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Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung von
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feinkörnigem Gut Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend
dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens.
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Durch das europäische Patent 12 362 der Anmelderin ist bereits ein
Verfahren zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut bekannt, bei dem die Calcination
des Gutes unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Brennstoffkomponenten erfolgt.
Hierbei wird eine Feinfrakton des Brennstoffes in die unterste Stufe des Vorwärmers
und eine Grobfraktion in eine höhere Stufe des Vorwärmers eingeführt. Durch geeignete
Wahl der Stufe des Vorwärmers,in die die Grobfraktion des Brennstoffes eingeführt
wird, läßt es sich - in Abhängigkeit von Korngröße, Reaktivität, Feuchtigkeit und
Gehalt des Brennstoffes an nicht brennbaren Bestandteilen - erreichen, daß beide
Fraktionen des Brennstoffes nahezu vollständig in der untersten Stufe des Vorwärmers
verbrennen.
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Es treten nun jedoch auch Bedarfsfälle auf, in denen sich die gröbere
Brennstofffraktion nicht für eine Aufgabe in einer der höheren Stufen des Vorwärmers
eignet. Dies kann beispielsweise bei einer stückigen oder schotterartigen Brennstoffkomponente
oder bei Verwendung von Autoreifen als Brennmaterial der Fall sein.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der
im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzten Art so auszubilden, daß ganz unterschiedliche
Brennstoffarten zur Calcination des Gutes eingesetzt werden können, ohne daß mit
Ansatzbildungen und sonstigen Betriebsstörungen zu rechnen ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruches 1 gelöst.
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Die Vorwärmung und Calcination des feinkörnigem Gutes in zwei Teilmengen
in gesonderten Strängen des Vorwärmers ist an sich aus anderem Zusammenhang bereits
bekannt. Man hat von dieser Maßnahme bisher vor allem zur Leistungssteigerung bekannter
Anlagen Gebrauch gemacht, wobei in den beiden - vielfach gleichartig ausgebildeten
- Strängen des Vorwärmers regelmäßig dieselbe Brennstoffart eingesetzt wird.
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Im Unterschied hierzu sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die
beiden Stränge des Vorwärmers für die Versorgung mit unterschiedlichen Brennstoffkomponenten
ausgebildet.
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Dem ersten Strang des Vorwärmers wird eine grobstükkige feste Brennstoffkomponente
an einer nahe dem Drehrohrofen gelegenen Stelle derart zugeführt, daß diese Brennstoffkomponente
vor der vollständigen Verbrennung in den Drehrohrofen gelangt. Dadurch wird erreicht,
daß diese grobstückige Brennstoffkomponente (beispielsweise Autoreifen) im Drehrohrofen
praktisch vollständig vergast und nicht im Vorwärmer zu Anbak-
kungen
und sonstigen Betriebsstörungen führt.
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Demgegenüber wird in den zweiten Strang des Vorwärmers eine andere,
vorzugsweise feinkörnige feste, flüssige und/oder gasförmige Brennstoffkomponente
derart eingeführt, daß sich diese Brennstoffkomponeflte'-vorder völlständigen Verbrennung
mit dem zu calcinierenden Gut mischt. Da diese zweite Brennstoffkomponente wesentlich
reaktionsfreudiger als die erste Brennstoffkomponente ist, kann durch die sofortige
Mischung mit dem zu calcinierenden Gut eine direkte Wärmeübertragung von dieser
Brennstoffkomponente auf das zu calcinierende Gut (ohne vorherige Vergasung) erreicht
werden.
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Auf diese Weise gewährleistet das erfindungsgemäße Verfahren einerseits
eine optimale Wärmeübertragung vom Brennstoff auf das zu calcinierende Gut und damit
einen hohen Entsäuerungsgrad und vermeidet andererseits Anbackungen und sonstige
Betriebs störungen beim Einsatz von grobstückigen festen Brennstoffkomponenten.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche
und werden im Zusammenhang mit der Beschreibung einiger in der Zeichnung veranschaulichter
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen Fig. 1 eine Stirnansicht der Calcinierzone
eines Vorwärmstranges,
Fig. 2 eine Seitenansicht der Calcinierzone
gemäß Fig. 1, Fig. 3 eine Aufsicht auf die Calcinierzone gemäß den Fig. 1 und 2,
Fig. 4 bis 8 Seitenansichten von fünf Ausführungsbeispielen einer erfindungsgemäßen
Anlage mit jeweils zwei Strängen des Vorwärmers.
