DE2344094B2

DE2344094B2 - Verfahren zur Wirbelschichtkalcinierung von Zementrohmehl

Info

Publication number: DE2344094B2
Application number: DE2344094A
Authority: DE
Inventors: Seiwa Kawagoe Fukuda; Marekata Yono Kondo; Toyohiko Omiya Yamamoto
Original assignee: Mitsubishi Mining and Cement Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Mining and Cement Co Ltd
Priority date: 1972-08-31
Filing date: 1973-08-31
Publication date: 1979-06-21
Also published as: DE2344094A1; JPS4942718A; US3873331A; JPS526296B2

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wirbelschichtkalcinierung bzw. Fließbettkalcinierung von Zementrohmeh!. bei welcher ein Wirbelschichtofen bzw. Fließbettofen verwendet wird, der zwischen einem Drehofen und einem Suspensionsvorerhitzer angeordnet ist und der eine getrennte Wärmequelle besitzt. Bei dem Verfahren geht man so vor, daß man einen Teil eines Luftstroms, der in den Wirbelschichtofen eingeleitet wird, abtrennt und ihn in einen Raum oberhalb des Wirbelschichtbettes des Ofens einführt, um die Kalcinierungskapazität des Wirbelschichtofens zu steigern und dessen Betriebskosten erheblich zu vermindern.

Es ist bereits ein Verfahren zum Brennen von Zementklinker bekannt (japanische Auslegesclhrift 30 058/1968), bei weichere ein V''.rbelschichtofen als Kalcinierungseinrichtung verwendet wird (dieser Wirbelschichtofen soll nachstehend als ** 'irbelschichtkalcinierungseinrichtung bezeichnet werden), welcher zwischen einem Drehofen und einem Suspensionsvorerhitzer angeordnet ist und der eine getrennte Wärmequelle besitzt. Bei diesem Verfahren werden gewisse Probleme, z. B. die kurze Lebensdauer der feuerfesten Materialien aufgrund der gesteigerten Wärmebelastung des Drehofens gelöst, welche unvermeidlich bei der Großdimensionierung einer Brennanlage für Zementklinker auftreten. Hierdurch wird die spezifische Kapazität des Drehofens (Produktionskapazität je Volumeneinheit) erheblich erhöht und ein stabiler Betrieb ermöglicht.

Hei einer herkömmlichen Wirbelschichtkalcinierungseinrichtung, wie sie oben beschrieben wurde, ist es jedoch theoretisch und empirisch gut bekannt, daß es im Falle, daß als Verbrennungsmechanismus hauptsächlich eine Verbrennung in dem Wirbelschichtbett in Betracht gezogen wird, erforderlich ist, die Höhe des Wirbelschichtbettes so hoch zu halten, daß die Wärmebelastung erhöht wird. Ferner dient die Luft, die in das Wirbelschichtbett eingeleitet wird, der Aufwirbelung und gleichzeitig der Verbrennung des Brennstoffes. Nachdem eine Begrenzung der Luftmenge für die Wirbelschichtbildung besteht, ist die Menge des zuführbaren Brennstoffes, d. h. die Wärmebelastung, die die Wirbelschichtkalcinicrungseinrichtung tragen k;.inn. spontan begrenzt.

Es ist bekannt, daß es zur wirtschaftlichen Bctricbsführung eines Wirbelschichtofcns zweckmäßig ist, die Betriebskosten zu vermindern, indem man die Höhe μ eines Wirbelschichtbettes so niedrig wie möglich hält, um den Drtickverlust des Wirbelschichtbcttes nieder zu halten, und zur gleichen Zeit die Anlage kleindimcnsio-

50 niert zu machen oder die Behandlungskapazität durch eine Steigerung der Wärmelast zu erhöhen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Mangel der bekannten Wirbelschichtkalciniereinrichtungen, wie sie vorstehend beschrieben wurden, zu überwinden und ein Verfahren zur Wirbelschichtkalcinierung von Zementrohmehl zur Verfügung zu stellen, bei welchem die Wärmebelastung bzw. Wärmelast einer Wirbelschichtkalcinierungseinrichtung erhöht vorden ist, wodurch sich eine Steigerung der Kalcinierungskapazität ergibt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man den in den Wirbelschichtofen eingeführten Luftstrom in zwei Teile aufteilt und einen Teil desselben in ein Wirbelschichtbett des Ofens und den anderen Teil desselben in einen Raum oberhalb des Wirbelschichtbettes einleitet

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird außerdem der Druckverlust aufgrund des Wirbelschichtbettes vermindert, wodurch eine Reduzierung der Betriebskosten einer Wirbelschichtkalcinierungseinrichtung ermöglicht wird.

