auf diese Weise kann die Erzeugung elektrischer Energie (Stromerzeugung) mit einem relativ hohen Wirkungsgrad erreicht werden. Das wieder in den Zyklonvorwärmer zurückgeführte und in seinem Temperaturniveau herabgesetzte Abgas hat immer noch die notwendige Wärmemenge, damit wenigstens eine ausreichende Vorwärmung des dem Zyklonvorwärmer zugeführten Gutes in den nachfolgenden Zyklonstufen gewährleistet werden kann. Es kann daher sowohl die Erzeugung elektrischer Energie mit relativ hohem Wirkungsgrad als auch der notwendige Wärmetausch zwischen Gas und Gut sehr optimal durchgeführt werden. Letzteres wird auch praktisch dann kaum beeinträchtigt, wenn durch diese erfindungsgemäße Verfahrensweise eventuell mit einem geringen Wärmemehraufwand für den Brennprozess im Brennofen gearbeitet wird.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Abgase mit einer Temperatur von etwa 400 bis 660°C durch die Abhitzeverwertungseinrichtung hindurchgeleitet werden.

Bei der praktischen Durchführung des Verfahrens wird im Hinblick auf die Anzahl der Zyklonstufen des verwendeten Zyklonvorwärmers die Wirtschaftlichkeit einerseits der Wärmebehandlung und andererseits der Stromerzeugung nach oben hin beispielsweise durch den Bauaufwand und den zunehmenden Druckverlust hinsichtlich der Gasströmung bei einer größeren Anzahl von Zyklonstufen begrenzt. In der Praxis erscheint die Verwendung von vier-, fünf- und eventuell sechsstufigen Zyklonvorwärmern als zweckmäßig.

Wenn in diesem Simse eine besonders hohe Erzeugungsrate an elektrischer Energie (Stromerzeugungsrate) gewünscht wird, dann wird zweckmäßig ein vierstufiger Zyklonvorwärmer verwendet, wobei die Abgase nach der zweiten oder dritten Zyklonstufe, besonders bevorzugt nach der zweiten Zyklonstufe, zur Abhitzeverwertungseinrichtung abgeleitet werden. Da in diesem Falle durch den verstärkten Abzug von Wärmeenergie aus dem Abgas für die Stromerzeugung mit einer geringfügigen Herabsetzung der Gutvorwärmung im Vorwärmer gerechnet werden muss, kann in diesem Falle geringe zusätzliche Brennstoffzuführung im eigentlichen Brennprozess, d.h. im Brennofen erfolgen; hierdurch wird jedoch die gute Gesamtwirtschaftlichkeit und der – im Vergleich zu den eingangs erläuterten bekannten Ausführungen – verbesserte Wirkungsgrad kaum oder überhaupt nicht beeinträchtigt.

Als besonders vorteilhaft hat es sich ferner erwiesen, wenn bei Verwendung eines fünfstufigen Zyklonvorwärmers die Abgase nach der zweiten Zyklonstufe oder, was besonders bevorzugt wird, nach der dritten Zyklonstufe zur Abhitzeverwertungseinrichtung abgeleitet werden. Diese Verfahrensweise erweist sich zusätzlich zu der guten Wirtschaftlichkeit und zu dem guten Wirkungsgrad noch als besonders guter Kompromiss zwischen Betriebssicherheit, d.h. bei Betrieb ohne Abhitzeverwertungseinrichtung bzw. Abhitzekessel (wenn beispielsweise der Abhitzekessel ausgefallen ist), und Ausbeute an elektrischer Energie.

Aus der Herstellung von Zementklinker ist es allgemein bekannt, dass der Wärmeinhalt der Abgase aus dem Zyklonvorwärmer, d.h. wenn diese Abgase den Vorwärmer vollkommen durchströmt haben, noch zur Mahltrocknung des aufzubereitenden und somit dem Vorwärmer zuzuführenden Gutes ausgenutzt werden können. In diesem Falle ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders zweckmäßig, wenn das Temperaturniveau der Vorwärmerabgase durch die Abhitzeverwertung so gesteuert wird, dass der Wärmeinhalt dieser Vorwärmerabgase gerade noch für die Mahltrocknung des Gutes ausreicht, d.h. die Mahltrocknung stellt in diesem Falle gewissermaßen eine letzte Stufe der Wärmeausnutzung für die Abgase dar, so dass dadurch die Wirtschaftlichkeit dieses erfindungsgemäßen Verfahrens noch weiter erhöht werden kann.

