DE2517552B2

DE2517552B2 - Verfahren zur thermischen behandlung von feinkoernigem gut, insbesondere zum brennen von zement

Info

Publication number: DE2517552B2
Application number: DE19752517552
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1975-04-21
Filing date: 1975-04-21
Publication date: 1977-11-17
Also published as: ZA761984B; ES446977A1; FR2308601A1; DK141992B; DE2517552A1; JPS51129426A; BR7602411A; DK150976A; FR2308601B1; CS214731B2; DK141992C; AU500048B2; AU1276376A; DD123595A5; GB1541099A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von feinkörnigem Gut, insbesondere zum Brennen von Zement in mehreren Stufen, wobei das Gut in einem Vorwärmer vorerhitzt, in einem Ofen gesintert und vor Eintritt in diesen Ofen unter Brennstoffzufuhr einem gesonderten Brennprozeß zur Entsäuerung des Kalziumkarbonatanteils unterzogen wird.

Bei der Herstellung von Zement, Tonerde, Kalk, Dolomit od. dgl. erfolgt die Wärmebehandlung des feinkörnigem Rohmehls beispielsweise in der Weise, daß das Rohmehl zunächst einem aus mehreren übereinandergeschalteten Zyklonen bestehenden Schwebegaswärmetauscher aufgegeben wird, wobei die Rohmehlteilchen im Gegenstrom durch die in den Zyklonen aufsteigenden heißen Abgase eines Drehofens vorgewärmt und zu einem geringen Grad, in der Regel etwa 10 bis 15%, entsäuert werden, ehe sie in den Drehofen eingetragen und in diesem fertiggebrannt werden. Die Entsäuerung des Rohmehls ist hierbei die Dissoziation des Kalziumkarbonatanteils (CaCo3->CaO + CO;). Unter dem Entsäuerungsgrad wird hier und im folgenden das Verhältnis des ausgetriebenen CO2 (in kg CO2/kg Klinker) zu dem im aufgegebenen Rohmehl vorhandenen CO2 (in kg COa/kg Klinker) in Prozent verstanden. Der aus dem Drehofen ausgetragene, wieder abgeschiedene und zumindest teilweise entsäuerte Staub (Kreislaufstaub) wird also nicht berücksichtigt

Der Wärmeprozeß im Drehofen selbst setzt sich im allgemeinen aus zwei Teilprozessen zusammen, nämlich einem wärmeverbrauchenden Niedertemperaturprozeß, z. B. zum vollständigen Entgasen, Entsäuerung des Gutes, und einem geringe Wärme Verbrauchanden Hochtemperaturprozeß, z. B. Sintern, Schmelzen des Gutes. Bei diesem herkömmlichen Verfahren, bei dem die Vorwärmung des aufgegebenen feinkörnigen Gutes :n einem gesonderten Vorwärmer erfolgt, wird also im Vorwärmer nur ein kleiner Teil der Gesamtwärmeenergie auf das Gut übertragen, während der weitaus größte Teil der Wärmearbeit im Drehofen geleistet werden muß. So benötigt der Niedertemperaturprozeß wegen der geringen Oberfläche des Gutes, der großen zu übertragenden Wärmemengen, insbesondere für die

Entsäuerung des Rohgutes in einem Temperaturbereich von 800 bis 900⁰C in der Regel mehr als die Hälfte des zur Verfügung stehenden Brennraumes im Drehofen, während für den exothermen Hochtemperaturprozeß für die Sinterung des Gutes lediglich der kleinere Ofenbereich genutzt wird.

Da bei diesem herkömmlichen Verfahren die gesamte thermische Energie dem Drehofen zugeführt wird, ist bei hohen Durchsatzleistungen durch die ungleiche Verteilung der Wärmearbeit im Drehofen der thermi-

sehe Wirkungsgrad und die Leistungsfähigkeit des Ofens begrenzt und die Standdauer der feuerfesten Steine in der Brennzone merklich verkleinert, so daß die Investitionskosten und der Wartungsaufwand für den Drehofen unverhältnismäßig hoch liegen.

Um den Drehofenquerschnitt und/oder die Ofenlänge kleiner dimensionieren zu können, ist bereits versucht worden, den wärmeverbrauchenden Niedertemperaturprozeß in einer zwischen dem Vorwärmer und dem Drehofen angeordneten Vorbrennzone vorzunehmen.

