DE2534438A1

DE2534438A1 - Verfahren und vorrichtung zur kalzinierung von zementmaterial

Info

Publication number: DE2534438A1
Application number: DE19752534438
Authority: DE
Inventors: Kunihisa Fujiwara; Shigeyoshi Miyamoto; Tatsuo Utsumi; Kosuke Yamashita
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1974-07-31
Filing date: 1975-07-30
Publication date: 1976-03-04
Also published as: FR2280601A1; GB1523621A; DE2534438B2; BR7504831A; DK333075A; FR2280601B1

Description

Pipl.-lng. W. Meissner * .J ^ \yg*rA

Dipl.-lng.P.t.Meissner ^r'.· ■ * ¹^

Dipl.-lng. H. J. Hrestmg

Bei:..i 3) (Giui.e*ald), HerbartstraBe 22, ^q j

MITSUBISHI JUKOGYO KABUSHIKI KAISHA., Tokyo, Japan

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Verfahren und Vorrichtung zur Kalzinierung von Zementmaterial

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kalzinierung von pulverförmigem Zementmaterial und auf Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

in folgenden wird der Ausdruck "Kalzinierung¹¹ (Kohlendioxydentfernung oder -austreibung) einer Mischung von pulverförmigen Zementmaterialien (weiterhin der Einfachheit halber als Zementmaterial bezeichnet) in der Bedeutung eines Prozesses zum Austreiben von Kohlendioxyd aus Kalziumkarbonat (in einer durch die Formel CaCO —> CaO + C0_ wiedergegebenen Reaktion) verwendet. Diese Reaktion ist endothermisch. Nach der Kalzinierung wird das Zementmaterial einem Brennprozess unterworfen, der eine exothermische Reaktion zur Bildung von Zementklinker einschliesst.

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In dem üblichen, mit einem Hängevorwärmer ausgerüsteten Brennofen wird die Hitze zum Brennen des Zementmaterials allein durch die Verbrennung von Brennstoff in der Endzone des Brennofens, von der der Klinker ausgetragen wird, geliefert. In jüngeren Jahren sind Versuche gemacht worden, einen Kalzinier- oder Röstofen zwischen dem Brennofen sowie dem Vorwärmer anzuordnen und aus dem im Röstofen befindlichen Material die Kohlensäure durch Hitze von einer zusätzlichen Wärmequelle auszutreiben, um die Brennkapazität pro Volumeneinheit des Brennofens zu erhöhen. Um diesen Zweck zu erreichen, wurden verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bereits vorgeschlagen. Alle diese Vorschläge enthalten jedoch das eine oder andere Problem, das noch zu lösen ist, wie beschrieben werden wird.

Beispielsweise wird bei Abzug heisser Luft vom Klinkerkühler und deren Verwendung im Eöstofen gemäss bekannten Verfahren die abgezogene Luft unmittelbar dem Röstofen zugeführt. Häufig schwankt jedoch die Temperatur der abgezogenen Luft üblicherweise, weil der Klinkeraustrag vom Brennofen zum Kühler nicht gleichraässig ist, und diese Temperaturschwankungen können zu einem Verstopfen der den Hängevorwärmer bildenden Zyklone führen.

Zum Einführen der heissen Luft vom Kühler in den Röstofen wird nach einigen Verfahren mit Saugzug, nach anderen mit Pressung gearbeitet. Der Saugzug erfordert eine Drosselvorrichtung im Luftkanal, ein mit Pressung arbeitendes Gebläse hat einen hohen Energieverbrauch. Wird eine Drosselvorrichtung verwendet, so wird diese üblicherweise stromoberhalb einer Stelle eingebaut, an der die Brennofenabgase sich mit den Abgasen vom Röstofen vereinigen. Das erleichtert die Einführung der vom Kühler abgezogenen Luft in den Röstofen, während aber gleichzeitig damit

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die Tendenz zur Ablagerung von Alkalien an den durch Steinen abgekleideten Wandteilen des Hängeüberhitzers unterhalb der Drosselvorrichtung vorhanden ist. Die Ablagerungen (in der Zementindustrie-Fachsprache als "coatings" bezeichnet) wachsen im Verlauf des Betriebs der Anlage an und erhöhen den Zugwiderstand auf der Brennofenseite in einem solchen Ausmass, dass der Zugwiderstand auf der Luftauslasseite entsprechend nachgeregelt werden muss.

Wenn die Anlage ferner so ausgelegt ist, dass Brennstoff, Primärluft, Sekundärluft (abgezogen vom Kühler) und Zementmaterial zusammen dem Röstofen zugeführt werden (vgl. JA-Pat.-Publ. No. 30 kOh/72.), so tritt oft eine örtliche Überhitzung mit daraus folgender Materialschmelzung und Anwachsen der Ablagerungen ("coatings") auf. Um diese Überhitzung zu vermeiden, wird bei einem anderen bekannten Verfahren die Verbrennungsgeschwindigkeit im Röstofen mittels einer kurzen Sauerstoffzufuhr geregelt. Hieraus rührt die Neigung zum Hervorrufen einer sog. Nachverbrennung in den Zyklonen des Hängevorwärmers, die auf den Röstofen folgen, und diese Erscheinung führt zum Verstopfen bzw. Zusetzen der Zyklone. Ferner ist die Temperatur der den Hängevorwärmer verlassenden Abgase hoch, was einen grossen Wärmeverlust bedeutet.

