DE3326375C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine An­ lage zur Durchführung dieses Verfahrens.

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 unterschiedli­ chen Brennstoffkomponenten erfolgt. Hierbei wird ei­ ne Feinfraktion des Brennstoffes in die unterste Stu­ fe des Vorwärmers und eine Grobfraktion in eine höhe­ re Stufe des Vorwärmers eingeführt. Durch geeignete Wahl der Stufe des Vorwärmers, in die die Grobfraktion des Brennstoffes eingeführt wird, läßt es sich - in Ab­ hängigkeit von Korngröße, Reaktivität, Feuchtigkeit und Gehalt des Brennstoffes an nicht brennbaren Be­ standteilen - erreichen, daß beide Fraktionen des Brennstoffes nahezu vollständig in der untersten Stufe des Vorwärmers verbrennen.

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.

Die DE-OS 27 51 876 befaßt sich zwar ebenfalls - wie im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzt - mit der Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, das in zwei Teilsträngen in je einem Strang eines mehr­ stufigen Zyklonvorwärmers vorgewärmt und calciniert und dann in einem Drehrohrofen mit nachgeschaltetem Kühler fertiggebrannt wird. In diesem Falle ist in jedem der beiden Vorwärmerstränge eine der Calci­ nierung vorgewärmten Gutes dienende Reaktionsstufe aus mindestens zwei Reaktionszonen vorgesehen, denen an zwei oder drei Stellen, also insgesamt an vier bzw. sechs unterschiedlichen Stellen, Wärme aus Brenn­ stoffen jeglicher Art zugeführt wird. Hierbei bleibt offen, ob an diesen gleichartig angeordneten und ausge­ bildeten Zuführungsstellen der Vorwärmerstränge je­ weils gleiche oder unterschiedliche Brennstoffarten verwendet werden; aufgrund der erläuterten Ausfüh­ rung und Funktion ist aber davon auszugehen, daß die einander entsprechenden Reaktionszonen der beiden Vorwärmerstränge jeweils gleichartig, d.h. mit jeweils einander entsprechenden Brennstoffarten gespeist werden. Bei dieser bekannten Ausführung wird ein besonders hoher Aufwand allein durch die große Anzahl von Brennstoff-Zuführungsstellen be­ trieben, wobei - anders als bei dem o.g. europäi­ schen Patent 12 362 - weitgehend offen bleibt, wie ganz unterschiedliche Brennstoffarten für die Cal­ cination des Gutes in genau definierter und be­ sonders zweckmäßiger Weise eingesetzt werden sollen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruches 1 voraus­ gesetzten Art so auszubilden, daß ganz unterschied­ liche Brennstoffarten zur Calcination des Gutes ein­ gesetzt werden können, ohne daß mit Ansatzbildungen und sonstigen Betriebsstörungen zu rechnen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Während man bei bekannten Verfahren die Vorwärmung und Calcination des feinkörnigen Gutes in zwei Teilmengen in gesonderten Strängen des Vorwärmers bisher vor allem zur Leistungssteigerung der be­ kannten Anlagen ausgenutzt hat, wobei in den beiden - vielfach gleichartig ausgebildeten - Strängen des Vorwärmers regelmäßig dieselbe Brennstoffart einge­ setzt wird, sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die beiden Stränge des Vorwärmers für die Versorgung mit unterschiedlichen Brennstoffkomponenten ausge­ bildet.

Dem ersten Strang des Vorwärmers wird eine grob­ stückige 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 Brennstoff­ komponente (beispielsweise Autoreifen) im Drehrohr­ ofen praktisch vollständig vergast und nicht im Vorwärmer zu Anbackungen und sonstigen Betriebs­ störungen führt.

Demgegenüber wird in den zweiten Strang des Vorwär­ mers eine andere, vorzugsweise feinkörnige feste, flüssige und/oder gasförmige Brennstoffkomponente derart eingeführt, daß sich diese Brennstoffkompo­ nente vor der vollständigen Verbrennung mit dem zu calcinierenden Gut mischt. Da diese zweite Brenn­ stoffkomponente wesentlich reaktionsfreudiger als die erste Brennstoffkomponente ist, kann durch die sofortige Mischung mit dem zu calcinierenden Gut eine direkte Wärmeübertragung von dieser Brennstoff­ komponente auf das zu calcinierende Gut (ohne vor­ herige Vergasung) erreicht werden.

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.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung, ein­ schließlich der Ausbildungen der Anlage zur Durch­ führung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens, sind Gegenstand der Unteransprüche und werden im Zusam­ menhang mit der Beschreibung einiger in der Zeich­ nung veranschaulichter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Stirnansicht der Calcinierzone eines Vorwärmerstranges,

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 Ausführungs­ beispielen einer erfindungsgemäßen Anlage mit jeweils zwei Strängen des Vorwärmers.

