DE2835009C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Brenner einer Drehrohrofen-Wärmetauscher-Anlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Zementklinker in einer Drehrohrofen, wobei die inneren thermischen Betriebszustände des Drehrohrofens durch Regulierung der Brennstoffzufuhr nach Maßgabe der Leistungsaufnahme des Antriebsmotors des Drehrohrofens eingestellt werden.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Für die Erzeugung eines Zementklinkers gleichbleibender Qualität ist es erforderlich, das Rohmehl eine; genau definierten Wärmebehandlung zu unterwerfen, damit bestimmte physikalisch-chemische Umwandlungsvorgänge ablaufen. Dies erfordert in Abhängigkeit von Teilchengröße und Zusammensetzung des Rohmehls die genaue Einstellung der Verweilzeiten in den Temperaturzonen des Wärmetauschers und des Drehrohrofens, insbesondere der Sinterzone.

Im praktischen Betrieb derartiger Drehrohrofen-Wärmetauscher-An!agen stellen sich trotz Homogenisierung in umfangsreichen Mischbett- und Siloanlagen, insbesondere bei einem Halden-Silowechsel, mengen- und zusammensetzungsmäßige Schwankungen der Rohmehlaufgabe zum Wärmetauscher ein. Als Folge hiervon treten Störungen der Ofenverhältnisse dadurch ein, daß sich die einzelnen Temperaturzonen in Richtung auf das Materialaustragsende des Drehrohrofens hin verschieben, wodurch sich die Sinterzone entsprechend verkürzt. Diese Verkürzung der Sinterzone hat eine nachteilige Veränderung bestimmter Qualitätsstandards des Zementklinkers, wie zum Beispiel des Gehalts an freiem CaO zur Folge, welcher kleiner als 1% sein sollte.

Derartige Veränderungen der Ofenverhältnisse, insbesondere der Länge der Sinterzone, können durch eine Analyse des ausgetragenen Zementklinkers nach Veränderung der Leistungsaufnahme des Drehrohrofen-

Antriebs festgestellt werden.

Eine meßtechnische Erfassung von Rohmehlmenge und -zusammensetzung auf indirektem Wege über Hilfsgrößen, wie Druck- und Temperaturmessungen sowie Gasanalysen im Bereich des Ofeneinlaufs, um auf diese Weise Ausgangswerte für die Einstellung stabiler Ofenverhältnisse zu gewinnen, bereitet wegen hoher Temperaturen und starken Staubanfalls erhebliche Schwierigkeiten. In diesem Bereich installierte toeßeinrichtungen würden demzufolge nur während einer verhältnismäßig kurzen Zeit ihre Funktion erfüllen können. Schwankende Staubdichten und Staubkreisläufe, insbesondere durch Sulfat- und Chloridverbindungen alkalischer Bestandteile des Rohmehls, im Bereich des Wärnietauschers und des Drehrohrofens lassen außerdem kein für eine Regelung geeignetes aussagekräftiges Meßergebnis zu. Weder die Menge noch die Zusammensetzung des in den Drehrohrofen gelangenden Rohmehles können durch derartige Messungen zuverlässig

M über einen längeren Zeitraum mit hinreichender Genauigkeit bestimmt werden. Beim Nünnalverf ahren der Zementherstellung tritt als weitere unbekannte Größe der Kalzinationsgrad des in den Drehrohrofen gelangendes Rohmehles auf. Veränderungen des Kalzinationsgrades im Vorwärmer lösen entsprechende Verkürzungen oder Verlängerungen der Sinterzone aus und sind damit entscheidend für die Qualität des Zementklinkers.

Aus diesen Gründen ist mehrfach versucht worden, eine befriedigende Lösung der oben aufgezeigten technischen Probleme herbeizuführen.

In der US-Patentschrift 34 69 828 wird eine Zementanlage mit einem langen Drehrohrofen beschrieben, dem kaltes Rohmaterial in den Ofeneinlauf zugegeben wird. Der Drehrohrofen wird von einem Motor mit einer vorbestimmten konstanten Drehzahl angetrieben. Das Drehmoment des Antriebsmotors wird gemessen und die Meßgröße über eine Signalleitung einem Kontrollsystem aufgeschaltet In das Kontrollsystem werden außerdem über eine Signalleitung c^;.e von einem Temperaturmeßgerät kommenden Temperatursignale eingeleitet; ferner wird über ein O2-Meßgerät und über eine Signalleitung der Sauerstoffgehalt der Ofenabgase als Meßgröße dem Kontrollsystem aufgegeben. In dem Kontrollsystem werden anschließend die verschiedenen Meßwerte so aufbereitet, daß über eine weitere Signalleitung die Menge der den Ofenbrennern zugeführten Brennstoffe eingestellt wird.

