DE2522598B2

DE2522598B2 - Verfahren zur waermebehandlung von feinkoernigem gut

Info

Publication number: DE2522598B2
Application number: DE19752522598
Authority: DE
Inventors: Wolf DipL-Ing.; Schepers Georg Dipl.-Ing.; 4722 Ennigerloh; Ritzmann Horst Dipl.-Chem. Dr 4735 Enniger; Thiemeyer Heinz-Werner 4723 Neubeckum Goldmann
Original assignee: Polysius AG
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1975-05-22
Filing date: 1975-05-22
Publication date: 1977-12-22
Also published as: MX3350E; FR2312002B1; US4035139A; PT64957B; JPS51143021A; DK141876A; CH594218A5; ES446707A1; FR2312002A1; YU91876A; ZA761564B; RO76241A; SE7603266L; IT1069365B; PT64957A; HU171655B; SU637096A3; DE2522598A1; DK140814C; DK140814B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebe- «in handlung von feinkörnigem Gut, wie Zementrohrmehl, das in einem Vorwärmer durch die heißen Abgase eines Drehrohrofens vorgewärmt und erhitzt und dann im Drehrohrofen fertiggebrannt wird, wobei das Gut im Vorwärmer mehrmals aus dem Gasstrom abgeschieden π wird und unter der Wirkung seines Eigengewichts in Form eines dichten Gutstromes in eine tiefer liegende Zone des Vorwärmers gelangt, in der sich wenigstens ein Teil des Gutstromes wieder im entgegengerichteten Gasstrom auflöst, und wobei dem Gutstrom vor seiner 1,0 Auflösung im Gasstrom Brennstoff in feinverteilter Form zugesetzt wird.

Bei der Herstellung von Zement, Tonerde, Kalk, Magnesit, Dolomit u. dg!, erfolgt die Wärmebehandlung des feinkörnigen Gutes häufig in der Weise, daß das Gut ,,-i zunächst in einem Vorwärmer mit den heißen Abgasen eines Drehrohrofens vorgewärmt wird, ehe es dann im Drehrohrofen fertiggebrannt bzw. gesintert wird. Dabei imuß der größere Teil der Wärmearbeit im Drehrohrofen geleistet werden, während im Vorwärmer nur ein kleinerer Teil der Gesamtwärmeenergie auf das Gut übertragen wird. Diese Verteilung der Wärmearbeit auf Drehrohrofen und Vorwärmer ist im Hinblick auf die höheren spezifischen Investitionskosten des Drehrohrofens nicht optimal.

Um den Drehrohrofen in Querschnitt und/oder Länge kleiner dimensionieren zu können, hat man schon zwischen dem Vorwärmer und dem Drehrohrofen eine Vorbrennzone (»Vorkalzinationszone«) angeordnet, in der das vorgewärmte Gut möglichst hoch erhitzt wird. Das besondere Problem bei der Gestallung einer solchen Vorbrennzone liegt darin, mit einem möglichst geringen anlagertechnischen Aufwand eine sehr gleichmäßige Wärmeübertragung vom Brennstoff auf das Gut zu erzielen, um ein Überbrennen einzelner Gutteilchen (und alle damit verbundenen Nachteile, wie Anbackungen, Agglomeratbildungen usw.) zu vermeiden.