Die bekannten Verbrennungssysteme haben Vorteile in bezug auf eine hohe Kohlensäureaustreibung aus dem Zementmaterial und verminderte Erzeugung von Stockoxyden auf Qrund der relativ niedrigen Temperaturen in den Röstöfen. Die üblichen Anlagen sind jedoch nicht in der Lage, das kombinierte Verhältnis an Stickoxyden in den Abgasen vom Brennofen (üblicherweise in der Grössenordnung von 1000 ppm am Austragende des Brennofens) zu reduzieren.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die vorerwähnten Nachteile und Probleme zu beseitigen, d.h., es soll ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalzinieren von Zementmaterial angegeben werden, wobei in einem Röstofen reduzierende Abgase erzeugt werden, die dann mit den Abgasen vom Brennofen gemischt werden, um das Verhältnis der Stickoxyde in den Brennofenabgasen durch die katalytische Wirkung des Zementmaterials in der gasförmigen Mischung zu vermindern.

Ferner soll erreicht werden, dass die Geschwindigkeitsenergie des in den Röstofen eingeblasenen Brennstoffs und der Primärluft sowie die Fliessfähigkeit von vorgewärtem Zementmaterial völlig zur Begünstigung der Diffusion und Verdampfung des Brennstoffs ausgenutzt werden, so dass der Röstofen in der Lage ist, als Gaserzeuger völlig zufriedenstellend mit einem Minimum an Energiebedarf zu arbeiten und Abgase in einem sehr kurzen Zeitraum zu liefern; und es soll ein Röstofen von relativ vereinfachtem Aufbau zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden.

Weiterhin soll der Röstofen in der Lage sein, als Mittel für die thermische Zerlegung von Brennstoff zu arbeiten, um CO und H_ enthaltende reduzierende Gase zu bilden; es sollen die Abgase vom Röstofen mit denen vom Brennofen zu mischen sein; es soll stromab von der Stelle, an der sich die Abgasströme vereinigen, Zweitluft zuzuführen sein, so dass die Gasmischung vollständig verbrannt wird und reduzierende Reaktionen von Stickoxyd (hauptsächlich für Umwandlungen NO + CO —>i/2 N₂ + CO₂, NO + H₂ —> 1/2 N_p + H-O) ausgeführt werden, um die Abgase vom Brennofen zu denitrieren.

Diese Aufgaben werden mit den in den Ansprüchen angegebenen Mitteln und Massnahmen gelöst.

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Bei der vorliegenden Erfindung soll der Kalzinier- oder Röstofen als Gaserzeuger dienen und kann deshalb als solcher bezeichnet werden. Diese Ausdrücke werden im folgenden wechselweise verwendet.

Weitere Merkmale und Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden für den Fachmann aus der folgenden Beschreibung von AusführungsbeispieJsi erkennbar.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Kalzinier- oder Röstvorrichtung gemäss der Erfindung im lotrechten Schnitt.

Fig. 2 zeigt eine Einzelheit der Materialzuführung zu einem Gaserzeuger.

Fig. 3 zeigt den Schnitt nach der Linie I - I in der Fig. 2.

Fig. h ist eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform für die Materialzuführung.

Fig. 5 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Kalziniervorrichtung gemäss der Erfindung in Verbindung mit einem Brennofen und einem Hängevorwärmer.

Fig. 6 zeigt einen lotrechten Teilschnitt durch einen Röstofen gemäss der Erfindung.

Fig. 7 zeigt den Querschnitt nach der Linie II - II in der Fig. 6.

Fig. 8 ist eine graphische Darstellung und zeigt den Zusammenhang zwischen dem C0/0 -Verhältnis und dem Mass bzw. der Geschwindigkeit der NO -Beseitigung, und zwar mit einem SV-Wert (SV = Razmgeschwindigkeit) von 5000 (Einheit: l/h), mit Λ% 0 (konstant) und mit einer Reaktionstemperatur von 1000⁰C. Die Kurve a fasst die Ergebnisse der Reaktion zwischen NO und CO enthaltenden Gasen, die Kurve Ja die Ergebnisse einer solchen Reaktion, die in Gegenwart des Zementmaterials als Katalysator durchgeführt wurde, zusammen.

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Fig. 9 zeigt eine gegenüber Fig. 6 abgewandelte Ausführungsform eines Röstofens.

Fig. 10 zeigt den Querschnitt nach der Linie III - III in der Fig. 9.

Fig. 11 zeigt eine weitere, gegenüber Fig. 6 abgewandelte Ausbildung eines Röstofens.

Fig. 12 stellt den Querschnitt nach der Linie IV - IV in der Fig. 11 dar.

Fig. 13 und 14 zeigen je ein Ablaufschema für das Brennen von Zementmaterial unter Verwendung von herkömmlichen Röstofen.

Fig. 15 zeigt ein Ablaufschema für ein System, in dem ein Röstofen gemäss der Erfindung zur Anwendung kommt.

Fig. 16 ist eine schematische Darstellung einer Abwandlung der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung.

Fig. 17 zeigt in einer schematischen Darstellung eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte Röstvorrichtung.

