DE3406070C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Um den Drehrohrofen von Wärmearbeit zu entlasten und dadurch kleiner dimensionieren zu können, ist es bekannt, in der untersten Stufe des Zyklonvor­ wärmers zusätzlichn Brennstoff einzuführen, so daß das durch die Ofenabgase bereits vorgewärmte Gut weiter erhitzt (Zementrohmaterial insbesondere weitgehend calciniert) wird, ehe es anschließend in den Drehrohrofen gelangt (DE-B2-23 24 565).

Für die Übertragung der in diesem zusätzlichen Brennstoff enthaltenen Wärmeenergie auf das Gut steht dabei nur eine verhältnismäßig kurze Zeit zur Verfügung. Es kommt deshalb darauf an, Brenn­ stoff und Gut in der untersten Stufe des Vorwärmers möglichst rasch und gleichmäßig zu vermischen und dann eine nahezu vollständige Verbrennung des Brennstoffes an bzw. in unmittelbarer Nähe der Gut­ teilchen zu erreichen.

Soweit flüssiger oder gasförmiger Brennstoff ein­ gesetzt wird, bereitet die Erfüllung der genann­ ten Bedingungen keine wesentlichen Schwierigkeiten. Anders ist es dagegen bei Verwendung von festem Brennstoff. Um eine genügend rasche und gleichmäßige Verbrennung des Brennstoffes in der untersten Stufe des Vorwärmers zu erzielen, wird bisher im allge­ meinen der feste Brennstoff vorher getrocknet und mehlfein gemahlen, was hohe Aufbereitungskosten verursacht.

Weitere Schwierigkeiten tauchen auf, wenn minder­ wertiger Brennstoff mit einem hohen Gehalt an nicht brennbaren Bestandteilen eingesetzt werden soll. So hat man beispielsweise versucht (DE-A1-26 21 872), Abfallbrennstoff, wie ölhaltige Bleicherde, in die Gasleitung zwischen Drehrohrofen und Zyklonvorwärmer einzuführen. Dabei erfolgt die Aufgabe dieses Ab­ fallbrennstoffes so nahe zum Einlauf hin, daß einer­ seits eine sichere Zündung der flüchtigen Bestand­ teile gewährleistet ist und andererseits starke An­ krustungen am Ofeneinlauf vermieden werden. Bei die­ sem Verfahren läßt sich jedoch nicht ausschließen, daß eine beträchtliche Menge nicht brennbarer, kal­ ter Stoffe als Bestandteil der Brennstoff-Gut- Mischung in die unterste Stufe des Vorwärmers und unmittelbar darauf in den Drehrohrofen gelangt, was die angestrebte hohe Calcinierung des Gutes vor Eintritt in den Drehrohrofen wesentlich beeinträch­ tigt.

Es ist weiterhin auch bekannt (DE-A1-27 51 876), feste, flüssige oder gasförmige Brennstoffe an drei verschiedenen Stellen im Bereich der untersten Stufe eines fünfstufigen Zyklonvorwärmers zuzugeben, und zwar in die Gasleitung zwischen Drehrohrofen und unterster Zyklonstofe, in die Zyklone der untersten Stufe sowie in die von der untersten Stufe zur nächsten Stufe des Vorwärmers führenden Gasleitungen.

Schließlich ist es auch bekannt (EP 12 362), den zusätzlichen Brennstoff in eine Feinfraktion und eine Grobfraktion zu trennen und die Feinfraktion des Brennstoffes in die unterste Stufe des Vor­ wärmers und die Grobfraktion in die höhere Stufe des Vorwärmers einzuführen.