So ist aus der US-PS 32 03 681 bekannt, die wärmeverbrauchende Entsäuerung des Kalksteinanteils (Kalzinierung) in einem dem Ofen vorgeschalteten Anlagenteil vorzunehmen, in welchem die zugeführten Gutteilchen in einem Heißgasstrom thermisch behandelt werden, während das Fertigbrennen (Sinterung) ausschließlich im Drehofen erfolgt, so daß dieser extrem kurz gebaut werden kann.

Eine vollständige Kalzinierung des Gutes in der Vorbrennzone ist bei dieser Bauart zwar zu erreichen, jedoch werden innerhalb der Brennzone die für die Kalzinierung vorbestimmten Maximaltemperaturen unkontrollierbar überschritten, so daß das fließfähige pulverförrnige Gut durch beginnende Kornvergröberung und beginnende Plastizität durch Schmelzphasenbildung in einen unerwünschten Zustand übergeht, bei dem ein einwandfreies Abfließen des kalzinierten Gutes aus der Brennzone in den Drehofen nicht gewährleistet werden kann.

Um ein gleichbleibendes Wärmeangebot für eine vollständige Kalzinierung in der Vorbrennzone zu erhalten, hat man aus diesem Grunde bereits andere apparativ aufwendige Brennkammern geschaffen, die eine intensive Durchmischung von Rohmaterial und Brennstoff gewährleisten sollen, um schädliche Temperaturspitzen zu vermeiden.

Man hat auch bereits vorgeschlagen (DT-OS 23 24 519), den Brennstoff mit dem zu kalzinierenden Rohmaterial zu mischen, bevor das Rohmaterial in der Brennzone in den vom Drehofen kommenden Gasstrom eingebracht wird. Bei den vorliegenden hohen Temperaturen des Rohmehls bedingt eine gleichmäßige Mischung aber ebenfalls einen hohen apparativen Aufwand. Andernfalls wird sich eine ungleiche Vertei-

I *

der VJaterialmengen einstellen, so daß an

fmmten Stellen die Rohmaterialkoiizentration so

^bes' j , daß dort schlechte Verbrennungsbedingungen

rhen während an anderen Stellen die Rohmate-

^he|Wonzentration verhältnismäßig gering ist, so daß es 5

H'esen Stellen zu besonders hohen Temperaturspit^an mit den oben geschilderten nachteiligen Folgen

^fÜlRpi einem der neueren Wärmetauscher bzw. Wärme-

cherverfahren _{ist de}m Fachmann bekannt, daß das io

i^aU körnige Zementrohmehl zur Wärmebehandlung in

m Schwebegasvorwärmer mit den heißen Abgasen

. Drehrohrofens vorgewärmt und erhitzt und dann

nrehrohrofen fertig gebrannt wird, wobei das Gut in

¹H^r von dem Drehrohrofen zur heißesten Zone des 15

Vorwärmers führenden Ofenabgasleitung durch Wärme

^v _zusätzlichem Brennstoff kalziniert wird (DT-OS

„24 565) Das in den Wärmetauscher eingeführte

Ttmentrohmehl wird dabei bei einer Luftüberschußzahl

η etwa 2 05 zu 90 bis 95% vorkalziniert. Dieser 20 w°eitestgehenden Kalzinierung in einer gesonderten Rr' stufe Hegt der Gedanke zugrunde, daß der nrehrohrofen nur im Bereich der Sinterstufe, das heißt T. _w0 der Wärmeübergang hauptsächlich durch strahlung erfolgt, ein wirtschaftlicher Wärmetauscher 25 Ut und daß der Wärmeübergangsprozeß wirtschafthher gestaltet werden könnte, wenn man die Rohmehljeilchen in den heißen Ofenabgasen schweben läßt und in, Wärmetauscher in der gesonderten Brennstufe weitestgehend kalziniert ^_n,³⁰

Aus der Veröffentlichung in »Zement-Data-Book« Bauverlag GmbH, Wiesbaden, 1976, Seite 345 bis 356 wird deutlich, daß dieses Prinzip der weitergehenden Kalzinierung der Rohmehlteilchen im Wärmetauscher hpi allen weltweit bekannten neueren Entwicklungen 3: von Wärmetauschern bzw. Wärmetauscherverfahren mit Vorkalzinierung des Rohmehls verfolgt wurde