Insgesamt gesehen lassen sich durch dieses erfindungsgemäße Verfahren somit – stichwortartig – folgende Vorteile erzielen:

– praktisch vollständige Verwertung der Abgaswärmemenge aus dem Brennprozess im Brennofen für die Gutvorwärmung, die Erzeugung elektrischer Energie und die Mahltrocknung des wärmezubehandelnden Gutes;
– für die Erzeugung elektrischer Energie bzw. Stromerzeugung steht ein hohes Temperaturniveau zur Verfügung, was einen hohen Wirkungsgrad bei dieser Stromerzeugung und eine entsprechende Wirtschaftlichkeit bedeutet;
– bei geringem Brennstoff- bzw. Wärmemehraufwand für den Brennprozeß im Brennofen werden besonders große elektrische Energiemengen erzeugt;
– bezogen auf den geringen zusätzlichen Brennstoffeinsatz werden im Vergleich zu bekannten Großkraftwerken deutlich höhere Wirkungsgrade für die Stromerzeugung erreicht;
– besonders vorteilhaft ist auch, dass global gesehen Primärenergie eingespart und die Umwelt hinsichtlich CO2-Ausstoß geschont wird.

Insgesamt gesehen kann somit bei der Herstellung von Zementklinker oder ähnlichem gebrannten Gut auf äußerst vorteilhafte und damit wirtschaftliche Weise eine ansonsten überschüssige Wärmemenge mit besonders hohem Wirkungsgrad für die Erzeugung elektrischer Energie ausgenutzt werden.

Diese und weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich ferner aus der nachfolgenden Erläuterung einiger in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung von Zementklinker oder ähnlichem gebrannten Gut.
In der Zeichnung zeigen
1 eine einfache Schemadarstellung eines ersten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Anlage unter Verwendung eines vierstufigen Zyklonvorwärmers;
2 eine einfache Schemadarstellung eines anderen Anlagenbeispieles unter Verwendung eines fünfstufigen Zyklonvorwärmers.
Bei dem in 1 veranschaulichten Anlagenbeispiel sei angenommen, dass diese Anlage zur Herstellung von Zementklinker und dabei zur gleichzeitigen Erzeugung von elektrischer Energie, d.h. Stromerzeugung ausgebildet ist.
Dieses Ausführungsbeispiel gemäß 1 enthält einen aus mehreren Zyklonstufen bestehenden mehrstufigen Zyklonvorwärmer 1, einen Brennofen 2 sowie einen diesem Brennofen 2 gutmäßig nachgeordneten Kühler 3. Ferner enthält die Anlage ein zur Erzeugung von elektrischer Energie, also zur Stromerzeugung ausgebildetes System 4, das nachfolgend als Stromerzeugungssystem bezeichnet wird.
Der mehrstufige Zyklonvorwärmer dieses ersten Ausführungsbeispieles (1) ist durch einen vierstufigen Zyklonvorwärmer 1 mit den Zyklonstufen 5, 6, 7, 8 gebildet. Zumindest der Zyklonvorwärmer 1 und der vorzugsweise in Form eines Drehrohrofens 2 ausgebildete Brennofen werden insgesamt weitgehend im Gegenstrom von dem vorzuwärmenden und zu brennenden Gut und den Brenn- und Abgasen durchströmt, wobei die Gasströmungsrichtung durch gestrichelte Pfeile 9 und die Bewegungsrichtung des Gutes durch ausgezogene Pfeile 10 angegeben ist. Bei Betrachtung der Gasströmungsrichtung 9 im Zyklonvorwärmer 1 stellt somit die unterste Zyklonstufe 5 die erste Zyklonstufe, die zweitunterste Zyklonstufe 6 die zweite Zyklonstufe, die Zyklonstufe 7 die dritte und die oberste Zyklonstufe 8 die vierte Zyklonstufe dar.
