DE3520058C2

DE3520058C2 -

Info

Publication number: DE3520058C2
Application number: DE3520058A
Authority: DE
Inventors: Hans-Dietmar Dipl.-Ing.Dipl.-Min.Dr. 4730 Ahlen De Maury; Wolfgang Dipl.-Ing. 4722 Ennigerloh De Buslowski
Original assignee: O&K Orenstein and Koppel GmbH
Current assignee: Maury Hans-Dietmar Dipl-Ing Dipl-Min Dr 59
Priority date: 1985-06-04
Filing date: 1985-06-04
Publication date: 1988-04-14
Also published as: DK245186A; GB2178147A; JPH0510289B2; CN86103737A; DK163299C; FR2591913A1; CN1010678B; US4929178A; DE3520058A1; GB8613357D0; FR2591913B1; IN166854B; DK245186D0; KR870000097A; DK163299B; JPS61286250A; GB2178147B; KR930005296B1; US4955986A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, insbesondere zur Herstellung von Zement, mit einem mehrstufigen Zyklonvorwärmer, einem Drehrohrofen, einem Kühler sowie einer von der Ofenabgasleitung zwischen Drehrohrofen und Zyklonvorwärmer gebildeten Vorkalzinierzone, die von den Abgasen des Drehrohrofens 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 ist aus der DE-OS 32 37 689 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren durchströmt das aus der Gutaustragsleitung in die Ofenab gasleitung eintretende Gut aus der vorletzten Zyklonstufe des mehrstufigen Zyklonvorwärmers die Ofenabgasleitung im Gleich strom mit den aus dem Drehrohrofen austretenden Abgasen über die gesamte Höhe der Ofenabgasleitung von unten nach oben. Es ergibt sich somit eine sehr lange Wärmebehandlungszone, die auch als Vorkalzinierzone bezeichnet wird.

Zur Durchführung der Vorkalzinierung werden bei diesem be kannten Verfahren zusätzlich zu den Ofenabgasen des Drehrohr ofens Heißgase verwendet, die aus der Verbrennung eines zu sätzlichen Brennstoffes mit Hilfe von Tertiärluft stammen und aus einem dem Drehrohrofen materialseitig nachgeschalteten Kühler abgezogen werden, und zwar durch eine Kühlluftleitung, die sich in eine untere und eine obere Kühlluftleitung aufteilt, die in unterschiedlicher Höhenlage in die Ofenabgasleitung einmünden. Unmittelbar vor dem Eintritt jedes Tertiärluftstromes in die Ofenabgasleitung wird jeder Kühlluftleitung ein entsprechender Anteil von zusätzlichem Brennstoff zugeführt, so daß die zusätzlich zu den Ofenab gasen des Drehrohrofens zur Vorkalzinierung verwendeten Heißgasströme entstehen.

Dieses aus der DE-OS 32 37 689 bekannte Verfahren mit im Gleichstrom zur Vorkalzinierung ablaufender Verbrennung des Zusatzbrennstoffes hat verschiedene Nachteile. Da die Kalzinationszeit sehr viel kleiner als die Ausbrennzeit des zusätzlichen 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 Sauerstoff konzentration nochmals verdünnt und damit die Ausbrandzeit weiter verlängert.

Ein weiterer Nachteil des bekannten Gleichstromverfahrens besteht darin, daß die freigesetzten Alkalien und Halogene mit den Abgasen in den Zyklonvorwärmer transportiert werden, wo sie durch Kondensation und Mineralisation zu Zyklonver stopfungen führen können. Diese Verstopfungen können zwar durch einen entsprechend großen Teilgasabzug, der parallel zum Zyklonvorwärmer geführt wird, vermieden werden, womit jedoch hohe Wärmeverluste verbunden sind.

