DE2558506A1

DE2558506A1 - Verfahren zur thermischen behandlung von staubfoermigem gut, insbesondere zum brennen von zement in mehreren stufen

Info

Publication number: DE2558506A1
Application number: DE19752558506
Authority: DE
Inventors: Kunibert Dipl In Brachthaeuser; Horst Herchenbach; Hubert Dipl Ing Ramesohl
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1975-12-24
Filing date: 1975-12-24
Publication date: 1977-07-07
Also published as: AT369719B; US4249892A; GB1573010A; IT1066676B; JPS5281329A; DK581176A; FR2336650B1; ATA957876A; FR2336650A1; BR7608538A; DE2558506C2; ES454327A1

Description

Anlage zum Patentgesuch der H 75/79 Klöckner-Humboldt-Deutz Va/Ro Aktiengesellschaft

vom 23. Dez. 1975

Verfahren zur thermischen Behandlung von staubförmigem Gut, insbesondere zum Brennen von Zement in mehreren

Stufen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von staubförmigem Gut, insbesondere zum Brennen von Zement, in mehreren Stufen, wobei das Gut in einem Vorwärmer vorerhitzt und in einem Ofen gesintert und vor Eintritt in diesen Ofen in einer gesonderten Stufe einem Brennprozeß in einem heißen Gasstrom unterzogen wird.

Bei der Herstellung von Zement, Tonerde, Kalk, Dolomit oder dergleichen erfolgt die Wärmebehandlung des feinkörnigen Rohmehls beispielsweise in der Weise, daß der aufbereitete Rohstoff zunächst einem aus mehreren übereinander geschalteten Zyklonen bestehenden Schwebegaswärmetauscher aufgegeben wird, wobei die Rohstoffteilchen im Gegenstrom durch die in den Zyklonen aufsteigenden heißen Abgase eines Drehrohrofens vorgewärmt und bis zu einem bestimmten Grad entsäuert werden, ehe

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sie in den Drehrohrofen eingetragen und in diesem fertig gebrannt werden. Da bei diesem herkömmlichen Verfahren nahezu die gesamte thermische Energie dem Drehrohrofen zugeführt wird, ist bei hohen Durchsatzleistungen durch eine ungleiche Wärmeverteilung im Drehrohrofen der thermische Wirkungsgrad und die Leistungsfähigkeit des Ofens begrenzt und die Standdauer der feuerfesten Steine in der Brennzone merklich verkleinert. Um den Drehofenquerschnitt und/oder die Ofenlänge kleiner dimensionieren zu können, ist bereits versucht worden, den wärmeverbrauchenden Niedertemperaturprozeß der Kalzinierung des Rohmehls in einer zwischen dem Vorwärmer und dem Drehrohrofen angeordneten Vorbrennzone vorzunehmen. Dies setzt voraus, daß in der Vorbrennzone eine innige Vermischung von Brennstoff und Rohmaterial stattfindet, so daß zur Kalzinierung des Rohmehls die Wärme des Brennstoffs auf die einzelnen Rohmehlpartikel abgegeben werden kann.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 361 427 ist eine Vorbrennzone bekannt, die schachtartig ausgebildet ist und eine seitlich am Schacht angeordnete Mischzone für die gesonderte Zufuhr von Brennstoff und Zementrohmaterial enthält. Die Mischung von Brennstoff und Zementrohmaterial wird dann mit

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dem im Schacht aufwärts strömenden sauerstoffhaltigen Gasstrom eines Drehrohrofens in Berührung gebracht. Allerdings ist bei einer solchen Anordnung im Zuleitungsrohr keine gleichmäßige Vermischung zu erwarten, da erfahrungsgemäß dort eine innige Vermischung nur mit Hilfe mechanischer Vermischer stattfinden kann. Ein weiterer Nachteil der Vermischung von Brennstoff und Rohmehl vor der Aufgabe in den Gasstrom ist darin zu sehen, daß sich unerwünschte chemische Reaktionen zwischen dem Brennstoff und dem beispielsweise alkalihaltigen oder schwefelhaltigem Rohmaterial ergeben, die sich auf den gesamten Brennprozeß ungünstig auswirken.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 324 519 ist bekannt, die Gutaustragsleitung des über dem untersten Zyklon eines Vorwärmers angeordneten Zyklons in eine zwischen Vorwärmer und Drehofen angeordnete Brennzone zusammen mit einer Brennstoff zuleitung derart einzuführen, daß die Hündung der Brennstoff zuleitung vom Gutstrom überdeckt wird. Auch bei dieser Anordnung wird sich keine gleichmäßige Verteilung der Materialmengen einstellen, so daß an bestimmten Stellen in der Brennzone die Rohmaterialkonzentration so hoch ist, daß dort schlechte Verbrennungsbedingungen herrschen, während an an-

