DE3244943A1

DE3244943A1 - Verfahren und anlage zum brennen von zementklinker

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Publication number: DE3244943A1
Application number: DE19823244943
Authority: DE
Inventors: Horst 5202 Hennef Herchenbach; Albrecht Dr. 5000 Köln Wolter
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1982-12-04
Filing date: 1982-12-04
Publication date: 1984-06-07
Also published as: FR2537126A1; BR8306503A; JPS59111959A; DK555383D0; GB8332238D0; GB2131408A; DK555383A; GB2131408B; US4504319A

Description

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Anlage zum Patentgesuch der
Klöckner-Humboldt-Deutζ
Aktiengesellschaft

Verfahren und Anlage zum Brennen von Zementklinker

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Brennen von Zementklinker aus unterschiedlichen mineralischen Grundstoffen, welche nach getrennter Aufbereitung und getrennter thermischer Vorbehandlung zur Klinkerreaktion vereinigt und gargebrannt werden.

Für die Herstellung von Zement, im wesentlichen Portland-Zement, wird beim Stand der TecnniK aus ökonomischen, insbesondere wärmewirtschaftlichen Gründen überwiegend das Trockenbrennverfahren angewendet, woDei die Vorwärmung des Materials in einem Wärmetauscher außerhalb des Drehronrofens und in den meisten Fällen auch die Entsäuerung mit dem relativ größten Wärmeverbrauch in einem Kalzinator vollzogen wird.

Hierdurch ergibt sich unter anderem der Vorteil, dai3 die Wärmeübergänge beim Feinkorn in Suspension mit heißem Gas sowohl bei der Vorerhitzung als auch bei der Kalzination sehr effektiv sind, wodurch der spezifische Wärmeverbrauch beim Zementbrennen gegenüber älteren Anlagen erheblich gesenkt wird.

Bei Anlagen dieses Typs benötigt der Sinterbrand im Drehrohrofen bei annähernd vollständiger Entsäuerung des Rohmehls in einem Kalzinator etwa nocn 30 Dis 40 % des gesamten Srennstoffeinsatzes.

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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 Schmelzphasen gekennzeichneten Sinter-Reaktion der Kalk- und Silizium-Komponenten oberhalb 1300 ⁰C zum technischen Trikalziumsilikat (= Alit). Die Klinkerreaktion oder der "Garbrand" gilt als abgeschlossen, wenn freies CaO bis auf geringe Reste durch die Reaktion mit Ca₂SiO₄ (Beut) verbraucht ist.

Es ist ein dem genannten Stand der Technik entsprechendes Verfahren zum Brennen von Zementklinker und eine Anlage bekannt, bei welcher dem Drehrohrofen zwei parallel betriebene Wärmeaustauscher-Stränge vorgeschaltet sind, und zwar wird einem mit Kühlerabluft betriebenen Wärmeaustauscher Rohmehl und einem mit Ofenabgas betriebenen Wärmetaustauscher Ton aufgegeben (DE-PS 1 213 337).

Durch diese Aufteilung der Wärmeaustauscher-Stränge wird vermieden, daß im Ofenabgas in relativ hoher Konzentration enthaltenes Kohlendioxid mit freiem Calciumoxid des Rohmehles unter Bildung von Calziumkarbonat reagiert, was zur Folge hätte, daß zusätzliche Wärme für die Wiederentsäuerung des Kalkes aufgewendet werden müßte.

Bei einer weiterentwickelten ähnlichen Anlage mit einem Drehrohrofen und zwei parallel vorgeschalteten Wärmeaustauschersträngen, wobei ebenfalls dem durch Ofenabgas beschickten Strang die Tonkomponente und dem mit Kühlerheißgas beschickten Strang die Kalkkomponente aufgegeben und mittels Zusatzbrennern die Temperatur entsprechend dem Wärmebedarf angehoben wird, gelangt vorerhitzter Ton gemeinsam mit erhitztem Kalkstein über eine mit Zusatzbrennern ausgestattete Leitung für

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Kühler-Heißluft in einen dem Drehrohrofen vorgeschalteten Wärmeaustauscher. Beide Grundstoffe werden darin homogen gemischt und gleichzeitig weiter erhitzt. Die bekannte Verfahrensweise und Anlage hat den Vorteil, daß bei höherem Schwefelgehalt der Ofen-Abgase das entstehende Schwefeldioxid über den mit Tonmineralien beschickten Wärmeaustauscher-Strang aus dem System entfernt und in bekannter Weise aus den Gasen ausgeschieden werden kann (DE-OS 22 62 213).

Wie bereits erwähnt, erfordert bei Anlagen der genannten Gattung der Sinterbrand im Drehrohrofen etwa noch 30 bis 40 % des totalen Brennstoffeinsatzes.

Das Ziel weiterer Entwicklungen und Verbesserungen geht jedoch dahin, den Drehrohrofen weiter zu verkürzen und hierfür insbesondere das Aufheizen des Gutes im Temperaturbereich zwischen ca. 900 ⁰C und 1250 ⁰C in ein vorgeschaltetes stationäres Heizaggregat zu verlagern. Weiter wird angestrebt, den Brennstoffeinsatz je Gewichtseinheit Klinker, den Energiebedarf der Anlage einschließlich des Energiebedarfs der Klinkermanlanlage, j sowie das Investitionsvolumen der Anlage noch weiter zu verringern.

Zur Erreichung dieses Ziels könnte die konsequente Durchführung des sogenannten "Schnellbrandes" einen wichtigen Beitrag liefern, wenn es gelingen würue, die damit verbundenen Schwierigkeiten, technischen Grenzen und Probleme zu bewältigen.

Es wurde nämlich schon früh erkannt (DE-PS 337 312; Mai 1921), daß man, um ein besseres Brennergebnis zu erzielen, für eine möglicnst rasche Aufheizung durch innige Berührung zwischen Flamme und Gut insbesondere in der

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Aufheiz-Phase zwischen Entsäuerung und Alitbildung sorgen muß.

Zur Lösung wurde seinerzeit ein geteilter Drehrohrofen vorgeschlagen, dessen Sinterteil langsamer umläuft als der zum Erwärmen bis dicht an den Sinterungspunkt dienende Ofen. Dieser sollte mit so hoher Geschwindigkeit umlaufen, daß das Gut bis dicht an den Scheitel des Ofens gehoben wird und 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 jedocn niemals realisiert.

Ein weiterer Vorschlag zum Durchführen des sogenannten Schnellbrennens von Rohmaterial ist der DL-PS 97 409 zu entnehmen. Danach soll in einem stationären Reaktor das staubförmige beziehungsweise agglomerierte Gemenge in einer Wirbelschicht schnell aufgeheizt und bis zum Garbrand gesintert werden, wobei im Temperaturgebiet zwischen etwa 1100 und 1350 ⁰C mit extrem hohen Aufheizgradienten gearbeitet wird.

Als Vorteil wird eine Senkung der Garbrandzeit um etwa 70 % angegeben, mit daraus resultierenden Vorteilen wie etwa Verkleinerung des Garbrandreaktors beziehungsweise Erhöhung seines Durchsatzes und gegebenenfalls Durchführung des Garbrandes bei niedrigeren Temperaturen mit geringerem Brennstoffeinsatz. Einige dieser Vorteile resultieren bei extrem hohen Aufheizgradienten aus der Vermeidung von Desaktivierungen des kalzinierten Gutes.

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Auch dieser Vorschlag wurde, obwohl seine theoretischen Grundlagen richtig sind, wegen Störungen in den stationären Heizaggregaten nicht realisiert.

Denn beim Aufheizen des Gutes in einem stationären Aggregat können auch in der Temperaturspanne 850/1250 ⁰C Ansätze und Anbackungen entstehen, deren Klebstoff teilweise von bei solchen Temperaturen möglichen Ungleichgewichtsschmelzen, vor allem aber von im Kreislauf angereicherten Nebenkomponenten wie KCL, K₂SO^, CaSO^ etc. gebildet wird. Solche Anbackungen erfordern einen hohen Abreinigungsaufwand und verhindern schließlich unweigerlich das Verfahren.

