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Anlage' zer Wãrmebehandlunt ron- feinkörnigem Gut
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Die Erfindung betrifft eine Anlage (entsprechend dem Oberbegriff des
Anspruches 1) zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, insbesondere von Zementrohmaterial.
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Anlagen der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art sind beispielsweise
durch die DE-C-23 24 565 und die EU-B- 2 054 bekannt. Der Calcinator wird hierbei
durch die den Drehrohrofen mit dem Zyklonvorwärmer verbindende Gasleitung gebildet.
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Je nach Qualität undReaktivität des im Calcinator zugegebenen Brennstoffes
laufen etwa 60 bis 70 % des Ausbrandes fester Brennstoffe im Calcinator direkt bei
der Brennstoffeingabe bzw. auf den ersten Metern der Gas strömung im Calcinator
im Bereich extrem hoher Turbulenz ab. Im weiteren Verlauf vergleichmäßigt sich dann
die Strömung im Calcinator, und es findet nur noch wenig Ausbrand statt. Besonders
das bei der Verbrennung von Kohlenstoff gebildete Zwischenprodukt CO brennt im weiteren
Teil des Calcinators nur sehr langsam aus. Ein weiterer Ausbrand ist erst nach der
1800-Umlenkung des als Gas schleife ausgebildeten Calcinators und im Zyklon selbst
festzustellen.
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Aus diesem Grunde ist der Restausbrand von CO und festem Kohlenstoff
vor allem bei den zunehmend eingesetzten reaktionsträgen Brennstoffen recht unbefriedigend.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der im
Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzten Art so auszubilden, daß der Ausbrand
des für die Calcination des vorgewärmten Gutes zugeführten Brennstoffes im Calcinator
verbessert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das kennzeichnende Merkmal
des Anspruches 1 gelöst.
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Durch die erfindungsgemäß im Calcinator in Strömungsrichtung des Gases
hinter der Einführstelle von Gut und Brennstoff vorgesehenen, turbulenzerzeugenden
Einbauten wird auch in diesem weiteren Teil des Calcinators eine intensive Quervermischung
der Strömung erreicht, die immer wieder freien Sauerstoff zum Brennstoff bringt
und damit den Ausbrand erheblich steigert.
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Die Erfindung geht damit von der Erkenntnis aus, daß es für eine Verbesserung
des Ausbrandes des festen Brennstoffes vorteilhaft ist, wenn nicht nur im unteren
Eintrittsbereich des Calcinators sowie im Krümmer am Ende des Calcinators und in
dem anschließenden Zyklon des Vorwärmers eine Verschiebung des Geschwindigkeitsprofiles
der Strömung stattfindet, sondern wenn eine Quervermischung in Form einer der Hauptströmungsrichtung
überlagerten Querströmung auch im übrigen, mittleren Bereich des Calcinators auftritt.
Das erfindungsgemäße Prinzip der Quervermischung durch Veränderung des
Strömungsprofiles
erhöht demgemäß schon im unteren und mittleren Teil des Calcinators den Ausbrand
und damit den Wirkungsgrad des Calcinators beträchtlich.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche
und werden im Zusammenhang mit der Beschreibung einiger in der Zeichnung veranschaulichter
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht einer
Anlage zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, Fig. 2 Längsschnitt durch den Calcinator
der Anlage gemäß Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt durch den Calcinator längs der
Linie III-III der Fig. 2, Fig. 5 bis 9 Längsschnitte durch fünf weitere Ausführungsbeispiele
des Calcinators.
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Die in Fig. 1 schematisch veranschaulichte Anlage zur Wärmebehandlung
von feinkörnigem Gut, insbesondere von Zementrohmaterial, enthält einen mehrstufigen
Zyklonvorwärmer 1 zur Vorwärmung des Gutes,
einen Drehrohrofen 2
und einen zur Calcination des vorgewärmten Gutes vor Eintritt in den Drehrohrofen
dienenden Calcinator 3, der im wesentlichen durch die den Drehrohrofen 2 mit dem
Zyklonvorwärmer 1 verbindende Gasleitung gebildet wird.
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Der Zyklonvorwärmer 1 besteht beim dargestellten Ausführungsbeispiel
aus vier Zyklonstufen, von denen die Zyklone der untersten Stufe mit den Bezugszeichen
4 und 5 und der Zyklon der zweituntersten Stufe mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet
sind. Die Zyklone des Vorwärmers 1 sind in üblicher Weise durch ihre Gas- und Gutleitungen
miteinander verbunden, was keiner näheren Erläuterung bedarf.
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Der Calcinator 3 führt vom Einlaufgehäuse 7 des Drehrohrofens 2 nach
oben und verzweigt sich im obersten, schleifenartig ausgebildeten Teil in die Teilleitungen
3a, 3b, die in die Zyklone 4, 5 der untersten Zyklonstufe des Vorwärmers 1 einmünden.
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Die im Calcinator 3 benötigte Verbrennungsluft wird bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel als Tertiärluft über eine Leitung 8 von einem dem Drehrohrofen
2 nachgeschalteten ( in der Zeichnung nicht veranschaulichten) Kühler zugeführt.
