DE2522334A1

DE2522334A1 - Anlage zum brennen von pulverfoermigem material bei hohen temperaturen, insbesondere zur herstellung von zement

Info

Publication number: DE2522334A1
Application number: DE19752522334
Authority: DE
Inventors: Pierre Helderle
Original assignee: Fives Cail Babcock SA
Current assignee: Fives Cail Babcock SA
Priority date: 1974-05-22
Filing date: 1975-05-20
Publication date: 1975-12-04
Also published as: GB1500393A; OA05008A; IT1038041B; CH601755A5; BR7503135A; FR2272358B1; FR2272358A1; BE828844A; DK225775A; JPS515268A; ES437501A1

Description

PATENTANWÄLTE DIPL.-1NQ. A. WEDDE DIPU-INQ. K. EMPL

Banken: Deutsche Bank Nr. 66/22 SOI Bayer. Hypothekenbank Nr.172/28002 Poetsoheokkonto MCinohen Nr. 47 3O2

8 MÜNCHEN 8O Sohumannstr. 2 —Tel.: (O811) 471Ö 47 Telegramme> Patentwedde-München

20. Mai 1975

Akte; P 7845

FIVES-OAIL BABCOOK

Paris/Frankreich

Anlage zum Brennen von pulverförmigem Material bei hohen Temperaturen, insbesondere zur Herstellung von Zement

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Brennen von pulverförmigem Material bei hohen Temperaturen, welche einen vorgeschalteten Wärmeaustauscher zur Vorwärmung des Materials, einen Brennofen und einen Kühler aufweist und in welcher das Material und ein Gasstrom zur Durchführung des Wärmeaustausches im Gegenstrom zirkulieren.

Im allgemeinen werden Vorwärmer mit Zyklonen verwendet,

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denn der Wärmeaustausch zwischen Material und Gas erfolgt dort besonders schnell und intensiv, die auf das Volumen bezogene Wärme aus t aus ehmenge ist sehr groß und die Zyklone enthalten keine beweglichen Teile. Bei einer gegebenen Wärmeaustauschmenge erfordert ein derartiger Vorwärmer also ein Minimum an Investierungs- und Betriebskosten.

Aber der Anwendungsbereich dieser Wärmeaustauscher ist durch die Erscheinung des Schmelzens des Materials bei hohen Temperaturen beschränkt, wodurch seine spezifischen Eigenschaften als Pulver beseitigt werden. Im flüssigen Zustand des Materials kann ein Wärmeaustausch nur in einem dynamischen Wärmeaustauscher stattfinden, beispielsweise in einem Drehofen, in dem das Material ein Gefälle bildet. Die auf das Volumen bezogene Wärmeaustauschmenge ist bei derartigen öfen relativ niedrig und die Investierungs- und Betriebskosten sind bei einer gegebenen Menge des Wärmeaustausches relativ hoch.

Aus diesen Betrachtungen ergibt sich, daß es vorteilhaft ist, im Wärmeaustauscher mit Zyklonen alle Reaktionen bei so niedrigen Temperaturen durchzuführen, daß kein Schmelzen des Materials auftritt. Insbesondere bei der Zementherstellung ist es vorteilhaft fast den vollständigen Kohlensäureentzug des ungebrannten Materials im vorgeschalteten Wärmeaustauscher durchzuführen.

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Wenn die Wärmezufuhr in ihrer Gesamtheit im Ofen erfolgt, zeigt die Rechnung unter diesen Verhältnissen, daß die Abgase des Ofens in den vorgeschalteten Wärmeaustauscher mit einer für die den Abgasen ausgesetzten Elemente zu hohen Temperatur eindringen. Dies führt daher dazu, die Wärmezufuhr zwischen dem Ofen und dem vorgeschalteten Wärmeaustauseher aufzuteilen. Diese Zufuhr wird mit Hilfe von Brennern ausgeführt, welche als Sekundärluft die aus dem Kühler austretende warme Luft verwenden.

Wenn die für den Brenner am Eintragsende des Ofens erforderliche Sekundärluft den Ofen passiert, wird das Temperaturniveau der Gase im Ofen herabgesetzt, und es muß daher das Wärmeaustauschvolumen für einen gegebenen Wärmeübergang erhöht werden. Zur Vermeidung dieser Volumenvergrößerung des Ofens wird der Kühler mit dem vorgeschalteten Wärmeaustauscher durch eine Luftleitung verbunden, die im Hebenschluß zum Ofen angeordnet ist.

