DE3236652A1

DE3236652A1 - Verfahren und anlage zum brennen von feinkoernigem gut, insbesondere zementrohmehl

Info

Publication number: DE3236652A1
Application number: DE19823236652
Authority: DE
Inventors: Horst 5202 Hennef Herchenbach; Hubert 5060 Bergisch Gladbach Ramesohl; Eberhard 4000 Düsseldorf Steinbiß; Albrecht Dr. 5000 Köln Wolter
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1982-10-04
Filing date: 1982-10-04
Publication date: 1984-04-05
Also published as: ATA340183A; GB8326557D0; BR8305459A; JPS5988349A; ES8404667A1; GB2127946A; DK455483A; FR2533912A1; GB2127946B; DK455483D0; ES526053A0; US4496396A

Description

• H 82/49

Anlage zum Patentgesuch der
Klöckner-Humboldt-Deutζ
Aktiengesellschaft

Verfahren und Anlage zum Brennen von feinkö'rnigem Gut, insbesondere Zementrohmehl

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Brennen von feinkörnigem Gut, insbesondere Zementrohmehl, in einem Wärmebehandlungssystem, worin das Gut in einer Vorwärmstufe vorgewärmt, in einer Kalzinierstufe kalziniert und in einer Klinkerstufe mit einem Brennaggregat zu Klinker gebrannt und danach in einer Künlstufe gekühlt wird.

Für die Herstellung von Zement, in der Hauptsache Portlandzement, wird heutzutage aus wärmewirtschaftlichen Gründen überwiegend das Trockenbrennverfahren angewandt. Während bei der ursprünglichen Ausübung dieses Verfahrens der gesamte Prozeß der Vorwärmung, Entsäuerung und Sinterung in einem Drehrohrofen vollzogen wurde, ging man in der Folgezeit dazu über, die Vorwärmung des Materials in einen Wärmetauscher außerhalb des Drehrohrofens und schließlich auch die Entsäuerung mit dem relativ größten Wärmeverbrauch in einen gesonderten Kalzinator zu verlegen.

Dies hatte den Vorteil, daß infolge besserer Wärmeübergänge beim Feinkorn in Suspension mit heißen Gasen sowohl die Vorerhitzung als auch die Kalzination wesentlich effektiver waren, als in einem Gutbett, wodurch der spezifische Wärmeverbrauch beim Zementbrennen erheblich gesenkt werden konnte.

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Für den Sinterbrand im Drehrohrofen verbleiben bei einer solchen Aufteilung und Durchführung der Wärmebehandlungsschritte mit vollständiger Entsäuerung in einem Kalzinator etwa noch 30 bis 40% des gesamten Brennstoffeinsatzes.

Der Begriff "Sinterbrand" umfaßt in diesem Zusammenhang das Aufheizen des Gutes von ca 900 ⁰C im Anschluß an die Kalzination bis auf eine Temperatur im Bereich der beginnenden Alitbildung bei etwa 1250 ⁰C, sowie den Bereich der durch Bildung von Scnmelzphasen gekennzeichneten Sinter-Reaktion der Kalk- und Silizium-Komponenten oberhalb 1300 ⁰C zum technischen Trikalziumsilikat (= Alit). Die Klinkerreaktion oder der "Garbrand" gilt als abgescnlossen, wenn CaO bis auf geringe Reste durch die Reaktion mit (Beut) verbraucht ist.

Es wurde schon früh erkannt (DE-PS 337 312 vom Mai 1921), daß man, um ein gutes Brennergebnis zu erzielen, für eine rasche Aufheizung durch innige Berührung zwischen Flamme und Gut nicht nur_Nwährend der Sinterung, sondern insbesondere in der Aufheiz-Phase zwischen Entsäuerung und Alitbildung sorgen muß.

Zur Lösung wurde ein geteilter Drehofen vorgeschlagen, dessen Sinterteil langsamer umläuft als der andere Teil, wobei der zum Erwärmen bis dicht an den Sinterungspunkt dienende Ofen mit so hoher Geschwindigkeit umläuft, daß das Gut bis dicht an den Scheitel des Ofens gehoben wird und von dort frei durch den Ofenquerschnitt fällt.

Hierbei ergeben sich theoretisch wesentlich höhere Wärmeübergänge in der Konvektionszone, die teilweise in der Größenordnung von Wärmeübergängen des Gutes in der Schwebe liegen. Wegen der entstehenden enormen Staubmengen im Systemgas wurde der Vorschlag jedoch niemals realisiert.

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Die Erkenntnis, daß es aus energetischen und reaktionskinetischen Gründen sehr vorteilhaft ist, die Aufheizungsspanne zwischen dem Kalzinieren des Rohmehls und dem Garbrand mit möglichst hohen Aufheizgradienten durchzuführen, hat in der Folgezeit zu weiteren Vorschlägen geführt.

Beispielsweise wird eine Möglichkeit zum sogenannten Schnellbrennen von Rohmaterial in der DL-PS 97 409 erwähnt, und zwar soll diese darin bestehen, daß in einem Reaktor das staubförmige bzw. agglomerierte Gemenge in einer Wirbelschicht schnell aufgeheizt und bis zum Garbrand gesintert wird.

