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Die
Erfindung betrifft eine Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zum
Brennen von pulverförmigem
Rohmaterial in einer Anlage mit einem parallel arbeitenden, mehrstufigen
Zyklonvorwärmer mit
einem Ofenstrang und einem einen Kalzinator aufweisenden Kalzinatorstrang,
einem Ofen und einer Kühleinheit
zum Kühlen
des gebrannten Materials mittels Luft, von der ein Teilstrom als
Sekundärluft durch
den Ofen und weiter in den Ofenstrang strömt und ein anderer Teilstrom
als Tertiärluft
den Kalzinator des Kalzinatorstrangs zugeführt wird und weiter in den
Kalzinatorstrang strömt,
wobei aufgegebenes Rohmaterial im Ofen- und Kalzinatorstrang vorerwärmt, danach
kalziniert und schließlich
im Ofen gesintert wird.
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Aus
dem bekannten Stand der Technik ist die
AT 346 753 B bekannt, die
ein Verfahren und eine Anlage der vorerwähnten Art offenbart. Die Aufgabe
der hierin geoffenbarten Erfindung besteht vornehmlich in der Schaffung
eines verbesserten Verfahrens zur Reduzierung der Verunreinigungskonzentrationen
in den Zyklonen und Steigleitungen und folglich in einer Reduzierung
der Gefahr von Verstopfungen. Gemäß dieses bekannten Verfahrens
wird das zu behandelnde Rohmaterial am oberen Ende der Vorwärmerstränge eingeführt, anschließend im
Kalzinator kalziniert und schließlich in den Ofen zur Sinterung
eingeführt,
wobei mindestens ein Teil des aus dem Kalzinatorstrang stammenden
Materialstroms dem unteren Zyklon des Ofenstrangs vor der Einführung in
den Kalzinator zugeführt
wird.
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Neben
den oben dargelegten Betriebserfordernissen sollte ein Verfahren
zum Brennen pulverförmiger
Rohmaterialien auch einen geringen Wärmeverbrauch und im Hinblick
auf eine möglichst
niedrige Umweltbelastung eine geringe Schadstoffemission so wie
insbesondere eine geringe Stickoxidemission (NOx)
gewährleisten.
Diese Forderungen sind aber gerade bei dem aus dem Stand der Technik bekannten
Verfahren und Ans lage keineswegs befriedigend erfüllt.
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Aufgabe
der Erfindung ist nun die Schaffung einer Anlage zur Durchführung eines
Verfahrens der eingangs genannten Art, dessen Durchführung mit einem
geringen Wärmeverbrauch
möglich
ist und bei dem geringe Schadstoffemissionen und insbesondere geringe
Stickoxidemissionen auftreten.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, dass der direkt durch den Ofen geleitete
Teilstrom in einen den Ofenstrang zugeordneten, wenigstens vom Materialstrom des
Kalzinatorstranges beschickten Kalzinator geleitet wird, in dessen
unteren, dem Eintritt des Teilstroms zugekehrten Bereich Brennstoff
zugeführt wird
und in dessen oberen Teil oberhalb der Brennstoffzuführung ein
weiterer von der Kühlereinheit
abgeleiteter Teilstrom als Tertiärluft
eingeführt
wird, und dass in den mit dem Gesamtmaterialstrom beschickten Kalzinator
des Kalzinatorstranges oberhalb der Einmündung des Tertiärluft-Teilstroms
Brennstoff in zwei im Abstand übereinanderliegenden
Ebenen zugeführt
wird.
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Der
Vorteil dieses Verfahrens ist zum einen ein geringer Wärmeverbrauch,
der einen geringen Brennstoffeinsatz bedeutet, so dass dadurch geringe Schadstoffemissionen
auftreten. Desweiteren werden die bei der Verbrennung im Ofen thermisch
entstehenden Stickoxide (NOx) im Ofen und
nachfolgenden Kalzinator im Ofenstrang durch Schaffen von Strecken
mit reduzierender Atmosphäre
vermindert. Durch anschließende
Zugabe von vorgewärmter
Verbrennungsluft von der Kühleinheit
wird gewährleistet, dass
noch eine vollständige
Verbrennung restlos stattfinden kann. Durch die Einführung von
Brennstoff in den Kalzinator des Kalzinatorstrangs in zwei im Abstand übereinander
liegenden Ebenen werden die im Kalzinator entstehenden Temperaturspitzen durch
eine gestufte Verbrennung gesenkt, was zu einer Vermeidung der Schadstoffbildung
führt.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den
Unteransprüchen
2 bis 7 gekennzeichnet.
