DE19718017C1

DE19718017C1 - Verfahren zur Reduzierung der in Zementklinker-Brennanlagen anfallenden Chloridverbindungen

Info

Publication number: DE19718017C1
Application number: DE19718017A
Authority: DE
Inventors: Hans-Dietmar Dr Rer Nat Maury; Bernold Kraft
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-04-29
Filing date: 1997-04-29
Publication date: 1998-10-01
Anticipated expiration: 2017-04-30
Also published as: SK56498A3; JPH11116293A; RU2171129C2; PL325577A1; CZ124798A3; EP0875276A3; US6068826A; EP0875276A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der in Zementklinker- Brennanlagen anfallenden Chloridverbindungen. Ein grundsätzliches be triebstechnisches Problem von Zementklinker-Brennanlagen sind die in den Brennraum eingetragenen Chlorverbindungen sowohl aus den Rohstoffen als auch aus den Brennstoffen. Die Chlorverbindungen setzen sich bei Unter schreitung ihrer Kondensationstemperatur ab und können auf diese Weise zu Betriebsstörungen in der Anlage führen. Chloreinträge sind insbesondere bei der Herstellung von Zementen mit niedrigem Alkaligehalt nachteilig. Derartige Zemente werden daher ausschließlich unter Verwendung von Roh- und Brennstoffen mit niedrigen Chloridgehalten hergestellt. Zur Reduzierung der Betriebskosten wird angestrebt, auch Roh- und Brennstoffe mit höheren Chlo ridgehalten sowohl für die Herstellung von Zementen normaler Qualitäten als auch für die Erzeugung von alkaliarmen Zementen ("low alkali cement") einzu setzen. Erst auf diese Weise läßt sich auch Abfall in höheren Anteilen als bis her als Sekundär-Brennstoff einsetzen.

Bei Zementklinker-Brennverfahren mit erhöhten Chloridgehalten ist es bereits bekannt, Bypass-Systeme zu installieren, mit denen sich zwar Betriebsstörun gen verringern lassen, wie sie durch die inneren Kreisläufe im Ofen-Wärme tauscher-System verursacht werden, die aber andere Nachteile mit sich brin gen. Zum einen erhöhen Bypass-Systeme den spezifischen Energiebedarf der Anlage. Zum anderen können aus Qualitätsgründen die anfallenden Staub mengen dem Endprodukt Zement nicht wieder zugesetzt werden, so daß oft eine Deponierung der anfallenden großen Staubmengen in Steinbrüchen oder zunehmend auch in geordneten Hausmülldeponien erforderlich wird. Für die Verarbeitung hochchlorider Stäube mit einem Gewichtsanteil der Chloridver bindungen von mehr als 20% sowie für die Herstellung besonders alkaliarmer Zemente sind die herkömmlichen Bypass-Systeme daher nicht einsetzbar.

Aus der DE 30 43 329 C2 ist ein Verfahren bekannt, mit dem sich Chloride und Fluoride selektiv aus heißen Gasgemischen abscheiden lassen, die durch Vergasen fester oder flüssiger bzw. durch Entgasen fester Brennstoffe erzeugt wurden. Die in dem Gasgemisch enthaltenen Chloride und Fluoride werden hierzu in eine geringe Menge einer hochkonzentrierten Lösung überführt, die sich dann mit geringem Aufwand weiter aufbereiten läßt, ohne daß die Gefahr eines Abscheidens der Ammoniumchloride und -fluoride auf den Kühlflächen besteht. Hierzu wird das Gasgemisch beim Entfernen der Chloride und Fluoride nur so weit abgekühlt, daß nur ein kleiner Teil des im Gas enthaltenen Was serdampfes kondensiert. Auf diese Weise wird ein chlorid- und fluoridhaltiges Abwasser mit geringer Abwassermenge erhalten, die sich dann mit wirtschaft lich vertretbarem Aufwand eindampfen läßt. Ein weiterer, allerdings chlorid freier Abwasserstrom ergibt sich bei einer weiteren Abkühlung des Gasgemi sches bis auf Temperaturen bis unterhalb 40°C.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reduzie rung der in Zementklinker-Brennanlagen anfallenden Chloridverbindungen zu schaffen, welches es erlaubt, bei der Herstellung normalen oder alkaliarmen Zements auch preiswerte Roh- und Brennstoffe einzusetzen, die einen über durchschnittlich hohen Chloridgehalt aufweisen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem man

a) zumindest einen Teil der chloridhaltigen Gase aus dem Ofenraum abzieht,
b) die Gase zu einem Kondensator führt, wobei man die Gastemperatur auf einem Wert oberhalb der Kondensationstemperatur der Chlorid verbindungen hält,
c) die Chloridverbindungen an gekühlten Kondensationsflächen des Kondensators bis auf einen Wert unterhalb der Kondensationstem peratur abkühlt,
d) die gereinigten Gase aus dem Kondensator abführt, vorzugsweise anschließend in den Ofenraum zurückführt,
e) die Kondensationsflächen kontinuierlich oder diskontinuierlich von den daran kondensierten Chloridkristallen reinigt und diese austrägt.

