DE2262213A1

DE2262213A1 - Verfahren zur waermebahandlung von staubfoermigem gut

Info

Publication number: DE2262213A1
Application number: DE2262213A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Chem Rechmeier; Gerhard Rohrbach; Rudolf Rohrbach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-12-19
Filing date: 1972-12-19
Publication date: 1974-09-19
Also published as: DK138916B; SE394417B; DE2262213B2; GB1420704A; FR2210584B1; US3973980A; JPS4990320A; FR2210584A1; CH584167A5

Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH 8 MÜNCHEN 22

Dipl.-liig. K. GUNSCHMANN steinsdorfstraße ίο

Dr. rer. not. W. KÖRBER β pen) »»6684

Dipl.-Ing. J, SCHMIDT-EVERS

PATENTANWÄLTE

19. Dezember 1972

Gu/ay

Portland Zementwerk Dotternhausen
Rudolf Rohrbach Kommanditgesellschaft 746 B a 1 in g e η

Postfach Io5

Patentanmeldung

Verfahren zur Wärmebehandlung von staubförmig em Gut

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von staubförmigem Gut in einer Drehrohrofenanlage mit einem dem Drehrohrofen nachgeschalteten Kühler und einem oder mehreren dem Drehrohrofen vorgeschalteten Wärmeaustauschern.

Bei den modernen thermischen Behandlungsverfahren, für staubförmiges Gut wird dies Gut zum überwiegenden Teil in Drehrohröfen gebrannt, denen Wärmexauseher für die WMergewinnung der in den Abgasen der Öfen enthaltenen Wärme vorgeschaltet sind.

Pur endotherme Prozesse, wie zum Beispiel die Herstellung

/aus

von Zement sind hierfür mannigfache Wärmetauscher vorgeschlagen worden, wie zum Beispiel Zyklonvorwärmer, Schachtvorwärmer zum Teil im Gegenst romverfahr en, zum Teil im Gleichstromverfahren.

Bei diesen Brennanlagen wird die Wärme dort erzeugt, wo sie eigentlich nicht benötigt wird, nämlich in der Sinterzone

409838/0388

des Drehrohrοfens. Der Transport der Wärme zum Ort des Verbrauches, nämlich zur EntSäuerungszone und weiter zur Yorerhitzung geschieht in der bisher technisch nicht befriedigenden Form des Durchleitens der gesamten Verbrennungsgase durch den Drehrohrofen. Hierbei werden die in diesen Gasen enthaltenen, aus dem Rohmaterial ausgetriebenen Grase, wie Schwefeldioxid und Kohlendioxid sowie die verdampfbaren mineralischen Bestandteile, wie Alkalioxide, -chloride und -sulfate mitgeführt und führen, im kälteren Teil des Ofens

/aus
bzw. im unteren Teil des Wärmetauschers zu Ansatzbildungen, die den Brennbetrieb in fast allen Werken empfindlich stören. Außerdem werden die mit dem Rohmaterial und dem Brennstoff eingeführten Schwefelmengen im Ofen an Kalk gebunden, wobei die so entstehenden Sulfate nicht mit denABgasen entfernt werden können und durch Kreisläufe im Ofen zur Erniedrigung des Schmelzpunktes des Klinkers führen. Es ist festgestellt worden, daß solche Schwefelkxeisläufe den Schmelzpunkt des Rohmaterials um einige 100 Grad erniedrigen können, so daß oft durch diese niedrig schmelzenden Verbindungen erhebliche Brennstörungen durch Ringbildungen und übermäßige Ansätze entstehen.

en
Weiterhin ist bei diesen System festgestellt worden, daß am Ein- und Austritt des Drehrohrofens durch die verfahrensbedingten schlechten Abdichtungsmöglichkeiten der drehenden Teile gegen die feststehenden Teile Falschluft eintritt, die den Brennstoffbedarf des Systems dadurch erhöht, daß sie einmal die aus dem Kühler verwertbare Heißluft durch kalte Luft ersetzt und auf der anderen Seite dadurch, daß sie auf Prozeßtemperatur aufgehiezt werden muß und mit höherer Temperatur das System verläßt und somit einen zusätzlichen Wärmeverlust verursacht.

Λ09838/0388

Die Leistung soldier Öfen wird durch die Brennstoffmenge bestimmt, die pro Zeiteinheit im Ofen verbrannt werden kann. Diese Brennstoffmenge hängt von der Luftmenge, die pro Zeiteinheit durchgesetzt werden kann, ab, sowie von der Qfenraumbelastung M, ausgedrückt z.B. in t Klinker/24 h. Beide Größen, die Brennstoff- und die Luftmenge ergeben den Brennst off wärme strom. Der höchstmögliche Brennstoff wärme strom

beträgt nach dem bisherigen Stand der Technik (L, =0,75 · r -τ -Br

10 «D. (kcal/h) (D. = Innendurchmesser des Ofens), siehe R. Frankenberger: "Ofenabmessungen, Durchsatz und Wärmebedarf von Schwebegas-Wärme tau s ch er öfen", Zement-Kalk-Gips 1967, S. 453-458. Nach der gleichen Arbeit beträgt die maximale Ofenauslastung bei den heutigen Betriebsverfahren M = 1,7554^pHv₁ = Innenyolümen des Ofens). Die Brennleistung wird unter anderem dadurch begrenzt, daß bei ständig steigendem Luftdurchsatz die Geschwindigkeit der Gase im Ofen schließlich so hoch wird, daß das Mehl im Ofen mitgerissen wird und somit kein geordneter Brennbetrieb mehr aufrecht erhalten werden kann. Der Brennstoff wärme strom wird also praktisch durch die höchstzulassige Gasgeschwindigkeit im Ofen bestimmt.