Bei einem bekannten Verfahren (FR-PS 15 40 679) ist als Voibrennzone eine Zyklonbrennkammer vorgesehen, der von einem Ventilator ein gesonderter Gasstrom zugeleitet wird, wobei sich die Abgase dieser Zyklonbrennkammer in einer vom Drehrohrofen zum unte^rsten Zyklon des Vorwärmers führenden Leitung mit den Abgasen des Drehrohrofens vereinigen. Das aus dem zweituntersten Zyklon des Vorwärmers ausgetragene Gut und der Brennstoff werden in diese Zyklonbrennkammer gesondert eingeführt. Es bildet sich infolgedessen in dieser Brennkammer eine Flamme aus, deren Wärme teils durch Strahlung, teils durch Kontaktberührung auf die einzelnen Gutteilchen übertragen werden muß. Nachteilig ist bei diesem bekannten Verfahren nicht nur der durch die Verwendung einer zusätzlichen Zyklonbrennkammer bedingte anlagentechnUche Aufwand, sondern vor allem die ungünstige Wärmeübertragung von der durch den Brenner in der Zyklonbrennkammer erzeugten Flamme auf die einzelnen Gutteilchen, zumal hierfür nur eine ganz kurze Zeitspanne zur Verfügung steht, ehe das Gut vom Gasstrom wieder aus der Kammer ausgetragen wird.

Es ist weiterhin ein Verfahren bekannt (US-PS 38 43 314), das einen schachtartigen Vorwärmer verwendet, in den von unten her ein Brenner hineinragt, dessen Flamme sich über einen wesentlichen Teil der Höhe des Vorwärmers erstreckt. Die von diesem zusätzlichen Brennstoff erzeugte Wärme wird hierbei über die Heißgase auf das Gut übertragen, und zwar weilgehend erst im oberen Teil des schachtartigen Vorwärmers. Auch bei diesem Verfahren ist somit der wärmetechnische Wirkungsgrad, insbesondere die Ausnutzung des dem Vorwärmer zusätzlich zugeführten Brennstoffes, verhältnismäßig schlecht.

Es ist ferner ein Verfahren bekannt (»Zement-Kalk-Gips«, 1970, S. 249 bis 253), bei dem in die vom Drehrohrofen zum Zyklonvorwärmer führende Gasleitung, in die die Gutaustragsleitung der zweituntersten Zyklonstufe einmündet, zusätzlicher Brennstoff sowie Kühlerabluft eingeführt werden. Da dieser Brennstoff sogleich bei seinem Eintritt in die Gasleitung Verbrennungsbedingungen vorfindet, erfolgt die Verbrennung des Brennstoffes weitgehend, ehe der Brennstoff in Berührung mit dem Gas kommt. Um eine ausreichende Wärmeübertragung von den Verbrennungsgasen auf das Gut zu erzielen, muß infolgedessen die zum Zyklonvorwärmer führende Gasleitung verhältnismäßig lang gemacht werden, was einen erheblichen anlagentechnischen Mehraufwand darstellt. Trotzdem

läßi es sich bei diesem Verfahren nicht ganz vermeiden, daß ein beträchtlicher Teil der Wärmeenergie des zusätzlichen Brennstoffes den Vorwärmer mit den Abgasen verläßt, was die Wärmebilanz beeinträchtigt.

Ein ähnliches Verfahren ist ferner aus der DT-PS 12 82 232 bekannt. Bei diesem Verfahren dient der untere Teil des für das Anfahren des Drehrohrofen verwendeten Hilfskamins als Verbindungs-Gasleitung zwischen Drehrohrofen und Zyklonvorwärmer. Das aus dem zweituntersten Zyklon des Vorwärmers austretende Gut wird dieser Verbindungs-Gasleitung aufgegeben, während das im untersten Zyklon abgeschiedene Gut in den Drehrohrofen gelangt. In die genannte Verbindungs-Gasleitung wird ferner unterhalb der Gu'.einführstelle zusätzlicher Brennstoff aufgegeben. Nachdem das Gut in dieser Verbindungs-Gasleitung in Berührung mit den durch die Verbiennung des zusätzlichen Brennstoffes erzeugten Heißgasen gekommen ist, durchsetzt es erst noch den untersten Zyklon des Vorwärmers, ehe es dann in den Drehrohrofen gelangt. Nachteilig ist bei diesem Verfahren vor allem, daß dte*Wärmeübertragung vom Brennstoff auf das Gut im wesentlichen über die bei der Verbrennung des Brennstoffs entstehenden Heißgase erfolgt, was einen verhältnismäßig schlechten Wirkungsgrad bedingt.

