DE2611239B2

DE2611239B2 - Vorrichtung zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut und Verfahren zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut unter Verwendung der Vorrichtung

Info

Publication number: DE2611239B2
Application number: DE2611239A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Polysius AG
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1976-03-17
Filing date: 1976-03-17
Publication date: 1978-09-07
Also published as: RO72705A; HU175994B; JPS52111919A; IT1115455B; MX144052A; ES456814A2; US4118176A; CH612407A5; GB1559532A; JPS594394B2; ZA77513B; CS199291B2; DE2611239C3; BR7701629A; DK91177A; JPS57106547A; FR2344507B2; YU29377A; SE7702969L; FR2344507A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, wie Zementrohmehl, mit einem Drehrohrofen und einem von den Abgasen des Drehrohrofens durchströmten, aus mehreren Zyklonstufen bestehenden Vorwärmer, wobei in die vom Drehrohrofen zur untersten Zyklonstufe führende Gasieitung eine von der folgenden Zyklonstufe kommende Gutleitung einmündet, unterhalb der Einmündung dieser Gutleitung ein den Gutstrom auslösendes Verteilerorgan angeordnet ist und unterhalb dieses Verteilerorgans die Brennstoff-Zuführung derart in die Gasleitung einmündet, daß eine sich im weis sentlichen über den ganzen Querschnitt dieser Gasleitung erstreckende, von zumindest einem wesentlichen Teil des Gutes mehr als einmal durchsetzte Brennzone gebildet wird, gemäß Hauptanmeldung P 2324565.0-45.

Bei der Herstellung von Zement, Tonerde, Kalk, Magnesit, Dolomit u. dgl. erfolgt die Wärmebehandlung des feinkörnigen Gutes häufig in der Weise, daß das Gut zunächst in einem von mehreren Zyklonen gebildeten Vorwärmer in den heißen Abgasen eines Drehrohrofens vorgewärmt wird, ehe es dann im Drehrohrofen fertig gebrannt bzw. gesintert wird. Dabei muß der größere Teil der Wärmearbeit im Drehrohrofen geleistet werden, während im Vorwärmer nur ein kleinerer Teil der Gesamt-Wärmemengeenergie auf das Gut übertragen wird. Diese Verteilung der Wärmearbeit auf Drehrohrofen und Vorwärmer ist wegen der höheren spezifischen Investitionskosten des Drehrohrofens nicht optimal.

Um den Drehrohrofen in Querschnitt und/oder Länge kleiner dimensionieren zu können, hat man bereits zwischen Vorwärmer und Drehrohrofen eine Vorbrennzone angeordnet, in der das vorerwärmte Gut möglichst hoch erhitzt wird. Das besondere Problem bei der Gestaltung einer solchen Vorbrennzone liegt darin, eine außerordentlich gleichmäßige Zufuhr des Brennstoffes zum Gut zu gewährleisten, um ein Überbrennen einzelner Gutteilchen (und alle damit verbundenen Nachteile, wie Anbackungen, Agglomeratbildungen usw.) zu vermeiden.

Bei einer bekannten Anlage wird diese Vorbrennzone durch eine von Brennern unmittelbar beheizte Wirbelschicht gebildet. Eine andere bekannte Anlage verwendet eine Brennkammer mit tangentialem Ein-

und Austritt von Gut und Brennstoff. In beiden Fällen vereinigen sich die Abgase dieser Vorbrennzone mit den Abgasen des Drehrohrofens. Der Nachteil dieser Lösungen liegt in den erheblichen Investitionskosten der Vorbrennzone, durch die ein beachtlicher Teil der am Drehrohrofen erzielten Ersparnis wieder verlorengeht.

Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung mündet in die vom Drehrohrofen zum Zyklonwärmer führende Gasleitung außer der Gutaustragsleitung der vorletzten Zyklonstufe auch eine Brennstoffzuführung sowie eine Kühlerabluftleitung ein. Auf diese Weise wird die ohnehin vorhandene Gasleitung zwischen Drehrohrofen und Zyklonwärmer zur Unterbringung der erwähnten Vorbrennzone ausgenutzt. Es hat sich hierbei allerdings herausgestellt, daß eine verhältnismäßig große Länge dieser Gasleitung erforderlich ist, um wenigstens den Hauptteil der Wärmeenergie des in diese Gasleitung zusätzlich eingeführten Brennstoffes auf das feinkörnige Gut zu übertragen, ehe dieses Gut in der untersten Zyklonstufe des Vorwärmers abgeschieden wird. Mit der Länge der Gasleitung zwischen Drehrohrofen und Zyklonvorwärmer vergrößern sich allerdings die Anlagekosten sowie der Raumbedarf beachtlich.

Bei einer weiteren bekannten Anlage ist zur Vorwärmung des Gutes ein sich nach oben erweiternder, von den Abgasen des Drehrohrofens durchströmter Schacht mit zwei nachgeschalteten Zyklonen vorgesehen. In den unteren Teil dieses Schachtes wird außerdem durch einen Brenner beheizte Kühlerabluft eingeführt. Das im ersten nachgeschalteten Zyklon abgeschiedene Gut wird in den oberen Bereich des Schachtes eingetragen, wobei unterhalb dieser Guteinführstelle ein weiterer Brenner angeordnet ist. Eine gleichmäßige Vermischung von Brennstoff und Gut im Vorwärmschacht ist bei dieser bekannten Anlage nicht gewährleistet; es besteht vielmehr die Gefahr, daß einzelne Gutteilchen zu hoch und andere zu wenig erhitzt werden.

Diese vorstehend geschilderten Mängel der bekannten Ausführungen werden beim Gegenstand des Hauptpatents dadurch vermieden, daß unterhalb der Einmündung der Gutleitung ein den Gutstrom auflösendes Verteilerorgan angeordnet ist und unterhalb dieses Verteilerorgans die Brennstoff-Zuführung derart in die Gasleitung einmündet, daß eine sich im wesentlichen über den ganzen Querschnitt dieser Gasleitungerstreckende, von zumindest einem wesentlichen Teil des Gutes mehr als einmal durchsetzte Brennzone gebildet wird.

Die Anordnung eines solchen Verteilerorgans unmittelbar unterhalb der Guteinführung und oberhalb der Brennstoff-Zuführung gewährleistet, daß sich der Brennstoff gleich bei seinem Eintritt in die Gasleitung weitgehend gleichmäßig mit den Gutteilchen mischt, so daß eine optimale Verbrennung des Brennstoffes an bzw. in unmittelbarer Nähe der einzelnen Gutteilchen erfolgt. Die Ausbildung der Brennzone über den ganzen Querschnitt der Gasleitung und das mehrfache Durchsetzen dieser Brennzone durch das Gut ergibt ferner optimale Bedingungen für eine intensive Wärmeübertragung vom Brennstoff auf das Gut.

Bei der Weiterbildung der Vorrichtung nach dem Hauptpatent hat es sich nun als wünschenswert erwiesen, die Wärmebehandlung des Gutes im Bereich dieser Vorkalzinierzone (d. h. in der Gasleitung zwischen Drehrohrofen und unterster Zyklonstufe) noch mehr zu intensivieren und auch die Gleichmäßigkeit der Wärmebehandlung aller Gutteilchen noch weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gasleitung im Bereich der Einmündung der Gutleitung sowie unterhalb dieses Bereiches eine Richtungsänderung aufweist und die Einmündung der Gutleitung in derjenigen Wand der Gasleitung vorgesehen ist, die die in ihrer Richtung umgelenkte Gasströmung auf der Strömungsaußenseite begrenzt.

