DE2161410A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Materialien - Google Patents

Description

DR. MDUER-BOR6 DIPL-PHYS. DH. ΜΛ«1·ΤΖ DIPL-CHEM. DR. DEU FEL DIPL-ING. FINSTERWALD DIPL-ING. GRX¹MKUW 2161410 PATENTANWÄLTE

Mak/bg - A 2194 München, den 10.12.71

ALLIS-CHAJJffiRS CORPORATION 1126 South 70th Street, West Allis 14, Wisconsin / U. S. A.

Verfahren und Torrichtung zur Wärmebehandlung von Materialien

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Brennen von Mineralien wie Kalkstein bzw. Kaliumcarbonat und Klei bzw. Ton zur Herstellung von Portland Zement mit geringem Alkaligehalt. Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art ist in der US-Patentschrift 3 313 534 beschrieben. Bei dem in der US-Patentschrift 3 313 534 beschriebenen System werden Mineralien auf ein Wanderrost aufgebracht und durch eine Trocknungskammer und eine Vorbrennkammer geführt und dann in einen Drehofen für ein ab^chliessendes Brennen gebracht. Heisse Gase in dem Ofen erhitzen die Mineralien auf hohe Temperaturen und verlaufen dann so von dem Ofen, dass sie das Material

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vorbrennen und dann trooknen, bevor aie einen Schornstein bei relativ niedrigen Temperaturen hinaufströmen. Viele Materialien ainddn einer solchen Anlage erfolgreich gebrannt worden und Eisenerz, Kalkstein bzw. Kaliumcarbonat und Kaliumcarbonat mit Ton sind nur einige Beispiele. Ein solches System ist weiterhin aus den US-^Pa tent sehriften 2 580 235, 2 925 336, 3 110 483 und 3 110 751 bekannt.

Ein mit dem Betrieb solcher Systeme, wie sie in den obigen ψ Patentschriften beschrieben sind, verbundenes Problem besteht darin, ein geeignetes bzw. richtiges thermodynamisches Gleichgewicht der Wärmeeingänge zwischen den Trocknungs-₅Vorbrenn- und Endaufheiζ-Stufen zu erreichen. Dieses Problem entsteht deshalb, weil für jedes Material drei Bedingungen gegeben sind, die die gewünschten Temperaturen in solchen Systemen festlegen. Die erste Bedingung besteht darin, dass für jedes Material ein bekannter oder ermittelbarer Kalorieneingang und Temperaturpegel? auf den das Material infdem Drehofen abschliessend erhitzt werden muss, gegeben sind. Die zweite Bedingung besteh-tfdarin, dass für jedes Material ein bekannter oder ermittelbarer Temperaturpegel und Gesamt- * hitzeeingang, der erforderlich ist, um das erwünschte Vorbrennen zu erreichen, bevor das Material viel höheren Temperaturen in dem Ofen ausgesetzt wird, gegeben sind. Die dritte Bedingung besteht darin, dass für jedes Material ebenfalls eine bekannte oder ermittelbare erwünschte maximale ■ Gastemperatur gegeben ist zum Trocknen des Erzes, so dass Wasserdampf nicht so schnell erzeugt wird, dass das Material in Partikelgrössen zerbricht, die so klein sind, dass übermässig viel Staub'hervorgerufen wird. So erfordert ein Material, das eine relativ geringe Trocknungstemperatur benötigt (um ein Zerbrechen in Partikel zu vermeiden) ein relativ grosses Volumen an Gasen (um das Material vollständig zu trocknen) und ein Material, das eine relativ hohe Trock-

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nungstemperatur ertragen kann, ein relativ kleines Volumen an Trocknungsgasen. Obgleich einige Materialien mit teil-

. « , T?zvr. gebrannt /werden - „ wexse exothermischen ,Reaktionen brennen/{beispielsweise Magnetit-Eisenerz), trifft es nichtsdestoweniger für alle Materialien zu, dass die Temperatur der Gase, die das abschliessende Aufheizen ausführen, ein bestimmender Faktor für die Temperatur der Gase ist, die von dem Ofen zum Vorbrennen und Trocknen von Material auf dem Rost abgegeben werden. Infolgedessen wird der Grad, mit dem die zweite und dritte Bedingung erreicht werden können, beeinflusst durch den Grad, mit dem die erste Bedingung erreicht werden kann. Es wird ein Problem bezüglich des richtigen thermodynamischen Gleichgewichtes zwischen den Trocknungs-, Vorbrenn- und Abschluss-Erhitzungs-Stufen hervorgerufen, weil der Gasstrom dadurch beginnt, dass ein spezifisches Volumen an vorerhitztem Gas von dem Kühler sich mit brennendem Heizmaterial in dem Ofen vermischt, um die erste Bedingung zu erfüllen, und es geschieht selten oder möglicherweise niemals (gemäss den bekannten Praktiken), das das Volumen und die Temperatur der Gase, die abschliessend die Trocknungskammer erreichen, einen Wert aufweisen, der zur Erfüllung der dritten Bedingung erwünscht ist.

Demgemäss ist ein Ziel der Erfindung die Schaffung einer Vorrichtung zum Trocknen, Vorbrennen und abschliessenden Erhitzen von Mineralien a,, die Einrichtungen zum Steuern des thermodynamischen Gleichgewichtes zwischen den Trocknungs-, Vorbrenn- und Abschluss-Erhitzungs-Stufen aufweist.

Ein weiteres.Problem, das mit dem Betrieb sicher in den obengenannten Patentschriften beschriebener Systeme verbunden ist, besteht in der Steuerung und Beseitigung von

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unerwünschten Mineral-Bestandteilen,, die umfassen: Kalium— und Natriumoxyd^r: (Alkali) in Zement; Arsen und Arsenoxyd' in Eieenerz; und Schwefel in Kalk. Dies sind Beispiele für Materialien, die während einer Hochtemperatur - Absohlusserhitzung in dem Ofen verflüchtigt werden, jedoch dazu neigen, sich wieder auf dem Material abzulagern oder chemisch mit dem Material zu Reagieren, das. auf dem Rost vorgebrannt wird, oder mit im Gas mitgetragenen Staubpartikelchen zu reagieren, die gemäss bekannten Praktiken aus dem Gasstrom

wenn
ausgefiltert werden/dieser durch das Material verläuft, welches vorgebrannt wird.