Erfindungsgemäß werden also zunächst zumindest Teile der chloridhaltigen Gase aus dem Ofenraum abgezogen. Dies erfolgt an geeigneter Stelle des Ofenraums zwischen dem Sinter- und dem Calcinierbereich. Die Temperatur des Gases liegt hier im Bereich von 900 bis 1.200°C, vorzugsweise bei etwa 1.100°C. Die abgezogenen, stark chloridhaltigen Gase werden anschließend zu einem Kondensator geführt, wobei durch geeignete Mittel die Gastempera tur auf einem Wert oberhalb der Kondensationstemperatur aufrechterhalten werden muß. Vorzugsweise sollte die Temperatur beim Eintritt in den Konden sator daher nicht unter 850°C liegen. Sodann werden die Chloridverbindun gen an gekühlten Kondensationsflächen des Kondensators bis auf einen Wert unterhalb der Kondensationstemperatur abgekühlt. Die Chloridverbindungen kristallisieren hierbei unmittelbar an den Kondensationsflächen, deren Oberflä chentemperaturen durch Verwendung eines geeigneten Kühlmediums im Be reich zwischen 300 und 400°C liegen sollten. Erfindungsgemäß wird daher die Abscheidung der Chlorverbindungen über einen großen Temperaturgradienten herbeigeführt. Dieser Temperaturgradient zwischen der Gastemperatur und der Temperatur an den relativ kalten Kondensationsflächen beträgt zwischen 700 und 800°C, was zu einer nahezu schlagartigen Kristallisation der Chloridteilchen an den Kondensationsflächen führt.

Die gereinigten Gase werden anschließend aus dem Kondensator abgeführt, vorzugsweise über eine mittelbar oder unmittelbar in den Ofenraum führende Rückführleitung. Um die an den Kondensationsflächen eine Kruste bildenden Chloridkristalle zu lösen, erfolgt schließlich eine kontinuierliche oder diskonti nuierliche Reinigung der Kondensationsflächen. Die so abgelösten Choridkri stalle lassen sich dann aus dem Kondensator austragen, in geeigneter Weise deponieren oder in speziellen Produkten verwenden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegen stand der abhängigen Patentansprüche.

Nachfolgend erfolgt die Erläuterung des Verfahrens anhand eines auf der bei gefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles einer Zementklinker- Brennanlage.

Es handelt sich um eine vereinfachte Darstellung, die in erster Linie das grundsätzliche Schema einer derartigen Anlage wiedergeben soll.

Die auf der Zeichnung dargestellte Zementklinker-Brennanlage verwendet als Brennraum einen langen Drehrohrofen 1, der in üblicher Weise um seine eige ne Achse drehbar gelagert und mit leichter Neigung angeordnet ist, so daß das über den Einlauf 2 zugeführte Rohmehl kontinuierlich entlang der Mantel fläche des Drehrohres 1 zu dessen brennerseitigem Ende 3 transportiert wird. In üblicher Weise setzt sich die Länge des Drehrohres 1 aus einer Trocknungs- und Aufwärmzone 4, einer Calcinierzone 5 und einer Sinterzone 6 zusammen. In die Sinterzone 6 tritt die Flamme 7 eines Brenners 8 ein. Dieser kann mit dem Primärbrennstoff Öl, Kohle oder Gas, jedoch auch mit Sekundärbrennstoffen aus Abfall betrieben werden.

Wenn die Erfindung im vorliegenden Fall auch anhand eines Drehrohrofens er läutert wird, soll dies nicht als Beschränkung angesehen werden. Das erfin dungsgemäße Verfahren ist in gleicher Weise auch in Verbindung mit einem mit Wärmetauschern arbeitenden Calcinier- und Sinterofen durchführbar.