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Ehe anhand der Fig. 4 bis 8 einige Ausführungsbeispiele von Anlagen
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert werden, sei anhand der
Fig. 1 bis 3 eine Anlage mit einem einsträngigen Vorwärmer beschrieben, da die hierin
vorgesehene Mischkammer in identischer bzw. modifizierter Form auch bei den erfindungsgemäßen
Anlagen gemäß den Fig. 4 bis 8 vorgesehen ist.
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Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Anlage zur Wärmebehandlung von
feinkörnigem Gut, insbesondere zum Brennen von Zementrohmateriål, enthält einen(nur
teilweise veranschaulichten) mehrstufigen Zyklonvorwärmer 1, einen Drehrohrofen
2 und eine zwischen dem Drehrohrofen 2 und dem Zyklonvorwärmer 1 angeordnete Calcinierzone
3.
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Diese Calcinierzone 3 wird im wesentlichen durch die Gasleitung 4
gebildet, die vom Einlaufgehäuse 5 des Drehrohrofens 2 zu den beiden Zyklonen 6,
7 der untersten Stufe des Zyklonvorwärmers 1 führt. Die Gasleitung 4 ist in ihrem
unteren Bereich als schräger
Calcinierschacht 8 ausgebildet und
teilt sich in ihrem oberen Bereich in die Leitungen 4a, 4b, die zu den Zyklonen
6, 7 führen. Die Gutleitungen 6a, 7a der Zyklone 6, 7 münden seitlich in das Einlaufgehäuse
5 des Drehrohrofens 2 ein.
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Vertikal über dem Einlaufgehäuse 5 ist eine Mischkammer 9 angeordnet,
die einen runden Querschnitt mit vertikaler Achse 10 aufweist und an deren unteren
Teil sich der schrage Calcinierschacht 8 anschließt.
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Eine vom (nicht dargestellten) Kühler der Anlage kommende Tertiärluft-Zuführung
11 mündet tangential im oberen Bereich der Mischkammer 9 in diese ein. In der Decke
der Mischkammer 9 ist eine vom Zyklon 12 der zweituntersten Stufe des Zyklonvorwärmers
kommende Gut-Zuführung 13 sowie eine Brennstoff-Zuführung 14 vorgesehen.
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Weiterhin ist die Mischkammer 9 mit einer trichterförmigen Querschnittsverengung
15 versehen, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dicht oberhalb der Höhe
angeordnet ist, an der der schräge Calcinierschacht 8 anschließt.
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Im Betrieb der Vorrichtung vermischen sich in der Mischkammer 9 die
über die Tertiärluft-Zuführung 11 eintretende Tertiärluft (Pfeil 16) mit dem über
die Gut-Zuführung 13 zugeführten vorgewärmten Gut (Pfeil 17) sowie mit dem über
die Brennstoff-Zuführung 14 aufgegebenen Brennstoff. Das so gebildete Gemisch be;
wegt sich im wesentlichen abwärts und fällt damit
in den aus dem
Einlaufgehäuse 5 nach oben strömenden Ofenabgasstrom (Pfeil 18). Hierdurch erfolgt
eine Umlenkung und starke Verwirbelung des aus der Mischkammer 9 kommenden Feststoff-Gas-Gemisches,
was einen guten Ausbrand des Brennstoffes sowie eine gleichmäßige hohe Entsäuerung
des Gutes in der Calcinierzone 3 gewährleistet.
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Bedingt durch die Anordnung der Mischkammer 9 vertikal über dem Einlaufgehäuse
5 wird verhindert, daß Brennstoff und Gut im besonders kritischen Temperaturbereich
in Berührung mit der Wand des Reaktionsraumes kommen, ehe sich das aus der Mischkammer
9 nach unten bewegende Feststoff-Gas-Gemisch im entgegenkommenden Ofenabgasstrom
aufgelöst hat. Auf diese Weise werden auch bei Verwendung minderwertiger Brennstoffe
Ansatzbildungen im Bereich der Mischkammer 9 und des Calcinierschachtes 8 zuverlässig
vermieden. Durch die innige Vermischung von Brennstoff und Gut vor der vollständigen
Verbrennung wird eine unmittelbare Wärmeübertragung vom Brennstoff auf das Gut gewährleistet.
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Fig. 4 veranschaulicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anlage
zur Durchführung des erfindungsgmäßen Verfahrens. Für gleiche Teile sind dabei diesselben
Bezugszeichen wie in den Fig. 1 bis 3 verwendet.
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Dem Drehrohrofen 2 ist ein zweisträngiger mehrstufiger Zyklonvorwärmer
vorgeschaltet, und zwar ein erster Strang 1a und ein zweiter Strang 1b.
