DE19962536A1

DE19962536A1 - Verfahren zur thermischen Behandlung von mehlförmigen Rohmaterialien

Info

Publication number: DE19962536A1
Application number: DE19962536A
Authority: DE
Inventors: Stephan Kuhnke; Carsten Eckert; Andreas Hand
Original assignee: KHD Humboldt Wedag AG
Current assignee: Khd Humboldt Wedag 51105 Koeln De GmbH
Priority date: 1999-12-23
Filing date: 1999-12-23
Publication date: 2001-07-05
Also published as: EP1110922A1; US20010007232A1; EP1110922B1; DK1110922T3; US6447598B2; DE50006142D1

Abstract

Um ein Verfahren zur wirtschaftlichen Herstellung von Zementklinker in einer Zementklinkerproduktionslinie mit Rohmehlvorwärmer, Vorcalcinationsstufe, Drehrohrofen und Klinkerkühler zu schaffen, wobei der für alle Brennstellen erforderliche Gesamt-Sauerstoffüberschuß, d. h. das Verhältnis Gesamtsauerstoff zu Gesamtbrennstoff, oft auch als lambda-Wert bezeichnet, möglichst niedrig liegen soll, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, im Abgasweg (15) der Vorcalcinationsstufe (16) den Gehalt an CO und/oder (unverbrannten) Kohlenwasserstoffen und/oder anderen Verbrennungsprodukten kontinuierlich zu messen (30) und in Abhängigkeit dieser Meßgröße einen Regeleingriff auf die Menge eines in die Vorcalcinationsstufe (16) einzudüsenden Oxidationsmittels und/oder Katalysators (32) vorzunehmen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von mehlförmigen Rohmaterialien, insbesondere bei der Herstellung von Zementklinker aus Rohmehl, das in wenigstens einem vom Abgas ei nes Drehrohrofens durchströmten Wärmetauscherstrang insbeson dere Zyklonschwebegaswärmetauschersystem vorerhitzt, in einer Vorcalcinationsstufe calciniert und in der Sinterzone des Drehrohr ofens zu Zementklinker gebrannt wird, der in einem nachgeschalteten Kühler gekühlt wird, wobei in der mit Brennstoff versorgten Vorcalci nationsstufe der Abgasstrom des Drehrohrofens und ggf. ein Abluft strom (Tertiärluft) des Klinkerkühlers getrennt oder gemeinsam zur Vorcalcinierung des Rohmehls genutzt werden.

Verfahren der oben beschriebenen Art, bekannt z. B. aus der EP-B-0 497 937, müssen in der Lage sein, in der dem Drehrohrofen vorge schalteten, mit Zweitfeuerungen ausgestatteten Vorcalcinationsstufe ein hochgradig calciniertes Rohmehl vor Einführung in der Drehrohr ofen zu erzeugen und bei möglichst niedrigem spezifischen Gesamt energiebedarf Zementklinker herzustellen. Gleichzeitig werden die Erbauer und Betreiber von Zementklinkerproduktionslinien mit immer schärferen Forderungen nach niedrigen Emissionswerten bei Schad stoffen wie CO und NO_x konfrontiert.

Zur Reduzierung des Schadstoffs NO_x ist es bekannt, in der Dreh ofenabgassteigleitung Brennstoff unterstöchiometrisch, d. h. mit Sau erstoffunterschuß zu verbrennen zwecks Schaffung einer CO-haltigen Reduktionszone zur Reduktion des Schadstoffes NO_x, der insbeson dere durch Hochtemperaturverbrennung im Drehrohrofen gebildet worden ist (thermisches NO_x). Das in der NO_x-Reduktionszone des Drehofenabgaskanals nicht verbrauchte CO sowie im Vorcalcinator ggf. zunächst nicht verbrannte Festbrennstoffpartikel werden durch den Sauerstoff eines aus dem Klinkerkühler eingeführten Tertiärluft stroms nachverbrannt, wobei dieser Restausbrand durch die schwa nenhalsförmige Strömungsumlenkung der Suspension in der Vorcal cinierstufe begünstigt wird, besonders wenn im Bereich der Strö mungsumlenkung noch eine Wirbelkammer bzw. Mischkammer ange ordnet ist.