Fig. 18 zeigt den Schnitt nach der Linie V - V in der Fig. 17·

Fig. 19 ist eine abgebrochene Darstellung von abwechselnd angeordneten Brennern und verzwexgten Materialschütten.

In Fig. 1 geben die gestrichelten Linien den Verlauf an, den das pulverförmige Zementmaterial nimmt, während mit ausgezogenen Linien der Strömuttgsverlauf der Verbrennungsluft und -gase angegeben ist.

Die Fig. 1 zeigt einen Drehrohrofen 1 zum Brennen des Zementmaterials, die untersten und zunächst gelegenen Zyklone 2a, 2b eines Hängevorwärmers, Zementmaterialschütten Ja., 3b und 3c, Gaskanale %., % und *fc, einen Gaserzeuger 5» Brennstoffeinblasleitungen 6, eine Primärluftleitung 7, eine Lenkplatte 8 und einen Zweitluftkanal 9·

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Das in den oberen Stufen des Hängevorwärmers auf 600 - 700⁰C vorgewärmte Zementmaterial wird über die Schütte 3b in den Gaserzeuger 5 eingebracht, dem über die Einblasleitungen 6 Brennstoff unter einem solchen Winkel, dass die Charge fein verteilt oder zerstreut wird, zugeführt wird. Der so zugeführte Brennstoff befeuchtet das Material und beginnt, verteilt durch die Strömung der Charge, zu zerfallen. Unter der Berührung mit der durch die Erstluftleitung 7 zugeführten Luft verbrennt ein Teil des Brennstoffs. Der Rest wird fein verteilt und verdampft durch die fühlbare Wärme der Charge und durch die Hitze der Teilverbrennung.

Um den Brennstoff in Berührung mit der Charge für einen ausreichend langen Zeitraum für die wirksame Diffusion und Vermischung zu halten, ist die Lenkplatte 8 eingebaut. Diese kann gekrümmt sein, wie beispielsweise Fig. 2 zeigt, oder sie kann gerade sein, wie Fig. k zeigt, oder sie kann irgendeine andere gewünschte Ausbildung haben, vorausgesetzt, sie liegt unter einem Winkel zur Achse der Materialschütte 3b, um die innerhalb der Schütte herrschende Richtung der Materialströmung umzukehren bzw. gegenzurichten. Sie muss ferner in einer geeigneten Lage zu den Brennstoffeinblaslextungen 6 und zur Primärluftleitung 7 angeordnet sein, so dass die aus diesen Leitungen austretenden Ströme die Ablenkung bzw. Umkehrung der Strömungsrichtung unterstützen.

Das Zementmaterial und der verdampfte Brennstoff bewegen sich durch den Gaserzeuger 5 abwärts, verbinden sich an der Stelle 1a mit den Abgasen vom Ofen 1 und strömen dann gemeinsam aufwärts durch den fiagkannl· %. Dem unteren Teil dieses Gaskanals wird Zweitluft über den mit einer Absperrklappe 10 ausgerüsteten Zweitluftkanal 9 zugeführt.

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Das Material, das die Hitze aufgenommen hat, wird von den Gasen im untersten Zyklon 2a getrennt und über die Materialschütte 3a dem Ofen 1 zugeführt. Die abgetrennten Abgase strömen mittlerweile aufwärts durch den Gaskanal ^b in den oberen Zyklon 2b, in dem ein Wärmetausch mit dem durch die Materialschütte 3c eintretenden Material stattfindet. Die Gase strömen dann durch den Gaskanal kc nach oben.

Gemäss der Erfindung werden die fühlbare Wärme und die Fliessfähigkeit des Zementmaterials vollkommen ausgenutzt; eine gründliche Diffusion und eine Vermischung des Materials sowie des Brennstoffs werden durch eine Wirbelströmung im oberen Teil des Gaserzeugers 5 erreicht, und damit wird die Kontaktzeit zwischen Brennstoff und Material verlängert. Auf diese Weise erhält man eine angemessene, hinreichende Verdampfung des Brennstoffs mit einer geringen Sauerstoffzufuhr oder mit weniger als der Hälfte der Luftmenge, die theoretisch für die Verbrennung erforderlich ist.

Wenn die Zufuhr an Erstluft gering ist, dann kann unzureichend verdampfter Brennstoff am Zementmaterial haften und beide zusammen fallen zum Einlassende des Ofens 1. In einem solchen Fall wird der Brennstoff ziemlich schnell und gut durch Berührung mit den heissen Ofenabgasen verdampft. Auf diese Weise kann beträchtlich an Erstluft gespart werden. Zusätzlich kann die Temperatur innerhalb des Gaserzeugers 5 auf einer relativ niedrigen Höhe gehalten werden, und die Gefahr des Ablagerns von Material an den inneren Wandflächen kann beseitigt bzw. kann dieser Gefahr entgegengewirkt werden.

Das Gas aus dem Gaserzeuger verbindet sich mit den Ofenabgasen üblicherweise bei einem Luftüberschussverhältnis von 1,05 - 1,2,

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um die Verbrennung aufrechtzuerhalten. Eine vollständige Verbrennung wird unter Zufuhr von heisser Luft, die vom Klinkerkühler über den Zweitluftkanal 9 abgezogen wird, erreicht.

