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Verfahren und Anlage zur Wärmebehandlung von fein-
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körnigem Gut Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anlage
zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, wie Zementrohmehl, das in einem mehrstufigen
Zyklonvorwärmer durch die heißen Abgase eines Drehrohrofens vorgewärmt und erhitzt
und dann im Drehrohrofen fertiggebrannt wird, wobei dem Gut beim Ubergang von der
untersten Stufe des Zyklonvorwärmers zum Drehrohrofen Brennstoff in fein verteiler
Form zugesetzt wird.
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Bei der Herstellung von Zement, Tonerde, Xalk, Magnesit, Dolomit und
dgl. erfolgt die Wärmebehandlung des feinkörnigen Gutes häufig in der Weise, daß
das Gut zunächst in einem mehrstufigen Zyklonvorwärmer mit den heißen Abgasen eines
Drehrohrofens vorgewärmt und erhitzt wird, ehe es dann im Drehrohrofen fertiggebrannt
bzw. gesintert wird. Um hierbei den Drehrohrofen kleiner dimensionieren zu können,
hat man schon zwischen dem Vorwärmer und dem Drehrohrofen eine sog. Vorkalzinationszone
angeordnet, in der das vorgewärmte Gut möglichst hoch erhitzt wird. Das besondere
Problem bei der Gestaltung einer solchen Vorkalzinationszone liegt darin, mit einem
möglichst geringen anlagentechnischen Aufwand eine sehr gleichmäßige Wärmeübertragung
vom Brennstoff auf das Gut zu erzielen und dabei ein Uberbrennen einzelner Gutteilchen
(und alle damit verbundenen Nachteile, wie Anbackungen,
Agglomeratbildungen
usw.) zu vermeiden.
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Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (DE-OS 25 18 874) wird das
aus dem zweit-untersten Zyklon des Vorwärmers ausgetragene Gut unter Zugabe von
zusätzlichem Brennstoff in das obere Ende des Drehrohrofens eingeführt, hier von
den Ofenabgasen erfaßt und dem untersten Zyklon des Vcrw mers zugeleitet, aus dem
es dann erneut in den Drehrohrofen gelangt. Hierbei wird also der Brennstoff dem
Gut zugesetzt, das sich auf dem Weg vom zweit-untersten Zyklon zum untersten Zyklon
des Vorwärmers befindet. Diese Stelle der Brennstoffzugabe ist zur Erzielung eines
möglichst hohen thermischen Wirkungsgrades nicht optimal, da der zusätzliche Brennstoff
mit dem Gut bereits in Berührung kommt, noch ehe das Gut in allen Stufen des Vorwärmers
durch die Ofenabgase vorgewärmt wurde.
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Im weiteren Verlaufe der Entwicklung hat man sich daher zwecks Optimierung
der Vorkalzination bemüht, die Stelle der Zugabe des zusätzlichen Brennstoffes möglichst
weit vom Vorwärmer zum Drehrohrofen hin zu verlagern.
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Ein erster Schritt in dieser Richtung bestand darin, den zusätzlichen
Brennstoff unmittelbar in die vom Drehrohrofen zur untersten Stufe des Zyklonvorwärmers
führende Gasleitung einzuführen und durch eine geeignete Gestaltung der Vorkalzinationszone
in dieser Gasleitung für eine gute Mischung von Brennstoff und
Gut
und eine gleichmäßige Wärmeübertragung zu sorgen (DE-OS 23 24 519). Eine weitere
Verbesserung dieses Verfahrens sieht vor, den Brennstoff dem Gutstrom im Bereich
des Ueberganges von der untersten Stufe des Vorwärmers zum Drehrohrofen zuzusetzen,
insbesondere im Bereich der schurrenartigen Schrägfläche, längs der der Gutstrom
dem Drehrohrofen zugeführt wird (DE-AS 25 22 598). Schließlich ist es bei einem
Verfahren dieser Art auch bekannt, den Brennstoff dem Gut unmittelbar nach seinem
Eintritt in den Drehrohrofen zuzusetzen, indem er auf eine Oberfläche des gerade
in den Drehrohrofen eingebrachten Gutes aufgesprüht wird, die unmittelbar danach
von neu in den Drehrohrofen eingetragenen bzw. von darin umgewälztem Gut überschüttet
wird (DE-OS 25 45 933).