Könnte man diese Probleme überwinden und die dadurch gegebenen Grenzen der technischen Möglichkeiten erweitern, so würde dies einen beträchtlichen Fortschritt ergeben.

Dieser resultiert im wesentlichen aus Einsparungen an Brennstoff je t/Klinker, Einsparungen am Energiebedarf, ferner aus Reduktion des Investitionsvolumens und nicht zuletzt aus geringerem Beaarf an Mahlenergie, da durch Schnellbrand erzeugter Klinker nicht so stark gesintert ist, sondern relativ porös ausfällt.

Bei dem eingangs geschilderten, zur Zeit üblichen Brennverfahren mit im Gegenstrom von Brenngut und Systemgut arbeitenden Brennanlagen-Systemen wirkt jedoch ein poröser Klinker infolge des erhöhten Staubanfalls äußerst schädlich, da sich Staubkreisläufe bilden, welche bekanntlich erhebliche Minderungen der Anlagen-Leistung una Erhöhung des spezifischen Energieverbrauchs zur Folge haben,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Schwierigkeiten und technischen Grenzen insbesondere beim

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Schnellbrand von Zementklinker zu überwinden und hierfür die natürlichen Eigenschaften des eingesetzten Gutes zur Vermeidung von Betriebsstörungen und Anbackungen zu nutzen, um einen problemlosen Klinker-Schnellbrand mit wirtschaftlichen Mitteln zu ermöglichen.

Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einem Verfahren zum Brennen von Zementklinker aus unterschiedlichen mineralischen Grundstoffen, welche nacn getrennter Aufbereitung und getrennter thermischer Vorbehandlung zur Klinkerreaktion vereinigt und gargeorannt weraen dadurch, daß einer der Grundstoffe mit relativ hohen Anteilen von schmelzphasenbildenden Komponenten und ein anderer Grundstoff mit relativ geringen Anteilen von schmelzphasenbildenden Komponenten angereichert beziehungsweise aus solchen zusammengesetzt wird, daß der schmelzphasenreichere Grundstoff nach thermischer Vorbehandlung geschmolzen und in schmelzflüssigem Zustand mit thermisch vorbehandeltem, in fester Phase vorliegendem schmelzphasenärmerem Grundstoff in einen Klinkerreaktor eingeführt und beide Grundstoffe darin miteinander vermischt werden, und .daß die Mischung zu Klinker getempert und/oder gargebrannt wird.

Zum besseren Verständnis wird an dieser Stelle eine Definition der verwendeten Begriffe eingefünrt. Im Sinne der Erfindung wird unterschieden zwischen Rohstoffen, Grundstoffen und Komponenten.

Als "Rohstoffe" werden Mineralien bezeichnet, die aus der Erde im Übertage- oder Untertagebau gewonnen und gegebenenfalls durch Vorbrechen, Waschen, Klassieren etc. aufbereitet sind.

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Als "Grundstoffe" werden Stoffgemenge oder Stoffe bezeichnet, welche für die Herstellung einer bestimmten Zement-Qualität benötigt und der Anlage zur Verarbeitung aufgegeben werden.

Als "Komponenten" werden chemische Bestandteile, zum Beispiel SiO₂, CaCO₃, CaO, Al₂O₃, Fe₂O₃ etc. bezeichnet, welche anteilmäßig in Grundstoffen oder Rohstoffen enthalten sind.

Bei Komponentengemischen wie zum Beispiel Zement-Grundstoffen beobachtet man in der Regel anstelle eines eindeutigen Schmelzpunktes ein Temperaturintervall, auch "Schmelzintervall" genannt, in welchem die Aufschmelzung erfolgt. Für das Zementbrennen, speziell für das herkömmliche Brennen von Portland-Zement gilt, dad die Deim Aufheizen zuerst gebildete Schmelze immer Al₂O₃- und Fe₂0₃-reich, jedoch SiO₂-arm ist. Diese Komponenten sind bei den infragekommenden Temperaturen von mehr als ca. 1.300 ⁰C immer schon chemisch an CaO gebunden. Die dadurch vorhandenen Phasen Ca₃Al₂O₆:, ^Cai2^A"¹'14⁰33' Ca₂(Al, Fe)₂O₅ und seltener Ca₂Fe₂O₅ gehen im

_v ", Temperaturbereich von ca. 1.300 bis ca. 1.400 ⁰C in die Schmelze über, und sind als relativ leicht schmelzbar anzusehen. Die Aufschmelzung auch der silikatischen Phasen Ca₃SiO₅ und Ca₂SiO. erfordert Temperaturen bis maximal ca. 2.000 ⁰C, das heißt, sie erfolgt bei höheren Temperaturen und überstreicht einen 4 bis 6 mal breiteren Temperaturbereich, als die der aluminatiscn-ferritischen Phasen. Die kalkreichen silikatischen Phasen können daher als relativ schwer schmelzbar angesehen werden. Besonders kalkreiche Mischungen enthalten auch im Temperaturbereich oberhalb 2.000 ⁰C weiterhin festes CaO. In besonders kalkarmen Mischungen dagegen kann bereits zwiscnen ca. 9OU und. 1.300 ⁰C die Schmelzbiloung einsetzen, woDei als

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kristallisierte Gleichgewichtsphasen noch eine Reihe kalkärmerer Verbindungen erscheinen kann, die hier aber im einzelnen nicht behandelt zu werden brauchen.

Das Komponenten-Mengenverhältnis ist aufgrund der vorgegebenen Klinkerzusammensetzung festgelegt. Da die hauptsächlich schmelzphasenbildenden Komponenten wie Al₂O, und Fe₂O₃ mit den Tonmineralien und gegebenenfalls als Eisenerz oder eisenhaltige Alumosilikate eingebracht werden, ist der Grundstoff, welcher diese Komponenten vorwiegend einbringt, "schmelzphasenreicher" und ein anderer, welcher diese Komponenten bedeutend weniger oder nicht enthält, "schmelzphasenärmer", dafür jedoch reicher beispielsweise an CaCO₃ und untergeordnet MgCO₃.

Mit der Lehre nach der Erfindung ergeben sich eine Reihe von Vorteilen. Durch die angepaßte thermische Behandlung der verschiedenartigen Grundstoffe wird die Entstehung und Anreicherung von Schadstoffen beispielsweise durch Schwefeldioxid, Kohlendioxid oder Alkalioxide, Alkalichloride und Sulfate weitgehend vermieden respective auf diejenigen stationären Anlagen-Teile beziehungsweise Aggregate lokalisiert, in denen sie bevorzugt entstehen, und können infolgedessen durch bekannte Maßnahmen und Mittel wie Bypassen oder Verdünnung beziehungsweise Temperatur-Anpassung besser unter Kontrolle geDracht werden.

Dadurch und durch Trennung der Stoffe nacn Maßgabe des Gehaltes an schmelzphasenbildenden Komponenten werden in der Folge sehr vorteilhaft Brennstörungen beispielsweise durch Auftreten von Ringbildungen oder übermäßige Ansätze vermieden. Denn einerseits neigt das schmelzphasenä'rmere Material selbst bei stationärer Aufheizung nicht zur Bildung von Anbackungen. Andererseits liegt das

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schmelzphasenreichere Material als Schmelzfluß vor, der in gewohnter Weise geführt werden kann.

Durch eine den natürlichen Eigenschaften der Grundstoffe angepaßte thermische Behandlung gelingt folglich mit der Erfindung die weitgehend problemlose Durchführung des Schnellbrandes unter Nutzung der hierdurch erreichbaren, vorgängig erwähnten Vorteile.

Ferner ergibt sich sehr vorteilhaft eine Senkung aer Investitions- und Betriebskosten infolge weitgehender Prozessführung in wärmewirtschaftlich günstigeren stationären Aggregaten, wodurch eine nochmalige Verkürzung des als Klinkerreaktor eingesetzten Drehronrofens erfolgen kann.