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deren Stellen die Rohmaterialkonzentration verhältnismäßig gering ist, so daß es an diesen Stellen zu besonders hohen Temperatur spitz en mit der Folge von Überbrennungen der Gutteilchen kommen wird. Beginnende Kornvergröberung und Schemlzphasenbildung werden daher die Fließfähigkeit des Rohmaterials erheblich beeinträchtigen und zu Störungen der Gesamtanlage führen.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 23 65 653 ist bei einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut mit einem von Abgasen eines Drehrohrofens durchströmten Vorwärmschacht eine zusätzliche Brennzone ^vorgesehen, durch die das Gut zweimal, einmal abwärts fallend und einmal aufsteigend, hindurchgeführt wird. Um dies zu erreichen, darf die Gasgeschwindigkeit nicht zu groß sein. Sie soll in der Brennzone oberhalb etwa 7m/see. liegen. Diese Geschwindigkeitsangabe für die heißen Gase liegt im heute üblichen Bereich, wonach die Strömungsgeschwindigkeit der Heißgase bei 7 bis 20 m/sec. angesetzt werden. Eine gleichmäßige Vermischung von Brennstoff und Gut im Vorwärmschacht und damit eine gleichmäßige Wärmebehandlung des Gutes wird jedoch nicht erzielt, da in der Brennzone die Aufströmen-

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den Gase die Gutsträhnen nicht auflösen können und der Brennstoff die Wärme an die äußeren Gutteilchen der Strähnen abgibt, so daß einzelne Teilchen zu hoch und andere zu wenig erhitzt werden. Außerdem stellen sich hierbei unerwünscht hohe Abgastemperaturen ein, da die auf die Menge des Rohgutes abgestellte theoretische Brennstoffmenge zum Teil ihre Wärme zur Dissoziation der Rohmehlpartikel nicht abgeben kann und den Heißgasstrom unerwünscht stark aufheizt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht unter Vermeidung der Mangel der bekannten Ausführung darin, Brennstoff, Zementrohmaterial und sauerstoffhaltige Gase so innig miteinander zu vermischen, daß die einzelnen Brennstoffteilchen unmittelbar den einzelnen Rohstoffpartikeln zugeordnet werden und bei der nachfolgenden Verbrennung der Brennstoffe ein gleichmäßiger Wärmeübergang auf das Rohmaterial gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Geschwindigkeit des heißen Gasstromes zum Zeitpunkt des Einbringens vom staubförmigen Gut und/oder Brennstoff und/oder gegebenenfalls

etwa
Verbrennungsluft auf 25 bis 40 m/sec. eingestellt wird. Es

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hat sich In überraschender Welse gezeigt, daß durch diese Maßnahme eine wesentlich bessere Vermischung von Brennstoff, Zementrohmehl und dem zur Verbrennung erforderlichen Sauerstoff erfolgt, so daß die einzelnen Brennstoffteilchen unmittelbar den Rohmehlpartikeln zugeordnet werden und ein optimaler Wärmeübergang von dem oxydierenden Brennstoff auf die Rohmehlpartikel erfolgt.