Aus diesen Gründen muß man für steigende Leistungen immer größere Öfen bauen. Dies bedingt wiederum höhere Antriebskosten, sowie schwierigere Ausmauerungen und erhöhte Neigung zu Brennstörungen durch Ring bildung en.

Im vorerwähnten Aufsatz von Prankenberger wird in Bild 2 gezeigt, wie das Drehrohr volumen bei steigendem Durchsatz erhöht werden muß.

Bei einem bekannten Verfahren zuryHerstellung von Zement klinkern erfolgt der endothermische Prozeß der Entsäuerung zum Teil

4098 3 8/0388

in einem vom Drehrohrofen getrennten Wirbelofen (deutsche Patentschrift 1.251.688). Hierbei wird der Brennstoff dem Wirbelofen z.B. in Form von Ölschiefer zugeführt. Die hier einzubringende Brennstoffmenge wird jedoch dadurch begrenzt, daß die Verbrennungsluft, die durch den Drehrohrofen zu führen ist, eine bestimmte Geschwindigkeit, bei der das Mehl mitgerissen wird, nicht überschreiten darf. Man kann zwar den Drehrohrofen für die gleiche Leistung erheblich kürzer wählen, jedoch muß wegen der Begrenzung der Grasgeschwindigkeit der Durchmesser des Drehrohrofens bei steigender Leistung mitsteigen, um die Gasgeschwindigkeit unter einem gewissen Grenzwert zu halten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Belastung, d. h. den spezifischen Durchsatz einer Drehrohrofenanlage in t pro m Ofen volumen und Zeiteinheit zu erhöhen.

Hierzu schlägt die Erfindung vor, daß bei dem eingangs beschriebenen Verfahren die endothermen Prozesse in an sich bekannter Weise in einer vom Drehrohrofen getrennten Apparatur durchgeführt werden und daß im Drehrohrofen nur die Wärmemenge erzeugt wird, die zum Erreichen der Pro*eßtemperatur und zur Deckung der Wärme Verluste erforderlich ist.

Eine bevorzugte Durchführungsform des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß dem Drehrohrofen in an sich bekannter Weise zwei Wärmeaustauscher vorgeschaltet sind, von denen einem die Abluft des Kühlers und dem andern die Abgase des Drehrohrofens zugeführt werden und daß die endothermen Prozesse in dem Wärmeaustauscher erfolgen, dem die Abluft des Kühlers zugeführt wird, die hier in an sich bekannter Weise für die Verbrennung des diesen Wärmeaustauscher beheizenden Brennstoffes dient, und ferner dadurch

409838/0388

ORIGINAL INSPECTED

gekennzeichnet, daß das Rohmaterial, das .in den Wärme austauscher aufgegeben wird, dem die Abgase des Drehrohrofens zugeführt werden, anschließend dem erstgenannten Wärmeaustauscher zugeführt wird.

Es ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Zement im Drehrohrofen bekannt, dem ein Kühler nachgeschaltet und zwei Wärmeaustauscher vorgeschaltet sind. Dem einen -Wärmeaustauscher wird die heiße Abluft des Kühlers und dem anderen Wärmeaustauscher werden die Abgase des Drehrohrofens zugeführt (deutsche Patentschrift 974.876). Bei einem anderen bekannten Verfahren zum Herstellen von Zementklinker wird einem mit Kühlerabluft betriebenen Wärmeaustauscher Rohmehl und einem mit Ofenabgas betriebenen Wärmeaustauscher Ton aufgegeben (deutsche Patentschrift 1.213.337). Dadurch soll vermieden werden, daß das kohlen säurehaltige Ofengas mit dem kalkhaltigen Rohmehl unter Bildung von Kalziumkarbonat reagiert, was zur Folge hätte, daß später zusätzliche Wärme für die Wie der ent sau erung des Kalkes aufgewendet werden müßte.

Dem Drehrohrofen einer bekannten Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Gut aller Art ist eine mit Brennern beheizte Vorwärmkammer vorgeschaltet (deutsche Offenlegungsschrift I.508.5I0). Diesen Brennern wird aus dem dem Drehrohrofen nachgeschalteten Kühler heiße Luft als Brennl-uft zugeführt. Der Vorwärmkammer ist eine Trockenkammer vorgeschaltet, der mittels eines Ventilators die heißen Verbrennungsgase der Vorwärmkammer zugeführt werden. Es gibt hier keine parallel geschaltete und dem Drehrohrofen nachgeschaltete Wärmeaustauscher.