Weil dieser nur noch dem Garbrand dient, kann der Drehrohrofen, begünstigt durch einen relativ hohen Füllungsgräd, welcher für die Mischung der Stoffe im Gutbett von Vorteil ist, sowie infolge Fehlens der Aufheizzone extrem kurz gehalten sein.

Als weiterer Vorteil ergibt sich hierdurch eine Verkürzung von Leitungen, wie beispielsweise der Tertiärluftleitung, womit eine weitere erhebliche Kostenreduktion erzielt wird.

Und schließlich wird durch den Schnellbrana die AlitDildung unter Einsparung von Brennstoff auf einem relativ niedrigen Temperaturniveau ermöglicnt, wodurch als weiterer Vorteil eine Verringerung der Kühlerkapazität ermöglicht wird, wodurch in der Folge 3au- und Betriebskosten des Kühlers gesenkt werden.

Weil schließlich der Klinker infolge der erfindungsgemäßen Verfahrensweise poröser ausfällt, als beim konventionellen Brand, wird aucn Mahlenergie gespart.

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Je nach dem Gehalt der Grundstoffe an Carbonaten ist vorgesehen, daß sowohl der schmelzphasenärmere als auch der schmelzphasenreichere Grundstoff vor Einführung in den Klinkerreaktor wenigstens teilweise, gegebenenfalls auch vollständig, kalziniert wird.

Da im Gegensatz zu üblichen Verfahren mit der Erfindung die Mischung der Grundstoffe beziehungsweise der Komponenten erst im Klinkerreaktor vollzogen wird, sieht eine erfindungswesentliche Ausgestaltung vor, daß die thermisch vorbehandelten Grundstoffe unter gleichzeitiger Bildung einer Mischung in den Klinkerreaktor eingebracht werden. Dabei kann mit Vorteil Schmelze zusammen mit hocherhitztem schmelzphasenarmem, mehlförmigem Grundstoff im Bereich einer Flamme und gegebenenfalls durch diese hindurch unter Zerstäubung und Verwirbelung in den Klinkerreaktor eingebracht werden. Dabei ist es weiter von Vorteil, wenn das Tempern beziehungsweise Garbrennen des Gutbettes unter intensiver Mischbewegung im Klinkerreaktor durchgeführt wird.

Eine solche intensive Bewegung der Mischung im Drehrohrofen kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß bei einem relativ hohen Füllungsgrad, der zumindest das übliche Maß des Füllungsgrades beim konventionellen Betrieb von Drehrohröfen deutlich übersteigt, eine Drehgeschwindigkeit gewählt wird, die nur wenig unterhalb der kritischen Drehzahl liegt, so daß auf das Gutbett intensive Bewegungskräfte einwirken. Dabei werden die Grundstoffe innig miteinander in Berührung gebracht und die Miscnuny homogenisiert.

Erfindungswesentlich für die Ausgestaltung des Verfanrens ist, daß bei einem Vorkommen mit insbesondere mehreren Rohstoffen mit unterscniedlichen Gehalten an

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schmelzphasenbildenden Komponenten die Grundstoffe durch gezielte Auswahl dieser Komponenten angereichert beziehungsweise zusammengemengt werden. Und weiterhin, daß diese Grundstoffe nach Maßgabe ihrer relativen Gehalte an schmelzphasenbildenden Komponenten bei ihrer angepaßten getrennten thermischen Vorbehandlung in der Temperaturspanne zwischen dem Ende der Entsäuerung (ca. 900 ⁰C) und dem Beginn der Alitbildung (ca. 1.250 ⁰C) in jedem Fall schnell aufgeheizt werden, sei es in einem stationären Aufheizaggregat, sei es durch Temperaturausgleich zwischen den Grundstoffen beim Einbringen in den Klinkerreaktor.

Wenn mit der Erfindung der Begriff "Schmelzen" gebraucht wird, so ist dieser in dem Sinne zu verstehen, daß beim •Schmelzen des schmelzphasenreicheren Grundstoffes wenigstens 30 Gewichts-% dieses Stoffes in schmelzflüssigen Zustand versetzt werden, so daß ein teilweise geschmolzener Gutstrom entsteht, welcher das Fließverhalten einer Schmelze besitzt.

Dabei ist vorgesehen, daß das Schmelzen vorzugsweise im "J) Schwebezustand des feinkörnigen Grundstoffes in der Flamme, beispielsweise in einem Schmelzzyklon oder Schmelzschacht oder gegebenenfalls in einem Herd, vorzugsweise unter Verwendung von Brennstoffen durchgeführt wird, wofür jegliche Form der Brennstoffe, nämlich feste, flüssige oder gasförmige verwendet werden können.

Zur Erzielung eines Temperaturgleichgewichtes in der erforderlichen Hohe von ca. 1.300 bis 1.400 ⁰C in der Mischung der thermisch vorbehandelten Grundstoffe im Klinkerreaktor ist es gegeöenenfalls notwendig, daß der teilweise aufgeschmolzene Gutstrom überhitzt und dadurch dessen schmelzflüssiger Anteil erhöht wird. Als Vorteil

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ergibt sich eine um so bessere Mischbarkeit, je mehr schmelzflüssige Anteile in der Mischung vorliegen.

Dabei kann mit Vorteil das schmelzphasenreichere Material schon geschmolzen oder zumindest teilweise geschmolzen vorliegen, indem wenigstens zum Teil schmelzflCJssige Schlacke aus einem Schmelzprozess, vorzugsweise Hochofenschlacke, verwendet wird.

Dadurch ergibt sich eine Reduzierung des Brennstoffbedarfs, weil flüssige Schlacke bereits ein erhebliches Wärmepotential mitbringt und der darin enthaltene Kalk keine Entsäuerungswärme mehr erfordert.

Es kann notwendig sein, das der schmelzphasenreichere Grundstoff beziehungsweise die Schlacke bis zu einem CaO-Gehalt im Stabilitätsbereich des Ca₂SiO₄ (Beut) aufgekalkt wird, und zwar entweder durch Zumischung bereits bei der Rohmahlung, oder durch Zumischen von kalkreichem Roh- oder Heißmehl, gegebenenfalls zur Schlacke, damit die für die Alitbildung ungünstige Auskristallisation von kalkärmeren Phasen vermieden wird.

Die schmelzphasenreichere Komponente kann beim Verfanren nach der Erfindung mit Vorteil ein niedriges Al₂O,/ Fe Oj-Verhältnis haben (Tonerdemodul), wodurch sich niedrigere Schmelztemperaturen und ein geringeres Schmelzintervall bei den unterscniealicnen Grundstoffen ergibt. Das Verfahren eignet sich aaner Desonders gut für die Herstellung C^A-arrner Portland-Zemente, welche einen erhöhten Sulfatwiderstand haben.

Bei Verwendung von Hochofenschlacke kann es darüberhinaus zweckmäßig beziehungsweise erforderlich sein, daß diese mit Al₂O₃- beziehungsweise Fe₂0₃-Trägern angereichert und gegebenenfalls aufgeheizt wird.

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Von Vorteil ist weiterhin, daß beim erfindungsgemäßen Verfanren die thermiscnen Vorbehandlungsschritte der Grundstoffe wie Vorwärmen, Kalzinieren, Aufheizen sowie Schmelzen in stationären Aggregaten durchgeführt werden, wodurch das eingangs gesteckte Ziel erreicht wird, daß lediglich nur noch die Klinkerreaktion in einem rotierenden Reaktor durchgeführt wird.

Als solcher kann ein Drehrohrofen oder auch ein ^•v Drehteller-Reaktor verwendet werden, welcher im Gleichstrom, im Gegenstrom oder gegebenenfalls nacn einem kombinierten Strömungsprinzip betrieben wird.

