DE3520058A1 - Verfahren zur waermebehandlung von feinkoernigem gut - Google Patents
Verfahren zur waermebehandlung von feinkoernigem gutInfo
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Description
0 & K Orenstein & Koppel Aktiengesellschaft, 1000 Berlin
Verfahren zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, insbesondere zur Herstellung von Zement,
mit einem vorzugsweise mehrstufigen Zyklonvorwärmer, einem Drehrohrofen, einem Kühler sowie einer von der Ofenabgasleitung
zwischen Drehrohrofen und Zyklonvorwärmer gebildeten Vorkalzinierzone, die von den Abgasen des Drehrohrofens im
wesentlichen von unten nach oben durchströmt wird und der die Heißgase aus der Verbrennung eines zusätzlichen Brennstoffes
mit Tertiärluft aus dem dem Drehrohrofen materialseitig nachgeschalteten
Kühler zugeführt werden.
Ein Verfahren der voranstehend beschriebenen Art zur Wärmebehandlung
von feinkörnigem Gut, beispielsweise Zement, Kalk, Gips, Dolomit, Magnesit und anderen thermisch zu behandelnden
Mineralien, ist unter Verwendung verschiedener Anlagen bekannt. Während in dem einen Fall das zu behandelnde Gut die
von der Ofenabgasleitung gebildete Vorkalzinierzone im Gleichstrom mit den aus dem Drehrohrofen austretenden Abgasen
über die gesamte Höhe von unten nach oben durchströmt, so daß sich eine sehr lange Wärmebehandlungszone ergibt, wird bei
einer anderen Anlaoe das zu behandelnde Gut dem Drehrohrofen
über die eine kurze Vorkalzinierzone bildende Ofenabgasleitung im Gegenstrom zugeleitet. In diesem Fall ist die Ofenabgasleitung
als Schacht mit verhältnismäßig großem Durchmesser ausgeführt, aus dessen oberem Teil ausschließlich die Ofenabgase
zur Weiterleitung an den Zyklonvorwärmer austreten.
Zur Durchführung der Vorkalzinierung werden zusätzlich zu den
Ofenabgasen des Drehrohrofens Heißgase verwendet, die aus der Verbrennung eines zusätzlichen Brennstoffes mit Hilfe von
Tertiärluft stammen, die aus dem dem Drehrohrofen materialseitig nachgeschalteten Kühler abgezogen werden. Hierbei ist
es bekannt, die Tertiärluft entweder getrennt vom Zusatzbrennstoff dem unteren Ende der die Vorkalzinierzone
bildenden Ofenabgasleitung zuzuführen oder die Verbrennung
des Zusatzbrennstoffes mit Hilfe der Tertiärluft unmittelbar vor deren gemeinsamen Eintritt in die Ofenabgasleitung vorzunehmen,
wobei die Möglichkeit besteht, mehrere Tertiärluftleitungen in unterschiedlicher Höhe an die Ofenabgasleitung
anzuschließen und jeder Tertiärluftleitung den entsprechenden Anteil von Zusatzbrennstoff zuzuführen.
Das bekannte Verfahren mit im Gleichstrom ablaufender Verbrennung des Zusatzbrennstoffes und Vorkalzinierung hat verschiedene
Nachteile. Da die Kalzinationszeit sehr viel kleiner als die Ausbrennzeit des Brennstoffes ist und durch
die Mischung von Tertiärluft und Ofenabgas der Partialdruck des Sauerstoffes drastisch gesenkt und damit eine zusätzliche
Verlängerung der Ausbrandzeit herbeigeführt wird, ergeben sich erhebliche Diskrepanzen beim Gleichlauf zwischen Verbrennungsprozeß
und Vorkalzinierung. Diese werden dadurch verstärkt, daß durch die gleichzeitige Verbrennung und Vorkalzinierung
aus der thermischen Zersetzung CO2 frei wird,
das die Sauerstoffkonzentration nochmals verdünnt und damit die Ausbrandzeit weiter verlängert.