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Die
Erfindung betrifft eine Anlage zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens
mit einem parallel arbeitenden, mehrstufigen Zyklonvorwärmer mit
einem Ofenstrang und einem Kalzinator aufweisenden Kalzinatorstrang,
einem Ofen und einer Kühleinheit
mit einer Leitung zur Aufteilung der Abluft der Kühlereinheit
und zur Weiterleitung eines Teilstromes im Ofen und eines anderen
Teilstromes in den Kalzinatorstrang. Die Anlage ist gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, dass am unteren Ende des Ofenstranges ein
Kalzinator angeordnet ist, in dessen unterem Teil eine Zufuhrleitung
für den
durch den Ofen geleiteten Teilstrom einmündet und in dessen der Einmündung der
Zufuhrleitung zugekehrten Bereich ein Brenner in einer oberhalb
der Einmündung der
Zufuhrleitung liegenden Ebene vorgesehen ist, dass eine Zuleitung
für einen
weiteren Tertiärluft-Teilstrom
von der Kühlereinheit
zum Kalzinator.des Ofenstrangs vorgesehen ist, die in den oberen
Teil des Kalzinators oberhalb des Brenners einmündet und dass der Kalzinator
des Kalzinatorstranges oberhalb der Einmündung der TertiärluftTeilstromleitung in
zwei im Abstand übereinander
liegenden Ebenen mit mindestens je einem Brenner ausgestattet ist.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Anlage gemäß der Erfindung sind in den
Unteransprüchen
9 bis 11 gekennzeichnet.
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In
der Zeichnung wird der Gegenstand der Erfindung an Hand von zwei
Ausführungsformen schematisch
näher veranschaulicht,
worin 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform
einer erfindungsgemäß gestalteten
und arbeitenden Anlage und 2 eine schematische Ansicht
einer zweiten Ausführungsform
einer erfindungsgemäß gestalteten
und arbeitenden Anlage zeigen.
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Das
Brennen von pulverförmigem
Rohmaterial geschieht in einer Anlage (1), die
aus einem parallel arbeitenden mehrstufigen Zyklonvorwärmer, aus
jeweils einem Kalzinator Ca1; Ca2 in jedem Strang, einem Ofen K
und einer Kühlereinheit
C steht. Der Ofenstrang wird von Prozessgasen, die vom Ofen K und
dem Kalzinator Ca2 kommen, durchströmt, während der Kalzinatorstrang
von den Prozessgasen, die aus dem Kalzinator Ca1 kommen, durchströmt wird.
Im Kalzinator Ca1 des Kalzinatorstranges findet die Hauptentsäuerung statt.
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Das
pulverförmige
Rohmaterial wird zu 40 % bis 100 % in die oberste Stufe K1 bei Ik
des Ofenstranges und zu 0 % bis 60 % in die oberste Stufe C1 bei
Ic des Kalzinatorstranges aufgegeben. In dieser obersten Stufe K1
des Ofenstranges findet der Wärmeaustausch
des kalten pulverförmigen
Rohmaterials mit den heisseren Prozessgasen aus der darunterliegenden
Stufe K2 des Ofenstranges statt. Die Temperatur des pulverförmigen Rohmaterials
wird dabei erhöht,
die des Prozessgases dabei vermindert. Nach dem Wärmeaustausch
mit dem Prozessgas des Ofenstranges gelangt das pulverförmige Rohmaterial
gemeinsam mit dem Prozessgas in den Zyklonabscheider der obersten
Stufe K1, wo es vom Gasstrom getrennt wird und gemeinsam mit dem
für die
oberste Stufe C1 des Kalzinatorstranges frisch aufgegebenen pulverförmigem Rohmaterial
in die gleiche Stufe C1 des Kalzinatorstranges gelangt.