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Der zweite Strang 1b des Vorwärmers entspricht der Ausbildung des
Zyklonvorwärmers 1 gemäß den Fig. 1 bis 3. Er enthält somit eine Mischkammer 9,
deren unterer Teil in den Calcinierschacht einmündet, der ein Teil der Gasleitung
24b ist, die vom Einlaufgehäuse 5 des Drehrohrofens 2 zur untersten Zyklonstufe
(Zyklone 26b) des zweiten Stranges 1b des Vorwärmers führt. In die Mischkammer 9
mündet - wie anhand der Fig. 1 bis 3 im einzelnen erläutert - eine Tertiärluft-Zuführung
11, eine Gutzuführung 13 und eine Brennstoff-Zuführung 14 ein.
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In den Strang 1b des Vorwärmers wird eine feinkörnige feste, flüssige
und/oder gasförmige Brennstoffkomponente (insbesondere über die Brennstoff-Zuführung
14) derart eingeführt, daß sich diese Brennstoffkomponente vor der vollständigen
Verbrennung mit dem zu calcinierenden Gut mischt.
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Der erste Strang 1a des Vorwärmers ist demgegenüber in üblicher Weise,
d.h. ohne Mischkammer 9, ausgebildet. Die Gasleitung 24a verbindet das Einlaufgehäuse
5 des Drehrohrofens 2 mit der untersten Stufe (Zyklone 26a) dieses Stranges des
mehrstufigen Zyklonvorwärmers. In den unteren Bereich der Gasleitung 24a mündet
eine Tertiärluft-Zuführung 25 ein, weiterhin eine Brennstoff-Zuführung 27 (die auch
- wie dargestellt - an die Tertiärluft-Zuführung 25 nahe ihrer Einmündung in die
Gasleitung 24a angeschlossen sein kann). Die Gutzuführung 28 von der zweituntersten
Stufe (Zyklon 29)des Stranges 1a des Vorwärmers mündet in die Tertiärluft-Zuführung
25 und/oder in die Gasleitung 24a.
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Erfindungsgemäß wird nun diesem Strang 1a des Vorwärmers eine grobstückige,
feste Brennstoffkomponente (beispielsweise Altreifen oder Stückkohle) derart zugeführt,
daß diese Brennstoffkomponente vor der vollständigen Verbrennung in den Drehrohrofen
2 gelangt.
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Die Zuführstelle des Brennstoffes ist zu diesem Zweck so gewählt,
daß der grobstückige Brennstoff im annähernd freien Fall durch das Einlaufgehäuse
5 in den Drehrohrofen 2 gelangen kann, wo er vergast.
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Bei dem in Fig. 5 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist der
Strang 1b des Vorwärmers identisch wie im Falle der Fig. 4 ausgebildet. Der andere
Strang 1c entspricht dem Strang 1a gemäß E'ig. 4 mit der Abweichung, daß die Verbrennungsluft
ausschließlich über die Abgase des Drehrohrofens 2 zugeführt wird (die Tertiärluft-Zuführung
25 entfällt hier somit). Die Gasleitung 24a ist im unteren Bereich mit einer Brennstoff-Zuführung
27 sowie mit einer Gut-Zuführung 28 versehen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 entspricht der rechte Strang
1b wieder den Ausführungsbeispielen der Fig. 4 und 5. Der linke Strang 1d ähnelt
dem Strang 1c gemäß Fig. 5 insoweit, als die gesamte Verbrennungsluft über den Drehrohrofen
2 zugeführt wird. Die Gasleitung 30, die das Einlaufgehäuse 5 des Drehrohrofens
2 mit der untersten Stufe (Zyklone 26a) des Vorwärmers verbindet, ist hier jedoch
nicht als schräger Calcinatorschacht mit einer schleifenartigen Umlenkung am oberen
Ende, sondern als im wesentlichen gerade geführte Gasleitung ausgebi1det.
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Die Variante gemäß Fig. 7 besitzt einen linken Strang 1d entsprechend
der Variante gemäß Fig. 6. Ebenso wie dieser ist er zur Zuführung einer grobstückigen
festen Brennstoffkomponente (über die Zuführung 27) an einer nahe dem Drehrohrofen
2 gelegenen Stelle bestimmt.
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Der rechte Strang 1e der Variante gemäß Fig. 7 entspricht den Ausführungen
gemäß den Fig. 4 bis 6 insoweit, als eine Mischkammer 9 vorgesehen ist, die mit
einer Tertiärluft-Zuführung 11, einer Gut-Zuführung 13 und einer Brennstoff-Zuführung
14 versehen ist.
