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Beschreibu ng
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Mit den Rohstoffen für die Herstellung von Zementklinker und den für
den Klinkerbrand erforderlichen Brennstoffen, insbesondere ballastreichen Ersatzbrennstoffen,
werden Nebenbestandteile und Spurenelemente in den Brennprozeß eingebracht. Dazu
zählen Halogene, Schwefel, Alkalien und eine Reihe von Schwermetallen, wie z.B.
Blei, Zink, Thallium, Cadmium, Arsen, Chrom, Nickel, Kupfer und Quecksilber. Beim
Klinkerbrennen im Drehofen werden diese Elemente in Form von Verbindungen aber unter
Umständen auch elementar zu einem erheblichen Teil verflüchtigt und gelangen mit
dem Gasstrom in den Vorwärmer, wo sie, bedingt durch die niedrigere Temperatur und
das Zusammentreffen mit dem Rohmehl wieder kondensieren und mit diesen in den Ofen
zurückgeführt werden.
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Auf diese Art entstehen Kreisläufe dieser Verbindungen im Klinkerofensystem
bzw. Anreicherungen dieser Verbindungen im vorgewärmten Rohmehl, was zu Verstopfungen
in dem Temperaturbereich führen kann, in dem die Verbindungen als Schmelze vorliegen.
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Wenn hier und im folgenden von Verbindungen die Rede ist, soll damit
nicht ausgeschlossen werden, daß es sich auch in einigen Fällen, insbesondere bei
bestimmten Schwermetallen, um die Elemente handeln kann.
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Die genannten Nebenbestandteile werden mehr oder weniger stark in
den Klinker eingebunden. Dadurch und durch teilweise Abführung mit den Abgasen stellt
sich ein Gleichgewicht ein. Man unterbricht diese Kreisläufe, indem ein Teil der
Abgase des Drehrohrofens am Vorwärmer vorbei geführt wird und nach Abkühlung in
einer getrennten Anlage entstaubt wird. Die an den unerwünschten Verbindungen angereicherten
Stäube werden damit aus dem Ofensystem abgeführt. Derartige Anordnungen von Kreislaufunterbrechung
sind in der Zementindustrie als Beipässe, insbesondere als Alkali-Beipaß bekannt.
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Da aus Kostengründen zunehmend Rohstoffe eingesetzt werden, die nicht
nur die erwünschten Hauptbestandteile SiO2, Al203, Fe203 und CaO, sondern auch die
erwähnten Nebenbestandteile und Spurenelemente enthalten, und außerdem vermehrt
minderwertige Brennstoffe, auch Produktionsabfälle der Industrie und kommunale Abfälle,
zum Einsatz kommen werden derartige Beipässe häufiger angewendet bzw.
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es werden immer größere Anteile, z.B. des Abgases des Klinkerdrehrohrofens
durch den Alkali-Beipaß, abgezogen.
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Es gibt jedoch auch Verbindungen bzw. Elemente, wie z.B.
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Thallium und Quecksilber, die sich bereits bei Temperaturen verflüchtigen,
die unterhalb der Drehofentemperatur liegen. Sie gelangen zwar normalerweise mit
den Rohmaterialien oder dem Brennstoff nur in sehr geringen Mengen in das Ofensystem,
da sie jedoch schon im Vorwärmer nahezu vollständig verdampfen und in dessen kälteren
Zonen oder in den nachgeschalteten Entstaubungs- bzw. Trocknungs-oder Mahltrocknungsanlagen
wieder kondensieren, entsteht hier eine starke Anreicherung in Kreisläufen. Es besteht
somit die Gefahr, daß diese Verbindungen bei unregelmäßigem Ofenbetrieb, insbesondere
beim Abstellen und Anfahren der Anlage in erhöhter Konzentration mit dem Abgas ausgetragen
werden.
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Zur Unterbrechung dieser Kreisläufe ist es möglich, in dem Temperaturbereich,
in dem die Verbindungen bzw. Elemente noch gasförmig auftreten, Beipässe einzurichten.