Die Gebläseförderung von heißer Kühlerabluft ist immer

AO9838/0388

daran gescheitert, daß selbst bei vorgeschalteter Entstaubung die Stäube der Kühlerabluft in kurzer Zeit sowohl die Entstaubungseinrichtung, wie auch die Ge blase flug el verschliss. Es hat sich jedoch überraschenderweise gezeigt, daß, wenn die Kühlerabluft durch ein hinter dem mit. dieser Abluft beaufschlagtem Wärmeaustauscher angebrachtes Gebläse gefördert wird, selbst feinster Klinkerstaub nicht durch alle Zyklonstufen mit dem Gas zum Gebläse gefördert wird. Daher tritt ein Verschleiß dieses Gebläses nicht ein.

Es ist bekannt, daß Sulfate in der Sinterzone in die entsprechenden Metalloxide sowie SO₂ oder SO., aufgespalten werden. Diese Gase verbinden sich in der Entsäuerungszone wieder lebhaft mit dem entstehenden gebrannten Kalk (GaO). Diese Zone der Wiedervereinigung von SO₂ mit GaO liegt normalerweise im Drehrohrofen und im letzten Teil des Vorwärmers.

Die EntSäuerungszone liegt jedoch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren außerhalb des Drehrohrofens und außerhalb des Einflußbereiches der S02-haltigen Gase, nämlich in dem Wärmeaustauscher, der mit Kühlerabluft betrieben wird. Die SOphaltigen Ofenabgase, die durch den anderen Wärmeaustauscher strömen, in welchem eine solche Menge Gut durchgesetzt werden kann, daß in keiner Stufe eine Entsäuerung vor sich geht, werden nach, dem Wärmeaustauscher durch bekannte Verfahren vom SO₂ befreit.

Die Erfindung schlägt dazu vor, daß der mit den Ofenabgasen betriebene Wärmeaustauscher mit soviel Rohmehl beschickt wird, daß keine Entsäuerung des Mehles eintritt, das Schwefeldioxid nicht gebunden wird und später durch an sich bekannte Verfahren aus den Gasen entfernt werden kann. Hier-

409838/0388

durch kann "beim Vorliegen schwefelhaltiger Rohmaterialien leicht das entstehende Schwefeldioxid aus dem System entfernt werden.

Ein weiterer Vorschlag der Erfindung besteht darin, daß dann, wenn in dem mit Kühlerabluft beheizten Wärmeaustauscher hochprozentiges Kälksteinmehl und in dem mit Ofenabgas beheizten Wärmeaustauscher die zur Herstellung des Klinkers benötigte Tonkomponente eingeführt wird, anschließend das hochprozentige Kalksteinmehl und die Tonkomponente in die vom Kühler kommende BrennTift zu leitung eingeführt wird und im mit Kühler abluft beheizten Wärmeaustauscher die Homogenisierung des Gemisches erfolgt.

Da die Tonkomponente keinen Kalk enthält, werden die schwefel dioxidhaltigen Abgase des Drehrohr ofens im Wärmeaustauscher nicht wieder gebunden.

In DIN 1164, Absatz 1 - Begriffe unter 1.1 wird gesagt: "Pur die Herstellung von Portland zementklinker müssen die Rohstoffe im Rohmehl oder Rohs'ehlamm fein aufgeteilt sowie innig gemischt sein und hierzu besonders aufbereitet werden". Entgegen diesem Vorurteil der Technik hat es sich gezeigt, daß mit dem genannten Verfahrens Vorschlag eine ausgezeichnete Homogenisierung auftritt, die das Brennen eines quali-, tativ hochwertigen Klinkers mit einem hohen Kalkstandard zuläfit.

Dieses Verfahren hat den besonderen Vorteil, daß, wenn in einem Werk verschiedene Zement Sorten hergestellt werden sollen, die hierzu notwendigen Rohmehlkomponenten nicht in entsprechend großen Silos homogenisiert vorrätig gehalten werden müssen. Es ist vielmehr möglich, durch gewichtsmäßige

409838/0388

22b/Π 3

Zudosierung von hochprozentigem Kalkstein auf den ersten Wärmeaustauscher und durch dosierte Zuführung der für die Zusammensetzung der Tonkomponente wichtigen Bestandteile, wie Kieselsäure, Tonerde und Eisenoxid in Form von Sand, Ton oder Eisenerz auf den zweiten Wärmeaustauscher jeden beliebigen Wechsel in der Zement zusammensetzung in kürzester Erist durchzufüren. Der Klinker für Sonderzemente sowie die verschiedenen Rohmehle für die Herstellung solcher Sonderzemente brauchen dann nicht mehr vorrätig gehalten zu werden. Die Zusammensetzung solcher Zemente wird durch Änderung der Dosierung vor den Wärmeaustauschern festgelegt und der dann gebrannte Klinker kann sofort zu den entsprechenden Zementen vermählen werden.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß dem Drehrohrofen nur ein einziger Wärmeaustauscher vorgeschaltet ist, dem die Abluft des Kühlers zugeführt wird und daß ein Teil der Ofenabgase kontinuierlich durch einen Bypaß entfernt wird. Zweckmäßig wird dabei der andere Teil der Ofenabgase unmittelbar zur Rohmaterial trocknung verwendet.

Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße System auch mit anderen Wärmeaustauschern als mit Zyklonwärmeaustauschern betrieben werden.

Pur die Entfernung der störenden verdampfbaren Bestandteile, wie Alkalioxide, -chloride und -sulfate aus den Ofenabgasen sind mannigfache Verfahren bekannt geworden, unter anderem auch die Benützung eines Bypaß, durch den ein gewisser Teil der heißen Ofenabgase mit den darin enthaltenen schädlichen Bestandteilen aus dem System entfernt wurde. Dieses Verfahren

409838/0388

ORIGINAL INSPECTED

hat den großen Nachteil, daß man zur Entfernung der schädlichen Bestandteile eine relativ hohe G-asmenge dem Ofensystem entnehmen muß, weil die schädlichen Bestandteile wegen der hohen im Ofen anfallenden Gasmenge in sehr geringe!? Konzentration in diesem Gas vorliegen. Das hat, wie in dem Aufsatz von F.W. Locher, S. Sprung und D. Opitz - "Reaktion im Bereich der Ofengase" - Zement-Kalk-Gips, Heft 1/1972, S. 1 - 12, gezeigt wird, weiterhin den großen Nachteil, daß mit den durch einen Bypaß abgezweigten Gasen ein großer Staubanteil aus dem Ofensystem ausgetragen wird, da sich die schädlichen Bestandteile auf diesen Staub niederschlagen, der als Verlust abgeschrieben werden muß. Die Staubmengen werden auf 50 bie 117 g/kg Klinker geschätzt, das sind etwa 5 bis 11,7 °/o der Produktion. Man hat zwar versucht, den Bypaß nur von Zeit zu Zeit zu benutzen, um dann geringere Gasmengen mit stärker angereicherten schädlichen Bestandteilen entfernen zu müssen. In der Zeit jedoch, wo die Anreicherung vor sich ging, traten immer wieder Brennstörungen. auf.

Zusammengefaßt ist festzustellen: Die Anlagen gemäß dem bisherigen Stand der Technik haben die folgenden Nachteile:

1. Die Reaktionswärme wird an einer ungünstigen Stelle erzeugt.

2. Der Transport der Wärme ist nur durch überdimensional große Drehrohrofen wegen des damit, verbundenen Gastransports möglich. Kapazitätserweiterungen bedingen Öfen mit immer größeren Durchmessern.

3." Falschluft eintritt an Ofenein- und -auslauf erhöhen den

Wärme aufwand beim Brennen.
4. Flüchtige Bestandteile des Brenngutes kommen immer wieder

- 10 -

409838/0388

- ίο -

mit kühlem Brenngut in Berührung, wodurch Kreisläufe entstehen, die den Brennbetrieb empfindlich stören. Die Entfernung dieser störenden Bestandteile aus dem Brennbetrieb ist schwierig und mit Wärme- und Stoff Verlusten verbunden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vird der Ofen mit praktisch vollkommen entsäuertem Rohmehl beschickt. Die Klinkerbildungsreaktion ist exotherm. Sie beträgt etwa 100 kcal/kg Klinker. Das bedingt eine Aufwärmung des Brenngutes im Ofen allein durch diese Reaktion um ca. 400 C. Durch den Brenner im Ofen sind somit nur noch ungefähr 200 kcal/kg Klinker für die Abstralil Verluste des Ofens und die Kühlerve rlus te aufzubringen. Diese Wärmemenge ist etwa 1/4 der Wärmemenge, die bei den sonst üblichen Verfahren im Ofen aufgebracht wird. Die durch den Ofen durchzusetzende Gasmenge reduziert sich daher entsprechend. Da auch die Entsäuerung mit der anfallenden Kohlensäure im Ofen fortfällt, beträgt der Gasdurchsatz durch den Ofen nur etwa 20 $ des Durchsatzes eines nach dem heutigen Stand der Technik betriebenen Ofens. Hierdurch ist die maximale Ofenauslastung von M = 1,7554 . V-auf 7 bis 8,5 . vi^fc steigern. Das bedeutet, daß ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebautes Ofenaggregat nur ein Volumen V. von ca. 1/4 bis 1/5 desjenigen aufzuweisen braucht, das nach dem heutigen Stand der Technik als erforderlich angesehen wird.

Obgleich die Erfindung sich hauptsächlich auf die Entsäuerung des Rohmehls in einem separaten Wärmetauscher mit Kühler abluft und Brennstoffen, wie Kohle, OeI oder Gas bezieht, kann ein Teil der Wärme im Wärmeaustauscher auch durch minderwertigen Brennstoff, wie OeI schiefer, Wasch berge oder bituminösen Kalkstein eingebracht werden.