Außerdem wird mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens das Auftreten von Ansatzproblemen in der Wirbelschichtkalcinierungseinrichtung verhindert, wodurch ein stabiler Betrieb der Einrichtung ermöglicht wird.

Die Merkmale der vorliegenden Erfindung bestehen somit darin, daß der in einen Wirbelschichtofen eingeleitete Luftstrom in zwei Teile aufgeteilt wird, wobei ein Teil davor, in ein erniedrigtes Wirbelschichtbett des Ofens eingeführt wird und der andere Teil davon in einen Raum oberhalb des Wirbelschichtbettes eingeführt wird, um in dem Raum positiv eine Verbrennung durchzuführen, wodurch eine Verminderung des Gesamtenergieverbrauches für die Zwangsluftzuführung und eine Steigerung der Wärmelast bzw. Wärmebelastung ermöglicht wird.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. I zeigt eine Zementklinkerbrennanlage mit einer Wirbelschichtkalcinierungsemrichtung, welche zwischen einem Drehofen und einem Suspensionsvorerhitzer angeordnet ist und die eine getrennte Wärmequelle besitzt. Diese Anlage dient zur Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung;

F i g. 2 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Höhe des Wirbelschichtbcttes (als Abszisse aufgetragen) und de^r Verbrennungsgeschwindigkeit in dem Wirbelschichtbett (als Ordinate aufgetragen) bei verschiedenen Brennstoffbelastungen zeigt.

Gemäß der Erfindung geht man so vor, daß man nur den Teil der Brennstoffbeschickung in dem Wirbelschichtbett verbrennt, welcher in dem Bett verbrennbar ist, daß man zur gleichen Zeit den gesamten restlichen Teil des Brennstoffes in dem Bett durch »Cnicken« spaltet und daß man das durch die Crackling gebildete Brennstoffgas rasch und gleichförmig in dein Raum oberhalb des Wirbclschichtbettcs mit dem Luftstrom verbrennt, der aufgeteilt und in diesen Raum eingeführt worden ist, so daß das Zementrohmehl gleichförmig und in hoher Konzentration in dem Raum schwebt und wirksam kalcinierl wird.

Gemäß der Beziehung /wischen der Höhe des Fließbettes und der Verbrennungsgcschwindigkeit in dem Wirbelschichtbett bei verschiedenen Brennsloffbclustungen (Fig. 2) wurde bestätigt, daß, obgleich es erforderlich ist, die Höhe des Wirbclschichibcltcis so zu

vergrößern, daß die Verbrennungsgeschwindigkeit in dem Bett verbissen wird, eine blindlings erfolgenc· Steigerung der Höhe des Wirbelschichtbettes vom Gesichtspunkt der Durchführung des Verfahrens nicht vorzuziehen ist, da dann der Druckverlust des Wirbelschichtbeittes hoch wird und demgegenüber die Verbrennungsgeschwindigkeit nicht in einer Weise verbessert wird, die die gesteigerte Höhe des Wirbelschichtbettes rechtfertigt.

Insbesondere in dem Falle, wo Zementrohmehl in einem Wirbelschichtbett kalciniert wird, ist ein Verfahren, bei welchem man so vorgeht, daß man nur den Teil der Brennstoffbeschickung in dem Wirbelschichtbett verbrennt, der in dem Bett verbrennbar ist, den ganzen restlichen Teil des Brennstoffes in dem Bett durch »Cracken« spaltet und oberhalb des Bettes positiv eine Verbrennung durchführt, günstiger als ein Verfahren, daß sich hauptsächlich auf einer Verbrennung in dem Wirbelschichtbett mit einer gesteigerten Höhe aufbaut. Der Grund hierfür ist, daß eine Wärmebelastung je Querschnittseinheit des Wirbelschichtofens stärker vergrößert werden kann als die VerbrennungskapazitPt in dem Wirbelschichtbett und/oder daß der Gesamtenergieverbrauch für die Luftbeschickung veniiinderi werden kann, indem man eine Verbrennungsluft in den Raum oberhalb des Wirbelschichtbettes einleitet, deren Druck so niedrig wie der Atmosphärendruck ist und indem man gleichzeitig die Höhe des Wirbelschichtbettes so niedrig wie möglich macht, sofern ein stabiler Wirbelschichtzustand gehalten werden kann.