Die Tertiärluftleitung 8 teilt sich vor ihrer Einmündung in den Calcinator 3 in
zwei Teilleitungen 8a, 8b auf, die an einander entgegengesetzten Umfangsstellen
in den Calcinator 3 einmünden.
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Die Gutaustragsleitung 9 des Zyklons 6 der zweituntersten Stufe des
Zyklonvorwärmers 1 teilt sich in zwei Teilleitungen 9a, 9b auf, die in die Tertiärluft-Teilleitungen
8a, 8b dicht vor deren Anschlußstelle an den Calcinator 3 einmünden. Weiterhin sind
diese Tertiärluft-Teilleitungen 8a, 8b kurz vor ihrer Einmündung in die Gasleitung
3 mit Zuführungen 1Oa, 1Ob für den im Calcinator 3 benötigten zusätzlichen Brennstoff
versehen.
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Die Gutaustragsleitungen 11 bzw. 12 der Zyklone 4, 5 der untersten
Stufe des Zyklonvorwärmers 1 münden in das Einlaufgehäuse 7 des Drehrohrofens 2
ein.
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Die Funktion der dargestellten Anlage ist wie folgt: Das feinkörnige
Gut, insbesondere Zementrohmaterial, wird im Zyklonvorwärmer 1 mit den heißen Abgasen
des Drehrohrofens 2 und des Calcinators 3 vorgewärmt, wobei es die einzelnen Stufen
des Zyklonvorwärmers 1 im Gegenstrom zu den heißen Gasen durchsetzt. Das aus dem
Zyklon 6 über die Gutaustragsleitung 9 ausgetragene vorgewärmte Gut wird über die
Teilleitungen 9a, 9b in die Tertiärluft-Teilleitungen 8a, 8b eingetragen, hier mit
der heißen Tertiärluft sowie mit dem über die Zuführungen 10a, 1Ob zugeführten Brennstoff
vermischt und gelangt dann in den Calcinator 3. Hier ergibt sich eine innige Vermischung
des Brennstoff-Gut-Luftgemisches mit den heißen Abgasen des Drehrohrofens 2. Es
setzt ferner eine spontane Verbrennung des zuge-
führten Brennstoffes
ein, der während der Strömungsbewegung durch den Calcinator 3 verbrennt, wodurch
das vorgewärmte Gut weitgehend calciniert wird. Das in den Zyklonen 4, 5 abgeschiedenes
Gut gelangt dann über die Gutaustragsleitungen 11, 12 in den Drehrohrofen 2, wo
es fertiggebrannt wird.
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Im folgenden sei nun anhand der Fig. 2 bis 9 erläutert, wie durch
die erfindungsgemäßen Maßnahmen der Ausbrand des festen Brennstoffes im Calcinator
3 verbessert wird.
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Fig. 2 veranschaulicht einen Querschnitt durch den Calcinator 3 in
einer gegenüber Fig. 1 um 900 gedrehten Darstellung. Fig.3 zeigt einen Schnitt längs
der Linie III-III der Fig. 2, aus dem auch die Anschlüsse der Tertiärluft-Teilleitungen
8a, 8b sowie der Gutaustrags-Teilleitungen 9a, 9b ersichtlich sind.
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Im Calcinator 3 ist hinter der Einführungsstelle von Gut und Brennstoff
ein Strömungshindernis 13 vorgesehen, das im Innern des lichten Querschnitts des
Calcinators 3 derart angeordnet ist, daß die Gas strömung durch dieses Strömungshindernis
geteilt wird (Pfeile 14, 15). Der Querschnitt des Calcinators 3 wird durch dieses
Strömungshindernis 13 in einem Teil der Länge des Calcinators verengt.
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Durch dieses Strömungshindernis 13 wird in der Gasströmung, die den
Calcinator 3 durchsetzt, eine gewisse Turbulenz sowie eine Quervermischung er-
zeugt,
die den Ausbrand desreaktionsträgen festen Brennstoffes wesentlich begünstigt.
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Das Strömungshindernis 13 ist in dem Teil des Calcinators 3 angeordnet,
der zwischen der Einführstelle von Gut und Brennstoff und dem (in Fig. 2 nicht mehr
dargestellten) Krümmer liegt, mit dem der Calcinator 3 in die anschließende Zyklonstufe
übergeht (vgl. in Fig. 1 die Leitungsteile 3a, 3b, die die genannten Krümmer bilden).
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Durch dieses Strömungshindernis 13 wird damit erreicht daß auch noch
nach der Einführung von Gut und Brennstoff in den Calcinator 3 (an der erfahrungsgemäß
ohnehin eine hohe Turbulenz vorhanden ist) und vor dem genannten Krümmer (in dem
gleichfalls eine beachtliche Quer strömung vorliegt) eine intensive Quervermischung
in der Strömung stattfindet.