Dabei wird vorgeschlagen, im Temperaturgebiet zwischen etwa 1100 und 1350 ⁰C mit extrem hohen Aufheizgradienten zu arbeiten. Als Vorteil wird eine Senkung der Garbrandzeit um etwa 70% angegeben mit daraus resultierenden positiven Auswirkungen, z.B. durch mögliche Verkleinerung des Garbrandreaktors oder Erhöhung seines Durchsatzes bzw. Durchführung des Garbrandes bei niedrigeren Temperaturen mit üblichen Verweilzeiten. Dieser Vorteil resultiert bei extrem hohen Aufheizgradienten vorzugsweise aus der Vermeidung von Desaktivierungen des kalzinierten Gutes.

Eine Realisierung des Schnellbrandes bringt demnach als erste Auswirkung eine deutliche Senkung des Energieverbrauches neben verminderten Investitions- und Betriebskosten durch kleinere Aggregate.

Abgesehen von bisher ungelösten Schwierigkeiten, die infolge schneller Aufheizung in einem gesondertem Aufheizaggregat hinsichtlich des angepaßten Wärmeangebots und der unerwünschten Anbackungen bei SchmelzphasenDildung im Heizaggregat erhebliche Probleme verursachen, bleibt der Schnellbrand andererseits auch nicht ohne Auswirkungen auf die Eigenschaften des gargebrannten Zementklinkers. Dieser wird

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nämlich nicht so stark gesintert, das heißt der Klinker wird poröser. Hierdurch ergibt sich in den Drehrohrofen-Abgasen ein erheblich höherer Anfall von Staub. Andererseits jedoch ist ein poröser Klinker im Hinblick auf die Klinkerqualität willkommen, da er die sehr leistungsintensive Klinkermahlung günstig beeinflußt.

Bei dem eingangs geschilderten, zur Zeit üblichen Brennverfahren mit einem im Gegenstrom von Brenngut und Systemgut arbeitenden Brennanlagen-System wirkt ein poröser Klinker *■- infolge des erhöhten Staubanfalles äußerst schädlich, da sich Staubkreisläufe bilden, welche bekanntlich erhebliche Minderungen der Anlagen-Leistung und Erhöhung des spezifischen Energieverbrauches zur Folge haben.

In solchen Fällen müßte über den Zusatz von teuren Flußmitteln, wie beispielsweise Eisenerz, der Anteil an schmelzphasenbildenden Zusätzen erhöht werden, um die Staubkreisläufe zu mindern. Dies hat andererseits den Nachteil, daß die Brenntemperatur und damit der spezifische Brennstoffbedarf heraufgesetzt und der Aufwand an Mahlenergie infolge sehr harten, schwierig mahlbaren Klinkers erhöht wird. Beides wirkt sich in höheren Produktionskosten bei "verminderter Leistung der Anlage negativ aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage anzugeben, welche durch erhöhten Staubanfall beim Brennen nicht beeinträchtigt werden, um auf diese Weise die Vorteile des Schnellbrandes und/oder eines hohen Silikatmoduls bei relativ geringen Anteilen an Schmelzphasen bildenden Flußmitteln und im Ergebnis leicht mahlbarem, porösem Klinker uneingeschränkt nutzen zu können.

Die Lösung der Aufgabenstellung gelingt Dei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung dadurch, daß das Aufneizen

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des weitgehend kalzinierten Gutes in der Temperaturspanne zwischen annähernd 900 ⁰C und dem Beginn der Alitbildung bei annähernd 1250 ⁰C unter möglichst raschem Temperaturanstieg und die Klinker-Reaktion im Gleichstrom mit dem Gasstrom des Brennaggregates erfolgt, und daß der Klinker beim Austrag aus dem Brennaggregat in Grobkorn-Klinker und Feinkorn-Klinker klassiert und der Grobkorn-Klinker in einem Grobkorn-Kühler und der Feinkorn-Klinker nach Trennung vom Gasstrom in einem Feinkorn-Kühler gekühlt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in sehr vorteilhafter Weise eine mit hohen bzw. höchsten Temperaturgradienten erfolgende Aufheizung des Gutes im Bereich zwischen vollzogener Entsäuerung bei ca. 900 ⁰C und dem Beginn der Alitbildung bei ca. 1250 ⁰C, da infolge Gleichstrom zwischen Gas und Gut die Entstehung von schädlichen Staubkreisläufen im Bereich des Drehrohrofen-Einlaufes bzw. des Kalzinators und gegebenenfalls des Vorwärmers vollständig vermieden ist.

Das schnelle Aufheizen des Brenngutes auf die Temperatur der Alitstabilität erhält die in der schnellen Kalzination erreichte hohe Reaktivität des Gutes, so daß der theoretische Wärmebedarf der Klinkerbildung sinkt, was sich in einer niedrigeren Sintertemperatur oder einem kürzeren Garbrand bemerkbar macht.