Diese Nachteile des aus der DE-OS 32 37 689 bekannten Gleich stromverfahrens werden bei einem weiteren bekannten, als Gegenstromverfahren bezeichneten Verfahren vermieden. Bei diesem Gegenstromverfahren ist die Ofenabgasleitung als Schacht mit verhältnismäßig großem Durchmesser ausgeführt, aus dessen oberem Teil ausschließlich die Ofenabgase zur Weiterleitung an den Zyklonvorwärmer austreten, wogegen das zu behandelnde Gut dem Drehrohrofen unmittelbar aus der Ofen abgasleitung zugeführt wird, also im Gegensatz zu dem aus der DE-OS 32 37 689 bekannten Verfahren nicht unter Zwischen schaltung der letzten Stufe des Zyklonvorwärmers. Während beim Gleichstromverfahren die Ofenabgasleitung insgesamt eine sehr lange Wärmebehandlungszone ergibt, bildet die Ofenab gasleitung beim Gegenstromverfahren eine sehr kurze Vorkalzinierzone. Hierdurch wird beim Gegenstromverfahren erreicht, daß die Alkalien und Halogene im Ofenkreislauf gehalten werden, wo sie an dem dem Drehrohrofen zugeführten vorkalzinierten Gut kondensieren. Ein Bypass-System für die Ofenabgase wird somit erst bei sehr hohen Schadstoff-Be ladungen erforderlich.

Sowohl dem bekannten Gleichstrom- als auch dem bekannten Gegenstromverfahren haftet jedoch der Nachteil an, daß die anzustrebende vollständige Verbrennung des Zusatzbrennstoffes mit Hilfe der aus dem Kühler zugeführten Tertiärluft in der zwischen Drehrohrofen und Zyklonvorwärmer verlaufenden Ofenabgasleitung durch die zur gleichen Zeit und an gleicher Stelle ablaufende Kalzinierung behindert wird, weil dieser Kalzinierungsprozeß das Entstehen von Temperaturen oberhalb von 820 bis 840°C ausschließt. Würde bei den bekannten Verfahren die Kalzinierung von der Verbrennung des Zusatz brennstoffes getrennt, würden hohe, über 1600°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 Zusatz brennstoffes vorhandenen Sauerstoffüberschuß zu schädlichen Stickoxiden reagiert. Diese umweltbelastenden Stickoxide (NO_x) könnten 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 derart weiterzubilden, daß die Vorkalzinierung mit geringst möglichem 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 unterstöchiometrische 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 thermodynamischen und chemisch-mi neralogischen Anforderungen entsprechend durchgeführt werden können. Der Vorkalzinierungsprozeß läuft ohne Beeinflussung durch die Verbrenung des Zusatzbrennstoffes im oberen Teil der Ofenabgasleitung, d. h. in der eigentlichen Vorkalzinier zone 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 Zusatzbrennstoffes wird durch die Trennung des Verbrennungs vorganges von der Vorkalzinierung verkürzt, wobei erfindungs gemäß zuerst eine unvollständige Verbrennung vorgenommen wird, weil die Verbrennung in einer Tertiärluftleitung statt findet, der nur ein Teil der zur vollständigen Verbrennung notwendigen Tertiärluft zugeführt wird. Durch diese zuerst nur unvollständige Verbrennung des zusätzlichen Brennstoffes entsteht in der Ofenabgasleitung infolge der Begrenzung der Temperatur kein Stickoxid (NO), so daß das spätere Entstehen von schädlichen Stickoxiden (NO_x) verhindert wird. Da die zur vollständigen 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.

Die Vorkalzinierzone des erfindungsgemäßen Verfahrens befindet sich ausschließlich im oberen Teil der Ofenab gasleitung, die im gesamten unteren Teil zur Erzeugung der für den Vorkalzinierprozeß zusätzlich zu den Ofenabgasen verwendeten Heißgasen herangezogen wird, die aus der Verbrennung von Tertiärluft aus dem Kühler und zusätzlichem Brennstoff entstehen. Der Vorkalzinierungsprozeß findet somit - wie bei dem aus der DE-OS 32 37 689 bekannten Verfahren - im Gleichstrom statt, ohne daß jedoch dessen voranstehend geschilderten Nachteile in Kauf genommen werden müssen.

Um trotz der Durchführung der Vorkalzinierung im Gleichstrom verfahren zumindest einen Teil der im Ofenabgas enthaltenen flüchtigen Schadstoffe am vorkalzinierten Gut zu kondensieren, wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung das aus der letzten Stufe des Zyklonvorwärmers 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.