Auf diese Weise werden partielle Uberbrennungen des Rohmehls und deren schädliche Folge, wie beispielsweise Entstehung von geschmolzenen Hassen und einem Zusammenbacken der Gutteilchen, wodurch die Fließfähigkeit und Dispergierfähigkeit des Rohmehls im Gasstrom erheblich verschlechtert werden, vollständig vermieden. Die mit hoher Geschwindigkeit von 25 bis etwa 40 m/sec. aufströmenden heißen Gase verwirbeln in dem gasführenden Abgasrohr zwischen Sinterofen und Vorwärmer so stark, daß das in den Gasstrom eingeführte Rohmehl sofort und ohne Jede Strähnenbildung auseinandergerissen und feindispergiert wird und nahezu verzögerungsfrei vom Gasstrom mitgenommen wird. Der in die Gasströmung hoher Turbulenz eingeführte Brennstoff wird ebenfalls von der turbulenten Strömung der heißen Gase sofort fein verteilt und stark verwirbelt, so daß die einzelnen Brennstoffteilchen auf einzelne

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in feindispergierter Form vorliegende Brennstoffpartikel treffen, und sich bei dem folgenden Brennprozeß ein optimaler Wärmeübergang auf die Rohmehlpartikel einstellt.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Hochgeschwindigkeitszone der Gasströmung etwa in der Ebene der Gutzuführung beginnt und so lang ist wie die Ausbrennstrecke der in die Brennstufe zugeführten Brennstoffe. Durch diese Maßnahme wird die turbulente Heißgasströmung über eine sehr große Länge aufrechterhalten und es wird gewährleistet, daß die feindispergierten Brennstoffteilchen mit den Rohmehlpartikeln über einen sehr großen Zeitraum miteinander in Berührung kommen können, so daß sie auch am Ende der Ausbrennstrecke mit dem Sauerstoff des Heißgases reagieren können. Hierdurch wird mit Sicherheit erreicht, daß der gesamte in die gesonderte Brennstufe eingeführte Brennstoff oxidiert und seine Wärme noch innerhalb der Ausbrennstrecke zur Kalzinierung des Rohmehls abgeben kann. Der spezifische Brennstoffverbrauch für den gesonderten Brennprozeß wird somit verringert, die Abgasverluste gering gehalten und der Wärmebedarf der Gesamtanlage verbessert.

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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Gut in einer von der Richtung des Gasstromes stark abweichenden Richtung vorzugsweise etwa in einem Winkel von 90° bis 180° zur Richtung des Gasstromes in diesen eingeführt wird. Durch diese Maßnahme wird die feine Dispersion des Rohmehls in der turbulenten Gasströmung noch weiter verbessert, insbesondere dann, wenn das Rohmehl mit bestimmter Geschwindigkeitsenergie in den Gasstrom eingeführt wird, so daß beim Aufeinandertreffen von Rohmehl und turbulenter Gasströmung das Rohmehl schlagartig auseinandergerissen und in der Gasströmung dispergiert wird. Auch wird durch diese Maßnahme erreicht, daß das Rohmehl den Gasstrom gleichmäßig tief durchsetzt und sofort über den Querschnitt des die Gasströmung führenden Abgasrohres gleichmäßig verteilt wird.

In einer weitergehenden Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Heißgasstrom zusammen mit dem für den gesonderten Brennprozeß erforderlichen Sauerstoff unmittelbar aus dem Sinterofen gezogen wird. Hierdurch wird in einfacher Weise und ohne zusätzlichen apparativen Aufwand der erforderliche Sauerstoff in die Brennstufe eingeführt und darüber hinaus erreicht, daß die exotherme Hochtemperaturzone im Sinter-

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ofen beispielsweise einem Drehofen, ohne in der Leistungsfähigkeit begrenzt zu werden, entlastet und die Standdauer der feuerfesten Ofenauskleidung dieser Ofenzone erheblich verlängert wird, wobei die Sintertemperatur nicht unter die für eine vollständige Sinterung erforderliche Grenztemperatur absinkt.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der für den gesonderten Brennprozeß erforderliche Sauerstoff im Bereich der Hochgeschwindigkeitszone des Gasstromes diesem gesondert zugeführt wird. Durch diese Maßnahme kann die für den gesonderten Brennprozeß erforderliche Verbrennungsluft aus dem dem Ofen nachgeschalteten Kühler entnommen werden, Damit kann der Drehofen kleiner und kompakter gestaltet werden, gleichwohl kann gewährleistet werden, daß das in den Ofen eintretende feine Rohaehl von der Gasströmung nicht wieder in den Vorwärmer getragen wird.

Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

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Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt im einzelnen, daß vor einem Drehrohrofen 1, dessen Einlaufende verkleinert
dargestellt ist, sich die Einlaufkammer 2 befindet, in die
die Gutzuführung 3 aus dem untersten Zyklon 4 eines Schwebegaswärmetauschers einmündet. Oberhalb des Zyklons 4 befindet sich eine Gasableitung 5 mit Gutzugabe, die zu dem nächst
höheren Zyklon 6 des Vorwärmers führt. Vorteilhafterweise
verläuft eine im wesentlichen vertikal ausgerichtete Abgasleitung 7 zwischen der Einlaufkammer 2 des Drehofens 1 und
der aus mehreren Zyklonen bestehenden Einrichtung zum Vorwärmen des zu behandsLnden Zementrohmehls, in die zweckmäßigerweise die Gutzufuhrleitung 8 aus dem Zyklon 6 und eine Brennstoff zuführeinrichtung 9 einmündet. Die Brennstoffzuführeinrichtung besteht zweckmäßigerweise aus einer oder mehreren
im Bereich der Wandung der Abgasleitung 7 angeordneten Düsen, welche in der Nähe, im Ausführungsbeispiel jedoch oberhalb der Mündung der Gutzufuhrleitung δ angeordnet sind. Unterhalb der Einmündungsstelle der Gutzufuhrleitung 8 ist
eine Prallvorrichtung 10 für das zu behandelnde Gut angeordnet, dessen verstellbarer Prallschieber 11 vorzugsweise senkrecht zur Richtung des aufsteigenden Gasstromes in die Abgasleitung 7 reicht. In der Höhe der Einmündungsstelle der Gut-

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zuführleitung 8 mündet in die Abgasleitung 7 eine Luftleitung 12, die mit einem nicht näher dargestellten Kühler der Ofenanlage in bekannter Weise verbunden ist und den für den Brennprozeß erforderlichen Sauerstoff der gesonderten Brennstufe zuführt.

Verfahrensmäßig ergibt sich anhand des Ausführungsbeispieles der folgende Ablauf.

Das aus der Einlaufkammer 2 des Drehofens 1 austretende Heißgas strömt in der Gasleitung 7 mit einer Geschwindigkeit von etwa 25 bis ^O m/sec. zum untersten Zyklon 4 des Wärmetauschers. Innerhalb der Abgasleitung treten hierdurch starke Turbulenzen auf. In diese turbulente Heißgasströmung wird vorgewärmtes Rohmehl aus dem Zyklon 6 des Wärmetauschers über die Gutzufuhrleitung 8, vorzugsweise mit erheblicher Geschwindigkeit in die Abgasleitung 7 und auf die Prallvorrichtung 10 so geleitet, daß der geschlossene Rohmehlstrom

von dem verstellbar ausgebildeten Prallschieber 11 zerteilt und

wird^bis weit in die Abgasleitung 7 dringt. In der Abgasleitung prallt dieses Rohmehl auf die stark turbulente Gasströ-

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mung und wird augenblicklich in der Strömung weiter aufgerissen und über den Querschnitt der Gasleitung 7 gesehen gleichmäßig fein dispergiert und sofort von der Gasströmung mitgenommen.

Der in der Höhe der Einmündungsstelle der Gut zuführleitung in die Abgasleitung 7 eingeführte sauerstoffhaltige Luftstrom des Kühlers der Brennanlage wird ebenfalls von der turbulenten heißen Abgasströmung sofort verwirbelt, so daß sich eine ideale Vermischung von feindispergierten Rohmehlpartikeln und mit sauerstoff angereicherter Heißluft entsteht und diese, in der Abgasleitung 7 turbulenzartig aufsteigend, mit den feinverteilten Brennstoffteilchen in Berührung kommt, wobei die Brennstoffteilchen infolge der innigen und häufigen Berührung mit den Rohmehlpartikeln diese gleichmäßig umgeben und infolge der intensiven Verwirbelung im sauerstoffhaltigen Gasstrom ihre Wärme zur Kalzination an die Rohmehlpartikel vollständig abgeben.