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Im Unterschied zu den Varianten gemäß den Fig. 4 bis 6 wird jedoch
bei der Ausführung gemäß Fig. 7 der rechte Strang 1e ausschließlich mit Tertiärluft
versorgt. Die Mischkammer 9 und ein sich an das untere Ende der Mischkammer 9 anschließender
Calcinierschacht 32 bilden hierbei einen Teil der Tertiärluftleitung, die den Kühler
mit der untersten Zyklonstufe (Zyklone 26b) des Stranges le des Vorwärmers verbindet.
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Schließlich zeigt Fig. 8 eine Variante der erfindungsgemäßen Anlage,
bei der der linke Strang 1c in Ubereinstimmung mit der Fig. 5 und der rechte Strang
1e entsprechend Fig. 7 ausgebildet ist. Hierbei wird somit der linke Strang 1c ausschließlich
mit Ofenabgasen und der rechte Strang le ausschließlich mit Tertiärluft versorgt.
Die grobstückige feste Brennstoffkomponente wird über die Zuführung 27 und die feinkörnige
feste, flüssige und/oder gasförmige Brennstoffkomponente über die Zuführung 14 zugesetzt.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und der hiermit erzielten Vorteile
diene folgendes Beispiel: Eine Anlage gemäß Fig. 5 arbeitet mit einem Wärmebedarf
von 820 kcal/kg Klinker, wobei die Brennstoffverteilung wie folgt ist: 100 kcal/kg
Klinker werden als Stückkohle oder in Form von Autoreifen über die Brennstoff-Zuführung
27 dem linken Strang 1c auf gegeben; der untere Heizwert dieses Brennstoffes beträgt
6000 bis 7000 kcal/kg. Die Verbrennungsluft wird als Luftüberschuß durch den Drehrohrofen
2 geführt, der mit 350 kcal/kg Klinker aus Feinkohle über den Hauptbrenner befeuert
wird (diese Feinkohle besitzt einen unteren Heizwert von 6000 kcal/kg; die Feinheit
der Kohle beträgt 10 % Rückstand auf einem Sieb von 90 ß Maschenweite).
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Dem rechten Vorwärmstrang 1b wird über die Brennstoffzuführung 14
die gleiche Feinkohle wie im Hauptbrenner zugeführt und zwar 370 kcal/kg Klinker.
Die Verbrennungsluft für diesen Brennstoffanteil des rechten Stranges 1b wird dem
Kühler entnommen und mit 7500C über die Tertiärluft-Zuführung 11 in die Mischkammer
9 eingeführt.
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Das auf 6500C vorgewärmte Rohmehl wird über die Gut-Zuführung 13 in
die Mischkammer 9 eingeführt und im Calcinierschacht 8 auf ca. 95 % entsäuert, wobei
es auf etwa 8500C erhitzt wird.
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Der Entsäuerungsgrad in der Gasleitung 24a des Stranges 1c beträgt
demgegenüber nur etwa 70 %, wobei die Wärmeenergie für diese Entsäuerung durch die
Wärme der Ofenabgase gedeckt wird. Durch die Aufgabe des stückigen Brennstoffes
in den untersten Bereich des Stranges 1c wird die Entsäuerung des den Strang 1c
durchsetzenden Gutes erst im vorderen Teil des Drehrohrofens 2 beendet.
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Die Hauptfeuerung liefert die Energie für die Klinkerbildung. Die
Verbrennungsluft für den Hauptbrenner und den stückigen Brennstoff wird dem Kühler
als Sekundärluft entnommen. Ein geringer Luftanteil wird als Primärluft zur Verbrennung
der Feinkohle im Hauptbrenner eingesetzt.
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Die Gastemperatur nach dem Calcinierschacht 8 des rechten Stranges
1b beträgt 8500C. Die Gastemperatur nach der Gasleitung 24a des linken Stranges
1c liegt bei 8200C. Der Temperaturunterschied ist durch den unterschiedlichen Entsäuerungsgrad
der beiden Calcinierstrekken begründet.
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Die Abgastemperatur nach der letzten Stufe des Vorwärmers beträgt
bei einem vierstufigen Vorwärmer 3800C und bei einem fünfstufigen Vorwärmer 3300C.
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Es versteht sich, daß im Bedarfsfalle auch der linke Strang mit Feinkohle
oder bei reduzierter Menge an stückigem Brennstoff mit einer Mischung von Stück-und
Feinkohle beschickt werden kann.