DE3151823A1

DE3151823A1 - "anlage zur erzeugung von portlandklinker"

Info

Publication number: DE3151823A1
Application number: DE19813151823
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Italcementi SpA; Italcementi Fabriche Riunite Cemento SpA
Current assignee: Italcementi SpA
Priority date: 1981-05-11
Filing date: 1981-12-29
Publication date: 1982-11-18
Also published as: GB2098305A; IT1137384B; DK522381A; BE891354A; IT8121626A0; LU83829A1; GR76377B; NL8105329A; FR2505473A1

Description

Anmelder: ITALCEMENTI Fabbriche Riunite Cemento S.p.A, BERGAMO, Italien

"Anlage zur Erzeugung von Portlandklinker"

BESCHREIBUNG

Zur Klinkererzeugung aus Portlandzement auf trockene Weise sind Drehoefen mit Schwebevorwaermer des Rohmehles bekannt. Bei diesen Anlagen besitzen die aus dem Vorwaermer austretenden Gase

eine Temperatur von etwa 350⁰C und ein Teil ihres Waermegehaltes kann zum Trocknen der Ausgangsmaterialien verwendet werden, wenn deren Feuchtigkeit dies erfordert. Die Entstaeubung dieser Gase wird in elektrostatischen Filtern nach entsprechender Einstellung der Feuchtigkeit und der Temperatur in einem Turm durchgeführt.

Die neueste Technik der Zementoefen mit Schwebevorwaermer - im Fall von Anlagen mit grossen Abmessungen - nuetzt die sogenannte Vorkalzination des Mehls (nach der Vorerwaermung und vor der Einleitung in den Drehoefen) in einem eigenen Reaktionsgefaess aus, das mit 30 - 60% des fuer den Prozess erforderlichen Gesamtbrennstoffes gespeist wird. Die Vorkalzination gestattet es, bei gleichen Abmessungen des Drehofens groessere Produktionsleistungen zu erzielen und den inneren Kreislauf der fluchtigen Verbindungen zu erleichtern. Diesen Vorteilen steht jedoch gewoehnlich eine Temperaturerhoehung um etwa 3O⁰C der Abgase des Schwebevorwaermers (etwa auf 380⁰C) entgegen, was einem hoeheren spezifischen Waermeverbrauch gleich kommt. Wenn die Ausgangsmaterialien nur eine sehr geringe Feuchtigkeit besitzen, dann kann nur ein bescheidener Teil dieser Waerme zu deren Trocknung wiederverwendet werden, waehrend der Grossteil im Konditionierungsturm des Elektrofilters verloren geht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine vorteilhafte Loesung der Rueckgewinnung der Waerme zu schaffen, die in den aus dem Schwebevorwaermer eines Zementofens austretenden Gasen enthalten ist, insbesondere wenn der Ofen mit einem Vorkalzinierer ausgestattet ist und in dem Fall, in dem die Ausgangsmaterialien einen derart niedrigen Feuchtigkeitsgehalt besitzen, dass sie mit Hilfe einer anderen, sonst nicht ausgenutzten Waermequelle, wie zum Beispiel der aus dem Klinkerbehaelter in die freie Luft austretenden

et

Warmluft, getrocknet werden koennen.

In den erwaehnten Faellen, in denen aus dem Vorwaermer Gase mit einer Temperatur von 35O⁰C und mehr austreten, kann man an die Moeglichkeit denken, deren Waermegehalt teilweise zur Erzeugung elektrischer Energie mittels eines Kessels, einer Dampfturbine und eines Wechselstromgenerators rueckzugewinnen. Dabei ist jedoch zu beruecksichtigen, dass die Groesse der erreichbaren Rueckgewinnung eng mit den Kennzeichen des erzeugten Dampfes in bezug auf die verschiedenen aus-nuetzbaren Temperaturniveaus der Gase verknuepft ist". Bei einer Gastemperatur von beispielsweise 35O⁰C wuerde ein bekannter Rueckgewinnungskessel etwa 2,8% der zum Brennen der Klinker verbrauchten Kalorien als elektrische Energie zurueckliefern, das heisst er wuerde je Tonne erzeugter Klinker die Erzeugung von.etwa 10 kWh gestatten. Bei einem mit Gasen von 35O⁰C arbeitenden

Kesse-l bestuende ferner das Risiko, dass der in die Turbine mit etwa 250⁰C eintretende ueberhitzte Dampf Fluessigkeitsspuren enthaelt, welche die Lebensdauer der Turbine unweigerlich in Frage stellen wuerden.

