DE3411148C2

DE3411148C2 -

Info

Publication number: DE3411148C2
Application number: DE3411148A
Authority: DE
Inventors: Alexander Dipl.-Ing. 6500 Mainz De Grisar
Original assignee: Individual
Current assignee: GRISAR, ALEXANDER, DIPL.-ING., 6500 MAINZ, DE
Priority date: 1984-03-27
Filing date: 1984-03-27
Publication date: 1990-04-26
Also published as: DE3411148A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Schwermetallen oder deren Verbindungen, die unter 850°C flüchtig sind, aus dem Brennprozeß zur Herstellung von Zement klinker.

Mit den Rohstoffen für die Herstellung von Zementklinker und den für den Klinkerbrand erforderlichen Brennstoffen, insbe sondere 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.

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.

Wenn hier und im folgenden von Verbindungen die Rede ist, soll damit nicht ausgeschlossen werden, daß es sich auch in einigen Fällen, insbesondere bei Schwermetallen, um die Elemente handelt.

Man kann Kreisläufe von Verbindungen, die oberhalb etwa 850°C verdampfen, unterbrechen bzw. derartige Kreislaufbindungen reduzieren, indem man einen Teil der Abgase des Drehrohrofens am Vorwärmer vorbei führt und nach Abkühlung in einer getrenn ten Anlage entstaubt. Die an den unerwünschten Verbindungen angereicherten Stäube werden damit aus dem Ofensystem abge führt. Derartigen Anordnungen von Kreislaufunterbrechung sind in der Zementindustrie als Alkali-Bypass bekannt (siehe z. B. ZKG 9, 1982, S. 456-459; DE-AS 23 56 740; DE-OS 29 52 711 und DE-OS 30 10 909).

Da aus Kostengründen zunehmend Rohstoffe eingesetzt werden, die nicht nur die erwünschten Hauptbestandteile SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ und CaO, sondern auch die erwähnten Nebenbestandteile und Spurenelemente enthalten, und außerdem vermehrt minder wertige Brennstoffe, auch Produktionsabfälle der Industrie und kommunale Abfälle, zum Einsatz kommen, werden derartige By pässe häufiger angewendet bzw. es werden immer größere Anteile des Abgases des Klinkerdrehrohrofens durch den Alkali-Bypass abgezogen.

Es gibt jedoch auch Verbindungen bzw. Elemente, wie z. B. Thallium und Quecksilber, die sich bereits bei Temperaturen verflüchtigen, die unterhalb der Temperatur liegt, mit der das Material in den Drehrohrofen gelangt. Sie gelangen zwar norma lerweise 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.

Zur Unterbrechung solcher Kreisläufe wäre es ebenfalls mög lich, in dem Temperaturbereich, in dem die Verbindungen bzw. Elemente noch gasförmig auftreten, Bypässe einzurichten. Oft dürfte es genügen, Teile des Abgasstaubes oder eines Mate rialstroms abzuführen, was bereits in einigen Anlagen ge schieht. Damit wird aber auch bereits aufbereitetes Rohmehl als Staub abgeführt. Wenn also mit den Rohstoffen oder Brennstoffen außer Chlor- und Alkaliverbindungen 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.

Eine gewisse Menge dieser Stäube kann dem Klinker bei seiner Vermahlung zu Zementklinker beigement werden. Dem sind jedoch aus Qualitätsgründen Grenzen gesetzt. Darüber hinaus gehende Staubmengen müssen kostenaufwendig deponiert werden.

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 auszu tragenden Nebenbestandteilen und Spurenelementen möglichst nur an einer Stelle, nämlich bei der Entstaubung des Alkali(chlorid)-Bypasses anfällt.

Gegenstand der Erfindung ist demgemäß ein Verfahren zur Ent fernung 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, nach der Calcinierung aus dem System entnimmt, in den Klinker drehrohrofen leitet und wenigstens einen Teil der Schwer metalle oder ihrer Verbindungen am Einlauf des Klinkerdreh rohrofens, insbesondere durch den Alkali-Bypass gasförmig ab zieht, kondensiert und entfernt.

Bei den Schwermetallen, die elementar oder in Form ihrer Ver bindungen bei Temperaturen unter 850°C, 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 Ver bindungen, die nur zu geringem Prozentsatz in den Klinker eingebunden werden bzw. schon bei Brennguttemperaturen von 400°C oder darunter flüchtig sind.

Wenn erfindungsgemäß ein oder mehrere Material- oder Gasteilströme nach der Calcinierung aus dem System entnommen werden sollen, so wird darunter der Teil bekannter Ofenanlagen zur Herstellung von Zementklinker verstanden, der der Calcinierung bzw. Vorcalcinierung in Strömungsrichtung des Gases nachgeschaltet ist, und wo geringere Temperaturen herrschen als bei der teilweisen oder vollständigen Calcinie rung. Das sind die bekannten Einrichtungen zur Vorwärmung des Zementrohmehls (Vorwärmer), wie z. B. Gegenstromwärmetauscher, Zyklonwärmetauscher, Restvorwärmer oder Schachtvorwärmer und die nachgeschalteten Anlagen wie Verdampfungskühler, Trocknungs- oder Mahltrocknungsanlagen, Elektrofilter etc.

Gasströme können nahezu unabhängig von der Art des Vorwärmers in verschiedenen Temperaturbereichen unter 800°C abgeführt werden. Je nach den sich aufbauenden Kreisläufen der Schwer metallverbindungen 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 Gas ströme und der zwangsläufigen Einführung eines kälteren Gas stromes in den Drehrohrofen aus apparativen oder wärmetech nischen 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.