Durch die starke Umlenkung der Gasströmung im unteren Bereich der vom Drehrohrofen zur untersten Zyklonstufe führenden Gasleitung verteilt sich die Gasströmung im Bereich der Umlenkung ungleichmäßig über den Leitungsquerschnitt: Im äußeren Teil des Leitungsquerschnitts liegen die Strömungsfäden der Gasströmung dicht beieinander, während der innere Teil des Leitungsquerschnitts eine strömungsmäßig »ruhige Zone« darstellt. Da nun bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Gut in den erstgenannten, von einer starken Gasströmung durchsetzten Querschnittsbereich eingetragen wird, ist ein sofortiges Mitreißen des Gutes durch die Gasströmung gewährleistet; ein »Durchschießen« des gerade eingeführten Gutes zum Drehrohrofen hin ist damit ausgeschlossen.

Auf der anderen Seite bietet der strömungsschwache Querschnittsbereich dem zunächst vom Gas erfaßten und hochgetragenen Gut eine Möglichkeit, die

jo Brennzone nochmals — nunmehr von oben nach unten -zudurchsetzen, ehe das Gut dann im untersten Teil der Gasleitung vom Gasstrom erneut erfaßt und nach erneuter Durchsetzung der Brennzone — der untersten Zyklonstufe des Vorwärmers zugeführt wird.

Die geschilderte Einführung des Gutes in die Gasleitung in einer Zone der Strömungsumlenkung ergibt damit einen besonders langen Aufenthalt der einzelnen Gutteilchen in der Vorkalzinierzone; die Gutteilchen führen im Bereich dieser Strömungsumlenkung eine Bewegung aus, die man bildlich als »Kalzinierschleife« bezeichnen kann. Man erreicht dadurch bei geringstem Wärmebedarf sehr hohe Vorkalzinierungs- bzw. Entsäuerungsgrade des Rohmaterials sowie eine besonders gleichmäßige Wärmebehandlung des Gutes, das dem Drehrohrofen aus den Zyklonen der untersten Zyklonstufe zugeführt wird.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden im folgenden anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III der Fig. 1.

Die zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, wie Zementrohmehl, dienende Anlage enthält einen

ω (nur teilweise veranschaulichten) Vorwärmer 1 sowie einen Drehrohrofen 2 (gleichfalls nur abgebrochen dargestellt). Der Vorwärmer 1 besteht aus mehreren Zyklonstufen, von denen in der Zeichnung lediglich die beiden untersten Zyklonstufen 3 und 4 dargestellt sind. Dabei besteht die Zyklonstufe 3 aus den Zyklonen 3a und 3b und die Zyklonstufe 4 aus einem einzigen, zentral angeordneten Zyklon, in den die Gasleitungen 5a, Sb der Zyklone 3a, 3b von entgegenge-

setzten Seiten her tangential einmünden.

Die Verbindung zwischen dem Drehrohrofen 2 und den Zyklonen 3a, 3b der untersten Zyklonstufe 3 wird durch eine Gasleitung 6 gebildet, die im wesentlichen aus folgenden Zonen besteht:

Einer an den Drehrohrofen 2 anschließenden ersten Zone 7, die die Gasströmung in eine etwa vertikale Richtung umlenkt;
eine die Gasströmung noch weiter umlenkende zweite Zone 8,

eine anschließend im wesentlichen gerade unter einer Neigung α von 60 bis 70°, vorzugsweise etwa 65°, gegenüber der Horizontalen verlaufende dritte Zone 9,

eine vierte Zone 10, die aus zwei mit mehrfacher Richtungsänderung zu den beiden Zyklonen 3a, 3b der untersten Zyklonstufe 3 führenden Teilleitungen 10a, 10b besteht.
In die Gasleitung 6 mündet - etwa an der Übergangsstelle von der Zone 8 zur Zone 9 - die Gutleitung 11 des Zyklons der zweituntersten Zyklonstufe 4 ein. Die Gutleitungen 12a, 12b der Zyklone 3a, 3b der untersten Zyklonstufe 3 münden in den untersten Bereich der Zone 7 der Gasleitung 6 ein.

Unterhalb der Einmündung der Gutleitung 11 in die Gasleitung 6 befindet sich ein Verteilerorgan 13, das als einstellbare Verteilerplatte ausgebildet ist. Dieses Verteilerorgan 13 befindet sich damit für die umgelenkte Gasströmung in der äußeren Hälfte des Leitungsquerschnitts.