Trotz dieser den Restausbrand in der Vorcalcinationsstufe fördernden Maßnahmen ist aber nicht ganz ausgeschlossen, daß es Fälle geben kann, bei denen CO-Stöße bzw. CO-Strähnen aus der Vorcalcinati onsstufe mit dem Abgas in das Zyklonschwebegaswärmetauscher system gelangen können, insbesondere bei schwankender Fest brennstoffzudosierung zum Calcinator sowie beim Einsatz von soge nannten Sekundärbrennstoffen, wenn, wie z. B. aus der EP-B-0 439 824 bekannt, im Zementklinkerherstellungsprozeß ganze Alt reifen entsorgt werden, die im Guteinlaufbereich des Drehrohrofens mit Sauerstoffüberschuß verbrennen sollen, der enthalten in über schüssiger Sekundärluft durch den ganzen Drehrohrofen hindurch gezogen werden muß. Durch die stoßweise Altreifenverbrennung sind dabei auftretende unerwünschte CO-Stöße praktisch unvermeidlich.

Abgesehen vom Nachteil der unvollständigen Brennstoffausnutzung gefährden CO-Stöße und unverbrannte Kohlenwasserstoffe im Abgas einer Zementklinkerproduktionslinie aber den sicheren Betrieb eines Abgasentstaubers in Gestalt eines elektrostatischen Staubabschei ders (Elektrofilters), weswegen solche Staubabscheider mit CO-Ab gasanalysatoren ausgestattet sind, die beim Auftreten eines CO- Stoßes, wenn ein oberer CO-Grenzwert überschritten wird, das Elekt rofilter abschalten. Um derartige Abschaltungen sowie Emissionen an CO und unverbrannten Kohlenwasserstoffen zu vermeiden, die bei unvollständiger Verbrennung durch lokalen Luftmangel aufgrund lo kaler Unvermischtheiten von Brennstoff und Luft und/oder durch un gleichmäßige Luft- oder Brennstoffdosierung hervorgerufen werden würden, hat man Zementklinkerproduktionslinien durch Regeleingriff auf das Saugzuggebläse des Gesamtabgases in aller Regel mit ei nem überhöhten Gesamt-Sauerstoffüberschuß bzw. Luftüberschuß betrieben, z. B. mit einer Luftzahl λ von 1,3 statt λ von z. B. 1,1 bis 1,2, was durch erhöhte Brennstoff- und Stromkosten den wirtschaftli chen Betrieb der Zementklinkerproduktionslinie gefährdet und was sich negativ auf die NO_x-Emissionen auswirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur wirt schaftlichen Herstellung von Zementklinker in einer Zementklinker produktionslinie mit Rohmehlvorwärmer, Vorcalcinationsstufe, Dreh rohrofen und Klinkerkühler zu schaffen, wobei der für alle Brennstel len erforderliche Gesamt-Sauerstoffüberschuß, d. h. das Verhältnis Gesamtsauerstoff zu Gesamtbrennstoff, oft auch als λ-Wert bezeich net, möglichst niedrig liegt, ohne daß dabei selbst bei Einsatz von ungleichmäßig dosierten Sekundärbrennstoffen unerwünscht hohe Spitzen und Emissionen an CO und/oder unverbrannten Kohlenwas serstoffen auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird vorgeschlagen, im Abgas weg der Vorcalcinationsstufe der Zementklinkerherstellungsanlage den Gehalt an CO und/oder (unverbrannten) Kohlenwasserstoffen und/oder NO und/oder anderen Verbrennungsprodukten (CO₂, O₂, H₂O) kontinuierlich zu messen und in Abhängigkeit dieser Meßgröße einen Regeleingriff auf die Menge eines in die Vorcalcinationsstufe einzudüsenden Oxidationsmittels und/oder Katalysators vorzuneh men, in der Weise, daß bei ansteigendem Gehalt an CO und/oder un verbrannten Kohlenwasserstoffen die eingedüste Menge an Oxidati onsmittel und/oder Katalysator erhöht wird, und umgekehrt. Wird bei der Messung ein Anwachsen des Gehalts an CO und/oder unver branntem Kohlenwasserstoff z. B. anläßlich eines oben beschriebe nen auftretenden CO-Stoßes festgestellt, so wird bei Überschreiten eines vorbestimmten oberen Grenzwerts, z. B. 1,6 bis 1,8% CO in denjenigen Abschnitt der Vorcalcinationsstufe, in welchem der Restausbrand sowie die Restcalcination erfolgen soll, zur Beschleu nigung des chemischen Reaktionsverlaufes der Oxidation das Oxi dationsmittel und/oder der Katalysator eingedüst, wobei sich die ein gedüste Menge nach dem erforderlichen Abbau an CO und/oder un verbrannten Kohlenwasserstoffen richtet, bis ein unterer Grenzwert von z. B. 1,0% CO gemessen wird.