Da die Verbrennung in drei verschiedenen Stufen erfolgt, tritt keine lokale Überhitzung auf, und die Temperatur wird innerhalb des gesamten Systems auf den Bereich von 700 - 900 C eingeregelt, in dem die Erzeugung von Stockoxyden verringert wird. Die im Ofen 1 bereits gebildeten Stockoxyde werden durch die katalytisch^ Wirkung von Kalziuraoxyd, Eisen (Ill)-Oxyd usw. im Zementmaterid.1 zu Stickstoff reduziert. Diese reduzierende Wirkung tritt nur bei einer Anordnung auf, bei der die Abgase vom Ofen mit überschüssigem Sauerstoff mit dem vom Gaserzeuger 5 unter einer kurzen Sauerstoffzufuhr erzeugten Gas und ferner mit der heissen, vom Klinkerkühler abgezogenen Luft zusammengebracht warden.

Gemäss der Erfindung wird die vom Kühler abgezogene Luft nicht direkt in den Gaserzeuger eingebracht; dadurch ist der Zugwiderstand des Abzugsystems für die Absperrklappe 10, die zur Regelung der Zweitluftzufuhr in Abhängigkeit von der Temperatur der vom Kühler abgezogenen Luft in dem Zweitluftkanal angeordnet ist, gering genug. Auf diese Weise wird eine stabile Betriebsweise der gesamten Anordnung sichergestellt. Ferner ist, weil das Erzeugergas einer Stelle unmittelbar oberhalb der Verbindung zwischen dem Hängevorwärmer und dem Ofen 1 zugeführt wird, die Temperatur in der untersten Stufe des Vorwärmers niedrig (etwa 900⁰C), so dass die Ablagerung von Chlor und Alkalien an den Mauerungen, die sonst den Luftdurchfluss verhindern, vermieden wird.

Die erfindungsgemässe Anordnung unterbindet auch einen Kurzschluss des Materials, selbst während Hochleistungsbetriebs,

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und sie ermöglicht, die Strömungsgeschwindigkeit der Ofenabgase in leichter Weise zu erhöhen, wenn die Belastung für eine gewisse Zeit nach Inbetriebsetzung gering ist. Folglich besteht auch keine Gefahr des Zusetzens oder Verstopfens der Zyklone auf Grund von instabiler Materialzufuhr.

Im Zusammenhang mit den Fig. 5 bis 7 soll ein weiteres Ausführungsbeispiel beschrieben werden.

An einen Zementbrennofen 101 (Fig. 5) schliesst ein Klinkerkühler 102 an, der seinerseits an seinem rückwärtigen Ende mit einem Eühlerabgas-Abscheider IO3, der mit einem Gebläse 104 versehen ist, in Verbindung steht. Das frontseitige Ende des Klinkerkühlers 102 ist an eine Abluftleitung IO5 angeschlossen, deren anderes Ende zu einem Gaskaoal II3 hin offen ist. Ein Hängevorwärmer ist mit einer Materialzufuhröffnung IO6 ausgestattet. In der Mitte eines von einem Röstofen 108 zur Abluftleitung IO5 verlaufenden Luftkanals 111 ist ein Saugzuggebläse 107 eingebaut. Der Brennofen 101 ist mit einem Brenner 109, der Röstofen 108 min; eiaesj Brenner 110 ausgestattet. Der Brennstoff für diese Brenner kann entweder ein brennbares Gas sein oder ein solcher, der bei Erhitzung ein brennbares Gas erzeugt. Der Röstofen IO8 ist mit einem Abgaskanal 112 versehen, durch den er an dessen unterem Ende mit dem Gaskanal 113 in Verbindung steht. Das frontseitige Ende des Brennofens 101 ist zur Verbindungsstelle des Abgaskanals 112 mit dem Gaskanal II3 hin offen. Zyklone 114 bilden den Hängevorwärmer. Ein Gebläse II8 zum Abzug der Abgase vom Brennofen ist mit einer Saugleitung verbunden, die vom obersten Zyklon 117 des Vorwärmers ausgeht.

Der Aufbau des Röstofens 108 geht aus den Fig. 6 und 7 hervor. Er hat eine Kammer IO8¹ zur Verteilung des Zementmaterials, die,

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obwohl sie gemäss Fig. 7 kreisförmig ist, auch vieleckig oder schrauben- bzw. schneckenförmig sein kann. Entlang der ringförmigen Verbindung zwischen dem oberen Ende des Abgaskanals und dem Boden der Verteilkammer 108· ist ein Staurand 119 ausgebildet. Je nach Notwendigkeit ist ein oder sind mehrere Hilfsbrenner 120 vorgesehen, die tangential die Umfangswand der Kammer durchsetzen, um Brennstoff in einer Sichtung einzublasen, dass in der Kammer eine Wirbelströmung entsteht. Eine Mehrzahl von Lufteinblasdüsen 121 in der Bodenwand der Verteilkammer 108· sind zu dieser hin offen und mit einer gemeinsamen Luftvorratskammer 123 verbunden, die über eine (nicht gezeigte) Zweigleitung mit dem Luftkanal 111 in Verbindung steht. Diese Lufteinblasdüsen dienen dazu, eine bewegliche Materialschicht über dem Boden der Kammer zu bilden. Wie Big. 7 zeigt,iät der Luftkanal 111 tangential an die Verteilkammer 108' angeschlossen, die ein spiralförmiges Gehäuse ist. Vom B₀den des Zyklons 115 führt eine Materialschütte 122 abwärts in die Verteilkammer 108·.