Das Guteinlaufende 2a des Drehrohrofens 2 ist mit der untersten, ersten Zyklonstufe 5 des Zyklonvorwärmers 1 durch eine Ofenabgasleitung 11 verbunden, die in an sich bekannter Weise auch gleichzeitig als Calcinierstufe ausgebildet sein kann, wobei dann eine gesonderte Brennstoffzuführung (nicht dargestellt, da bekannt) dieser Ofenabgasleitung 11 zugeordnet sein kann. Die einander benachbarten Zyklonstufen sind jeweils in an sich bekannter Weise – wie in 1 zu erkennen – zum einen durch Gasleitungen und zum andern durch Gutleitungen entsprechend miteinander verbunden. Die Gutleitung 12 aus der untersten, ersten Zyklonstufe 5 führt direkt in das Guteinlaufende 2a des Drehrohrofens 2.
Eine obere Abgasleitung 13 führt im veranschaulichten ersten Beispiel Abgase aus dem Zyklonvorwärmer über ein Gebläse 14 zu einer nur ganz schematisch angedeuteten, in üblicher Weise ausgebildeten Mahltrocknungseinrichtung 15, aus der die verbrauchten Abgase – entsprechend Pfeil 16 – einer nicht näher veranschaulichten Filtereinrichtung und das aufbereitete Gut, insbesondere Zementrohmehl, entsprechend Pfeil 10 der obersten, vierten Zyklonstufe 8 zugeführt wird.
Das aufbereitete Zementrohmehl, wird somit mittels der Abgase des Drehrohrofens 2 im Zyklonvorwärmer 1 vorgewärmt und wenigstens teilweise calciniert und danach in dem Drehrohrofen 2 unter Einsatz von Brennstoff mittels der heißen Ofengase gebrannt. Das den Drehrohrofen 2 verlassende Gut gelangt in den Kühler 3, wo es für die Weiterverarbeitung mittels Kühlluft hinreichend abgekühlt wird, die zu einem Teil dem Drehrohrofen 2 und zum andern Teil – über eine Leitung 17 – in die Ofenabgasleitung 11 geführt werden kann.
Was die Ausbildung des Stromerzeugungssystems 4 betrifft, so kann dieses in an sich bekannter Weise ausgebildet sein und dabei zumindest eine Abhitzeverwertungseinrichtung, vorzugsweise in Form eines Abhitzekessels 18 zur Erzeugung von Dampf sowie einen geeigneten Generator 19 zur Stromerzeugung enthalten.
Zum Betrieb der erfindungsgemäßen Anlage wird wenigstens der größte Teil, vorzugsweise der ganze Anteil der Abgase – bei Betrachtung der aufeinanderfolgenden Vorwärmer-Zyklonstufen 5, 6, 7, 8 in Gasströmungsrichtung 9 – im Bereich nach der zweiten Zyklonstufe, aber vor der letzten Zyklonstufe 8 aus dem Vorwärmer 1 abgeleitet, durch den Abhitzekessel 18 des Stromerzeugungssystems 4 hindurchgeleitet und anschließend wieder in die nächstfolgende Zyklonstufe 7 des Vorwärmers 1 zurückgeführt. Bei diesem ersten Anlagenbeispiel in 1 mit dem vierstufigen Zyklonvorwärmer 1 ist der Abhitzekessel 18 an diesen Vorwärmer 1 über eine Gasverbindungsleitung angeschlossen, die durch eine Vorwärmergasleitung 20 gebildet ist, die – in Gasströmungsrichtung 9 betrachtet – zwei mittlere Zyklonstufen 6 und 7 miteinander verbindet. Dies bedeutet, dass der Abhitzekessel 18 des Stromerzeugungssystems 4 wenigstens teilweise bzw. weitgehend in den Zyklonvorwärmer 1 integriert ist.
Wie in durchgehenden Linien veranschaulicht ist, ist der Abhitzekessel 18 dieses ersten Anlagenbeispieles in die die zweite Zyklonstufe 6 mit der dritten Zyklonstufe 7 verbindende Vorwärmergasleitung 20 integriert, wodurch sich eine ganz besonders hohe Stromerzeugungsrate erzielen lässt. Stattdessen ist es jedoch auch möglich, in der strichpunktiert dargestellten Weise den Abhitzekessel 18' des Stromerzeugungssystems 4' in die Vorwärmergasleitung 20' zu integrieren, die die dritte Zyklonstufe 7 mit der obersten bzw. letzten, vierten Zyklonstufe 8 verbindet.