Aus diesen Gruenden erscheint es somit nicht sehr vorteilhaft, eine Waermerueckgewinnung mittels eines Kessels durchzufuehren, der mit den Abgasen des Vorwaermers betrieben wird,sondern diese Gase eine Temperatur von etwa 35O⁰C besitzen.

Erfindungsgemaess wird die gestellte Aufgabe _v. bei einer Klinkererzeugungsanlage auf trockene Weise in einem Ofen mit einem Mehrstufen-Schwebevorwaermer zur mindestens teilweisen Rueckgewinnung -15 des Waermegehaltes der aus dem Vorwaermer austretenden Gase dadurch geloest, dass am Ausgang des Vorwaermers ein, in mindestens zwei Abschnitte unterschiedlichen Druckes unterteilter Dampferzeugungskessel und ein Ueberhitzer des darin erzeugten Dampfes vorgesehen sind, welcher Ueberhitzer in einer Zone des Vorwaermers angeordnet ist, in der die Gastemperatur mindestens 500⁰C betraegt.

Zur naeheren Erlaeuterung der Kennzeichen und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung einige praktische Ausfuehrungsbeispiele beschrieben.

Figur 1 zeigt ein Schema einer erfindungsgemaessen Anlage

■2-

und

Figur 2 zeigt ein Schema einer Ausfuehrungsvariante.der erfindungsgemaessen Anlage.

Wie aus Figur 1 hervorgeht, besteht eine AnIage nach der Erfindung aus einem Drehofen 21 zur Erzeugung von Portlandklinker, mit einem Rostkueh- · ler 22 fuer den Klinker. Ein Geblaese 23 fuehrt die aus dem Kuehler austretende ueberschuessige Waermluft in eine Muehle 25 des Rohmehls. Der Ofen 21 ist mit einem Vorkalzinierer 14· verbunden, in dem ein Teil des Brennstoffes, das . heisst etwa 30 - 60% des Gesamtbrennstoffes, verbrannt wird. Der Vorkalzinierer 14· steht mit einem Mehlvorwaermer 9 in Verbindung, der eine Reihe von Stufen umfasst, und zwar eine vierte Stufe 15, eine dritte Stufe 16, eine zweite Stufe 17 und eine erste Stufe 18.

Zwischen der zweiten Stufe 17 und der ersten Stufe 18 ist ein Dampfueberhitzer 19 vorgesehen. Die Stufe 18 des Vorwaermers steht ueber eine Leitung 30 mit Geblaese 32 mit einem Kessel 31 in Verbindung, der in zwei Abschnitte 33, 34 mit Niederdruck bzw. Hochdruck unterteilt ist. Der Kessel ist mit einem Stoffilter 35 verbunden, an dessen Ausgang ein Geblaese 36 wirkt. Schliesslich ist an den Ueberhitzer 19 eine Turbine 10 angeschlossen, die einen Wechselstromgenerator 11 sowie einen Dampfkondensator 12 betaetigt.

A.

In der folgenden Beschreibung der Wirkungsweise der Anlage werden die fuer den Fachmann bekannten Tatsachen vernachlaessigt. Die aus dem Vorkalzinierer IA- austretenden Gase 8 durchstroemen der Reihe nach die Stufen 15, 16 und 17 des Vorwaermers und gelangen sodann mit einer Temperatur von etwa 55O⁰C in den Ueberhitzer 19. Schliesslich werden sie durch das Geblaese 32 aus der ersten Stufe 18 des Vorwaermers abgesaugt, und dem Kessel 31 zugeleitet, wobei die der Reihe nach die beiden Abschnit-

t.

te 34 und 33 dirchstroemen.

Im Kessel 31 wird seitens der Gase 8 Dampf erzeugt, wonach die Gase das Filter 35 durchstroemen und durch das Geblaese 36 ins Freie ausgestossen werden.

