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Beschreibung
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Beim Brennen von Zementrohmehl zu Zementklinker im Trokkenverfahren
im kurzen Drehofen, wird die fühlbare Wärme der Ofenabgase dazu genutzt, das feinkörnige
Aufgabegut in einem Vorwärmer aufzuheizen und teilweise zu calcinieren. Solange
die Temperatur dieser Abgase über etwa 8500C liegt, wird die freiwerdende Wärme
zum Calcinieren des Gutes genutzt. Bei geringerer Temperatur kann die fühlbare Wärme
der Abgase nur noch zur Vorwärmung des Aufgabegutes bzw. zur Dehydration von tonigen
Anteilen dieses Gutes genutzt werden.
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Zum Aufheizen des Zementrohmehls und zur Dehydratation der tonigen
Bestandteile des Gutes ist jedoch meist eine geringere Wärmemenge erforderlich als
bei der Abkühlung des etwa 8500C heißen Gases freigesetzt werden kann. Die überschüssige
Wärme des Gases wirkt sich in einer relativ hohen Temperatur des Abgases des Vorwärmers
aus. Bei der Zementklinkerherstellung in 4-stufigen Zyklonvorwärmerofen erhält man
beispielsweise Abgastemperaturen des Vorwärmers von 320 - 3600C.
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In einigen Anlagen kann der durch die hohe Abgastemperatur bedingte
Wärmeinhalt der Abgase des Vorwärmers zur Trocknung von Rohmaterial, z.B. in einer
Mahltrocknungsanlage, genutzt werden. In Anlagen, bei denen relativ trockenes Rohmaterial
zur Anwendung kommt, kann der Wärmeinhalt dieser Abgase nicht oder nur zu einem
Teil verwertet werden. Abgase des Vorwärmers werden deshalb üblicherweise vor ihrer
Einleitung in eine Trocknungs- bzw. Ent-
staubungsanlage durch einen
Verdampfunqskühler geleitet, in dem sie durch Wassereinspritzung abgekühlt und zur
Vorbereitung der Staubabscheidung im Elektrofilter konditioniert werden.
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Bei Anlagen mit relativ hohem Wärmeverbrauch, wie z.B.
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bei der Herstellung von weißem Portlandzement oder bei Anlagen, deren
Vorwärmern zusätzlich Abgase aus anderen Verbrennungsöfen zugeleitet werden, sind
die Abgasmengen im Vergleich zu den eingebrachten Brenngutmengen relativ groß. Dementsprechend
enthalten die Abgase auch viel überschüssige Wärme. Das gilt insbesondere, wenn
minderwertige Brennstoffe bzw. brennbare Abfälle zum Einsatz kommen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in den genannten und vergleichbaren
Fällen die Durchsatzleistung aer Vorwärmer zu erhöhen und die für die Wärmebehandlung
des Zementrohmehls nicht benötigte Wärme sinnvoll zu nutzen, die Kapazität der nachgeschalteten
Kühlanlagen und Elektrofilter kleiner auszulegen als bisher erforderlich und die
Temperatur der in die Atmosphäre entlassenen Abgase zu senken.
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Gegenstand der Erfindung ist sinngemäß ein Verfahren zur Nutzung der
überschüssigen Wärme bei der Vorwärmung und teilweisen Calcinierung von Zementrohmehl
in einem Vorwärmer, welches sich dadurch auszeichnet, daß die nach der Calcinierung
anfallenden Gase im Temepraturbereich unter 8000C, insbesondere zwischen 200 und
8000C einem indirekten Wärmeaustausch im Vorwärmer unterworfen werden.
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Unter dem "VorwMrmer" werden im Rahmen dieser Erfindung bekannte Einrichtungen
zur Vorwärmung und Calcinierung von Zementrohmehl verstanden, wie z.B. Schwebegaswärmetauscher
mit oder ohne Vorcalcinator, Rostvorwärmer oder Schachtvorwärmer.