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In
dieser Stufe findet ein Wärmeaustausch zwischen
dem gesamten (= 100 %) pulverförmigen Rohmaterial
und den Prozessgasen der darunter liegenden Stufe C2 des Kalzinatorstangs
statt. Bis zum Eintritt in den Ofen K wechselt das pulverförmige Rohmaterial
zwischen dem Ofen- und Kalzinatorstrang. Das pulverförmige Rohmaterial
durchläuft
dabei die Stufen von oben nach unten, bis es in den Kalzinator Ca2
des Ofenstranges gelangt. Im Kalzinator Ca2 des Ofenstranges findet
eine Vorentsäuerung des
pulverförmigen
Rohmaterials statt, das dann über
den Zyklonabscheider der untersten Stufe K4 im nachfolgenden Kalzinator
Ca1 des Kalzinatorstrangs fast vollständig entsäuert wird. Im Zyklonabscheider der
untersten Stufe C4 des Kalzinatorstrangs wird dann das pulverförmige Rohmaterial
vom Gasstrom getrennt und über
den Ofeneinlauf KI in den Ofen K aufgegeben. Im Ofen K wird das
pulverförmige
Rohmaterial fertig gebrannt. Im nachgeschalteten Kühler C wird
der dabei entstandene heisse Zementklinker durch Kühlluft abgekühlt, die
sich dabei erwärmende Kühlluft wird
als Verbrennungsluft für
den Ofenbrenner am Ofenkopf KH, für die Kalzinatorbrenner im Kalzinator
Ca1 des Kalzinatorstranges und im Kalzinator Ca2 des Ofenstrangs
verwendet.
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Die
Prozessgase werden in parallelen Strängen geführt. Die durch den Ofen K,
Kalzinator Ca2 des Ofenstrangs und Zyklon-vorwärmerstufen K4 bis K1 des Ofenstrangs
strömenden
Gase wer-den von einem Gebläse
Fk und die durch den Kalzinator Ca1 des Kalzinatorstrangs und Zyklonvorwärmerstufen C4
bis C1 des Kalzinatorstrangs strömenden
Gase von einem Gebläse
Fc abgezogen. Die Aufteilung des Brennstoffs bei den Brennern er-folgt
so, dass ein Teil des Gesamtbrennstoffs (30 % bis 70 %) im Kalzinator
Ca1 des Kalzinatorstranges und ein Teil des Gesamtbrennstoffs (30
% bis 70 %) im Ofen K und im Kalzinator Ca2 des Ofenstrangs aufgegeben wird.
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Die
Brennstoffaufgabe in den Kalzinator Ca1 des Kalzinatorstrangs kann
also in diesem Bereich zwischen 30 % und 70 % freigewählt werden
und ist daher relativ unabhängig
von der Brennstoffaufgabe im Ofenstrang. Eine Abhängigkeit
besteht also nur darin, dass die Gesamtbrennstoffaufgabe immer 100 %
ausmacht. Das bedeutet, dass im Ofen immer die Restverbrennungsmenge
auf 100 % verbrannt werden muss. Auch die Brennstoffaufgabe im Kalzinator Ca2
des Ofenstrangs kann unabhängig
von der Brennstoffaufgabe in den übrigen Brennern relativ frei
gewählt
werden, sollte aber im Bereich bis ca. 15 % der Gesamtbrennstoffaufgabe
liegen.
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Durch
diese Anordnung wird erreicht, dass in beiden Strängen die
Prozessgasmengen in einem erwünschten
Verhältnis
stehen. Die vorgewärmte
Verbrennungsluft für
die Brenner vom Ofen K vom Kalzinator Ca2 des Ofenstrangs und vom
Kalzinator Ca1 des Kalzinatorstrangs wird dem Kühler C entnommen. Dabei wird
ein Teil der Gesamtverbrennungsluft als Sekundärluft in den Ofen K und ein
Teil der Gesamtverbrennungsluft als Tertiärluft in Leitungen TLk und TLc den Kalzinatoren
Ca1 und Ca2 im Verhältnis der
Brennstoffaufgabe zugeführt.