Eine Anlage zum Brennen von Zementklinker aus wenigstens zwei unterschiedlichen mineralischen Grundstoffen, welche nach getrennter Aufbereitung und getrennter thermiscner Vorbehandlung zur Klinkerreaktion vereinigt und gargebrannt werden, insbesondere nach dem erfindungsgemäßen Verfanren, umfassend getrennte Vorwärmaggregate in paralleler Anordnung sowie einen Klinkerreaktor mit nachgeschaltetem Kühleraggregat, ist dadurch vom Stand der Technik unterschieden, daß das Vorwärmaggregat für den schmelzphasenreicheren Grundstoff einen Schmelzreaktor aufweist, und daß der Drehrohrofen sowonl eine Aufgabe-Einrichtung für einen teilweise geschmolzenen Gutstrom, als auch eine Aufgabe-Einrichtung für erhitztes mehlförmiges Gut aufweist.

Weitere Ausgestaltungen der Anlage sind gemäß den Merkmalen der Unteransprüche 17 bis 26 vorgesehen.

Im folgenden wird die Erfindung mit ihren Vorteilen annand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert.· Diese zeigen in schematiscner Darstexluny:

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Fig. I bis 3

je ein Fließbild von Klinkerbrennanlagen mit unterschiedlicher Ausgestaltung der parallelen Vorwärmer-Stränge, zur angepaßten thermischen Vorbehandlung von unterschiedlichen Mengenströmen der Grundstoffe;

Fig. 4a bis Fig. 4d

je einen Klinkerreaktor mit Einrichtungen zur Aufgabe von geschmolzenem Gut, Heißmehl, Brennstoff und Sekundärluft, sowie mit Auslassen für Klinker und Abgas, eingerichtet zum Betrieb im Gleichstrom (Fig. 4a), im Gegenstrom (Fig. 4b), sowie in kombinierten Strömungssystemen (Fig. 4c und Fig. 4d);

Fig. 5 bis Fig. 9

Schemata von Brennanlagen mit unterschiedlichem Layout, insoesondere nach Maßgabe der Mengenvernältnisse der Grundstoffe, in Seitenansicht;

Fig. 10

einen Schmelzzyklon mit einer Einrichtung zur Überhitzung der Schmelze.

Die Anlagen in der rein schematischen Darstellung gemäß den Figuren 1 bis 3 unterscheiden sich im wesentlichen durch die Ausstattung der Vorerhitzer-Stränge A una B mit stationären Wärmebehandlungs-Aggregaten.

Die Anlage gemäß Fig. 1 weist parallele Vorernitzer-Stränge A und B auf. Der Strang A besitzt einen Vorwärmer 1, der in

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üblicher Weise aus einer Kette hintereinandergeschalteter Vorwärm-Zyklone besteht, wie dies im Detail den Figuren bis 9 zu entnehmen ist. Dem Vorwärmer 1 wird Rohmehl, angedeutet durch Pfeil 2, aufgegeben und Abgas, gemäß Pfeil 3, nach Entzug des nutzbaren Wärmeinhalts abgezogen. Aus dem Vorwärmer 1 gelangt Rohmehl mit Temperaturen im Bereich von ca. 650 ⁰C₁ angedeutet durch Pfeil 4, in einen Kalzinator 5. Dessen Ausgestaltung ist beispielsweise aus der Fig. 5 erkennbar, worin dieser als vertikaler _f~* Reaktionssenacht mit einem aufsteigenden und einem absteigenden Ast dargestellt ist.

Andere bekannte Ausführungen von Kalzinatoren, zum Beispiel in Form von kesselartigen Reaktoren oder Zyklonen etc. sollen im Sinne der Erfindung nicht ausgeschlossen sein.

Nach Maßgabe des Mengen-Verhältnisses Rohmehl/Brennstoff findet im Kalzinator 5 eine teilweise oder vollständige Entsäuerung des eingeleiteten Gutes statt. Diesem wird Brennstoff entweder an einer Eintragsstelle 6, oder' gegebenenfalls auch an mehreren Stellen zugeteilt. Als Brennluft wird heiße Kühlerabluft mit der Leitung 8 in den Kalzinator 5 eingeführt. Gegebenenfalls kann der heißen Ό Kühlerabluft 8 Brenngas aus dem Klinkerreaktor 10 beigemischt werden, wie durch Pfeil 11 angedeutet.

Das Rohmehl der Aufgabestelle 2 enthält den schmelzphasenärmeren Grundstoff, mithin als überwiegende Komponente Calciumkaroonat. Aus dem Kalzinator 5. wird weitgehend oder vollstanaig entsäuertes Gut 40 mit dem Gasstrom 70 in das Aufheiz- und Abscheideaggregat 52 eingeleitet, von welchem nach Trennung von Gas und Gut dieses mit der Leitung 12 dem Klinkerreaktor 10 aufgegeben wird, während heißes Gas mit der Leitung 7 in den Vorwärmer 1 zurückgeführt wird. Dem Aggregat 52 wird gegebenenfalls Brennstoff an der Stelle 6*'·. zugeführt.

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Der Vorerhitzer-Strang B besitzt ebenfalls einen Vorwärmer I¹, im Prinzip von gleicher Bauart wie der Vorwärmer 1 des Vorerhitzer-Stranges A. Dieser kann sich jedoch vom Erhitzer-Strang B beispielsweise in der Kapazität, das heißt im Bauvolumen, und damit im Durchsatz der Mengenströme von Gas, Gut und Wärme unterscneiden. Dem Vorwärmer 1' wird gemä(3 Pfeil 2' Rohmehl aufgegeben, welches schmelzphasenreichere Komponenten wie Ton, Laterit, Bauxit oder Eisenerz, Mergel, Tonmergel, Braunkohlenflugasche und chemisch ähnliche Stoffe enthält.

Vorgewärmtes Gut wird gemäß Pfeil 4¹ aus dem Vorwärmer I¹ in einen Kalzinier- und Schmelzreaktor 5¹, 55 eingeleitet, dessen Anordnung und Bauart beispielsweise dem in der Fig. 5 dargestellten Kalzinier- und Schmelzreaktor 5¹, "51·, 55 entspricht. Darin wird das mit ca. 650 bis 7UÜ ⁰C aus dem Vorwärmer l^f eintretende Gut 4¹, sofern es Anteile von Karbonaten enthält, kalziniert und anschließend geschmolzen. Dabei ergibt sich beispielsweise bei einem Anteil von 35 Gewichts-% Schmelze ein teilweise geschmolzener, im Verhalten flüssiger Gutstrom. Dieser wira gegebenenfalls vor oder beim Austritt aus dem Schmelzreaktor 55 durch weitere Energiezufuhr an der Stelle 6'¹ gegebenenfalls mittels Brennstoff durch eine Flamme oder durch elektrische Heizung, übernitzt und dadurch dessen schmelzflüssiger Anteil erhöht.

Der geschmolzene Gutstrom wird mit der Leitung 12' dem Klinkerreaktor 10 zugeleitet und dort mit dem Heißmehl aus der Leitung 12 beim Eintritt in den Klinkerreaktor 10 vermischt.

Dem Kalzinier- und Schmelzreaktor 5¹, 55 wird Brennstoff an der Stelle 6' ' und Sauerstoff durch neii3e Kühlerluft über die Leitung 8¹ aus dem Kühleraggregat 9 zuyefünrt. Dieser

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heißen Kühlerabluft kann gegebenenfalls ein Anteil Abgas vom Klinkerreaktor 10 mit der Leitung 11' zugemiscnt werden. Heißes Gas aus dem Kalzinier- und Schmelzreaktor 5', 55 wird durch die Leitung 7¹ in den Vorwärmer 1' eingeleitet und gibt dort seinen nutzbaren Wärmeinhalt an das Aufgabe-Gut 2' ab.

Der Klinkerreaktor 10 ist beispielsweise ein relativ kurzer Drehrohrofen, dessen Betriebsweise und Einbindung in die _rs. Anlage nachstehend anhand der Figuren 4a bis 4d sowie 5 bis 9 eingehend erläutert wird.