Der Eindüsungszeitpunkt sowie die eingedüste Menge an Oxidati onsmittel und/oder Katalysator können nicht nur von der Abgasana lyse bestimmt werden, sondern auch von einem Tendenzwert, der von einem Rechner aus den an allen Brennstellen der Zementklinker produktionslinie jeweils ermittelten aktuellen Verhältnissen von Brennstoff zu Sauerstoff errechnet wird. Jedenfalls sollen die Meßgrößen bzw. Rechengrößen ohne Zeitverzögerung nach mög lichst geringer Meßzeit zur Verfügung stehen, um den Verbrauch an Oxidationsmittel und/oder Katalysator möglichst gering zu halten. Als den chemischen Reaktionsverlauf der Oxidation in der Zement klinkerproduktionslinie beschleunigendes Oxidationsmittel können Luft, mit O₂ angereicherte Luft und/oder reiner Sauerstoff und/oder ein Stoff aus der Gruppe der Peroxide, z. B. Wasserstoffperoxid und/oder ein Stoff aus der Gruppe der Perborate, z. B. Natriumperbo rat und/oder aus der Gruppe der Permanganate, z. B. Kaliumperman ganat, und/oder aus der Gruppe der Nitrate, z. B. Kaliumnitrat, und/oder Halogenate, z. B. Kaliumperchlorat, und/oder Oxide und Sauerstoffsäuren der Halogene, z. B. Perchlorsäure, und/oder Sal petersäureester, und/oder Salpetersäure, und/oder Nitrotoluole ein gesetzt werden, wobei solche sauerstoffhaltigen Verbindungen ihren Sauerstoff besonders bei Erhitzung verhältnismäßig leicht abgeben. Als Katalysator können im Zementklinkerherstellungsprozeß verwert bare feinkörnige die Verbrennungsreaktion fördernde Stoffe einge setzt werden, wie z. B. bestimmte Zementrohmehle und/oder Roh mehlkomponenten und/oder Nebengruppenelemente und deren Ver bindungen wie z. B. Eisenoxid oder dessen metallorganische Verbin dungen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden wenigstens die fol genden Vorteile erreicht:
Die Zementklinkerherstellung ist wirtschaftlich, weil die Verbren nungsprozesse in der Zementklinkerproduktionslinie, insbesondere auch in der Vorcalcinationsstufe bei möglichst niedrigem Sauerstoffü berschuß erfolgen. Die Abgasverluste sind minimiert, die Vermeidung von CO-Spitzen im Abgas führt zu weniger häufigen Abschaltungen von Elektrofiltern. Schließlich können beim erfindungsgemäßen Ze mentklinkerherstellungsverfahren auch schwer dosierbare Sekundär brennstoffe und/oder stückige Brennstoffe wie z. B. ganze Altreifen gefahrloser eingesetzt werden, d. h. auch ein stark schwankendes Brennstoffangebot ist beherrschbar. Vom erfindungsgemäßen Verfah ren können auch solche Zementklinkerbrennanlagen profitieren, bei denen ein Brennstoffvergasungsreaktor zum Einsatz kommt, in dem Sekundärbrennstoffe mit schwankenden Brennstoffqualitäten vergast werden. Schließlich können durch die geregelte Eindüsung des ein gesetzten Oxidationsmittels und/oder Katalysators die dabei einge setzten Stoffe gleichzeitig nutzbringend entsorgt werden.

