DE2441710C3 - Verfahren für die Wärmebehandlung von einer endothermen Reaktion unterworfenem Rohmaterial in pelletisierter Form - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die Wärmebehandlung von in pelletisierter Form eingesetztem Rohmaterial, das einer endothermen Reaktion bei einer Temperatur unterworfen wird, die niedriger als die für einen in einem nachfolgenden Ofen durchgeführten Sintervorgang oder chemischen Reaktionsvorgang benötigte Temperatur ist. Dabei wird eine Nutzung der von dem nachfolgenden Ofen abgegebenen Abgase als zusätzliches Wärmeübertragungsmittel vorgesehen.

Die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung eignet sich insbesondere für die Herstellung von I'ortlandzementklinkern, soweit es sich um die Calcinierung des Zcmentrohmaterials vor der Sinterung handelt. Die Erfindung ist jedoch auch bei ähnlichen Vorerhitzungsvorgängen, auf die eine chemische Reaktion folgt, anwendbar. /.. B. bei Vorerhitzungsvorgängen von Bauxit-Rohmaterialien und Magnesit.

Hei der Herstellung von Zcmentklinkern in rotierenden Ofen wird Wärme zur Calcinierung des Caleiiinikarbonats und des Magnesiumkarbonats benötigt. Um CaCO, bei der Herstellung einer Zemcntrohmischung in CaO umzuwandeln, wird pro kg Klinker eine Wärmemenge von ca. 425 kcal benötigt; die Calcinierungselbst erfordert zwar ca. 525 kcal/kg, bei der Sinterung werden jedoch infolge exothermer Reaktion ca. 100 kcal pro kg Klinker wieder frei. Zusätzliche Wärme ist erforderlich, um die Wärme zu ersetzen, die durch Abstrahlung nach außen und durch die Abgase und die Ausgangsprodukte verlorengehen. Die Calcinierung beginnt bereits bei 900° C, und d~r Vorgang ist beendet, bevor ein weiteres Anheben der Temperatur bis zum Sinterungspunkt stattfindet.

Calcinierung und Sinterung können ir einem üblichen rotierenden Zementbrennofen nicht mit hohem Wirkungsgrad durchgeführt werden, wenn das gesamte der endothermen Reaktion zu unterwerfende Material in dem Ofen behandelt wird. Denn in einem üblichen rotierenden Zementofen wird nur ungefähr ein Fünftel der Querschnittsfläche von dem langsam vorwärtsrollenden Material eingenommen, so daß sich eine verhältnismäßig geringe der Flamme ausgesetzte Fläche ergibt. Die Wärme selbst wird im wesentlichen durch Strahlung übertragen, die - wie bekannt - der vierten Potenz der absoluten Temperatur direkt proportional ist. Daher ist eine sehr hohe Temperatur der Flamme erforderlich, wobei ein großer Teil der Wärme bei hoher Temperatur in den Gasen nach Klinkerbildung des Rohmaterials in der erhitzten Zone verbleibt.

Die CH-PS 458 175 beschreibt für die Herstellung von Portlandzement die Anwendung einer ersten CaI-cinierungsbrennstuie mit nachfolgender zweiter Sinterungsbrennstufe. Die CH-PS geht auch davon aus. daß ein großer Wärmebedarf für die Kalksteincalcinierung bei einer Temperatur von ca. 900° C besteht und daß die mit unerwünschter Entwicklung von Aikalidämpfen verbundene Sinterung zu Zementklinkern bei einer Temperatur oberhalb 1300° C erfolgt und nur relativ wenig Wärme verlangt. Aus diesem Grund schlägt die CH-PS die Verwendung getrennter Brennstufen zur ( alcinicrun^ und zur Sinterung vor.

Zur Verringerung deE Energieverbrauchs sieht die CH-PS vor. die Abgase der Brennstufen durch Wärmetauscher zu leiten, die der Trocknung des Rohmaterials bei der Zuführung zu der ersten Calcinierungsbrcnnstufe dienen. Dabei können die, Abgase der ersten Brennstufe als alkalifreie Abgase angesehen werden, während die Abgase der zweiten, d. h. der Sinterungsbrennstufe alkalihaltige Abgase sind und dementsprechend nur unter Anwendung besonderer Maßnahmen weiter nutzbar sind.