Ehe anhand der Fig. 4 bis 8 einige Ausführungsbei­ spiele von Anlagen zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens erläutert werden, sei anhand der Fig. 1 bis 3 eine Anlage mit einem einsträngigen Vor­ wärmer beschrieben, da die hierin vorgesehene Misch­ kammer in identischer bzw. modifizierter Form auch bei den erfindungsgemäßen Anlagen gemäß den Fig. 4 bis 8 vorgesehen ist.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Anlage zur Wär­ mebehandlung von feinkörnigem Gut, insbesondere zum Brennen von Zementrohmaterial, enthält einen (nur teil­ weise veranschaulichten) mehrstufigen Zyklonvorwärmer 1, einen Drehrohrofen 2 und eine zwischen dem Drehrohr­ ofen 2 und dem Zyklonvorwärmer 1 angeordnete Calcinier­ zone 3.

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 un­ tersten Stufe des Zyklonvorwärmers 1 führt. Die Gas­ leitung 4 ist in ihrem unteren Bereich als schräger Calcinierschacht 8 ausgebildet und teilt sich in ihrem oberen Bereich in die Leitungen 4 a, 4 b, die zu den Zy­ klonen 6, 7 führen. Die Gutleitungen 6 a, 7 a der Zyklo­ ne 6, 7 münden seitlich in das Einlaufgehäuse 5 des Drehrohrofens 2 ein.

Vertikal über dem Einlaufgehäuse 5 ist eine Mischkam­ mer 9 angeordnet, die einen runden Querschnitt mit ver­ tikaler Achse 10 aufweist und an deren unteren Teil sich der schräge Calcinierschacht 8 anschließt.

Eine vom (nicht dargestellten) Kühler der Anlage kom­ mende 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.

Weiterhin ist die Mischkammer 9 mit einer trichter­ förmigen Querschnittsverengung 15 versehen, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dicht oberhalb der Höhe angeordnet ist, an der der schräge Calcinier­ schacht 8 anschließt.

Im Betrieb der Vorrichtung vermischt 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 Um­ lenkung und starke Verwirbelung des aus der Mischkam­ mer 9 kommenden Feststoff-Gas-Gemisches, was einen gu­ ten Ausbrand des Brennstoffes sowie eine gleichmäßige hohe Entsäuerung des Gutes in der Calcinierzone 3 ge­ währleistet.

Bedingt durch die Anordnung der Mischkammer 9 vertikal über dem Einlaufgehäuse 5 wird verhindert, daß Brenn­ stoff und Gut im besonders kritischen Temperaturbereich in Berührung mit der Wand des Reaktionsraumes kommen, ehe sich das aus der Mischkammer 9 nach unten bewegen­ de Feststoff-Gas-Gemisch im entgegenkommenden Ofenab­ gasstrom aufgelöst hat. Auf diese Weise werden auch bei Verwendung minderwertiger Brennstoffe Ansatzbil­ dungen im Bereich der Mischkammer 9 und des Calcinier­ schachtes 8 zuverlässig vermieden. Durch die innige Vermischung von Brennstoff und Gut vor der vollstän­ digen Verbrennung wird eine unmittelbare Wärmeüber­ tragung vom Brennstoff auf das Gut gewährleistet.

Fig. 4 veranschaulicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Für gleiche Teile sind dabei dieselben Bezugszeichen wie in den Fig. 1 bis 3 verwendet.

Dem Drehrohrofen 2 ist ein zweisträngiger mehrstufiger Zyklonvorwärmer vorgeschaltet, und zwar ein erster Strang 1 a und ein zweiter Strang 1 b.

Der zweite Strang 1 b 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 24 b ist, die vom Einlaufge­ häuse 5 des Drehrohrofens 2 zur untersten Zyklonstu­ fe (Zyklone 26 b) des zweiten Stranges 1 b des Vorwär­ mers führt. In die Mischkammer 9 mündet - wie anhand der Fig. 1 bis 3 im einzelnen erläutert - eine Ter­ tiärluft-Zuführung 11, eine Gutzuführung 13 und eine Brennstoff-Zuführung 14 ein.

In den Strang 1 b des Vorwärmers wird eine feinkörnige feste, flüssige und/oder gasförmige Brennstoffkomponen­ te (insbesondere über die Brennstoff-Zuführung 14) der­ art eingeführt, daß sich diese Brennstoffkomponente vor der vollständigen Verbrennung mit dem zu calcinie­ renden Gut mischt.