Bei der Auswahl der Stelle, an der der Abhitzekessel 18 bzw. 18' in eine Vorwärmergasleitung 20 bzw. 20' zwischen zwei mittleren Zyklonstufen integriert werden kann, wird zweckmäßig darauf geachtet, dass die Abgase dort mit einer Temperatur von etwa 400 bis 660°C in den Abhitzekessel 18 bzw. 18' eingeführt werden können, d.h. je nach der Ausführungsart und der günstigsten Betriebsweise kann das Temperaturniveau gewählt werden, bei dem die Abgase durch den Abhitzekessel hindurchgeleitet werden.
Wie bereits weiter oben erwähnt worden ist, kann das Temperaturniveau der den Vorwärmer 1 durch die Abgasleitung 13 verlassenden Abgase durch die Abhitzeverwertung im Abhitzekessel so gesteuert werden, dass der Wärmeinhalt dieser Vorwärmerabgase gerade noch für die Mahltrocknung in der Mahltrocknungseinrichtung 15 ausreicht.
Das in 2 veranschaulichte zweite Anlagenbeispiel unterscheidet sich von dem zuvor anhand 1 erläuterten hauptsächlich in zwei Punkten, so dass alle Teile und Führungen, die gleichartig zum Beispiel der 1 ausgebildet sind, mit denselben Bezugszeichen versehen sind, wodurch eine nochmalige Erläuterung dieser Teile weitgehend unterbleiben kann.
Ein erster Unterschied zum Beispiel der 1 ist darin zu sehen, dass der mehrstufige Zyklonvorwärmer in Form eines fünfstufigen Zyklonvorwärmers 1' ausgebildet ist, d.h. er weist zusätzlich zu den Zyklonstufen 5, 6, 7 und 8 noch eine fünfte Zyklonstufe 21 auf, die in diesem Falle die oberste und letzte Zyklonstufe des Vorwärmers 1' bildet.
Ansonsten kann dieses zweite Anlagenbeispiel neben dem Zyklonvorwärmer 1' den Drehrohrofen 2 und den Kühler 3 enthalten, wobei die unterste, erste Zyklonstufe 5 des Vorwärmers 1' mit dem Drehrohrofen 2 wiederum durch die Ofenabgasleitung 11 verbunden ist.
Der zweite Hauptunterschied dieses Anlagenbeispieles gemäß 2 zum Beispiel der 1 ist die – in ausgezogenen Linien dargestellte – bevorzugte Einschaltung des zum Stromerzeugungssystem 4 gehörenden Abhitzekessels 18 in die Vorwärmerleitung 20', die die dritte Zyklonstufe 7 mit der vierten Zyklonstufe 8 verbindet, d.h. die entsprechend den Pfeilen 9 strömenden Abgase werden vorzugsweise nach der dritten Zyklonstufe 7 zum Abhitzekessel 18 abgeleitet und nach Durchströmen dieses Abhitzekessels 18 in den Vorwärmer 1' zurückgeleitet, und zwar in dessen vierte Zyklonstufe 8. Auch in diesem Falle kann das Stromerzeugungssystem 4 in an sich bekannter Weise ausgeführt sein (so wie im Zusammenhang mit 1 erläutert).
Im Bedarfsfalle besteht jedoch auch im Beispiel der 2 die strichpunktiert angedeutete Möglichkeit, den Abhitzekessel 18' des Stromerzeugungssystems 4' an einer geeigneten anderen Stelle anzuordnen, wenn der Abhitzekessel 18' mit einem anderen Temperaturniveau der Abgase durchströmt werden soll. Hierfür bietet sich – bei entsprechend höherem Temperaturniveau der Abgase – vor allem die in 2 angedeutete Stelle im Bereich zwischen der zweiten Zyklonstufe 6 und der dritten Zyklonstufe 7 an, so dass die diese beiden Zyklonstufen 6, 7 verbindende Vorwärmergasleitung 20 dann gleichzeitig die Gasverbindungsleitung zum Abhitzekessel 18' bildet. Bei dieser zuletzt genannten Ausführungsvariante weisen die durch den Abhitzekessel 18' hindurchgeleiteten Abgase dann ein besonders hohes Temperaturniveau auf. Dagegen kann dort, wo ein relativ niedriges Temperaturniveau der durch den Abhitzekessel strömenden Abgase gewünscht wird bzw. zweckmäßig erscheint, der Abhitzekessel eventuell auch in die die vierte Zyklonstufe 8 mit der fünften Zyklonstufe 21 bildende Vorwärmergasleitung in ansonsten gleichartiger Weise wie oben geschildert integriert werden.