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Manchmal genügt es, Teile des Abgasstaubes oder eines Materialstroms
abzuführen, was bereits in einigen Anlagen geschieht. Damit wird aber auch bereits
aufbereitetes Rohmehl als Staub abgeführt. Wenn also mit den Rohstoffen oder Brennstoffen
außer Chlor- und Älkaliverbindungen auch noch solche der leicht flüchtigen Schwermetalle
in den Brennprozeß gelangen, was bei Verwertung von preiswerteren Rohstoffen oder
Abfallbrennstoffen unvermeidlich ist, wird es erforderlich, mindestens zwei Staubarten
abzuführen, nämlich eine solche, die die Alkalichloride enthält, und eine andere,
die leicht flüchtige Schwermetallverbindungen (Spurenelemente) enthält.
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Eine gewisse Menge dieser Stäube kann dem Klinker bei seiner Vermahlung
zu Zementklinker beigemengt werden.
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Dem sind jedoch aus Qualitätsgründen Grenzen gesetzt.
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Darüber hinaus gehende Staubmengen müssen kostenaufwendig deponiert
werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei ausreichender Entfernung
aller Verbindungen, von denen sich Kreisläufe im System aufbauen, die abzuführende
Staubmenge zu vermindern und gleichzeitig dafür zu sorgen, daß der Staub mit allen
auszutragenden Nebenbestandteilen und Spurenelementen möglichst nur an einer Stelle,
nämlich bei der Entstaubung des Alkali(chlorid)-Beipasses anfällt.
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Gegenstand der Erfindung ist demgemäß ein Verfahren zur Entfernung
von Schwermetallen oder deren Verbindungen, die unter 850"C flüchtig sind, aus dem
Brennprozeß zur Herstellung von Zementklinker, bei dem man einen Teil
des
Gas- oder Materialstroms, in Strömungsrichtung des Gases gesehen, n a c h der Calcinierung
aus dem System entnimmt, in den Klinkerdrehrohrofen leitet und wenigstens einen
Teil der Schwermetalle oder ihrer Verbindungen am Einlauf des Klinkerdrehrohrofens,
insbesondere durch den Alkali-Bypass gasförmig abzieht, kondensiert und entfernt.
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Bei den Schwermetallen, die elementar oder in Form ihrer Verbindungen
bei Temperaturen unter 8500C, d.h. unter dem für die Calcinierung erforderlichen
Temperaturbereich flüchtig sind, handelt es sich beispielsweise um Pb, Zn, Tl, Cd,
As, Cr, Ni, Cu und Hg. Besondere Bedeutung hat das Verfahren für jene Elemente,
die nur zu geringem Prozentsatz in den Klinker eingebunden werden bzw. schon bei
Brennguttemperaturen von 4000C oder darunter flüchtig sind.
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Wenn erfindungsgemäß ein oder mehrere Material- oder Gasteilströme
n a c h der Calcinierung aus dem System entnommen werden sollen, so wird darunter
der Teil bekannter Ofenanlagen zur Herstellung von Zementklinker verstanden, der
der Calcinierung bzw. Vorcalcination in Strömungsrichtung des Gases nachgeschaltet
ist, und wo geringere Temperaturen herrschen als bei der teilweisen oder vollständigen
Calcinierung. Das sind die bekannten Einrichtungen zur Vorwärmung des Zementrohmehls
(Vorwärmer), wie z.B. Gegenstromwärmetauscher, Zyklonwärmetauscher, Rostvorwärmer
oder Schachtvorwärmer und die nachgeschalteten Anlagen, wie Verdampfungskühler,
Trocknungs- oder Mahltrocknungsanlagen, Elektrofilter etc.