Etwas t'efer als das Verteilerorgan 13 und gleichfalls in der für die umgelenkte Gasströmung äußeren Hälfte des Leitungsquerschnitts sind zwei Brenner 14 angeordnet, die eine sich im wesentlichen über den ganzen Querschnitt der Gasleitung 6 erstreckende Brennzone bilden. Zusatzbrenner 15 können etwas höher als das Verteilerorgan 13 und im mittleren Bereich des Leitungsquerschnitts angeordnet sein.

Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, ist die Einmündung der Gutleitung 11 in die Gasleitung 6 in derjenigen Wand der Gasleitung vorgesehen, die die in ihrer Richtung umgelenkte Gasströmung auf der Strömungsaußenseite begrenzt.

Die Gasleitung 6 weist in der dritten Zone 9 einen etwa quadratischen Querschnitt auf, wobei die Länge dieser gerade verlaufenden dritten Zone 9 den 2,5-bis 4,5-, vorzugsweise den 3- bis 3,5fachen Wert der lichten Querschnitts-Kantenlänge beträgt.

Die Länge der Gasleitung 6 - gemessen vom Brenner 14 bis zum Eintritt in die Zyklone 3a, 3b der untersten Zyklonstufe 3 - beträgt etwa 25 bis 35 m.

Die Gasgeschwindigkeit in der Gasleitung 6 wird mit etwa 12 bis 20 m/s, vorzugsweise 15 bis 17 m/s.

gewählt. Die Gutkonzentration in der Gasleitung 6 beträgt zweckmäßig 200 bis 450 g/m³, vorzugsweise 250 bis 300 g/m³.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Anlage in dem hier interessierenden Bereich der Gasleitung 6 ist damit folgendermaßen:

Die Abgase der Drehrohrofens 2 durchsetzen die Gasleitung 6 etwa in Richtung der mit den Pfeilen 16 gekennzeichneten Strömungslinien. Man erkennt, wie sich insbesondere im Bereich der zweiten Zone 8 der Gasleitung 6 durch die Strömungsumlenkung die Strömungsfäden in der äußeren Hälfte des Leitungsquerschnitts stärker zusammendrängen als in der inneren Hälfte. Die Gasströmung legt sich gewissermaßen an die die Strömungsaußenseite begrenzende Wand der Gasleitung an.

Das in der Zyklonstufe 4 abgeschiedene, vorge wärmte Gut tritt über die Gutleitung 11 in die Gaslei tung 6 ein. Das Verteilerorgan 13 sorgt hierbei fü

■20 eine rasche und weitgehende Auflösung des eingeführten Gutstromes. Da das auf diese Weise verteilte Gut sogleich in den Bereich der intensivsten Gasströmung gelangt, wird die bei 17 angedeutete Gutwolke vom Gasstrom mit nach oben gerissen, wobei es die vom Brenner 14 (und evtl. von den Zusatzbrennern 15) gebildete Brennzone ein erstes Mal durchsetzt. Ein erheblicher Teil des Gutes fällt jedoch in der ge rade verlaufenden Zone 9 der Gasleitung wieder aus (angedeutet bei 18), da sich die Gasströmung nach

jo erfolgter Umlenkung wieder annähernd gleichmäßig über den ganzen Leitungsquerschnitt verteilt, was eine Verringerung der mittleren Gasgeschwindigkeit mi sich bringt. Dieses aus dem Gasstrom abgeschiedene Gut bewegt sich im strömungsarmen Querschnittsbereich, vorwiegend an der in Fig. 1 rechten Wand de: Gasleitung 6 nach unten und gelangt bei 20 in dei Zone 7 erneut in die Gasströmung. Mit dieser Gas strömung durchsetzt das Gut erneut die Brennzone und gelangt schließlich - sofern es die erwähnte Kalzi· nierschleife nicht mehrmals durchläuft - in die Zy klone 3a und 3b, aus denen es dann über die Gutleitungen 12a und 12b in den Drehrohrofen geführ wird.

