DE2307027C3 - Verfahren und Anlage zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut - Google Patents

Description

a) Die Vorbrennzone (14) wird durch einen Teil der zwischen dem Drehrohrofen (1) und der untersten Zyklonenstufe (2) des Vorwärmers vorhandenen Ofenübergangskammer (4) oder durch den ersten Teil des Drehrohrofens (1) gebildet;

b) an die Gutaustragsleitung (6) der untersten Zyklonstufe (2) des Vorwärmers schließt ein Rohr (7) an, das horizontal oder schräg nach unten geneigt ist und in die Vorbrennzone mündet;

c) in diesem Rohr (7), das eine zur innigen Vermischung des vorgewärmten Gutes mit Brennstoff dienende Mischzone bildet, mündet an dem mit der Gutaustragsleitung (6) verbundenen Ende dieses Rohres (7) eine Brennstoffzuführung (9) sowie eine zur Zuführung von Verbrennungsluft bestimmte Düse (8) ein.

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2. Anlage nach Anspruch 1, bei der die unterste Stufe des Vorwärmers durch zwei parallelgeschaltete Zyklone gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß an die Gutaustragsleitung (6) dieser beiden Zyklone (2) je ein eine Mischzone bildendes Rohr (7) anschließt, das in eine gemeinsame Vorbrennzone (14) mündet.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzuführung (9) konzentrisch zur Luftdüse (8) angeordnet ist.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzuführung (9) weiter als die Luftdüse (8) in das die Mischzone bildende Rohr (7) hineinragt.

5. Verfahren zum Betrieb einer Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem die Mischzone bildenden Rohr eine so hohe Brennstoff-Gut-Konzentration besteht, daß in diesem Rohr trotz des Vorhandenseins von Verbrennungsluft keine Verbrennungsbedingungen herrschen.

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, wie Zementrohmehl, enthaltend einen aus mehreren übereinander angeordneten Zyklonstufen bestehenden, von den heißen Abgasen eines Drehrohrofens durchströmten Vorwärmer zum Vorwärmen des Gutes sowie einen Drehrohrofen zum Fertigbrennen des Gutes, mit einer von den Abgasen des Drehrohrofens durchströmten, mit zusätzlichem Brennstoff versorgten Vorbrennzone zur weiteren Vorerhitzung des bereits vorgewärmten Gutes vor dem Fertigbrennen.

Bei der Herstellung von Zement, Tonerde, Kalk, Magnesit, Dolomit und dergleichen erfolgt die Wärmebehandlung des feinkörnigen Gutes häufig in der Weise, dab das Gut zunächst in einem von mehreren Zyklonen gebildeten Vorwärmer mit den heißen Abgasen eines Drehrohrofens vorgewärmt wird, ehe es dann im Drehrohrofen fertig gebrannt bzw. gesintert wird. Dabei muß der weitaus größte Teil der Wärmearbeit im Drehrohrofen geleistet werden, während im Vorwärmer nur ein wesentlich kleinerer Teil der Gesamtwärmeenergie auf das Gut übertragen wird. Diese Verteilung der Wärmearbeit auf Drehrohrofen und Vorwärmer ist im Hinblick auf die Investitionskosten ungünstig, da die spezifischen Investitionskosten des Drehrohrofens verhältnismäßig hoch liegen.

Um den Drehrohrofen in Querschnitt und/oder Länge kleiner dimensionieren zu können, hat man schon versucht, zwischen dem Vorwärmer und dem Drehrohrofen eine Vorbrennzone anzuordnen, in der das yorerwärmte Gut möglichst hoch erhitzt wird (jedoch ohne vom Zustand des pulverformigen, fluiden Feststoffes in einen Zustand verringerter Fluidität durch beginnende Kornvergrößerung und eventuelle Schmelzphasen überzugehen). Das besondere Problem bei der Gestaltung einer solchen Vorbrennzone liegt darin, daß eine außerordentlich gleichmäßige Zufuhr des Brennstoffes zum Gut erforderlich ist, um ein Überbrennen einzelner Gutteilchen (und alle damit verbundenen Nachteile, wie Anbackungen, Agglomeratbildungen) zu vermeiden.