Der im Kessel 31 erzeugte Dampf durchstroemt einen Kreis 7, wobei der aus dem Abschnitt 34 austretende Dampf dem Ueberhitzer 19 zugefuehrt wird und in diesem, durch den Waermeaustausch mit den sich auf einer Temperatur von etwa 550⁰C befindlichen Gasen 8, auf eine Temperatur von etwa 45O⁰C ueberhitzt wird. Aus dem Ueberhitzer 19 gelangt der Dampf in die Turbine 10, die den Wechselstromgenerator 11 antreibt. Der aus der Turbine 10 austretende Dampf wird im Kondensator 12 kondensiert und das so erhaltene Wasser speist den Kessel durch die Leitung 6.

Der Wechselstromgenerator 11 erzeugt elektri-

.AO-

sehe Energie und gewinnt etwa 8,3% der Gesamtwaerjne zurueck, die zum Brennen des Klinkers verbraucht wurde (30 kWh je Tonne erzeugten Klinkers). Der zur Erzeugung von 1 kg .Klinker + 0,03 kWh elektrisehe Energie erforderliche Waermeverbrauch besitzt die gleiche Groesse des klassischen Waermeverbrauches eines Ofens mit Vorwaermer und Mehlvorkalzinierer (etwa 3500 k O/kg Klinker).

Daraus ergibt sich eindeutig der durch die erfindungsgemaesse Anlage erzielte Vorteil. Ein derart vorteilhafter Energierueckgewinn wird im wesentlichen dadurch ermoeglicht, dass der Ueberhitzer in einer Zone der Anlage angeordnet ist, in der die Gase eine ausreichend hohe Temperatur besitzen, um die Erzeugung von ueberhitztem Dampf mit etwa 45O⁰C zu gestatten.

Die in Figur 2 dargestellte Ausfuehrungsvariante der Anlage unterscheidet sich von jener nach Figur 1 einerseits dadurch, dass der in einen Niederdruckabschnitt 38 und einen Hochdruckabschnitt

' 39 unterteilte Kessel 37 derart ausgebildet ist, dass sich die beiden Kesselabschnitte in getrennten Zonen der Gasaustrittsleitung 30 des Vorwaermers9 befinden. Insbesondere liegt der Hochdruck-" abschnitt 39 zwischen dem Vorwaermer 9 und dem Geblaese 32. Auf diese Weise wird vermieden, dass der Hochdruckabschnitt des Kessels mit einer uebermaessigen Falschluftmenge arbeitet.

Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass bei der Anlage nach Figur 2 im Miederdruckabschnitt 38 des Kessels eine groessere Menge Warmwasser erzeugt wird, als sie im Hochdruckabschnitt verdampfbar ist. Dieser Warmwasserueberschuss wird zur Gaenze oder teilweise durch eine Leitung 4-0 unmittelbar in eine geeignete Stelle des Ueberhitzers 19 geleitet. Auf diese Weise besitzt dieser nicht nur die Funktion, den ihm zugefuehrten Dampf zu ueberhitzen, sondern auch eine zusaetzliche Verdampferfunktion. Durch Veraendern der Menge des dem Dampfueberhitzer zugeleiteten, im Kessel erzeugten Warmwasserueberschusses laesst sich auch die Temperatur des ueberhitzten Dampfes bei Temperaturschwankungen der aus der zweiten Stufe des Mehlvorwaermers austretenden Gase konstant halten.

Mit dieser Ausfuehrungsvariante der Erfindung wird die Erzeugung elektrischer Energie von 30 auf 33 kWh je Tonne Klinker erhoeht (stets bei einem Gesamtwaermeverbrauch von etwa 3500 kd/kg Klinker).

Eine weitere Steigerung der Waermerueckgewinnung laesst sich erzielen, wenn im Niederdruckabschnitt des Kessels ausser der im Hochdruckabschnitt und im Ueberhitzer verdampfbaren Warmwassermenge noch Sattdampf 41 erzeugt wird, der an einer geeigneten Stelle der Turbine eingespritzt oder zur unmittelbaren Betaetigung von Turbomotoren ausgenuetzt werden kann. Die technische Grenze des Gra-

des der Waerme-rueckgewinnung aus den Gasen im kueltesten Teil des Niederdruckabschnittes des Kessels wird durch den SO₂-Gehalt dieser Gase festgelegt.