Gegenstand einer älteren Patentanmeldung (DT-OS 25 18 874) ist ein Verfahren, bei dem das Gut aus dem zweituntersten Zyklon unter Zugabe von zusätzlichem Brennstoff in das obere Ende des Drehrohrofens eingetragen, hier von den Ofenabgasen erfaßt und dem untersten Zyklon zugeführt wird, aus dem es dann erneut in den Drehrohrofen gelangt. Auch hier wird also — ebenso wie bei dem zuvor erläuterten bekannten Verfahren — dfr Brennstoff dem Gut zugesetzt, das sich auf dem Weg von zweituntersten Zyklon zum untersten Zyklon des Vorwärmers befindet. Diese Stelle der Brennstoffzugabe ist nicht optimal, worauf im folgenden noch näher eingegangen wird.

Gegenstand einer eigenen alleren Anmeldung (DT-OS 23 65 653) ist schließlich ein Verfahren, bei dem unter Verwendung eines mit mehreren Querschnittsverengungen versehenen Gegenstrom-Vorwärmschachtes unterhalb der untersten Querschnittsverengung dieses Schachtes Brenner angeordnet sind, die eine sich im wesentlichen über den ganzen Querschnitt der Gasleitung erstreckende, vom Gut durchsetzte Brennzone bilden. Der durch die Brenner zugeführte Brennstoff findet hier gleich bei seinem Eintritt in den Vorwärmschacht Verbrennungsbedingungen vor.

Die vorliegende Erfindung beschreitet demgegenüber einen anderen Weg. Sie geht mit einer älteren Anmeldung (DT-OS 23 07 027) davon aus, daß es vorteilhaft ist, den Brennstoff in feinverteilter Form dem Gutstrom zuzusetzen, noch ehe sich der Gutstrom vollständig im Gasstrom aufgelöst hat. Es wurde nämlich festgestellt, daß eine weitgehend gleichmäßige Mischung des vorgewärmten Gutes mit dem feinverteilten Brennstoff eine wichtige Voraussetzung dafür ist, daß beim anschließenden Brennvorgang eine große Wärmeenergie auf das Gut übertragen werden kann, ohne daß einzelne Gutteilchen überhitzt werden. Wird nun der Brennstoff dem noch nicht vollständig im Gasstrom aufgelösten Gutstrom zugesetzt, so ist gewährleistet, daß zumindest unmittelbar bei der Zugabe des Brennstoffes noch keine Verbrennungsbedingungen vorliegen. Erst wenn sich anschließend der mit dem Brennstoff gemischte Gutstrom im Gasstrom auflöst, werden durch die dann verringerte Gutkonzentration und durch den erhöhten Sauerstoffzutritt zum Brennstoff Verbrennungsbedingungen geschaffen. Da der 3rennstoff dem noch nicht in Gasstrom aufgelösten Gutstrom zugegeben wird, setzen sich die einzelnen

^r> Brennstoffpartikeln vorzugsweise unmittelbar an den Gutteilchen fest und werden auf diese Weise bei der Auflösung des Gutstrorr.es gleichmäßig über den ganzen Querschnitt der Brennzone verteilt. Bei Zugabe von öl als Brennstoff werden beispielsweise die

ι« einzelnen Gutteilchen mit einem Ölfilm überzogen, ehe Gut und Brennstoff in den Gasstrom gelangen, in dem Vsrbrennungsbedingungen herrschen. Man erreicht auf diese Weise eine Wärmeerzeugung direkt am Wärmeverbraucher und damit in kürzester Zeit sowie auf kleinster Wegstrecke eine optimale Wärmeübertragung von Brennstoff auf das Gut.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in weiterer Ausgestaltung dieses Verfahrens der zuletzt genannten älteren Anmeldung diejenige Stelle des Vorwärmers zu ermitteln, an der die Brennstoffzugabe am günstigsten ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Brennstoff dem Gutstrom im Bereich des Überganges von der untersten Stufe des Vorwärmers zum Drehrohrofen zugesetzt wird.

