DE2039308C3 - Verfahren zur Wärmebehandlung von calciumhaltigen Rohmaterialien, die Schwefelverbindungen aufweisen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von calciumhaltigen Rohmaterialien, die Schwefelverbindungen aufweisen, insbesondere von stark schwefelhaltigem Zementrohmaterial, wobei das mehlförmige Rohmaterial in einer mehrstufigen Vorwärmzone mit den Abgasen einer nachgeschalteten Fertigbrennzone unter Bildung von Calciumoxid vorgewärmt wird, ehe es in die Fertigbrennzone gelangt

Beim Betrieb von Zementbrennanlagen, bestehend aus einem mehrstufigen Schwebegasvorwärmer und einem nachgeschalteten Drehrohrofen, wurden in neuerer Zeit verschiedentlich starke Anbackungen und Ansatzbildungen in der heißesten Stufe des Vorwärmers festgestellt Nähere Untersuchungen zeigten, daß diese Ansatzbildungen durch den hohen Schwefelgehalt des Rohmaterials hervorgerufen wurden und sich etwa wie folgt erklären lassen.

Bei der Wärmebehandlung wird der Schwefel in Form von Schwefeldioxyd aus dem Rohmaterial ausgetrieben. Dieses Schwefeldioxyd setzt sich mit den alkalischen Bestandteilen des Rohmaterials um und wandert beispielsweise beim Brennen von Zementrohmaterial zum großen Teil mit dem Klinker aus dem Ofen. Ist jedoch das Rohmaterial stark schwefelhaltig, so besteht ein Überschuß von Schwefeldioxyd gegenüber den Alkalien. Dieses in der Gasphase befindliche Schwefeldioxyd wandert mit den Abgasen der Fertigbrennzone in die Vorwärmzone und reagiert dort mit Calciumverbindungen. Das sich hierbei vor allem bildende Calciumsulfat wird dann in der Fertigbrennzone wiederum weitgehend zersetzt, wobei das Schwefeldioxyd zurück in die Vorwärmzone geht. Es ergibt sich auf diese Weise ein Schwefelkreislauf zwischen der Vorwärmzone und der Fertigbrennzone, der zu starken Ansatzbildungen von schwefelhaltigen Verbindungen insbesondere in der heißesten Stufe der Vorwärmzone führt

Im Hinblick auf ähnliche Probleme, die beim Zementbrennen durch einen sogenannten Alkalikreislauf hervorgerufen werden, könnte man daran denken — ähnlich wie man dies zur Verringerung des Alkalikreislaufes bereits getan hat —, einen Teil der SCVhaltigen Abgase der Fertigbrennzone in Form einer Umleitung abzuziehen, d. h. nicht der Vorwärmzone zuzuführen.

Eine solche Lösung ist jedoch — abgesehen von dem

in Kauf zu nehmenden Nachteil einer Leistungsverringerung der Anlage — mit mehrerer· schwerwiegenden Mängeln behaftet So muß insbesondere der in Form einer Umleitung abgezogene Teil der Abgase der s Fertigbrennzone sorgfältig entstaubt werden, ehe er ins Freie entlassen werden kann. Im Hinblick auf die hohe Temperatur dieser Abgase erfordert dies zusätzlich eine Kühlung vor der Entstaubung. Nachteilig bei dieser Lösung ist ferner, daß bei einer aus Leistungsgründen

ίο anzustrebenden Anpassung des über die Umleitung geleiteten Teils der Abgase an die jeweils vorliegenden Rohmaterialverhältnisse der Vorwärmer mit einer sich ständig ändernden Gasmenge betrieben werden muß, wobei auch das genaue Einstellen der optimalen Gasmenge im Hinblick auf die Aufteilung des Gasstroms gewisse Schwierigkeiten bereitet