Der Grund, warum eine Verbrennung oberhalb des Wirbelschichtbettes wie hierin beschrieben, insbesondere bei der Kalcinierung von Zementmehl sicher möglich ist, wurde wie folgt durch Betriebsuntersuchungen bestätigt.

Bei der arfindungsgemäßen Methode zum Verbrennen der Brennstoffe, bei der ein Wirbelschichtbett als Crackeinrichtung für den restlichen Brennstoff verwendet wird, und als Wärmequelle die Wärmeenergie des in dem Bett verbrannten Brennstoffes dient, ist die Dispersion des Brennstoffes, der durch Crackung in dem Raum oberhalb des Fließbettes vergast worden ist, in idealer Weise gleichförmig und die Brennstolfdichte in diesem Raum wird gering. Auf diese Weise wird eine Flamme mit einer örtlich hohen Temperatur, wie sie bei der Raumverbrennung unter Verwendung eines gewöhnlichen Brenners auftritt, nicht gebildet. Es treten daher keine Ansatzprobleme aufgrund eines Anklebens von niederschmelzenden Komponenten des Rohmaterials an den Innenteilen der Wirbelschichtkalciniereinrichtung auf. In diesem Falle wird die Crackkapazität für den Brennstoff je Volumencinheit des Wirbelschichtbettes fast ausschließlich von der Temperatur des Wirbelschichtbettes bestimmt und die Temperatur kann leicht in dem genügend sicheren Bereich gehalten werden, indem die Verbrennungsgeschwindigkeit in dem Wirbelschichtbett der Brcnnstoffbeschichtung. d. h. die Höhe des Wirbelschichtbcttes kontrolliert wird, in diesem Fall ist es möglich, die Temperatur des Wirbelschichtbetles unabhängig von der Dccarbonisicrungslemperalur des Rohmaterials einzustellen und es ist weiterhin möglich, bei Bedingungen zu arbeilen, bei denen die Temperatur des Wirbelschichtbettes niedriger ist als die Decarbonisicrungs-Glcichgcwichtstempcratur.

Außerdem umfassen etwa 70% des Rohmchls. welches in dem Raum oberhalb des Wirbelschichtbcttes gleichförmig und in hoher Konzentration durch das Wirbelschichtbett dispergiert ist, Carbonatsalze und diese Decarbonisierungsreaktionen erfolgen bei etwa 800 bis 850° C, wobei eine große Wärmeabsorption von etwa 510 kcal/kg bei dem Klinker mit Einschluß der Dehydratisierungswärme von Kaolin auftritt- Pa ferner diese Decarbonisierungsreaktionen bei dem obengenannten Temperaturbereich sehr rasch voramschreiten, wird die Verbrennungswärme des Brennstoffes, der in dem Raum oberhalb des Wirbelschichtbettes verbrannt

to wird, unmittelbar diesen Decarbonisierungsreaktionen zugeführt, wodurch die Temperatur der Abgase der Wirbelschichtkalcinierungseinrichtung auf 850 bis 900° C ansteigt, d. h. geringfügig höher als die Decarbonisierungstemperatur. Dadurch erfolgt eine sehr wirksame Kalcinierung des Flohmehls. Weiterhin kann die Temperatur der Atmosphäre in dem Raum oberhalb des Wirbelschichtbettes bei einem genügend niedrigen Wert gehalten werden, so daß Ansatzprobleme aufgrund der Adhäsion des geschmolzenen Rohmehls vermieden werden können.

Durch die Erfindung wird der Effek bewirkt, daß die Wärmebelastung je Querschnittseinheit des Wirbelschichtbettes im Verhältnis zu der Menge der Luft, welche in den Raum oberhalb des Fließbettes eingeführt wird, erhöht werden kann. Aufgrund eines solchen niedriger Druckes in dem Raum oberhalb des Wirbelschichtbettes, wie z. B. Atmosphärendruck, kann der aufgeteilte Strom in den Raum selbst durch ein Niederdruckgebläse eingeblasen werden, so daß der

jo Gesamtluftdruck erheblich im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren gesenkt werden kann, obwohl die Wirbelschichtkalcinierungseinrichtung mit dem gleichen Druckverlust des Wirbelschichtbettes, wie bei dem herkömmlichen Verfahren betrieben wird.

is Die Erfindung wird im Beispiel erläutert.

