DE2611213B2

DE2611213B2 - Verfahren und Anlage zur Herstellung von Ziegeln, insbesondere von Klinkern aus einer Mischung, in die ein aus insbesondere Steinkohlenkraftwerken stammender Flugstaub eingesetzt wird

Info

Publication number: DE2611213B2
Application number: DE2611213A
Authority: DE
Inventors: Enno Hesse; Hans Dipl Ing Kluge
Original assignee: Steag GmbH
Current assignee: Steag GmbH
Priority date: 1976-03-17
Filing date: 1976-03-17
Publication date: 1979-03-15
Also published as: GB1577234A; DE2611213C3; GB1577233A; FR2344511B3; FR2344511A1; DE2611213A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ziegeln, insbesondere von Klinkern aus eiftir Mischung, in die ein aus insbesondere Steinkohlenkraftwerken stammender Flugstaub eingesetzt wird, dessen Anteil an noch unverbranntem Kohlenstoff vor der Beimischung des Tons verbrannt wird, sowie eine Anlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Die in Kraftwerken anfallenden Verbrennungsrückstände werden entweder Halden zugeführt und dort gelagert, oder aber nach entsprechender Vorbehandlung als Zuschlagstoffe für verschiedene Baustoffe verwendet Es handelt sich bei den Verbrennungsrückständen insbesondere um Schmelkammergranulat und Flugaschen aus Steinkohlenkraftwerken. Dieser Rohstoff fällt in großer Menge an (in der Bundesrepublik Deutschland zwischen 4 bis 6 Mio. t/Jahr).

Die Verwendung derartiger Rohstoffe, insbesondere die Verwendung von Flugstaub als Zugschlagstoff für leichte Baustoffe und als Grundstoff für die Herstellung von Klinkern, ist durch den stark schwankenden Restkohlenstoffgehalt erschwert Dieser Gehalt kann 8% und mehr betragen und kann zu erheblichen Schwierigkeiten bei der Weiterverarbeitung des Staubes führen, Insbesondere bei Ziegeleierzeugnissen ist ein reduktionsfreier Scherben erforderlich, um die notwendige Festigkeit zu erreichen, Darüber hinaus führt ein unterschiedlicher Kohlenstoffgehalt im Flug' staub w einer unterschiedlichen Preßdichte in den

Rohlingen. Das bedingt eine unterschiedliche Grünscherbendichte. Diese führt nach dem Brand zu einer unterschiedlichen Scherbenporosität wodurch sich beträchtliche Qualitätsunterschiede des Endproduktes einstellen.

Das Herausbrennen des Kohlenstoffes aus den fertigen Ziegeln ist relativ zeit- und kostenaufwendig, da der Kohlenstoff ηιτ in geringen Mengen im Gesamtausgangsprodukt vorhanden ist und darüber hinaus bei der

so Herstellung von Ziegeln nur mit relativ geringen Temperaturen gearbeitet werden kann.

Aus der DE-AS 14 71 261 ist es bereits bekannt, bei Flugstaub, der als Zuschlagstoff für Leichtbaustoffe dienen soll, diesen zunächst unter Zusatz von Wasser zu

ss peletieren bzw. granulieren, anschließend bei Temperaturen zwischen 1204 und 13t5°C zu sintern und danach abzukühlen und auf die gewünschte Korngröße zu zerkleinern. Das Verfahren sieht vor, daß durch laufende Änderung der Zugabe von Brennstoff und

*· ■ Brennluft gemäß Restkohlenstoffanteil die Sintertemperatur konstant gehalten wird. Nachteilig und sehr kostenaufwendig ist, daß der Staub zunächst mit Hilfe von Wasser peletiert und nach dem Herausbrennen des Restkohlenstoffes wieder zerkleinert werden muß. Das Verfahren ist somit von den Betriebskosten her sehr aufwendig und im übrigen auch umständlich. Hinzu kommt daß es durch hohe Investitionskosten belastet ist, da entsprechende Maschinen und Anlagen zur

■γ ·> f> „ ^_r*t·»