Bei einer bekannten Anlage (DE-PS 12 51 688) wird diese Vorbrennzone durch einen gesonderten Wirbelofen gebildet, aus dem das Gut in den Drehrohrofen gelangt. Eine andere bekannte Anlage (FR-PS 15 40 679) verwendet eine Zyklonbrennkammer mit gesonderter Zuführung von Gut und Brennstoff. Der Nachteil dieser bekannten Lösungen liegt in den erheblichen Investitionskosten der Vorbrennzone, durch die ein beachtlicher Teil der am Drehrohrofen ermöglichten Ersparnis wieder verlorengeht.

Es ist weiterhin eine Anlage bekannt (US-PS 32 03 681, Fig. 3), bei der in der vom Drehrohrofen zum Vorwärmer führenden Verbindungsleitung eine mit Brennstoff und Verbrennungsluft versorgte Brennkammer angeordnet ist, während das vorgev/ärmte Gut in die von dieser Brennkammer zum Vorwärmer führende Leitung eingetragen wird. Bei einer ähnlichen bekannten Anlage (»Zement-Kalk-Gips« 1970, S. 250) werden in die vom Drehrohrofen zum Zyklonvorwärmer führende Gasleitung einerseits das vorgewärmte Gut der zweituntersten Zyklonstufe und andererseits (auf etwa gleicher Höhe, jedoch an einer gegenüberliegenden Stelle der Gasleitung) Brennstoff eingeführt. Nachteilig bei beiden bekannten Anlagen ist vor allem, daß keine unmittelbare Wärmeübertragung vom Brennstoff auf das Gut erreicht wird. Die Wärmeübertragung erfolgt vielmehr in wesentlich ungünstigerer Weise mittelbar vom Brennstoff über den Gasstrom auf das Gut, wobei insbesondere bei Ausbildung einer Flamme (wie besonders bei der Anlage gemäß US-PS 32 03 681) in hohem Maße die Gefahr einer Überhitzung einzelner Gutteilchen besteht.

Es ist ferner eine Anlage zum Brennen von Zement mittels Kohlenwasserstoffölen bekannt (DE-AS 12 23 293), bei der dem in einem Zyklonvorwärmer vorgewärmten Zementrohmaterial öl zugesetzt wird,

das in einem Zersetzungsturm unter Gasbildung zersetzt wird. Durch den hierbei entstehenden Gasstrom wird das am unteren Ende des Zersetzungsturmes zugeführte Zementiohmaterial aufgewirbelt und nach oben getragen. Während sich die kohlenstoffhaltigen Rückstände auf dem Zementrohmaterial niederschlagen, mit diesem in den Drehrohrofen gelangen und dort verbrennen, werden die gasförmigen Crack-Produkte am oberen Ende des Zersetzungsturmes von den Feststoffen getrennt und einer gesonderten Verwertung zugeführt DLt Menge der auf dem Zementrohmaterial niedergeschlagenen kohlenstoffhaltigen Rückstände wird hierbei mittels der im Zersetzungsturm herrschenden Verfahrensbedingungen beeinflußt. Unter anderem kann zu diesem Zweck auch eine Luftzufuhr in den Zersetzungsturm erfolgen. Die für die Verbrennung der niedergeschlagenen kohlenstoffhaltigen Rückstände benötigte Luft wird dagegen erst im Drehrohrofen zugeführt

Diese Anlage dient somit der speziellen Aufgabe, den Prozeß der Zementherstellung und den Prozeß der thermischen Zersetzung kohlenwasserstoffhaltiger öle zu einem gemeinsamen Herstellungsverfahren zu kombinieren. Die bekannte Anlage benötigt hierzu mit dem zylindrischen Zersetzungsturm und dem ar oberen Ende dieses Turmes für die Trennung der Fest.« offe und Gase vorgesehener Separator umfangreiche zusätzliche Anlagenteile im Vergleich zu einer aus Zyklonvorwärmer und Drehrohrofen bestehenden, üblichen Zementbrennanlage.