Als »Übergang von der untersten Stufe des Vorwärmers zum Drehrohrofen« im Sinne der Erfindung ist bei einem Zyklonvorwärmer der unterste, im allgemeinen schurrenartig geneigte Teil der den Drehrohrofen mit den untersten Zyklonen verbindenden Gasleitung zu verstehen, bei einem Gegenstrom-Schachtvorwärmer gleichfalls die untere, regelmäßig mit einer schurrenartigen Schrägfläche versehene Übergangszone zwischen dem eigentlichen Schacht und dem Drehrohrofen.

Da in diesem Übergangsbereich die höchste Konzentration des feinkörnigen Gutes vorliegt (das Gut bewegt sich im allgemeinen in Form eines verhältnismäßig dichten Stromes längs der schurrenartigen Schrägfläche

■io nach unten), ist in dieser Zone die beste Gewähr dafür gegeben, daß Brennstoff und Gut zunächst innig gemischt werden, ehe durch den Zutritt von Verbrennungsluft anschließend Verbrennungsbedingungen geschaffen werden.

4^r> Die Zugabe des Brennstoffes im Bereich des Überganges von der untersten Stufe des Vorwärmers zum Drehrohrofen hat den weiteren Vorteil, daß die bei der Verbrennung entstehenden Heißgase den gesam'.en Vorwärmer durchsetzen müssen und auf diese Weise am

ίο besten Gelegenheit haben, ihre Wärmeenergie nahezu vollständig an das vorzuwärmende Gut abzugeben. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich damit durch einen besonders günstigen Wärmeverbrauch insbesondere auch gegenüber denjenigen bekannten Verfahren

Vi aus, bei denen die Zugabe des zusätzlichen Brennstoffes an das auf dem Weg von der zweituntersten Stufe des Vorwärmers zur untersten Stufe befindliche Gut erfolgt.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich bei

Schwebegas-Vorwärmern verschiedener Bauart vor-

wi teilhaft anwenden. Es kann insbesondere bei Verwendung eines mit mehreren Querschnittsverengungen versehenen Gegenstrom-Schachtvorwärmers eingesetzt werden oder bei Verwendung eines aus mehreren übereinander angeordneten Zyklonen und Wirbelkam-

H ■> mern bestehenden Vorwärmers.

Weist der Vorwärmer in seinem unteren Teil eine schurrenartige Schrägfläche auf, längs der das Gut dem Drehrohrofen zugeführt wird, so erfolgt die Zugabe des

Brennstoffes zum Gutstrom zweckmäßig im Bereich dieser schurrenartigen Schrägfläche. So kann beispielsweise flüssiger Brennstoff auf den sich längs der schurrenartigen Schrägfläche nach unten bewegenden Gutstrom aufgesprüht werden.

Ein erheblicher Teil des im untersten Bereich des Vorwärmers befindlichen Gutstromes, der sich beispielsweise längs der genannten schurrenartigen Schrägfläche nach unten bewegt, wird in der Übergangszone zum Drehrohrofen von den Abgasen des Drehrohrofens erfaßt, aufgewirbelt und erneut in den unteren Bereich des Vorwärmers zurückgeführt. Indem der dem Gut zugesetzte Brennstoff hier, d. h. zu einem wesentlichen Teil im untersten Bereich des Vorwärmers, verbrennt, wird eine optimale Wärmeübertragung auf das Gut und eine hohe Vorerhitzung des Gutes vor Eintritt in den Drehrohrofen erreicht.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den F i g. 1 und 2 der Zeichnung veranschaulicht.