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Gasströme können nahezu unabhängig von der Art des Vorwärmers in verschiedenen
Temperaturbereichen unter 8000C abgeführt werden. Je nach den sich aufbauenden Kreisläufen
der Schwermetallverbindungen kann es erforderlich sein, an einer oder mehreren Stellen
Teilströme zu entnehmen. Diese Gasströme kann man direkt in den Klinkerdrehrohrofen
führen, was aber technisch bei den hohen Temperaturen der zu handhabenden Gasströme
und der zwangsläufigen Einführung eines kälteren Gasstromes in den Drehrohrofen
aus apparativen oder wärmetechnischen Gründen u.U. nicht optimal ist. Bevorzugt
wird daher vor allem bei besonders heißen Gasströmen die Möglichkeit, den entnommenen
Gasteilstrom zu kühlen, zu entstauben und wenigstens einen Teil dieses Staubes in
den Klinkerdrehrohrofen zu leiten. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den heißen
Gasstrom ungekühlt zu entstauben und den entstaubten Gasstrom wieder in den Vorwärmer
zu leiten.
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Bei der Entnahme von Material strömen ist man stärker an die Konstruktion
des Vorwärmers gebunden. Bei Gegenstromwärmeaustauschern ist sie ohne apparative
Änderung eigentlich nur da möglich, wo ohnehin Staub anfällt, nämlich in der dem
Wärmetauscher nachgeschalteten Gaskonditionierungsanlage bzw. dem Verdampfungskühler,
den Entstaubungseinrichtungen vor den Trocknungs- oder Mahltrocknungsanlagen oder
den Elektrofiltern. Bei Zyklonvorwärmern besteht darüber hinaus die Möglichkeit
der Materialstromentnahme aus den Zyklonausläufen.
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Bei Rostvorwärmern kommt der in der Zwischenentstaubung anfallende
Staub oder der Abgas Staub für die wenigstens partielle Rückführung in den Klinkerdrehrohrofen
infrage.
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Allgemein gilt, das Gas- dder Materialströme nach der Vorcalcinierung
bzw. Calcinierung dort entnommen werden, wo die Konzentration des entsprechenden
Schadstoffes möglichst hoch ist. Bei besonders leicht flüchtigen Verbindungen, wie
z.B. denen des Thalliums, werden besonders hohe Konzentrationen im Wärmetauscherabgas
angetroffen, weshalb es zweckmäßig ist, das Abgas des Vorwärmers bzw.
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dessen Stäube in den Klinkerdrehrohrofen zu leiten. Bei weniger leicht
flüchtigen Stoffen erfolgt deren Kreislaufanreicherung in höherem Temperaturbereich,
weshalb sie weiter unten im Vorwärmer abzuführen sind. Bei extrem flüchtigen Elementen
oder Verbindungen, wie z.B. Quecksilber, empfiehlt sich eine Rückführung der Stäube
oft erst nach der Mahltrocknungsanlage.
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Der erfindungsgemäß entnommene Materialstrom bzw. der bei der Gas
stromentnahme abgeführte Staub wird in den Klinker-Drehrohrofen geleitet, wo die
darin enthaltenen Spurenelemente, bedingt durch die hohen Temperaturen, verflüchtigt
werden, so daß sie gasförmig mit dem Alkali-Bypass abgeführt werden können. Die
Einführung dieses Staubes in den Klinker-Drehofen läßt sich technisch besonders
einfach machen, indem er mit dem Brennstoff vermischt und gemeinsam mit diesem in
die Sinterzone eingedüst wird. Der abgeführte Staub kann aber auch beim Ofeneinlauf
bzw. pneumatisch oder mechanisch über abgedichtete Öffnungen. im Drehofenmantel
in eine Zone des Ofens zwischen Sinterzone und Ofeneinlauf eingeführt werden. Den
die Schwermetalle oder ihrer Verbindungen enthaltenen Staub kann man auch dem Klinkerkühler
an einer Stelle aufgeben, an der die Temperatur hoch genug ist, damit die Schadstoffe
verdampfen, und mit der Sekundärluft in den Klinkerdrehrohrofen gelangen.