Die Rechnung zeigt, daß der Kohlensäureentzug des Rohmaterials vor dem Eintragsende des ©fens optimal ist, wenn die dem Ofen und dem vorgeschalteten Wärmeaustauscher zugeführten Sekundärluftmengen annähernd gleich sind. Hun aber verbietet die Temperatur der aus dem Kühler austretenden Luft (700 - 800 ⁰G) praktisch den Einbau eines Gebläses in die Luftleitung. Doch sehließt dies ein, daß für ein und dieselbe Gasmenge die Strömungsverluste im Ofen und in der Leitung

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dieselbe Größenordnung besitzen.

Selbstverständlich kann eine Leitung mit großem Querschnitt verwendet werden, aber dadurch erhöhen sich die Investitionskosten^ eine wirtschaftlichere Lösung besteht darin, die Strömungsverluste im GasStromkreis des Ofens durch eine Blende künstlich zu erhöhen, welche im allgemeinen am Austragsende des Ofens angeordnet ist.

Es ist eine der Aufgaben der Erfindung, für diese Probleme eine neue Lösung zu finden.

Die Durchführung einer fast vollständigen Kohlensäureentziehung des ungebrannten Materials vor dem Ofen setzt außerdem besondere Wärmeaustauschbedingungen zwischen dem Material und den Verbrennungsgasen im vorgeschalteten Wärmeaustauscher voraus. Es kommt darauf an, daß das Material nicht mit Gasen in Berührung kommt, deren Temperatur eindeutig höher als die Grenztemperatur für die KohlensäureentZiehung ist, denn erstens führt diese vollkommen endotherme Reaktion, diese ganz andersartige Wärmezufuhr zu einer starken Temperaturerhöhung und einem schnellen Übergang des Materials in den flüssigen Zustand. Außerdem dürfen die Wandungen des Austauschers mit einer Flamme von hoher Temperatur nicht direkt in Berührung kommen.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für AnIa-

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gen der beschriebenen Art Verbesserungen zur Erfüllung dieser Forderungen zu schaffen.

Die erfindungsgemäße Anlage kennzeichnet sich dadurch, daß sie vor dem Eintragsende des Ofens eine trommelartig ausgebildete Verbrennungskammer aufweist, in welche die mit Partikeln des zu behandelnden Materials durchsetzten Abgase des Ofens tangential eingeführt werden, während die Sekundärluft dort an einem Ende der Kammer axial zugeführt wird und in den axialen Strahl der Sekundärluft Brennstoff eingespritzt wird, wobei die Kammer an ihrem anderen Ende einen einzigen koaxialen Auslaß aufweist, der an den vorgeschalteten Wärmeaustauscher angeschlossen ist.

Auf diese Weise wird beim Durchströmen durch die Kammer ein statischer Druckabfall hervorgerufen, der für die Gase des Ofens viel stärker als für die Sekundärluft ist. Der Strömungsverlust der Sekundärluft im Verlauf ihres axialen Durchganges durch die Kammer ist übrigens praktisch zu vernachlässigen. Der statische Druckabfall der Gase aus dem Ofen beim Durchgang durch die Kammer ist umso größer, je größer das Verhältnis des Durchmessers der Kammer zu dem des Auslaßquerschnittes ist. Die Regelung der Verteilung der Sekundärluft zwischen dem Ofen und dem vorgeschalteten Wärmeaustauscher erfolgt mit Hilfe einer Regelklappe i» der Sekundärluftleitung vor der Verbrennungskammer.

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In der Verbrennungskammer gibt es zwei konzentrische Strömungen: außen beschreiben die Gase des Ofens und die in ihnen schwebenden Materialpartikel eine schraubenförmige Bahn entlang der Wandung der Kammer, und innen erfolgt eine axiale Strömung der sekundärluft, in welche der Brennstoff eingespritzt wird und in welcher sich die Flamme entwickelt. Die Wandungen der Kammer sind von der Flamme isoliert und gegen ihre Strahlungswärme durch den Strom der Ofengase und der schwebenden Partikel des Materials wirksam geschützt, dessen starker Gehalt an mit Kohlensäure gesättigtem Material ihnen eine hohe Wärmekapazität verleiht. Da die Gase des Ofens arm an Sauerstoff sind, kann sich die Flamme dort nicht ausbreiten.