Dieses Kontrollsystem hat entscheidende Nachteile. So lassen sich schnell ändernde Vorgänge im Drehrohrofen nicht erfassen, da das Kontrollsystem äußerst träge ist; darüber hinaus sind die im Ofen angeordneten Meßgeräte zur Feststellung der Gastemperaturen und der O₂-Gehalte im Ofenabgas an extrem staubhaltigen Stellen angeordnet, so daß durch Staubablagerüngen an den Meßgeräten die Meßergebnisse in einem hohen Ausmaß verfälscht werden. Das mit falschen Meßdaten arbeitende Kontrollsystem muß zwangsläufig falsche Stellgrößen an die Drehrohrofen-Brenner geben, wodurch der innere thermische Zustand des Drehrohr-

6Q ofens auf keinen Fall den optimalen Werten entsprechen kann.

Die DE-AS 20 63 912 befaßt sich mit einer Meßeinrichtung zum Bestimmen der inneren Betriebszustände eines Drehrohrofens. Die Trägheit des Kontrollsystems gemäß der US-PS 34 69 828 soll dadurch beseitigt werden, daß ein vom Antriebsmotor des Drehrohrofens kommendes Signal von einem Rechner über ein Zeitintervall integriert wird, das etwa einer Umdrehung des

Ofens entspricht und wobei das integrierte Signal in einem bestimmten, dem Integrationszeitraum entsprechenden Abstand abgegeben wird. Diese Meßeinrichtung ist aufgrund ihres speziellen Aufbaus möglicherweise in der Lage, die sich ändernden inneren thermischen Zustände des Drehrohrofens durch Veränderungen der den Ofenbrennern zugeführten Brennstoffmengen anzupassen. Es ist jedoch nicht zu übersehen, daß diese bekannten Meßgeräte äußerst kompliziert aufgebaut und, gemessen an den rauhen Betriebsbedingungen solcher Zementanlagen, viel zu anfällig sind, eine hohe Ausfallwahrscheinlichkeit haben und damit die betriebliche Verfügbarkeit solcher Zementanlagen ganz erheblich beeinträchtigen.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Zementklinker zu schaffen, welches trotz mengen- und zusammensetzungsmäßiger Schwankungen der Rohmehlaufgabe stabile Ofenverhältnisse bezüglich der Ausdehnung der unterschiedlichen Temperaturzone, insbesondere der Sinterzone, gewährleistet und ein Austrsgsprodukt von einstellbarer gleichbleibender Qualität hervorbringt

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer aus Drehrohrofen und Wärmetauscher mit Zusatzbrenner bestehenden Zementanlage mittels der Leistungsaufnahme des Drehrohrofen-Antriebs die Brennstoffzufuhr zum Wärmetauscher geregelt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt durch eine Veränderung der Brennstoffzufuhr zum Wärmetauscher einen Regeleingriff, der seine Wirkung wesentlich schneller entfalten kann als dies lediglich bei einer Veränderung der Brennstoffzufuhr zum Drehrohrofen der Fall ist Einer beispielsweise durch eine Verringerung der Leistungsaufnahme des Drehrohrofens indizierten Veränderung der Sinterzonenlänge, welche durch Veränderungen der Rohmehlaufgabe, jedoch auch durch Veränderungen des Heizwertes der eingesetzten Brennstoffe und/oder deren Zusammensetzung, hervorgerufen werden kann, wird bereits im Wärmetauscher durch eine Erhöhung der Brennstoffzufuhr entgegengewirkt Im Falle einer Erhöhung beziehungsweise Erniedrigung der Brennstoffzufuhr lediglich zum Drehrohrofen wird diese Gegensteuerung erst nach einem relativ langsamen Ablauf entsprechender Temperaturänderungen des Drehrohrofens wirksam. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet somit die Möglichkeit, aufgrund eine.· wesentlichen geringeren regelungstechnischen Trägheit, auch bei Schwankungen der Rohmehlmenge und -zusammensetzung stabile Ofenverhältnisse zu gewährleisten, so daß sich innerhalb bestimmter Toleranzgrenzen eine gleichmäßige Zementklinkerqualität ergibt
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden ca. 10 bis 20%, vorzugsweise 15% der gesamten Brennstoffzufuhr zur Drehrohrofen-Wärmetauscher-Anlage im Bereich des Wärmetauschers zugeführt Eine derartige quantitative Aufteilung der Brennstoffströme hat sich als praktisch sinnvoll erwiesen.
Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist schematisch an Hand der Zeichnung dargestellt.