Mit den aus diesem Stand der Technik verschiedenen Wärmetauschersystemen mit Vorkaizinieren ist zwar eine nahezu vollständige Kalzinierung des dem Vorwärmer aufgegebenen Rohmehls in der gesonderten Vorbrennstufe zu erreichen. Jedoch muß hierbei zur weitergehenden Kalzinierung (90 bis 95%) des Gutes wegen der erforderlichen Stabilisierung der Verbrennung mit erheblichem Brennstoffüberschuß gefahren werden Die innerhalb der Brennstufe für die Kalz.n.erung vorbestimmten Maximaltemperaturen werden dabei unkontrollierbar überschritten, so daß das fließfähige pulverförmige Gut durch beginnende KornlirgäSg und beginnende Plastizität durch so Schmelzphasenbildung in einen unerwünschten Zustand übergeht bei dem ein einwandfreies Abfließen des SSr en Gutes aus der Brennstufe in den Drehofen _n htgewährleistet werden kann. Weiterhin hat der Brenns'to^{ffüberschuß} eine eventuelle Nachverbrennung fn den er Vorbrennstufe vorgeschalteten Vorwärmst^

en zur Folge, so daß diese einerseits thermisch überlastet werden, andererseits sich zusätzlich höhere Äbgastemperaturen und damit höhere Wärmeverluste am Ausgang des Wärmetauschers einstel en. ^bU

Es ha? sich nun in überraschender Weise gezeigt, daß sowohl die spezifischen hohen Investitionskosten des rv^ohroi-ns im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren/bei welchem die Kalzinierung des Gutes nur zu euva 0 bis 15% im Vorwärmer erfolgt und die überwiegende Restkalzinierung im Drehofen selbst duSTeführt werden muß, erheblich gesenkt werden Wonnen als auch die genannten Schwierigkeiten bei einer 90 bis 95%igen Kalzinierung des Rohmaterials in einer zwischen dem Vorwärmer und dem Drehofen angeordneten Vorbrennstufe in einfacher Weise vermieden werden können, wenn gemäß der Erfindung in dem gesonderten Brennprozeß das vorerhitzte Gut auf einen Entsäuerungsgrad von nur 50 bis 80% entsäuert wird und in an sich bekannter Weise die Restentsäuerung und der Fertigbrand des Rohmehls unmittelbar anschließend im Ofen erfolgt. Durch diese erfinderische Maßnahme wird erreicht, daß die pulverförmigen und fluiden Eigenschaften des feinkörnigen Feststoffes auch nach der Kalzinierung erhalten bleiben, so daß die Fließ- und Austragsfähigkeit des Gutes aus der letzten Stufe des Vorwärmers in das Eintragsende des Ofens erhalten bleibt. Auch bleibt die Dispergierfähigkeit des Gutes im Gasstrom weitgehend erhalten, so daß ein optimaler Wärmeübergang vom Heißgas auf das zu behandelnde Gut in der Verbrennzone gewährleistet und der erfindungsgemäße Entsäuerungsgrad sichergestellt werden kann. Die schädlichen Folgen von Überhitzungen des Rohmehls, wie sie bei den bekannten Verfahren bei der vollständigen Entsäuerung auftreten, werden vollständig vermieden, insbesondere die Entstehung von geschmolzenen Massen, die Bildung von Klinkermineralien und die Freisetzung von Alkalidämpfen die, wieder kondensiert, zu einem Zusammenbacken der Gutteilchen führen, wodurch die Fließfähigkeit und die Dispergierfähigkeit des Rohmehls so erheblich verschlechtert werden. Besonders zweckmäßig ist es, daß das vorerhitzte Gut auf einen Entsäuerungsgrad von 60 bis 75% entsäuert wird. Schließlich wird durch die erfinderische Maßnahme, nicht zuletzt infolge des geringeren Brennstoffsverbrauchs in der Brennzone, der Abgasverlust niedrig gehalten und damit der Wärmebedarf der Gesamtanlagen vermindert.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, den für den gesonderten Brennprozeß erforderlichen Sauerstoff zumindest überwiegend zusammen mit dem Ofenabgas zuzuführen. Die Ofenabgase haben dann einen Sauerstoffgehalt beispielsweise von 8 bis 13%. Ein eventueller Restsauerstoffbedarf kann dem Brennstoff in der gesonderten Brennzone besonders zugeführt werden.