Bei der Entnahme von Materialströmen ist man stärker an die Konstruktion des Vorwärmers gebunden. Bei Gegenströmwärme austauschern ist sie ohne apparative Änderung eigentlich nur da möglich, wo ohnehin Staub anfällt, nämlich in der dem Wär metauscher nachgeschalteten Gaskonditionierungsanlage bzw. dem Verdampfungskühler, den Entstaubungseinrichtungen vor den Trocknungs- oder Mahltrocknungsanlagen oder den Elektrofil tern. Bei Zyklonvorwärmern besteht darüber hinaus die Möglich keit der Materialstromentnahme aus den Zyklonausläufen.

Bei Restvorwärmern kommt der in der Zwischenentstaubung anfallende Staub oder der Abgasstaub für die wenigstens partielle Rückführung in den Klinkerdrehrohrofen infrage.

Allgemein gilt, daß Gas- oder Materialströme nach der Vor calcinierung 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. 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 Verbin dungen, wie z. B. Quecksilber, empfiehlt sich eine Rückfüh rung der Stäube oft erst nach der Mahltrocknungsanlage.

Der erfindungsgemäß entnommene Materialstrom bzw. der bei der Gasstromentnahme abgeführte Staub wird in den Klinkerdrehrohrofen 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 Klinkerdrehrohrofen 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.

Ferner kann der Staub auch direkt in die Sekundärluft, insbe sondere im Gegenstrom, eingebracht werden.

Bei Einsatz von festen Brennstoffen, die vorher getrocknet bzw. gemahlen werden müssen, ist es besonders vorteilhaft, diese Trocknung mit Gasen aus dem Vorwärmer vorzunehmen. Dafür kommen je nach dem zu entfernenden Schadstoff und der Vorwär merkonstruktion Gase aus heißeren Zonen des Vorwärmers oder die Vorwärmerabgase infrage. Die Schwermetallverbindungen lagern sich dann an die Brennstoffpartikel an bzw. werden in der Entstaubunggaseinrichtung der Trocknungsanlage gesammelt und gemeinsam mit dem Brennstoff in den Klinkerdrehrohrofen einge düst.

Die Einführung der Stäube, in denen die flüchtigen Schwermetalle oder deren Verbindungen angereichert sind, ist zwar aus appa rativen Gründen am Drehofenkopf mit dem Brennstoff besonders günstig, bei Anlagen, in denen man jedoch bedacht sein muß, zugunsten der Brennstoffausgabe an der Präcalciniereinrichtung nur wenig Brennstoff am Ofenkopf aufzugeben oder in Fällen in denen ein 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.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren fällt abzuführender Staub nur im Alkali(chlorid)-Bypass an. Dieser Staub enthält dann außer den Alkalisalzen auch die flüchtigen Schwermetallverbin dungen. Es fallen daher nicht mehr Staubmengen an, als bei einem reinem Alkali-Bypass-System und es entfällt die Abfuhr von zusätzlichen Stäuben.

Die Erfindung ermöglicht somit eine kostengünstige Entfernung von leicht flüchtigen Schwermetallverbindungen. Damit wird auch zugleich die Verwertung von Abfällen, die leicht flüch tige Spurenelemente enthalten, wie z. B. Hausmüll und Sonder müll, beim Brennen von Zementklinker ermöglicht.

In reinen Abfallverbrennungsanlagen ist die Emission poten tieller 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 An wendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht nur eine geringere Schadstoffmenge emittiert, sondern diese wegen der Kreislaufbildung auch gleichförmig abgegeben.

Von besonderem Vorteil ist das erfindungsgemäße Verfahren in Anlagen, in denen dem Vorwärmer eine Calciniereinrichtung vorgeschaltet ist und die Verbrennungsluft für diese Vor calcinierung nicht durch den Drehofen gezogen wird. In diesen Anlagen ist die spezifische Drehofenabgasmenge wesentlich ge ringer als in Anlagen ohne Vorcalcinator, so daß für die gleiche Kreislaufreduktion geringere Abzugsmengen am Dreh ofenabgas erforderlich sind.

Diese Vorteile gelten insbesondere in Verbindung mit einem Verfahren zur Entsorgung von brennbaren Abfällen, das Gegenstand einer gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung des gleichen Anmelders mit dem Aktenzeichen P 34 11 144.1 ist.

Claims

1. Verfahren zur Entfernung von Schwermetallen oder deren Verbindungen, die unter 850°C flüchtig sind, aus dem Brennprozeß zur Herstellung von Zementklinker, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil des Gas- oder Material stromes nach der Calcinierung, bezogen auf die Strömungs richtung des Gases, aus dem System entnimmt, in den Klinkerdrehrohrofen leitet und wenigstens einen Teil der Schwermetalle oder ihrer Verbindungen am Einlauf des Klinkerdrehrohrofens gasförmig abzieht, kondensiert und entfernt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Teilströme an mehreren Stellen entnimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den entnommenen Gasteilstrom kühlt, entstaubt und den Staub in den Klinkerdrehrohrofen leitet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß man den in einem Verdampfungskühler an fallenden Staub in den Klinkerdrehrohrofen leitet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den in einem Elektrofilter anfallenden Staub in den Klinkerdrehrohrofen leitet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den in der Zwischenentstaubung eines Restvorwärmers anfallenden Staub in den Klinkerdrehrohrofen leitet.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Staub, der dem Klinkerdrehrohrofen zugeführt werden soll, mit dem Brennstoff in die Sinter zone des Drehrohrofens eingeblasen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man den die Schwermetalle oder ihre Verbindungen enthaltenden Staub am Klinkerkühler an einer Stelle aufgibt, an der sie verdampfen, so daß sie mit der Sekundärluft in den Klinkerdrehrohrofen gelangen.

9. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der entnommene Gasteilstrom zur Trocknung des Brennstoffs, der im Drehrohrofen verfeuert wird, genutzt wird.