Die vorstehend geschiiderte Problematik des Schwefeldioxyd-Kreislaufs und der hiermit zusammenhängenden Ansatzbildung in der Vorwärmzone tritt in der erläuterten Form nur bei der Herstellung von Zement nach dem sogenannten Normalverfahren auf, d. h. bei dem üblichen Verfahren, bei dem das Calciumcarbonat zu einem erheblichen Teil bereits in der Vorwärmzone in Calciumoxyd und Kohlendioxyd zersetzt wird. Nur bei diesem Normalverfahren findet nämlich das mit den Abgasen der Fertigbrennzone wieder in die Vorwärmzone zurückwandernde Schwefeldioxyd dort einen Reaktionspartner in Gestalt des Calciumoxyds, der unter bestimmten Voraussetzungen mit dem Schwefeldioxyd unter Ansatzbildung reagiert

Ganz andere Verhältnisse als bei diesem Normalverfahren liegen dagegen bei der Herstellung von Zement nach dem sogenannten Gips-Schwefelsäure-Verfahren vor. Bei diesem Verfahren treten Calciumsulfat und Reduktionskohle (neben den übrigen Rohmaterialien) an die Stelle des beim Normalverfahren eingesetzten Calciumcarbonate. In der Vorwärmzone werden beim Gips-Schwefelsäure-Verfahren die einzelnen Komponenten im wesentlichen nur getrocknet und vorgewärmt Die eigentlichen Reaktionen, insbesondere die Zersetzung des Calciumsulfate in Calciumoxyd und Schwefeldioxyd, erfolgen dagegen erst im Drehrohrofen. Um eine vorzeitige Reaktion in der Vorwärmzone, vor allem ein Verbrennen der Reduktionskohle, zu vermeiden, wird bei diesem bekannten Verfahren (vergleiche AT-PS 2 73 784) die Temperatur des Gutes in der Vorwärmzone dadurch knapp unterhalb der Reaktionstemperatur gehalten, daß ein Teil der Rohmaterialmischung nicht durch beide Stufen des zweistufigen Vorwärmers geführt, sondern lediglich der dem Ofen näherliegenden Stufe zugeleitet wird. Es liegt jedoch nach dem oben Gesagten auf der Hand, daß bei diesem Gips-Schwefelsäure-Verfahren Schwefeldioxyd, das mit den Ofenabgasen in den Vorwärmer gelangt, dort — ganz anders als beim Normalverfahren — keinen Partner in Gestalt von Calciumoxyd od. dgl.

findet, mit dem sich Reaktionen abspielen könnten, die zu störenden Ansatzbildungen im Vorwärmer führen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das

M) eingangs genannte Normalverfahren (bei dem also bereits in der Vorwärmzone Calciumoxyd gebildet wird) so auszubilden, daß es auch bei der Wärmebehandlung von stark schwefelhaltigem Rohmaterial auf betriebsmäßig einfache Weise sowie unter Erzielung einer

!>"> optimalen Leistung der Anmeldung gestattet, störende Ansatzbildungen, insbesondere in der Vorwärmzone, mit Sicherheit zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

daß durch Einführen eines in Abhängigkeit vom Schwefelgehalt des Rohmaterials gewählten Teils der gesamten Rohmaterialmenge im nicht vorgewärmten Zustand unmittelbar in die heißeste Stufe der Vorwärmzone die Temperatur in dieser Stufe knapp unter dem Wert gehalten wird, bei dem eine störende Ansalzbildung auftritt

Bei den der Erfindung zugrundeliegenden Versuchen konnte die Feststellung gemacht werden, daß eine überproportionale Abhängigkeit besteht zwischen der Temperatur des Rohmaterials in der heißesten Stufe der Vorwärmzone und demjenigen Teil des aus der Fertigbrennzone zurück in die Vorwärmzone gelangenden Schwefeldioxyds, der sich in der Vorwärmzone mit dem Rohmaterial umsetzt (und damit ursächlich für die Ansatzbildungen wird).

F i g. 1 zeigt dieses wesentliche Resultat bisheriger Untersuchungen: Während sich bei einer Rohmaterialtemperatur von 500⁰C nur ein ganz kleiner Prozentsatz des freien SO2 mit dem im Rohmaterial enthaltenen Calciumoxyd umsetzt, ist dieser Anteil bei einer Rohmehltemperatur von 800° C bereits auf ein Mehrfaches gestiegen.

Die Erfindung nutzt nun die Erkenntnis aus, daß man den Anteil an umgesetztem SO2 durch eine Absenkung der Rohmehltemperatur im Bereich der heißesten Stufe der Vorwärmzone entscheidend verringern kann (das nicht umgesetzte SO2 verläßt dann die Anlage mit den Abgasen der Vorwärmzone).

