DE2344094B2 - Verfahren zur Wirbelschichtkalcinierung von Zementrohmehl - Google Patents
Verfahren zur Wirbelschichtkalcinierung von ZementrohmehlInfo
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Description
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35
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 der 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.
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 odpr 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
7 8
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 (1)
- 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.15
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8235 | Patent refused |