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Fig. 4 zeigt eine Variante, bei der im Calcinator 3 zwei den Querschnitt
des Calcinators verengende Strömungshindernisse 16, 17 in Strömungsrichtung des
Gases mit Abstand hintereinander angeordnet sind, und zwar quer zur Strömungsrichtung
etwas gegeneinander versetzt. Hierdurch wird eine wiederholte Turbulenzerzeugung
in der Gas strömung bewirkt, wobei zugleich gewährleistet ist, daß die Turbulenz
den gesamten Strömungsquerschnitt erfaßt.
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Fig. 5 zeigt eine Variante, bei der in Abweichung vom Aniagenschema
gemäß Fig. 1 die gesamte für die Calcination erforderliche Verbrennungsluft durch
den
Drehrohrofen zugeführt wird (die Tertiärluftleitung 8 entfällt hierbei somit). Die'
Gutaustragsleitung 9 des Zyklons 6 der zweituntersten Stufe des Zyklonvorwärmers
1 mündet hierbei unmittelbar in den untersten Teil 3c des Calcinators 3, in den
auch der für die Calcination benötigte zusätzliche Brennstoff eingetragen wird (Pfeil
10c).
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Die Gestaltung der turbulenz erzeugenden Einbauten (Strömungshindernis
16, 17) ist wie im Beispiel der Fig. 4 gewählt.
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Bei der in Fig. 6 dargestellten Variante sind im Calcinator 3 Strömungshindernisse
18, 19 vorgesehen, die auf der Zuströmseite des Gases eine die Gasströmung zur einen
(linken) Seite des lichten Querschnitts lenkende Schrägfläche 18a bzw. 19a und auf
der Abströmseite des Gases eine Schrägfläche 18b bzw. 19b aufweisen, die etwa aus
der Gas strömung ausfallende Gutteilchen nach unten und zur anderen (rechten) Seite
des Querschnitts des Calcinators lenkt. Bei diesem Ausführungsbeispiel bildet sich
hinter den Strömungshindernissen 18, 19 ein relativ großer Strömungstotraum, in
dem Material und auch grobe Brennstoffteilchen ausfallen können, die dann längs
der Schrägfläche 18b bzw. 19b an der Rückseite des Strömungshindernisses 18, 19
herunterrutschen und erneut in die Gasströmung gelangen. Auf diese Weise wird die
Auf enthaltszeit von Gut und Brennstoff im Calcinator in erwünschter Weise zusätzlich
erhöht.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 sind außer den Strömungshindernissen
18, 19 noch zusätzliche Einbauten 20, 21 vorgesehen, die am Rand des Querschnitts
des Calcinators 3 angebracht sind und außer einer Verengung des Querschnittes eine
zusätzliche Umlenkung der Gasströmung (vgl.Pfeil 22) bewirken. Dadurch wird die
Strömung im Calcinator 3 nicht nur turbulent gestaltet, sondern zusätzlich mehrfach
hin- und hergeführt, was die Quervermischung und damit den Ausbrand des festen Brennstoffes
sowie die Calcination des Gutes weiter begünstigt.
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Fig. 8 zeigt eine Variante, bei der im Calcinator 3 ein im Innern
der Gas strömung angeordnetes Strömungshindernis 18 sowie ein am Rand des Querschnittes
hinter dem Strömungshindernis 18 angeordneter Einbaukörper 23 vorgesehen sind. Die
Größe und Anordnung des Strömungshindernisses 18 und des Einbaukörpers 23 sind bei
diesem Ausführungsbeispiel so gewählt, daß die Gasströmung zwischen dem Strömungshindernis
18 und dem Einbaukörper 23 besonders scharf umgelenkt wird (Pfeil 24), was eine
starke Separierung der Gut- und Brennstoffteilchen bewirkt. Die abgeschiedenen groben
Teilchen rutschen an der hinteren Schrägfläche 18b des Strömungshindernisses 18
nach unten und gelangen durch den verhältnismäßig engen Spalt 25 zwischen dem Strömungshindernis
18 und der Wand des Calcinators 3 zurück in den untersten Teil des Calcinators.
Auf diese Weise wird nicht nur eine
besonders intensive Quervermischung
erzielt, sondern es wird zugleich die Aufenthaltszeit grober Gut- und Brennstoffteilchen
im Calcinator in erwünschter Weise erhöht.
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Während bei allen bisher erläuterten Ausführungsbeispielen die äußere
Form des Calcinators 3 durch die turbulenzerzeugenden Einbauten nicht verändert
wurde, zeigt Fig. 9 eine Variante, bei der der Querschnitt des Calcinators 3 erweitert
ist.
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Dieser Calcinator 3 enthält im übrigen (wie die Ausführung gemäß Fig.
8) ein in der Strömung befindliches Strömungshindernis 18 sowie einen am Rand des
Querschnitts des Calcinators angeordneten Einbaukörper 23. Der anhand von Fig. 8
bereits erläuterte Effekt der gezielten Grobkornrückführung zur Steigerung des Ausbrandes
kann hier durch eine weitere Anpassung der Geschwindigkeiten besser und in einem
größeren Umfang herbeigeführt werden.