Die dargestellte Anlage eignet sich dazu, Roh- und Brennstoffe mit relativ ho hen Chloridgehalten zu verwenden. Ursächlich hierfür kann z. B. die Zusam mensetzung des Brennstoffes sein. Sofern mit dem Brenner 8 ausschließlich Öl verfeuert wird, sind die Chloridgehalte in dem sich bildenden Gas relativ ge ring. Würden zur Verbrennung jedoch Sekundär-Brennstoffe aus Abfall mit herangezogen, kann der Anteil der in dem Gas gelösten Chloridverbindungen stark ansteigen. Zumindest ein Teil des diese Chlorverbindungen enthaltenden Gases wird mittels des zwischen Calcinierzone 5 und Sinterzone 6 angeordne ten Abzuges 9 aus dem Ofenraum 10 abgezogen. Die Temperatur der Gase beträgt dabei etwa 1.100°C. Die Gase gelangen dann auf kürzestem Wege in einen Kondensator 11 und durchströmen diesen von oben nach unten. In dem Kondensator 11 befinden sich Kondensationsflächen 12, die von einem Kühl medium auf eine Temperatur zwischen 300 und 400°C oder niedriger gehalten werden. Beim Überstreichen der Kondensationsflächen 12 durch das durch den Kondensator 11 hindurchgeführte Gas kristallisieren die Chloridverbindungen unmittelbar an den Kondensationsflächen 12. Dieser Prozeß erfolgt nahezu schlagartig, da der Temperaturgradient zwischen den mit einer Temperatur von mindestens 850°C in den Kondensator 11 eintretenden Gasen und der Temperatur der Kondensationsflächen 700 bis 800°C beträgt.

Die gereinigten Gase treten am unteren Ende aus dem Gehäuse des Kondensa tors aus und gelangen über die Leitung 13 zurück in den Brennraum 10.

Ebenfalls am unteren Ende des Kondensatorgehäuses ist ein Austritt 14 für die Stäube sowie die aus kristallisierten, ebenfalls staubförmigen Chloridverbin dungen angeordnet. Diese gelangen über eine Leitung 15 in einen Abscheider 16, der beim Ausführungsbeispiel als Zyklon ausgebildet ist. Als Festgutaus trag 17 verläßt den Abscheider 16 hochkonzentrierter Chloridstaub. Die Gas anteile verlassen den Abscheider 16 über das Tauchrohr bei 18 und gelangen auf diese Weise über die Verlängerung der Leitung 13 zurück in den Ofenraum 10 der Anlage.

Für die Rückführung der gereinigten Gase sind auf der Zeichnung zwei Alter nativen dargestellt. Bei der ersten Alternative gelangen die Gase über eine das Drehrohr 1 umgebende Einspeisung 19 zurück in den Ofenraum 10. Alternativ können die gereinigten Gase über eine weitere Leitung 20 dem Ofenauslauf zugeführt werden.

Das Kristallisieren der Chloridverbindungen unmittelbar an den Kondensations flächen 12 führt dort zu einem fortlaufenden Aufbau von Kristallschichten. Zur Reinigung ist der Kondensator 11 mit einem Kugelregen-Reinigungssystem versehen, bei dem Metallkugeln mittels eines oberhalb der Kondensationsflä chen 12 angeordneten Kugelverteilers 21 in dem Kondensatorraum verteilt werden. Die Kugeln prallen auf die Kondensationsflächen 12 und reinigen diese auf mechanischem Wege, wobei die festen Chloridpartikel infolge Schwerkraft und Gasströmung nach unten in Richtung auf den Austritt 14 fallen. Gleiches gilt für die Kugeln, welche nahe des Austritts 14 ausgesiebt und mittels eines Kugelförderers 22 im Kreislauf zurück zu dem Kugelverteiler 21 transportiert werden. Infolge der mechanischen Einwirkung durch die Ku geln setzen sich die Chloridkristalle in weitgehend pulverförmigem Zustand nahe des Austritts 14 ab, und werden von dort aus mit den übrigen Stäuben zu dem Abscheider 16 transportiert.

Zur Aufnahme der in dem Kondensator 11 anfallenden Kondensationswärme ist ein Wärmetauscher 23 vorgesehen. Dieser wird als Primärmedium von Luft oder alternativ auch von Öl durchströmt. Durch Wärmetauscherflächen 24 des Wärmetauschers 23 strömt ein Sekundärmedium, vorzugsweise Thermoöl mit einem Siedepunkt bis zu 500°C, welches in einem Kreislauf zugleich die Kon densationsflächen 12 des Kondensators 11 durchströmt und die Kondensa tionsflächen 12 auf 300 bis 400°C kühlt. Die auf diese Weise in dem Kon densator 11 an das Sekundärmedium übertragene Wärme wird in dem Wärme tauscher 23 an die durchgeführte Luft oder das durchgeführte Öl übertragen und dieses Primärmedium aufgeheizt.

Auf diese Weise kann die in dem Wärmetauscher 23 anfallende Wärme dazu genutzt werden, das dem Brenner 8 zugeführte Öl vorzuheizen, wozu eine Öl leitung 25 von dem Wärmetauscher 23 zu dem Brenner 8 führt.

