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Verfahren und Anlage zur Herstellung von Zement
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in einer Wirbelschicht Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie
eine Anlage zur Herstellung von Zement in einer Wirbelschicht.
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Die Erfindung geht aus von einem durch die EP-A 0 000 739 bekannten
Verfahren zur Herstellung von Zement durch Brennen von pulverförmigem Rohmaterial
in einer Wirbelschicht, wobei a) das vorgewärmte Rohmaterial vor Aufgabe in die
Wirbelschicht in einer Vorkalzinationszone mit zusätzlichem Brennstoff bis auf einen
Entsäuerungsgrad von 80 bis 95 % vorkalziniert wird, b) das in der Wirbelschicht
gebrannte Gut aus dem unteren Bereich der Wirbelschicht in eine Kühlzone gelangt,
die von dem unmittelbar unterhalb der Wirbelschicht befindlichen Teil der Gutschüttung
gebildet wird, wobei ein Teil der Kühlluft aus der Kühlzone unmittelbar nach oben
in die Wirbelschicht strömt, während ein weiterer Teil der Kühlluft aus dem oberen
Bereich der Kühlzone seitlich abgezogen wird, c) in die Wirbelschicht Brennstoff,
vorkalziniertes Rohmaterial, ein rezyklierter Teil des gebrannten Gutes sowie Verbrennungsluft
eingeführt wird, wobei ein Teil der Verbrennungsluft
von unten her
aus der Kühl zone und ein weiterer Teil von der Seite her in die Wirbelschicht eingeleitet
wird, d) und wobei in dem zur Einführung des vorkalzinierten Gutes bestimmten unteren
Bereich der Wirbelschicht durch eine Querschnittsverengung etwa derselbe Lückengrad
wie im oberen Bereich der Wirbelschicht eingestellt wird.
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Ein derartiges Verfahren zeichnet sich - wie in der EP-A 0 000 739
im einzelnen dargelegt ist -gegenüber anderen bekannten Wirbelschicht-Brennverfahren
durch einen besonders stabilen Betrieb der Wirbelschicht, ein sehr gleichmäßig gebranntes
Endprodukt sowie einen vergleichsweise niedrigen Wärmeverbrauch aus und gestattet
auch die Herstellung von Zementklinker mit besonders niedrigem Alkaligehalt.
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Bei dem in der EP-A 0 000 739 beschriebenen Ausführungsbeispiel dieses
bekannten Verfahrens wird der aus dem oberen Bereich der Kühlzone seitlich abgezogene
Teil der Kühl luft als Primär-Verbrennungsluft von der Seite her in die Wirbelschicht
eingeleitet (wobei diese Luft zugleich dafür verwendet wird, das vorkalzinierte
Gut und wenigstens einen Teil des Brennstoffes in die Wirbelschicht einzutragen).
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Bei der Weiterentwicklung dieses bekannten Verfahrens hat es sich
nun als wünschenswert erwiesen,
gewisse betriebstechnische Nachteile
dieser letztgenannten Verfahrensweise zu vermeiden und den durch die Kühlluft erzielten
Wärmerückgewinn weiter zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art
(mit den Merkmalen a bis d) erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß e) wenigstens ein
Teil der aus dem oberen Bereich der Kühlzone seitlich abgezogenen Kühl luft zur
indirekten Erwärmung des von der Seite her in die Wirbelschicht eingeleiteten Teiles
der Verbrennungsluft verwendet wird.
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Führt man - im Unterschied zum erfindungsgemäßen Verfahren - die aus
dem oberen Bereich der Kühlzone seitlich abgezogene Kühlluft unmittelbar oder nach
einer Zwischenentstaubung in die Wirbelschicht ein, so verursacht der Staub- bzw.
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Reststaubgehalt der Kühlluft einen erheblichen Verschleiß an dem für
das Einblasen der Kühlluft notwendigen Gebläse. Die Temperaturbeständigkeit dieses
Gebläse begrenzt zugleich die Temperatur der von der Seite her in die Wirbelschicht
eingeleiteten Kühlluft. Wird ferner das vorkalzinierte Gut durch die Kühlluft von
der Seite her in die Wirbelschicht eingeführt, so kommt es zu einer unerwünschten
Abkühlung des Gutes durch die Kühlluft.