Die Zentrifugalkraft verhindert, daß das Material aus dem umlaufenden Gasstrom entweicht und mit der Flamme in direkte Berührung kommt; die Gefahr des teilweisen Schmelzens des Materials ist also begrenzt.

Wenn die Temperatur des zentralen Gasstroms auf einen für die Wandungen zulässigen Wert gesunken ist, wird die Mischung der beiden Ströme dadurch beschleunigt, daß der Querschnitt der Kammer verkleinert und an sie eine leitung mit kleinerem und anders gestaltetem Querschnitt angeschlossen wird. Beispielsweise kann vom Kreisquerschnitt auf einen quadratischen Querschnitt übergegangen werden.

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Die Verbrennungskammer kann horizontal in der Höhe des Einlasses des letzten Zyklons des vorgeschalteten Vorwärmers, sie kann aber auch vertikal angeordnet werden, wobei der Eintritt der Gase, des Materials, der luft und des Brennstoffes an seinem oberen Ende erfolgt, während ihr Austritt am unteren Ende stattfindet.

Ein nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Pig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Anlage;

Fig. 2 in vergrößertem Maßstabe einen Teil der Anlage; und

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie f-f der Pig. 2.

Die in Pig. 1 veranschaulichte Anlage besteht aus einem Vorwärmer mit vier Zyklonen 1, 2, 3 und 4» einem Drehofen 12, einer Verbrennungskammer 14 und einem Kühler 16, wobei das zu behandelnde Material bei A in die die Zyklone 1 und

2 verbindende Leitung eingeführt und von den dort zirkulierenden Gasen zum Zyklon 1 mitgenommen wird. In diesem wird es vom Gasstrom getrennt und in die die Zyklone 2 und

3 verbindende Leitung eingeführt, wo es vom Gasstrom zum Zyklon 2 mitgenommen wird. Das Material passiert in dieser Weise nacheinander alle Zyklone und wird mit immer wärmeren

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Gasen in Berührung gebracht·

Der in den Zyklonen zirkulierende Gasstrom besteht teilweise aus Abgasen aus dem Ofen und teilweise aus Gasen die in der Verbrennungskammer 14 erzeugt werden.

Im Ofen 12 wird das Material durch heiße Gase erhitzt, die durch einen Brenner 18 erzeugt werden, der als Sekundärluft einen Teil der den Kühler 16 verlassenden luft verwendet; der andere Teil dieser Luft wird als Sekundärluft in der Verbrennungskammer 14 verwendet, in die er durch eine mit einer Regelklappe 22 versehenen leitung 20 eingeführt wird.

Fach dem Austritt aus dem Ofen wird das Material durch Frischluft im Kühler 16 gekühlt.

Mit Hilfe eines am Auslaß des Zyklons 1 angeordneten Sauglüfters 24 können die Luft und die Gase den Kühler, den Ofen 12, die leitung 20 und den Vorwärmer durchströmen.

Die Verbrennungskammer ist eine Umwälzkammer mit horizontaler Achse und ist mit der Abdeckkappe 13 des Ofens 12 durch eine leitung 26 verbunden, die an einem ihrer Enden tangential an die Kammer angeschlossen ist.

Die leitung 20 ist ebenfalls an dieses Ende der Kammer,

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koaxial zu ihr, angeschlossen. Durch zwei Einspritzrohre kann der Brennstoff in die Kammer, in den durch die Leitung 20 zugeführten Sekundärluftstrom eingespritzt werden.

Die mit Materialpartikeln durchsetzten Abgase des Ofens werden der Verbrennungskammer tangential zugeführt und strömen an ihrer Wandung entlang, wobei sie eine schraubenförmige Bahn verfolgen. Der Sekundärluftstrom, in den der Brennstoff eingespritzt wird und in dem sich die Flamme entwickelt, bewegt sich in axialer Sichtung durch die Kammer,

Auf diese Weise wird es vermieden, daß Materialpartikel mit der Flamme in Berührung kommen, und sind die Wandungen der Kammer geschützt.