Der Erfindung liegen eingehende Versuche mit Brenn­ stoff zugrunde, dessen Feinzerkleinerung Probleme aufwirft (etwa hoher Energieaufwand oder großer Verschleiß der Mahlaggregate). Versucht man nun, den für die weitere Erhitzung (insbesondere die Calcination) benötigten zusätzlichen Brennstoff weniger fein aufzumahlen, so stellt man fest, daß dem Zyklonvorwärmer aufgegebene Brennstoffpartikel - je nach Brennstoffqualität schwankend - nur bis zu einer bestimmten Korngröße im Vorwärmer voll­ ständig verbrennen. Größere Brennstoffpartikel werden vielfach vom Gasstrom mitgerissen, entgasen teilweise auf dem Weg durch die unterste Stufe des Vorwärmers, werden dann zusammen mit dem mehlförmi­ gen Gut in der untersten Stufe des Vorwärmers abge­ schieden und gelangen - vielfach eingebettet in das mehlförmige Gut - in den Drehrohrofen. Hier er­ folgt dann - wie die Versuche zeigten - oft ein sehr schlechter Ausbrand dieser eingebetteten Brennstoffpartikel. Zum einen fehlen diesen Brenn­ stoffpartikeln die flüchtigen Bestandteile, die eine Zündung ermöglichen. Zum anderen befinden sich diese in das feinkörnige Gut eingebetteten Brenn­ stoffpartikel im Drehrohrofen weitgehend unter Luft­ abschluß, so daß sie nicht verbrennen, sondern mehr verschwelen. Dies führt dazu, daß örtlich redu­ zierende Bedingungen vorhanden sind, die die Qualität des Endproduktes beeinträchtigen (beim Brennen von Zementklinker beispielsweise eine uner­ wünschte Verfärbung des Klinkerkernes verursachen).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der geschilderten Schwierigkeiten ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzten Art so auszubilden, daß mit beson­ ders geringen Aufbereitungskosten für den einge­ setzten festen Brennstoff ein optimaler Ausbrand des Brennstoffes erreicht wird.

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

Indem erfindungsgemäß die Grobfraktion des zusätz­ lichen Brennstoffes in den Drehrohrofen und die Feinfraktion in den Zyklonvorwärmer eingeführt wird, erfolgt die Aufgabe der gröberen Brennstoff­ partikel dort, wo die höchste Gastemperatur vorhan­ den ist. Damit ist auch bei einer nicht besonders feinen Aufmahlung des Brennstoffes ein einwandfreier Ausbrand selbst der größten Brennstoffpartikel ge­ währleistet. Zugleich ist die Gefahr vermieden, daß noch unverbrannte Brennstoffpartikel in das Gut (Rohmehl oder Klinker bei der Zementherstellung) eingebettet werden. Erfindungsgemäß werden somit die besten in der Anlage vorhandenen Zündbedingun­ gen für die großen Brennstoffpartikel vorgesehen, da im Bereich des Drehrohrofeneinlaufes die Gas­ temperaturen um 200 bis 300°C höher als in der untersten Stufe des Zyklonvorwärmers sind.

Die Zerkleinerung des zusätzlichen Brennstoffes erfolgt zweckmäßig bis auf einer Korngröße von etwa 3 mm. Damit ist sichergestellt, daß es nicht zu einer stufenweisen und damit unerwünschten Verbrennung kommt.

Die erfindungsgemäß in den Dreh­ rohrofen eingeführten gröberen Brennstoffpartikel sind ausgebrannt, ehe der Rest auf das im Drehrohr­ ofen befindliche Gut fällt.

Zur Erreichung dieses Zieles ist es wichtig, daß die Grobfraktion des zusätzlichen Brennstoffes so in den Drehrohrofen eingeführt wird, daß ein möglichst guter Zutritt von Sauerstoff zu diesem Brennstoff gewährleistet ist. Das Einführen des Brennstoffes in den Drehrohrofen erfolgt von der Guteintragsseite des Ofens her, und damit entgegen dem den Drehrohrofen durchsetzenden Gasstrom. Zweck­ mäßig erfolgt die Einführung im Zentrum der Ofen­ achse und mit hoher Geschwindigkeit, so daß eine Zündung und weitgehende Verbrennung dieser gröberen Brennstoffpartikel bereits erfolgt, ehe die Reste dieses Brennstoffes auf die Oberfläche des Gutbettes fallen.