Die Mahlbarkeit des relativ porösen Klinkers wird signifikant verbessert, wodurch Mahl-Energie und damit Kosten gespart werden. Durch die Klassierung in Grob- und Feinkorn-Klinker und separate Kühlung in angepassten Kühlaggregaten steigt der Kühler-Wirkungsgrad und führt auch hierbei zur Kostensenkung. Und schließlich ist die Staubbeladung der Kühlluft relativ gering, was bei Verwendung als Brennluft erhebliche Vorteile mit sich bringt.

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Mit der Erfindung ist weiter vorgesehen, daß das rasche Aufheizen des weitgehend kalzinierten Gutes in der Temperaturspanne zwischen annähernd 900 ⁰C und dem Beginn der Alitbildung bei ca. 1250 ⁰C im Gleichstrom in der Flammzone des Brennaggregates und vorzugsweise zumindest teilweise in Suspension mit dem Gasstrom des Brennaggregates vorgenommen wird.

Hierdurch gelingt es sehr vorteilhaft, den optimalen direkten Wärmeaustausch zwischen im Gasstrom suspendiertem Gut und der Flamme bzw. den Flammengasen zu nutzen, ohne den Nachteil der Entwicklung von Staubkreisläufen in Kauf nehmen zu müssen.

Ein anderer Vorschlag sieht vor, daß das rasche Aufheizen des weitgehend kalzinierten Gutes in der Temperaturspanne zwischen annähernd 900 ⁰C und dem Beginn der Schmeizphasenbildung in einem dem Brennaggregat in Richtung des Gutdurchlaufes vorgeschalteten Aufheizaggregat vorgenommen wird.

Durch diese Maßnahme wird sehr vorteilhaft erreicht, daß das teuerste Aggregat der Anlage, der Drehrohrofen, radikal verkürzt werden kann.

Denn nach Aufheizen des Gutes bis zum Beginn der Alitbildung verläuft die Klinkerreaktion zum technischen Trikalziumsilikat schwach exotherm, so daß lediglich eine Temperaturerhöhung um 100 bis 150 ⁰C bis zur ausreichenden Schmelzphasenbildung durch Wärmezufuhr gedeckt werden muß, und im übrigen ein Temperatur-Gleichgewicht gegenüber Abstrahlung und sonstigen Wärmeverlusten während des Garbrandes gehalten werden muß.

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Das Aufheizen in einem gesonderten, dem Brennaggregat vorgeschalteten Aufheizaggregat hat auch den weiteren Vorteil, daß wegen des besseren Wärmeüberganges weniger Brennstoff für den gleichen Effekt aufgewendet werden muß. Zudem ist das Aufheizaggregat kleiner als der bisher dafür verwendete Drehrohrofenteil, und es kann auch besser isoliert werden, da es geringeren mechanischen Belastungen ausgesetzt ist.

Schließlich sinken auch die Abstrahlverluste des Drehronrofenteiles für die Sinterung beträchtlich, da dieser als ausgesprochener Kurz-Drehrohrofen ausschließlich fur den Garbrand ausgelegt werden kann, d.h. in der Länge verkürzt mit dem Reaktionsverlauf angepaßten Verweilzeiten des Brenngutes bei höherem Füllungsgrad arbeitet.

Da im Gegensatz zu eingangs geschilderten üblichen Brennverfahren bei der Erfindung eine andere Lenkung der Gasströme erforderlich ist, wird in Ausgestaltung des Verfahrens vorgeschlagen, daß das Abgas der Garbrandstufe nach Abtrennung von Feinkorn-Klinker mittels indirektem Wärmeaustausch zur Erhitzung von Verbrennungsluft verwendet, daß das gekühlte Abgas im Bypaß zum Wärmebehandlungssystem einem Filter zugeführt und darin von mitgeführtem Staub gereinigt, daß das gekühlte und entstaubte Abgas aus dem Wärmebehandlungssystem abgeführt, und die erhitzte Verbrennungsluft vorzugsweise der Kalzinierstufe zugeführt wird.

Durch die vorgesehene Führung der Gasströme wird sehr vorteilhaft die Anreicherung von Schadstoffen in anlageninternen Kreisläufen ebenso vermieden wie die Ausbildung von Staubkreisläufen.

Dabei kann weiter vorgesehen sein, daß der im Filter anfallende Staub je nach Schadstoffgehalt ganz oder teilweise verworfen bzw. dem Feinkorn-Klinker zugeschlagen wird.

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Auch diese Maßnahme ist zur Unterdrückung der Kreisläufe flüchtiger Anteile vorteilhaft.

Denn solche Kreisläufe - hauptsächlich verursacht durch Stoffe wie K, Na, SO₂/ SO^ und Cl - sind für die Aufheizung in der Schwebe be- sonders nachteilig, da die Anreicherung dieser Stoffe zu Schmelzphasenbildungen schon weit unterhalb der Schmelzbil- dungstemperatur im salzfreien System (ca. 1300 ⁰C) und in der Folge zu zähen Ansätzen auf den Reaktorwänden führt.

Schon in herkömmlichen Anlagen wird daher bei schadstoffreichen Roh- und Brennstoffen ein Teilgasabzug aus den Ofenabgasen im Bypaß notwendig, um die Betriebssicherheit von Kalzinator und Vorwärmer zu gewähr leisten. Dies gilt erst recht für eine Anlage mit getrenntem .Aufheizag:'~egat, da dieses das Gut bis nahe an die Temperatur der beginnenden Schmelzphasenbildung aufheizt.