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Bei der Weiterentwicklung dieser bekannten Verfahren hat es sich nun
als wünschenswert erwiesen, unter gleichzeitiger Verringerung des anlagentechnischen
Aufwandes, insbesondere der Bauhöhe des mehrstufigen Zyklonvorwärmers, die Vorkalzination
noch weiter zu optimieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gut pneumatisch
mittels eines sauerstoffarmen Fördergases von der untersten Stufe des Zyklonvorwärmers
in den Drehrohrofen gefördert und der Brennstoff in diesem Gut-Gas-Gemisch in den
Drehrohrofen eingeführt wird.
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Während bei den bisher bekannten Vorkalzinations-Verfahren der eingangs
genannten Art das Gut ausschließlich oder zumindest im wesentlichen durch reine
Schwerkraftwirkung aus der untersten Stufe des Zyklonvorwärmers in den Drehrohrofen
geführt wird, sieht das erfindungsgemäße Verfahren einen pneumatischen Guttransport
vom Vorwärmer zum Drehrohrofen vor. Dieser pneumatische Transport erfüllt einen
mehrfachen Zweck: Zum einen wird es dadurch möglich, die unterste Stufe des Zyklonvorwärmers
auf etwa gleicher Höhe wie den Einlauf des Drehrohrofens anzuordnen und auf diese
Weise die rau höhe und damit die Anlagenkosten wesentlich zu verringern. Zum andern
gestattet diese pneumatische Förderung des vorgewärmten Gutes eine gleichzeitige
Zumischung des Brennstoffes für die Vorkalzination; die gesamte pneumatische Förderstrecke
steht hierbei für den Mischeffekt zur Verfügung, was gewährleistet, daß Gut, Brennstoff
und Fördergas in einer sehr homogenen Verteilung in den Drehrohrofen gelangen.
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Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren für den pneumatischen Transport
von Gut und Brennstoff ein sauerstoffarmes Fördergas Verwendung findet, kann keine
vorzeitige Verbrennung des Brennstoffes erfolgen; der Brennstoff wird vielmehr in
der Förderstrecke lediglich verschwelt und damit optimal für eine spontane Verbrennung
im Drehrohrofen vorbereitet.
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Die innige Brennstoffeinmischung in das heiße Gut gewährleistet bei
der anschließenden Verbrennung einen optimalen Wärmeübergang auf einem niedrigen
Temperaturniveau. Daraus resultiert eine minimale NOx-Bildung, da sich bei geringen
Temperaturen und x einer örtlich reduzierenden Atmosphäre nur wenige Schadstoffe
dieser Art bilden.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, daß auch Brennstoffe zum Einsatz kommen können, die sonst wegen ihrer
Reaktionsunwilligkeit kaum oder nur in geringem Umfang verwendbar sind.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
findet als Fördergas für den Transport von Gut und Brennstoff Abgas des Vorwärmers
Verwendung. Dieses Vorwärmerabgas kann einen Sauerstoffgehalt von 4 bis 6% und eine
Temperatur von 320 bis 3800C besitzen.
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Der Fördergasdruck kann bei 1100 bis 1400 mm WS liegen, die Fördergasmenge
bei 0,03 bis 0,06 Nm3 Abgas/kg Gut und die Fördergasgeschwindigkeit bei 15 bis 30
m/s.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist in der Zeichnung veranschaulicht.
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In der ganz schematisch gehaltenen Zeichnung ist von der Anlage lediglich
der zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens als notwendig angesehene Teil
dargestellt.
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Die veranschaulichte Anlage ist insbesondere zur Wärmebehandlung von
Zementrohmehl bestimmt und enthält einen mehrstufigen ZyklonvorvNirmtr 1 bekannter
Ausführung sowie einen Drehrohrofen 2, von dem lediglich das obere Ende (Einlaufende)
zu sehen ist. Vom Zyklonvorwärmer 1 sind lediglich - in Durchlaufrichtung des Gutes
betrachtet - die beiden untersten Zyklonstufen jeweils in Form eines einzigen Zyklon
3 bzw. 4 dargestellt, wobei der Zyklon 3 die zweitunterste Stufe und der Zyklon
4 die unterste Vorwärmstufe für das Zementrohmehl darstellen. Die unterste Stufe
4 des Zyklonvorwärmers 1 ist etwa auf gleicher Höhe wie der Einlauf bzw. das Einlaufende
des Drehrohrofens 2 angeordnet, wie sich aus der Zeichnung ersehen läßt.