Bin weiteres Ziel der Erfindung ist infolgedessen die Schaffung einer Vorrichtung zum Trooknen, Vorbrennen und absohliessenden Erhitzen von Materialien mit Einrichtungen zum Beseitigen unerwünschter Mineral-Bestandteile, die während des absohliessenden Hoohtemperatur-Erhitzens verflüchtigt werden.

Ein weiteres mit dem Betrieb solcher in den obigen Patentschriften beschriebener Systeme verbundenes Problem besteht in der Kranzbildung bzw. Ringbildung in dem Ofen. Ee besteht die Tendenz für eine ringähnliche bzw. kranzähnliohe Ablagerung von Partikeln des Materials mit Staubgrösse an der inneren Oberfläche des Ofens. Duroh diese Ablagerung wird das Ofenvolumen reduziert und eine nutzlose und unproduktive Belastung für den Ofenantrieb hervorgerufen. Bei Anlagen, die gemäss den bekannten Lehren konstruiert sind und betrieben werden, ist es periodisch erforderlich, die Anlage abzuschalten, um die Ablagerung zu entfernen, oder Versuche zu unternehmen, solche Ablagerungen zu entfernen, während die Anlage in Betrieb ist. Nach der US-Patentschrift 3 313 534 ist ein Gasbeipass vorge-

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sehen, durch, den solche Ablagerungen in dem Ofen wesentlich verringert werden. Wenn jedooh das aus dieser Patentschrift bekannte System benutzt wird* um Zement aus Alkali enthaltenden Rohmaterialien herzustellen, bildet das Alkali eine unerwünschte Ablagerung auf der inneren Oberfläche der Beipassleitung.

Infolgedessen ist ein Ziel der Erfindung die Schaffung einer Vorrichtung zum Trocknen, Vorbrennen und abschliessenden Erhitzen von Materialien mit Einrichtungen,- mit denen der Aufbau einer Ablagerung auf der inneren Oberfläche des Ofens in tolerierbaren Grenzen gesteuert werden kann und die Ablagerungen an der inneren Oberfläche einer Beipassleitung, die einen Teil einer Anordnung zum Entfernen von Staub und unerwünschten Mineral-Bestandteilen bildet, *ett eliminieren bzw. verhindern.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Mischkasten an der Oberseite einer Ofenstruktur angebracht, die eine Vorbrennkammer über einem Wanderrost im Bereich eines Materialeinlass-Öffnungsendes eines Drehofens bestimmt. Ein Teil der von dem Ofen kommenden und in die Vorbrennkamnier -verlaufenden heissen Gase wird in den Mischkasten gezogen, wo diese Gase mit Atmosphärenluft gemischt und von dem Material in der Vorbrennkammar weg abgeleitet werden, während der verbleibende Teil des wa dem Ofen kommenden heissen Gases durch das Material in der Vorbrennkammer verlaufen kann. Durch Abziehen eines bestimmten f©ils der Gase von der Vorbrennkammer werden der grösste Teil des Staubβs und einige der identifizierten unerwünschten Mineralbestandteile von dem System entladen. In den meisten Betriebsfällen liegt die Temperatur solcher abgezogener Gase in einem Bereich von etwa 87O⁰G bis 1200⁰G (about 1600 to 2200 degrees Fahrenheit). Dieses heisse staubbeladene Gas

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wird mit Atmosphärenluft in dem Misohkasten vermisoht, um die Temperatur unter die Jestpunktstemperatur von unerwünschten Bestandteilen zu drücken, die für NaOH und KOH unter etwa 32O⁰O (600 degrees Fahrenheit) liegt. Duroh dieses unmittelbare Lösohen bzw. Abschrecken des Gases in dem Misohkasten werden Bestandteile wie Alkali in sehr kleine Partikel verfestigt, von danen die meisten

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kleiner als 10 bis 20 Micron sind und/dann sich nicht auf den inneren Oberflächen einer Beipassleitung oder auf dem Material in der VorbehandlungEkammer ablagern. Der andere Gasstrom, der durch das Material in der Vorbrennzone verläuft, überträgt Wärme auf das Material darin und die Temperatur dieses Gases fällt auf eine mittlere Temperatur von etwa 260° bis 400°0 (about 500 to 750 degrees Fahrenheit). Dieses Gas, das durch das Material in der Torbrennkammer verlaufen ist, wird naoh einem Temperieren mit Atmosphärenluft, falls erforderlich, zum Absenken der Temperatur auf etwa 260 - 32O⁰O (500 - 600 degrees Fahrenheit) ebenso wie das Gas, das an der Vorbrennkammer vorbeigeführt worden ist, dann durch einen oder mehrere Zyklon-Staubsammler gleitet, um die Staubpartikel, die grosser als 10 bis 20 Micron sind, und einen geringeren Teil der festgewordenen Alkalien zu entfernen, und dann zu einer Vorbehandlungskammer geführt, in der das Material behandelt wird (d.h. getrocknet wird), bevor es in die Vorbrennkammer geh*;. Ein Dämpfer bzw. eine Drossel bzw. eine Klappe steuert den Abzug von Beipass-Gas, um den gewünschten Strom durch Material in der Vorbrennkammer vorzusehen. Eine andere Drossel bzw. Klappe sheuert die Kaltluft, die mit dem Gas in dem Miachkasten vermischt v/ird, und so weisen die gemischten Gase, die zur Behandlung des Materials, bevor dieses in die Vorbrennkammer eintritt, zur Verfügung gestellt werden, einen Volumenwert und Temperaturwert auf, die für das besonde-