Im Extremfall müßte daher bei hohem Schadstoffgehalt auf die Anordnung eines gesonderten Aufheizaggregates verzichtet werden, und die Aufheizung - wie erfindungsgemäß vorgeschlagen - in der Flammenzone des Gleichstromdrehrohrofens erfolgen, falls die Ansatzprobleme auch mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lenkung der Gasströme nicht problemlos beherrschbar sind.

Soll aus dem Brenngut eine bestimmte Komponente über die Gasphase entfernt werden oder gegebenenfalls mehrere Komponenten in verschiedenen Temperaturzonen, so ist auch in Betracht zu ziehen, entweder nur die Abgase des Aufheizaggregates für sich oder nur die Abgase des Drehrohrofens für sich, oder beide gegebenenfalls auf getrennten Wegen, abzuziehen. Dadurch ergibt sich auch die unkomplizierte Möglichkeit, spezielle Zusammensetzungen der Bypaßstäube zu erzielen und diese je nach Zusammensetzung einer gesonderten Weiterverwendung zuzuleiten.

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Weiter ist vorgesehen, daß für den Grobkorn-Klinker ein Rost- oder Rohr- oder Schachtkühler und für den Feinkorn-Klinker ein Zyklon- oder Wirbelschicht- oder Schachtkühler verwendet wird.

Daraus ergeben sich erhebliche Vorteile für die Wirkungsgrade der verschiedenen Kühler-Typen, wodurch die Aggregate kleiner gehalten werden können und die abgehende Kühlluft einen höheren Wiederverwendungswert für die Anlage besitzt, weil darin mehr Wärme und weniger Staub entnalten ist.

Im übrigen gibt das erfindungsgemäße Verfahren sehr vorteilhaft die Möglichkeit, die Mengenanteile'von Grobkorn-Klinker und Feinkorn-Klinker durch Bemessung und insbesondere knappe Bemessung der Zugabe von schmelzphasenblldenden Stoffen wie Flußmitteln zum Rohmaterial zu steuern.

Wie bereits erwähnt, bewirkt eine knappe Zugaoe von Flußmitteln ein relativ poröses Klinkerprodukt, wodurch sehr vorteilhaft infolge der besseren Mahlbarkeit beim Vermählen des Klinkers Energie und Maschinenkapazität gespart wird. Da die Mahlbarkeit des Grobkorn-Klinkers erheblich von derjenigen des Feinkorn-Klinkers abweicht, ist mit einem weiteren Vorschlag vorgesehen, daß Grobkorn-Klinker und Feinkorn-Klinker getrennt vermählen werden können.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen des Verfahrens sehen vor, daß beispielsweise in das Aufheizaggregat Kühlluft der Kühlstufe sowie Brennstoff zugeführt und Aogas daraus vorzugsweise in das Brennaggregat eingeleitet wird.

Auch kann Kühlluft der Kühlstufe wenigstens teilweise in die Kalzinierstufe und/oder in die Klinkerstufe eingeleitet werden.

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Je nach Schadstoffgehalt kann auch von der Maßnahme Gebrauch gemacht sein, daß Abgas des Aufheizungsaggregates im Bypaß zum Brennaggregat in das/Feinkorn-Klinker getrennte Abgas eingeleitet wird.

Die getrennte Führung der Gasströme einerseits vom Kalzinator in den Vorwärmer und von da über einen Abgasventilator in den Kamin, und andererseits vom Aufheizaggregat in Gegenrichtung über den Temperofen, den Wärmetauscher sowie das Filter und einen separaten Abgasventilator zum Kamin ist insofern vorteilhaft, da auf diese Weise der Unterdruck im Vorwärmer und Kalzinator auf normalem Niveau gehalten werden kann, während die Druckverhältnisse für den Windsichtungseffekt in der dem Gleichstrom-Drehrohrofen nachgeschalteten Trennstufe optimal ausgelegt und/oder eingestellt werden können.

Eine Anlage zum Brennen von feinkörnigem Gut, insbesondere Zementrohmehl, mit einem Wärmebehandlungssystem, umfassend ein Vorwärmaggregat, ein Kalzinieraggregat, ein Klinker-Brennaggregat und ein Kühlaggregat, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemaßen Verfahrens, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Brennaggregat ein Drehrohrofen ist, welcher auf der Brennerseite Mittel zur Aufgabe von thermisch vorbehandeltem Gut zum Brennen im Gleichstrom mit dem Gasstrom aufweist, und daß dem Drehrohrofen eine Austrags-Anordnung mit Mitteln zum Klassieren des Klinkers in eine Grobkorn-Fraktion und eine Feinkorn-Fraktion mit einem Abscheider für die Feinkorn-Fraktion aus dem Strom des Abgases zugeordnet ist, und daß für die Grobkorn-Fraktion ein Grobkorn-Kühler und für die Feinkorn-Fraktion ein Feinkorn-Kühler vorgesehen ist.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung sieht dabei vor, daß die Austragsanordnung eine konische Verjüngung im Auslaßbereich

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des Drehrohrofens mit Fördermitteln zum Austragen von Grobkorn-Klinker umfaßt, welche in einen Abwurfschacht mündet, der mit dem Grobkorn-Kühler in Verbindung steht, sowie einen vorzugsweise horizontalen Abgaskanal mit einem Abscheider, dessen Feststoff-Auslaß an den Feinkornkühler, und dessen Gas-Auslaß an ein Abgas-System angeschlossen ist.