Gegenstand einer älteren Patentanmeldung (P 23 61 427.9) ist schließlich eine Anlage, bei der das aus der zwei.untersten Zyklonstufe ausgetragene Gut zjnächst mit Brennstoff und einem Teilgasstrom gemischt und die so gebildete Gas-Material-Suspension dann in einen von Kühlerabluft gebildeten, sauerstoffhaltigen Gasstrom eingebracht wird, so daß der Brennstoff verbrennt. Das auf diese Weise weiter vorerhitzte Gut w ird dann in einem die unterste Stufe des Zyklonvorwärmers bildenden Zyklon abgeschieden und dem Drehrohrofen zugeführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Ausführungen eine Anlage der eingangs genannten Art so auszubilden, daß in der Vorbrennzone mit ganz geringem anlagentechnischen Aufwand eine besonders gleichmäßige und hohe Vorerhitzung (Vorcalcination) des Gutes erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:

a) Die Vorbrennzone wird durch einen Teil der zwischen dem Drehrohrofen und der untersten Zyklonstufe des Vorwärmers vorhandenen Ofenübergangskammer [oder durch den ersten Teil des Drehrohrofens] gebildet;

b) an die Gutaustragsleitung der untersten Zyklonstufe des Vorwärmers schließt ein Rohr an, das horizontal oder schräg nach unten geneigt ist und in die Vorbrennzone mündet;

c) in dieses Rohr, das eine zur innigen Vermischung des vorgewärmten Gutes mit Brennstoff dienende Mischzone bildet, mündet an dem mit der Gutaustragsleitung verbundenen Ende dieses Rohres eine Brennstoffzuführung sowie eine zur Zuführung von Verbrennungsluft bestimmte Düse ein.

Bei den der Erfindung zugrunde Kegenden Versuchen wurde festgestellt, daß eine völlig gleichmäßige Mischung des vorgewärmten Gutes mit dem Brennstoff die wichtigste Voraussetzung ist, um beim anschließenden Brennvorgang eine hohe Wärmeenergie auf das Gut übertragen zu können, ohne einzelne Gutteilchen dabei zu überhitzen. Während bei den meisten der oben erläuterten bekannten Anlagen Gut und Brennstoff erst im eigentlichen Brennraum miteinander gemischt ίο werden (was unvermeidlich zur Flainmenbildung und damit zur Überhitzung einzelner Gutteilchen führt), ist bei der erfindungsgemäßen Anlage eine Mischzone vorhanden, die so ausgestaltet ist und mit einer so hohen Brennstoff-Gut-Konzentration betrieben wird, daß in dieser Mischzone noch keine Verbrennungsbedingungen herrschen. Gefährliche Explosionen in der Mischzone sind auf diese Weise ausgeschlossen. Das die Mischzone bildende, an die Gutaustragsleitung des untersten Zyklons anschließende, horizontal oder schräg nach unten geneigte und unmittelbar in die Vorbrennzone einmündende Rohr wird in außerordentlich kurzer Zeit vom Gut durchsetzt, wobei durch die Zuführung von Brennstoff und Verbrennungsluft auf der Guteintrittsseite trotz der kurzen Zeit und Wegstrecke in der Mischzone eine völlig homogene Verteilung des Brennstoffes in der Masse des feinkörnigen Gutes erreicht wird. Wenn dann das Gut-Brennstoff-Luftgemisch in die Vorbrennzone eintritt, so verbrennen die Brennstoffpartikeln spontan in unmittelbarer Nähe der einzelnen Gutteilclien. Man vermeidet auf diese Weise die Ausbildung einer Flamme und hierdurch bedingte Ansatz- und Überbrennerscheinungen.