In der nachfolgenden Tabelle sind einige Vergleichswerte von sieben verschiedenen Vorwärmertypen als Vergleich bzw. zur Darstellung der Kraft-Wärme-Kopplung bei etwa vergleichbaren Verfahren zur Herstellung von Zementklinker zusammengestellt, d.h. die verschiedenen Vorwärmertypen unterscheiden sich zum einen durch die Anzahl der Zyklonstufen und zum andern durch die Position des Abhitzekessels eines angeschlossenen Stromerzeugungssystems. Dabei zeigen die Beispiele 1 und 2 vor allem Vergleichsbeispiele, von denen das Beispiel 1 einen Vorwärmertyp mit sechs Zyklonstufen ohne die Zuordnung eines Stromerzeugungssystems und das Beispiel 2 ein weiteres Vergleichsbeispiel eines Vorwärmertyps mit fünf Zyklonstufen offenbart, bei dem die den Vorwärmer verlassenden Abgase erst nach dessen fünfter und letzter Zyklonstufe über den Abhitzekessel eines zugeordneten Stromerzeugungssystems geleitet werden. Die Beispiele 3 bis 7 betreffen fünfstufige und vierstufige Vorwärmertypen, wie sie weiter oben anhand der 1 und 2 beschrieben worden sind und die sich nur durch die jeweilige Position des Abhitzekessels unterscheiden.
Vergleicht man die mit den Beispielen der 2 bis 7 jeweils an elektrischer Energie erzeugten Größen, dann lassen sich deutliche Steigerungen bei der Stromerzeugung (in kWh/tKl) einerseits bei den vier- und fünfstufigen Vorwärmertypen, bei denen der Abhitzekessel nach einer der mittleren Zyklonstufen angeordnet ist, gegenüber dem zweiten Beispiel erkennen, dessen fünfstufigem Vorwärmertyp der Abhitzekessel des Stromerzeugungssystems – im Vorwärmerabgas – nachgeschaltet ist. Besonders hohe Stromerzeugungsraten lassen sich mit den Ausführungsbeispielen 5 und 7 erzielen, in denen Abgas nach der zweiten Zyklonstufe über den Abhitzekessel umgeleitet wird, wo also die Stromerzeugung mit einem relativ hohen Temperaturniveau (660 bzw. 627°C) durchgeführt wird. Besonders wirtschaftlich lassen sich bei einem geringen Mehrverbrauch an Wärmeenergie – verglichen mit dem Beispiel der 1 – auch die Ausführungsbeispiele 4 und 6 betreiben, in denen die Abgase nach der dritten Zyklonstufe über den Abhitzekessel geleitet werden, d.h. hiernach kann bei wirtschaftlicher Betriebsweise sowohl eine ausreichende Vorwärmung und wenigstens teilweise Calcination des zu brennenden Gutes als auch eine bereits recht günstig verwertbare Menge an elektrischer Energie erzeugt werden. Wenn man dabei in der Tabelle nochmals die in der untersten Zeile angegebene Stromerzeugung betrachtet, dann können durch das Ausführungsbeispiel 7 ca. 43,3 kWh an elektrischer Energie je Tonne erzeugten Klinkers gleichzeitig bei ausreichender Vorwärmung des zu brennenden Gutes erzeugt werden, was etwa 50% des gesamten elektrischen Energiebedarfs für die Zementproduktion entspricht.