Die Erfindung und deren weitere Merkmale und Vorteile werden an hand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungs beispieles näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung eine zur Durchfüh rung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Anlage zur Her stellung von Zementklinker aus Zementrohmehl, das bei 9 in die Vor wärmstufe 10 aufgegeben wird, wo es nacheinander die Zyklon schwebegaswärmetauscher 11 bis 14 im kombinierten Gleich/-Ge genstrom zum heißen Abgas 15 einer Vorcalcinationsstufe 16 durch wandert, um im untersten Zyklon 17 vom heißen Abgasstrom 15 ab getrennt und als hochgradig (z. B. 95%) calciniertes Zementrohmehl 18 in die Einlaufkammer des Drehrohrofens 19 eingeführt zu werden, in dessen Sinterzone es zu Zementklinker gebrannt wird, der an schließend in einem Klinkerkühler 20, z. B. Rostkühler abgekühlt wird. Der abgekühlte Zementklinker verläßt den Kühler 20 bei 21.

Das am Zementrohmehl abgekühlte Abgas verläßt die Vorwärmstufe 10 der Anlage bei 22. Dieses Abgas 22 wird in einem Staubabschei der, in der Regel elektrostatischen Staubabscheider 23 (Elektrofilter) von Staub befreit und anschließend über einen in der Zeichnung nicht dargestellten Hauptkamin als Abgas abgezogen.

In der mit Brennstoff 24a, 24b und Tertiärluft 25 des Klinkerkühlers versorgten Vorcalcinationsstufe 16 wird das aus der zweituntersten Zyklonstufe 14 austretende vorgewärmte Zementrohmehl 26a, 26b hochgradig calciniert. Dabei wird der Brennstoff 24a in der vom Dreh ofen 19 kommenden Ofenabgassteigleitung mit Vorteil unterstöchio metrisch verbrannt zwecks Erzeugung einer CO-haltigen Reduktions zone zur Reduktion des im Drehofenabgas enthaltenen Schadstoffs NO_x, während der Brennstoff 24b in der vom Klinkerkühler kommen den Tertiärluft 25 mit Vorteil überstöchiometrisch verbrannt wird. Der Restausbrand des in der Reduktionszone 27 zunächst überschüssig gebliebenen CO und ggf. unverbrannt gebliebene Kohlenwasserstoffe sollen durch Sauerstoff aus überschüssiger Tertiärluft 25 sowie aus einem weiteren Tertiärluft-Teilstrom 28 erfolgen, der in einen höher gelegenen Bereich der Calcinierstufe 16 eingeführt wird. Zwecks in tensiver Vermischung der Reaktionspartner kann im Bereich der Strömungsumlenkung der schwanenhalsförmigen Calcinierstufe noch eine Wirbelkammer bzw. Mischkammer 29 angeordnet sein.

Im Weg des Abgases 15 der Vorcalcinationsstufe 16 wird an einer Meßstelle 30 der im Abgas 15 enthaltene Gehalt an CO und/oder (un verbrannten) Kohlenwasserstoffen und/oder NO und/oder anderen Verbrennungsprodukten (CO₂, O₂, H₂O) kontinuierlich gemessen, und zwar mit einer Meßeinrichtung, bei der das Analysenergebnis ohne Zeitverzögerung zur Verfügung steht. In Abhängigkeit dieser Meßgröße kann ein Regeleingriff auf die Menge eines in die Vorcal cinationsstufe 16 etwa an der Stelle 31 des aufsteigenden Rohrlei tungsastes einzudüsenden Oxidationsmittels und/oder Katalysators 32 erfolgen. Durch das eingedüste Mittel wird der chemische Reakti onsverlauf der Oxidation in der mit Brennstoff versorgten Calcinati onsstufe 16 beschleunigt, wodurch verhindert werden kann, daß der im Abgasstrom gemessene Gehalt an CO einen vorgegebenen Maxi malwert von z. B. 1,6 bis 1,8% überschreitet. Bei deutlicher Unter schreitung dieses Maximalwertes wird die Eindüsung des Sauer stoffträgers und/oder Katalysators wieder eingestellt. Die Eindüsung erfolgt also diskontinuierlich. Die Signalleitung von der Meßstelle 30 zum Regelorgan des einzudüsenden Oxidationsmittels/Katalysators 32 ist mit 33 angezeigt.