Ein weiterer Nachteil des Gleichstromverfahrens besteht darin, daß die freigesetzten Alkalien und Halogene mit den
Abgasen in den Zyklonvorwärmer transportiert werden, wo sie durch Kondensation und Mineralisation zu Zyklonverstopfungen
führen können. Dies kann zwar durch einen entsprechend großen Teilgasabzug, der parallel zum Vorwärmer geführt wird, vermieden
werden, womit jedoch hohe Wärmeverluste verbunden sind.
Die voranstehend geschilderten Nachteile werden bei dem bekannten Gegenstromverfahren vermieden. Insbesondere werden
bei diesem bekannten Verfahren die Alkalien und Halogene im Ofenkreislauf gehalten, wo sie an dem dem Drehrohrofen zugeführten
vorkalzinierten Gut kondensieren. Hierdurch wird ein Bypass-System für die Ofenabgase erst bei sehr hohen
Schadstoff-Beladungen erforderlich.
Sowohl dem Gleichstrom- als auch dem Gegenstromverfahren haftet jedoch der Nachteil an, daß bei der anzustrebenden
vollständigen und von der Kalzination getrennten Verbrennung des Zusatzbrennstoffes mit Hilfe der aus dem Kühler zugeführten
Tertiärluft in der zwischen Drehrohrofen und Zyklonvorwärmer verlaufenden Ofenabgasleitung hohe, über 1.600° C
liegende Temperaturen entstehen. Bei diesen Temperaturen bildet sich in den Abgasen NO, das bei der nachfolgenden Abkühlung
der Gase mit dem zwecks vollständiger Verbrennung des Zusatzbennstoffes vorhandenen Sauerstoffüberschuß zu
schädlichen Stickoxiden reagiert. Diese umweltbelastenden Stickoxide (NO ) können nur durch eine aufwendige Abgasreinigung
abgeschieden werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs geschilderte
Verfahren zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut unter Beibehaltung der Vorteile des Gegenstromverfahrens der-
art weiterzubilden, daß die Vorkalzinierung mit geringstmöglichem
Energieaufwand auch beim Einsatz von minderwertigen Brennstoffen ohne Gefahr des Entstehens von Schadstoffen,
insbesondere giftigen Stickoxiden abläuft, so daß bei Erzielung eines hohen thermischen Wirkungsgrades auf eine aufwendige
Nachbehandlung der Ofenabgase verzichtet werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Brennstoff einem
Teilstrom der Tertiärluft vor deren Eintritt in den unteren Teil der Ofenabgasleitung derart zugeführt wird, daß die
unterstochiometrische Verbrennung vor der Ofenabgasleitung abgeschlossen ist, und daß der andere Teilstrom der Tertiärluft
zur vollständigen Verbrennung des Zusatzbrennstoffes dem oberen Teil der Ofenabgasleitung unterhalb der Zufuhr des zu
behandelnden Gutes zugeführt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Verbrennung des
Zusatzbrennstoffes von der Vorkalzinierung getrennt, so daß diese beiden Prozesse den therniodynamischen und chemisch-mineralogischen
Anforderungen entsprechend durchgeführt werden können. Der Vorkalzinierungsprozeß läuft ohne Beeinflussung
durch die Verbrennung des Zusatzbrennstoffes irn oberen Teil der Ofenabgasleitung, d.h. der eigentlichen Vorkalzinierzone
ab. Da die Kalzinationszeit sehr viel kleiner als die Ausbrennzeit des Zusatzbrennstoffes ist, kann der in der Ofenabgasleitung
für die Vorkalzinierzone bereitzustellende Raum verringert werden. Auch die Ausbrennzeit des Zusatzbrennszoffes
wird durch die Trennung des Verbrennungsvorganges von der Vorkalzinierung verkürzt, wobei erfindungsgemäß zuerst
eine unvollständige Verbrennung vorgenommen wird, weil die Verbrennung in einer Tertiärluftleitung stattfindet, der nur
ein Teil der zur vollständigen Verbrennung notwendigen Tertiärluft zuoeführt wird. Durch diese zuerst nur unvoll-
ständige Verbrennung des zusätzlichen Brennstoffes entsteht in der Ofenabgasleitung durch die Begrenzung der Temperatur
kein Stickoxid (NO), so daß das spätere Entstehen von schädlichen Stickoxiden (NO ) verhindert wird. Da die zur voll-
ständigen Verbrennung notwendige restliche Tertiärluft im oberen Teil der Ofenabgasleitung, jedoch unterhalb der Zufuhr
des zu behandelnden Gutes zugeführt wird, steht die gesamte Energie des zusätzlichen Brennstoffes im oberen Teil der
Ofenabgasleitung zur Verfügung, so daß eine gezielte Vorkalzinierung innerhalb kurzer Zeit stattfindet, die vollständig
vom Verbrennungsvorgang getrennt ist.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird das aus der letzten Stufe des Zyklonvorwärmer kommende, vorkalzinierte
Gut dem unteren Teil der Ofenabgasleitung unterhalb des mit Zusatzbrennstoff beladenen Teilstroms der Tertiärluft zugeführt.