Die Einführung der Grobfraktion des zusätzlichen Brennstoffes in den Drehrohrofen kann pneumatisch oder auch durch Schwerkraftwirkung (beispielsweise über eine Schurre mit Verteilerorgan oder durch eine wassergekühlte Lanze) erfolgen. Wesentlich ist in jedem Falle, daß die Einführung der Grobfraktion des zusätzlichen Brennstoffes in Form eines weit­ gehend aufgelösten Materialstromes (mit gutem Sauerstoffzutritt zu den einzelnen Brennstoffparti­ keln) geschieht.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens besteht in der erheblichen Verringerung der Investitions- und Betriebskosten durch die geringeren Anforderungen an den Zerkleinerungsgrad des Brenn­ stoffes. Das erfindungsgemäße Verfahren ist damit vor allem auch für solche Brennstoffarten von beson­ derer Bedeutung, deren Feinzerkleinerung einen hohen Energieaufwand erfordert oder einen beträchtlichen Verschleiß der Mahlaggregate mit sich bringt.

Im allgemeinen wird es zweckmäßig sein, bei der Zerkleinerung des Brennstoffes zugleich eine Trock­ nung bis auf einen für die spätere Zündung und Verbrennung optimalen Feuchtigkeitswert vorzunehmen. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt jedoch auch darin, daß eine solche Trocknung (wie sie bei einer Feinzerkleinerung im allgemeinen un­ erläßlich ist) im Rahmen des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens nicht unbedingt notwendig ist; der für das erfindungsgemäße Verfahren ausreichende Zerkleine­ rungsgrad kann vielmehr auch im Wege einer Feucht­ zerkleinerung erreicht werden.

Die Trennung des zerkleinerten Brennstoffes in mehrere Fraktionen kann nach verschiedenen Metho­ den, beispielsweise durch Sichtung oder Siebung, er­ folgen.

Wird der zusätzliche Brennstoff in drei oder mehr Fraktionen unterteilt, so wird die Grobfraktion in den Drehrohrofen eingeführt, während die mitt­ lere Fraktion und die Feinfraktion in den Zyklon­ vorwärmer eingeführt werden; hierbei wird - aus den oben erläuterten Gründen der besseren Zündung und Verbrennung - die mittlere Fraktion an einer Stelle höherer Gastemperatur als die Feinfraktion zugegeben.

Zwei Ausführungsbeispiele einer Anlage zur Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Fig. 1 und 2 der Zeichnung veranschaulicht.

Die Anlage gemäß Fig. 1 dient zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, insbesondere zum Brennen von Zement, und enthält einen Drehrohrofen 1 und einen mehrstufigen Zyklonvorwärmer 2, von dem jedoch lediglich der Zyklon 3 der untersten Zyklonstufe dargestellt ist. Dem Drehrohrofen 1 ist ein nicht veranschaulichter Kühler nachgeschal­ tet, von dem eine Tertiärluftleitung 4 zu der Gas­ leitung 5 führt, die den Drehrohrofen 1 mit dem untersten Zyklon 3 des Zyklonvorwärmers 2 verbin­ det.

Die Anlage enthält weiterhin einen Brecher 6 zur Zer­ kleinerung des über eine Bandwaage 7 zugeführten festen Brennstoffes (Rohkohle). Eine Gasleitung 8, die mit Frischluftstutzen 9 versehen ist, führt von der Tertiärluftleitung 4 zum Brecher 6 und dient zur Zuführung von Trocknungsgas zur Trocknung des Brennstoffes während der Zerkleinerung.