Wird als Grobgutkühler ein Rostkühler verwendet, so kann die in der letzten Kühlzone anfallende Abluft vorteilhaft als Kühlluft in den Ofenabgasstrom eingemischt werden. Damit wird nicht nur ihre Entstaubung vollzogen, sondern auch die Betriebssicherheit der Trennstufe für die Abtrennung des Feinklinkers aus dem Ofenabgas verbessert. Die Feingutkühlerabluft fällt dann auf einem niedrigeren Temperaturniveau an und kann in vorteilhafter Weise als "Mittenluft" für den Grobgutkühler verwendet werden.

Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 14 bis 20.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit ihren Vorteilen anhand von Darstellungen in der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Brennanlage, bei welcher als Brennaggregat der Sinterstufe ein Drehrohrofen vorgesehen ist,

Fig. 2 das Blockschaltbild einer abgewandelten

Brennanlage nach der Erfindung, bei welcher die Klinkerstufe von einem extrem kurzen

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Drehrohrofen mit in Bewegungsrichtung von Gut und Gas vorgeschaltetem Aufheizaggregat gebildet wird,

Fig. 3 das Blockschaltbild einer abgewandelten

Brennanlage nach der Erfindung mit Bypassführung des Abgases vom Brennaggregat,

Fig. 4 das Blockschaltbild einer abgewandelten Brennanlage nach der Erfinaung mit Einmischung der Rost-Kühlerabluft in das Ofenabgas und Rückführung der aufgeheizten Feinkornkühlerluft in die Mitte des Rostkühlers.

Fig. 5 das Brennaggregat der Klinkerstufe mit zugeordneter Austragsanordnung für Grob- und Feinklinker, im Schnitt.

Das Wärmebehandlungssystem der Brennanlage gemäß Figur 1 umfaßt ein Vorwärmaggregat 1, ein Kalzinieraggregat 2, ein Klinker-Brennaggregat 3 und ein Kühlaggregat 4 mit den beiden Kühlern 5 und 5¹. Das Vorwärmaggregat 1 ist als Schwebegas-Wärmetauscher ausgebildet und arbeitet im Gegenstrom von Gas und Gut. Feinkorniges Brenngut wird gemäß Pfeil 6 im oberen Bereich des Vorwärmaggregates 1 aufgegeben und vollzieht in mehreren stufenweise angeordneten Wärmetauschzyklonen (nicht dargestellt) einen Wärmeaustausch mit aus dem Kalzinieraggregat 2 zugeführten heißen Gasen gemäß Pfeil 7. Diese verlassen nach Abkühlung durch das erwärmte Gut 8 das Vorwärmaggregat 1 über die Abgasleitung 9 mit dem Abgasventilator 10.

Das vorgewärmte Brenngut 8 wird im Kalzinieraggregat 2 unter Zuführung von Brennstoff 11 und heißer Brennluft 12

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beziehungsweise 12' kalziniert und verläßt das Kalzinieraggregat 2 mit einem Temperaturniveau von ca. 900 °C als kalziniertes Gut gemäß Pfeil 13. Dieses wird, gegebenenfalls zusammen mit heißem Trägergas gemäß Pfeil 14 im Partikelstrahl in das Klinker-Brennaggregat 3 eingetragen und darin im Gleichstrom mit der Flamme 39 (Fig. 5) des Brenners 15 mit extrem raschem Temperaturgradienten in der Pulverwolke 40 (Fig. 5) aufgeheizt und nach Sedimentation zum Gutbett zu Klinker gar gebrannt. Mit der Leitung 14" wird dem Klinker-Brennaggregat 3 heiße Tertiärluft aus den Kühlern 5 und 5' zugeführt. Das Klinker-Brennaggregat 3 ist ein relativ kurzer Drehrohrofen, in welchem der Klinkerbrand erfindungsgemäß im Gleichstrom von Gut und Gas vollzogen wird. Dabei fällt ein relativ poröser Grobkorn-Klinker an, der gemäß Pfeil 16 ausgetragen und in den Grobkorn-Kühler 5 abgeworfen wird. M.'t heißem Brenngas untermischt wird Feinkorn-Klinker gemäß Pfeil 17 aus dem Brennaggregat 3 ausgetragen und durch den Auslaßkanal 18 in einen Abscheider 19 geleitet. Dieser trennt Feinkorn-Klinker vom Gas und gibt den Feinkorn-Klinker gemäß Pfeil 20 dem Feinkorn-Kühler 5' auf. Auf diese Weise gelangt Grobkorn-Klinker 16 und Feinkorn-Klinker 20 in jeweils angepaßte Kühler 5 beziehungsweise 5¹ und wird darin mittels Zufuhr von Kühlluft 21, 21' unter jeweils optimalen Bedingungen gekühlt. Aus den beiden Kühlern 5, 5¹ abgeführte heiße Kühlluft wird, wie an sich bekannt, in das Wärmebehandlungssystem durch die Leitung 22 eingeleitet. Vom Feinkorn-Klinker 20 getrenntes Abgas wird mit der Abgasleitung 23 durch einen als Rekuperator angeordneten indirekten Wärmetauscher 24 hindurchgeleitet. In diesem wird der Wärmeinhalt des Abgasstromes zur Aufheizung von Brennluft genutzt, welche mit der Leitung 12' vorzugsweise dem KaIznieraggregat 2 zugeführt wird. Das auf diese Weise gekühlte Abgas wird schließlich durch das Bypassfilter 25 geführt, und darin von mitgeführtem Staub gereinigt. Entstaubtes und

