DE19738056A1 - Entstickung von Feuerungsanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Entstickung an Feuerungsanlagen, insbesondere an einem Drehrohrofen für die Zementherstellung.

Die Herstellung von Zement gliedert sich in die Hauptproduktionsabschnitte Gewinnung, Vorbrechen, Rohmehlmahlung, Klinkerbrennprozeß, Zementmahlung und Versand. Alle Verfahrensschritte bauen aufeinander auf. In der letzten Stufe liegt der Zement in seinen verschiedenen Ausführungen vor.

Die wichtigste Produktionsstufe ist die Herstellung von Zementklinker aus Rohmehl. Das Rohmehl wird in einem Wärmetauscher vorerhitzt und anschließend im Drehrohrofen bei etwa 1450 Grad Celsius bis zur Sinterung gebrannt.

Der Drehrohrofen wird klassisch mit Öl und/oder Kohle betrieben. Es können aber auch andere Brennstoffe eingesetzt werden. Allen Brennstoffen ist die NOx-Problematik gemeinsam.

An Feuerungseinlagen ist es seit fast zwei Jahrzehnten bekannt, durch Ammoniakeindüsung bzw. Harnstoffeindüsung eine Entstickung vorzunehmen. Der Ammoniak bzw. der Harnstoff wird in den Abgasstrom der Feuerungsanlagen an bestimmter Stelle eingedüst. Die Stelle ist abhängig von der Temperatur. Der Ammoniak bzw. Harnstoff reagiert nur in einem bestimmten Temperaturbereich zwischen 900 und 1200 Grad Celsius mit dem Stickoxid. Es wird von einem Temperaturfenster gesprochen. Durch Temperaturmessung wird die richtige Stelle an der Abgasstrecke ermittelt.

Die Entstickung mit Ammoniak bzw. Harnstoff hat sich in der Vergangenheit bewährt. Es kommt zu folgenden Reaktionsgleichungen:

4NO+O2+4NH3-4N2+6H2O
2NO2+O2+4NH3-3N2+6H2O.

An Drehrohröfen der Zementindustrie ist die Technik in der Vergangenheit einen anderen Weg gegangen. Dem Stickoxid ist in der Vergangenheit mit Hilfe besonderer Brenner begegnet worden. Diese Brenner tragen üblicherweise Firmenbezeichnungen. So sind Denox-Brenner der Firma Polysius und LowNox-Brenner der Firma KHD bekannt. Diese Brenner sind als Sekundärfeuerungen vorgesehen. Das heißt, sie arbeiten in den aus dem Ofen austretenden Rauchgasstrom. Die NOx-Minderung mit diesen Brennern wird darauf zurückgeführt, daß

• - die Brennstoffzufuhr im Primärbereich erheblich reduziert wird
• - das im Ofen gebildete NO unter katalytischer Begünstigung im Bereich der Vorkalzinierung zersetzt wird
• - infolge der deutlich geringeren Temperatur können die Sekundärbrenner mit "kalter Flamme" betrieben werden. Kalte Flamme heißt: Flammentemperatur unter 1200 Grad C. Erst oberhalb dieser Temperatur nimmt die NO-Bildung stark zu
• - die bekannten Brenner fahren unterstöchiometrisch, also mit Luftunterschuß.

Auch der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wirkungsvolle Entstickung zu schaffen. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß nicht alle Drehrohröfen für die Zementherstellung die notwendigen Voraussetzungen (Vorkalzinierung) für einen wirkungsvollen Betrieb der bekannten Brenner besitzen.

Es gibt auch Anlagen, die trotz Vorkalzinierung und trotz der bekannten Brenner noch einen unzulässigen Stickoxid-Auswurf haben.

Die Erfindung knüpft an einen älteren Vorschlag, Harnstoff in Form sogenannter Prills in die Feuerungsanlage, insbesondere in den Drehrohrofen einzutragen. Prills sind Feststoffpartikel mit einer Korngröße bis max. 3 mm. Derartige Prills sind als Düngemittel gebräuchlich. Der Ammoniakanteil der Prills liegt bei etwa 50 Gew.-%.

Die Prills werden nach dem älteren Vorschlag aus einem Vorratsbehälter mittels einer Dosiervorrichtung und einer Einblaslanze in den Rauchgasstrom der Feuerungsanlage eingetragen.

Die Dosiervorrichtung besteht aus einem Behälter mit konisch Boden. Dort befindet sich eine Zellenradschleuse, mit der der Behälteraustritt gesteuert wird. Die Prills werden in Anlehnung an das bekannte Sandstrahlen in Druckluft von 2 bis 6 bar aufgegeben. Die Prills werden von der Druckluft in einem speziellen Strahlschlauch auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt. Dabei werden sie in Abhängigkeit von der vorgewählten Druckstufe zertrümmert und gelangen sie zur eigentlichen Düse aus Edelstahl. In der Düse sollen "Schikanen" für eine weitere Zerkleinerung sorgen. Die Düse und der Lanzenschaft sind mit einem weiteren Edelstahlrohr umgeben und werden mit Luft gekühlt.