Das vorkalzinierte Gut fällt somit im unteren Teil der Ofenabgasleitung im Gegenstrom zu dem flüchtige Schadstoffe
aus dem Drehrohrofen enthaltenden Ofenabgas, so daß mindestens ein Teil dieser Schadstoffe am vorkalzinierten Gut
kondensiert. Die Schadstoffe können sich somit weder auf den Partikeln des Zusatzbrennstoffes niederschlagen und den Ausbrand
behindern, noch durch die Ofenabgasleitung in den Zyklonvorwärmer eintreten.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmten Anlage
dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 eine schematische Gesamtdarstellung der Anlage und
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Ofenabgasleitung mit den zur Erläuterung des Vorkalziniervorganges
notwendiaen Anschlüssen.
Die Anlage zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut gemäß
Fig.l umfaßt einen Drehrohrofen 1 und einen mehrstufigen Zyklonvorwärmer
2, dem das zu behandelnde, feinkörnige Gut durch eine Gutaufgabe 3 aufgegeben wird. Beim Ausführungsbeispiel besteht die erste Stufe des Zyklonvorwärmers 2 aus
zwei parallelgeschalteten Zyklonen 2a, denen als zweite Stufe ein entsprechend dimensionierter Zyklon 2b nachgeschaltet
ist. Aus diesem Zyklon 2b gelangt das bereits vorgewärmte Gut in einen Zyklon 2c, der somit die dritte Stufe bildet und dem
wiederum ein Zyklon 2d als vierte Stufe nachgeschaltet ist.
Der mit einem geeigneten Antrieb versehene Drehrohrofen 1 wird mit Hauptbrennstoff beheizt, der unter Zugabe von Primärluft
durch den Hauptbrenner 4 zugeführt wird. Die Ofenabgase verlassen den Drehrohrofen 1 am gegenüberliegenden Ende
durch eine zu einem Schacht ausgebildete Ofenabgasleitung 5,
in der eine Vorkalzinierung des zu behandelnden Gutes stattfindet und die die Ofenabgase in den letzten Zyklon 2d des
mehrstufigen Zyklonvorwärmers 2 einleitet.
Das im Drehrohrofen 1 behandelte Gut gelangt nach seinem Austritt aus dem Drehrohrofen 1 in einen Kühler 6, der beim Ausführungsbeispiel
wiederum in der Art eines Drehrohres mit geeignetem Antrieb ausgeführt ist. Aus diesem Kühler 6 wird bei
der Abkühlung des behandelten Gutes erwärmte, als Sekundärluft bezeichnete Luft dem Drehrohrofen 1 zugeführt. Von
dieser Sekundärluft wird ein Teilstrom abgezweigt und parallel zum Drehrohrofen 1 geführt. Diese beim Abkühlvorgang
des behandelten Gutes erwärmte Luft wird als Tertiärluft bezeichnet, die durch eine Tertiärluftleitung 7 der Ofenabgasleitung
5 zugeführt wird. Wie Fig.l zeigt, verzweigt sich diese Tertiärluftleitung 7 vor der Ofenabgasleitung 5 in die
Luftleitung 7a und 7b, die in unterschiedlicher Höhe an die Ofenabgasleitung 5 angeschlossen sind.