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gekühltes Abgas wird schließlich durch den Abgasventilator

26 aus dem Wärmebehandlungssystem ausgeschieden. Der im Filter 25 gewonnene Staub wird mit einer Fördereinrichtung

27 über die Leitung 28 je nach Schadstoffgehalt entweder verworfen oder dem gekühlten Feinkorn-Klinker 20' zugeschlagen.

Das Schema des Wärmebehandlungssystems gemäß Figur 2 unterscheidet sich von demjenigen nach Figur 1 durch eine Aufteilung der Klinkerstufe 30 in ein Aufheizaggregat 31 und C ein Brennaggregat 32. Das Aufheizaggregat 31 ist in Richtung der Gas- und Gutströme dem Brennaggregat 32 vorgeschaltet. Es nimmt weitgehend kalziniertes Gut 13 auf, welches gegebenenfalls durch heißes Trägergas IA eingeleitet wird. Brennstoff wird dem Aufheizaggregat mit dem Brenner 15 zugeführt und heiße Brenniuft mit der Leitung 14'. Im Aufheizaggregat 31 vollzieht sich die Aufheizung mit extrem hohem Temperaturgradienten von der Tempertur des kalzinierten Gutes bei ca. 900 ⁰C bis zur beginnenden Alitbildung bei ca. 1250 ⁰C. Das so aufgeheizte Gut wird gemäß Pfeil 33, untermischt mit Heißgas gemäß Pfeil 34, sowie unter Zusatz von Brennstoff durch den Brenner 15' in das Brennaggregat 32 eingeleitet. Bei diesem handelt es sich um einen extrem kurzen Drehrohrofen, der im wesentlichen als Garbrandofen das Gut bis in die Temperaturstufe der Schmelzphasenbildung von 1250 ⁰C auf ca. 1350 bis 1450 ⁰C aufheizt und im Gutbett den Garbrand vollzieht. Die Austragsverhältnisse sind die gleichen wie beim Anlagenschema gemäß Figur 1, das heißt, es wird Grobkorn-Klinker gemäß Pfeil 16 in den Grobkorn-Kühler 5 abgeworfen und Feinkorn-Klinker gemäß Pfeil 20 in den Feinkorn-Kühler 5'. Das mit dem Abscheider 19 vorn FeinkornKlinker 20 getrennte Abgas gelangt bei dieser Anlage unter der Voraussetzung, daß keine nennenswerten Schadstoffe darin enthalten sind, mit der Leitung 12' in das Kalzinieraggregat 2. Außerdem

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werden bei dem Anlagen-Schema gemäß Figur 2 die Abgasströme aller Aggregate auf dem Weg über das Kalzinieraggregat 2 und das Vorwärmaggregat 1 sowie die Abgasleitung 9 und den Abgasventilator 10 aus der Anlage herausgeführt. Das hierfür erforderliche Druckgefälle ist ersichtlicherweise relativ hoch. Gegebenenfalls könnte in der Leitung 12' ein Druckerhöhungs-Heißgasventilator vorgesehen sein.

Das mit der Größenordnung des Unterdrucks sich ergebende Problem ist im Anlagenschema gamäß Figur 3 dadurch gelöst, daß entsprechend dem Layout der Anlage gemäß Figur 1 das Abgas der Klinkerstufe 30 durch die Leitung 23, den Wärmetauscher 24, das Bypass-Filter 25 und den Abgasventilator 26 geführt ist. Im Filter 25 anfallender Staub wird in gleicher Weise wie beim Anlagenschema gemäß Figur 1 mit der Fördervorrichtung 27 ausgetragen und durch die Leitung 28 abgeführt und entweder, bei nohem Schadstoffgehalt, verworfen oder bei geringerem Schadstoffgehalt dem Feinkorn-Klinker 20' zugeschlagen. Im Wärmetauscher 24 rekuperierte Heißluft wird mit der Leitung 12¹ in das Kalzinieraggregat 2 eingeleitet, während den Kühlern 5 und 5¹ entnommene heiße Kühlluft durch die Leitung 22 als Brennluft dem Aufheizaggregat 31 und/oder dem Kalzinieraggregat 2 zugeführt wird. Die Klinkerstufe 30 mit dem Aufheizaggregat 31 und dem Brennaggregat 32 entspricht dem Anlagenschema der Figur 2.