Hierdurch wird erreicht, daß die exotherme Hochtemperaturzone im Drehofen, ohne in der Leistungsfähigkeit begrenzt zu werden, entlastet und so die Standdauer der feuerfesten Ofenauskleidung dieser Ofenzone erheblich verlängert wird, wobei die Sintertemperatur nicht unter die für eine vollständige Sinterung erforderlichen Grenztemperaturen absinkt. Allenfalls eine geringe Zusatzsauerstoffmenge muß dem gesonderten Brennprozeß direkt zugeführt werden, um die vollständige stöchiometrische Verbrennung des Brennstoffs, eine besonders intensive Wirkung des Kalzinationsprozesses und eine genaue Einstellung des Kalzinationsgrades zu erreichen. Es kann dabei auf Verbrennungsluft aus dem dem Ofen nachgeschalteten Kühler zurückgegriffen werden, wobei sich jedoch der hierfür notwendige hohe anlagentechnische Aufwand für zusätzliche Rohrleitungen etc. in den Investitionskosten niederschlägt.

In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der für den gesonderten Brennprozcß erforderliche Brennstoff gemeinsam mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltig^! Gas zugeführt wird. Hierdurch kann vorteilhaft sichergestellt werden, daß die Verbrennung des zugeführten Brennstoffs mit Erreichen der Zündtemperatur sofort beginnt und nicht

erst die Verteilung des Brennstoffs im Gut- und Gasstrom abgewartet werden muß. Sie beginnt vielmehr während der Verteilung. Durch diese Maßnahme kann die Brennzone besonders klein gehalten und ebenfalls der Fntsäuerungsgrad dem jeweiligen Bedarf entsprechend genau eingestellt werden.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der für den gesonderten Brennprozeß erforderliche Brennstoff zunächst teiloxidiert und dann mit dem zu kalzinierenden feinkörnigen Gut zusammengebracht wird, wobei das Gut unterhalb und/oder oberhalb der Brennstoffzufuhr eingebracht wird. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, daß tatsächlich die gesamte Brennstoffmenge vor Eintritt in den Gutstrom gezündet und so eine vom Gutstrom weitgehend unabhängige Ausbildung der Brennzone ermöglicht wird. So wird eine gleichmäßige und gesteuerte, den Brennstoff besonders gut ausnutzende und die vorgegebene Teilkalzinierung des Zementrohmehls fördernde Verbrennung erreicht.

Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand von Ausführbeispielen näher erläutert.

Das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 zeigt im einzelnen, daß vor dem Drehofen I₁ dessen Einlaufende verkleinert dargestellt ist, sich die Einlaufkammer 2 befindet, in die die Gutzuführung 3 aus dem letzten Zyklon 4 eines Schwebegaswärmetauschers einmündet. Oberhalb des Zyklons 4 befindet sich die Gasabteilung 5, die zu den weiteren Zyklonvorwärmerstufen führt. Vorteilhafterweise verläuft eine im wesentlichen vertikal ausgerichtete Abgasleitung 6 zwischen dem Ofen und der aus mehreren Zyklonen bestehenden Einrichtung zum Vorwärmer des zu behandelnden feinkörnigen Gutes, in die in zweckmäßiger Weise die Gutzuführleitung 7 und die Brennstoffzuführung 9 münden, wobei die Brennstoffzuführung, die zweckmäßigerweise aus einer oder mehreren im Bereich der Wandung der Abgasleitung 6 angeordneten Düsen besteht, vorteilhaft oberhalb der Mündung der Gutzufuhrleitung 3 angeordnet ist. Die Abgasleitung 6 weist einen Erweiterungsteil als Voroxidationskammer 8 auf, in die die Brennstoffdüsen auch in zweckmäßiger Weise dem Gasstrom entgegengeneigt gerichtet sein können. Obwohl lediglich die Ausführung mit einem Zyklon gezeigt wird, ist es ebenso möglich, eine symmetrische Anordnung mit mehreren Zyklonen entsprechend auszubilden. Falls weitere Zyklone vorhanden wären, wiese das Rohr anstelle des einfachen Krümmers eine entsprechende Verzweigung auf.

Verfahrensmäßig ergibt sich anhand des Ausführungsbeispiels der folgende Ablauf.