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Die Abführung der überschüssigen Wärme durch indirekten Wärmeaustausch
kann mit Rohrleitungen erfolgen, die in geeigneter Weise in den Verbindungsleitungen
von einem Zyklon zum anderen, der mehrstufigen Zyklonvorwärmer oder in den Zyklonen
selbst angeordnet sind oder durch Kühlmäntel, die diese Verbindungsleitung, die
Zyklone oder auch die Leitungen umgeben, durch die das vorgewärmte Zementrohmehl
aus einem Zyklon in den heißeren Gas strom der nächsten Zyklonstufe geführt wird.
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Vorzugsweise erfolgt dieser indirekte Wärmeaustausch im Gegenstrom
zum Gasstrom im Vorwärmer. Das kann für Teile des Vorwärmers aber auch für den gesamten
Vorwärmer gelten. Beim Durchleiten des aufzuheizenden Wärmeträgermediums durch den
gesamten Vorwärmer im Gegenstrom zu dessen Gasführung wird dieses somit zunächst
im niedrigen Temperaturbereich angeheizt und verläßt den Vorwärmer im Temperaturbereich
von etwa 8000C. Auf diese Weise kann relativ hochwertige Wärme aus dem Vorwärmer
abgeführt und trotzdem das gewünschte Temperaturniveau im Vorwärmer für die Vorwärmung
des feinkörnigen Gutes eingehalten werden.
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Das gilt weitgehend unabhängig von der Natur des Wärme trägermediums.
Wenn der indirekte Wärmeaustauscher gegen Wasser oder Wasserdampf erfolgt, dann
kann der erzeugte Hochdruckdampf zur Verstromung, als Prozeßdampf im Betrieb oder
zur Erzeugung von Fernwärme genutzt werden, je nach seinem Druck und seiner Temperatur.
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Der indirekte Wärmeaustausch kann auch gegen Luft erfolgen und damit
zur Aufheizung von Verbrennungsluft genutzt werden, die an irgendeiner Stelle des
Brennprozesses zur Herstellung von Zementklinker benötigt-wird. Beispielsweise kann
auf diese Weise die Primärluft für den Brenner des Klinkerdrehrohrofens bzw. die
hier benötigte Sekundärluft oder auch die Tertiär luft für die Verbrennung im Vorcalcinator
vorgeheizt bzw. zusätzlich aufgeheizt werden. Die Erhitzung solcher Verbrennungsluftmengen
ist besonders dort interessant, wo die Kühlung des Brenngutes nicht oder nur teilweise
mit Luft vorgenommen wird und somit keine oder nur geringe bzw. niedrig temperierte
Verbrennungsluftmengen zur Verfügung stehen, wie z.B.
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bei einigen Verfahren zur Herstellung von weißem Portlandzement.
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Ferner kann die Verbrennungsluft von Hilfsfeuerungsanlagen, z.B. für
den Betrieb von Mahltrocknungsanlagen mit der aus dem Vorwärmer indirekt abgeführten
Wärme vor- oder aufgeheizt werden.
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Um die durch den Vorwärmer geführten Rohre oder die daran angebrachten
Mäntel für den indirekten Wärmeaustausch nicht so voluminös machen zu müssen, wie
das für den Wärmeaustausch gegen Luft erforderlich ist oder nicht so druckfest wie
für die Erhitzung oder Überhitzung von Dampf kann der indirekte Wärmeaustausch auch
gegen bekannte organische oder metallische Wärmeübertragungsmittel erfolgen, die
bei den infrage kommenden Temperaturen flüssig oder gasförmig sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erweist sich besonders vorteilhaft
bei den eingangs erwähnten Anlagen, bei denen die Abgasmengen im Vergleich zu den
eingebrachten Brenn gutmengen relativ groß sind. Die Abkühlung der Gase im Temperaturbereich
unter 800"C, hat eine entsprechende Volumenreduktion des Gasstroms im Vorwärmer
und damit eine Herabsetzung des Druckverlustes des Vorwärmers zur Folge. Da das
Gasvolumen im Vorwärmer bzw. der Druckverlust des Vorwärmers maßgebend für die Durchsatzleistung
der gesamten Anlage ist, ermöglicht der Wärmeentzug im Vorwärmer eine Durchsatzsteigeruns
der Anlage. Ferner kann auf eine anschließende Abkühlung der Abgase des Vorwärmers
in Verdampfungskühlern entweder ganz verzichtet werden oder derartige Kühlanlagen
können kleiner ausgelegt werden.