Claims

Verfahren zur Herstellung von gebranntem Gut, insbesondere zur Herstellung von Zementklinker, sowie zur gleichzeitigen Erzeugung von elektrischer Energie, wobei aufzubereitendes rohes Gut in einem aus mehreren Zyklonstufen bestehenden Zyklonvorwärmer (1, 1') zunächst mittels heißer Abgase eines Brennofens (2) vorgewärmt und wenigstens teilweise calciniert und das so erhitzte Gut anschließend in dem Brennofen unter Einsatz von Brennstoff gebrannt wird und wobei wenigstens ein Teil der heißen Abgase aus dem Zyklonvorwärmer durch eine Abhitzeverwertungseinrichtung eines Systems zur Erzeugung von elektrischer Energie hindurchgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der größte Teil der heißen Abgase – bei Betrachtung der aufeinanderfolgenden Vorwärmer-Zyklonstufen in Gasströmungsrichtung (9) – im Bereich nach der zweiten Zyklonstufe (6), aber vor der letzten Zyklonstufe (8, 21) aus dem Zyk1onvorwärmer (1, 1') abgeleitet, durch die Abhitzeverwertungseinrichtung (18, 18') des Energieerzeugungssystems (4, 4') hindurchgeleitet und anschließend wieder in die nächstfolgende Zyklonstufe (7, 8) des Zyklonvorwärmers zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die heißen Abgase mit einer Temperatur von etwa 400°C bis etwa 660°C durch die Abhitzeverwertungseinrichtung hindurchgleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein vierstufiger Zyklonvorwärmer (1) verwendet wird und die heißen Abgase nach der dritten Zyklonstufe (7) oder – vorzugsweise nach der zweiten Zyklonstufe (6) zur Abhitzeverwertungseinrichtung (18, 18') abgeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines fünfstufigen Zyklonvorwärmers (1') die heißen Abgase nach der zweiten Zyklonstufe (6) oder – vorzugsweise – nach der dritten Zyklonstufe (7) zur Abhitzeverwertungseinrichtung (18, 18') abgeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Wärmeinhalt der Abgase aus dem Zyklonvorwärmer (1) noch zur Mahltrocknung (15) des aufzubereitenden Gutes ausgenutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturniveau der heißen Abgase durch die Abhitzeverwertung so gesteuert wird, dass der Wärmeinhalt dieser Abgase gerade noch für die Mahltrocknung des Gutes ausreicht.
Anlage zur Herstellung von gebranntem Gut, insbesondere zur Herstellung von Zementklinker, sowie zur gleichzeitigen Erzeugung von elektrischer Energie, enthaltend a) einen aus mehreren Zyklonstufen bestehenden Zyklonvorwärmer (1, 1') zum Vorwärmen und wenigstens teilweisen Calcinieren von aufbereitetem, rohen Gut, b) einen Brennofen (2) zum Fertigbrennen des wenigstens teilweise calcinierten Gutes, wobei der Brennofen mit dem Zyklonvorwärmer durch eine Ofenabgasleitung (11) verbunden ist, b) sowie ein zur Erzeugung von elektrischer Energie ausgebildetes System (4, 4') mit einer Abhitzeverwertungseinrichtung (18, 18'), die über eine Gasverbindungsleitung (20, 20') an den Zyklonvorwärmer angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass c) die Abhitzeverwertungseinrichtung (18, 18') des Energieerzeugungssystems (4, 4') wenigstens teilweise in den Zyklonvorwärmer (1, 1') integriert und die Gasverbindungsleitung zur Abhitzeverwertungseinrichtung durch eine Vorwärmergasleitung (20, 20') gebildet ist, die – in Gasströmungsrichtung (9) des Zyklonvorwärmers betrachtet – zwei mittlere Zyklonstufen (6 und 7, 7 und 8) miteinander verbindet.
Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abhitzeverwertungseinrichtung (18, 18') in eine Vorwärmergasleitung (20, 20') integriert ist, in der die Vorwärmgase eine Temperatur von ca. 400 bis 660°C aufweisen.
Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abhitzeverwertungseinrichtung (18, 18') bei einem vierstufigen Zyklonvorwärmer (1) in Gasströmungsrichtung (9) betrachtet – in die die zweite Zyklonstufe (6) mit der dritten Zyklonstufe (7) verbindende Vorwärmergasleitung (20) oder in die die dritte Zyklonstufe (7) mit der vierten Zyklonstufe (8) verbindende Vorwärmergasleitung (20') integriert ist.
Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abhitzeverwertungseinrichtung (18, 18') bei einem fünfstufigen Zyklonvorwärmer (1') – in Gasströmungsrichtung (9) betrachtet – in die die zweite Zyklonstufe (6) mit der dritten Zyklonstufe (7) verbindende Vorwärmergasleitung (20) oder in die die dritte Zyklonstufe (7) mit der vierten Zyklonstufe (8) verbindende Vorwärmergasleitung (20') integriert ist.