Beispiel

Die Fig.] zeigt eine Anlage zum Brennen von Zementklinker mit einer Wirbelschichtkalcinierungseinrichtung, die zwischen einem Drehofen und einem Suspensionsvorerhitzer bzw. Hängeerhitzer angeordnet ist, und die eine gesonderte Wärmequelle aufweist. Diese Anlage wurde bei der Durchführung dieses Beispiels verwendet. Hierbei gehl man so vor, daß man einen abgetrennten Luftstrom in einen Raum oberhalb eines Wirbelschichtbetles einführt, um eine positive Verbrennung oberhalb des Wirbelschichtbett^ durchzuführen.

In der Fig. 1 bedeutet 1 eine Beschickungseinrichtung Mr das Rohmehl, 2 einen Suspensions- bzw. Hängevorerhitzer, 3 ein Gebläse. 4 eine Rutsche für die Wirbelschichtkalcinitruingseinrichtung. 5 eine Wirbelschicht- bzv/. Fließbeukalcinierungseinrichlung, 6 Brenner für eine Wirbeischichtkaicinierungseinrichtung, 7 einen Abgaskanal einer Wirbelschichtkalcinierungseinrichtung, 8 eine Rauchkammer eines Drehofens, 9 einen Abgaskanal ties Drehofens, 10 eine Rutsche für das Rohmaterial, Il einen Drehofen, 12 eine Klinkerabkühlungseinrichtung, 13 einen Brenner, 14 einen Staubsammler für das Abgas der Klinkerabkühlungscinrichtung, 15 ein Aufwirbelungsgebläse, 16 eine Wirbelschichteinheit. 17 ein Gebläse für den abgetrennten Luftstrom, 18 ein Wirbelschichtbett Lind 19 einen Raum oberhalb des Wirbelschichtbettes.

Ein Teil oder die ganze Menge des Rohmehls, das durch Wärmeaustausch mit dem heiDen Gas in dem Vorerhitzer 2 teilweise calciniert worden ist, wird von einem geeigneten Ort, beispielsweise aus einem Rohmaterialauslaß eines Zyklons gerade oberhalb des Zyklons der untersten Stufe des Vorerhitzers 2 abgenommen und durch die Rutsche Für das Rohmehl 4 in die Wirbelschichtkalcinierungseinrichtung 5 eingeführt. In diesem Beispiel bestand das Wirbelschichtbett aus einem Aufwirbelungsmedium und dem zu kalcinie renden Rohmehl. Die Teilchengrößeverteilung der ersten Komponente überlappte sich nicht mit derjenigen der letztgenannten Komponente. Die Methode der Austragung des Rohmehls aus der Wirbelschichtkalcinierungseinrichtung ist ein Übertragungssystem, bei welchem die Gesamtmenge des kalcinierten Rohmehls von dem Abgas der Aufwirbelungskalcinicrungseinrichtung begleitet war.

Πϊΐς pxtrahiprip Cias od^pr d?.S Ahua«; mit einer

Temperatur von 150 bis 350°C aus der Klinkerabkühlungseinrichtung 12 wird durch den Staubsammler 14 behandelt und sodann in zwei Teile aufgeteilt. Ein Teil davon wird durch die Aufwirbelungseinheit 16 in das Wirbelschichtbett 18 mittels eines Gebläses 15 eingeführt, so daß das Aufwirbelungsmedium heftig aufgewirbelt wird. Dieses Abgas, das im wesentlichen aus Luft besteht, übernimmt die Verbrennung eines Teils des Brennstoffes, der durch die Brenner 6 zugeführt wird. Zur gleichen Zeit dispergiert es das Rohmehl in dem Wirbelschichtbett, nach seinem dortigen Verweilen über eine bestimmte Zeitspanne in den Raum 19 oberhalb des Wirbelschichtbettes 18. hinein. Andererseits wird ein weiterer Teil des Abgases dei Klinkerabkühlungseinrichtung in den Raum 19 oberhalt des Wirbelschichtbettes 18 durch einen Einlaß odei mehrere Einlasse fast tangential durch das Gebläse 17 hineingeblasen. Ein Brennstoffgas, das durch Cracker des Brennstoffes in dem Wirbelschichtbett gebildei wird, wird in dem Raum 19 oberhalb des Wirbelschichtbettes 18 gleichförmig und rasch verbrannt. Da die Dispersion des Rohmehls sehr gut ist und der Brennstofl - ίο in dem gesamten Wirbelschichtbett gleichförmig gecracked wird, treten weder lokale Überhitzunger aufgrund von lokalen Flammen noch Ansat/problemc aufgrund der Haftung von niedcrsehmelzenden Komponenten des Rohmehls auf.