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re behandelte Material am meiBten erwünscht sind. Beim Brennen von Kalkstein bzw. Kalziumoarbonat und Ton zu Portland Zement gemäsa der Erfindung hinterlässt die Winge an Gas, die an der Vorbrennkammer vorbeigeführt wird, um daB gewünschte Volumen und die gewünschte Temperatur zur Behandlung des Materials, bevor dieses in die Vorbrennkammer eintritt, vorzusehen, einen Temperaturpegel des heissen Gases, das durch das Material geht, der unter dem Pegel liegt, der erforderlich ist, um das erwünschte Vorbrennen vorzusehen. Ein zusätzlicher Brenner oder mehrere zusätzliche Brenner sind in der Oberseite der Ofenstruktur zwischen dem Mischkasten und der Vorbehandlungskammer angebracht, um die gewünschte Temperatur zu halten. Vorbeigeleitete Gase und Vorbrenngase mit mitgerissenem Staub und Alkalipartikeln, die kleiner als 10 bis 20 Micron sind, werden zu der Vorbehandlungskammer geliefert und durch das Material und in eine Abgasleitungseinrichtung gezogen, die mit der Vorbehandlungskammer zwischen der Vorbrennkammer und dem Materialeinlassende der Vorbehandlungskammer verbunden ist. Es ist Vorsorge getroffen, um gesteuerte Mengen von vorbeigeleitetem Gas direkt zu der Abgasleitungseinriohtung zu ziehen, ohne solche Mengen durch das Material in der Vorbehandlungskammer zu leiten. Ein Peinstaubsammlerι §Λτ ein elektrostatischer Ausfällapparat sein kann oder gasdurchlässige Säcina bzw. Beutel aufweisen kann, ist mit der Abgasleitungseinriohtung verbunden. Der Feinstaubsammler sammelt Staubpartikel, die kleiner als 10 bis 20 Mioron sind, einsehliesalich einem grösseren Teil der Alkalien.

Erfindungsgemäss ist also ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reduzieren des Alkaligehaltes von Zementklinker vorgesehen, Die Erfindung geht dabei von der US-Patentschrift

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3 313 534 aus und umfasst einen Mischkgceten, der auf der Oberseite einer Ofenstruktur angebracht ist, die eine Vorbehandlungskammer und eine Vorbrennkammer übep6inem Wanderrost bestimmt, wobei die Vorbrennkamiaer angrenzend an ein Materialeinlass-Öffnungsenäe eines Drehofens angeordnet ist. Ein Teil der von dem Ofen kommenden und in die Vorbrennkammer verlaufenden heissen Gase wird in den Mischkasten'gezogen, wo diese Gase mit Atmosphärenluft vermischt und vn dem Material in der Vorbrennkammer weg abgeleitet werden, während der verbleibende Teil des von dem Ofen kommenden heissen Gases durch das Material in der Vorbrennkammer verläuft. Durch das Abziehen von einigen der Gase von der Vorbrennkammer werden der grösste Teil des Staube und einige der verflüchtigten Alkalien von dem System entladen. Dieses heisse staubbeladene Gas wird mit Atmosphärenluft in dem Mischkasten vermischt, um die Temperatur von etwa 109O⁰O (2000 degrees Fahrenheit) unter die Festpunktstemperatur der Alkalien zu drücken, die für FaOH und KOH unter 320⁰C (600 degrees Fahrenheit) liegt. Duroh dieses unmittelbare Absohrecken des Gases in dem Mischkasten verfestigt sich das Alkali zu sehr kleinen Partikeln, von denen die meisten kleiner als 10 bis Mioron sind, die sich nicht auf den inneren Oberflächen einer Beipaseleitung oder auf Material in der Vorbehandlungskammer ablagern. Der andere Gasstrom, der durch das Material in der Vorbrennzone verläuft, überträgt Wärme auf das Material darin und die Temperatur dieses Gases fällt auf eine mittlere Temperatur von etwa 260° bis 40O⁰C (500 to 750 degrees Fahrenheit). Dieses duroh das Material in der Vorbrennkammer gegangene Gas wird nach einem Temperieren mit Atmosphärenluft,falls dies erforderlich ist, um die Temperatur auf etwa 260 bis 32O⁰C abzusenken, ebenso wie das an der Vorbrennkammer vorbeigeleitete Gas dann durch

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einen oder mehrere JEyfclon-Staubsammler geleitet, um die Staubpartikel, die grosser als 10 bis 20 Micron sind, und einen kleineren Teil der festgewordenen Alkalien zu entfernen, und dann zu einer Vorbehandlungskammer geliefert, in der das Material behandelt (d.h. getrocknet) wird, bevor es in die Vorbrennkammer geht. Ein Hilfsbrenner oder mehrere Hilfsbrenner sind in der Oberseite der Ofenstruktur zwischen dem Misohkasten und Vorbehandlungskammer angebracht, um jeglichen Wärmeverlust in den Vorbrenngasen auszugleichen. Vorbeigeleitete Gase und Vorbrenngase mit mitgerissenem Staub und mitgerissenen Alkalipar&keln kleiner als 10 bis 20 Micron werden zu der Vorbehandlungskammer geliefert und durch das Material und in eine Abgasleitungseinrichtung gezogen, die mit der Vorbehandlungskammer zwischen der Vorbrennkammer und dem Materialeinlassende der Vorbehandlungskammer verbunden ist. Bs ist dabei Vorsorge getroffen, um gesteuerte Mengen von vorbeigeleitetem Gas direkt zu der AbgasIeitungseinrichtung zu ziehen, ohne diese Mengen durch das Material in der Vorbehandlungskammer zu führen. Bin Feinstaubsammler, der ein elektrostatischer Ausfällapparat sein kann oder gasdurchlässige Beutel aufweisen kann, ist mit der Abgasleitungseinrichtung verbunden. Oer Feinstaubsammler sammelt Staub, der kleiner als 10 bis 20 Micron ist, einschliesslich einem grösseren Teil der Alkalien. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise besehrieben! in der einzigen Figur der Zeichnung ist in Seitenansicht teilweise im Schnitt ein Ofensystem gemäss der Erfindung dargestellt·