Der erste Strang 1 a des Vorwärmers ist demgegenüber in üblicher Weise, d.h. ohne Mischkammer 9, ausgebil­ det. Die Gasleitung 24 a verbindet das Einlaufgehäuse 5 des Drehrohrofens 2 mit der untersten Stufe (Zyklo­ ne 26 a) dieses Stranges des mehrstufigen Zyklonvor­ wärmers. In den unteren Bereich der Gasleitung 24 a mündet eine Tertiärluft-Zuführung 25 ein, weiterhin eine Brennstoff-Zuführung 27 (die auch - wie darge­ stellt - an die Tertiärluft-Zuführung 25 nahe ihrer Einmündung in die Gasleitung 24 a angeschlossen sein kann). Die Gutzuführung 28 von der zweituntersten Stufe (Zyklon 29) des Stranges 1 a des Vorwärmers mün­ det in die Tertiärluft-Zuführung 25 und/oder in die Gasleitung 24 a.

Erfindungsgemäß wird nun diesem Strang 1 a des Vorwär­ mers eine grobstückige, feste Brennstoffkomponente (beispielsweise Altreifen oder Stückkohle) derart zu­ geführt, daß diese Brennstoffkomponente vor der voll­ ständigen Verbrennung in den Drehrohrofen 2 gelangt. Die Zuführstelle des Brennstoffes ist zu diesem Zweck so gewählt, daß der grobstückige Brennstoff im annä­ hernd freien Fall durch das Einlaufgehäuse 5 in den Drehrohrofen 2 gelangen kann, wo er vergast.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten zweiten Ausführungs­ beispiel ist der Strang 1 b des Vorwärmers identisch wie im Falle der Fig. 4 ausgebildet. Der andere Strang 1 c entspricht dem Strang 1 a gemäß Fig. 4 mit der Ab­ weichung, daß die Verbrennungsluft ausschließlich über die Abgase des Drehrohrofens 2 zugeführt wird (die Tertiärluft-Zuführung 25 entfällt hier somit). Die Gasleitung 24 a ist im unteren Bereich mit einer Brennstoff-Zuführung 27 sowie mit einer Gut-Zuführung 28 versehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 entspricht der rechte Strang 1 b wieder den Ausführungsbeispielen der Fig. 4 und 5. Der linke Strang 1 d ähnelt dem Strang 1 c gemäß Fig. 5 insoweit, als die gesamte Verbrennungs­ luft über den Drehrohrofen 2 zugeführt wird. Die Gas­ leitung 30, die das Einlaufgehäuse 5 des Drehrohrofens 2 mit der untersten Stufe (Zyklone 26 a) des Vorwärmers verbindet, ist hier jedoch nicht als schräger Calcina­ torschacht mit einer schleifenartigen Umlenkung am oberen Ende, sondern als im wesentlichen gerade ge­ führte Gasleitung ausgebildet.

Die Variante gemäß Fig. 7 besitzt einen linken Strang 1 d 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.

Der rechte Strang 1 e der Variante gemäß Fig. 7 ent­ spricht den Ausführungen gemäß den Fig. 4 bis 6 inso­ weit, als eine Mischkammer 9 vorgesehen ist, die mit einer Tertiärluft-Zuführung 11, einer Gut-Zuführung 13 und einer Brennstoff-Zuführung 14 versehen ist.

Im Unterschied zu den Varianten gemäß den Fig. 4 bis 6 wird jedoch bei der Ausführung gemäß Fig. 7 der rechte Strang 1 e ausschließlich mit Tertiärluft ver­ sorgt. 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 26 b) des Stranges 1 e des Vorwärmers verbindet.

Schließlich zeigt Fig. 8 eine Variante der erfindungs­ gemäßen Anlage, bei der der linke Strang 1 c in Überein­ stimmung mit der Fig. 5 und der rechte Strang 1 e ent­ sprechend Fig. 7 ausgebildet ist. Hierbei wird somit der linke Strang 1 c ausschließlich mit Ofenabgasen und der rechte Strang 1 e 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.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und der hier­ mit erzielten Vorteile diene folgendes

Beispiel

Eine Anlage gemäß Fig. 5 arbeitet mit einem Wärme­ bedarf von 820 kcal/kg Klinker, wobei die Brennstoff­ verteilung wie folgt ist: 100 kcal/kg Klinker werden als Stückkohle oder in Form von Autoreifen über die Brennstoff-Zuführung 27 dem linken Strang 1 c aufge­ geben; 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 Haupt­ brenner befeuert wird (diese Feinkohle besitzt einen unteren Heizwert von 6000 kcal/kg; die Feinheit der Kohle beträgt 10% Rückstand auf einem Sieb von 90 µ Maschenweite).

Dem rechten Vorwärmstrang 1 b wird über die Brennstoff­ zuführung 14 die gleiche Feinkohle wie im Hauptbrenner zugeführt und zwar 370 kcal/kg Klinker. Die Verbrennungs­ luft für diesen Brennstoffanteil des rechten Stranges 1 b wird dem Kühler entnommen und mit 750°C über die Ter­ tiärluft-Zuführung 11 in die Mischkammer 9 eingeführt.