Die CH-PS arbeitet bei einer bevorzugten Ausführungsforni mit der Verwendung von gleichmäßig granuliertem Rohmehl. Als Vorwärmer für den Calcinierer wird ein Wanderrost verwendet, und die Calcinierung selbst erfolgt in einer Wirbelkammer. Es ist offensichtlich, daß zur Durchführung des Calcinicrungsprozesses im Wirbelbett eines derartigen Wirbelschichtofens die das Rohmehl bildenden Granalien kleinkörnig sein müssen.

Im Unterschied dazu verwendet die Erfindung zur Cnlfinicrung Rohmaterini in pelletisierter Form, das durch einen vertikalen Calcinierer abwärts geführt ein Pcilctbett bildet.

Das Verfahren nach (kr Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Rohmiiteri.il in pelletisierter I ortn eingesetzt, ein l'ellethett bildend, abwärts durch einen vertikalen Calcinierer geführt wird und von einem axial angeordneten Brenner in einer Abwärtsströmung heiße Verbrennungsgase durch ilen Calci-

nierer geleitet und dem Calcinierer απ oberhalb seines Austrittsrosts gelegenen Stellen die Abgase einer rotierenden, die Pelletzwischenräume mit hoher Geschwindigkeit turbulent durchströmenden Gegenströmung zugeführt werden.

Bei Eingabe des Pellets in den Calcinierer und Entnahme der calcinieren Pellets aus dem Calcinierer in zeitlich gleichen Mengen bilden die Pellets in dem Calcinierer— ähnlich wie es eine in solcher Weise zu- und abgeführte Flüssigkeit tun würde - ein Pelletbett mit definierter konstanter Höhe.

Die Verwendung von in pelletisierter Form eingesetztem Rohmaterial, das in dem Calcinierer ein kontinuierlich abwärts wanderndes Bett bildet, so daß durch die Zwischenräume der Pellets eine Abgasgegenströmung mit hoher Geschwindigkeit strömt, bietet den Vorteil, daß der Calcinierer und seine Rohmaterial-Eingabemittel nicht nur wärmeökonomisch, sondern auch raumökonomisch sind. Dadurch, daß der Calcinierer mit einer dichten Pelletpackung arbeitet, kann er weit raumökonomischer ausgebildet sein, als es ein Calcinierer sein könnte, der stauLiörmiges Rohmehl unter Wirbelbettbildung mit vorgeschalteten Zyklonwirbelkammern verarbeitet.

Die Erfindung ermöglicht es ferner, eine mit einem Drehofen zur gleichzeitigen Calcinierung und Versinterung arbeitende Anlage kapazitätsmäßig zu erweitern, indem der bisherige Drehofen nur mehr für die Sinterung mit erhöhter Abgabekapazität benutzt wird, dem zur Calcinierung ein einen geringen Raumbedarf aufweisender, mit einem wandernden Pelletbett arbeitender Calcinierer vorgeschaltet wird, der, weil er mit dichter Pelletpackung arbeitet, nur eine geringe zusätzliche Höhe erfordert.

Somit lassen sich die durch das Verfahren nach der Erfindung erzielten Vorteile wie folgt zusammenfassen:

1. geringere Anlagekosten in Anbetracht der verhältnismäßig kleinen, räumlich gedrängten CaI-cinieru.-gsanordnung;

2. niedrige Abgastemperatur, die mit dem richtigen Gehalt an von den Pellets abgegebener Feuchtigkeit in Übereinstimmung gebracht ist, so daß eine optimale elektrostatische Staubabscheider-Arbeitsweise erhalten wird;

3. Entfernungder alkalischen Massen bei der vertikalen Calcinierung infolge der hohen Geschwindigkeit und der turbulenten Strömung der Gase in dem Pelletbett, so daß praktisch alkalifreies Material in den rotierenden Ofen eingebracht wird;

4. geringer Wärmeverbrauch infolge der hohen konvektiven Wärmeübertragung, die sich bei der hohen Geschwindigkeit der turbulenten Gasströmung ergibt;

5. geringe Unterhaltungskosten aufgrund der relativ einfachen und raumlich gedrängten Anlage;

ft. keine Entmischung, selbst wenn es sich um Kalkstein und Ton sehr unterschiedlicher spezifischer Gewichte handelt.