Diese Anordnung arbeitet in der nachstehend beschriebenen Weise. Durch die Zufuhröffnung 106 wird Zementmaterial in den Hängevorwärmer eingebracht. In bekannter Weise fliesst das Material abwärts, während es von den aufwärts gerichteten Abgasströmen in den Zyklonen 117, 116, 115 und 114 (in absteigender Ordnung) erwärmt wird. Ein Teil des vorgewärmten Zementmaterials wird vom Zyklon 115 der Verteilkammer 108* über die Materialschütte 122 zugeführt.

Andererseits wird ein Teil der heissen Luft vom Klinkerkühler in die Abluftleitung 105 und von hier in den Gaskanal 113 durch das SaugluftgÄäse 118 gefördert. Ein Bruchteil der abgezogenen Luft wird über den Luftkanal 111 in den Röstofen 108 durch das Gebläse 107 eingebracht. Dieser Teil kann atmosphärische Luft

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enthalten oder auch nicht, und seine Temperatur liegt innerhalb der Grenzen der Hitzebeständigkeit des Gebläses. Die zuzuführenden Luftmenge soll gerade für die Vergasung des Brennstoffs im Eöstofen ausreichend sein, und sie ist geringer als die für die Verbrennung notwendige theoretische Luftmenge, d.h. etwa hO - 7QP/0 des theoretischen Wertes.

Bei Eintritt in die Verteilkammer IO8¹ ist die darin befindliche heisse Luft in einer Wirbelströmung.

Zu diesem Zeitpunkt wird das durch den Hängevorwärmer auf etwa 6OO - 7OO C vorgewärmte Zementmaterial über die Materialschütte 122 dem in der Verteilkammer 108· wirbeMen Luftstrom zugegeben. Das Material schwebt oder schwimmt auf dem Wirbel, bildet eine bewegliche Schicht und wird zentrifugal entlang der Dmfangswand der Kammer angehoben, bis es wirbelnd in den Abgaskanal 112 gezogen wird. Ein Teil des Materials fliesst über den Staurand in den im Kanal wirbelnden Strom. Währenddessen wird durch den Hauptbrenner 110 weiter Brennstoff eingeblasen; die Hilfsbrenner 120 blasen Brennstoff in derselben Richtung, wie der Luftstrom wirbelt, ein. Die ILlfsbrenner arbeiten mit einem niedrigen Einblasdruck als der Hauptbrenner, damit durch ihre Brennstoffzufuhr nicht die Bildung der beweglichen Schicht behindert wird. Die Hauptfunktion dieser Hilfsbrenner ist darin zu sehen, zusätzliche Wärme, die für die Verdampfung des Brennstoffs notwendig ist, zu liefern und die Temperatur des Materials anzuheben. Die Temperatur der beweglichen Schicht wird vorzugsweise im Bereich von 85Ο C gehalten, weil das Zementmaterial, wenn es auf diesen Wert erhitzt wird, von Kohlendioxyd befreit wird.

Der Brennstoff für den Hauptbrenner 110 kann mit etwa 5% der theoretischen, für eine Verbrennung notwendigen Luftmenge vorher ge-

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mischt werden, um eine verbesserte Brennstoffzerstäubung zu erhalten und um den Einblaswinkel einzustellen.

Der vom Hauptbrenner 110 kommende Brennstoff verteilt sich in den Verbrennungsgasen, die eine grosse Menge an heissem Zementmaterial enthalten. Wenn die Gase dann durch den Abgaskanal abwärts wirbeln, verbrennt der Brennstoff teilweise mit dem Sauerstoff, der in den Verbrennungsgasen enthalten ist, oder mit der dem Brennstoff im Hauptbrenner 110 zugegebenen Luft, und der Rest des Brennstoffs wird durch die von den Verbrennungsgasen empfangene Hitze vergast.

Wie Fig. 6 zeigt, kann der Abgaskanal 112 nach unten hin erweitert sein, so dass das Prinzip eines Generators mit freier Turbulenz zur Anwendung kommt. Der in einem solchen Kanal wirbelnde Gasstrom bildet zwei Teilströme, und zwar steigt der eine entlang der umgebende Wandfläche ab, während der andere im Kern oder im Zentrum des Kanals aufsteigt. An der Grenze zwischen den entgegengerichteten Schichten wird sich ein starker Wirbel ausbilden, der die Verteilung und die Vermischung des vom Hauptbrenner 110 kommenden Brennstoffs fördert und die Brennstoffvergasung beschleunigt.

Wenn der Brennstoff das andere Ende des Abgaskanals 112 oder die Verbindungsstelle mit dem Gaskanal 113 erreicht, dann befindet er sich in einem nahezu vollständig vergasten Zustand. Die Gase an der Verbindungsstelle sind von Natur aus reduzierend und enthalten eine grosse Menge an Zementmaterial, das in ihnen im wesentlichen gleichfömig verteilt ist. Die (XL-Austreibungsreaktion wird kontinuierlich durchgeführt, und die Temperatur wird praktisch gleich, d.h. in einer Ruhelage, gehalten, und

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zwar in der Nähe von 85O⁰C. Wird die Temperatur auf einem solch relativ niedrigen Wert gehalten, so besteht keine M-.glichkeit für das nachteilige und störende "coating" der inneren Wandflächen oder für andere Störungen.