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Diese Nachteile werden demgegenüber durch das
erfindungsgemäße
Verfahren vermieden. Da die von der Seite her in die Wirbelschicht eingeleitete,
indirekt erwärmte Verbrennungsluft staubfrei ist, unterliegt das diesen Luftstrom
fördernde Gebläse keinem nennenswerten Verschleiß. Da dieses auf der Zuhiftseite
des indirekten Wärmetauschers angeordnete Gebläse ferner auf einem niedrigen Temperaturniveau
arbeitet, begrenzt es nicht die Temperatur der Luft auf der Abluftseite des Wärmetauschers.
Auf diese Weise läßt sich somit ein hoher WJrrnerückgewinn aus der Kühlluft erzielen.
Die hohe Temperatur der von der Seite her in die Wirbelschicht eingeleiteten, indirekt
mittels der Kühlluft erwärmten Verbrennungsluft ermöglicht es ferner, das vorkalzinierte
Gut sowie wenigstens einen Teil des Brennstoffes mittels dieser Primär-Verbrennungsluft
in die Wirbelschicht einzutragen, ohne insbesondere das hoch vorgewärmte Gut bei
Berührung mit dem Luftstrom abzukühlen.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung einer Anlage zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der über eine Kühlluftleitung mit dem oberen
Bereich der Kühlzone verbundene erste Strömungsraum des indirekten Wärmetauschers
zugleich als Staubabscheider ausgebildet. Auf diese Weise ist ein gesonderter Staubabscheider
entbehrlich.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen
Fig.
1 ein Gesamtschema der Anlage; Fig. 2 einen Schnitt durch den indirekten Wärmetauscher.
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Die Anlage enthält einen Vorwärmer 1, eine Vorkalzinationszone 2 und
einen schachtförmigen Reaktionsraum 3 mit einer Wirbelschicht 4 und einer Kühlzone
5.
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Im Vorwärmer 1, der beispielsweise als mehrstufiger Zyklonwärmetauscher
ausgebildet sein kann, wird das bei 6 aufgegebene pulverförmige Rohmaterial im Gegenstrom
durch heiße Gase (Pfeil 7) vorgewärmt und gelangt dann (Pfeil 8) in die Vorkalzinationszone
2, wo es durch die heißen Abgase (Pfeil 9) des Reaktionsraumes 3 und zusätzlichen
Brennstoff (Pfeil 10) sehr hoch, vorzugsweise bis auf einen Entsäuerungsgrad von
80 bis 95 %, vorkalziniert wird.
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Das vorkalzinierteGut wird dann (Pfeile 11, 12) Förderleitungen 13,
14 zugeführt, über die-es zusammen mit Brennstoff 15 bzw. 16 an wenigstens zwei
einander gegenüberliegenden Stellen vom Umfang her pneumatisch in die Wirbelschicht
4 -eingetragen wird (Pfeile 17).
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Der lichte Querschnitt des Reaktionsraumes 3 ist im Bereich der Einmündung
der Förderleitungen 13, 14 verengt und erweitert sich von dieser Guteinführzone
aus nach oben hin konisch. Der Querschnitt
des Reaktionsraumes
3 sowie die Strömungsgeschwindigkeiten der Luft sind so bemessen, daß sich in dem
zur Einführung des vorkalzinierten Gutes bestimmten unteren Bereich der Wirbelschicht,
d.h.
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etwa auf der Höhe der Förderleitungen 13, 14, etwa derselbe Lückengrad
(vorzugsweise zwischen 0,6 und 0,7) wie im oberen Bereich der Wirbelschicht einstellt.
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In der Wirbelschicht 4 wird das vorkalzinierte Gut zu Zementklinker
gebrannt. Nach Erreichen einer bestimmten Klinkergröße gelangt das gebrannte Gut
in die Kühlzone 5, der von unten her durch den luftdurchlässigen Boden 18 ein Kühlluftstrom
(Pfeile 19) zugeführt wird.
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Das gekühlte Gut wird durch eine rotierende Austragseinrichtung 20
abgezogen (Pfeil 21). Ein Teil des Gutes wird als Saatklinker in die Wirbelschicht
4 rezykliert (Pfeil 22).
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Ein durch die Pfeile 23 gekennzeichneter Teil des Kühlluftstromes
wird von unter her als Auflockerungs-und Verbrennungsluft in die Wirbelschicht 4
eingeführt. Ein weiterer Teil (Pfeil 24) wird aus dem oberen Bereich der Kühlzone
5 seitlich abgezogen und einem indirekten Wärmetauscher 52 zugeführt.
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Priinärluft wird von einem Gebläse 26 durch den Wärmetluscher 52 gedrückt
und im indirekten Wärmeaustausch von dem seitlich (Pfeil 24) aus der Kühlzone 5
abgezogenen Kühlluftstrom erwärmt. Die indirekt erwärmte Luft strömt über die Förderlei-
tungen
13 und 14 als Primärluft von der Seite her in die Wirbelschicht 4 ein, wobei sie
zugleich das vorkalzinierte Gut (Pfeile 11, 12) und den Brennstoff (Pfeile 15, 16)
mit einträgt.
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Ein weiterer Teil dieser vom Gebläse 26 geförderten Luft kann - zweckmäßig
unterhalbder Ebene der Förderleitungen 13, 14 - als zusätzliche Seitenluft in die
Wirbelschicht 4 eingeführt werden (Pfeile 29, 30).
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Ein Teil der aus dem oberen Bereich der Kühl zone 5 seitlich abgezogenen
Kühlluft kann als zusätzliche Verbrennungsluft der Vorkalzinationszone 2 zugeleitet
werden (Pfeil 31). Ein gewisser Anteil der Abgase der Wirbelschicht 4 kann - insbesondere
bei hohem Alkaligehalt - unter Umgehung der Vorkalzinationszone 2 und des Vorwärmers
1 abgezweigt und gegebenenfalls verworfen werden (Pfeil 33).
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Zur Regelung der in der Wirbelschicht 4 befindlichen Gutmenge enthält
die Anlage vier Druckmeßstellen 34, 35, 36 und 37, von denen die Druckmeßstelle
34 etwa im Bereich der Guteinführung liegt, die Meßstelle 35 etwa auf 1/3 bis 1/2
der Höhe der Wirbelschicht 4, die Druckmeßstelle 36 im oberen Drittel der Wirbelschicht
und die Druckmeßstelle 37 in der Abgasleitung der Wirbelschicht.
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Die vier Druckmeßstellen sind an einen Druckumformer 38 angeschlossen,
der mit einem Regler 39 verbunden ist. Dieser Regler 39 wirkt einerseits
auf
die Austragseinrichtung 20 (Steuerleitung 40) und andererseits auf eine Gutaufgabe-Dosiereinrichtung
41 (Steuerleitung 42).
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Der Regler 39 hält die in der Wirbelschicht 4 befindliche Gutmenge
konstant, indem beispielsweise durch die vom Regler 39 gesteuerte Austragseinrichtung
20 jeweils nur die über dem Sollwert befindliche Gutmenge aus der Kühlzone 5 und
damit aus der Wirbelschicht 4 ausgetragen oder indem durch die Gutaufgabe-Dosiereinrichtung
41 jeweils eine am Sollwert fehlende Gutmenge zugeführt wird.
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Als Maß für die in der Wirbelschicht 4 befindliche Gutmenge wird ein
von den Druckmeßstellen 34 bis 37 gelieferter Druckwert verwendet, beispielsweise
die Differenz der an den Meßstellen 34 und 37 bestimmten Drücke.
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Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers 52. Er erfüllt
eine doppelte Funktion: Zum einen dient er dazu, die vom Gebläse 26 geförderte und
der Wirbelschicht 4 zuzuführende Primär-Verbrennungsluft mittels der aus dem oberen
Bereich der Kühlzone 5 abgezogenen Kühlluft vor zu wärmen. Zum andern soll im Wärmetauscher
52 zugleich der in der Kühlluft enthaltene Staub (insbesondere Klinkerstaub) abgeschieden
werden. Eine solche Verbindung eines Wärmetauschers und Staubabscheiders hat mehrere
Vorteile: Wärmeverluste durch Strahlung und Konvektion an einem gesonderten Staubabscheider
werden vermieden. Der Staubabscheider nimmt ferner am Wärmeaustausch teil.
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Schließlich ergibt sich eine beachtliche Raumersparnis gegenüber einer
getrennten Ausbildung und Anordnung von Wärmetauscher und Staubabscheider.
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Der Wärmetauscher wird zweckmäßig in Pohrbündelbauweise mit innenliegendem
Zyklonstaubabscbeider ausgeführt. Um einen engen Kontakt der Wärnetauscherrohre
mit dem Blechmntel des Zyklonabscheiders zu erzielen, können Wärm!tauscherrohre
auf den Mantel aufgeschweißt werden. Ein besonders guter Wärmeübergang wird erzielt,
enn der Ziklonmantel aus Wärmetauscherrohren aufeebaut wird.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel tritt die aus dem oberen
Bereich der Kühlzone 5 abgezogene Kühlluft (Pfeile 62) durch einen Stutzen 53 in
den Wärmetauscher 52 ein. Der Staub wird im Abscheideraum 55 abgeschieden, fällt
in einen Staubsammelbehälter 58 und wird durch eine Zellenschleuse 61 ausgetragen.
Eine Abdeckhaube 56 verhindert die erneute Mitnahme von abgeschiedenem Staub durch
den Gasstrom. Das Reingas strömt durch ein Tauchrohr 51 in den cigentlichen Wärmeaustauschraum.
Dort wird es im Gegen- oder Kreuzstrom an Rohrbündeln 54 vorbeigeführt und tritt
durch einen Stutzen 57 aus dem Wärmetauscher 52 wieder aus. Kaltes Gas, an das die
Wärme übertragen werden soll, nimmt den mit Pfeilen 63 bezeichneten Weg. Es tritt
durch einen Stutzen 59 in einen Windkasten 60 ein, 60 ein, durchströmt die Rohrbündel
54 und tritt durch einen Stutzen 61 aus dem Wärmetauscher 52 aus. Von hier gelangt
es über die Förderrohrleitungen 13 und 14
(Fig.1) in die Wirbelschicht
4.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dient folgendes Beispiel: In
der Wirbelschicht wird eine Gasgeschwindigkeit von mindestens 6 m/s (bezogen auf
den leeren Wirbelschacht) und ein Lückengrad (Verhältnis von Lückenvolumen zu Gesamtvolumen
der Wirbelschicht) von etwa 0,65 eingestellt; in der Kühlzone beträgt die Gasgeschw.ndic3keit
ca. 2 m/s und der Lückengrad etwa 0,4 oder weniger.
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Die Körnung des Saatklinkers beträgt 2 bis 4 mm; das Verhätnis Rohmehl/Saatklinker
liegt bei 4 : 1.
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Das vorgewärmte und vorkalzinicrte Gut wird mit einer Temperatur von
ca. 8400C in die Wirbelschicht 4 eingeführt. In dieser Wirbelschicht herrscht ine
Temperatur zwischen 1300 und 13500C.
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In er Kühlzone 5 wird das Gut auf eine Temperatur von 80 bis 1200C
abgekühlt.
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Der Glühverlust des Rohmateriales nach dem Vorwärmer liegt ei 5%.
Die Körnung des entsäuerten Rohmateriales beträgt 44% > 90u und 8,8% 200µ.
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Die Luftmengen können wie folgt gewählt werden: Der Kühlzone 5 werden
von unten 1,00 Nm3/kg Klinker zugeführt. Hiervon gelangen 0,33 Nm-'/kg
Klinker
direkt von unten lier (Pfeile 23) in die Wirbelschicht, während O,;7 Nl3/kg Klinker
seitlich (Pfeil 24) aus der I~ihlzJne abgezogen werden.
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Von diesem letzteren Teil gelangen 0,17 Nm3/kg Klinker in den Wärmetauschel
52, während 0,5 Nm3/kg Klinker unmittelbar (Pfeil 31) der Vorkalzinationszone 2
zugeführt werden.
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0,5 Nm3/kg Klinker gelangen als Abgase der Wirbelschicht in die Vorkalzinationszone
2 (Pfeil 9).
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0,17 Nm3/kg Klinker erwärmte Primärluft wird als Förderluft (Pfeile
27, 28) für vorkalziniertes Gut und Brennstoff von der Seite her in die Wirbelschicht
4 eingeführt (Pfeile 17).
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Die Temperatur des seitlich als dcui oberen Bereich der Kühlzone 5
abgezogenen Kühlluftstromes beträgt ca. 9500C (Druck 80 bis 120 mbar). Diese Kühlluft
wird im Wärmetauscher 52 auf ca. 3400C abgekühlt.
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Die durch das Gebläse 26 mit einer Temperatur von ca. 1200C iDruck
0,3 bis 1,5 bar) zugeführte Primärluft wird im Wärmetauscher 52 auf ca. 750"C erwärmt.
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Der zwischen den Druckmeßstellen 34 und 37 gemessene Differenzdruck
liegt zwischen 80 und 120 mbar, der Differenzdruck zwischen den Druckmeßstellen
35 und 37 zwischen 25 und 50 mbar.
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