- 11 -

409838/0388

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist -die Verringerung der AbstrahlungsVerluste des Ofens . Durch die für die gleiche Leistung etwa auf die Hälfte verringerte Ofen ober fläche verringert sich bei gleichbleibender Ofenmanteltemperatur die Abstrahlung auf die Hälfte.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der, daß weit weniger Brennstörungen durch Ringbildung und übermäßige Ansätze auftreten, als bei den konventionellen Verfahren. Es ist nämlich festgestellt worden, daß bei den konventionellen Verfahren feiner, aus dem Kühler mitgerissener Staub im Ofen durch die Flamme äußerst hoch aufgeheizt wird und in den rückwärtigen Teilen aus dem schmelzfluss ig en Zustand heraus mit ungarem ..Material zusammen äußerst hartnäckige Ansätze bildet. Da nun die Gasgeschwindigkeit en in dem erfindungsgemäßen System wesentlich niedriger liegen, werden kaum noch Staubteilchen in diese Zone des Ofens getragen, so daß diese Störungen weitgehend unterbleiben.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die Erhöhung der leistung vorhandener Ofenaggregate mit geringem Kostenaufwand möglich ist. Hierzu wird an einen bestehenden Wärme au stauscher ofen ein weiterer evtl. kleinerer Wärmeaustauscher angebaut, durch den die Ofenabgase geleitet werden. i)er vorhandene Wärmeaustauscher wird an den vorhandenen Kühler angeschlossen und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Brennern versehen, wobei die Brennluft aus dem Kühler entnommen wird. Je nachdem, wie der ursprüngliche Wärmeaustauscher ausgelegt war und wie hoch die Kühlerkapazität war, läßt sich durch diese Anordnung die Ofenleistung verdoppeln bis verdreifachen. Es hat sich hierbei au ch al s vor t ei lha ft erwie s en, d en vornan d enen Wärme au s t au -

- 12 -

4098 3-8/0388

scher als dem Ofen nachgeschalteter Wärmeaustauscher zu belassen und einen neuen größeren Wärmeaustauscher dem Ofen vorzuordnen. Bei entsprechender Leistungsfähigkeit des Kühlers läßt sich bei einem solchen Verfahren die Ofenleistung e twa vervierfachen.

Die heute erreichten Leistungen großer Drehrohröfen liegen bei ca. 4000 t Klinker pro 24 Stunden. Da für diese Leistungen schon öfen mit Durchmessern über 6 m gebaut werden müssen, ist eine Vervielfachung dieser Leistung nicht mehr durch größere Öfen, sondern nur noch durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich.

Die erfindungsgemäße Absonderung der schädlichen Bestandteile mit einem !Teil der heißen Ofenabgase durch einen Bypaß bietet einen besonderen Vorteil, da es sich überraschenderweise gezeigt hat, daß dann, wenn der Ofen mit entsäuertem Material beschickt wird, keine wesentliche Staubentwicklung im Ofen auftritt. Zu der verringerten Gasgeschwindigkeit im Ofen und der durch die geringe Gasmenge bedingten höheren Konzentration der schädlichen Bestandteile im Ofenabgas tritt somit der Vorteil, daß mit diesen Abgasen kaum Rohmaterial verloren geht.

Nachstehend wird das Verfahren nach der Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. In dieser stellen dar:

Fig. 1 die schematische Ansicht einer Drehrohrofenanlage mit zwei dem Drehrohrofen nachgeschalteten Wärmeaustauschern zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 die schematische Ansicht einer anderen Drehrohrofenanlage mit einem einzigen, dem Drehrohrofen nachge-

_ 13 _ 409838/0388

schalteten Wärmeaustauscher zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens .

Gemäß Fig. 1 sind dem Drehrohrofen'D zwei je aus vier hintereinander geschaltet en Zyklonen 1, 2, 3 und 4 bzw. I, II, Ill^und IV bestehende Wärmeaustauscher A und B vorgeschaltet und ein Kühler 5 nachgeschaltet. Die Abgase des Drehrohr of ens werden durch eine Leitung 6 dem zweit genannt en Wärmeaustauscher B zugeführt und oben aus ihm durch ein Gebläse 7 abgezogen. Dem Wärmeaustauscher B wird oben bei 8 ein Seil der zum Herstellen, des Klinkers benötigten Rohmehlmenge bzw. die Tonkomponente zugeführt. Dem Wärmeaustauscher A wird oben bei 12 die größere Menge des zur Erzeugung des Klinkers benötigten Rohmehls bzw. das hochprozentige Kalksteinmehl zugeführt. ·

Der erstgenannte Wärmeaustauscher A wird durch die heiße Abluft des Kühlers 5 und durch die Verbrennung von Brennstoff, in den Brennern 10 beheizt. Die heiße Kühlerabluft wird durch die Leitung 9 zu den Brennern 10 geleitet, deren Verbrennungsgase in den untersten Zyklon 4 des erstgenannten Wärme au s tau s ehe rs A einströmen und schließlich durch das Gebläse 11 oben aus dem Wärmeaustauscher abgezogen werden. Die aus dem untersten Zyklon IV des Wärmeaustauschers B austretende Tonkomponente wird durch die Leitung 13 in die Abgasluftleitung 9 eingeführt und gelangt mit dieser und dem in den Wärmeaustauscher A aufgegebenen Kalksteinmehl zu den Brennern 10 und anschließend in den untersten Zyklon 4 des Wärmeaustauschers A. Im Zyklon 4 werden die Tonkomponente und das Kalksteinmehl gemischt und anschließend wird das Gemisch durch die Leitung 14 dem Drehrohrofen D zugeführt.