Im Unterschied zum Gegenstand der obenerwähnten älteren Anmeldung wird bei der erfindungsgemäßen Anlage das au? der untersten Zyklonstufe des Vorwärmers ausgetragene Gut in der beschriebenen Mischzone mit Brennstoff und Verbrennungsluft gemischt, und es wird dann dieses Gemisch in eine von den Abgasen des Drehrohrofens durchströmte Vorbrennzone (nämlich in die Ofenübergangskammer zwischen Drehrohrofen und unterster Zyklonstufe [oder in den ersten Teil des Drehrohrofens]) eingetragen. Dies hat zur Folge, daß ein gewisser Teil des Gutes von den Abgasen des Drehrohrofens mitgenommen und erneut der untersten Zyklonstufe zugeführt wird. Der sich auf diese Weise einstellende Gutkreislauf (d. h. der mehrfache Umlauf eines Teiles des Gutes zwischen der untersten Zyklonstufe, der Mischzone und der Vorbrennzone) führt zu einer (im statistischen Mittel) verlängerten Aufenthaltszeit des Gutes in der Vorbrennzone und dadurch zu einer sehr gleichmäßigen, hohen Vorerhitzung des Gutes vor Eintritt in die Fertigbrennzone.

Dieser zumindest partielle Gutkreislauf ergibt ferner spezifische Vorteile in der Mischzone: Da hier die Brennstoffmenge in eine (aufgrund des Gutumlaufes) relativ große Gutmenge eingeführt wird und ein Teil dieses Gutes aufgrund der erwähnten Zirkulation bereits hoch vorerhitzt ist, wird der Brennstoff rasch aufgeheizt, was seine anschließende spontane Verbrennung in der Vorbrennzone sehr begünstigt. In anlagentechnischer Hinsicht ist von Vorteil, daß die durch die Zirkulation erzielte lange Aufenthaltszeit des Guter in der Vorbrennzone ohne besonderen anlagentechnischen Aufwand erreicht wird; es sind weder zusätzliche Anlagenteile noch eine aufwendige besondere Ausgestaltung der vorhandenen Anlagenteile erforderlich. Durch den obenerwähnten partiellen

Gutkreislauf ergibt sich zwar in der Vorbrennzone eine gegenüber bekannten Anlagen erhöhte Gutbeladung und damit auch ein etwas vergrößerter Druckabfall. Im Vergleich hiermit überwiegen jedoch bei weitem die durch die hohe und gleichmäßige Vorcalcination des Gutes erzielten Vorteile.

Diesen wesentlichen Vorzug einer mit geringem anlagentechnischen Aufwand erreichten gleichmäßigen und hohen Vorerhitzung des Gutes sowie den Vorteil einer einfachen erfindungsgemäßen Umrüstung vorhandener Anlagen besitzt die erfindungsgemäße Lösung besonders auch im Vergleich zu der bekannten Anlage gemäß DE-AS 12 23 293. Alle dort benötigten zusätzlichen Anlagenteile (Zersetzungsturm mit Abscheider und langen Verbindungsleitungen) sind bei der erfindungsgemäßen Ausführung entbehrlich.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden in Verbindung mit der Beschreibung eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Anlage erläutert.

Von der Anlage zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, beispielsweise zum Brennen von Zementrohmehl, ist lediglich der Drehrohrofen 1 sowie der eine der beiden untersten Zyklone 2 des Zyklon-Vorwärmers veranschaulicht. Der Vorwärmer ist in üblicher Weise symmetrisch zu seiner Mittelachse 3 aufgebaut; der rechte unterste Zyklon 2 ist in der Zeichnung nicht mit veranschaulicht.