Das Anlagen-Layout gemäß Fig. 1 ist vorzugsweise geeignet für eine ungleiche Mengenverteilung der Grundstoffe, wobei der schmelzphasenärmere Grundstoff im Verhältnis zum schmelzphasenreicheren mengenmäßig überwiegt.

Einem annähernd ausgewogen gleichen Mengenverhältnis der Grundstoffe trägt das Layout der Anlage gemäß Fig. 2 Rechnung.

Diese unterscneidet sich mit einer anderen Ausgestaltung . ";. des Vorerhitzer-Stranges B von der Anlage nach Fig. 1 dadurch, daß zwischen dem Vorwärmer 1' und dem Schmelzreaktor 55 ein separater Vorkalzinator 5' vorgesehen ist. Dieser wird benötigt, weil beispielsweise der schmelzphasenreichere Grundstoff bis zu einem CaQ-Gehalt im Stabilitätsbereich des Ca₂SiU₄ (Bellt) aufgekalkt ist und dementsprechend einen Anteil von CalziumKaroonat enthält, welches entsäuert werden muß.

Das Layout einer erfindungsgemäüen Zementbrennanlage für ein Mengenverhältnis der Grundstoffe, wobei der schmelzphasenreichere erheblich überwiegt, zeigt Fig. 3. Hierbei kann im Vorerhitzer-Strang A ein

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Kalzinierungs-Reaktor fehlen, weil der Wärmeinhalt beziehungsweise Wärmeüberschuß des teilweise oder vollständig geschmolzenen Gutstromes 12' aus dem Vorerhitzer-Strang B ausreicht, um die relativ gerinye Menge des schmelzphasenarmeren hochkalkhaltigen Gutes aus A bei der Mischung zum Garbrand zu kalzinieren. Dabei entspricht die Ausstattung des Vorerhitzer-Stranges B derjenigen gemäß Fig. 2, wobei die Größen- und Kapazitätsverhältnisse den tatsächlichen Mengen- und Wärmeströmen nach Maßgaoe der Grundstoff-Mengen angepaßt sind.

Dem Klinkerreaktor 10 in den Anlagen gemäß Fig. 1 bis 3 beziehungsweise 5 bis 9 wird zweckmäßig in den meisten Fällen Wärme durch einen Brenner 13 zugeführt, und zum Brennstoff gemäß Pfeil 14 heiße Kühlerabluft zugeteilt. Aus dem Klinker- oder Garbrandreaktor 10 wird fertiggebrannter Klinker gemäß Pfeil 15 in das Kü'hleraggregat 9 eingetragen. Durch diesen wird Kühlluft gemäß Pfeil 16 hindurchgeleitet und durch direkten Wärmeaustausch mit der Klinker-Schüttung bei deren Abkühlung hoch erhitzt. Klinker wird gemäß Pfeil 17 in gekühltem Zustand ausgetragen.

Im Falle der Anreicnerung von Schadstoffen zum Beispiel im Gas des Klinkerreaktors 10, kann ein Teilgasabzug per Bypass 18 erfolgen. Sollten an anderen Stellen Schadstoffanreicherungen auftreten, so kann gemäß Fig. 2, zum Beispiel aus dem ScnmelzreaKtor 55, Gas per Bypass 19 abgezogen weraen.

Abgas der Vorernitzer-Stränge A und B wird in den Anlagen gemäß Fig. 1 bis 3 sowie 5 bis 9 je getrennt durch Saugzuggeöläse gemäß Pfeilen 3 und 3' abgezogen. Der getrennte Abzug ist deshalb vorteilhaft und sinnvoll, weil vorzugsweise der Vorerhitzer-Strang ß bei Einsatz

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schwefelreichen Brennstoffs eine relativ hohe Konzentration an Schwefeldioxid enthalten kann, weshalb das Abgas im Gegensatz zum "sauberen" Abgas aus dem Vorerhitzer-Strang A mit bekannten Mitteln, wie beispielweise einem Gaswäscher, nachbehandelt werden muß. Im übrigen ist Abgas-Reinigung eine fachliche Selbstverständlichkeit und wird daher im Rahmen der Erfindung nicht weiter gezeigt oder beschrieben.

Klinkerreaktoren gemäß Erfindung zeigen die Figuren 4a und 4d, und zwar lediglich rein schematisch zur Darstellung möglicher unterschiedlicher Betriebs-Zustände zum Beispiel im Gleichstrom, im Gegenstrom und in einem kombinierten Strömungssystem.

Gleichstrombetrieb zeigt Fig. 4a, wobei auf einer Seite des Drehrohrofens 10, dargestellt auf der linken Seite, Sekundärluft 14, Brennstoff 13, Schmelze 12' und Heißmenl 12 eingetragen und vorzugsweise beim Eintrag innig vermischt werden, wogegen Abgas gemäß Pfeil 11 sowie Klinker gemäß Pfeil 15 an der gegenüberliegenden' Stirnseite des Drehrohrofens 10 ausgetragen wird. Im übrigen sind in den Figuren 4a bis 4d gleiche Bezugszeichen für die

O entsprechenden Stoffe und Aggregate verwendet, wie in den vorangegangenen Figuren 1 bis 3, das heißt die Pfeile für Abgas mit 11, für Heißmehl mit 12, für Schmelze mit 12', für Brennstoff mit 13, für Sekundärluft mit 14 und für Klinker mit 15.

Gemäß Fig. 4b wird der Klinkerreaktor 10 im Gegenstrom betrieben, wobei Schmelze 12' und Heißmehl 12 in Gegenrichtung zu Brennstoff 13, Sekundärluft 14 und Abgas 11 geführt werden.

Ein kombiniertes Strömungssystem lieyx bei der Darsteiiuny gemäß Fig. 4c vor, wobei dem Klinkerreaktor 10 Schmelze 12'

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und Heißmehl 12 sowie Brennstoff 13 und Sekundärluft 14 in gleicher Richtung zugeführt, und Abgas 11 in Fortsetzung dieser Richtung am anderen Ende des Klinkerreaktors 10 abgeführt wird, während Klinker 15 den Reaktor 10 in Gegenrichtung durchläuft und auf der Eintragsseite der Reaktanden ausgetragen wird. Demzufolge hat der Drehrohrofen eine Neigung in Richtung des Klinkeraustrags 15.

Eine Abwandlung von diesem Schema zeigt Fig. 4d, wobei Heißmehl 12 an der Abgas-Austrittsseite eingeführt wird.

Eine bildliche Darstellung erfindungsgemäßer Anlagen mit unterschiedlichem Layout zeigen die Figuren 5 bis 9.

In Fig. 5 ist der Klinkerreaktor 10 entsprechend der Betriebsweise in Fig. 4a in einer solchen Weise in die Anlage integriert, daß er im Gleichstrom betrieben wird. Die Anlage besitzt zwei Vorerhitzer-Stränge A und B. Jeder dieser Stränge umfaßt vier in Reihe geschaltete Zyklonstufen 101, 102, 103, 104, beziehungsweise im Vorerhitzer-Strang Es entsprechende Wärmeaustauscner-Stufen 1Oi', 102', 103', 104'. Die durch jeweils ein gestrichelt umrandetes Feld als zusammengehörig gekennzeichneten Zyklonstufen bilden insgesamt die Vorwärmereinheiten 1 beziehungsweise 1'. Dem Strang A ist in Fließricntung des Gutstromes mit der Leitung 4 der Vorkalzinator 5 zugeordnet und der Vorwärmer-Einheit 1 nachgeschaltet. Dieser umfaßt den Reaktionsschacht 51 sowie die Aufgabevorrichtung für Brennstoff 6. Aus dem Künler 9 wird durch den Sekundärluftschacht 8 heiße Kühlerluft in den Reaktionsschacht 51 eingeleitet und dort im ßereicn der Brennstoff-Aufgabestelle 6 mit vorerhitztem Rohmehl aus der Leitung 4 vermischt. Das entstehende Gemisch aus Brennstoff 6 und vorerhitztem, karbonatnaltigem Rohmehl 4

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wird im Reaktionsschacht 51 des Kalzinators 5 auf ca. 900 ⁰C Kalzinationstemperatur erhitzt, im endothermen Prozessverlauf entsäuert und mit ca. 900 ⁰C im nachgeschalteten Abscheider 52 vom Gasstrom getrennt und als kalziniertes Gut durch die Leitung 12 in den Klinkerreaktor 10 eingeleitet, wahrend Heißgas mit der Leitung 7 in den Rohmehl-Vorwärmer 1 zurückgeleitet wird.