Die reduzierenden Abgase, die den Abgaskanal 112 verlassen haben, vereinigen sich dann mit den Abgasen (bei etwa 100°C oder drüber) vom Brennofen, und ein Teil der Mischung verbrennt. Zu dieser Zeit reduziert prinzipiell in den Abgasen vom Röstofen enthaltenes CO-Gas die O_- und N-Gase im Brennofenabgas. Bei diesem Reaktionsprozess wirkt die grosse, in den Abgasen enthaltene Menge an Zementmaterial als ein Katalysator, der die Reaktion begünstigt, während er seiner eigenen Kohlendioxydaustreibungsreaktion unterworfen ist, wodurch ein Temperaturanstieg im System verhindert wird. Das Ergebnis dessen ist, dass die Abgase vom Brennofen wirksam denitriert, d.h. von Stickstoff befreit werden können, ohne irgendein störendes "coating" oder irgendeine Zweitbildung von Stickoxyden.

Als nächstes wird aus der Abluftleitung 105 den Abgasen Verbrennungsluft für eine vollständige Verbrennung der Gase zugegeben, was ferner die Austreibung von Kohlendioxyd aus dem Zementmaterial begünstigt, während die Entwicklung von Stickoxyden verhindert wird.

Im Anschluss an die Verbrennung strömen die Gase aufwärts durch den Gaskanal II3 in den Zyklon 11*t der untersten Stufe des Hängevorwärmers. An dieser Stelle beträgt die Gastemperatur etwa 85Ο C, das Luftüberschässverhältnis liegt im Bereich von 1,05 - 1,20. Im Zyklon 11*l· wird die Charge in Zementmaterial und Gase getrennt; das Material wird dem Brennofen 101, das Abgas dem nächsten Zyklon 115 zugeführt.

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Fig. 8 gibt graphisch die oben beschriebene katalytisch« Wirkung des Zementmaterials wieder.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 9 und 10 wird die Luft durch Einblasdüsen 121 zugeführt, die in der Umfangswand der Verteilkammer 108· angeordnet sind, und das Zementmaterial wird in zwei Stufen verteilt. Die anderen Bezugszahlen bezeichnen Teile, die denen der Fig. 6 und 7 entsprechen. Diese abgeänderte Ausführungsform verbessert den Wärmetausch zwischen dem pulverförmigen Zementmaterial und den Verbrennungsgasen gegenüber dem Beispiel von Fig. 6.

Die Ausführungsform nach den Fig. 11 und 12 ist von einer vereinfachten Konstruktion, indem der Staurand 119 und Lufteinblasedüsen 121 gegenüber den vorherigen Ausbildungen weggelassen wurden. Andere Bezugszahlen bezeichnen den Fig. 6 und 7 entsprechende Teile.

Die Fig. 13 und 1*t zeigen Ablaufschemata für das Brennen von Zementmaterial in herkömmlichen Systemen; Fig. 15 zeigt ein Ablaufschema für den Brennprozess in einem mit einem Röstofen gemäss der Erfindung versehenen System. Bei all diesen Darstellungen bezeichnet K den Brennofen, C den Klinkerkühler, E den Staubabscheider, P den Hängevorwärmer, F den Röstofen, V eine Drosselvorrichtung und N ein Gebläse.

Bei dem in Fig. 13 gezeigten System wird die heisse Luft vom Klinkerkühler C unmittelbar in den Röstofen F eingeführt. Bei dem System nach Fig. 14 werden dem Röstofen F sowohl die heisse Luft vom Kühler C wie auch die Abgase vom Brennofen K zugeführt. In diesem Fall ist eine Drosselvorrichtung V erforderlich.

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Der Rostofen gemäss der Erfindung bietet zusätzlich zu der Wirkung des Austreibens der Kohlensäure und des Stickstoffs, wie oben beschrieben, noch die folgenden Wirkungen. Bei Abzug der heissen Luft vom Klinkerkühler, wie Fig. I5 zeigt, wird diese in den Gaskanal II3 des Hängevorwärmers P durch die Ab·» luftleitung 105 mittels des Saugzuggebläses II8 eingebracht. Deshalb ist der Druckverlust des Heissluftsystems gering ohne Rücksicht auf eine Änderung der Temperatur der vom Kühler abgezogenen Luft, und die Abfuhr der heissen Luft (mit etwa 700°C) ist leicht kolorimetrisch zu regeln. Damit wird ein zuverlässiger Betrieb der Anlage sichergestellt. Ferner besteht nicht die Notwendigkeit für den Einbau einer Drosselvorrichtung in dem Abgaskanal vom Brennofen, und die Temperatur im unteren Teil des Hängevorwärmers wird auf etwa 1000 C durch Einführung von Abgasen vom Röstofen gehalten, so dass an den Wandflächen kein "coating" auftritt. Der Energiebedarf für das Gebläse II8 zum Einführen der Abgase vom Brennofen als Heissluftzufuhr ist gering.