Beim Austritt aus der Kammer beginnen sich die beiden Ströme von Gas und Luft zu vermischen, wenn die Umfangsgeschwindigkeit der Abgase des Ofens klein geworden ist; in diesem Augenblick ist die Temperatur der Verbrennungsgase niedrig genug, so daß keine Gefahr mehr für das Flüssigwerden der Partikel und die Zerstörung der Wandung besteht. Um das Mischen der beiden Ströme der Kammer zu beschleunigen, ist die Kammer mit dem Zyklon 4 durch eine Leitung 30 mit quadratischem Querschnitt verbunden, wobei der Obergang vom Kreisquerschnitt zum quadratischem Querschnitt mit Hilfe eines AnschlußStückes mit progressiv abnehmendem

Querschnitt erfolgt·

Die Verbrennungskammer kann auch senkrecht angeordnet sein, wobei die Leitungen 20 und 26 an ihrem oberen Ende angeschlossen sind; dort sind in diesem JPalle ebenfalls die Einspritzrohre für den Brennstoff angeordnet und ist ihr unteres Ende, an dem der Austritt der Gase und des Materials erfolgt, an den Zyklon 4 angeschlossen.

Das das Austrittsende der Verbrennungskammer bildende Anschlußatück mit progressiv abnehmendem Querschnitt begünstigt nicht nur das Mischen der Abgase des Ofens' mit dem Rauch, der von der Verbrennung des in den axialen Sekundärluftstrom eingespritzten Brennstoffes herrührt, sondern schafft auch ein Druckgefälle, das für die G-ase aus dem Ofen viel größer als für den Rauch ist; dadurch wird die Regelung der Sekundärluftverteilung zwischen Ofen und Verbrennungskammer erleichert»

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Claims

20. Mai 1975 Akte; P 7845 Patentansprüche

1.) Anlage zum Brennen eines pulverförmigen Materials bei hoher Temperatur mit einem vorgeschalteten Wärmeaustauscher zum Vorwärmen des Materials, einem Brennofen und einer zwischen dem Wärmeaustauscher und dem Ofen angeordneten Verbrennungskammer, in welche die das aus dem Wärmeaustauscher austretende Material tragenden Abgase des Ofens eingeführt werden, und welche eine Brennstoffeinspritzvorrichtung und einen einzigen, an den Wärmeaustauscher angeschlossenen Auslaß aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer trommelartig ausgebildet ist, daß die Abgasleitung des Ofens tangential an ein Ende der Kammer angeschlossen ist, dergestalt, daß die Gase und das Material im Inneren der Kammer eine schraubenförmige Bahn beschreiben, und daß die zur Verbrennung erforderliche Luft durch eine an den Boden der Kammer axial angeschlossene leitung zugeführt wird, dergestalt, daß ein axialer Luftstrom erzeugt wird, in welchen der Brennstoff eingespritzt wird und in welchem sich die Flamme entwickelt.

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2.) Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer horizontal angeordnet ist.

3.) Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer vertikal angeordnet ist, daß die Abgasleitung des Ofens tangential an das obere Ende der Kammer angeschlossen ist, daß der Brennstoff und die Verbrennungsluft axial diesem Ende der Kammer zugeführt werden und daß der Auslaß am unteren Ende der Kammer angeordnet ist.

4.) Anlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Auslaßende der Verbrennungskammer als Anschlußstück mit progressiv abnehmendem Querschnitt ausgebildet ist.

5.) Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Auslaß der Verbrennungskammer an den vorgeschalteten Wärmeaustauscher mit einer Leitung mit quadratischem Querschnitt angeschlossen ist.

6.) Anlage nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4 mit einem zur Kühlung des aus dem Ofen austretenden Materials und zur Lieferung der Sekundärluft an den Ofen dienenden Kühler, dadurch gekennzeichnet, daß die die Luft der Verbrennungskammer zuführende Leitung mit dem

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Kühler verbunden ist und daß eine in dieser leitung angeordnete Regelklappe erlaubt, die Verteilung der Luft vom Kühler zwischen dem Ofen und der Verbrennungskammer zu regeln.

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