26, I^ 2\3

Peletfemng und zerkleinerung vorbehalten werden! mosten. Nachteilig und &ufwendjg fo außerdem die¹ vorgesehene Verfahrensweise, nach der zwei Kenngrö-'¹ pen jeweils aufeinander abgestimmt geändert werden' müssen. Brennstoff und Brennluft müssen nämlich jeweils aufeinander abgestimmt und unter Berücksichtigung des gemessenen bzw. ermittelten Restkohlenstoffgehaltes geändert werden- Schließlich ist auch die hohe Temperatur von über 1200° C problematisch.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, das Verfahren zur Herstellung des für die Herstellung von Klinkern notwendigen Ausgangsmaterials aus Flugstaub zu vereinfachen und zu verbilligen sowie die dafür notwendigen Vorrichtungen zu schaffen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Kohlenstoff ohne weitere Vorbereitung des Rohproduktes bei Temperaturen unterhalb der Erweichungstemperatur des Staubes verbrannt wird, daß bei dem Brennprozeß die Menge der zugeführten Verbrennungsluft und die Rohstaubmenge konstant gehalten und daß bei Unterschreiten einer vorgegebenen Mindesttemperatur dem Injektor dosiert Brennstoff zugeführt wird. Dieses Verfahren läßt die bisher üblichen Teilschritte des Peletierens und Zerkleinere aus, was dadurch möglich ist, daß die spezifisch große Oberfläche des im Flugstaubes noch vorhandenen feinkörnigen Kohlenstoffes voil ausgenutzt wird. Dadurch, daß der Kohlenstoff aus dem Flugstaub herausgebrannt wird, können wesentlich niedrigere Temperaturen gefahren werden. Die Obergrenze ist mit dem Erweichungspunkt des Flugstaubes angegeben, während die Untergrenze dort liegt, wo die Zündtemperatur des Kohlenstoffes gerade noch sichergestellt ist. Die Zündung des Kohlenstoffes wird bei derartigen Temperaturen dadurch sichergestellt, daß erfindungsgemaß der Rohstaub auf 500⁰C vorgewärmt bzw. mit einer derartigen Temperatur der Verbrennung zugeführt wird. Das Verfahren ist dadurch weiter wesentlich vereinfacht, daß die Zufuhr des Rohstaubes und der Brennluft konstant bleibt, während die Verbrennungstemperatur in den vorgegebenen Grenzen pendeln kann. Fällt der Kohlenstoffgehalt so weit, daß die Temperatur entsprechend unter das vorgegebene Mindestmaß fällt, so wird dem Injektor Brennstoff dosiert zugeführt Damit entfällt die laufende Änderung von mehreren Kenngrößen. Erfindungsgemäß muß nur bei Extremwerten eine einzige Kenngröße des Verfahrens geändert werden. Vorteilhaft ist, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein praktisch kohlenstofffreier Flugstaub gewonnen wird, womit eine Glühschamotte (C-frei, wasserfrei, schwindungsarm und pulverisiert) erhalten wird, die als ideales Halbfabrikat für Ziegeleien und andere keramische Sparten, sowie als Füller für beispielsweise Beton, Mörtel, Papier und Pappe Verwendung Finden kann. Die aus einer derartigen Schamotte und Ton hergestellte Mischung ist praktisch kohlenstofffrei, so daß daraus hergestellte Ziegeln nach dem Brand ein geringes Porenvolumen aufweisen, was entscheidend für eine höhere Scherbendichte und damit für eine höhere Scherbenqualität ist.

Die Einzelheiten und weiteren Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der zu seiner Ausübung geeigneten Anlage ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung, die schematisch eine solche Anlage wiedergibt

Die in der Zeichnung wiedergegebene Anlage ist für eine Kapazität von ca. 25 t/h Flugstaub ausgelegt, der

io

15

20

25

30

35

<>o

so

55

60

es etwa $% Kohlenstoff enthält. Dieser Flugstaub wird d,er Rohgasenista'ubHngs&nlage ejnes SteinlfohlenHrsftwerkes entnommen, die nicht dargestellt ist. Per Rohstsub fließt über die Rohrleitung I der Anlage zu, Er gelangt zunächst in ejnen Bunker 2, welcher ringförmig ein Verbrennungsrohr 3 umschließt Das Fassungsvolumen dieses Bunkers ist so bemessen, daß der Flugstaub dort etwa ein bis zwei Stunden verweilt Während dieser Zeit wird er durch die heißen Gase im Verbrennungsrohr 3 auf mindestens500"C vorgewärmt

Infolge seiner Schwerkraft fließt der Rohstaub von oben nach unten durch den Bunker und gelangt nach seiner Aufheizung in den Bunkerauslauf 4 und von dort in eine Rohrleitung 5. Die Rohrleitung 5 transportiert den heißen Rohstaub in den Saugstutzen eines allgemein mit 6 bezeichneten Injektors.

