DE2719347B2 - Verfahren zum Brennen von Kalk mit festem kohlenstoffhaltigem Brennstoff im Drehrohrofen - Google Patents

Verfahren zum Brennen von Kalk mit festem kohlenstoffhaltigem Brennstoff im Drehrohrofen

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    • Y02P40/40Production or processing of lime, e.g. limestone regeneration of lime in pulp and sugar mills

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Brennen von Kalk durch thermische Behandlung mittels heißer Gase im Drehrohrofen unter Gegenstromführung von Ofenatmosphäre und Beschickung, Chargierung von festem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff und Einführung sauerstoffhaltiger Gase durch den Mantel des Drehrohrofens an mehreren Stellen.
Die Herstellung von weichgebranntem Kalk mit hoher Reaktivität erfolgt zunehmend im Drehrohrofen, obwohl er gegenüber einem Schachtofen einen höheren Wärmeaufwand hat, da er eine bessere und gleichmäßigere Kalkqualität liefert. Eine weitere Forderung für solchen Kalk, der insbesondere zur Stahlerzeugung verwendet wird, ist ein geringer Schwefelgehalt. Der Schwefelgehalt stammt zum überwiegenden Teil aus dem Schwefelgehalt der verwendeten Brennstoffe. Der Schwefelgehalt des gebrannten Kalks wird in erster Linie durch die Verwendung schwefelarmer Brennstoffe niedrig gehalten, und außerdem erfolgt die Beheizung des Drehrohrofens durch Erzeugung heißer Verbrennungsgase in einem Zentralbrenner oder in Mantelbrennern oder Manteldüsen, also unter Vermeidung eines direkten Kontaktes des unverbrannten Brennstoffs mit der Beschickung (Zement - Kalk - Gips, Nr. 2, 1969, S. 75-81; FR-PS 14 87 240; US-PS 29 41 791; DE-PS 18 872).
Die Verwendung von schwefelarmen Brennstoffen, die teurer sind als schwefelreichere, belastet das Verfahren jedoch kostenmäßig, insbesondere im Hinbück auf den. höherer. Wärmeaufwand. Bei einem Drehrohrofen ist der Wärmeübergang von den Flammen und heißen Gasen der Ofenatmosphäre auf die feste Beschickung insbesondere in der Aufheizzone sehr schlecht, da der'Wärmeübergang überwiegend an der Oberfläche der Beschickung stattfindet Dadurch enthalten die Abgase eine große Wärmeenergie, die durch Verbrennung relativ teurer Brennstoffe erzeugt wird. Dies gilt auch für die Verfahren, bei denen der Schwefelgehalt des gebrannten Kalks dadurch niedrig
ic gehalten wird, daß das Brennen in neutraler oder reduzierender Atmosphäre erfolgt (DE-PS 11 08 603; CS-PS 127 978). Bei dieser Arbeitsweise besteht außerdem die Gefahr von Temperaturschwankungen und örtlichen Oberhitzungen, wenn das Sauerstoffange-
ls bot schwankt Diese Gefahr kann nur teilweise durch aufwendige Abdichtung gegen das Eindringen von Falschluft verhindert werden.