Das Oxidationsmittel/Katalysator 32 könnte zumindest teilweise statt in das Abgas auch in die Tertiärluft oder auch in das zu behandelnde Rohmehl eingeführt werden.

Die Erfindung ist auch anwendbar für Zementklinkerproduktionslinien, die mit nur einer Feuerung (Primärfeuerung) im Drehrohrofen arbei ten, wobei aber die Dosierung der Brennstoffe und/oder deren Heiz werte so großen Schwankungen unterliegen, daß hierdurch erhöhte Emissionen an CO und/oder unverbrannten Kohlenwasserstoffen auftreten können. Außerdem ist die Erfindung auch anwendbar bei Verfahren, bei denen der Zweitbrennstoff in den Ofeneinlauf oder über eine Schleuse in den Drehofen eingeführt wird.

Claims

1. Verfahren zur thermischen Behandlung von mehlförmigen Roh materialien, insbesondere bei der Herstellung von Zementklinker aus Rohmehl, das in wenigstens einem vom Abgas eines Drehrohrofens (19) durchströmten Wärmetauscherstrang insbesondere Zyklon schwebegaswärmetauschersystem (10) vorerhitzt, in einer Vorcalci nationsstufe (16) calciniert und in der Sinterzone des Drehrohrofens zu Zementklinker gebrannt wird, der in einem nachgeschalteten Küh ler (20) gekühlt wird, wobei in der mit Brennstoff versorgten Vorcalci nationsstufe (16) der Abgasstrom des Drehrohrofens (19) und ggf. ein Abluftstrom (Tertiärluft) des Klinkerkühlers (20) getrennt oder ge meinsam zur Vorcalcinierung des Rohmehls genutzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß im Abgasweg (15) der Vorcalcinati onsstufe (16) der Gehalt an CO und/oder Kohlenwasserstoffen und/oder NO und/oder anderen Verbrennungsprodukten kontinuierlich gemessen (30) wird und daß in Abhängigkeit dieser Meßgröße ein Regeleingriff auf die Menge eines in die Vorcalcinationsstufe (16) einzudüsenden Oxidationsmittels und/oder Katalysators (32) erfolgt in der Weise, daß bei ansteigendem Gehalt an CO und/oder unver brannten Kohlenwasserstoffen die eingedüste Menge an Oxidations mittel und/oder Katalysator erhöht wird, und umgekehrt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingedüste Menge an Oxidations mittel und/oder Katalysator (32) vom erforderlichen Grad des Abbaus des im Abgasweg (15) der Vorcalcinationsstufe (16) gemessenen Gehalts an CO und/oder (unverbrannten) Kohlenwasserstoffen und/oder NO und/oder anderen Verbrennungsprodukten (CO₂, O₂, H₂O) zwecks Einhaltung vorgegebener Grenzwerte bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Rechner aus den an allen Brennstellen der Zementklinkerproduktionslinie jeweils ermittelten aktuellen Verhältnissen von Brennstoff zu Sauerstoff (O₂) ein Ten denzwert errechnet wird, der zusätzlich oder anstelle der Meß größenwerte CO und/oder Kohlenwasserstoffe und/oder NO und/oder andere Verbrennungsprodukte (CO₂, O₂, H₂O) für den Regeleingriff auf die eingedüste Menge an Oxidationsmittel und/oder Katalysator 32 verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxidationsmittel (32) Luft, mit O₂ angereicherte Luft, reiner Sauerstoff und/oder Peroxide und/oder Perborate und/oder Permanganate und/oder Nitrate und/oder Halo genate eingesetzt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator (32) ein im Zementklin kerherstellungsprozeß verwertbarer feinkörniger die Verbrennungsre aktion fördernder Stoff eingesetzt wird.