Das Ergebnis der mit obigem Gerät durchgeführten Versuche hat nicht die Erwartungen erfüllt. Die Erfindung führt das darauf zurück, daß keine ausreichende Zerkleinerung erreicht worden ist. Gleichwohl hat die Erfindung an dem Konzept der Eindüsung von zerkleinerten Prills festgehalten.

Nach der Erfindung wird eine wesentliche Verbesserung mit Hilfe einer Zerkleinerung der Prills durch ein Gebläse erreicht, wobei die Prills mit dem Luftstrom das Gebläse passieren müssen. Dabei zerschlägt das Gebläse die Prills. Vorzugsweise wird ein Gebläse mit einer Drehzahl von mindestens 1500 Umdrehungen pro Minute verwendet. Bessere Ergebnisse werden mit einer Umdrehungszahl von etwa 3000 pro Minute erreicht. Nach der Erfindung lassen sich auf dem Wege leicht Feinheiten erreichen, die bei einem Sieb mit 0,09 mm Maschenweite 40 oder weniger Gew.-% Partikelrückstand zeigen.

Das Gebläse hat zugleich die Aufgabe, eine Luftströmung zu erzeugen, mit der die Zerkleinerungspartikel in die Feuerungsanlage eingetragen werden.

Überraschenderweise ist es ausreichend, die Gebläseleistung lediglich auf den pneumatischen Transport auszulegen. Die Zerkleinerungsarbeit wird dabei "mit"-geleistet. Vorteilhafterweise können dazu herkömmliche pneumatische Anlagen verwendet werden, wenn die Prills in die Ansaugöffnung der Gebläse aufgegeben werden. Die Gebläseleistung kann z. B. 1 bis 3 Normkubikmeter Luft pro kg Feststoff betragen, vorzugsweise bis 2 Kubikmeter Luft. Versuche an einem Drehrohrofen mit
Rohmehlaufgabe 85 t/h
Brennstoff: primär 3500 kg/h Kohlenstaub/1200 kg/h Heizöl S, sekundär 1300 kg/h Pkw-Altreifen
Rauchgasmenge: 130 000 Normalkubikmeter pro Stunde
NOx-Rohwert: zwischen 900 und 2000 mg pro Normalkubikmeter pro Stunde als NO2, trocken, bezogen auf 10% O2
Sauerstoff-Gehalt in Reingas (Kamin): ca. 5%
CO: um 1250 mg pro Normalkubikmeter
haben in 25 Stunden Versuchszeitraum gezeigt, daß mit einer Durchschnittsmenge von 168,5 kg geprilltem und erfindungsgemäß zerkleinertem Harnstoff pro Stunde eine sofortige NOx-Min­ derung um 500 mg pro Normalkubikmeter erreicht worden ist.

Wahlweise können die Prills auch zusätzlich zur Zerkleinerung im Gebläse oder anstelle der Zerkleinerung im Gebläse eine Zerkleinerung in einer Mahlanlage erfahren. Die Mahlanlage kann aus zwei Quetschwalzen bestehen, zwischen denen die Prills durchlaufen. Daneben kommen noch diverse andere Mahlanlagen in Betracht.

Mit der erfindungsgemäßen Zerkleinerung der Prills kann sofort jede notwendige Entstickung bewirkt werden. Das wird darauf zurückgeführt, daß die Zerkleinerungsarbeit besser als nach dem älteren Vorschlag ist. Durch die weitere Zerkleinerung wird die Oberfläche und damit die Reaktionsfläche des Harnstoffs vergrößert.

In der Zeichnung ist schematisch eine erfindungsgemäße Anlage gezeigt.

Die Rohstoffe für die Herstellung von Zementklinker sind Kalkstein und Ton oder ihr natürliches Gemisch, der Kalksteinmergel. Die Rohstoffe werden in Steinbrüchen gewonnen und in Brecheranlagen zu Schotter zerkleinert. Der Schotter wird mit Bandförderern in Silos oder Mischbetten transportiert und vergleichmäßigt. Von dort gelangt das vorgemischte Rohmaterial unter Zugabe von Zuschlägen wie bspw. Warsteiner Kalkstein, Quarzsand oder Eisenerz über Dosiereinrichtungen in eine Mühle.

Die Komponenten werden bei gleichzeitiger Trocknung mehlfein zu Rohmehl aufgemahlen, in Silos gefördert und homogenisiert. Das Rohmehl wird in einem Drehrohrofen 1 bei etwa 1450 Grad C bis zur Sinterung gebrannt.

Die Aufgabe des Rohmehles erfolgt nach Fig. 1 in den Rauchgasstrom des Drehrohrofens 1, um das Rohmehl unter Nutzung der dem Rauchgas innewohnenden Wärme vorzuwärmen. In der Rauchgasführung befinden sich im Ausführungsbeispiel fünf Zyklone 2 bis 6. Die Zyklone 2 bis 6 reinigen das Rauchgas von mitgerissenem Rohmehl. Die Rauchgasrohrleitungsabschnitte (Schächte) zwischen den Zyklonen 2 bis 6 sind mit 7 bis 10 bezeichnet.