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Ferner kann der Staub auch direkt in die Sekundärluft, insbesondere
im Gegenstrom, eingebracht werden.
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Bei Einsatz von festen Brennstoffen, die vorher getrocknet bzw. gemahlen
werden müssen, ist es besonderes vorteilhaft, diese Trocknung mit Gasen aus dem
Vorwärmer vorzunehmen. Dafür kommen je nach dem zu entfernenden Schadstoff und der
Vorwärmerkonstruktion Gase aus heißeren Zonen des Vorwärmers oder die Vorwärmerabgase
infrage.
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Die Schwermetallverbindungen lagern sich dann an die Brennstoffpartikel
an bzw. werden in der Entstaubungseinrichtung der Trocknungsanlage gesammelt und
gemeinsam mit dem Brennstoff in den Klinkerdrehrohrofen eingedüst.
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Die Einführung der Stäube, in denen die flüchtigen Schwermetalle oder
deren Verbindungen angereichert sind, ist zwar aus apparativen Gründen am Drehofenkopf
mit dem Brennstoff besonders günstig, bei Anlagen, in denen man jedoch bedacht sein
muß, zu Gunsten der Brennstoffaufgabe an der Präcalciniereinrichtung nur wenig Brennstoff
am Ofenkopf aufzugeben oder in Fällen, in denen eine relativ heizwertarmer Brennstoff
im Klinkerofen verbrannt wird, kann diese Staubaufgabe am Ofenkopf für die sich
hier einstellenden Temperaturen bzw. den Wärmeverbrauch des Gesamtsystems nachteilig
sein. In derartigen Anlagen ist es dann besonders vorteilhaft den spurenhaltigen
Staub wie beschrieben ofenmittig aufzugeben, z.B. in der Art wie es mit normalem
Ofenabgasstaub in vielen Naßöfen geschieht. Eine weitere Möglichkeit besteht in
diesen Fällen darin, den schwermetallhaltigen Staub am Ofeneinlauf oder im heißen
Teil des Klinkerkühlers aufzugeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren fällt abzuführender Staub nur
im Alkali (chlorid) -Beipaß an. Dieser Staub enthält dann außer den Alkali salzen
auch die flüchtigen Schwermetallverbindungen. Es fallen daher nicht mehr Staubmengen
an, als bei einem reinem Alkali-Beipaß-System und es entfällt die Abfuhr von zusätzlichen
Stäuben.
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Die Erfindung ermöglicht somit eine kostengünstige Entfernung von
leicht flüchtigen Schwermetallverbindungen.
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Damit wird zugleich die Verwertung von Abfällen, die leicht flüchtige
Spurenelemente enthalten, wie z.B.
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Hausmüll und Sondermüll, beim Brennen von Zementklinker ermöglicht.
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In reinen Abfallverbrennungsanlagen ist die Emission potentieller
Schadstoffe von der Konzentration der schädlichen Elemente oder Verbindungen im
Abfall abhängig. Bei inhomogenem Abfall, wie z.B. Hausmüll, schwankt die Emissionsmenge
potentieller Schadstoffe zu verschiedenen Zeiten. Bei einer an einen Zementofen
gekoppelten Abfallverbrennung wird bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahren
nicht nur eine geringere Schadstoffmenge emittiert, sondern diese wegen der Kreislaufbildung
auch gleichförmig abgegeben.
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Von besonderem Vorteil ist das erfindungsgemäße Verfahren in Anlagen,
in denen dem Vorwärmer eine Calciniereinrichtung vorgeschaltet ist und die Verbrennungsluft
für diese Vorcalcinierung nicht durch den Drehofen gezogen wird.
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In diesen Anlagen ist die spezifische Drehofenabgasmenge wesentlich
geringer als in Anlagen ohne Vorcalcinator, so daß für die gleiche Kreislaufreduktion
geringere Abzugsmengen am Drehofenabgas erforderlich sind.
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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.