Durch den Injektor strömen bei dem gewählten Zahlenbeispiel 12 000Nm³Zh vorgewärmte Verbrennungsluft;¹ die den Rohstaub mitreißen und in den unteren sich konisch erweiternden «.'eil 7 des Verbrennungsrohres 3 blasen. Infolge der konischen Erweiterung des Teiles 7 werden die Strömungsgeschwindigkeiten herabgesetzt und der Druck erhöht Hierdurch wird bewirkt daß gröbere Kohlenstoffteilchen eine längere Verwelzeit im Verbrennungsrohr 3 erhalten als die kleineren Kohlenstoffteilchen, so daß sich insgesamt ein restloser Abbrand des Kohlenstoffes ergibt

Der Querschnitt im Verbrennungsrohr 3 oberhalb des sich konisch erweiternden Teiles 7 hat einen Durchmesser von etwa 2 m, und dieser Teil ist etwa 20 m lang. Dadurch ergibt sich eine Verweilzeit des Staubes von etwa 5 see.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird so durchgeführt daß die Anfangstemperatur des Staubes bei etwa 500⁰C liegt Dadurch kommt es zu einer einwandfreien Zündung und einer restlosen Verbrennung des Kohlenstoffes. Die Verbrennungstemperatur liegt im Bereich zwischen 600 und 1000°C, wie eingang erläutert wurde.

Diese Verhältnisse im Verbrennungsrohr werden dadurch konstant gehalten, daß man die Luft und die Staubmenge nicht ändert Befinden sich 5% Kohlenstoff im Staub und werden ca. 2 kg Staub/Nm³ eingeblasen, so Stellt sich eine Endtemperatur von etwa 900°C ein. Fällt der Kohlenstoffgehalt im Rohstaub auf ca. 3% C, dann werden noch etwa 60O⁰C erreicht, die als untere Grenze für die geforderte schnelle Verbrennung angesehen werden müssen.

Sobald der C-Gehalt unter 3% absinkt muß die Temperatur zusätzlich erhöht werden. Dazu dient Kohlenstaub, der iß einem Bunker 8 bereitgehalten wird und durch eine Leitung 9 in den Injektor 6 gelangt. Die Anlage ist automatisch geregelt Deswegen wird ein Absperrorgan 10, das in die Kohlenstaubzuführungsleitung 9 eingebaut ist über einen Temperaturfühler U gesteuert, der in eine Abführungsleitung 13 eingebaut ist, die vom Verbrennungsrohr 3 ausgeht Dieser Temperaturfühler 11 regelt die Kohlenstaubzuführung zum Injektor 6 ίο, daß die Temperatur am Ausgang des Verbrennungsrohres 3 mindestens 600° C erreicht

Die Luftmenge ist mit 1 Nm³Je 2 kg Rohstaub bei 5% C so eingestellt, daß eine vollständige Verbrennung zu CO₂ erfolgt Wenn der Kohlenstoffgehalt größer als 5% wird, so verbrennt ein Teil des Kohlenstoffes nur zu CO, wodurch die Endtemperatur trotz erhöhten C-Gehaltes nicht Ober 900° C steigt

Die CO-haltigen Restgase werden bei dem in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbetspiel in einer Nachverbrennungskammer 14 zu CO₂ oxidiert.

Hierbei soll jedoeh eine Maximaltemperatur nicht überschritten werden, die zweck mäßig bei ebenfalls 1000° C liegt. Deswegen wird die Verbrennungskammer

14 mit Zusatzluft beaufschlagt. Die Zusatzluft tritt bei 15 ein und kann über ein Absperrorgan 16 gesteuert werden. Das Absperrorgan wird seinerseits von einem Temperaturfahler 1? gesteuert, der in die Abgasleitung 18 hinter der Nachverbrennungskammer 14 eingebaut ist. Das Regelofgan 14 steuert somil: die Zusatzluftmenge stets so, daß die angegebene Temperatur nicht aberschritten wird.

Bei extrem hohen C-Gehalt des Ftohstaubes. z. B. bei Gehalten von über 10% würde die Zusatzluftmenge bei

15 zu groß werden. Deshalb wird in diesen Fällen die Zufuhr von Rohstaub stark reduziert. Zu diesem Zweck ist in die Leitung 5 ein Regelorgan 19 eingebaut, das z. B. mit einem gelochten Schieber verwirklicht wird. Ein solcher Schieber ermöglicht es, die Staubdurchflußmenge sprunghaft zu reduzieren. Ein kontinuierlich absperrendes Regelorgan 19 wäre dagegen nicht betriebssicher genug, weil der heiße Staub Temperaturen von 500°C angenommen hat.

In die Abgasleitung 18 ist ein Wärmeaustauscher 20 eingebaut, über den die bei 21 einem Kompressor 22 zugeführte Verbrennungsluft vorgewärmt wird. Ein weiterer Wärmeaustauscher 23 enizieht den aus dem Wärmeaustauscher 20 austretenden Abgasen Wärme, welche einem nicht dargestellten Abhitzekessel zugeführt werden kann. Dieser liefert bei etwa 5% Kohlenstoff im Rohstaub etwa 15 t/h Sattdampf von 8 ata. Dieser Sattdampf kann zur Trocknung der Grünlinge benutzt werden, die aus der Mischung geformt sind.