Die in F i g. 1 dargestellte Anlage zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut enthält einen (nur teilweise dargestellten) Gegenstrom-Schachtvorwärmer 1 sowie einen (gleichfalls nur im Bereich seines Einlaufkopfes veranschaulichten) Drehrohrofen 2. Der Gegenstrom-Schachtvorwärmer 1 ist mit mehreren übereinander mit Abstand angeordneten Querschnittsverengungen (z. B. 3, 4) versehen und wird von den Abgasen (Pfeile 5) des Drehrohrofens 2 von unten nach oben durchströmt.

Das feinkörnige Gut bewegt sich im Schachtvorwärmer 1 im wesentlichen von oben nach unten und folgt dabei einer durch Pfeile 6 ganz schematisch veranschaulichten Bewegungsbahn. Tritt der Gutstrom beispielsweise längs des oberhalb der Querschnittsverengung 4 befindlichen Trichterteiles 7 in die nächste tiefere Kammer 8 des Schachtvorwärmers, so löst sich der Gutstrom erneut in dem entgegengerichteten Gasstrom (Pfeil 5) auf, wird zum Teil wieder eine gewisse Strecke nach oben mitgerissen und dann erneut an der Wand des Schachtvorwärmers abgeschieden. Längs des oberhalb der nächsten Querschnittsverengung 3 befindlichen Trichterteiles 9 gelangt der Gutstrom dann in die unterste Kammer 10 des Vorwärmers, wo sich die geschilderten Vorgänge wiederholen.

Längs einer den unteren Abschluß des Gegenstrom-' Schachtvorwärmers 1 bildenden schurrenartigen Schrägfläche 11 wird der in der Kammer 10 abgeschiedene Gutstrom (Pfeil 12) dann dem Drehrohrofen 2 zugeführt.

Im Bereich dieser schurrenartigen Schrägfläche 11 wird erfindungsgemäß dem Gutstrom (Pfeil 12) Brennstoff (Pfeil 13) in feinverteilter Form zugesetzt, was beispielsweise durch Aufsprühen von flüssigem Brennstoff durch eine oder mehrere Lanzen 14 erfolgen kann.

Ein gewisser Teil (Pfeil 15) des Gutstromes (Pfeil 12) tritt sogleich in den Drehrohrofen 2 ein. Ein großer Teil (Pfeil 16) des Gutstromes (Pfeil 12) wird dagegen im Bereich der Übergangszone zum Drehrohrofen 2 von den Abgasen (Pfeil 5) des Drehrohrofens erfaßt und erneut in die unterste Kammer 10 des Schachtvorwärmers mitgenommen (Pfeil 17).

Der zugesetzte Brennstoff (Pfeil 13) vermischt sich im Bereich der schurrenartigen Schrägfläche 11 mit dem dort in verhältnismäßig hoher Konzentration vorliegenden Gutstrom. Die Verbrennung dieses Brennstoffes erfolgt dagegen im wesentlichen erst dann, wenn sich ίο dieser Gutstrom erneut im Gasstrom auflöst.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Anlage besteht der dem Drehrohrofen 2 vorgeschaltete, gleichfalls nur in seinem unteren Teil veranschaulichte Vorwärmer 21 aus einer Anzahl von übereinander angeordneten Zyklonen und Wirbelkammern. Die unterste Stufe des Vorwärmers wird durch zwei parallel geschaltete Zyklone 22, 23 gebildet; die folgende Stufe des Vorwärmers 2! enthält einen zentralen Zyklon 24; die nächste Vorwärmerstufe weist wieder zwei parallel geschaltete Z.yklone 25,26 auf usw.

Die Abgase des Drehrohrofens 2 (Pfeile 27)

durchsetzen zunächst eine zu den Zyklonen 22, 23 führende Leitung 28. Die beiden Gasteilströme, die die 21yklone 22 und 23 durchsetzen, vereinigen sich dann im

2-i zentralenZyklon 24 usw.