Für den Fall, daß als Grobkornkühler 5 ein Rostkühler verwendet wird, zeit Fig. 4 die Überleitung der Kühlerabluft aus dem gutseitig gesehen letzten Teil des Rostkühlers über Leitung 46 in die Abgasleitung 18 des Brennaggregates 32. Außer Frischluft 21 wird dem Rostkühler 5 über Leitung 47 Abluft aus dem Feinkornkühler 5¹ zugeführt. Zusätzlich zeigt Fig. 4 die Möglichkeit, die für die Feuerung 15¹erforderliche Verbrennungsluft über eine Leitung 22' direkt zuzuleiten.

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Figur 5 zeigt das Brennaggregat 32 mit der Austragsanordnung 35. Das Brennaggregat 32 umfaßt einen sehr kurzen Drehrohrofen 36. Dieser weist auf seiner linken Seite einen nicht mitdrehenden Wandteil 37 auf, in welchem unterhalD eines Guteinfuhrungskanales 38 der Brenner 15 angeordnet ist. Diesem wird heiße Sekundärluft mit der den Brenner ringförmig umgebenden Leitung 14 zugeführt. Das gemäß Pfeil 34 aus dem Aufheizaggregat 31 mit etwa 1200 bis 1250 ⁰C zugeführte vollständig kalzinierte und weitgehend aufgeheizte Gut bildet zunächst oberhalb der Flamme 39 eine Pulverwolke 40. Es nimmt dabei in der Strahlungs- und Konvektionszone des Brennaggregates 32 die zur Durchführung der Klinkerreaktion in der Schmelzphase erforderlichen Wärmemengen auf und wird dabei unter Aufheizung zu ca. 1350 ⁰C bis 1450 ⁰C zum Klinker gebrannt. Dabei verbindet sich im wesentlichen, wie bekannt, die Kalk-Komponente mit der Silizium-Komponente unter Zugabe geringer Mengen von Flußmitteln wie Eisen- und Aluminium- Verbindungen, wodurch im Verlauf das Phasengemenge des Portlandzement-Klinkers entsteht. Die infolge Schmelzphasenbildung agglomerierenden Partikeln fallen beim Brennvorgang aus der Suspension aus und bilden am Grunde des Drehrohrofens 36 ein Gutbett 41. Dabei entsteht einerseits ürobkorn-Klinker, der durch eine als spiralförmige Schurre 42 ausgebildete Fördereinrichtung aus dem konisch verjüngten Bereich 43 des Drehrohrofens 36 ausgetragen wird und gemäß Andeutung durch den Pfeil 16 durch den Fallschacht 44 in den Grobkorn-Kühler 5 ausgetragen wird. Im Gegensatz hierzu wird der im beschleunigten Gasstrom 17 mitgeschleppte Feinkorn-Klinker durch den Auslaßkanal 18 in den Abscheider 19 ausgetragen und darin vom Abgas getrennt. Der Feinkorn-Klinker wird gemäß Pfeil 20 aus dem Abscheider 19 ausgetragen und dem Feinkorn-Kühler 5' zugeteilt. Abgas verläßt durch das Tauchrohr 45 den Abscheider-Zyklon 19 zur Weiterleitung durch die Abgas-Leitung 23 gemäß dem Pfeil 23'.

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Leerseite

Claims

Gr/Ju KHD

01.10.1982 H 82/49

Patentansprüche

Ii' Verfahren zum Brennen von feinkörnigem Gut, insbesondere Zementrohmehl, in einem Wärmebebaridlungssystem, worin das Gut in einer Vorwärmstufe vorgewärmt, in einer Kalzinierstufe kalziniert und in einer Klinkerstufe mit einem Brennaggregat zu Klinker gebrannt und danach in einer Kühlstufe gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufheizen des weitgehend kalzinierten Gutes in der Temperaturspanne zwischen annähernd 900 ⁰C und dem Beginn der Alitbildung bei annähernd 1.250 C unter möglichst raschem Temperaturanstieg und die Klinker-Reaktion im Gleichstrom mit dem Gasstrom des Brennaggregates erfolgt, und daß der Klinker beim Austrag aus dem Brennaggregat in Grobkorn- Klinker und Feinkorn-Klinker klassiert und der Grobkorn-Klinker in einem Grobkorn-Kühler und der Feinkorn-Klinker nach Trennung vom Gasstrom in einem Feinkorn-Kühler gekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rasche Aufheizen des weitgehend kalzinierten Gutes in der Temperaturspanne zwischen annähernd 900 C und dem Beginn der Alitbildung bei ca. 1.250 ⁰C im Gleichstrom in der Flammenzone des Brennaggregates und vorzugsweise zumindest teilweise in Suspension mit dem Gasstrom des Brennaggregates vorgenommen wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rasche Aufheizen des weitgehend kalzinierten Gutes in der Temperaturspanne zwischen annähernd 900 ⁰C und dem Beginn der Alitbildung in einem dem Brennaggregat in Richtung des Gutdurchlaufes vorgeschalteten Aufheizaggregat vorgenommen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Abgas der Klinkerstufe nacn Abtrennung von Feinkorn-Klinker mittels Wärmeaustausch zur Ernitzung von Verbrennungsluft verwendet, daß das gekühlte Abgas im Bypass zum Wärmebehandlungssystem einem Filter zugeführt und darin von Staub gereinigt, daß das gekühlte und entstaubte Aogas aus dem Warmebehandlungssystem aDgeführt, und die erhitzte Verbrennungsluft vorzugsweise der Kalzinierstufe zugeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Filter anfallender Staub je nach Schadstoffgehalt ganz oder teilweise verworfen bzw. dem Feinkorn-Klinker zugeschlagen wird.
6. Verfahren nach einem der -Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für den Grobkorn-Klinker ein Rost-, Rohr- oder Schachtkühler und für den Feinkorn-Klinker ein Zyklon-, Wirbelschicht- oder Schachtkühler verwendet wird.
7. Verfanren nach einem der Ansprüche 1 ois 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mengenanteile von Grobkorn-Klinker und Feinkorn-Klinker durch Bemessung der Zugaoe von schmelzphasenbildenden Stoffen wie Flußmittel zum Rohmaterial gesteuert werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 Dis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Grobkorn-Klinker und Feinkorn-Klinker getrennt vermählen werden.