In der DE-PS 3 63 251 wird ausgeführt daß das Brennen von Kalk im gewöhnlichen Drehrohrofen den Nachteil haben soll, daß das Brenngut niemals zur Ruhe kommt und deshalb der Einwirkung der Heizgase unverhältnismäßig lange ausgesetzt werden müßte, bis die gewünschte Temperatur erreicht ist Außerdem hätte der kreisförmige Querschnitt den Nachteil, daß ein zu großer freier Ofenquerschnitt vorhanden ist und dadurch ein zu großer Verbrauch an Brennstoff entsteht Diese Übelstände sollen insbesondere bei Drehrohröfen auftreten, in denen Luft durch das Gut von der Ofenwand her durchgebissen wird. Diese Nachteile sollen dadurch vermieden werden, daß der Brennraum einen eckigen und elliptischen Querschnitt hat, das Gut bei der Dreh- oder Hin- und Herbewegung in den jeweils unten liegenden Wandungswinkeln eine Zeitlang in Ruhe bleibt und während dieser Ruhelage Luft durch Düsen in das Gut geblasen wird. Die Luft wird durch Kanäle zunächst als Kühlluft in das Gut geblasen, aus dem Reaktionsraum wieder abgezogen, in die Brennzone geleitet dort wieder abgezogen und in die Trockenzone geleitet Der feste Brennstoff wird zweckmäßigerweise erst kurz vor der Sinter- oder Garbrandzone in den Ofen aufgegeben, da sonst die wichtigen flüchtigen Bestandteile durch die vorzeitige Entgasung verloren gehen. Das Verfahren arbeitet in bezug auf die Fortbewegung und Behandlung der Beschickung schrittweise und verläßt damit das Prinzip des Drehrohrofens, nämlich eine gleichmäßige und kontinuierliche Erwärmung und Behandlung der Beschickung. Dadurch wird eine ungleichmäßige Qualität des Materials und ein schlechter Wärmeübergang bewirkt. Eine kontinuierliche und kontrollierte Temperaturverteilung ist nicht möglich, und es treten starke Entmischungserscheinungen auf. Dadurch ist die Gefahr der Ansatzbildung sehr groß.
Aus der DE-PS 4 90 000 ist ein Gleichstromverfahren
bekannt bei dem die am Beschickungsende eingeleiteten und entwickelten Gase durch den ganzen Ofen strömen und Luftzuführungsöffnungen an beliebigen Stellen des Ofens und über die ganze Länge verteilt angeordnet sind, die während der gesamten Umdrehung
Luft in den Ofen blasen.
Aus der US-PS 29 41 791 ist die Beheizung eines Drehrohrofens mittels Mantelbrennern, d. h. das Einbringen von brennbaren Stoffen in den freien Ofenraum ohne den Einsatz von festem Brennstoff bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wärmeaufwand des Drehrohrofens bei der Erzeugung eines schwefelarmen, hochreaktiven, weichgebrannten Kalks zu erniedrigen.
Die Lösung dieser Aufgabenstellung erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß fester kohlenstoffhaltiger Brennstoff in das Beschickungsende des Drehrohrofens chargiert wird, und in den Bereich des Drehrohrofens, der mit dem Auftreten zündfähiger Teilchen des festen Brennstoffes beginnt und bei maximal 50% der Ofenlänge endet, sauerstoffhaltige Gase mittels Düsensteinen in die über Düsensteinen befindliche Beschikkung und in den freien Ofenraum mittels Mantelrohren eingeblasen werden.
Der feste kohlenstoffhaltige Brennstoff wird in einer Korngröße bis zu 100 mm eingesetzt. Fester Brennstoff mit einer Korngröße unter etwa 1 mm wird erforderlichenfalls befeuchtet, um einen Austrag mit dem Abgas zu verhindern. Es werden solche Brennstoffe ausgewählt, die einen niedrigen Schwefelgehdt haben und tJie wenig SO; und SO3 freisetzen. Besonders geeignet sind feste Brennstoffe mit einem hohen Gehalt an flüchtigen Brennstoffen, wie bestimmte schwefelarme Braunkohlen. Das erste Auftreten zündfähiger Teilchen des festen Brennstoffes erfolgt im unteren Teil der abrollenden Oberfläche der Beschickung. Während des Herunterrollens der einzelnen Teilchen auf der Oberfläche des Rollbettes