Zwischen dem Drehrohrofen 1 und den Zyklonen 2 der untersten Sufte des Vorwärmers ist eine Ofenübergangskammer 4 angeordnet, durch die die Abgase des Drehrohrofens (Pfeile 5) den Zyklonen 2 zuströmen.

Das Gutaustragsrohr 6 des Zyklons 2 (im folgenden wird nur noch der linke der beiden identisch ausgestalteten unteren Zyklone 2 beschrieben) ist an ein Mischrohr 7 angeschlossen, das in die Ofenübergangskammer 4 einmündet. Im Mischrohr 7 ist eine zentrale Düse 8 angeordnet, die zur Zuführung von vorzugsweise vorgewärmter Verbrennungsluft dient Wie die Zeichnung zeigt, ist die Düse 8 gegenüber der Einmündung der Gutleitung 6 des Zyklons 2 etwas in das Mischrohr 7 hinein vorgezogen.

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Konzentrisch zur Düse 8 ist eine Brennstoffzuführung 9 vorgesehen, die etwas weiter als die Düse 8 in die vom Rohr 7 gebildete Mischzone hineinragt.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anlagenteile ist folgendermaßen:

Das im Zyklonvorwärmer vorgewärmte Gut (Pfeile 10) wird von der durch die Düse 8 zuströmenden Verbrennungsluft (Pfeile 11) in das Mischrohr 7 hineingetragen und dort innig mit dem Brennstoff gemischt, der durch die Zuführung 9 austritt (Pfeile 12).

In der vom Rohr 7 gebildeten Mischzone herrscht dabei eine so hohe Brennstoff-Gut-Konzentration, daß trotz des Vorhandenseins von Verbrennungsluft (die zugleich als Trägerluft dient) keine Verbrennungsbedingungen herrschen. Tritt dann das Gemisch von Gut, Brennstoff und Verbrennungsluft in die Ofenübei gangskammer 4 (Pfeile 13), so entspannt sich das Gemisch beim Übergang in diesen Raum von größerem Querschnitt. Es entwickelt sich eine Brennzone 14 (nur schematisch angedeutet), in der die einzelnen Brennstoffpartikeln in unmittelbarer Nähe der einzelnen Gutteilchen verbrennen und diese damit hoch erhitzen (ohne daß jedoch die Gutteilchen ihren Feststoffzustand verlassen).

Ein gewisser Anteil des Gutes wird von den Abgasen (Pfeile 5) des Drehrohrofens mit nach oben genommen und erneut den Zyklonen 2 zugeführt. Es ergibt sich auf diese Weise zwischen der Ofenübergangskammer 4 und den Zyklonen 2 ein gewisser Gutkreislauf, der zur Übertragung einer hohen Wärmeenergie auf das Gut vor Eintritt in den Drehrohrofen sehr erwünscht ist. Aus der Vorbrennzone 14 fällt der Hauptteil des hoch erhitzten Gutes nach unten (Pfeile 15) und wird dann im Drehrohrofen ί fertig gebrannt.

Hinsichtlich der konstruktiven Ausgestaltung der Anlage sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Varianten möglich. So kann beispielsweise das Mischrohr 7 statt horizontal auch schräg nach unten geneigt angeordnet werden. [Man kann ferner dieses Mischrohr auch unmittelbar (von der Stirnseite her) in den Drehrohrofen einmünden lassen, so daß die Vorbrennzone durch den ersten Teil des Drehrohrofens gebildet wird.]

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   ί. Anlage zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, wie Zementrohmehl, enthaltend einen aus mehreren übereinander angeordneten Zyklonstufen bestehenden, von den heißen Abgasen eines Drehrohrofens durchströmten Vorwärmer zum Vorwärmen des Gutes sowie einen Drehrohrofen zum Fertigbrennen des Gutes, mit einer von den Abgasen des Drehrohrofens durchströmten, mit zusätzlichem Brennstoff versorgten Vorbrennzone zur weiteren Vorerhitzung des bereits vorgewärmten Gutes vor dem Fertigbrennen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: