DE3150501A1

DE3150501A1 - Vorrichtung zum brennen von zement

Info

Publication number: DE3150501A1
Application number: DE19813150501
Authority: DE
Inventors: Oswald 5064 Rösrath Kunze
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1981-12-21
Filing date: 1981-12-21
Publication date: 1983-06-30
Also published as: GB2112508A; US4511333A; DK562182A; FR2518725A1; JPS58110452A

Description

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Anlage zum Patentgesuch der

Klöckner-Humboldt-Deutz

Aktiengesellschaft

vom 15. Dezember 1981

Vorrichtung zum Brennen von Zement

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Brennen von Zement, die einen Schwebegas-Wärmetauscher mit Kalzinator, einen Drehrohrofen und einen mit diesem durch einen Schacht verbundenen Kühler sowei eine den Drehrohrofen überbrückende Ter'tiärluftleitung umfaßt.

An dieser Stelle befürfen die Begriffe "Primärluft¹¹, "Sekundärluft","Tertiärluft" einer Definition, insbesondere deshalb, da diese Begriffe in der einschlägigen Literatur nicht überall in gleicher Weise verwendet werden.

Unter «PrimärJuft" wird hei ein§£ Rten.na.nlage d§r der Erfindung zugrundeliegenden Gattung die einem Brenner, zumeist dem Hauptbrenner des Drehrohrofens, zugeführte Zerstäuberluft zur Aufbereitung des Luft/ Brennstoffgemisches verstanden.

Unter !'Sekundärluft" wird die der Drehrohrofen-Feuerung zugeteilte Verbrennungsluft verstanden, die vom Flammenkegel zum restlosen Ausbrand benötigt wird. Unter "Tertiärluft" wird diejenige Brennluft verstanden,

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welche in der Kalzinierungszone für die überwiegend flammenlose Verbrennung beim Entsäuerungsprozess benötigt wird.

Entsprechend wird die Primärluft von einem Verdichter aus der freien Atmosphäre oder aus einem Vorwärm-Aggregat angesaugt, verdichtet und dem Brenner des Drehrohrofens als Aufbereitungs-Luft zugeführt, während die Sekundärluft üblicherweise vom Kühler in den Drehrohrofen eingeleitet wird, der diese für die Feuerung verbraucht.

Die Tertiärluft wird von der den Drehrohrofen überbrückenden, an den Kühler angeschlossenen Tertiärluftleitung der Kalzinierungszone bzw. dem Kalzinator zugeführt, worin sie mit Brennstoff gemischt und in Suspension mit dem zu entsäuernden, auf ca. 700 ° bis 800 ° erhitzten Gesteinsmehl für den endothermen Entsäuerungs-Prozess die notwendige Wärmeenergie liefert.

Eine Vorrichtung zum Brennen von Zement der eingangs genannten Gattung ist aus der DE-OS 2,360,580 bekannt. Darin ist die Tertiärluftleitung gemäß vorstehender Definition als "sekundäre Luftleitung" 82 bezeichnet. Auf Seite 5, zweiter Absatz, wird erwähnt, daß die Luftgeschwindigkeit in der sekundären Luftleitung 82 aus wirtschaftlichen Gründen höher als die Gasgeschwindigkeit im Drehrohrofen ist. Bei der bekannten Vorrichtung ist

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außerdem ein Staubsammler 81 in die sekundäre Luftleitung 82 eingebaut, weswegen diese einen erheblich höheren Widerstand aufweist als das Strömungssystem der Sekundärluft einschließlich der Flammengase im Drehrohrofen. Infolgedessen ist das Ofen Gasströmungssystem mit einer verengten Öffnung 83 ausgestattet, um einen Ausgleich der Widerstände in den beiden Strömungssystemen zu erreichen. Es kann aber auch anstelle der verengten Öffnung 83 ein Gebläse in der sekundären Luftleitung 82 vorgesehen sein, welches den Ausgleich der Widerstände herbeiführt.

Letztere Lösung stellt jedoch - wie ausdrücklich erwähnt infolge zu geringer Lebensdauer kein zweckmäßiges Verfahren dar, weil Luft hoher Temperatur und mit Klinker-Staub vermischt, zu fördern ist.

Eine andere bekannte Vorrichtung gleicher Gattung, bei der ebenfalls eine Drosseleinrichtung im Rauchgaskanal zwischen Einlauf des Drehrohrofens und dem untersten Zyklon des Schwebegas-Wärmetauschers angeordnet ist, zeigt die DE-OS 2,325,468. Hierbei handelt es sich um eine schwenkbare Drosselklappe.

Die bekannten Anordnungen, bei welchen eine Drosselstelle oder ein Drosselorgan zum Ausgleich des Zuges bzw. der Widerstände der Strömungssysteme von Drehrohr und

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Tertiärluftleitung im Bereich des Ofeneinlaufes eingesetzt wird, ergeben eine Reihe von Nachteilen:

Weil das Temperaturniveau dort sehr hoch ist, insbesondere bei Kurz-Drehrohröfen, beispielsweise zwischen 1000 ° und 1200 °, ist der Einbau von beweglichen Drosselorganen schwierig und deren Standzeit oft mehr als unbefriedi- .

Desweiteren ergeben sich an der Drosselstelle Wirbelzöpfe, die schädliche Staubkreisläufe hervorrufen, was zur Folge hat, daß Ofenleistung und Wärmeverbrauch merklich verschlechtert werden.

Gleichzeitig kommt es unter der Wirkung der gestörten Strömung beim entsprechenden Temperaturniveau und bei zur Erweichung neigendem Material zu Ansatzbildungen, die gegebenenfalls soweit fortschreiten, daß ein Betriebsstillstand erzwungen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Strömungs-Ausgleich zwischen Sekundärluft und Tertiärluft zu erreichen, ohne daß die Ofenfahrt durch Ausbildung von gestörten Strömungszonen im Bereich des Ofeneinlaufes nachteilig beeinflußt wird, und insbesondere unter Vermeidung des Einbaus von Drosselorganen in diesem Gebiet. Auch soll eine feinfühlige, sehr exakte Steuerung der Strömungssysteme erreicht werden.

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Die Lösung der Aufgabe gelingt dadurch, daß bei einer Vorrichtung zum Brennen von Zement der eingangs genannten Art, die einen Schwebegas-Wärmetauscher mit Kalzinator, einen Drehrohrofen und einen mit diesem durch einen Schacht verbundenen Kühler, sowie eine den Drehrohrofen überbrückende Tertiärluftleitung umfaßt, im Schacht eine Einrichtung zur Erhöhung des Widerstandes der Gasströmung angeordnet ist.

Bei dieser Einrichtung kann es sich sowohl um ein unveränderliches Drossel-Element wie beispielsweise eine Querschnittsverengung als auch um ein einstellbares Drosselorgan wie verstellbare Klappe oder Schieber handeln.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Einrichtung zur Widerstandserhöhung befindet sich diese an einem Ort von wesentlich niedrigerer Temperatur, wodurch die Lebensdauer unter sonst gleichen Voraussetzungen wesentlich erhöht wird.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß im Bereich zwischen Ofeneinlauf und Schwebegas-Wärmetauscher turbulenzerzeugende Einbauten vermieden werden, wodurch die Neigung zur Bildung von Staubkreisläufen und von schädlichen Ansätzen vermieden wird.

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Desweiteren wird im Falle der Anordnung eines einstellbaren Drosselorganes eine äußerst exakte und gleichmäßige Steuerung der Verbrennungsluftmenge durch Abgleichung von Sekundärluft und Tertiärluft erreicht, wodurch Temperaturüberschreitungen und Unregelmäßigkeiten im Klinkerbrand vermieden werden.

Und schließlich wird durch Schaffung besserer Strömungsverhältnisse in der Einlaufkammer eine Absenkung der Temperaturen erreicht, wodurch unerwünschte Materialverfestigungen und Anbackungen vermieden werden.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß der Schacht eine Verzweigung in zwei voneinander getrennte Kanäle aufweist, von denen der eine den Kühler mit dem Drehrohr, und der andere den Kühler mit der Tertiärluftleitung verbindet, und daß die Einrichtung zur Erhöhung des Widerstandes der Gasströmung im Kanal zwischen Kühler und Drehrohr angeordnet ist.

Mit dieser Anordnung ergibt sich der Vorteil, daß der Kanal, welcher den Kühler mit dem Drehrohr verbindet, im Querschnitt relativ eng ausgeführt werden kann, so daß die Querschnittsverengung als solche oder ein an dieser Stelle angeordnetes Drosselorgan, ohne einerseits mit dem glühend niederfallenden Klinker in Berührung zu kommen,

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andererseits einen genügend hohen Stromungsswiderstand erzielen kann, um die beabsichtigte Drosselwirkung auszuüben.

Dabei ist vorgesehen, daß das Drosselorgan als einstellbare Schieberplatte ausgebildet und mit einem motorischen Antrieb versehen ist.

Auch kann im Kanal zwischen Kühler und Tertiärluftleitung ein weiteres Drosselorgan angeordnet sein.

Um die im Kühler anfallende Staubmenge vor Eintritt in die Tertiärluftleitung zu reduzieren, ist nach einem weiteren Vorschlag vorgesehen, daß der Kanal zwischen Kühler und Tertiärluftleitung als Staubabscheider ausgebildet und vorzugsweise mit einem eine Wirbelströmung um die Mündung der Tertiärluftleitung erzwingenden Strömungsleitkörper ausgestattet sein kann.
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.--. ■ ,4Jnd schließlich^.wird, mit-einer weiteren Ausgestaltung vorgeschlagen, daß eine Wand des Kanales, welcher Drehrohr und Kühler verbindet, in Richtung der Bewegung der Drehrohr-Unterseite gegen eine durch die Rotationsachse des Drehrohres verlaufende, vertikale Ebene unter Bildung eines zwecks Erhöhung des Strömungswiderstandes verengten . .Querschnittsbereiches zurückversetzt ist. Zweckmäßig ist die Schieberplatte in diesem verengten Querschnittsbereich angeordnet.

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Hierdurch ergibt sich der Vorteil^ daß einerseits die Wirkung der Querschnittsverengung durch das Drosselorgan erheblich unterstützt wird, und daß andererseits eine solche Ausgestaltung der Kanalwände erreicht wird, daß der herabfallender glühender Klinker weder die Wände noch das Drosselorgan berühren oder gar beschädigen kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch Teile von Drehrohrofensauslauf . . ... und Kühlereinlauf, mit Verbindungs - Schacht und einem darin angeordneten Drosselorgan nach der Erfindung, entlang einer in Richtung der ' Drehrohrofen-Achse verlaufenden vertikalen Schnittlinie,

.Fig..2... . ,einen. Schnitt,in..einer senkrecht-zur Schnittebene gemäß Fig. 1 verlaufenden Ebene, entlang der Schnittlinie II - II in.Fig. 1.

Die Darstellung in Figur 1 zeigt das Klinker-Abwurfende 1 des Drehrohrofens 2, welches in den Verbindungsschacht 3 zwischen Drehrohrofen 2 und Einlaufbereich 4 des Kühlers 5 hineinragt. Dem abwurfseitigen Ende 1 des Drehrohrofens 2

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gegenüberliegend 1st das Schutzrohr 6 für den Brenner 7 angeordnet und durch den Wandbereich 8 des Verbindungskanals 3 geführt. Der Brenner 7 wird von einem (nicht dargestellten) Gebläse mit Primärluft, und von einer (nicht dargestellten) Brennstoff-Versorgungseinrichtung mit Brennstoff versorgt. Aufgabe des Brenners 7 ist es, beide Komponenten zu einem brennfähigen Gemisch aufzubereiten und dieses in die Feuerungszone des Drehrohrofens 2 einzudüsen. Die zur Ausbildung und zum vollständigen Ausbrand der Flamme benötigte Sekundärluft entnimmt der Drehrohrofen 2 der heißen Abluft des Kühlers 5, wie durch den Linienzug mit Pfeil 9 dargestellt. Im Schacht 3 ist eine Schieberplatte 10 als Drosselorgan angeordnet und mit dem Antriebsmotor 11 ausgestattet. Die Schieberplatte 10 ist in dem dem Drehrohrofen 2 bzw. seinem abwurfseitigen Ende 1 entgegengesetzten Wandbereich 8 des Schachtes 3 angeordnet und durch einen darin befindlichen Schlitz geführt. Um das Auftreffen von herabfallendem Klinker 12 auf die Schieberplatte 10 zu vermeiden, ist diese in einer Stellung schräg nach unten angeordnet. Auf diese Weise ist dafür gesorgt, daß herunterfallender Klinker 12 an der Schieberplatte 10 vorbeifällt, ohne diese zu treffen und/oder zu beschädigen.

Wie insbesondere aus der Figur 2 ersichtlich, ist der Schacht 3 von unten her in zwei Kanäle 3' und 3¹'

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verzweigt, wovon Kanal 3¹ den Kühler 5 mit dem Drehrohr 2 verbindet. Das als Schieberplatte 10 ausgebildete \ Drosselorgan ist in dem Kanal 3' angeordnet. Wie aus der Figur 2 weiter erkennbar, ist eine Wand 23 des Kanals 3' in Richtung der Bewegung 25 der Drehrohr-Unterseite gegen eine durch die Rotationsachse "R" des Drehrohres 2 verlaufende, vertikale Ebene- E-E- unter Bildung eines verengten Querschnitt-Bereiches 24 zurückversetzt. In diesem

: verengten Querschnitt-Bereich 24 der schon für sich allein eine deutliche Erhöhung des Strömungs-Widerstandes der Kühler-Abluft herbeiführt, ist die Schieberplatte 10

; angeordnet, wodurch mit dieser erfindungswesentlichen Ausgestaltung erreicht wird, daß einerseits die Schieberplatte eine weitere und vor allem regelbare Erhöhung des Widerstandes der Gasströmung im verengten

; Querschnitts-Bereich 24 erzielt, während andererseits, bei Berücksichtigung der Abwurf-Charakteristik des

■ ^l Drehrohres 2, der Klinker nicht mit der Wand 23 in ι Berührung kommt.

ι Die Querschnittsverengung im Kanal-Bereich 24 hat auch noch ' die vorteilhafte Wirkung, daß an die.ser Stelle eine erhöhte Sekundärluft-Geschwindigkeit herrscht, wodurch der Schüttstrom des herabfallenden Klinkers 12 eine gewisse

; Vorabkühlung erfährt.

Die Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, der im Schacht zwischen Kühler 5 und Drehrohrofen 2 angeordneten

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Schieberplatte 10 mit Antrieb durch den Motor 11, ist aus den Figuren 1 und 2 ohne weiteres erkennbar. Durch mehr oder weniger weites Einschieben, symbolisiert durch den Bewegungs - Doppelpfeil 13, wird der Strömungsquerschnitt des Kanales 3· mehr oder weniger verengt,, wodurch die beabsichtigte Drosselwirkung in regelbarem Maße erzielt wird. Durch den Anstieg des Widerstandes an dieser Stelle steht für die Tertiärluftleitung 14 eine höhere Druckdifferenz über deren Länge zur Verfugung. Dadurch wird der vorgesehene"" Ausgleich zwischen den Strömungssystemen des Drehrohrofens 2 und der Tertiärluftleitung 14 erreicht, und zwar unter Vermeidung tler^ treim Stand der Technik bestehenden Nachteile. Insbesondere wird der Strömungsverlauf im Bereich zwischen Drehrohrofen und Schwebgaswärmetauscher nicht gestört, sodaß an dieser Stelle das Gesteinsmehl ungehindert einschießen kann, ohne Anbackungen zu verursachen. Dadurch werden gleichzeitig auch an dieser Stelle die Temperaturen etwas erniedrigt, was insbesondere bei Kurz-Drehrohröfen von Vorteil ist.

Außerdem befindet sich das Drosselorgan, die Schieberplatte 10, in einem Temperaturbereich von maximal ca 650 bis 850 ⁰C, demnach in einem um mehrere hundert Grade tieferen Temperaturbereich, als die Drosselorgane beim Stand der Technik, was für deren Lebensdauer und Funktionsbereitschaft von erheblichem Vorteil ist.

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Figur 2 zeigt einen Schnitt durch den Schacht 3 entlang der Schnittlinie II - II gemäß Figur 1, in einer zur Achse des Drehrohrofens 2 senkrechten Ebene. Die Darstellung zeigt die Verzweigung des Schachtes 3 in die beiden voneinander getrennten Kanäle 3· und 3¹¹. Von diesen stellt Kanal 3¹ die Verbindung zwischen Kühler 5 und Drehrohrofen 2 her, und Kanal 3¹¹ die Verbindung zwischem Kühler 5 und Tertiärluftleitung 14. Im übrigen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen.

Die Darstellung in Fig. 2 zeigt die durch die Verzweigung der Kanäle 3', 3¹' bewirkte Verzweigung der Luftströme, einerseits der Sekundärluft entsprechend Pfeil 9, und andererseits der Tertiärluft entsprechend Pfeil 9'. Im oberen Bereich 15 des Kanales 3¹· ist ein Strömungsleitkörper 16 eingebaut, der die Strömung'9' der Tertiärluft in eine Wirbelströmung 9¹¹ um die Mündung 17 zwingt. Hierdurch ergibt sich eine Ausbildung des Kanales 3¹¹ in seinem oberen Bereich 15 als Staubabscheider. Darin wird die Strömung 9^f zwischen dem Strömungsleitkörper 16 und dem Wandbereich 18 infolge der zunehmenden Verengung des Strömungsquerschnittes beschleunigt und mit relativ hoher Geschwindigkeit in den kreisförmigen Umlenkungsbereich 19 eingeleitet, worin unter der Wirkung von Zentrifugalkräften Staubpartikeln 20 vom Gas getrennt und an die Wand 19 geschleudert werden, wo sie im Kollektiv als Staubstrom 21 zwischen dem Strömungsleitkörper 16 und dem Wandbereich 22 des Kanales 3¹¹ in den Einlaufbereich des Kühlers 5 zurückgefördert werden.

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Leerseite

Claims

15. Dezember 1981 KHD

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Patentansprüche

\J Vorrichtung zum Brennen von Zement, die einen Schwebegaswärmetauscher mit Kalzinator, einen Drehrohrofen und einen mit diesem durch einen Schacht verbundenen Kühler sowie eine den Drehrohrofen überbrückende Tertiärluftleitung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schacht (3,) eine Einrichtung (10) zur Erhöhung des Widerstandes der Gasströmung aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schacht (3) eine Verzweigung in zwei voneinander getrennte Kanäle (3·, 3'')-aufweist, von denen der eine (3·) den Kühler (5) mit dem Drehrohr (2) und der andere (3··) den Kühler (5) mit der Tertiärluftleitung (14) verbindet.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (-10) zur Erhöhung des Widerstandes der Gasströmung eine den Schacht (3) zwischen Kühler (5) und Drehrohr (2) einschnürende Ausbildung wenigstens einer Schachtwand ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (10) zur Erhöhung des Strömungswiderstandes als einstellbare Schieberplatte ausgebildet und mit einem motorischen Antrieb (11) versehen

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5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Kanal (3^IÜ) zwischen Kühler (5) und Tertiärluftleitung (14) ein Drosselorgan angeordnet ist,

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühler (-5) und Tertiärluftleitung (14) verbindende Kanal (3¹¹) mit einem Strömungsleitkörper (16) ausgestattet und als Staubabscheider ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wand (23) des Kanals (3¹), welcher Drehrohr (2) und Kühler (5) verbindet, in Richtung der Bewegung der Drehrohr-Unterseite gegen eine durch die Rotationsachse des Drehrohres (2) verlaufende, vertikale Ebene unter Bildung eines verengten Querschnittsbereiches (24) zurückversetzt ist,

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im verengten Querschnittsbereich (24) ein Drosselorgan (10) angeordnet ist.