Die Tertiärluft
wird mittels eines Schiebers S1 in der Zuleitung TLk zum Kalzinator
Ca2 des Ofenstrangs derart geregelt, dass die Aufteilung gemäß dem Verhältnis der
Brennstoffaufgabe erfolgt.
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Im
Kalzinator Ca1 des Kalzinatorstranges erfolgt die Verbrennung in
mindestens zwei Verbrennungsebenen, wobei in einer Verbrennungsebene mindestens
ein Brenner angeordnet ist. In der untersten Verbrennungsebene B1a
wird ca. 2/6 des Gesamtbrennstoffs aufgegeben. In dieser Ebene wird auch
100 % des pulverförmigen
Rohmaterials gebracht. Dadurch werden hohe Temperaturspitzen im Kalzinator
Ca1 verhindert. Dies wiederum reduziert die NOx-Bildung
im Verbrennungsraum. In der höher gelegenen,
zweiten Verbrennungsebene wird nun der restliche Brennstoff von
ca. 1/6, bezogen auf die Gesamtbrennstoffmenge, eingebracht. Die
zweite, im Abstand über
der unteren Verbrennungsebene B1a vorgesehene Verbrennungsebene
B1b wird im Bereich des Kalzinators Ca1 so angeordnet, dass der Brennstoff
zur Gänze
noch im Kalzinator Ca1 verbrennen kann und die Verweilzeit für das pulverförmige Rohmaterial
genügend
groß ist.
Andernfalls würde
nämlich
die Gastemperatur nach dem Kalzinator Ca1 unerwünschterweise ansteigen. Dies
wiederum würde
zu einem höheren
Gesamtwärmeverbrauch führen, was
es aber zu vermeiden gilt.
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Im
Kalzinator Ca2 des Ofenstrangs wird ca. 1/6 des Gesamtbrennstoffs
verbrannt. In dieser Anordnung werden mehrere Aufgaben erfüllt. Der
Ofen K wird durch eine reduzierte Brennstoffaufgabe von ca. 2/6,
bezogen auf die Gesamtbrennstoffmenge, geringerer thermischer Belastung
ausgesetzt. Die Verbrennungsluft für den Kalzinator Ca2 des Ofenstrangs
wird nicht durch den Ofen K ge-führt,
sondern über
eine eigene Zuleitung dem Kühler
C entnommen. Dadurch ergeben sich durch niedrigere Gasgeschwindigkeiten
im Ofen K auch geringere Staubkreisläufe.
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Eine
weitere Aufgabe des Kalzinators Ca2 des Ofenstrangs ist die Reduzierung
des durch die Verbrennung im Ofen K entstandenen NOx.
Da die Verbrennungsluft des Kalzinators Ca2 des Ofenstrangs nicht
durch den Ofen K geführt
wird, kann die Verbrennung im Ofen K mit niedrigerem Luftüberschuss
stattfinden. Niedrigerer Luftüberschuss
bei der Verbrennung bedeutet geringere thermische NOx-Bildung
im Verbrennungsraum. Im Kalzinator Ca2 des Ofenstrangs wird der
Brennstoff im unteren Teil eingebracht, so dass eine Strecke mit
reduzierender Atmosphäre
gebildet wird. In dieser reduzierenden Atmosphäre wird nun das im Ofen entstandene
NOx reduziert. Im oberen Teil des Kalzinators
Ca2 des Ofenstrangs wird die vorgewärmte Tertiärluft als Verbrennungsluft
zugeführt,
damit der unverbrannte Brennstoff restlos verbrennen kann. Die Verbrennungsluft
für die
Verbrennung der Brennstoffe in den Kalzinatoren wird als Tertiärluft den
Kühler
C über den
Ofenkopf KH oder direkt über
die Kühlerwand entnommen
und durch die Tertiärluftleitungen
TLk und TLC den
Kalzinatoren Ca1 und Ca2 zugeführt.