Alternativ kann als Primärmedium Luft durch den Wärmetauscher 23 geführt werden, die dann über die Luftleitung 26 und die Einspeisung 19 als vorge heizte Sekundärbrennluft in den Brennraum 10 gelangt. Die Einspeisung 19 befindet sich hierzu in der Calcinierzone 5 des Drehrohres und vorzugsweise nahe an einem zusätzlichen Brennstoffeintrag 27. Über den Brennstoffeintrag 27 läßt sich blockförmig gepreßter Müll 28 als Sekundärbrennstoff unmittelbar in die Calcinierzone 5 des Drehrohres einschleusen. In grundsätzlicher Bauart ist ein derartiger Brennstoffeintrag 27 in der US-Patentschrift 4,850,290 be schrieben. Ausführungsbeispiele für einen ringförmig das Drehrohr umgeben den Abzug 9 sowie eine ebenfalls ringförmig das Drehrohr umgebende Ein speisung 19 sind in der US-Patentschrift 5,454,715 beschrieben und bedürfen daher hier keiner näheren Erläuterung.

Soweit in den über den Abzug 9 aus dem Brennraum entfernten Gasen Stäube aus dem Calcinier- bzw. Sinterprozeß enthalten sind, werden diese ebenfalls durch den Kondensator 11 und über die Kondensationsflächen 12 geführt. Diese Stäube sammeln sich zusammen mit den ebenfalls staubförmigen Chlo ridkristallen am unteren Austritt 14 des Kondensators 11 und fallen in dem anschließenden Abscheider 16 als Festgutaustrag 17 an. Bei diesem Fest gutaustrag handelt es sich daher um einen hochkonzentrierten Chloridstaub mit einem Gewichtsanteil der Chloridverbindungen an der Gesamtstaubmenge von mindestens 20%.

Bezugszeichenliste

1

Drehrohr

2

Einlauf

3

brennerseitiges Ende

4

Trocknungs- und Aufwärmzone

5

Calcinierzone

6

Sinterzone

7

Flamme

8

Brenner

9

Abzug

10

Ofenraum

11

Kondensator

12

Kondensationsflächen

13

Leitung

14

Austritt

15

Leitung

16

Abscheider

17

Festgutaustrag

18

Tauchrohr

19

Einspeisung

20

weitere Leitung

21

Kugelverteiler

22

Kugelförderer

23

Wärmetauscher

24

Wärmetauscherfläche

25

Ölleitung

26

Luftleitung

27

Brennstoffeintrag

28

Abfall

Claims

1. Verfahren zur Reduzierung der in Zementklinker-Brennanlagen anfallenden Chloridverbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) zumindest einen Teil der chloridhaltigen Gase aus dem Ofenraum (10) abzieht,
b) die Gase zu einem Kondensator (11) führt, wobei man die Gastem peratur auf einem Wert oberhalb der Kondensationstemperatur der Chloridverbindungen hält,
c) die Chloridverbindungen an gekühlten Kondensationsflächen (12) des Kondensators (11) bis auf einen Wert unterhalb der Kondensa tionstemperatur abkühlt,
d) die gereinigten Gase aus dem Kondensator (11) abführt, vorzugs weise anschließend in den Ofenraum (10) zurückführt,
e) die Kondensationsflächen (12) kontinuierlich oder diskontinuierlich von den daran kondensierten Chloridkristallen reinigt und diese aus trägt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als die Kondensationswärme aufnehmendes Medium Öl einsetzt, welches man anschließend dem Brenner (8) als Primärbrennstoff zur Heizung des Ofen raums (10) zuführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als die Kondensationswärme aufnehmendes Medium Luft einsetzt, welche man anschließend dem Ofenraum (10) als Sekundär-Verbrennungsluft zuführt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der aufgewärmten Luft im Bereich eines in den Ofenraum (10) führenden Brennstoffeintrags (27) für Sekundärbrennstoffe erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man Sekun därbrennstoff aus Abfall einsetzt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das die Kondensationswärme aufnehmende Medium in indirektem Wärmeaustausch mit einem Sekundärmedium steht, welches die Konden sationsflächen (12) des Kondensators (11) durchströmt und kühlt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Thermoöl mit ei nem Siedepunkt von bis zu 500°C als Sekundärmedium.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die ge reinigten Gase unmittelbar in den Ofenraum (10) zurückführt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die ge reinigten Gase über eine Bypass-Leitung (20) dem Ofenauslauf zuführt.

10. Verfahren nach einem vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß der Kondensator (11) mit einem mechanisch arbeitenden Reini gungssystem versehen ist, vorzugsweise einem Kugelregen-Reinigungs system mit Rücktransport der am unteren Ende des Kondensators (11) angesammelten Kugeln zu einem oberhalb der Kondensationsflächen (12) angeordneten Kugelverteiler (21).