Eine Ausführungsform der Erfindung unter Ausnutzung einer Gasgegenströmung in einem vertikalen Calcinicrer ist in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figur erörtert.

Rohmaterial il?v gewünschten chemischen Zusammcnsct/.iing und entsprechenden Feinheilsgnules wird in einem Pfannenpclli.Vierer gemäß australischem Patent I .S2 I (W zugeführt. Die Pellets werden durch abwechselnd hydraulisch betätigte Tore 1 in die PeI-let-Zuführvorrichtung 2 eingegeben, die die Pelleis gleichmäßig verteilt und in der Ofenhaube ein Pelletbett konstanten Niveaus aufrechthält. Der Calcinierermantel 3 ist, wie durch 4 eingedeutet, wärmeisolierend. Ein Eisenrohr S wird durch eine mit dem Ofenmantel 3 verbundene Stahlkonstruktion 6 getragen und ist durch eine Manschette 7 einstellbar; am unteren Ende ist das Rohr mit weiteren Stahlrohren 8 verschweißt und serpentinenförmig ausgebildet in eine glockenförmige Vorrichtung eingeschweißt, in der vermittels einer Pumpe 9 Wasser mit 5 atm Druck zirkuliert. Die glockenförmige Vorrichtung bildet einen Verbrennungsraum entsprechend dem Anhäufungswinkel 10 der darunter liegenden Pellets und trägt ferner eine feuerbeständige Ziegelumkleidung 11 zum Schütze des Eisenrohres 5. Eine Gas- oder Ölbrennerdüse 12 ist in der Mitte des glockenförmigen Halses vorgesehen und wird durch eine dreibeinige Ringvorrichtung 13 zentrif ··: gehalten. Gas oder zerstäubtes Ö! 22 und Luft werden abwärts in den Calcinierer in das Pelletbett durch einen Luftventilator 14 geblasen, so daß eine Flamme entsteht, die durch eine geringe regelbare Menge von Abgas unterhalten wird, die aus der Hauptgasströmung mittels eines zweiten Zirkulationsventilators 15 abgeleitet wird. Ein Fenster 16 am oberen Ende des Luftrohres dient dem Zwecke,die weit im Inneren des Pelletbettes gebildete Flamme beooachten zu können, die ungefähr in der Mitte des Ofens liegt. Weiterhin sind zusätzlich ringsherum sechs seitliche Brenner 17 vorgesehen, die dem Calcinierer Wärme von außen her zuführen. Luft wird diesen Brennern über eine Leitung 18 von dem Ventilator 14 zugeführt.

Die Abgase von dem rotierenden Ofen mit einer Temperatur bis zu 1000° C werden in den Calcinisrer durch zwei, mi: feuerfesten Steinen ausgelegte Leitungen 23 oberhalb des Entnahmegitters 19 zugeführt. Das F.ntnahmegitter 19 ist in der Zeichnung als hin und her bewegliches Gitterwerk, bestehend aus dreieckigen hitzebeständigen Streben dargestellt. Es wird hydraulisch angetrieben; es könnten natürlich auch andere Entnahmegitter Anwendung finden. CaI-cinierte Pellets von dem Gitterwerk 19 gehen durch drei abwechselnd betätigte Tore 20, dij ebenfalls hydraulisch betätigt werden und gelangen dann durch einen aus Stahl bestehenden, hitzebeständigen Einfülltrichter 21.