Aus dem Drehofenende 1 gelangt das Abgas in die Einlaufkammer 2, von dort in die Hauptgasleitung 6 des Zyklonvorwärmers. In diese wird unterhalb der Brenner 9 das Brenngut durch die Zuführung 7 eingebracht. Die Materialzuführung kann wahlweise durch eine oder mehrere Leitungen erfolgen, die an ihrem Einmündungsende Verteilvorrichtungen aufweisen, die für eine gleichmäßige Verteilung des Gutstromes im Gasstrom sorgen. Als Verteileinrichtungen können beispielsweise Prallplatten oder Prallgitter dienen.

Das feinverteilte Brenngut steigt von der Gutaufgabestelle in der Abgasleitung 6 empor und gelangt in Form einer kontinuierlichen Gleichströmung von Gut und Gas in die darüberliegende Brennzone. Die Brennzone liegt in Höhe der Brenndüsenöffnungsebene. Wie in der Zeichnung gezeigt, kann die Abgasleitung in diesem Bereich zu einem Voroxidationsraum, der sich vorteilhafterweise ringförmig um das Rohr erstreckt, aber auch in anderer zweckmäßiger Ausgestaltung aus einzelnen Erweiterungen bestehen kann, erweitert sein. Die Brenner 9 sind vorzugsweise dem Gut- und Gasstrom entgegengeneigt gerichtet, so daß ein gutes Eindringen des Brennstoffs in den Gut- und Gasstrom sichergestellt ist. Durch die Brennerebene wird die Brennzone nach unten fest begrenzt, ihre Begrenzung wird nach oben durch die vorteilhaft einstellbare Flammenausbildung erreicht. Durch die vorteilhaft einfache Form der Ausbildung des Voroxidationsraumes der Vorbrennzone ist es möglich, vorteilhafte Brennbedingungen zu schaffen, bei denen die Brenngutteilchen mit Sicherheit nur einmal die Brennzone durchlaufen, so daß sich der Entsäuerungsgrad des vorerhitzten Gutes auf den erfindungsgemäßen Bereich von 50 bis 80%, vorzugsweise 60 bis 75%, definiert einstellen läßt.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nicht nur auf das dargestellte Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 beschränkt, sondern kann unter anderem auch bei einer Vorbrenneinrichtung gemäß F i g. 2 angewandt werden, die zwischen dem Drehofen 1 und dem Vorwärmer, eine Steigleitung 6 für die Ofenabgase aufweist, die mit Brennstoffeinführungen 9 und dariibei befindlichen Rohmaterialeinführungen 7 versehen ist der vertikale Abstand zwischen der Brennstoffeinfüh rung 9 und der Gutzuführung wird hierbei zweckmäßi gerweise so groß gewählt, daß kein Material aus dei Materialeinführung 7 in die Brennzone gelangt. Au diese Weise kann der Entsäuerungsgrad des vorerhitz ten Gutes auf die erfindungsgemäßen Bereiche definier so eingestellt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur thermischen Behandl ₅ von feinkörnigem Gut, insbesondere zum Brennen von Zement in mehreren Stufen, wobei das Gut in einem Vorwärmer vorerhitzt, in einem Ofen gesintert und vor Eintritt in diesen Ofen unter Brennstoffzufuhr einem gesonderten Brennprozeß zur Entsäuerung des Kalziumkarbonatanteils unterzogen wird, d a durch gekennzeichnet, daß in dem gesonderten Brennprozeß das vorerhitzte Gut auf einen Entsäuerungsgrad von nur 50 bis 80% entsäuert wird und in an sich bekannter Weise die Restentsäuerung und der Fertigbrand des Gutes unmittelbar anschließend in dem Ofen erfolgen.

2. Verfahren nach Anspruch f, dadurch gekennzeichnet, daß das vorerhitzte Gut auf einem Entsäuerungsgrad von 60 bis 75% entsäuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch \ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der für den gesonderten Brennprozeß erforderliche Sauerstoff zumindest überwiegend zusammen mit dem Ofenabgas zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der für den gesonderten Brennprozeß erforderliche Brennstoff gemeinsam mit dem Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der für den gesonderten Brennprozeß erforderliche Brennstoff zunächst teiloxidiert und dann mit dem zu kalzinierenden feinkörnigem Gut zusammengebracht wird, wobei das Gut unterhalb und/oder oberhalb der Brennstoffzufuhr eingebracht wird.