Nach der Zeichnung wird Rohmaterial für den Ofen durch eine geeignete Agglomerierungseinrichtung vorbereiten die, wie es beispielsweise dargestellt ist, eine Ballungssinrich-

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tung bzw. Kugelbildungaeinriohtung B sein kann. Bin förderer f legt das vorbereitete Rohmaterial auf ein gasdurchlässiges Wanderrost 1. Eine Gehäuseetruktur 2 ist so angeordnet, dass sie einen Raum über dem Rost 1 umsohliesst und/fiaterialeinlassöffnung 2a definiert. Eine Prallwand 3 hängt von dem Daoh des Gehäuses 2 bis zu einem vorbestimmten Abstand über dem Rost 1 herab. Die Prallwand 3 bzw. Wand 3 teilt den von dem Gehäuse 2 umsohlossenen Raum in eine Vorbehandlungskammer 4 und eine Vorbrennkammer 5. Das Rohmaterial auf dem Rost 1 wird durch die Vorbehandlungakammer 4 und dann durch die Vorbrennkammer 5 transportiert und dann durch eine Rutsche 6 in eine Einlassöffnung 7 eines Drehofens 8 entladen.

Der Drehofen 8 ist von der Rutsche 6 zu einer Haube 9 abwärts geneigt, die das Austragsende des Ofens 8 umschliesst und einen Durchgang 10 von dem Ofen 8 zu einem Kühler 11 bestimmt. Durch die Abwärtsneigung des Ofens 8 wird das von der Rutsche 6 aufgenommene Material veranlasst, durch den Ofen 8, dann in die Haube,. 9 und durch den Durchgang 10 zu dem Kühler 11 zu verlaufen bzw. zu wandern.

Der Kühler 11 weist ein-Paar von Gebläsen 12, 13 auf, die Luf-^aufwärts durch Windkästen 14, 15 und dann durch Material auf einem luftdurchlässigen Rost 16 blasen bzw. drücken. Eine Prallwand bzw. Leitwand 17 kann vorgesehen sein, die eine Kammer 18 für eine vorläufige Kühlung und eine Kammer 19 für eine abschliessende Kühlung über dem Rost 16 bestimmt. Wie es durch Pfeile angegeben ist, wird von dem Gebläse 13 zugeführte kühle Luft aufwärts durch. den Windkasten 15, den Rost 16 und die Kammer 19 geblasen, um durch einen Abzug bzw. Schornstein 20 in die Atmosphäre abgelassen zu werden. Von dem Gebläse 12 gelieferte kühle

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luft wird aufwärts durch den Winkasten 14, den Rost 16, die Kammer 18 und den Durchgang 10 in die Fauerhaube 9 geblasen. Ein Brenner 21 ist in der Haube 9 angebracht und springt in die Haube 9 vor, um Heizmaterial zu liefern und verbrennen, da® die Temperatur der in den Ofen 8 verlaufenden Gase auf den erwünaohten hohen Temperaturpegel anzuheben, der für ein Material erforderlich isti das eine absohliessende Wärmebehandlung in dem Ofen 8 erfährt. In Anlagen, in welchen Portland Zement hergestellt wird, werden die in den Ofen eintretenden Gase auf eine Temperatur zwischen 1430 - 154O⁰C (between 2600 - 2800 degrees Fahrenheit) erhitzt.

Der Gasstrom von dem Gasaulassende des Ofens 8 die Rutsche 6 hinauC und in die Materialvorbrennkammer 5 weist eine Temperatur in dem Bereich von etwa 870⁰O bis 1200⁰O (about 1600 - 2200 degrees Fahrenheit)auf.

Gasfördereinrichtungen werden jetzt beschrieben, die die Vorbrennkammer 5 mit der Vorbehandlungskammer 4 verbinden. Ein Mischkasten 22 ist auf der Oberseite der Gehäusestruktur 2 über der Vorbrennkammer 5 und im Bereich der Einlassöffnung 7 des Ofens 8 angebracht. Der Mischkasten 22 weist eine öffnung 23 in die Vorbrennkammer 5 auf und ein mit öffnungen versehener Gaemisohkäfig 24 ist in dem Kasten 22 über der öffnung 23 angebracht. Eine Einrichtung zur Zuführung von Atmosphärenluft, die eine leitung und eine Drosseleinrichtung 26 umfasst, ist mit dem Mischkasten 22 verbunden.

Eine Beipassleitungseinrichtung 27 weist ein erstes Ende 28 auf, das mit dem Mischkasten 22 auf der zu der Luftzuführleitung 25 entgegengesetzten Seite des Käfigs 24

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verbunden ist. Die Beipassleitungseinrichtung 27 weist ein zweites Ende 29 auf, das mit einem Verzweigungsrohr 30 verbünden ist, das an der Oberseite der Gehäusestruktur 2 über der Vorbehandlungskammer 4 angebracht ist. Drosseleinrichtungen 31 und 32 sind in der Beipassleitungseinrichtung 27. zur Steuerung der Strömung von Gas und Luft dorthindurch vorgesehen.

Ein Beipassventilator 35 ist in der Beipassleitungseinrichtung 27 zwischen den Drosseln 31, 32 vorgesehen, um ψ einen ersten Teil der von dem Ofen 8 in die Kammer 5 verlaufenden Gase und Atmosphärenluft durch die Leitung 25 zu ziehen, und ein Gemisch von diesem Gas und Luft strömt von dem Mischkasten 22 in die Beipassleitun^g 27, um zu der Rohrverzweigung 30 und der Vorbehandlungskammer 4 geführt zu werden. Eine Staubsammel- und -abfuhreinrichtung, die als ein Zyklon-Staubsammler 36 dargestellt ist, ist in der Beipassleitung 27 zwischen dem Mischkasten 22 und dem Ventilator 35 vorgesehen. Der StaubsanriLer 36 weist eine Peststoff-Austragsöffnung 37/und trägt Staubpartikel, die grosser als 10 bis 20 Micron sind, und einen geringeren Teil der unerwünschten Mineral-Bestandteile, wie Alkali, ^ wenn Zement hergestelltwi^ii aus, wie nachfolgend mehr im ' einzelnen erläutert wird. Ein zweiter Kaltlufteinlass 38 mit einer Drossel 39 ist mit der Beipasaleitung 27 an einer Stelle stromabwärts des Staubsammlers 36 und stromaufwärts des Ventilators 35 verbunden, um sicherzustellen, dass das in den Ventilator 35 gezogene Gas zusammen mit der Luft den Ventilator 35 nicht überhitzen.