Die Temperatur der Abgase des rotierenden Ofens, die den Calcinierer in Aufwärtsrichtung durchströmen, wird durch Wärmezufuhr in der Mitte und von der Wandung her durch die vorgesehenen Brenner weiter erhöht, wodurch die Zeitspanne, bei der die Pellets bei einer Temperatur oberhalb der Calcinierungstemperatur grhalten werden, vergrößert wird. Durch zentral angeordnete, im Prinzip einfache und zuverlässige Steuerungsmittel kann die zugeführte zusätzliche Wärme genau bemessen werden, damit die Calcination vollständig durchgeführt, jedoch nicht überschrittrn wird und Sinterung verhindert wird. Die Temperatur des aus der glockenförmigen Anordnung abfließenden Wassers ist proportional dev Temperatur der heißen Zone. Eine elektrische Kopplung der Ausgiingswasscrtemperatur und Auslaßsteuervorrichtung bewirken eine gleichmäßige und genaue Temperatur und des Zeitabliiufes in dem Calcinicrer. Die mit hohen Geschwindigkeiten und unter Turbulenz stattfindende Gasgegenströmung innerhalb der Zwischen-

räume zwischen den Pellets hat eine außerordentlich günstige Wärmeübertragung zur Folge und daher wird sehr wenig zusätzliche Wärme, von der im rotierenden Ofen entnommenen Wärme abgesehen, benötigt, um die Calcinicrung vollständig durchzuführen. Die Wärmezufuhr in der Vorerhitzungszone des Calcinierers ist ebenfalls wirkungsvoll, zusammen mit der Verdampfung von Wasser aus den Pellets ergibt sich so eine niedrige Temperatur der Abgase.

Die zentrale Steuerung zusätzlich zu der elektrischen Yerkopplung der Ausgangstemperatur des Wassers und der Steuerung des Abgasegitterwerkes kann unter Anwenduim einer Televisionskamera erfolgen, die es gestaltet, das Niveau der Pellets und die mittlere flamme zu beobachten; es kann für das Rohmaterial eine Portionierwaage mit Druckschaltern vorgesehen sein, um die Strömung des pulverisierten Materials zu vergrößern oder zu verringern, um die Pellitisierungs-Vorrichtungund die Pellet-Zuführvorrichtung zu steuern. Es können Tcmperaturanzeigc-Vorrichtung für das Wasser und das Gas vorgesehen sein und Anzeigevorrichtung für die Luft- und Brennstoffzuführungs-Geschwindigkeit der Brenner und Druckanzeigemittel des Pelletbettes in dem CalcinieriT vorgesehen sein. Sämtliche Instrumente können an einer gemeinsamen zentralen Kontrollvorrichtung angeordnet sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren für die Wärmebehandlung von einer endothermen Reaktion unterworfenem Rohmaterial in pelletisierter Form, bei dem die endotherme Reaktion bei einer Temperatur durchgeführt wird, die niedriger als die für einen in einem nachfolgenden Ofen durchgeführten Sintervorgang oder chemischen Reaktionsvorgang benötigte Temperatur ist, unter Nutzung der von dem nachfolgenden Ofen abgegebenen Abgas als zusätzliches Wärmeübertragungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohmaterial in pelletisierter Form eingesetzt, ein Pelletbett bildend, abwärts durch einen vertikalen Calcinierer geführt wird und von einem axial angeordneten Brenner (12) in einer Abwärtsströmung heiße Verbrennungsgase durch den Calcinierer geleitet und dem Calcinierei ^n oberhalb seines Austrittsrosts (19) gelegenen Stellen (23) die Abgase eines rotierenden Brennofens zur Bildung einer aufwärts gerichteten, die Pelletzwischenräume mit hoher Geschwindigkeit turbulent durchströmenden Gegenströmung zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abwärts gerichtete Wärmeströmung durch einen Gas- oder ölbrenner (12) erzeugt wird, der eine glockenförmige, durch die Windungen eines Rohrs, durch das unter Druck Wasser zirkuiert, gebildete Brennkammer bildet.

3. Verfahren nach Ansp uch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abwärts gerichtete Wärmeströmung durch am Calcinierr--mantel angeordnete Brenner (17) ergänzt^wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Abgas vom Calcinierer der Luftzufuhr (18) der am Calcinierermantel angeordneten Brenner (17) zugesetzt wird.