π Die Gesamtmenge des kalcinierten Rohmchls, die von dem Abgas der Wirbelschichtkalcinicrungseinrichlung begleitet wird, tritt durch den Kanal 7 in dii Rauchkammer 8 ein und wird dort mit dem Abgas de Hrphnfpir; vprmUrhl SoHiinti prfnlpt pinp Finfühninc

:n durch den Kanal 9 in den Zyklon der untersten Stufe dei Vorerhitzers 2. erforderlichenfalls mit dem restlicher Teil des Rohmehls, das nicht in die Wirbelschichtkalci nierungseinrichtung 5 eingeleitet worden ist. um darir durch das Hochtemperaturabgas des Drehofens kalci

:■> niert zu werden. Hierauf erfolgt eine Sammlung durcl den Zyklon. Schließlich wird es durch die Rutsche fiii das Rohmehl 10 in den Drehofen 11 eingeführt, urr durch den Drehofenbrenner 13 zu Zementklinkei gebrannt zu werden.

in In der folgenden Tabelle wird ein Vergleich zwischer dem erfindungsgemäßen Verfahren und einem her kömmlichen Verfahren gegeben.

	Höhe des Wirbe!- schichtbettes	Brennstoffbelastungs- Kalcinierungs- verhältnis temperatur	(	Auslaß	Luftverhältnis ober halb des Wirbel schichtbettes
	mm	%	850	87,7	%
I	1200	170	850	86,8	40
II	600	152	850	89,2	55
III	1 ΊΠΤ\ I iUU	100	Decarbnnisierungsverhältnis %	0
	Energieverbrauch für die Zwangs luftbeschickung	tinlali	Behandlungs- kapazitäts- verhältnis %
	kWh/t Klinker	8,1
I	1,2	8,1	162
II	1,0	8,2	142
III	2,5	100

Fußnoten:

(1) I, II ... gemäß der Erfindung.

III .... gemäß dem herkömmlichen Verfahren.

(2) Brennstoffbelastungsverhältnis und Behandlungskapazität werden bei dem herkömmlichen Verfahren als 100% gesetzt

Der Fall I entspricht dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei welchem die Höhe des Wirbelschichtbettes die gleiche ist wie im Falle HI bei dem herkömmlichen Verfahren. Im Falle I beträgt die Zunahme der Brennstoffbelastung aufgrund der Verbrennung oberhalb des Wirbelschichtbettes etwa 70% und die Abnahme des Gesamtenergieverbrauchs für dii Zwangsluftbeschickung aufgrund der Zunahme de Behandlungskapazität beträgt im Vergleich zum Fall II etwa 50%. Der Fall II entspricht dem erfindungsgemä Ben Verfahren, bei welchem die Höhe des Wirbel schichtbettes halb so groß ist wie im Falle III. Im Falle I

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beträgt die Zunahme der Hrennstoffbelastuiig etwa 52% bestätigt, dali in jedem der !alle I und Il die

und die Abnahme des Cjesaniienergieverbrauchs für die Deearhonisieriingsrale des Rohmehls fast beim gleichen

/wangsluft/iiführung aufgrund sowohl der verringerten Wert wie beim herkömmlichen Verfahren gehalten wird

Höhe des Wirbelschichlbeltes als auch des erhöhten und ilal.i daher eine wirksame Kaleinicrung durchge-

Verhaltnisses der Niedcrdriiekluft oberhalb des Aufwir- > führt werden kann. Die l-irfindung ist daher wirtschaft-

beliingsbctles beträgt etwa 60%. l'erner wurde lieh von grol.lem Wert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Wirbelschichtkalcinierung von Zementrohmehl unter Verwendung eines Wirbelschichtofens, der zwischen einem Drehofen und einem Suspensionsvorerhitzer bzw. Hängevorerhitzer angeordnet ist und der eine getrennte Wärmequelle besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß man den in den Wirbelschichtofen eingeführten Luftstrom in zwei Teile aufteilt und einen Teil desselben in ein Wirbelschichtbett des Ofens und den anderen Teil desselben in einen Raum oberhalb des Wirbelschichtbettes einleitet.

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