Eine zweite Leitungseinrichtung 40 ist vorgesehen, die an ihrem ersten Ende eine Vielzahl von Windkästen 41 aufweist, die unter dem Rost 1 und der Vorbrennkammer 5 angeordnet sind, um das erste Ende 41 der Leitung 40 mit der Kammer 5 zu

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verbinden. Die zweite Leitungaeinrichtung 40 weist ein zweites Ende 42 auf, das mit 3em Verzweigungarohr 30 über der Vorbehandlungakammer■4 verbunden ist. Eine Drosseleinriohtung 43 ist in der zweiten leitung 40 zur Steuerung der Gasströmung dorthinduroh vorgesehen. Ein Vorbrenngas-Abzugsventilator 44 ist in der leitung 40 zwischen der Drossel 43 und dem Verzweigungsrohr 30 vorgesehen, um einen zweiten Teil der von dem Ofen 8 in die Kammer 5 strömenden Gase in die leitung 40 zu ziehen und zu dem Verzweigungsrohr 30 und der Vorbahandlungskammer zu liefern. Ein oder mehrere Zyklon-Staubsammler 45 mit einer Feststoff-Austrageöffnung 46 kann bzw. können in der leitung 40 stromaufwärts des Ventilators 44 vorgesehen sein. Ein dritter KaItlufteinlass 47 mit einer . Drosseleinrichtung 48 ist mit der zweiten Leitung 40 an einer Stelle stromabwärts des Staubsammlers 45 und stromaufwärts des Ventilators 44 verbunden, um sicherzustellen, dass in den Ventilator 44 gezogenes Gas diesen nicht überhitzt. Um zu gewährleisten, dass der zweite Teil der von dem Ofen 8 in die Kammer 5 und durch das Material oder den Rost 1 in der Kammer 5 strömenden Gase genügend Wärme enthält, wie es für das erwünschte Vorbrennen des Materials erforderlich ist, sind zusätzliche Heizeinrichtungen, die als mehrere Heizstoffbrenner 49 dargestellt sind, an der Gehausβstruktur 2 angebracht, die in die Kammer 5 über den Rost 1 zwischen dem Mischkasten 22 und d®r Vorbehandlungskammer 4 vorspringen.

Eine dritte Ieitungseinrichtung 50 ist vorgesehen die an ihrem ersten Ende einen Windkasten 51 unter dem Host 1 aufweist und mit der Vorbehandlungskammer 4 zwischen der Vorbrennkammer 5 und der Materialeinlassöffnung 2o<ä©r Vorbehandlungskammer 4 verbunden ist. Ein zweites Ende äer

dritten leitung 50 iat mit einem Abzug, bzw. Schornstein zum Abführen des Gases in die Atmosphäre verbunden. Ein Vorbehandlungsgas-Abzugsventilator 53 ist in der leitung 50 vorgesehen, um Gas dorthindurch für ein Abführen den Schornstein 52 hinauf/zuteiehen. Bin Feinstaubsammler 54 ist mit der Leitung 50 verbunden. Nach der Zeichnung kann der Sammler 54 entweder ein elektrostatischer Ausfällapparat sein oder gasdurchlässige Beutel umfassen.

Eine Sekundär-Beipassleitungseinrichtung 55 mit einer Dros seleinrichtung 56 ist an einem ersten Ende 57 mit der Bei passleitung 27 zwischen dem Ventilator 35 und der Drossel 32 verbunden. Ein zweites Ende 58 der Leitung 55 ist mit der dritten Leitung 50 stromaufwärts des Ventilators 53 verbunden.

Es wird jetzt ein Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemässen Vorrichtung beschrieben, wie es für die Herstellung von Portland Zement mit geringem Alkaligehalt aus Alkali enthaltenden Rohmaterialien benutzt wird. Pellets, die die erforderlichen Rohmaterialien zum Herstellen von Zement enthalten, werden in der Kugelbildungseinrichtung B gebildet und auf den Rost 1 durch den Förderer F aufgebracht, um ein gasdurchlässiges Bett von Pellets mit etwa 18 cm !Tiefe (seven inches deep) für einen Transport durch die Kammer 4 zu bilden. Der Wärmeübergang von dem Gas auf die Pellets in der Kammer 4 muss sorgfältig gesteuert werden, um die Pellets richtig vorzubehandeln bzw. vorzubereiten, bevor diese in die Vorbrennkammer 5 transportiert werden. Das heisst in der Kammer 4 werden die Pellets getrocknet, wenn sie mit Gas von einer Temperatur von etwa 260 bis 320⁰C (500 - 600 degrees Fahrenheit) erhitzt werden. Die Pellets dürfen nicht zu schnell erhitzt werden oder zu hohen Temperaturen ausge-

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setzt werden, um einen Pelletbruch und eine Staubbildung zu vermeiden.

Die getrockneten, so für ein Vorbrennen vorbereiteten Pellets werden in die Vorbrerinkammer 5 transportiert, wo sie einer (Temperatur von etwa 980° - 1200°0 (1800 - 2200 degrees Fahrenheit) ausgesetzt werden, und die Pellets werden teilweise kalziniert bzw. geröstet bzw. gebrannt.