Das aus den Zyklonen 25, 26 abgeschiedene Gut (Pfeile 29) wird in den Zyklon 24 eingetragen, dort erneut abgeschieden, gelangt dann (Pfeile 30) in die Leitung 28, wird von den aufsteigenden Gasen umgelenkt und mit in die Zyklone 22, 23 genommen. Nach Abscheidung in diesen Zyklonen 22, 23 gelangt das vorgewärmte Gut über die Gutaustragsleitungen 31, 32 auf die den unteren Abschluß der Leitung 28 bildende schurrenartige Schrägfläche 33. Dieser Gutstrom (Pfeil 34) teilt sich in der bereits anhand von F i g. 1 erläuterten Weise erneut in zwei Teilströme auf: Der eine Teilstrom (Pfeil 35) gelangt sofort in den Drehrohrofen 2, während der andere Teilstrom (Pfeil 26) nochmals von den Abgasen des Drehrohrofen aufgewirbelt und erneut in die Leitung 28 (ggf. sogar nochmals in die Zyklone 22, 23) eingeführt wird.

Über Lanzen 37 wird Brennstoff (Pfeil 38) auf den im

untersten Teil des Vorwärmers 1 befindlichen, sich längs der schurrenartigen Schrägfläche 33 abwärts bewegen-

den Gutstrom aufgesprüht (oder in sonstiger Weise in

diesen Gutstrom eingebracht). Es vermischen sich somit

auch bei diesem Ausführungsbeispiel Brennstoff und Gut sehr innig miteinander, ehe sich der Gutstrom erneut im Gasstrom auslöst und der Brennstoff an den

ίο einzelnen Gutteilchen bzw. in unmittelbarer Nähe dieser Teilchen verbrennt.

Bei einem Vorwärmer der in Fig. 2 veranschaulichten Art kann der Brennstoff beispielsweise auch im Bereich der Gutaustragsleitungen 31, 32 zugesetzl v, werden, die die untersten Zyklone 22, 23 mit dei Übergangszone zwischen Vorwärmer und Drehrohr ofen verbinden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, wie ZemerUrohrmehl, das in einem ^r> Vorwärmer durch die heißen Abgase eines Drehrohrofens vorgewärmt und erhitzt und dann im Drehrohrofen fertiggebrannt wird, wobei das Gut im Vorwärmer mehrmals aus dem Gasstrom abgeschieden wird, und unter der Wirkung seines Eigenge- κι wichts in Form eines dichten Gutstromes in eine tiefer liegende Zone des Vorwärmers gelangt, in der sich wenigstens ein Teil des Gutstromes wieder im entgegengerichteten Gasstrom auflöst, und wobei dem Gutsfrom vor seiner Auflösung im Gasstrom π Bronnstoff in feinverteilter Form zugesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff dem Gutstrom im Bereich des Überganges von der untersten Stufe des Vorwärmers zum Drehrohrofen zugesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung eines mit mehreren Querschnittsverengungen versehenen Gegenstrom-Schachtvorwärmers.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung eines aus mehreren übereinander angeordneten Zyklonen und Wirbelkammern bestehenden Vorwärmers.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, unter Verwendung eines Vorwärmers, der in seinem ju unteren Teil eine schurrenartige Schrägfläche aufweist, längs der das Gut dem Drehrohrofen zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff dem Guistrom im Bereich der schurrenartigen Schrägfläche zugesetzt wird. j■>

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß flüssiger Brennstoff auf den sich längs der schurrenartigen Schrägfläche nach unten bewegenden Gutstrom aufgesprüht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, unter Verwendung eines Vorwärmers, dessen unterste Zyklone über Gutleitungen mit dem Drehrohrofen bzw. mit der Übergangszone zwischen Vorwärmer und Drehrohrofen in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff im Bereich dieser Gutleitungen zugesetzt wird.