Die obige Beschreibung dürfte erkennen lassen, wie durch die Umlenkung der Gasströmung im unterer Bereich der zwischen Drehrohrofen und Zyklonvor wärmer vorhandenen Gasleitung sowie durch die Ar der Einführung des vorgewärmten Gutes in diese Gasleitung und durch die Anordnung der Brennzonc in dieser Gasleitung ein außerordentlich langer Auf enthalt des Gutes in dieser Vorkalzinierungszone unc damit ein hoher, gleichmäßiger Entsäuerungsgrad de; Rohmaterials vor Eintritt in den Rohrofen erreich wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, wie Zementrohmehl, mit einem Drehrohrofen und einem von den Abgasen des Drehrohrofens durchströmten, aus mehreren Zyklonstufen bestehenden Vorwärmer, wobei in die vom Drehrohrofen zur unteresten Zyklonstufe führende Gasleitung eine von der folgenden Zyklonstufe kommende Gutleitung einmündet, unterhalb der Einmündung dieser Gutleitung ein den Gutstrom auflösendes Verteilerorgan angeordnet ist und unterhalb dieses Verteilerorgans die Brennstoff-Zuführung derart in die Gasleitung einmündet, daß eine sich im wesentlichen über den ganzen Querschnitt dieser Gasleitung erstrekkende, von zumindest einem wesentlichen Teil des Gutes mehr als einmal durchsetzte Brennzone gebildet wird, gemäß Hauptanmeldung P 2324565.0-45, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitung (6) im Bereich der Einmündung der Gutleitung (11) sowie unterhalb dieses Bereiches eine Richtungsänderung aufweist und die Einmündung der Gutleitung (11) in derjenigen Wand der Gasleitung (6) vorgesehen ist, die die in ihrer Richtung umgelenkte Gasströmung auf der Strömungsaußenseite begrenzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitung (6) eine an den Drehrohrofen (2) anschließende, die Gasströmung in eine etwas vertikale Richtung umlenkende erste Zone (7) enthält, eine die Gasströmung noch weiter umlenkende zweite Zone (8), eine anschließend im wesentlichen gerade unter einer Neigung von 60 bis 70°, vorzugsweise etwa 65°, gegenüber der Horizontalen verlaufende dritte Zone (9) sowie eine vierte Zone (10), die aus zwei mit mehrfacher Richtungsänderung zu den beiden Zyklonen (3a, 3b) der untersten Zyklonstufe (3) "führenden Teilleitungen (10a, Wb) besteht.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einmündung der Gutleitüng (11) in der zweiten Zone (8) der Gasleitung (6) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1. und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitung (6) in der dritten Zone (9) einen etwa quadratischen Querschnitt aufweist und die Länge der dritten Zone den 2,5- bis 4,5-, vorzugsweise den 3- bis 3,5fachen Wert der lichten Querschnitts-Kantenlänge beträgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch eine einstellbare Verteilerplatte gebildete Verteilerorgan (13) in der für die umgelenkte Gasströmung äußeren Hälfte des Leitungsquerschnitts angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Brenner (14) etwas tiefer als das Verteilerorgan (13) und gleichfalls in der für die umgelenkte Gasströmung äußeren Hälfte des Leitungsquerschnitts angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Zusatzbrenner (15) etwas höher als das Verteilerorgan (13) und im mittleren Bereich des Leitungsquerschnitts angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Gasleitung (6) — gemessen von dem unterhalb des Verteilerorgans (13) angeordneten Brenner (14) bis zum Eintritt in die Zyklone (3a, 3b) der untersten Zyklonstufe (3) - etwa 25 bis 35 m beträgt.

9. Verfahren zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, wie Zementrohmeht unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasgeschwindigkeit in der Gasleitung 12 bis 20 m/s, vorzugsweise 15 bis 17 m/s, beträgt.

10. Verfahren zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, wie Zementrohmehl nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gutkonzentration in der Gasleitung 200 bis 450 g/m³, vorzugsweise 250 bis 300 g/m³, beträgt.