Brecher 6 ist mit einem Abscheider 10 verbunden, in dem die Grobfraktion abgeschieden wird. Sie ge­ langt teilweise (über eine Leitung 11) in eine Fördereinrichtung 12 und teilweise (Leitung 13) im Kreislauf zurück zum Brecher 6. Durch die Förder­ einrichtung 12 wird die Grobfraktion des zerkleiner­ ten Brennstoffes in den Drehrohrofen 1 eingeführt, und zwar von der Guteintragsseite des Drehrohrofens her, jedoch vom Gut gesondert (das im Zyklonvor­ wärmer 2 vorgewärmte und in der durch die Gasleitung 5 gebildeten Calcinationszone weiter erhitzte Gut bewegt sich längs der Schurre 14 des Einlaufgehäuses in den Drehrohrofen 1). Die vorzugsweise pneumatisch arbeitende Fördereinrichtung 12 bläst dagegen die Grobfraktion des Brennstoffes mit großer Geschwin­ digkeit in den Drehrohrofen.

Die Feinfraktion des in dem Brecher 6 zerkleinerten Brennstoffes wird mit dem zur Trocknung des Brenn­ stoffes verwendeten Heißgasstrom aus dem Abschei­ der 10 ausgetragen und gelangt über eine Leitung 15, in der ein Ventilator 16 angeordnet ist, in die Gasleitung 5, die die eigentliche Zone zur wei­ teren Erhitzung (Calcination) des vorgewärmten Gutes (vor Eintritt in den Drehrohrofen) bildet. Die Verbrennung dieser Feinfraktion des Brennstoffes erfolgt mittels der über die Tertiärluftleitung 4 zugeführten Kühlerabluft. In bekannter Weise kann der Brennstoff (hier die Feinfraktion des Brenn­ stoffes) auch in die Tertiärluftleitung 4 (un­ mittelbar vor ihrer Einmündung in die Gasleitung 5 eingeführt werden. Das Gut der zweituntersten Stufe des Zyklonvorwärmers 2 wird (über nicht dar­ gestellte Gutleitungen) entweder in die Tertiärluft­ leitung 4 oder unmittelbar in die Gasleitung 5 ein­ geführt. Es wird dann vom Gasstrom dem Zyklon 3 zugeführt und gelangt nach Abscheidung in diesem Zyklon über die Gutleitung 17 in den Drehrohrofen 1.

Zur Regelung der Temperatur des für die Trocknung des Brennstoffes verwendeten Heißgasstromes ist ein Regler 18 vorgesehen, der die Abgastemperatur des Brechers 6 mißt und eine im Frischluftstutzen 9 vorgesehene Klappe 19 entsprechend verstellt.

Nicht dargestellt sind in Fig. 1 die an der Verzwei­ gung der Leitungen 11 und 13 vorgesehenen Stell­ organe, die den Anteil des im Kreislauf geführten Brennstoffes und damit den Zerkleinerungsgrad des Brennstoffes sowie die Aufteilung auf die beiden Fraktionen bestimmen.

Die Anlage gemäß Fig. 1 kann beispielsweise folgen­ dermaßen arbeiten:

Da die Temperatur der über die Tertiärluftleitung 4 zugeführten Heißgase 750 bis 950°C beträgt, zur Trocknung der Kohle aber nur Gastemperaturen von 300 bis 450°C benötigt werden, erfolgt je nach Abgas­ temperatur des Brechers 6 die Zumischung von Frisch­ luft über den Frischluftstutzen 9. Dem Brecher 6 wird stückige, feuchte Rohkohle (0 bis 50 mm Kanten­ länge und 3 bis 15% Feuchte) zugeführt. Die Heiß­ gase trocknen und transportieren die zerkleiner­ ten Kohlenpartikel (0 bis 3 mm Kantenlänge und 0,5 bis 3% Feuchte) zum Abscheider 10, der ein­ stellbar ist. Ein einstellbarer Anteil von 0 bis 60% wird im Kreislauf geführt. Die gesamte Heißgas­ menge mit der Feinfraktion des Brennstoffes gelangt in die Tertiärluftleitung 4 bzw. in die Gasleitung 5 (Calcinationszone), wo Temperaturen von ca. 750 bis 950°C und somit gute Bedingungen für einen Aus­ brand der feinen Partikel herrschen.