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Insbesondere bei überschüssiger Kapazität des Vorwärmers und der nachgeschalteten
Abzugs- und Entstaubungsanlage besteht die Möglichkeit, den eigentlichen Prozeßbedarf
übersteigende Brennstoffmengen im Bereich des Vorwärme'rs, insbesondere schon für
die Calcinierung des Rohmehls aufzugeben. Dies ist besonders dann interessant, wenn
am Einlauf des Klinkerdrehrohrofens oder der Vorcalciniereinrichtung minderwertige
Brennstoffe oder brennbare Abfallprodukte aufgegeben werden. Diese können auf diese
Art durch Verbrennung entsorgt werden, ohne daß eine zusätzliche Entstaubung bzw.
Rauchgaswäsche erforderlich wird. Potentielle Schadstoffe werden von dem feinkörnigen
Brenngut absorbiert und weitgehend durch dieses gebunden und mit diesem ausgetragen.
Die bei der Verbrennung des Abfallproduktes freigesetzte Wärme wird zunächst für
die Calcinierung des Zementrohmehls genutzt. Dadurch läßt sich
der
Wärmebedarf der Sinterzone des Drehrohrofens, der mit hochwertigen Brennstoffen
gedeckt werden muß, herabsetzen. Die für die Calcinierung und Aufheizung des Rohmehls
nicht mehr benötigte überschüssige Wärme wird dem Gas strom mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren entzogen und anderweitig genutzt.
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Die Vorteile einer solchen Anlage lassen sich wie folgt zusammenfassen:
- Kostengünstige Entsorgung von brennbaren Abfällen - Einsparung an konventionellen
Brennstoffen beim Klinkerbrennen - Erzeugung relativ hochwertiger Wärme, die anderweitig
genutzt werden kann.
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Diese Vorteile gelten insbesondere in Verbindung mit einem Verfahren
zur Entsorgung von brennbaren Abfällen, das Gegenstand einer gleichzeitig eingereichten
Patentanmeldung der gleichen Anmelderin mit dem Aktenzeichen P ist.
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Während bei konventionellen Zyklonvorwärmern mit oder ohne Vorcalciniereinrichtung
mehr als vier Vorwärmstufen relativ uninteressant sind, weil sich die überschüssige
Wärme des Gasstroms nur als erhöhte Abgastemperatur auswirkt, erweist sich das erfindungsgemäße
Verfahren als besonders vorteilhaft in Verbindung mit fünf- oder sechsstufigen Vorwärmern.
Infolge des Wärmeentzugs wird dann nämlich gasseitig nicht mehr Wärme angeboten,
als für die Aufheizung des Rohmehls benötigt wird und die zusätzlichen Vorwärmerstufen
bewirken eine Verbesserung des Wärmeaustausches und damit der Wärmewirtschaft der
Anlage.
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Zusammenfassend ist zu sagen, daß das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere
folgende Vorteile hat: 1. Minderung der Abgastemperatur des Vorwärmers 2. Dadurch
ist ein dem Vorwärmer nachgeschalteter Verdampfungskühler nicht mehr erforderlich
oder kann zumindest kleiner dimensioniert bzw. mit geringeren Wassereindüsmengen
betrieben werden.
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3. Bedingt durch die geringen Temperaturen im Vorwärmer ist eine Steigerung
der Durchsatzleistung desselben möglich.
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4. Aus dem gleichen Grunde und wegen der Nutzung der überschüssigen
Wärme können im Vorwärmer bzw. im Klinkerofen-Einlauf größere Mengen brennbarer
Abfallstoffe oder minderwertiger Brennstoffe aufgegeben werden.
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5. Das ist mit einer Einsparung an hochwertigen Brennstoffen am Hauptbrenner
des Klinkerofens und einer entsprechend kleineren Dimensionierung dieses Drehrohrofens
verbunden.
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6. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit eine kostengünstige
Entsorgung durch vollständige Verbrennung von Abfällen bei voller Ausnutzung der
dabei freiwerdenden Wärme.