Nachdem die Pellets die erwünschte Vorbrennbehandlung erfahren haben, wird der Körper der Pellets auf dem Rost 1 zerrissen/und'die Teilets werden durcheinanderfallend durch den Ofen 8 geführt und auf etwa 1400° bis 154O⁰C (2600 - 2800 degrees Fahrenheit) erhitzt und es wird Zementklinker erzeugt. Während dieser abschliessenden Hitzebehandlung in dem Ofen wird einiger Staub erzeugt und verflüchtigen sich unerwünschte Mineral-Bestandteile, die vorhanden sein können, wie Alkali, als Gas und Dampf. Die heissen Pellets werden aus dem Ofen 8 aufgetragen und fallen durch den Durchgang 10 zu dem Rost 16 des Kühlers 11. Wenn die Pellets durch die Kammern 18 und 19 des Kühlers hindurchgegangen sind, sind sie genügend abgekühlt für eine Handhabung und Speicherung.

Die Luft von der Kammer 18 des Kühlers 10, die auf etwa 800⁰G (1500 degrees Fahrenheit) während ihres Durchgangs durch die Pellets auf dem Rost 16 vorerhitzt worden ist, strömt den Durchgang 10 hinauf und in den Ofen 8. Die Flamme und Gase von dem Brenner 21 vermischen sich mit dar Luft 'von dem Kühler 11, um in dem Ofen 8 eine Atmosphäre zu erzeugen, die eine Temperatur von über 1400⁰O (2600degrees Fahrenheit) aufweist. Diese Hochtemperaturgase bewegen sioh entgegen der Strömung der Pellets durch den Ofen 8 und

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strömen mit dem Staub und den flüchtigen Stoffen von dem Ofen in die Vorbrennkammer 5 bei einer Temperatur von über 98O⁰O" (1800 degrees Fahrenheit)..

Die Drossel 31 ist so eingestellt, dass der Ventilator 35 einen ersten Anteil der Gase von dem Ofen 8 in einer Menge

dem
von 15 bis 40 J» des Gases von/Ofen 8 in den Mischkasten und die Beipasaleitung 27 saugt. Der Mischkasten 22 ist angrenzend an die Ofenöffnung 7 angeordnet! um das Gas aufzufangen, während es von der öffnung 7 aufsteigt, so dass ein Maximum des von dem Gas mitgerissenen Staubes und der von dem Gas mitgerissenen verflüchtigten Alkalien in den Mischkasten 22 gesaugt wird.

Es wurde gefunden, dass eine Schichtbildung von Staub und Alkali relativ zu dem Gasstrom als Ganzes aus dem Ofen 8 austritt. Der Mischkasten 22 ist für die beste Abtrennung des mit Alkali und Staub beladenen Gases von relativ saubererem Gas angeordnet, indem er über der Ofenöffnung 7 in dem Pfad des Gasstromes gelegen ist, bevor der Gasstrom die Richtung ändert und sich abwärts dreht, wi/es durch Pfeile in der Kammer. 5 dargestellt ist.

Duroh den Anteil des in den Mieohkasten 22 und die Beipassleitung 27 gesaugten Gases wird das meiste des Staubs und der Alkalien von dem System entladen. Die Alkaliverbindungen kondensieren, wenn sie in deft Misohkasten 22 abgeschreckt werden, um zusätzliche Staubpartikel zu bilden, oder als Dampf verbinden sie sich ohemisoh mit dem Staub oder haften körperlich an dem Staub an, oder es kann eine Kombination dieser Möglichkeiten auftreten; der genaue Mechanismus ist nicht bekannt; jedoch sind zwei Faktoren offensichtlich. Ein offensichtlicher Faktor ist der, dass der grösste

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feil der Alkalien in den Miaohkasten 22 gesaugt wird und sie sind, naohdem sie in einer naohfolgend beschriebenen Weise gekühlt worden sind, als Partikel geringer Diohte fest geworden, von denen die meisten kleiner als 10 bis 20 Mioron sind, und nur ein kleinerer Anteil der vorhandenen Alkalien wird von dem System durah/feststoff-Austragsöffnung 37 in dem flyklon-Staubabsoheider 36 ausgetragen. Der zweite offensichtliche faktor besteht darin, dass der grössere Anteil der durch den Saugkasten 22 abgesaugten Alkalien in dem duroh den Zyklon-Staubsammler 36 und durch das Materialbett in der Kammer 4 strömenden Gas suspendiert bleibt und in dem Peinstaubsammler 44 aufgefangen wird. Es wird jetzt das Gasströmungssystem weiter beschrieben. Die durch den Saugkasten 22 abgesaugten Gase und Dämpfe und der abgesaugte Staub wandern durch die Beipassleitung 27, Jedoch tritt ι bevor sie aus dem Mischkasten 22 hinausgehen, luft bei etwa 20⁰O (70 degrees Fahrenheit) durch die Kaltlufteinlassleitung 25 in den Mischkasten 22. Die Drossel 26 steuert die Strömung der Kaltluft in den Misohkasten 22 ,um die Temperatur des Beipassgases von über 98O⁰O auf etwa 260° - 32O⁰O (500 - 600 degrees Fahrenheit) zu drücken. Das verflüchtigte Kaliumhydroxyd verfestigt sich zu staubähnlicheη Feststoffteilchen, wenn das Gas auf etwa 400⁰O (750 degrees Fahrenheit) abgekühlt ist, und das verflüchtigte Natriumhydroxyd verfestigt sich zu staubähnlichen Feststoffteilchen, wenn dieses Gas auf etwa 320 (600 degrees Fahrenheit) abgekühlt ist.₀Dieses Beipassgas in der Leitung 27, welches auf etwa 260 - 32O⁰O abgekühlt ist und Feststoffalkali (jetzt nicht in klebriger Form) enthält, strömt dann in einen oder mehrere Zyklon-Staubsammler 36.

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Si« Staubeaaaltr 36 trennen Staubpartikel und einen kleinen Anteil der Alkaliverbindungen von den Gaaβtrom und tragen diese Materialien duroh die Öffnung 37 aus. Da dieser Staub einen relativ geringen Gehalt an Alkalien aufweist» kann er duroh das gesamte System zusammen mit anderen auf dem Aufgabeende des Rostes 1 abgelagerten Aufgabematerial rezirkuliert werden.