Anhand der in Fin.2 vergrößert dargestellten leilansicht der
Anlage gemäß Fig.l wird nunmehr die Vorkalzinierung des in
Zyklonvorwärmer 2 vorgewärmten Gutes vor dessen Eintritt in den Drehrohrofen 1 beschrieben.
Zur Durchführung dieser in oberen Teil der Ofenabgasleitung 5
stattfindenden Vorkalzinierung wird der im unteren Teil der Ofenabgasleitung 5 mündenden Luftleitung 7a Zusatzbrennstoff
zugeführt, dessen Zuführleitung 8 in Fig.2 eingezeichnet ist.
Diese Zuführleitung 8 ist so weit vor der Mündung der Luftleitung 7a in der Ofenabgasleitung 5 angeordnet, daß der Verbrennungsvorgang
im wesentlichen abgeschlossen ist, bevor die Brenngase in die Ofenabgasleitung 5 eintreten. Das Verhältnis
von durch die Luftleitung 7a strömender Tertiärluft und durch die Zuführleitung 8 zugeführtem Zusatzbrennstoff ist derart
gewählt, daß eine unterstochiometrische Verbrennung stattfindet. Die dementsprechend ohne Sauerstoffüberschuß in die
Ofenabgasleitung 5 eintretenden Gase erreichen eine Temperatur zwischen 1.100 und 1.300° C. Durch die ausreichend unterhalb
der kritischen Temperatur von 1.500° C liegende Temperatur und durch das Fehlen von überschüssigem Sauerstoff wird
das Entstehen von Stickoxid (MO) vermieden. Die Länge der Brennstrecke in der Luftleitung 7a wird auf die Ausbrandzeit
des Zusatzbrennstoffes abgestimmt. Bei einem Einsatz von
festem Brennstoff und in Abhängigkeit von den daraus entstehenden Schlacken wird ein Schlackenabzug 9 vorgesehen. Die
Schlacke kann entweder in einen nicht dargestellten Schlackenaufnahnebehälter oder in die Ofeneinlaufkamner la
abgeführt werden, wie dies in Fig.2 angedeutet ist.
Die mit einem gestrichelten Pfeil angedeuteten Ofenabgase treten über den Ofeneinlauf la von unten in die Ofenabgasleitung
5 ein und vermischen sich mit den Abgasen der unvollständigen Verbrennung des Zusatzbrennstoffes aus der Luftlei-
BAD
tu ng 7a. Diesem Abgasgemisch wird durch die Luftleitung 7b im oberen Teil der Ofenabgasleitung 5 der zweite Teil der Tertiärluft
zugeführt, die mit einem strichpunktierten Pfeil in Fig.2 eingezeichnet ist. Im oberen Teil der Ofenabgasleitung
5 erfolgt somit die vollständige Verbrennung des Zusatzbrennstoffes. Die durch drei gestrichelte Pfeile im oberen Teil
der Ofenabgasleitung 5 angedeuteten Abgase enthalten somit die vollständige Energie des Zusatzbrennstoffes, ohne daß
durch dessen Verbrennung die kritische Temperatur von 1.6000C erreicht wird. Das Entstehen von Stickoxid (NO) wird
somit zuverlässig vermieden. Die Verbrennung des Zusatzbrennstoff es findet außerdem ohne Belastung durch das zu behandelnde
Gut statt, so daß der Verbrennungsvorgang gezielt steuerbar ist.