Bei dem in Fig. 16 gezeigten Ausführungsbeispiel ist noch eine Materialschütte 122' für die Zufuhr von Material vom Zyklon unmittelbar in den Gaskanal II3 vorgesehen. Diese zusätzliche Schütte dient dazu, einen Teil des vorgewärmten Zementmaterials in den Gaskanal unter Umgehung des Röstofens 108 einzubringen und die Kohlensäureaustreibung im Kanal an der stromab gelegenen Seite des offenen Endes der Abluftleitung 105 zu begünstigen. Mit Ausnahme dieser Ergänzung ist die Anordnung der von Fig. 5 identisch.

Die Fig. 17 und 19 zeigen eine Abwandlung gegenüber demjenigen, was in den Fig. 1 bis *l· dargestellt ist. Beide Ausführungsformen sind gleich mit der Ausnahme, dass in der abgewandelten Form

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(Fig. 17 bis 19) die Materialschütte 3b in eine Mehrzahl von Unterschütten aufgeteilt ist, die zum Oberteil des Gaserzeugers

5 offen sind. Zwischen den Unterschütten sind Brenner 6 angeordnet. Die Blasrichtung der Brenner 6 (ausgezogene Linie in Fig. 17) und die Achsen der Unterschütten (gestrichelte Linie in Fig. 17) schneiden sich im Gaserzeuger, und das von den Schütten zugeführte Zementmaterial wie der Brennstoff und die Primärluft von den Brennern bewegen sich in der Art von parallelen Strömen abwärts. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen in diesen Figuren gleiche Teile.

Bei dieser abgewandelten Ausführungsform erleichtern die Brenner

6 und verzweigten Schütten 3^i die in der beschriebenen Weise zueinander angeadnet sind, die endothermische Reaktion des Zementmaterials wie auch die Verdampfung und Verbrennung des Brennstoffs.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Λ/ Verfahren zur Ealzinierung von pulverförmiger Zementmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass das Material in primären, Sauerstoff enthaltenden Gasen in einen Schwebezustand gebracht wird, dass mehr Brennstoff eingeblasen wird, als für eine vollständige Verbrennung mit dem Sauerstoff in der Suspension ausreichend ist, so dass eine teilweise Kalzinierung des Materials und eine unvollständige Verbrennung des Brennstoffs herbeigeführt wird, um reduzierende Abgase zu erhalten, die das teilweise kalzinierte Material und den Rest der Verbrennungsgase enthalten, dass die resultierenden Abgase mit den Abgasen vom Brennprozess, die relativ grosse Mengen von Stickoxyden mit sich führen, gemischt werden, dass eine Vereinigung des Mischungsstromes mit einer ausreichenden Menge von sekundären, Sauerstoff enthaltenden Gasen zur vollständigen Verbrennung der in der Mischung vorhandenen brennbaren Gase herbeigeführt wird, wobei die Verbrennung des Bestes der brennbaren Gase unter Kalzinierung der einzelnen Materialteilchen beendet wird, und dass anschliessend das kalzinierte, pulverförmige Material von den gesamten Abgasen getrennt wird.

2. Verfahren zum Brennen von Zementmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anlage zur Anwendung kommt, bei der der obere Teil eines Gaskanals (%; 113) in den oberen Teil eines Zyklons (2a; in der untersten Stufe eines Hängevorwärmers mündet, bei der unter dem zweituntersten Zyklon (2b; 115) ein das pulverförmige Zementmaterial empfangender Gaserzeuger (5> 108) angeordnet ist, dessen Bodenteil dem unteren Teil des Gaskanals (ka.; II3) benachbart liegt, zu diesem hin offen ist und heisse, von einem Klinkerkühler durch eine oberhalb dessen Boden gelegene Öffnung abgezogene Luft (Luftleitung 9 bzw. IO5) empfangen kann, bei der

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Luft und Brennstoff in den Gaserzeuger (5; 108) eingeführt werden, so dass die Verteilung sowie Verdampfung des Brennstoffs gefördert wird und reduzierende Gase erzeugt werden, und bei der dann, diese Gase schrittweise mit den Abgasen des Brennofens (1; 101), die von seinem Eingang abgezogen werden, und dann mit der vom Kühler abgezogenen heissen Luft verbrannt werden.

3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zementmaterial und die primären, Sauerstoff entahltenden Gase zur Bildung eines wirbelnden Stromes gemischt werden und diesem Strom Brennstoff zugegeben wird.

^f. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unter Zufügung von sekundären, Sauerstoff enthaltenden Gasen zu dem gemischten Gasstrom, um die Verbrennung des Brennstoffs zu beenden, ein Teil des vorgewärmten Materials dem Gasstrom an der stromunterhalb gelegenen Seite der Stelle, an der sich der gemischte Gasstrom mit den Sekundärgasen vereinigt, zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoff enthaltenden Gase atmosphärische Luft sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaserzeuger (1O8) eine Material-Verteilkammer (108·) hat, in der eine Wirbelströmung des Zementmaterials und der primären, Sauerstoff enthaltenden Gase erzeugt wird, und dass ein Teil der Sauerstoff enthaltenden Gase durch den Boden der Kammer (108¹) in diese zur Förderung der Wirbelbewegung der Mischung eingeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Prozess zur Erzeugung der reduzierenden Gase die Temperatur unter

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der Kalzinierungstemperatur des Zementmaterials, um dessen Schmelzen zu verhindern, gehalten wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Zweitluft die als Kühlmedium im Klinkerkühler dienende I^ft verwendet wird.