Das Gas wird aus dem Staubsammler 36 abgeführt und kann W mit zusätzlicher Kaltluft, die an dem Einlass 38 zuge geben werden kann, vermischt werden, bevor es zu dem Einlass des Ventilators 35 geführt wird, um den Ventilator 35 gegen ein Überhitzen zu sohützen. Das Gas strömt von dem Ventilator 35 weiter durch die leitung 27 zu dem Verzweigungsrohr 30 über der Kammer 4·

Die Drossel 43 in der zweiten leitung 40 ist so eingestellt, dass der Ventilator 44 einen zweiten leil der Gase von dem Ofen 8 und der Verbrennungsgase von den Heizstoffbrennern 49 abwärts durch das Material .auf dem Rost 1 in der Vorbrennkammer 5 in die Windkästen 41 saugt, wobei die Brenner 49 ^ die zusätzliche Hitze liefern, die für die erwünschte iPeilkalzinierung des Materials in der Kammer 5 erforderlich ist. Von den Windkästen 41 strömen die Gase durch den Staubsammler 45, werden dann mit Kaltluft von der Einlassleitung 47 temperiert und durch den Ventilator 44 in das Verzweigungsrohr 30 geblasen. Das Verzweigungsrohr 30 leitet die Gase sowohl von der Beipaasleitung 27 als auch von der zweiten Leitung 40 abwärts durch das Material auf dem Rost -1 in der Vorbehandlungakammer 4 und in den Windkasten 51 der dritten Leitung 50. Von dem Windkasten 51 strömen diese Gase zum Ventilator 53 und dem P eins taub sammler 54 und werden den Schanstein 52 hinaus in die Atmosphäre geblasen.

BAD ORIGINAL

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Der Feinstaub, d.h. der Staub kleiner als 10 bie 20 liicron, der duroh den Sammler 54 (entweder einen elektrostatischen Ausfällapparat oder gasdurchlässige Beutel) entfernt worden ist, enthält einen höheren Prozentsatz an Alkalien als die gröaseren durch den Sammler 36 entfernten Staubpartikel.

Die Drosseleinrichtungen 55 in der sekundären Leitungseinrichtung 54 leiten 15 bis 25 # der Bdpassgase vn der Beipassleitung 27 zu dem Abführsystem 50, ohne sie durch das Material in der Vorbehandlungs (Troeknungs-)kammer 4 zu führen.

Da ein Mischkasten 22 und ein Beipass 27 in einem System mit Windkästen 41, 51 vorgesehen sind, die einen Teil getrennter Gasstrom-Leitungseinriohtungen 40 bzw. 50 bilden, wird eine grössere Flexibilität für eine bessere Entfernung von Alkalien erreicht. Grössere Wärmemengen können angewendet werden, um mehr Alkalien auszutreiben, ohne die Gefahr einer Überhitzung der nassen Pellets in der Trocknungszone 4 (was ein Explodieren der Pellets und eine Staubbildung hervorrufen würde). Das heisst die Drosseln 43 und 48 können so eingestellt werden, dass die Menge der durch die Trocknungszone 4 von den Windkästen 41 duroh die Ventilatoren 44, 53 bewegten Wärme vermindert wird, und die Droseeleinrichtungen 32 und 56 können so eingestellt werden, dass die Menge der durch die Trocknungszone und von dem Miechkasten 22 durch die Ventilatoren 35, 53 bewegten Wärme verringert wird, ohne dass eine Verringerung der in dem Ofen 8 zum Austreiben von Alkali angewendeten Hitze erforderlich ist. Weiterhin besteht bei Verwendung des beschriebenen BeipasssyBtems kein Erfordernis für einen Entlastungsabzug für den Notfall über dem Rost für eine Benutzung während eines Aufheizens, einer Störung, einer Notabschaltung und einem Leer-

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laufbetrieb, wie es in der US-Patenteehrift 3 313 534 vorgesehen ist.

Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung und Betriebsweise ist eine Steuerung jeder Stufe des Brennbetriebes möglich, um die richtige !Temperatur und Gasmenge für jede Stufe vorzusehen; weiterhin ist eine Einrichtung zum Entladen von Staub von dem System zur Steuerung der Kranzbildung in dem Ofen 8 und eine Einrichtung zum Rezirkulieren von Staub und Entfernen von unerwünschten Mineralbestandteilen von dem Material, die während des Hochtemperatur-Taumeins des Materials in dem Ofen 8 verflüchtigt werden, vorgesehen.

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Claims (9)

Patentansprüche

1. Mineral-Brennvorrichtung mit Einrichtungen, die zumindest eine Kammer (4) zur Vorbehandlung des Materials mit einer Materialeinlassöffnung (2a), eine Kammer (5) zum Vorbrennen des Materials und eine Kammer (8) für eine Abschlusserhitzung des Materials mit einer Materialeinlassöffnung (7), die zu der Vorbrennkammer gerichtet ist, bestimmen, wobei die Kammern miteinander in Heihenanordnung verbunden sind und eine Materialströmungsbahn von der Vorbehandlungskammer zu der Vorbrennkammer und dann zu der Abschluss-Erhitzungskammer definieren und die Einrichtungen einen Durchgang für eine Gegenströmung von Gas von der Absohluss-Erhitzungskammer zu der Vorbrennkammer bestimmen, und mit einer Gasführungseinrichtung einschliesslich einer Beipaaaleitung (27), die die Vorbrennkammer mit der Vorbehandlungskammer verbindet, dadurch g e k e η η zeichnet, dass ein Misohkasten (22) vorgesehen ist, der mit der Vorbrennkammer (5) an einer Stelle im Bereich der Materialeinlassöffnung (7) der Abschluss-Erhitzungskammer und an einer zu dem Gasstrom durch den Durchgang gerichteten Seite des Materialstroms verbunden ist, dass der Miachkastsn mit einem ersten Ende (28) der Beipassleitung verbunden isti wobei das zweite Ende (29) der Beipassleitung mit der Vorbehandlungskammer verbunden ist, dass eine zweite Leitung (40) an einem ersten Ende von ihr mit der Vorbrennkammer (5) an einer Stelle verbunden 1st, die sich an einer entgegengesetzt zu dem Gasstrom durch den Durchgang gelegenen Seite des Materialstroms und zwischen dem Mischkasten (22) und der Vorbehandlungskammer (4) befindet, dass ein zweites Ende (42) der leitung mit der Vorbehandlungskammer (4) verbunden ist, dass eine luftzufuhröffnung (25)