In die heißen Abgase im oberen Teil der Ofenabgasleitung 5 wird gemäß Fig.2 das aus dem Zyklon 2c der dritten Stufe austretende,
vorgewärmte Gut eingeleitet. Diese Einleitung erfolgt in einem Bereich der Ofenabgasleitung 5 mit verringertem Strömungsquerschnitt, so daß die hierdurch erhöhte
Strömungsgeschwindigkeit der heißen Abgase das Gut mitnimmt und dem Zyklon 2d der vierten Stufe des Zyklonvorwärmers 2
zuführt. Durch die Beaufschlagung des Gutes mit den heißen Abgasen erfolgt eine gezielte, vom Verbrennungsvorgang des
Zusatzbrennstoffes getrennte Vorkalzinierung, die aufgrund der sehr kurzen Kalzinationszeit abgeschlossen ist, bevor das
Gut in den Zyklon 2d eintritt. Die Vorkalzinierzone 5a wird somit durch den oberen, im Querschnitt verengten Teil der
Ofenabgasleitung 5 gebildet.
Im Zyklon 2d wird das vorgewärmte und vorkalzinierte Gut von
den Ofenabgasen getrennt und über die Gutleitung 10 dem unteren Teil der Ofenabgasleitung 5, und zwar unterhalb der
Mündung der Luftleitung 7a zugeführt, wie dies durch einen
/10
ausgezogenen Pfeil in Fig.2 angedeutet ist. Auch in diesem
Bereich ist die Ofenabgasleitung in ihrem Strömungsquerschnitt reduziert. Hierdurch kommt das im Gegenstrom zu den
Ofenabgasen herabfallende Gut in einen engen Kontakt mit den Ofenabgasen, so daß die in diesen enthaltenen Alkalien und
Halogene an dem feinkörnigem Gut kondensieren und auf diese Weise zum großen Teil von einem Eintritt in den oberen Teil
der Ofenabgasleitung 5 und damit in den Zyklonvorwärmer 2 abgehalten werden. Der Zyklonvorwärmer 2 ist somit vor einer
Kondensation und Mineralisation der beim Brennen des Gutes im Drehrohrofen 1 entstehenden Alkalien und Halogene weitgehend
geschützt.
- 10 -
Bezugszi ffernliste:
1 Drehrohrofen la Ofeneinlauf
2 Zyklonvorwärmer
2a Zyklon erste Stufe
2b Zyklon zweite Stufe
2c Zyklon dritte Stufe
2d Zyklon vierte Stufe
3 Gutaufgabe
4 Hauptbrenner
5 Ofenabgasleitung 5a Vorkalzinierzone
6 Kühler
7 Tertiärluftleitung 7a Luftleitung
7b Luftleitung
8 Zuführleitung
9 Schlackenabzug Gutleitunq
Claims (2)
- Patentansorüche :1· Verfahren zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, insbesondere zur Herstellung von Zement, mit einem vorzugsweise mehrstufigen Zyklonvorwärmer, einem Drehrohrofen, einem Kühler sowie einer von der Ofenabgasleitung zwischen Drehrohrofen und Zyklonvorwärmer gebildeten Vorkalzinierzone, die von den Abgasen des Drehrohrofens im wesentlichen von unten nach oben durchströmt wird und der die Heißgase aus der Verbrennung eines zusätzlichen Brennstoffes mit Tertiärluft aus dem dem Drehrohrofen materialseitig nachgeschalteten Kühler zugeführt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zusätzliche Brennstoff einem Teilstrom der Tertiärluft vor deren Eintritt in den unteren Teil der Ofenabgasleitung (5) derart zugeführt wird, daß die unterstöchiometrische Verbrennung vor der Ofenabgasleitung (5) abgeschlossen ist, und daß der andere Teilstrom der Tertiärluft zur vollständigen Verbrennung des Zusatzbrennstoffes dem oberen Teil der Ofenabgasleitung (5) unterhalb der Zufuhr des zu behandelnden Gutes zugeführt wird. - 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der letzten Stufe (2d) des Zyklonvorwärmers (2) kommende, vorkalzinierte Gut im Gegenstrom dem unteren Teil der Ofenabgasleitung (5) unterhalb des mit Zusatzbrennstoff beladenen Teilstromes der Tertiärluft zugeführt wird.- 11 -
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