Aus dem Vorerhitzer-Strang B wird im Schwebegasvorwärmer 1' ~. mit den Zyklonstufen 101», 102¹, 103', 104' mehlförmiger, ~^ schmelzphasenreicherer Grundstoff mit der Leitung 4' in den Vorkalzinator 5¹, 51¹ eingeleitet und die darin enthaltene Kalkkomponente weitgehend entsäuert. Dem Vorkalzinator 5', 51' wird Brennstoff an der Stelle 6' sowie heiße Sekundärluft 8' zugeführt und im Reaktionsschacht 51¹ mit dem vorgewärmten Gut innig vermischt und Kohlendioxid im Temperaturbereich zwischen 650 und ca. 900/950 ⁰C ausgetrieben. Kalziniertes Gut wird mit dieser Temperatur in den Schmelzreaktor 55 eingetragen und darin unter Zuführung von Brennstoff an der Eintragsstelle 6'' soweit geschmolzen, daß ein teilweise gescnmolzener Gutstrom entsteht, der zumindest 30 bis 35 Gewichts-% an

. "\ schmelzflüssiger Phase enthält und somit rneologiscne Eigenschaften besitzt. Aus dem Schmelzreaktor 55 wird das geschmolzene Gut im Gutstrom durch die Leitung 12' in den Klinkerreaktor 10 eingetragen. Darin werden die thermisch vorbehandelten Grundstoffe, nämlich das nochernitzte vollständig entsäuerte Heißmehl aus der Leitung 12 und der geschmolzene Gutstrom aus der Leitung 12' unter gleichzeitiger inniger Vermischung mit Brennstoff 13 und heißer Kühlerabluft 14 in einer Flamme 110 verwiroelt und im Gutbett 111 durch die Rotationsbewegung des Klinkerreaktors 10 homogen miteinander vermischt und bei Temperaturen von ca. 1.300 bis 1400 ⁰C unter Alitbildung zu Klinker gargebrannt. Klinker wird gemäß Pfeil 15 in den

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Kühler 9 ausgetragen und unter Wärmeaustausch mit eingetragener kalter Kühlerluft 16 zum Endprodukt 17 abgekühlt, während die Kühlerluft auf ca. 900 ⁰C erwärmt und durch die Leitungen 8, 8¹ den einzelnen Brennstoff-Aufgabestellen 6, 6¹, 6·', 13 der Anlage zugeteilt wird.

Abgas aus dem Klinkerreaktor 10 wird mit der Leitung 11 gegebenenfalls teilweise oder vollständig in die heiße Kühlerabluft 8, 8¹ eingeleitet, gegebenenfalls auch zum Teil zur Verminderung von Schadstoffkonzentrationen im Bypass 18 abgeführt.

Die Anlage gemäß Fig. 6 besitzt im Vorerhitzer-Strang A eine Vorwärmer-Einheit 1 mit drei Zyklonstufen 101, 102 und 103. Vorgewärmtes Rohmehl wird an der stelle 106 in zwei Ströme aufgeteilt. Davon wird ein Strom durcn die Leitung 42 dem Vorkalzinator 5 aufgegeben. Dieser umfaßt den Reaktionsschacht 51 mit der Brennstoffaufgabe 6, Weiter umfaßt der Vorkalzinator 5 einen als Nach-Erhitzer und Abscheider ausgestatteten Zyklon 52'. Diesem wird Abgas aus dem Klinkerreaktor 10 mit einer Temperatur von ca. 1400 ⁰C mit der Leitung 11 zugeführt, in welche auch die Leitung 41 für vorgewärmtes Rohmehl einmündet. Die Zumessung von Rohmehl und Gas ist so gewählt, daß unter vollständiger Entsäuerung eine Mischtemperatur in der Größenordnung von 900 ⁰C entsteht, und das entsäuerte Menl mit dieser Temperatur durch die Leitung 12 in den als Garbrandreaktor ausgelegten Drehrohrofen 10 eingeleitet wird. Aus dem Schmelzzyklon 55 des Erhitzer-Stranges B wird ein teilweise geschmolzener Gutstrom durch die Leitung 12' ebenfalls in den Drehrohrofen 10 eingeleitet. Die beiden Gutströme werden bei der Einleitung miteinander vermischt und Dilden unter weiterer Homogenisierung eine innige Miscnuny im Gutbett 111.

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Aus diesem wird nach Erreichen des Garbrandes fertiggebrannter Klinker gemäß Pfeil 15 in den Kühler 9 ausgetragen. Heiße Kühlerabluft wird im Gegenstrom zum Klinker 15 mit den Leitungssträngen 8 , 8¹ der Anlage zugeführt, während eine abgezweigte Menge Kuhlerluft mit der Zweigleitung 14 unmittelbar dem Brenner 13 des Klinkerreaktors 10 zugeführt wird. Die Regelung der Druck- und Strömungsverhältnisse im System der Anlage bedient sich dabei bekannter Maßnahmen und Mittel und wird daher an dieser Stelle nicht erwähnt beziehungsweise beschrieben.

Die Ausgestaltung des Vorerhitzer-Stranges B in Fig. 6 gleicht im wesentlichen hinsichtlich der Anordnung seiner Aggregate der Darstellung in Fig. 5, weswegen auf eine Wiederholung der Beschreibung verzichtet wird. Im übrigen sind gleiche Aggregate beziehungsweise Bauelemente mit gleichen Bezugsziffern versehen.

Das Layout der Anlage gemäß Fig. 6 eignet sich vorzugsweise für ein Grundstoff-Mengenverhältnis mit überwiegender Menge an schmelzphasenreicherem Grundstoff. Die aus der Zeichnung ersichtlichen unterschiedlichen Größenverhältnisse wurden gewählt, um deutlich zu machen, daß den Mengenströmen von Gut und Gas angepaßte Bauvolumina der Anlagenteile entsprechen.

Die Zementklinker-Brennanlage gemäß Fig. 7 unterscheidet sich von der Anlage gemäß Fig. 6 dadurch, daß im Vorerhitzer-Strang A eine Vorwärmer-Einheit 1, jedoch kein Vorkalzinator vorgesehen ist. Dieses Anlagenschema entspricht einer Mengenverteilung der Grundstoffe, wobei Schmelzphasenärmeres in erheblich geringerer Menge vorhanden ist, als Schmelzphasenreicheres. Infolgedessen kann die relativ geringe Menge von Karbonaten im vorgewärmten Rohmehl des Vorerhitzer-Stranges A mit den

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wesentlich größeren Mengen des hocherhitzten schmelzphasenreicheren Grundstoffes aus dem Vorerhitzer-Strang 8 im Klinkerreaktor 10 zusammengeführt und dabei entsäuert werden. Aus diesem Grunde ist der Schmelzreaktor 55, dem Brennstoff an der Aufgabestelle 6¹ ' zugeführt wird, mit einer weiteren Einrichtung 60 zur Energiezufuhr ausgestattet, wodurch die Schmelze überhitzt werden kann. Der so erzeugte und gegebenenfalls überhitzte schmelzflüssige Gutstrom wird durch die Leitung 12' beispielsweise mit einer Temperatur von ca. 1300 ⁰C im Garbrandreaktor 10 mit vorgewärmtem, calziumkarbonathaltigem Rohmehl aus dem Vorwärmer 1 zusammengeführt und vermischt. Die Mengen- und Wärmeströme sind dabei so bemessen, daß sich in der Mischung ein Wärmegleichgewicht beim Eintritt der beiden Gutströme in den Klinkerreaktor 10 bei einem Temperaturniveau von mindestens ca. 1250 ⁰C einstellt.