werden die Teilchen von den heißen Ofengasen aufgeheizt und erreichen in einem bestimmten Abstand vom Beschickungsende kurz vor dem Einziehen in das Rollbett erstmalig die Zündtemperatur. An dieser Stelle werden dann erstmalig sauerstoffhaltige Gase mittels Düsensteinen in die Beschickung geblasen. Dadurch wird erreicht, daß die zündfähigen und gezündeten Teilchen des festen Brennstoffes bei ihrem Einziehen in das kältere Innere des Rollbettes nicht wieder unter die Zündtemperatur abgekühlt werden, sonde-n im Inneren des Rollbettes weiterbrennen. Die nunmehr innerhalb der Beschickung ablaufende Verbrennung bewirkt in der Art einer Kettenreaktion die Freisetzung weiterer flüchtiger brennbarer Bestandteile und erfaßt in kurzer Zeh den gesamten Beschickungsquerschnitt Der Wärmeinhalt der flüchtigen brennbaren Bestandteile wird nunmehr voll für die Beschickung ausgenutzt und die zur Wärmeübertragung verfügbare Wärmeaustauschfläche erheblich vergrößert. In bestimmten Abständen von etwa 2,5 bis 3,5 m sind dann in dem Bereich der Aufheizzone weitere Düsensteine angeordnet Diese Abstände reichen im « allgemeinen aus, um genügend Sauerstoff in das Bett einblasen zu können ohne die Konstruktion des Ofens zu schwächen. Die Düsensteine sind an jeder Einblasstelle ringförmig in bestimmten Abständen in radialer Richtung über dem Umfang des Ofens verteilt so angeordnet, wobei die Abstände auf dem Umfang im allgemeinen ebenfalls 2,5 bis 3,5 m betragen. Durch Steuermechanismen werden jeweils nur die Düsensteine eines jeden Ringes mit sauerstoffhaltigen Gasen beaufschlagt, die sich unter der Beschickung befinden. Als sauerstoffhaltige Gase wird im allgemeinen Luft verwendet. Unter dem Ausdruck »Düsensteine« sind Gaszuföhrungsvorrichtungen 2<i verstehen, welche die Ofenwand und die feuerfeste Auskleidung des Drehrohrofens durchdringen und deren Austrittsöffnungen so in der Ebene der inneren Oberfläche der feuerfesten Auskleidung oder kurz darüber oder darunter liegen. Die Düsensteine können aus keramischen oder metallischen Werkstoffen bestehen. Die Zufuhr sauerstoffhaltiger Gase in den freien Ofenraum in der Aufheizzone erfolgt mittels Mantelrohren. Die Mantelrohre sind über die Länge des Drehrohrofens verteilt in radialer Richtung angeordnet ihre Austrittsöffnungen liegen etwa in der Mitte des Querschnittes des Ofens und sind parallel zu der Längsachse des Ofens angeordnet Die Austrittsöffnungen werden also nicht von der Beschikkung bedeckt, so daß pro Einblasstelle jeweils nur ein Mantelrohr notwendig ist
Es ist auch möglich, den mittels der Düsensteine eingeblasenen sauerstoffhaltigen Gasen brennbare schwefelarme, gasförmige Stoffe zuzusetzen. Dadurch kann der Zündvorgang vorverlegt oder beschleunigt werden. Die zugesetzten brennbaren Stoffe können dabei auch zum Teil die Rolle der brennbaren flüchtigen Bestandteile des festen Reduktionsmittels übernehmen, wenn dessen Gehalt an diesen Stoffen geringer ist
Falls der gesamte Wärmeverbrauch des Drehrohrofens aus dem in das Beschickungsende eingetragenen festen Brennstoff gedeckt wird, werden in den anschließenden Ofenteil sauerstoffhaltige Gase mittels Mantelrohren und evtL auch vom Austragsende her eingeleitet Falls in den anschließenden Teil des Drehrohrofens noch zusätzlich Brennstoff eingeführt werden muß, wird dieser mittels Mantelbrenner und/oder ein?s Zentralbrenners eingeführt Dabei können gasförmige, flüssige und feste, staubförmige Brennstoffe verwendet werden, deren Schwefelgehalt gering ist bzw. die geringe Mengen an SO2 und SO3 freisetzen.