Die erfindungsgemäße Maßnahme zur Absenkung der Rohmehltemperatur in der heißesten Stufe tier Vorwärmzone sei an Hand von F i g. 2 erläutert:

F i g. 2 zeigt in ganz schematischer Darstellung eine beispielsweise zum Brennen von Zementrohmaterial dienende Anlage mit einer beispielsweise durch einen mehrstufigen Schwebegasvorwärmer gebildeten Vorwä.mzone 1 und einer beispielsweise durch einen Drehrohrofen gebildeten Fertigbrennzone 2. Die Vorwärmzone 1 enthält 4 Stufen I, II, III und IV, die von der Hauptmenge des Rohmaterials (Pfeil 3) in der genannten Reihenfolge durchsetzt werden, während die Abgase der Fertigbrennzone die einzelnen Stufen der Vorwärmzone in der umgekehrten Reihenfolge (d. h. von unten nach oben, vgL Pfeil 4) durchströmen.

Erfindungsgemäß wird nun die gesamte Rohmaterialmenge (Pfeil 5) durch eine Verteilereinrichtung 6 in zw?i Teilsa-öme 7 und 8 aufgeteilt Der größere Teilstrom 7 wird in der geschilderten Weise nacheinander durch die Stufen I bis IV der Vorwärmzone geführt während der zweite Teilstrom 8 im nicht vorgewärmten Zustand unmittelbar in die heißeste Stufe IV der Vorwärmzone eingeführt wird. Auf diese Weise wird dort die mittlere Rohmehltemperatur etwas abgesenkt (verglichen mit dem Fall, in dem das ganze Rohmaterial nacheinander durch die Stufen I bis IV geführt wird).

Indem man das Verhältnis der "i>ilströme 7 und 8 in Abhängigkeit von dem Schwefelgehalt des jeweiligen Rohmaterials geeignet wählt wandert man auf der in F i g. 1 dargestellten Kurve in Richtung des Pfeils 9 so weit nach unten, bis man keine störenden Ansatzbildungen, insbesondere in der heißesten Stufe IV der Vorwärmzone, mehr feststellt Sinkt dann der Schwefelgehalt des Rohmaterials, so kann man die Menge des Teilstroms 8 verkleinern, steigt der Schwefelgehalt dagegen, so wird man den Teilstrom 8 entsprechend vergrößern. Man erzielt auf diese Weise unter Vermeidung störender Ansatzbildungen und dadurch bedingter Betriebsunterbrechungen eine optimale Leistung der Anlage. Dabei ist betriebsmäßig von besonderem Vorteil, daß eine Änderung der Materialteilströme 7 und 8 keine regelungstechnischen Schwierigkeiten bereitet; günstig ist insbesondere, daß der Vorwärmer mit einer gleichbleibenden Abgasmenge betrieben werden kann.
Der ohne Vorwärmung unmittelbar in die heißeste Stufe der Vorwärmzone eingeführte Teil des Rohmaterials wird im allgemeinen nicht mehr als etwa 40% der gesamten Rohmaterialmenge betragen; im Regelfall, d. h. bei nicht übermäßig hohem Schwefelgehalt des Rohmaterials, wird dieser Anteil jedoch wesentlich geringer sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Wärmebehandlung von calciumhaltigen Rohmaterialien, die Schwefelverbindungen aufweisen, insbesondere von stark schwefelhaltigem Zementrohmaterial, wobei das mehlförmige Rohmaterial in einer mehrstufigen Vorwärmzone mit den Abgasen einer nachgeschalteten Fertigbrennzone unter Bildung von Calciumoxyd vorgewärmt wird, ehe es in die Fertigbrennzone gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einfahren eines in Abhängigkeit vom Schwefelgehalt des Rohmaterials gewählten Teiis der gesamten Rohmaterialmenge im nicht vorgewärmten Zustand unmittelbar in die heißeste Stufe der Vorwärmzone die Temperatur in dieser Stufe knapp unter dem Wert gehalten wird, bei dem eine störende Ansatzbildung auftritt