Man erkennt einen Drehrohrofen 1, dem ein aus den Zyklonen 2, 3, 4 und 5 bestehender Wärmetauscher 6 vorgeschaltet ist. Die Zyklone stehen über Gaskanäle 7 und Rohmehlaustragsleitungen 8 untereinander in Verbindung, wobei df.r Gaskanal T und die Rohmehlaustragsleitung 8' unmittelbar an die Ofeneinlaufkammer 9 angeschlossen sind. Das .t'agas verläßt den obersten Zyklon über einen Gaskanal 10 und ein Elektrofilter 11.

wobei der hier gesammelte Staub dem durch den Wärmetauscher geförderten Materialstrom in an sich bekannter Weise wieder zugemischt werden kann. Die Rohmaterialaufgabe erfolgt über einen Aufgabetrichter IZ

Der Drehrohrofen 1 ist auf jeweils zwei Laufringen 13,14 und Laufrollen 15 und 16 gelagert und steht über einen Zahnkranz 17 und ein Ritzel 18 mit einem Antrieb 19 in Verbindung. Zur Aufnahme der Axialkräfte ist einer der Lauf ringe gleichzeitig als Axiallager ausgebildet Der Antrieb 19 ist mit einem Meßgerät 19' zur kontinuierlichen Erfassung der Leistungsaufnahme ausgerüstet
Die Brennstoffzufuhr zur Durchführung des thermisehen Prozesses erfolgt über einen Brenner 20 des Drehrohrofens 1 und einen Brenner 21 des Wärmetauschers 6, welcher in der Wandung de? Gaskanals T angeordnet ist Aus Gründen der zeichnerischen Einfachheit ist auf die Darstellung der Brennstoff- und Luftversorgungsleitungen bei beiden Brennern 20 und 21 verzichtet worden.

Das über den Aufgabetrichter 12 zugeführte Rohmehl durchläuft die einzelnen Zyklone und erfährt aufgrund des intensiven Wärmeaustausches mit den aufsteigenden heißen Abgasen des Drehrohrofens 1 und den Verorennungsgasen des Brenners 21 eine Vorwärmung und eine teilweise Kalzination. Die vollständige Kalzination findet im Drehrohrofen 1 statt An die Kalzination schließt sich die Sinterung an, so daß sich im Drehrohrofen 1, abgesehen von einer Übergangszone, im wesentlichen zwei Zonen ausbilden, nämlich eine Kalzinationszone 22 und eine Sinterzone 23. Dabei ist die axiale Erstreckung der Sinterzone 23 maßgeblich für die Leistungsaufnahme des Antriebes 19. Das den Drehrohrofen 1 verlassende Sintergut wird anschließend in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Kühler gekühlt

Über eine Signalleitung 24, welche das Meßgerät 19' mit einem Regelbaustein 25 verbindet, wird ein der Leistungsaufnahme des Antriebes 19 entsprechender Meßwer* erfaßt, wobei ein Vergleich mit einem Sollwert für die Leistungsaufnahme vorgenommen wird.
Als Regelbaustein 25 kann ein beliebiges Regelsystem dienen, welches in irgendeiner Weise nach Art einer Festwert-Regelung auf der Grundlage eu.er Istwert-Erfassung einen Istwert-Sollwert-Vergleich vornimmt und ein der Istwert-Sollwert-Differenz entsprechendes Ausgangssignal liefert Dabei ist dieser Sollwert selbstverständlich abhängig von der Gesamtauslastung der Drehrohrofen-Wärmetauscher-Anlage.

Der Meßwert für dit Leistungsaufnahme des Antriebes 19 zeigt eine bestimmte Länge der Sinterzone 23 ar.. Entsprechend wird bei Abweichungen des gemessenen Wertes der Leistungsaufnahme vom Sollwert die Brennstoffzufuhr zu den Brennern 20 und ?J oder rum Brenner 21 erhöht, beziehungsweise erniedrigt.

Die quantitative Aufteilung der Brennstoffströme zu den Brennern 20 und 21 kann entsprechend dem Zeitverhalten der aus Drehrohrofen und Wärmetauscher bestehender Regelstrecke und entsprechend den gewünschten Anteilen des Wärmetauschers und des Drehrohrofens an der Wärmebehandlung des P.ohmehls jeweils den Erfordernissen des Einzelfalles angepaßt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   I. Verfahren zur Herstellung vor. Zementklinker in einem Drehrohrofen, wobei die inneren thermischen Betriebszustände des Drehrohrofens durch Regulierung der Brennstoffzufuhr nach Maßgabe der Leistungsaufnahme des Antriebsmotors des Drehrohrofens eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer aus Drehrohrofen und Wärmetauscher mit Zusatzbrenner bestehenden Zementanlage mittels der Leistungsaufnahme des Drehrohrofen-Antriebs die Brennstoffzufuhr zum Wärmetauscher geregelt wird.
2. 2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 10 bis 20%, vorzugsweise 15% der gesamten Brennstoffzufuhr der Drehrohrofen-Wärmetauscher-Anlage im Bereich des Wärmetauschers erfolgt
3. 3. VorricTiiiang zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Drehrohrofen-Wärmetauscher-Anlage (1, 6), wobei der Wärmetauscher (6) mit regelbaren Brennern (2) und der Antrieb (19) des Drehrohrofens mit einem Meßgerät (19') zur Erfassung der Leistungs-Stromaufnahme ausgerüstet sh»d, welches Meßgerät über einen Regelbaustein (25) mit den Brennern (21) des Wärmetauschers (6) in Verbindung steht