Da die turbulente Gasströmung etwa in der Ebene der Gutzuführung beginnt und zumindest so lang wie die Ausbrennstrecke der zugeführten Brennstoffe ist, kann mit Sicherheit erreicht werden, daß der zur Erreichung eines bestimmten

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Kalzinationsgrades in die gesonderte Brennstufe eingeführte Brennstoff am Ende der Ausbrennstrecke seine Wärmeenergie vollständig an die Rohmehlpartikel und nicht an den Gasstrom abgegeben hat. Die zumindest teilweise kalzinierten Rohmehlpartikel werden dann im Zyklon 4 abgeschieden und von dort über die Rohmehlleitung 3 in den Drehofen 1 geleitet. Die aus dem Zyklon 4 über die Gasableitung 5 in den höher liegenden Zyklon 6 geleiteten heißen Gase werden zur Erwärmung des in den oberen Zyklonstufen des Wärmetauschers im Gegenstrom geführten Rohmehls weiterverwendet.

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde bei zwei verschiedenen Anlagen zur Zementherstellung erprobt.

Hierzu wurde in einer Anlage A zur Herstellung von Zement, in der vom Drehrohrofen zum Zyklonwärmetauscher führenden Abgasleitung eine zweite Brennstelle für einen gesonderten Brennprozeß angeordnet. In diese Brennstufe wurde vorgewärmtes Zementrohmehl aus dem Wärmetauscher geleitet und über Brennstoffzufuhreinrichtungen 2OJ6 der für den Gesamtherstellungsprozeß erforderlichen Brennstoffmenge eingedüst. Die Geschwindigkeit der aufsteigenden Heißgasströmung in dieser Brennstufe

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ORIGINAL INSPECTED^

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wurde auf 15 m/sec. eingestellt. Es wurde festgestellt, daß die aus dem Wärmetauscher austretenden Abgase wegen des ungenügenden Wärmeübergangs von Brennstoff auf die Rohmehlpartikel eine um etwa 20° C höhere Abgastemperatur aufwiesen, als unter Normalbedingung, d.h. ohne zweite Brennstelle beobachtet wurde.

In einer Herstellungsanlage B wurde bei gleicher in die gesonderte Brennstufe zugefeuerten BrezmstoffBenge jedoch bei der erfindungsgemäßen Gasströmungsgeschwindigkeit von etwa 30 m/sec. keine höhere Abgasteaperatur gegenüber der Betriebsweise der Anlage ohne zweite Brennstelle festgestellt. Dies konnte darauf zurückgeführt werden, daß der eingedüste Brennstoff innerhalb der gesonderten Brennstufe seine Wärmeenergie infolge optimaler Vermischung mit den Rohmehlpartikeln und dem zur Verbrennung erforderlichen Luftsauerstoff vollständig auf das zu behandelnde Zeaentrohmehl abgeben konnte und keine unerwünschte Aufheizung der heißen Abgase erfolgte.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nicht nur auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es kann auch bei jeder anderen Vorbrenneinrichtung angewandt werden, die zwischen dem Sinterofen und dem Vorwärmer einer Brennanlage für feinkörniges Gut angeordnet ist.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche:

\,χ.^: Verfahren zur thermischen Behandlung von staubförmigem Gut, insbesondere zum Brennen von Zement, in mehreren Stufen, wobei das Gut in einem Vorwärmer vorerhitzt und in einem

Ofen gesintert und vor Eintritt in diesen Ofen in einer ge-

einem

sonderten Stufe einem Brennprozeß in^heißen Gasstrom unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des heißen Gasstromes zum Zeitpunkt des Einbringens von staubförmigem Gut und/oder Brennstoff

etwa und/oder gegebenenfalls Verbrennungsluft auf 25 bis^v40 m/sec. eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochgeschwindigkeitszone der Gasströmung so lang ist wie die Ausbrennstrecke der in die Brennstufe zugeführten Brennstoffe .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Z₁ dadurch gekennzeichnet, daß das Gut in einer von der Richtung des Gasstromes stark abweichenden Richtung, vorzugsweise etwa in einem Winkel von 90° bis 180° zur Richtung des Gasstromes in diesen eingeführt wird.

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•a.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der heiße Gasstrom zusammen mit dem für den gesonderten Brennprozeß erforderlichen Sauerstoff unmittelbar aus dem Sinterofen gezogen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß deraür den gesonderten Brennprozeß erforderliche Sauerstoff im Bereich der Hochgeschwindigkeitszone des Gasstromes diesem gesondert zugeführt wird.

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