Gemäß Pig. 2 ist dem Drehrohrofen D der aus vier hinterein-

-U-4 0*9 838/0388

ander geschalteten Zyklonen 1, 2, 3 und 4 bestehende Wärmeaustauscher A vorgeschaltet und ein Kühler 5 nachgeschaltet. Die aus dem Kühler austretende Heißluft wird durch die Leitung 9 zu einem oder mehreren Brennern 10 geleitet, deren Verbrennungsgase in den untersten Zyklon 4 des Wärmeaustauschers A zusammen mit dem oben bei 12 in den Wärmeaustauscher aufgegebenen Material eintreten. Durch die Leitung 14 strömt sodann das entsäuerte Material aus dem untersten Zyklon 4 in den Drehrohrofen. Aus dem obersten Zyklon 1 wird die Kühlerluft durch das Gebläse 11 abgesaugt.

Die Abgase des Drehrohrofens strömen durch die Leitung 6 teils über einen Kühler 13 und ein Gebläse 7 nach außen, teils werden sie für die Mahltrocknung 15 verwendet und werden dann mittels eines Gebläses 16 über ein Elektrofilter 17 nach außen gefördert.

Bei den folgenden Beispielen liegt als Vergleich eine konventionelle Drehrohrofenanlage zur Erzeugung von Portland zementklinker, wie nachstehend beschrieben, zugrunde:

Der Ofen soll eine Leistung von 1 5oo t Klinker /Tag haben. Nach der Formel M = 1,7554 . V₄ (t/24 h) muß der Ofen ein

Innenvolumen von ca. 85o m haben. Der lichte innere Durchmesser soll 4 m betragen und die Länge 68 m. Der Wärmeaufwand beträgt 800 kcal/kg Klinker, der durch einen Brenner im Auslauf des Ofens aufgebracht wird. Hierfür ist ein stündlicher Wärme aufwand von 50 χ 10 kcal nötig. Bei einem Heizwert des Brennstoffs (schweres Heizöl) von ca. Io ooo kcal/kg müssen daher im Auslauf teil des Ofens 5 ooo kg Öl/h

3 verbrannt werden. Pro kg Brennstoff werden 13» 5 Nm Luft bei einer Luftüberschußzahl von η = 1,2 zum Verbrennen

- 15 /»09838/0388

benötigt. Die stündlich benötigte Luftmenge ist dann 69 ooo Nm · Diese Verbrennungsluft wird dem nachgeschalteten Rostkühler mit einer Temperatur von ca. 850° C entnommen. Die stündliche Rauchgasmenge beträgt dann etwa 71 000 Nm . Hierzu kommen ca. 27 t Kohlensäuregas (ca. 80 i» der aus dem Rohmaterial ausgetriebenen Kohlensäure, der Rest der Kohlensäure wird im Wärmetauscher ausgetrieben). Die Kohlensäure

■z

ergibt eine Gasmenge von ca. 14 000 Nur. Die Gesamt gasmenge,

■5t

die durchgesetzt werden muß, beträgt daher 85 000 Nm . Die Austrittstemperatur der Gase aus dem Ofen beträgt ca.

1 200⁰C und die Gastemperatur nach dem Wärmetauscher ca. 340⁰C. die Rohmehlaufgabemenge auf den Wärmetauscher beträgt

2 320 t/Tag oder 96,7 t/h.

Beispiel 1

Wird das oben beschriebene erfindungsgemäße Ofensystem benutzt, so wird der Wärmeaustauscher A nur mit heißer Kühlerabluft beschickt» Da im Wärmeaustauscher A etwa 600 kcal/kg Klinker aufgebracht werden müssen, sind hier stündlich

3 775 kg Öl zu verbrennen. Dazu werden aus dem Kühler ca. 52 000 Nur Heißluft entnommen. Hierbei ist berücksichtigt, daß das vorgewärmte Rohmehl aus Zyklonstufe IV des Wärmeaustauschers B mit dem Materialstrom aus dem Zyklon 3 aus dem. Wärmeaustauscher A zusammen in die Gasleitung zum Zyklon 4 des Wärmeaustauschers A gebracht wird. Um die restlichen 2DO kcal/kg Klinker im Ofen zu erzeugen, müssen 1 285 kg

•z

Öl/h verbrannt werden. Hierfür werden ca. 17 400 Nm heiße . Luft aus dem Kühler entnommen. Die Rauchgasmenge im Ofen beträgt dann 17 700 Nnr/h. Da die Entsäuerung im Wärmeaustauscher vor sich geht, wird diese Gasmenge nicht durch