Das Rohmehl wird in den Rohrleitungsabschnitt 9 bei 11 aufgegeben und läuft von dort durch den Leitungsabschnitt 9, durch den Zyklon 4 in den Leitungsabschnitt 8 in den Zyklon 2 und in die Rohmehlaufgabe 12 am Drehrohrofen 1.

Im Zyklon 4 wird die Rohmehlmenge um die Menge der aus dem Rauchgas abgeschiedenen Feststoffe vergrößert. Das gleiche gilt für den Zyklon 2.

Die in den Zyklonen 5 und 6 abgeschiedenen Feststoffe werden gemeinsam in den Leitungsabschnitt 8 geführt, die im Zyklon 3 abgeschiedenen Feststoffe in den Leitungsabschnitt 7. Der Rauchgasaustritt erfolgt bei 14.

Nach der Erfindung erfolgt der Hartistoffeintrag entweder in die von dem Zyklon 3 in den Leitungsabschnitt 7 führende Leitung 13 oder über Öffnungen im Schacht 7.

Die beiden Eintragstellen sind in Fig. 3 im einzelnen dargestellt.

Danach liegt die Eintrittstelle der Leitung 13 in den Leitungsabschnitt 7 in einem Bereich in dem der aus dem Drehrohrofen austretende Rauchgasstrom eine Temperatur zwischen 950 Grad C und 1200 Grad C besitzt. An der Stelle ist zugleich ein Stocherloch vorgesehen, um Anbackungen beseitigen zu können.

Bei unmittelbarem Eintrag der zerkleinerten Prills in die Leitung/Schacht 7 liegt die Eintrittsstelle in dem gleichen Temperaturbereich.

Fig. 2 zeigt eine Einzelansicht des Harnstoffeintrages.

Mit 20 ist ein Silo für geprillten Harnstoff (Prills) mit einem Körnungsdurchmesser bis 3 mm bezeichnet. Die Prills werden mit einer Abzugsvorrichtung 21 und einem Transportband 22 einer Dosierung zugeführt. Die Dosierung besteht aus einem Behälter 23 mit einer Waage 24 und einer Zellenradschleuse 25 oder Dosierschnecke.

Aus der Zellenradschleuse 25 oder Dosierschnecke werden die Prills unmittelbar in die Ansaugleitung 26 eines Gebläses 27 aufgegeben. Das Gebläse 27 besitzt ein mit 3000 Upm umlaufendes Flügelrad aus Stahl und zerschlägt die angesaugten Prills. Der Zerkleinerungsgrad ist durch einen Rückstand von 20 Gew.-% auf einem Sieb mit 0,09 mm Maschenweite gekennzeichnet
In anderen Ausführungsbeispielen ist ein Flügelrad aus Edelstahl (V2A), in anderen Ausführungsbeispielen ein anderes anbackungsfeindliches Material vorgesehen.

Anbackungsfeindlich sind Materialen, an denen die zerkleinerten Prills schlecht haften.

Die zerkleinerten Prills werden über eine Luftleitung 28 in eine Lanze 29 getragen, die in die Leitung 13 ragt.

In einem anderen Ausführungsbeispiel ragt die Lanze 29 unmittelbar in den Leitungsabschnitt 7. In beiden Ausführungsbeispielen ist die Lanze 29 gekühlt. Durch die Kühlung wird die Partikeltemperatur bis zum Austritt unterhalb des Erweichungspunktes des Harnstoffes bzw. des Zerkleinerungsgutes gehalten, um Anbackungen zu verhindern. Ggf. lassen sich Anbackungen auch mit etwas geringerer Kühlung günstig beeinflussen. Das liegt aber auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung.

Claims (8)

1. Entstickung von Rauchgas mit Harnstoff in Form von Prills für Feuerungsanlagen, insbesondere für Drehofenanlagen der Zementherstellung, wobei die Zugabe in einem Temperaturfenster von 900 bis 1200 Grad C erfolgt und wobei die Prills vor dem Eintrag in das Rauchgas zerkleinert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerung mittels eines Gebläses (27) und/oder einer Mahlanlage erfolgt.

2. Entstickung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prills in die Ansaugöffnung eines Gebläses aufgegeben werden und das Gebläse Bestandteil einer pneumatischen Förderanlage ist.

3. Entstickung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Gebläsedrehzahl von mindestens 1500 Upm, vorzugsweise 3000 Upm.

4. Entstickung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Feinheit des Zerkleinerungsgutes mit 40 oder weniger Gew.-% Rückstand auf einem Sieb mit 0,09 mm Maschenweite.

5. Entstickung nach einem Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Förderleistung der Anlage von 1 bis 3 Normkubikmetern Luft pro kg Prills.

6. Entstickung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein Gebläse mit einem Flügelrad aus Edelstahl oder anderem anbackungsfeindlichen Material.

7. Entstickung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Verwendung einer gekühlten Lanze (29) am Eintritt des Zerkleinerungsgutes.

8. Entstickung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Kühlung des Zerkleinerungsgutes unterhalb seines Erweichungspunktes.