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Vom Einlaufende des Drehrohrofens 2 führt eine verhältnismäßig kurze
Ofenabgasleitung 5 zur untersten Zyklonstufe 4. In diese Ofenabgasleitung 5 mündet
das von der zweituntersten Zyklonstufe 3 kommende Gutablaufrohr 6 ein, das lediglich
durch einen Strich mit Pfeil angedeutet ist. Das von der zweituntersten Zyklonstufe
3 kommende, vorgewärmte Zementrohmehl wird von den Ofenabgasen (gestrichelter Pfeil
7) mit in die unterste Zyklonstufe 4 getragen und dort wieder nach unten abgeschieden,
während die vom Gut befreiten Abgase üblicherweise die Zyklonstufe 4 nach oben durch
eine Gasleitung 8 ver-
lassen, die zur zweituntersten Zyklonstufe
3 führt.
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Das in der untersten Zyklonstufe 4 abgeschiedene, vorgewärmte und
erhitzte Zementrohmehl (Pfeile 9) gelangt - gegebenenfalls unter Zwischenschaltung
einer an sich bekannten Schleuse oder dgl. - in das unmittelbar unter diese unterste
Zyklonstufe 4 angeordnete Fördergefäß 10 einer pneumatischen Fördereinrichtung,
die beispielsweise in Form eines pneumatischen Gefäßförderers ausgebildet ist.
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Wie durch einen Pfeil 11 angedeutet ist, wird oben in das Fördergefäß
10 noch Brennstoff in fein verteilter Form zugesetzt. Von unten her wird dem Fördergefäß
10 in konstruktiv bekannter Weise das Fördergas zugeführt, wie es durch den Pfeil
12 angedeutet ist. Im vorliegenden Falle ist es jedoch wichtig, daß als Fördergas
ein sauerstoffarmes Fördergas verwendet wird. Von dem aus der untersten Zyklonstufe
4 zugeführten Rohmehl (Pfeile 9), dem zugeführten Brennstoff (Pfeil 11) und dem
Fördergas (Pfeil 12) wird ein Gut-Gas-Gemisch gebildet, das - wie lediglich mit
Hilfe einer durchgehenden Linie mit Pfeil 13 angedeutet ist - pneumatisch in den
Drehrohrofen 2 gefördert (beispielsweise auf das unterste Ende eines schurrenartigen
Einlaufteiles an der Ofen- Einlauföffnung oder direkt in das Einlaufende des Drehrohrofens
2.
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Generell kann als Fördergas (Pfeil 12) für den Gefäßförderer jedes
geeignete sauerstoffarme Fördergas verwendet werden. Aus wirtschaftlichen und an-
lagentechnischen
Gründen wird es jedoch meist vorgezogen werden, als Fördergas (Pfeil 12) für den
pneumatischen Transport von Gut und Brennstoff (Pfeile 9 bzw. 11) das den Zyklonvorwärmer
1 verlassende Abgas bzw. einen Teil davon zu ver;enden.
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Dieses Vorwärmer-Abgas besitzt einen Sauerstoffgehalt von etwa 4 bis
5% sowie eine Temperatur son etwa 320 bis 3800C. Der geringe Sauerstoffgehalt des
Vorwärmer-Abgases als Fördergas stellt sieht daß der zusammen mit dem vorerhitzten
Rhmehl (Pfeil 9) in das Fördergefäß 10 eingebrachte Brstoff (Pfeil 12) nicht schon
in dem Gefäßjrderer verbrennt, sondern nur verschwelt, so daß er erst im Drehrohrofen
2 seinen Wärmeinhalt an das Zementrohmehl abgibt. Mit Hilfe des Gefäßfordercrs wird
das Gas-Gut-Gemisch mit einem Förderdruck von etwa 1100 bis 1400 mm WS in den Drehrohrofen
2 gefördert, wobei die Fördergasmenge etwa 0,03 bis 0,06 Nm' Abgas/kg Gut und die
Fördergeschwindigkeit 15 bis 30 m/s, vorzugsweise 20 bis 25 m/s, beträgt.
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Die Zeichnung zeigt deutlich genug, daß der Zyklonvorwärmer 1 sich
verhältnismäßig niedrig anordnen läßt (unterste Zyklonstufe etwa in Höhe des Drehrohrofen-Einlaufes)
und daß sich die Wege vom Drehrohrofen-Einlauf zur untersten Zyklonstufe 4 einerseits
und vom Fördergefäß 10 zum Drehrohrofen-Einlauf andererseits verhältnismäßig kurz
und damit so kostensparend und wirtschaftlich wie möglich halten lassen. Selbstverständlich
kann im Bedarfsfalle das Fördergefäß 10 auch mit größerem Abstand unter der letzten
Vorwärmerstufe angeordnet werden.