- 16 -

409838/0388

ausgetriebene Kohlensäure erhöht. Sie beträgt daher nur noch 21 io der im konventionellen Betrieb durchzusetzenden Gasmenge, Es braucht für den Wärmetauscher B keine besondere Wärmebilanz aufgestellt zu werden, wenn der aus dem Zyklon IV austretende Grutstrom in die Zuleitung zum Zyklon 4 eingeleitet wird, da die gesamte aufzubringende Entsäuerungswärme dann hier aufgebracht wird. Da der Brennetoffwärmestrom Q- = 0,75 . 10⁶ . D₁ ⁵ (kcal/h) die Ofengröße bestimmt und'da dieser Brennstoffwärmestrom ca. 1/5 des beim konventionellen Verfahren betriebenen Ofens beträgt, braucht das Volumen des in diesem Beispiel beschriebenen Ofens auch nur etwa 1/5 des sonst normalerweise benötigten Volumens zu betragen, d.h. bei diesem Verfahren wird ein Ofenvolumen von ca. 170 m ausreichend sein. Der Ofen muß dann einen lichten Durchmesser von ca. 2,50 m und eine Länge von ca. 28 m aufweisen.

Der nach dem konventionellen Verfahren betriebene Ofen hat einen lichten Durchmesser von 4 m. Da der Ofen Bine feuerfeste Ausmauerung hat, beträgt der äußere Blechdurchmesser

ca. 4,40 m. Der Ofen hat dann eine Oberfläche von 950 m Bei dem im Beispiel beschriebenen Ofen beträgt der lichte Durchmesser 2,50 m, der Blechdurchmesser 2,90 m und die

2 Länge 28 m. Die Oberfläche beträgt hier 255 m , d.h. ca.

27 °ß> der Oberfläche des konventionellen Ofens. Die Abstrahlverluste verringern sich daher auf rund 30 $ derjenigen eines konventionellen Ofens. Wenn die Abstrahlverluste eines konventionellen Ofens mit 75 kcal/kg Klinker angenommen werden können, betragen die AbstrahlVerluste des erfindungsgemäßen Ofens nur noch 27,5 kcal/kg Klinker, d.h., es sind ca. 50 kcal/kg Klinker eingespart worden.

409838/0388

Wenn das für die Klinkerherstellung benutzte Rohmaterial zum Beispiel 2 $ Alkalien enthält, von denen die Hälfte entfernt werden sollen, müßte man "bei Abscheidung durch einen Bypaß beim konventionellen Verfahren die Hälfte des Abgases ableiten, wobei, eine so große Staub- und Wärmemenge verloren geht, daß dieses Verfahren nicht wirtschaftlich sein kann. Die einzige Lösung war bisher die nur zeitweilige Inbetriebsetzung des Bypaß, um die schädlichen Bestandteile über einen längeren Zeitraum anzureichern.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden nur noch ca. 20 % der Gase durch den Ofen geschickt, daher ist die Konzentration an schädlichen Bestandteilen in diesen Gasen etwa 5-fach höher. Wenn man wiederum die Hälfte der Alkalien abscheiden will, müssen nur von den jetzt den Ofen durchströmenden 17 700 Nm⁵ die Hälfte, nämlich ca. 9 000 Nm⁵, abgeleitet werden. Es ist daher nicht mehr nötig, um einen alkaliarmen Zement zu erzeugen, die Aufsattigung der Gase mit schädlichen Bestandteilen abzuwarten, sondern man kann diese Bestandteile durch Abzweigung einer relativ geringen Gasmenge sofort entfernen.

Beispiel 2 \

Es wird wiederum der vor beschriebene konventionelle Ofen mit 1 500 = t/Tag Klinkerleistung zum Vergleich zugrunde gelegt. Die Leistung des Ofens soll verdreifacht werden.

In diesem Fall wird der vorhandene Wärmeaustauscher als Wärmetauscher B belassen. Es wird ein neuer Wärmeaustauscher A angebaut, durch den etwa das Rohmaterial für 3 000 t Klinker durchgesetzt werden kann. Selbstverständlich kann,

A09838/0388

wenn ein solcher Wärmeau9tauscher für 3 000 t Klinker zu groß wird, auch der Wärmeaustauscher A in 2 Wärmeaustauscher unterteilt werden. Hierbei bekommt jeder Wärme aus tau scher sein eigenes Gebläse sowie eigene Brenner und seine eigene ■ Heißluftzuleitung vom Kühler.

Für eine Leistung von 4 500 t/Tag Klinker müssen im Wärmeaustauscher A stündlich 11 400 kg Öl verbrannt werden. Der ursprüngliche Wärmeaustauscher wird zum Wärmeaustauscher B und wird mit der Rohmehlmenge für 1500 t Klinker beschickt. Es nüssen dann im Ofen noch 3 850 kg öl pro Stunde verbrannt werden. In diesem Fall/ist M = 5,3 V¹V₁ (t/24 h). Die Abstrahlverluste verringern sich, da die Oberflächen temperatur gleich bleibt oder sinkt auf ca. 25 kcal/kg Klinker, d.h., es werden wiederum 50 kcal/kg Klinker eingespart.