Eine noch wirksamere Ausfuehrungsform der Erfindung ergibt sich dann, wenn der Brennprozess des Klinkers mit einer inneren Umwaelzung geringer Intensitaet der sogenannten fluechtigen niedrigeren Bestandteile durchgefuehrt wird, das heisst wenn die fuer das Rohmehl verwendeten Ausgangsmaterialien und die im Prozess verwendeten Brennstoffe besonders arm an Chloriden, Sulfaten und leicht verdampfbaren Alkalien sind. Unter diesen Bedingungen laesst sich der Dampfueberhitzer anstatt zwischen der 2. und 1. Stufe des Mehlvorwaermers, wie oben beschrieben, zwischen der 3. und 2. Stufe desselben anordnen, ohne dass sich an den Aussenflaechen der Rohre des Ueberhitzers schaedliche Sulfat- und alkaline Chlorid- und Erdalkaliverbrustungen bilden. Dabei arbeitet der Ueberhitzer mit Gasen, die eine Temperatur von etwa 75O⁰C besitzen und kann ueberhitzten Dampf mit etwa 500⁰C erzeugen.

Sowohl bei der Anordnung des Dampfueberhitzers zwischen der 2. und 1. Stufe, als auch bei dessen Anordnung zwischen der 3. und 2. Stufe bietet die · Erfindung den weiteren Vorteil, dass am Kesselausgang Abgase mit genuegend niedriger Temperatur und Feuchtigkeitsgehalt anfallen, so dass sie in Stofffiltern anstatt in elektrostatischen Filtern ent-

- YS -

staubt werden koennen. Dies gestattet es, auf die Auf-stellung von Konditionier-tuermen zu verzichten und gleichzeitig in den gefilterten Abgasen Pul verkonzentrationen von weniger als 15 Ing je Nm zu erzielen.

Die wichtigste Verwertung der aus den warmen Abgasen des Vorwaermers in einem Zementwerk rueckgenommenen Energie erscheint jene der erwaehnten Erzeugung von elektrischer Energie zu sein, doch versteht es sich, dass jegliche andere Verwertung dieser Energie in gleicher Weise in Betracht gezogen werden kann.

Claims

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DIETRICH LEWINSKY -,

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Anmelder: ITALCEMENTI Fabbriche Riunite Cemento S.P.A. BERGAMO, Italien

"Anlage zur Erzeugung von Portlandklinker"

PATENTANSPRUECHE

{l.j Anlage zur Erzeugung von Portlandklinker auf trockene Weise in einem Ofen mit Mehrstufen Schwebevorwaermer zur mindestens teilweisen Rueckgewinnung des Waermegehaltes, der aus dem Vorwaer·

-Tl-

mer austretenden Gase, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang des Vorwaermers (9) ein, in mindestens zwei Abschnitte (33, 34 bzw. 38, 39) unterschiedlichen Druckes unterteilter Dampferzeugungskessel (31 bzw. 37) sowie ein Ueberhitzer (19) des in diesem erzeugten Dampfes vorgesehen sind, wobei der Ueberhitzer (19) in einer Zone des Vorwaermers (9) angeordnet ist, in der die Gastemperatur mindestens 500⁰C betraegt.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfueberhitzer (19) zwischen der zweiten Stufe (17) und der ersten Stufe (18) des Schwebevorwaermers (9) angeordnet ist.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfueberhitzer (19) zwischen der dritten Stufe (16) und der zweiten Stufe (17) des Schwebevorwaermers (9) angeordnet ist.

4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Abschnitt (38) mit niedrigem Druck des Kessels (37) zu verdampfendes ueberhitztes Wasser durch eine Leitung (40) in den Ueberhitzer (19) zur Verdampfung geleitet wird.

5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Kesselabschnitt (38) mit niedrigem Druck Sattdampf erzeugt wird, der durch eine Leitung (41) zur Verwertung gefuehrt wird.

6. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kesselabschnitte (33, 34) einander benachbart angeordnet sind.

7. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kesselabschnitte (38, 39) in getrennten Zonen angeordnet sind.

8. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der im Kessel (31 bzw. 37) erzeugte Dampf einer Turbine (10) zugefuehrt wird, die mit einem Wechselstromgenerator (11) zur Erzeugung elektrischer Energie verbunden ist.

9. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des im Kessel (31 bzw.

37) erzeugten ueberhitzten Dampfes einem oder mehreren Turbomotoren zugefuehrt wird. -