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Für den Betrieb dieser Anlagen ist es vorteilhaft, wenn die Brennstoffzuführung
11 zum Fördergefäß 10 noch irgendein geeignetes Dosiergerät enthält, wie es beispielsweise
bei 14 angedeutet ist; damit auch bei der Verwendung von Vorwärmer-Abgas als-Fördergas
(Pfeil 12) auf jeden Fall der gewünschte Förderdruck erreicht werden kann, wird
es im allgemeinen zwecksmäßig sein, an entsprechender Stelle (wie bei 15 angedeutet)
noch einen Hochdruckventilator oder eine anderes geeignetes Gebläse einzusetzen.
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Im folgenden sei noch ein Arbeitsbeispiel einer ähnlichen Anlage erläutert,
wie sie zuvor beschrieben worden ist.
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Diese Anlage enthielt einen Drehrohrofen und einen dem Drehrohrofen
vorgeschalteten Zyklonvorwärmer.
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Etwa 500C warmes Zementrohmehl wurde der obersten Zyklonstufe des
Vorwärmers aufgegeben. In der untersten Zyklonstufe des Vorwärmers war das Aufgabegut
auf etwa 800"C erhitzt worden. Das so vorgewärmte und erhitzte Zementrohmehl wurde
in das Fördergefäß des pneumatischen Gefäßförderers geleitet, wobei dieses vorgewärmte
und erhitzte Zementrohmehl zu etwa 50% teilentsäuert war. Gleichzeitig mit diesem
erhitzten Zementrohmehl wurde
dem Fördergefäß Brennstoff dosiert
zugegeben, und zwar in einer Größenordnung von ca. 458 des gesamten Brennstoffbedarfs
der Anlage. Dieses Cemisch aus Zementrohmehl und Brennstoff wurde pneumatisch so
in den Drehrohrofen-Einlauf gefördert, daß möglichst wenig Material in den Vorwärmer,
insbesondere in die unterste Zyklonstufe zurücktransportiert werden konnte. Als
Fördergas wurde ein entsprechender Anteil des Vorwärmerabgases verwendet, das eine
Temperatur von etwa 350"C hatte und eine chemische Zus:ammensetzung von etwa 958
C02 , 5% 02 und 70% N2 besaß.
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Der benötigte Förderdruck betrug 1200 mm WSi und als Fördergasmenge
waren 0,04 Nm3 Vorwarmerabgas/kg Gut nötig. Durch den geringen Sauerstoffgehalt
im Fördergas (ca. 5%) wurde sichergestellt, daß der Brennstoff nicht schon im Fördergefäß
verbrannte, sondern dort nur verschwelte, damit erst im Drehrohrofen der Wärmeinhalt
des Brennstoffes an das Rohmehl abgegeben werden konnte. Auf diese Weise konnte
dann das in den Drehrohrofen-Einlauf eingeführte Zementrohmehl schnell auf ca. 95%
entsäuert werden. Da der Brennstoff im Zementrohmehl äußerst gut verteilt war, konnte
sich keine unerwünscht hohe Temperatur entwickeln, was sicherstellte, daß die NOx-Bildung
sehr gering war.
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Bei diesem Arbeitsbeispiel, bei dem das Gut-Gas-Gemisch mit einer
Fördergeschwindigkeit von etwa 20 bis 25 m/s vom Fördergefäß zum Drehrohrofen-Einlauf
gefördert wurde, hat sich ferner gezeigt, daß der Gesamtwiderstand des vierstufigen
Zyklonvor-
wärmers noch insofern verbessert werden konnte, als
der Gesamtwiderstand des Gasdruckes um etwa 40 mm WS auf etwa 310 mm WS reduziert
werden konnte.
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Zusammenfassung: Bei einem Verfahren zur Wärmebehandlung von feinkörnigem
Gut (z.B. Zementrohmehl) wird dieses Gut in einem mehrstufigen Zyklonvorwärmer durch
die heißen Abgase eines Drehrohrofens vorgewärmt und erhitzt und dann im Drehrohrofen
fertiggebrannt.
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Beim Obergang von der untersten Zyklonvorwärmerstufe zum Drehrohrofen
wird dem Gut Brennstoff in fein verteilter Form zugesetzt.
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Um nun die Vorkalzination des Gutes bei .einer relativ niedrigen Bauhöhe
des Zyklonvorwärmers besonders optimal gestalten zu können, wird das Gut pneumatisch
mittels eines sauerstoffarmen Fördergases von der untersten Stufe des Zykionvorwärmers
unter Beimischung des Brennstoffes in den Drehrohrofen gefördert.
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(Schemazeichnung)