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mit dem Misohkasten verbunden isti dass eine Staubsamme1- und -Austrageinrichtung (36) in der Beipassleitung (27) zwischen dem Mischkasten und der Vorbehandlungskammer vorgesehen ist, die Staubpartikel, die grosser als 10 bis 20 Mioron sind, sammelt und Partikel, die kleiner als 10 bis 20 Micron sind, durchlässt, dass eine dritte leitung (50) mit der Vorbehandlungskammer (4) an einer Stelle verbunden ist, die sich auf einer zu dem zweiten Ende (29) der Beipassleitung (27) entgegengesetzten Seite des Materialstroms und zwischen der Vorbrennkammer und der Materialeinlassöffnung (2a) der Vorbehandlungskammer befindet, für ein Abblasen von Gas von der Vorbehandlungskammer, und dass ein Feinstaubsammfer (54), der Partikel, die kleiner als 10 bis 20 Micron sind, sammelt.mit der dritten Leitung (50) zum Entfernen von Partikeln solcher Grosse von dem Gasstrom durch die dritte leitung (50) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeich net durch zusätzliche Heizeinrichtungen (49), die in die Vorbrennkammer auf der Seite des Materialstroms, die zu dem Gasstrom durch den Durchgang hin gerichtet ist, und an einer Stelle zwischen dem Mischkasten (22) und der Vorbehandlungskammer (4) vorspringen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,gekenn zeichnet durch einen Beipassventilator (35) in der Beipassleitung (27) zwischen dem Mischkasten und der Vorbehandlungskammer, der Gas aus der Vorbrennkammer in den Misohkasten und Atmosphärenluft in den Mischkasten zieht und das Gas und die Luft von dem Misohkasten durch die Beipassleitung in die Vorbehandlungskammer bläst.

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4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkasten (22) einen mit Öffnungen versehenen Käfig (24) aus wärmebeständigem Material aufweist, der eine Turbulenz der Luft und des Gases hervorruft und deren Mischung fördert.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ge kennzeichnet durch eine sekundäre Beipassleitung (55), die die Beipassleitung (27) von dem Mischkasten an einer Stelle zwischen der Staubsammel- und -Austragseinrichtung (36) und der Vorbehandlungskammer (4) mit der dritten Leitung (50) an einer Stelle zwischen der Vorbehandlungskammer (4) und dem Feinstaubsammler (54) verbindet.

6. Verfahren zur Anwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Reduzierung des Alkaligehaltes von Zementklinker, der aus Alkali enthaltendem Rohstoff hergestell#wird, welcher aufeinanderfolgend durch die Vorbehandlungs-, Vorbrenn- und Abschluss-Hitzebehandlungszonen geführt wird, wobei heisse, mit Staub und Alkali beladene Gase von der Abschluss-Hitzebehandlungszone in die Vorbrennzone geleitet werden, dadurch gekennzeich net, dass ein erster Teil der Gase und verflüchtigten' Alkalien von der Abschluss-Hitzebehandlungszone weg von dem Material in der Vorbrennzone abgeleitet wird, dass eine Menge an Luft mit dem abgeleiteten Teil der Gase vermischt wird, um die verflüchtigten Alkalien abzuschrecken und zu Partikeln zu verfestigen, die kleiner als 10 bis 20 Micron sind, dass Staubpartikel, die grosser als 10 bis 20 Micron sind, gesammelt und von dem Gemisch von abgeleiteten Gasen und Luft entfernt werden, dass ein zweiter Teil der Gase von der Abschluss-Hitzebehandlungszone in Berührung mit dem Ma-

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terial in der Vorbrennzone und durch dieses Material und dann aus der Vorbrennzone gesaugt wird, dass ein Vorrat an zusätzlicher Hitze in die Vorbrennzone eingeführt und in Berührung mit dem zweiten Teil der Gase gebracht wird, nachdem der erste. Tßi-1 der Gase von dem zweiten Teil der Gase weggeleitet/und bevor der zweite Teil der Gase durch das Material in der Vorbrennzone gesaugt wird, dass das Gemisch aus'dem abgeleiteten ersten Teil von Gasen und Luft, von dem Staubpartikel, die grosser als 10 bis 20 fc Micron sind, entfernt worden sind und der zweite Teil von Gasen, die durch das Material in der Vorbrennzone geführt worden sind, in die Vorbehandlungszone zum Erhitzen des Materials dort geleitet werden und dass dann Staub und verfestigte Alkalipartikel, die kleiner als 10 bis 20 Micron sind, gesammelt und von den Gasen entfernt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, dass Staubpartikel, die grosser als 10 bis 20 Micron sind, gesammelt und von dem zweiten Teil der Gase entfernt werden, nachdem der zweite Teil der Gase durch das Material in der Vorbrennzone geführt und bevor der zweite Teil der Gase in die Vorbrennzone zur Behandlung des in dieser befind-

P liehen Materials geleitet worden ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7_f dadurch gekennzeichnet, dass eine Menge an Luft mit Atmosphärentemperatur mit den abgeleiteten Gasen bei einer Temperatur von zumindest etwa 870° - 1200°0 (1600 - 2200 degrees Fahrenheit) vermischt wird, um ein Gemisch mit einer Temperatur von unter etwa 320⁰O (600 degrees Fahrenheit) tu erzeugen

. und verflüchtigte Hydroxyd-Alkalien in feste Partikel zu * überführen, die kleiner als 10 bis 20 Mioron sind, bevor die Partikel gesammelt und von diesen entfernt werden.

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9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet! dass eine gesteuerte Menge von abgeleiteten Gasen abgeführt wird, bevor die abgeleiteten Gase zur Behandlung des Materials in der Vorbehandlungszone geführt werden.

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