9· Vorrichtung zur Kalzinierung von pulverförmigem Zementmaterial, gekennzeichnet durch einen an einem Ende mit dem Eingang eines Brennofens (1; 101) verbundenen Gaskanal (^a; II3), durch einen die unterste Stufe eines Hängevorwärmers bildenden Zyklon (2a;114), dessen oberer Teil mit dem oberen Ende des Gaskanals (*ta; 113) und dessen unterer Teil mit dem Brennofen (1; 101) verbunden ist, durch einen unterhalb dines zweituntersten Zyklons (2b; II5) angeordneten und an seinem unteren Ende zum unteren Teil des Gaskanals (^; 113) hin offenen Gaserzeuger (5; 108), durch Zufuhreinrichtungen (3b; 122) für Zementmaterial vom zweiten Zyklon (2b; II5) zum Gaserzeuger (5 j 108), durch Brennstoff- und Primärluftzuführungen (6; 110 bzw. 7; 111) zum Gaserzeuger und durch Zweitluftzuführungen (9; 105), die nahe oder oberhalb der Stelle angeordnet sind, an der der untere Teil des Gaserzeugers zum Unterteil des Gaskanals hin offen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhreinrichtungen für das Zementmaterial vom zweiten Zyklon (2b) zum Gaserzeuger (5) eine Materialschütte (3b) und eine zugeordnete, im Gaserzeuger eingebaute Platte (8) enthalten, die so angeordnet sind, dass bei Eingabe von Zementmaterial in den Gaserzeuger ein wirbelnder Mischstrom aus pulverrdrmigem Zementmaterial, Luft und Brennstoff entsteht.

11. Vorrichtung zum Erhitzen von pulverförmigem Material, gekennzeichnet durch einen Gaserzeuger (108) mit einer Mehrzahl

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von Lufteinblasdüsen (121), die Primärluft aus einer Gehäusewand in eine von dieser umschlossene Kammer (IO8¹) zur Bildung eines über und entlang deren Boden wirbelnden Luftstromes einblasen, durch eine in diesen wirbelnden Luftstrom pulverförmiges Material einleitende Materialschütte (122), durch einen mit dem Boden der Kammer (108¹) in deren Zentrum verbundenen, das pulver förmige Material in einem wirbelnden Strom abwärts ziehenden Gaskanal (112) und durch einen in der Decke der Kammer (108¹) angeordneten Brenner (HO), der Brennstoff abwärts zum Abgaskanal einbläst, so dass das Erzeugergas zusammen mit dem pulverförmigen Material durch den Abgaskanal nach aussen zur weiteren Verbrennung mit Zweitluft abgeleitet wird.

12. Vorrichtung zum Erhitzen von pulverförmigem Material, gekennzeichnet durch wenigstens einen Gaserzeuger (108) in einer Stufe, der eine Verteilkammer (108¹) hat, die mit einer Vielzahl von Lufteinblasedüsen (121) ausgestattet ist, die von der Kammerwand her Primärluft zur Bildung eines wirbelnden Luftstromes einblasen, und die ferner mit einer Materialschütte (122) zur Zufuhr von pulverförmigem Material in den von den Lufteinblasedüsen (121) ausgehenden wirbelnden Luftstrom versehen ist, durch unmittelbare Verbindung der Verteilkammer (IO8¹) im Zentrum ihres Bodens mit einer Wirbel-Mischkammer (112), die sich nach unten hin allmählich erweitert, und durch einen in der Decke der Verteilkammer (IO8¹) oder einer solchen in der höchsten Stufe liegenden Kammer angeordneten Brenner (110), der Brennstoff abwärts gegen die Wirbel-Mischkammer bläst, so dass das Erzeugergas zusammen mit dem pulverförmigen Material von der Wirbel-Mischkammer oder einer solchen in der untersten Stufe liegenden Kammer zur weiteren Verbrennung mit Zweitluft abgeleitet wird.

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13. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Hauptbrenner (110), der Brennstoff von oberhalb der Verteilkammer (1Ο8·) abwärts gegen deren Bodenöffnung hin einführt, und durch einen oder mehrere Hilfsbrenner (120), die einen Teil des Brennstoffs von der Wand der Kammer (108¹) her der in dieser wirbelnden Mischung von Sauerstoff enthaltenden Gasen und Zementmaterial zuführen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verteilkammer (108¹) entlang deren Bodenöffnung, mit der der Abgaskanal (112) verbunden ist, ein Staurand (119) ausgebildet ist,

15· Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Materialverteilkammern (1Ο8·) in zwei Stufen übereinander vorgesehen sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass eine abgezweigte Materialschütte Ü22¹) zur unmittelbaren Zufuhr von einem Teil des vorgewärmten Zementmaterials zum Gaskanal (II3) vorgesehen ist, die zwischen der Materialschütte (122) zur Zufuhr von Material zur Verteilkammer (1Ο8·) und dem oberhalb der Stelle, an der die Sauerstoff enthaltenden Gase eintreten, gelegenen Teil des Gaskanals (II3) mit diesem verbunden ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Schütten (3b) das Zementmaterial vom Zyklon (2b) dem Gaserzeuger (5) zuführen, zwischen denen jeweils Brenner (6) angeordnet sind. ■

Dipl.-Ing. P. E. Meissner

Patentanwalt _—·----

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