Das auf 650°C vorgewärmte Rohmehl wird über die Gut-Zu­ führung 13 in die Mischkammer 9 eingeführt und im Cal­ cinierschacht 8 auf ca. 95% entsäuert, wobei es auf etwa 850°C erhitzt wird.

Der Entsäuerungsgrad in der Gasleitung 24 a des Stran­ ges 1 c beträgt demgegenüber nur etwa 70% wobei die Wärmeenergie für diese Entsäuerung durch die Wärme der Ofenabgase gedeckt wird. Durch die Aufgabe des stücki­ gen Brennstoffes in den untersten Bereich des Stranges 1 c wird die Entsäuerung des den Strang 1 c durchsetzen­ den Gutes erst im vorderen Teil des Drehrohrofens 2 beendet.

Die Hauptfeuerung liefert die Energie für die Klinker­ bildung. Die Verbrennungsluft für den Hauptbrenner und den stückigen Brennstoff wird dem Kühler als Se­ kundärluft entnommen. Ein geringer Luftanteil wird als Primärluft zur Verbrennung der Feinkohle im Haupt­ brenner eingesetzt.

Die Gastemperatur nach dem Calcinierschacht 8 des rech­ ten Stranges 1 b beträgt 850°C. Die Gastemperatur nach der Gasleitung 24 a des linken Stranges 1 c liegt bei 820°C. Der Temperaturunterschied ist durch den unter­ schiedlichen Entsäuerungsgrad der beiden Calcinierstrec­ ken begründet.

Die Abgastemperatur nach der letzten Stufe des Vorwär­ mers beträgt bei einem vierstufigen Vorwärmer 380°C und bei einem fünfstufigen Vorwärmer 330°C.

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.

Claims (7)

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, das in zwei Teilmengen in gesonderten Strängen eines mehrstufigen Zyklonvorwärmers vorgewärmt, durch an wenigstens zwei unter­ schiedlichen Stellen des Vorwärmers zugegebene Brennstoffe in beiden Vorwärmersträngen calci­ niert und im Drehrohrofen fertiggebrannt wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) dem ersten Strang des Vorwärmers wird eine grobstückige feste Brennstoffkomponente an einer nahe dem Drehrohrofen gelegenen Stelle derart zugeführt, daß diese Brennstoffkompo­ nente vor der vollständigen Verbrennung in den Drehrohrofen gelangt,
• b) in den zweiten Strang des Vorwärmers wird eine andere, vorzugsweise feinkörnige feste, flüssige und/oder gasförmige Brennstoffkompo­ nente derart eingeführt, daß sich diese Brennstoffkomponente vor der vollständigen Verbrennung mit dem zu calcinierenden Gut mischt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß dem ersten Strang des Vorwärmers aus­ schließlich Abgas des Drehrohrofens zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß dem zweiten Strang des Vorwärmers aus­ schließlich Tertiärluft von einem Kühler zuge­ führt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß dem ersten Vorwärmerstrang und/oder dem zweiten Vorwärmerstrang Abgas des Drehrohr­ ofens und Tertiärluft von einem Kühler zugeführt wird.

5. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, enthaltend einen aus zwei gesonderten Strängen aufgebauten, mehrstufigen Zyklonvor­ wärmer mit an unterschiedlichen Stellen vorgesehenen Brennstoffzuführungen sowie einen Drehrohrofen mit nachgeschaltetem Kühler, der durch eine Tertiärluft-Zuführleitung mit dem Vorwärmer im Bereich wenigstens einer Brennstoff­ zuführung verbunden ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) Eine Brennstoff-Zuführung (27) ist am ersten Strang (1 a) des Vorwärmers im unteren Bereich der vom Drehrohrofen (2) zum Vorwärmer führen­ den Gasleitung (24 a) vorgesehen;
• b) der zweite Vorwärmerstrang (1 b) enthält eine Mischkammer (9) mit Zuführungen (14, 13, 11) für Brennstoff, Gut und Tertiärluft.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil der Mischkammer (9) in einen Calcinierschacht (8) einmündet, der das Einlauf­ gehäuse (5) des Drehrohrofens (2) mit der unter­ sten Zyklonstufe des zweiten Vorwärmerstranges (1 b) verbindet.

7. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (9) und ein sich an das untere Ende der Mischkammer anschließender Cal­ cinierschacht (32) einen Teil der den Kühler mit der untersten Zyklonstufe des zweiten Vorwärmer­ stranges (1 e) verbindenden Tertiärluft-Zuführ­ leitung bilden.