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9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Aufheizaggregat Kühlluft der Künlstufe sowie Brennstoff zugeführt und Abgas daraus vorzugsweise in das Brennaggregat eingeleitet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Abgas des Aufheizaggregates im Bypass zum Brennaggregat in das vom Feinkorn-Klinker getrennte Abgas eingeleitet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlluft der Kühlstufe wenigstens teilweise in die Kalziniersiufe und/oder in die Klinkerstufe eingeleitet wird.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens Teile der niedertemperierten Grobgutkühlerabluft als Kühlluft dem Abgas des Brennaggregates und/oder bei getrennter Abgasführung auch dem Abgas des Aufneizaggregates beigemischt werden.

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13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

12, dadurch gekennzeichnet, daß die Feingutkühlerabluft wenigstens teilweise dem Grobgutkühler als Kühlluft für die mittlere Kühlzone zugeführt wird.
14. Anlage zum Brennen von feinkörnigem Gut, insbesondere Zementrohmehl, mit einem Wärmebehandlungssystem, umfassend ein Vorwärmaggregat, ein Kalzinieraggregat, ein Klinker-Brennaggregat und ein Kühlaggregat, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennaggregat (3, 32) ein Drehrohrofen ist, weicher auf der Brennerseite" Mittel (14)

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zur Aufgabe von thermisch vorbehandeltem Gut (13) zum Brennen im Gleichstrom mit dem Gasstrom des Brenners (15) aufweist, und daß dem Drehrohrofen (3, 32) eine Austrags-Anordnung mit Mitteln zum Klassieren des Klinkers in eine Grobkorn-Fraktion (16) und eine Feinkorn-Fraktion (20) mit einem Abscheider (19) für die Feinkorn-Fraktion (2.0) aus dem Strom des Abgases zugeordnet ist, und daß für die Grobkorn-Fraktion (16) ein Grobkorn-Kühler (5) und für die Feinkorn-Fraktion (20) ein Feinkorn-Kühler (5¹) vorgesehen ist.
15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kalzinieraggregat (2) und dem Klinker-Brennaggregat (32) ein gesondertes Aufneizaggregat (31) angeordnet
16. Anlage nacn einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragsanordnung (35) eine konische Verjüngung (43) im Auslaßbereich des Drehrohrofens (36) mit Fördermitteln (42) zum Austragen von Grobkorn-Klinker (16) umfaßt, welche in einen Abwurfschacht (44) mündet, der mit dem Grobkorn-Kühler (5) in Verbindung steht, sowie einen vorzugsweise horizontalen ADgaskanal (18) mit einem Abscheider (19), dessen Feststoff-Auslaß an den Feinkornkühler (5¹), und dessen Gas-Auslaß (45) an ein Abgas-System angeschlossen ist.
17. Anlage nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas-System eine Abgas-Leitung (23) umfaßt, welche im Bypass zum Wärmebehandlungssystem geführt ist, sowie einen Wärmetauscher (24) zur Erzeugung von heißer Brennerluft, sowie im weiteren Verlauf ein Entstaubungsfilter (25) und einen Abgasventilator (26).

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18. Anlage nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wärmetauscher (24) und dem Kalzinieraggregat (2) eine Leitung (12¹) zum Zuführen von vorgewärmter Brennerluft vorgesehen ist.
19. Anlage nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlluftleitung (22) vom Grobkornkühler (5) und gegebenenfalls auch vom Feinkornkühler (5¹) mit Anschluß beziehungsweise Anschlüssen an das Brsnnaggregat (3, 32) und/oder das Aufheizaggregat (31) und/oder das Kalzinieraggregat (2) vorgesehen ist.
20. Anlage nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß für den Grobkorn-Klinker (16) und für den Feinkorn-Klinker (20) gesonderte Mahlanlagen vorgesehen sind.

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