Die Auslegung der in Fig. 7 bildlich dargestellten Anlage entspricht derjenigen nach dem Schema gemäß Fig. 3.

Bei der Brennanlage gemäß Fig. 8 wird der Klinkerreaktor in einer Betriebsweise gefahren, welche der Darstellung in Fig. 4c entspricht. Es handelt sicn um ein kombiniertes Strömungsprinzip, bei welchem Schmelze 12·, Heißmehl 12, Brennstoff 13 und Sekundärluft 14 an einer Stirnseite 10' des Klinkerreaktors 10 aufgegeben werden, an welcher auch Klinker 15 abgeführt wird, während Abgas 11 zur anderen Seite 10' ■ austritt. Der Reaktor 10 ist jeweils mit Gefalle zur Austragsseite 10' des Klinkers 15 angeordnet. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Strömungsverhältnisse so gewählt, daß das Heißmenl mit der Flamme 110 weit in das Innere des Reaktors 10 eingetragen wird, dort bei entsprechender Bemessung der Gasgeschwindigkeit ausfällt, und im Bodenbereich zum Gutbett 111 agglomeriert und als Klinker 15 im Gegenstrom zur Flamme 110 in den Kühler 9 ausgetragen wird.

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Im Falle einer Sc.hadstoffanreicherung kann durch den Bypass 18 wenigstens ein Teil des schadstoffhaltigen Gases abgezogen werden.

Dies ist um so eher möglich, weil im Klinkerreaktor 10 lediglich nur noch 7 bis 10 % des insgesamt für den Brennvorgang benötigten Brennstoffes verbrannt werden, und das dabei anfallende Gas im Verhältnis zum Gesamt-Abgasvolumen ebenfalls nur einen geringen Anteil ausmacht.

Bei der Anlage gemäß Fig. 8 ist der Kalzinator 5, 51 zum Durchsatz einer relativ großen schmelzphasenärmeren Grundstoffmenge ausgelegt und mit zwei Brennstoffeintragssteilen 6 und 61 ausgestattet. Dem Kalzinator 5 ist ein Überhitzer- und Abscheidezyklon 52'· nachgeschaltet. Diesem wird Heißgas aus dem Kalzinator 5, 51 zugeführt, dessen Temperatur durch Brennstoffzufuhr an der Stelle 61 über die Kalzinationstemperatur von ca.

900 ⁰C hinaus erhöht wurde. Auch wird dem Uberhitzerzyklon 52'' Heißgas 11 mit ca. 1400 ⁰C aus dem Klinkerreaktor 10 zugeführt.

Die Ausgestaltung des Vorerhitzerstranges B und des nachgeschalteten Kalzinier- und Schmelzzyklones 51', 55 entspricht bei der Anlage gemäß Fig. 8 der mehrfach beschriebenen Anordnung, wobei jedoch die Größenordnung der Aggregate dem Mengendurchsatz angepaßt relativ kleiner ist als beim Vorerhitzer-Strang A. Dieses Anlagen-Layout entspricht demnach einem Mengenverhältnis, wobei schmelzphasenreichere Grundstoffe erheblich weniger sind als schmelzphasenärmere Grundstoffe.

Derartige Mengenverhältnisse können beispielsweise dann vorliegen, wenn einer der Grundstoffe eine Komponente in relativ hoher Konzentration annähernd rein enthält, und der

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andere Grundstoff beispielsweise mineralogisch schwer trennbare Anteile mehrerer Komponenten enthält.

Die Betriebsweise des Klinkerreaktors 10 in der Fig. entspricht im übrigen der Darstellung in Fig. 4b.

Die Brennanlage gemäß Fig. 9 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 8 lediglich hinsichtlich der Betriebsweise des Klinkerreaktors 10. Diese entspricht der Darstellung und Erläuterung gemäß Fig. Ad, wobei Schmelze 12·, Brennstoff 13 und Sekundärluft 14 von der rechten Seite 10· eingeführt werden, während Heißmehl 12 im Gegenstrom dazu in den Gutbettbereich 111 von der entgegengesetzten Seite 10·· eingeführt wird. Heißmehl wird zusammen mit der in der Flamme 110 zerstäubten Schmelze 12· im Gutbett 111 homogen vermischt zu Klinker gargebrannt. Bezüglich der sonstigen Auslegung besteht Gleichheit zwischen den Anlagen gemäß Fig. 8 und Fig.

Diese Unterschiede und Erläuterungen der Anlagen-Varianten gemäß den Figuren 5 bis 9 lassen erkennen, daß noch erheblich mehr Anlagen-Variationen möglich sind, wobei insbesondere die Vorerhitzer-Stränge A und B mit den .nachgeschalteten Aggregaten zum Kalzinieren, Überhitzen, Schmelzen und Klinkerbrand im Größenverhältnis, in Ausgestaltung und Zuordnung veränderbar sind, insbesondere nach Maßgabe des Verhältnisses der Mengenströme der Grundstoffe.

Solche Ausgestaltungen, die im einzelnen von den Komponenteninhalten der Grundstoffe, von deren Mengenverhältnis und gegebenenfalls auch davon abhängen, ob die erfindungsgemäße Anlage für konstante Rezeptur-Programme oder für häufigen Rezeptur-Wechsel vorgesehen ist, werden von Fall zu Fall vom Fachmann anhand einer Projektstudie entschieden.

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Erfindungswesentlich ist die gezielte Selektion der Komponententr'äger zu einem schmelzphasenreicheren und einem schmelzphasenärmeren Grundstoff, sowie deren getrennt-unterschiedliche thermische Vorbehandlung einschließlich der Erzeugung eines schmelzflüssigen Gutstromes und dessen Mischung mit thermisch vorbehandeltem, mehlförmigem Gut im Klinkerreaktor mit weitestgehender Entlastung der Klinker-Garbrandstufe von Kalzinations- und Erhitzungsvorgängen, gegebenenfalls bei /-χ Anwendung des Schnellbrandes beim schrnelzpnasenärmeren Grundstoff zwischen 850/1250 ⁰C in stationären Aggregaten. Eines dieser Aggregate ist der Schmelzzyklon 55 gemäß Fig. 10. Dieser kann eine Ausgestaltung aufweisen, bei welcher Wärmeenergie in drei Ebenen 6¹', 60, 61 aufgegeben wird. Darin wird der beim Eintritt noch feinkörnige Feststoff mit dem Gasstrom von heißer Träger- und Brennluft 8' von der Seite bei 62 eingeführt und unter Zufuhr von Brennstoff an den Stellen 6¹' und 61 geschmolzen. Zur Überhitzung des geschmolzenen Gutstromes kann beispielsweise elektrische Energie, gegebenenfalls in Form einer induktiven Erhitzungseinrichtung 63, im Bereich der Zyklonspitze 64 verwendet werden.

Die Bauart des Zyklons 55 ist lediglieh beispielhaft aufzufassen. Dieser kann gegebenenfalls unter Verwertung entsprechender Erfahrungen aus dem metallurgischen Sektor zum Beispiel als Flash-Smelter ausgestaltet werden, wooei in jedem Falle das Arbeitsprinzip darin besteht, daß der feinkörnige Stoff in Suspension in der Flamme geschmolzen wird.