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das Einblasen von sauerstoffhaltigen Gasen mittels Düsensteinen bei einer Temperatur des festen Brennstoffes von etwa 300° C beginnt und bei einer Temperatur der Beschickung von 800—950°C endet Die untere Temperatur des festen Brennstoffes wird — wie vorhergehend beschrieben — im unteren Teil der Oberfläche des von der Beschickung gebildeten Rollbettes gemessen, d. h. kurz vor dem Einziehen der Teilchen in das Rollbett Die obere Temperatur ist die durchschnittliche Temperatur des gesamten Rollbettes der Beschickung, da bei dieser Temperatur bereits ein weitgehender Temperaturausgleich im Rollbett stattgefunden hat. Durch die Wahl dieses Temperaturbereiches wird besonders sichergestellt, daß im unteren Bereich kein Kaltblasen der Beschickung erfolgt und im oberen Bereich die Austreibung der flüchtigen Bestandteile weitgehend abgeschlossen ist.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die Temperatur der Beschickung in der Kalzinierzone auf 900—1100°C, vorzugsweise 950—10500C, eingestellt wird. Dadurch wird ein guter hochreaktiver, weichgebrannter Kalk erzeugt.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die Länge der Kalzinierzone auf mindestens 50%, vorzugsweise 55—70%, der Ofenlänge eingestellt wird. Bei dieser Länge werden besonders gute Ergebnisse in Verbindung mit einer schnellen Aufheizung erzielt. Bei einer Aufgabe der Beschickung in vorgewärmter Form kann die Länge der Kalzinierzone noch verlängert werden.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß die Aufheiüzone des Drehrohrofens wesentlich verkürzt und damit entweder die Durchsatzleistung eines gegebenen Ofens vergrößert oder bei gleichbleibender Durchsatzleistung der Ofen verkleinert wird, die Differenz zwischen der Gastemperatur und Bettemperatur auf ein Minimum herabgesetzt wird, und die Abgastemperatur ebenfalls auf ein Minimum herabgesetzt wird. Die geringere Heizraumbelastung führt zu einer Verminderung der Gefahr der Ansatzbildung und zu einer Erhöhung der Haltbarkeit der feuerfesten
Ausmauerung. Der Gesamtenergieverbrauch wird wesentlich vermindert, weil der Wärmeinhalt der flüchtigen brennbaren Bestandteile des; festen Brennstoffes weitgehend ausgenutzt wird, die Gastemperatur im freien Ofenraum und damit in den Abgasen gesenkt wird, und die unmittelbare Kohlenstoffvergasung auf der Oberfläche des Bettes durch Vermeidung des hier sonst möglichen Wärmestaues vermindert wird.

Claims (4)

Patentansprache:
1. Verfahren zum Brennen von Kalk durch thermische Behandlang mittels heißer Gase im Drehrohrofen unter Gegenstromführung von Ofenatmosphäre und Beschickung, Chargierung von festem kohlenstoffhaltigem Brennstoff zur Erzeugung mindestens eines Teiles der heißen -Gase und Einführung sauerstoffhaltiger Gase durch den Mantel des Drehrohrofens an mehreren Stellen, dadurch gekennzeichnet, daß fester kohlenstoffhaltiger Brennstoff in das Beschickungsende des Drehrohrofens chargiert wird und in den Bereich des Drehrohrofens, der mit dem Auftreten zündfähiger Teilchen des festen Brennstoffes beginnt und bei maximal 50% der Ofenlänge endet, sauerstoffhaltige Gase mittels Düsensteinen in die fiber Düsensteinen befindliche Beschickung und in den freien Ofenraum mittels Mantelrohren eingeblasen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einblasen von sauerstoffhaltigen Gasen mittels Düsensteinen bei einer Temperatur des festen Brennstoffes von etwa 3000C beginnt und bei einer Temperatur der Beschickung von 800 bis 9500C endet
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Beschickung in der Kalzinierzone auf 900 bis UOO0C vorzugsweise 950 bis 10500C, eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Kalzinierzone auf mindestens 50%, vorzugsweise 55 bis 70%, der Ofenlänge eingestellt wird.
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