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Bei
der in 2 gezeigten Anlage wird das pulverförmige Rohmaterial
in den beiden obersten Stufen C1, K1 des Zyklonwärmetauschers bei Ic und Ik
eingebracht. Das pulverförmige
Rohmaterial wird auf beide Stränge
im Verhältnis
der Brennstoffaufgabe aufgeteilt. Nach dem Wärmetausch wird das pulverförmige Rohmaterial
in dem jeweiligen Zyklonabscheider dieser Stufen C1, K1 von den
Prozessgasen getrennt und in die darunter liegenden Stufen C2, K2 geführt. Dort
wird der Vorgang wiederholt. Der Materialstrom wechselt dabei nicht
den Strang. Erst nach der vorletzten Zyk-lonstufe C3 des Kalzinatorstrangs wechselt
der Materialstrom des Kalzinatorstrangs den Strang und wird gemeinsam
mit dem pulver-förmigen
Rohmaterial von der vorletzten Stufe K3 des Ofenstrangs in den Kalzinator
Ca2 aufgegeben.
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Im
Kalzinator Ca2 findet eine Vorentsäuerung des pulverförmigen Rohmaterials
statt, das dann im darauffolgenden Kalzinator Ca1 des Kalzinatorstranges
fast vollständig
entsäuert
wird. Im Zyk-lonabscheider der untersten Stufe C4 des Kalzinatorstranges
wird dann das pulverförmige
Rohmaterial vom Gasstrom getrennt und in den Ofen K aufgegeben.
Im Ofen K wird das pulverförmige
Rohmaterial fertig gebrannt. Im nachgeschalteten Kühler C wird der
dabei entstandene heisse Zementklinker durch die Luft abgekühlt, die
sich dabei erwärmende
Kühlluft
wird als Verbrennungsluft für
den Ofenbrenner am Ofenkopf KH, für die Kalzinatorbrenner im
Kalzinator Ca1 des Kalzinatorstrangs und im Kalzinator Ca2 des Ofenstrangs
verwendet. Die Führung
der Prozessgase, Brennstoffaufgabe, Verbrennung und Verbrennungsluftzuführung erfolgt
wie vorstehend an Hand der 1 beschrieben.
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Die
Regelung der Verbrennungsluftzufuhr zu den Brennern B1a, B1b des
Kalzinators Ca1 des Kalzinatorstrangs erfolgt über das Gebläse Fc des
Kalzinatorstrangs, abhängig
von der Gasanalyse (CO, O2) der Prozessgase
des Kalzinatorstrangs. Die Überwachung
von O2, CO in den Prozessgasen erfolgt über Gasproben
und Analyse mittels eines Analysenmessgerätes A3 nach der Zyklonstufe
C4 des Kalzinatorstranges.
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Die
Regelung der Verbrennungsluftzufuhr zum Ofenbrenner B3 und dem Brenner
B2 im Kalzinator Ca2 des Ofenstrangs erfolgt über das Gebläse Fk des
Ofenstrangs, abhängig
von der Gasanalyse (CO, O2) der Prozessgase
des Ofenstrangs. Die Überwachung
von O2, CO in den Prozessgasen erfolgt über Gasproben
und Analyse mittels eines Analysenmessgerätes A2 nach der Zyklonstufe
K4 des Ofenstrangs. Die Aufteilung der Verbrennungsluftzufuhr zwischen
dem Ofenbrenner B3 und dem Brenner B2 im Kalzinator Ca2 im Ofenstrang
erfolgt über
den Schieber S1 in der Tertiärluftleitung
TLk zum Kalzinator Ca2 des Ofenstrangs.
Eine Gasanalysenmessung mittels eines vor dem Kalzinator Ca2 des
Ofenstrangs in der Leitung der vom Ofen kommenden Abgase angeordneten
Analysenmessgerätes
A1 überwacht
die 02, CO-Werte der Prozessgase aus dem Ofen K. Im Ofen K soll
eine Verbrennung mit möglichst
wenig Luftüberschuss
ablaufen, um schon von vornherein die Bildung NOx zu
verringern. Anderseits wird eine vollständige Verbrennung im Ofen K
angestrebt.