Claims

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Gr/Ju H 82/63

Patentansprüche

Verfahren zum Brennen von Zementklinker aus unterschiedlichen mineralischen Grundstoffen, welche nach getrennter Aufbereitung und getrennter thermischer Vorbehandlung zur Klinkerreaktion vereinigt una gargebrannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Grundstoffe mit relativ hohen Anteilen von schmelzphasenbildenden Komponenten und ein anderer Grundstoff mit relativ geringen Anteilen von schmelzphasenbildenden Komponenten angereichert beziehungsweise aus solchen zusammengesetzt wird, daß der schmelzphasenreichere Grundstoff nach thermischer Vorbehandlung geschmolzen und in schmelzflüssigem Zustand mit thermisch vorbenanaeltem, in fester Phase vorliegendem schmelzpnasenarmerem Grunastoff in einen Klinkerreaktor eingeführt und beide Grundstoffe darin miteinander vermischt werden, und daß die Miscnung zu Klinker getempert und/oder gargebrannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der schmelzphasenärmere Grundstoff vor Einführung in den Klinkerreaktor wenigstens teilweise kalziniert wiru.
3. .Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tempern beziehungsweise das Garbrennen unter intensiver Bewegung der Mischung durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch vorbehandelten Grundstoffe unter gleichzeitiger Bildung einer Miscnung in den Klinkerreaktor eingebracht, weraen*

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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze zusammen mit hocherhitztem schmelzphasenarmem, mehlförmigem Grundstoff im Bereich einer Flamme und gegebenenfalls durch diese hindurch unter Zerstäubung una Verwirbelung in den Klinkerreaktor eingebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Vorkommen mit insbesondere mehreren Rohstoffen mit unterschiedlichen Gehalten an schmelzphasenreicheren und schmelzphasenärmeren Komponenten die Grundstoffe durch gezielte Auswahl der Komponenten angereichert beziehungsweise zusammengemengt werden, und daß diese Grundstoffe nach Maßgabe ihrer relativen Gehalte an schmelzphasenbildenden Komponenten bei ihrer getrennten thermischen Vorbehandlung in der Temperaturspanne zwischen annähernd 800 und 1250 ⁰C bis annähernd auf Klinkerreaktionstemperatur und gegebenenfalls darüber erhitzt und mit dieser Temperatur in den Klinkerreaktor eingeführt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schmelzen des schmelzphasenreicheren Grundstoffes wenigstens 30 Gewichtsprozent des Grundstoffes in schmelzf lüs.sigen Zustand versetzt werden, so daß der Gutstrom das Fließverhalten einer Schmelze annimmt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzen vorzugsweise im Schwebezustand des feinkörnigen Grundstoffes in der Flamme, beispielsweise in einem Schmelzzyklon oder Schmelzschacht und gegebenenfalls in einem Herd, vorzugsweise unter Zuführung von festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen durchgeführt wird.

BAD ORIGINAL

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9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der teilweise geschmolzene Gutstrom überhitzt und dadurch dessen schmelzflüssiger Anteil erhöht wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als schmelzphasenreicherer Grundstoff wenigstens zum Teil Schlacke in schmelzflüssigem Zustand aus einem Schmelzprozess, vorzugsweise Hochofenschlacke, verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der schmelzphasenreichere Grundstoff bis zu einem CaO-Gehalt im Stabilitätsbereich des Ca₂SiO₄ (Bellt) aufgekalkt wird, und zwar entweder durch Zumischung eines kalkreichen Roh- oder Grundstoffes bereits bei der Rohmahlung oder durch Zumischen von kalkreichem Roh- oder"Heißmehl.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch

■ -.-■,-- .j - gekennzeichnet, daß der sehmelzphasenreichere Grundstoff auf ein niedriges Al^^/Fe^-j-Verhältnis eingestellt wird, vorzugsweise auf einen Tonerdemodul < 1,7.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Hocnofenschlacke diese mit Al₂O,- beziehungsweise Fe^O^-Trayern angereichert und gegebenenfalls aufgeneizt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die thermischen Vorberiandlungsschritte der Grundstoffe wie Vorwärmen, Kalzinieren, Aufheizen, Scnmelzen in stationären Aggregaten durchgeführt werden.

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15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Klinkerreaktor ein Drehrohrofen verwendet wird, welcher im Gleichstrom, im Gegenstrom oder gegebenenfalls nach einem kombinierten Strömungsprinzip betrieben wird.
16. Anlage zum Brennen von Zementklinker aus wenigstens zwei unterschiedlichen mineralischen Grundstoffen, welche nach getrennter Aufbereitung und getrennter thermischer Vorbehandlung zur Klinkerreaktion vereinigt und gargebrannt werden, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 15, umfassend getrennte Vorwärmaggregate in paralleler Anordnung sowie einen Klinkerreaktor mit nachgeschaltetem Kühleraggregat, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorwärmaggregat (B) für den schmelzphasenreicheren Grundstoff einen Schmelzreaktor (5¹) aufweist, und daß der Klinkerreaktor (10) eine Aufgabe-Einrichtung (12¹) für einen wenigstens teilweise geschmolzenen Gutstrom sowie eine Aufgabe-Einrichtung (12) für mehlförmiges, erhitztes Gut aufweist.
17. Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Schmelzreaktor (55) ein Schmelz-Zyklon (56) vorgesehen
18. Anlage nacn einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzreaktor (55) mit einer Kalzinierstufe (5¹, 51') ausgestattet, oder daß diesem eine Kalzinierstufe (5¹, 51') vorgeschaltet ist.
19. Anlage nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Vorwärmaggregat (A, B) eine separate Abgasanlage (3, 3') und oeiae Abgasanlagen (3, 3') gegebenenfalls eine gemeinsame Aogasreinigungseinrichtung aufweisen.

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20. Anlage nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorwärmaggregat (A) für den schmelzphasenärmeren Grundstoff mit einem Kalzinator (3, 51) ausgestattet ist.
21. Anlage nacn einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Klinkerreaktor (10) ein Drehrohrofen vorgesehen ist, der im wesentlichen die Reaktionszone für die Alitbildung umfaßt und dementsprechend auf das der Verweilzeit der Alitbildung entsprechend kürzeste Längenmaß reduziert ist, und dessen Antrieb und Lagerung für eine Drehzahl bis weniy unterhalb der kritischen Drehzahl ausgelegt ist.
22. Anlage nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Klinkerreaktor (10) als Gleichstromreaktor (Fig. 4a) ausgebildet ist und Aufgabe-Einrichtungen für Sekundärluft (14), Brennstoff (13), Schmelze (12·) sowie Heißmehl (12) an der einen Stirnseite, und Auslässe für Abgas (11) und Klinker (15) auf der anderen Stirnseite aufweist.
23. Anlage nach Ansprucn 21, dadurch gekertnzeicnnrit, daß ~j der Klinkerreaktor (10) als Gegenstromreaktor (Fig. 4b) ausgebildet ist, mit Aufgabe-Einrichtungen für Scnmelze (12') und Heißmehl (12) sowie einem Auslaß (11) für Abgas an der einen Stirnseite, und Aufgabe-Einrichtungen für Sekundärluft (14) und Brennstoff (13) sowie einem Auslaß (15) für Klinker an der entgegengesetzten Stirnseite.
24. Anlage nach Anspruch 21, oadurch gekennzeichnet, daß der Klinkerreaktor für ein kombiniertes Strömungssystem ausgebildet ist, mit einem Auslaß (11) für Abgas an einer Stirnseite und Aufgabe-Einrichtungen für Schmelze (12¹), Heißmehl (12)', Brennstoff (13) und Sekundärluft (14) sowie einem Auslaß für Klinker (15) an der gegenüberliegenden Stirnseite.

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25. Anlage nacn Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Klinkerreaktor (10) für ein kombiniertes Strömungssystem ausgebildet ist und einen Auslaß (11) für Abgas sowie eine Aufgabe-Einrichtung (12) für Heißmehl an einer Stirnseite und Aufgabe-Einrichtungen für Schmelze (12·), Brennstoff (13) und Sekundärluft (14) sowie einen Auslaß (15) für Klinker auf der gegenüberliegenden Seite aufweist.
26. Anlage nach einem der Ansprüche 16 Dis 25, dadurcn gekennzeichnet, daß zwischen dem Kalzinator (5, 51') für den schmelzphasenärmeren Grundstoff und dem Klinkerreaktor (10) ein Aufheizaggregat (52) angeordnet ist.

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