Beispiel 3

Bei dem in Beispiel 2 genannten Ofen soll ohne Wärmeaustauscher B gearbeitet werden. Hierbei wird dem bestehenden Wärmeaustauscher ein zweiter oder auch ein dritter Wärmeaustauscher zugeordnet. Alle drei Wärmeaustauscher haben ihre eigenen geregelten Abgasgebläse und ihre Heißluftzuführungen vom Kühler sowie eigene Brenner. Die Wärmeaustauscher werden dadurch gleichmäßig betrieben, daß jeder seine eigene Rohmehlzuteilung hat und daß die Abgasgebläse so geregelt werden, daß gleiche Abgasströme entstehen. Da auch die Brennstoffzufuhren zu den drei Wärmeaustauschern gleich ist, arbeiten alle unter den gleichen Bedingungen. Es werden pro Wärmeaustauscher 3 800 kg öl pro Stunde verbrannt. Die Verhältnisse im Ofen ändern sich nicht. Den Ofen verlassen stündlich ca. 53 000 Nm Gas mit einer Temperatur von ca.

- I₉ -

409838/0388

1 20O⁰C. Bei einer spezifischen Wärme dieses Gases von 0,35 kcal/Nm C und bei möglicher Ausnutzung äer Wärme Ms zu 15O⁰C in einer Mahltrocknung sind in diesen Gasen 19»3 . 10 kcal für Trocknungszwecke nutzbar. Bei einem Bedarf von 1000 kcal/kg Wasser in einer Mahltrocknung können mit diesen Gasen 19»3 . 10 kg Wasser ausgetrieben werden·

die oben erwähnte Klinkererzeugung müssen stündlich 290 t Rohmaterial gemahlen werden. Wenn dieses Rohmaterial ca. 6,5 i> Feuchtigkeit enthält, reicht der Wärmeinhalt der heißen Ofenabgase, um die Trocknung zu bewerkstelligen. Der Wärmeaustauscher B ist in diesem Pail nicht notwendig. Die Rohmaterialmenge wird hier einzig auf den oder die Wärmeaustauscher A aufgegeben, wobei außer der Einsparung des Wärmetauschers B eine Absenkung der Abgastemperatur im Wärmeaustauscher A eintritt.

Palis bei diesem Beispiel die Hälfte der schädlichen Bestandteile durch einen Bypaß abgeschieden werden sollen, müssen von den 53 000 Nm , die den Ofen mit einer Temperatur von ca. 120O⁰C verlassen, etwa 26 500 Nm durch einen Bypaß abgezweigt werden. Die restliche Gasmenge würde dann jedoch ausreichen, um das für das Betreiben des Ofens benötigte Rohmaterial in einer Mahltrocknung zu trocknen, wenn dieses Rohmaterial noch 3,5 $> Feuchtigkeit aufweist.

- 20 Ansprüche

409838/0388

Claims

- 20 Ansprüche

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von staubförmigem Gut in einer Drehrohrofenanlage mit einem dem Drehrohrofen nachgeachalteten Kühler und einem oder mehreren dem Drehrohrofen vorgeschalteten Wärmeaustauschern, dadurch gekennzeichnet, daß die endothermen Prozesse in an sich bekannter Weise in einer vom Drehrohrofen (D) getrennten Apparatur (A) durchgeführt werden und daß im Drehrohrofen (D) nur die Wärmemenge erzeugt wird, die zum Erreichen der Prozeßtemperatur und zur Deckung der WärmeVerluste erforderlich ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Drehrohrofen (D) in an sich bekannter Weise zwei Wärmeaustauscher (A, B) vorgeschaltet sind, von denen einem die Abluft des Kühlers und dem andern die Abgase des Drehrohrofens zugeführt werden und daß die endothermen Prozesse in dem Wärmeaustauscher (A) erfolgen, dem die Abluft des Kühlers (5) zugeführt wird, die hier in an sich bekannter Weise für die Verbrennung des diesen Wärmeaustauscher beheizenden Brennstoffes dient, und ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Rohmaterial, das in den Wärmeaustauscher (B) aufgegeben wird, dem die Abgase des Drehrohrofens zugeführt werden, anschließend dem erstgenannten Wärmeaustauscher (A) zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit den Ofenabgasen betriebene Wärmeaustauscher mit soviel Rohmehl beschickt wird, daß keine Entsäuerung des Mehles eintritt, das Schwefeldioxid nicht gebunden wird und später durch an sich bekannte Verfahren aus den Gasen entfernt werden kann.

- 21 409838/0388

4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem dem mit Kühlerabluft beheizten Wärmeaustauscher hochprozentiges Kalksteinmehl und dem mit Öfenabgase beheizten Wärmeaustauscher die zum Herstellen des Klinkers benötigte Tonkomponente aufgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend das hochprozentige Kalksteinmehl und die Tonkomponente in die vom Kühler (K) kommende Brennluftzuleitung eingeführt werden und

/ab daß die Homogenisierung des Gemisches in dem mit Kühler luft betriebenen Wärmeaustauscher (A) erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Drehrohrofen (D) nur ein einziger Wärmeaustauscher (A) vorgeschaltet ist, dem die Abluft des Kühlers C5) zugeführt vird und daß ein Teil der Ofenabgase kontinuierlich durch einen Bypaß (14) entfernt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der andere Teil der Ofenabgase unmittelbar zur Rohmaterialtrocknung (15) verwendet wird.

Der Patentanwalt

4 0 9 8 3 8/0388