Hinter dem Wärmeaustauscher 23 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Abgas auf ca.

100°C abgekühlt. Es gelangt dann in einen Zyklonabscheider 24, in dem die Hauptstaubmenge abgeschieden und einem Sammelbehälter 25 zugeführt wird. Ein weiterer Staubabscheider 26 ist bei dem dargestellten

s Ausführungsbeispiel als Schlauchfilter ausgebildet und führt über eine Leitung 27 den abgeschiedenen

Peinstaub dem Bunker 25 zu, während das entstaubte Abgas bei 28 aus der Anlage abgeführt wird. Für das Anfahren der Anlage im kalten Zustand wird

anstelle des Kohlenstaubes, der Ober das Regelorgan 10 /um Injektor 6 gelangt, zunächst Verbrennungsgas^ eingebracht, bis die Temperatur am Ausgang des Verbrennungsrohres 3 etwa 800°C erreicht hat und der Staub im Bunker 2 auf 500°C vorgewärmt ist. Hierbei bleibt das Regelorgan 19 zunächst geschlossen. Sind die angegebenen Temperaturen erreicht worden, wird die Gaszufuhr abgeschaltet, nachdem zuvor die Staubzufuhr freigegeben worden ist.

Eine weitere Möglichkeit zur Vereinfachung der Anlage besteht darin, die Kohlcnstaubzufuhr 8—10 durch eine Gaseinspeisung zu ersetzen, welche zum Anfahren der Anlage verwendet wird.

Die Ziegelherstellung kann so erfolgen, daß aus dem Flugstaub 25, abgesiebten Schmelzkammergranulat und Bindemittel eine feuchte Mischung hergestellt und hieraus die Ziegel verpreßt werden. Diese Ziegel werden nach Trocknung in einem Ofen gebrannt.

Bei dem gewählten Beispiel mit 5% C im Rohstaub beträgt die gesamte Brennzeit bei NF-Ziegeln etwa 60 h. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich eine: Verkürzung auf 20 h. Das bedeutet, daß bei gleicher Leistung der Ziegelei erfindungsgemäß der Ziegelofen nur etwa auf ein Drittel seiner Größe ausgelegt zu werden braucht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

^ WT^ ;Γ?iSrj""^'

9^(3en>: Leftiing|^|un^Zuführ ypn yorge-

und die Rbhstaubmenge^e^0
bei; UntenicHreitenJeiiiej· {^i^g^bbnen λ Miriäestte^pjsnMrStfern«ItyejctqrV(6), doi^r^^Brennstoff zjigjeführti und iderK^m^Xphjen^ff rjbisfreite ^ut^'mdieMK^iin^eihges^twrd ^

2. Verfahren nach Anspruch ί, dadurch gekennzeichneU^äaB die Yerbrennuhgstemperatur zwischen 600 und 100O⁰C Hegt

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase nachverbrannt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ro&staub vor der Verbrennung auf ca. 500⁰C vorgewärmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorwärmung des Rohstaubes die Abhitze der Rauchgasnachverbrennung verwendet ^x wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß d/e Verbrennung im aufsteigenden Luftstrom erfolgt, u'esser Geschwindigkeit so eingestellt, wird, daß gröbere Kohlenstoff teilchen ^3S taemyerbrmnm^^h^erbiind^n^ist.

8. Aniäge nach Anspruch:/, dadurch gekennzeichnet,, daß-in einer an¹ das VerbrenhHtngsrphr (3, 7} angeschlossenen Abführungsleitung (13) eine Nachverbrennungskammer (14) vorgese|iein^; ist, deren Abgasleitung (18) zu Wärmeaustauschern (20, 23) führt und daß in der Abführungsleitung der Nachverbrennungskammer (14) ein Temperaturfühler (17) angeordnet ist, der mit einem Regler zur Steuerung der Zufuhr (15) von Zusatzluft zur Nachverbrennungskammer(14) verbunden ist.

9. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (5) ein Absperrschieber (19) vorgesehen ist, dessen Schließfläche Bohrungen aufweist

10. Anlage nach Anspruch 7 oder einem der nachfolgender* Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Brennstoffzuführungsleitung (9) ein Regelorgan (10) vorgesehen ist, das über einen Temperaturfühler (11) regelbar ist, der in der Abführungsleitung (13) vor der Nachverbrennungskammer (14) angeordnet ist