Die Mengendosierung des gesamten Brennstoffes für die Vorcalcination geschieht mit der Bandwaage 7 für die Rohkohle. Die Aufteilung auf die beiden Fraktionen erfolgt im einstellbaren Abscheider 10, so daß je nach den Erfordernissen der Ofenanlage eine Änderung der beiden Fraktionen erfolgen kann.

Die Anlage gemäß Fig. 1 zeichnet sich durch geringe Investitionskosten, eine hohe Sicherheit (da keine Feinkohle gelagert wird), eine einfache Handhabung und einen geringen Energiebedarf aus.

Bei dem in Fig. 2 veranschaulichten zweiten Aus­ führungsbeispiel sind gleiche Elemente mit densel­ ben Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet. Im Unter­ schied zu Fig. 1 ist der Abscheider 10 mit einem Filter 20 verbunden, der zur Entstaubung der Heiß­ gase des Abscheiders 10 dient. Die im Filter 20 abgeschiedene Feinfraktion gelangt über eine Lei­ tung 21 in die Tertiärluftleitung 4 bzw. in die Gasleitung 5. Die im Filter 20 gereinigten Heiß­ gase werden über einen Ventilator 22 verworfen.

Die Anlage gemäß Fig. 2 ist wärmewirtschaftlich etwas günstiger als die Anlage gemäß Fig. 1, erfor­ dert jedoch durch den notwendigen Filter 20 etwas höhere Investitionskosten. Verglichen mit dem Stand der Technik zeichnet sich jedoch auch die Anlage gemäß Fig. 2 durch geringere Investitionskosten, einfachere Handhabung, geringeren Energiebedarf so­ wie günstigere Wärmewirtschaft aus.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens besteht darin, daß man für die Vorcalci­ nation (d. h. für die zusätzliche Erhitzung des vorgewärmten Gutes vor dem Fertigbrand im Drehrohr­ ofen) einen anderen Brennstoff als für den Haupt­ brenner des Drehrohrofens verwenden kann, wobei die­ ser andere Brennstoff weniger fein aufgemahlen wer­ den muß, was die Investitions- und Betriebskosten beachtlich senkt.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen folgen­ des Arbeitsbeispiel für einen Ofen mit einer Leistung von 3000 tato und einem spezifischen Wärmeaufwand von 790 kcal/kg Klinker und einer Brennstoffrate von 55% in der Vorcalcinationszone.

In diesem Falle werden für die Vorcalcination 9052 kg Kohle/h benötigt, wenn die Kohle einen unte­ ren Heizwert von 6000 kcal/kg besitzt. Bei einer Rohkohlefeuchte von 10% müssen dem Brecher 6 10 058 kg/h über die Dosierbandwaage 7 zugeführt werden. Die Rohkohle mit Stückgrößen von ca. 0 bis 100 mm wird bevorzugt auf eine Korngröße von 0 bis 3 mm reduziert und auf eine Restfeuch­ te von weniger als 2% getrocknet. Das Fertigpro­ dukt wird danach pneumatisch oder mechanisch dem Abscheider 10 zugeführt. Nach der Zerlegung in ein­ zelne Kornfraktionen wird die Korngröße 0 bis 0,5 mm bevorzugt der Vorcalcinationszone (Gasleitung 5) zugeführt; die Korngröße 0,5 bis 3 mm gelangt in den Einlauf des Drehrohrofens 1, wobei auch hier der Transport pneumatisch oder mechanisch erfolgen kann. Die Brennstoffaufgabe in die Vorcalcinationszone kann an einer Stelle, bevorzugte jedoch an mehreren Stellen erfolgen, wobei entweder das gesamte Korn­ band aufgegeben oder eine Zerlegung des Kornbandes des Brennstoffes im Klassierer in mehr als zwei Fein­ heiten erfolgen kann. Die so gewonnenen unterschied­ lichen Brennstoffpartikel werden verschiedenen Brennstellen zugeführt, wobei die Feinanteile be­ vorzugt näher an der unteren Zyklonstufe und die Grobanteile näher am Drehrohrofen aufgegeben werden. In der Praxis erfolgt insoweit eine Anpassung an die jeweils vorliegenden Verhältnisse. Die Verbrennungs­ luft für den der Vorcalcinationszone zugeführten Brennstoff kommt über die Tertiärluftleitung 4 vom Kühler; die Verbrennungsluftmenge für den in den Einlauf des Drehrohrofens gegebenen Brennstoff kommt durch den Drehrohrofen aus dem Kühler.

Erfolgt ein pneumatischer Transport der Feinkohle vom Abscheider bzw. Klassierer zur Vorcalcinations­ zone, so gelangen ca. 0,09 Nm³ Trocknungs- bzw. Transportluft pro kg Klinker mit der Kohle in die Vorcalcinationszone und können dort als Verbrennungs­ luft verwendet werden. Setzt man die ganze Brenn­ stoffmenge für die Vorcalcination gleich 100%, so können beispielsweise ²/₃ der Brennstoffmenge in die eigentliche Vorcalcinationszone (Gasleitung 5) und ¹/₃ in den Einlauf des Drehrohrofens eingeführt werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, insbesondere von Zementrohmehl, das in einem mehrstufigen Zyklonvorwärmer (2) mit den heißen Abgasen eines Drehrohrofens (1) vorge­ wärmt, durch zusätzlichen Brennstoff weiter erhitzt, insbesondere calciniert, und im Dreh­ rohrofen fertiggebrannt wird, wobei wenigstens zwei unterschiedliche Fraktionen des zusätz­ lichen festen Brennstoffes an verschiedenen Stellen der aus dem Zyklonvorwärmer (2) und dem Drehrohrofen (1) bestehenden Anlage zugegeben werden, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• a) der in stückiger Form vorliegende, zusätzliche Brennstoff wird auf eine Korngröße von einigen mm zerkleinert und in eine Feinfraktion und eine Grobfraktion getrennt;
• b) die Feinfraktion wird in den Zyklonvorwärmer (2) eingeführt;
• c) die Grobfraktion wird von einer Guteintragsseite des Drehrohrofens (1) her, jedoch vom Gut ge­ sondert, in den Drehrohrofen (1) eingeführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung von wenigstens drei unterschiedlichen Fraktionen des zusätzlichen Brennstoffes, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) die Grobfraktion wird in den Drehrohrofen (1) eingeführt;
• b) die mittlere Fraktion und die Feinfraktion wird in den Zyklonvorwärmer (2) eingeführt, wobei die mittlere Fraktion an einer Stelle höherer Gastemperatur als die Feinfraktion zugegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Feinfraktion des zusätzlichen Brennstoffes in die unterste Stufe des Zyklon­ vorwärmers (2), vorzugsweise in die vom Drehrohr­ ofen (1) zur untersten Stufe des Zyklonvorwärmers führende Gasleitung (5), eingeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Grobfraktion des zusätzlichen Brennstoffes pneumatisch und vorzugsweise mit großer Geschwindigkeit in den Drehrohrofen (1) eingeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Grobfraktion des zusätzlichen Brenn­ stoffes durch Schwerkraftwirkung in Form eines weitgehend aufgelösten Materialstromes in den Drehrohrofen (1) eingeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der zusätzliche Brennstoff bis auf eine Korngröße von etwa 3 mm zerkleinert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zur Verbrennung des zusätzlichen Brennstoffes dienende Tertiär­ luft von einem dem Drehrohrofen (1) nachgeschal­ teten Kühler dem Zyklonvorwärmer (2) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom der Tertiärluft zur Trocknung des zu zerkleinern­ den zusätzlichen Brennstoffes verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Feinfraktion des zusätzlichen Brenn­ stoffes durch den Trocknungsgasstrom in den Zyklonvorwärmer (2) eingeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Feinfraktion des zusätzlichen Brennstoffes nach Abscheidung aus dem Trocknungs­ gasstrom in den Zyklonvorwärmer (2) eingeführt wird.