Zu der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmten Anlage dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 eine schematische Gesamtdarstellung der Anlage und

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Ofenabgasleitung mit den zur Erläuterung des Vorkalziniervorganges notwendigen Anschlüssen.

Die Anlage zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut gemäß Fig. 1 umfaßt einen Drehrohrofen 1 und einen mehrstufigen Zy klonvorwärmer 2 , dem das zu behandelnde, feinkörnige Gut durch eine Gutaufgabe 3 aufgegeben wird. Beim Ausführungs beispiel besteht die erste Stufe des Zyklonvorwärmers 2 aus zwei parallelgeschalteten Zyklonen 2 a, denen als zweite Stufe ein entsprechend dimensionierter Zyklon 2 b nachgeschaltet ist. Aus diesem Zyklon 2 b gelangt das bereits vorgewärmte Gut in einen Zyklon 2 c, der somit die dritte Stufe bildet und dem wiederum ein Zyklon 2 d als vierte Stufe nachgeschaltet ist.

Der mit einem geeigneten Antrieb versehene Drehrohrofen 1 wird mit Hauptbrennstoff beheizt, der unter Zugabe von Pri märluft durch den Hauptbrenner 4 zugeführt wird. Die Ofenab gase verlassen den Drehrohrofen 1 am gegenüberliegenden Ende durch eine zu einem Schacht ausgebildete Ofenabgasleitung 5, in der eine Vorkalzinierung des zu behandelnden Gutes statt findet und die die Ofenabgase in den letzten Zyklon 2 d des mehrstufigen Zyklonvorwärmers 2 einleitet.

Das im Drehrohrofen 1 behandelte Gut gelangt nach seinem Aus tritt aus dem Drehrohrofen 1 in einen Kühler 6, der beim Aus führungsbeispiel wiederum in der Art eines Drehrohres mit ge eignetem Antrieb ausgeführt ist. Aus diesem Kühler 6 wird bei der Abkühlung des behandelten Gutes erwärmte, als Sekundär luft 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 be zeichnet, die durch eine Tertiärluftleitung 7 der Ofenabgas leitung 5 zugeführt wird. Wie Fig. 1 zeigt, verzweigt sich diese Tertiärluftleitung 7 vor der Ofenabgasleitung 5 in die Luftleitung 7 a und 7 b, die in unterschiedlicher Höhe an die Ofenabgasleitung 5 angeschlossen sind.

Anhand der in Fig. 2 vergrößert dargestellten Teilansicht der Anlage gemäß Fig. 1 wird nunmehr die Vorkalzinierung des im Zyklonvorwärmer 2 vorgewärmten Gutes vor dessen Eintritt in den Drehrohrofen 1 beschrieben.

Zur Durchführung dieser im oberen Teil der Ofenabgasleitung 5 stattfindenden Vorkalzinierung wird der im unteren Teil der Ofenabgasleitung 5 mündenden Luftleitung 7 a Zusatzbrennstoff zugeführt, dessen Zuführleitung 8 in Fig. 2 eingezeichnet ist. Diese Zuführleitung 8 ist so weit vor der Mündung der Luft leitung 7 a in der Ofenabgasleitung 5 angeordnet, daß der Ver brennungsvorgang im wesentlichen abgeschlossen ist, bevor die Brenngase in die Ofenabgasleitung 5 eintreten. Das Verhältnis von durch die Luftleitung 7 a strömender Tertiärluft und durch die Zuführleitung 8 zugeführtem Zusatzbrennstoff ist derart gewählt, daß eine unterstöchiometrische Verbrennung statt findet. Die dementsprechend ohne Sauerstoffüberschuß in die Ofenabgasleitung 5 eintretenden Gase erreichen eine Tempera tur zwischen 1100 und 1300°C. Durch die ausreichend unter halb der kritischen Temperatur von 1600°C liegende Tempe ratur und durch das Fehlen von überschüssigem Sauerstoff wird das Entstehen von Stickoxid (NO) vermieden. Die Länge der Brennstrecke in der Luftleitung 7 a wird auf die Ausbrandzeit des Zusatzbrennstoffes abgestimmt. Bei einem Einsatz von festem Brennstoff und in Abhängigkeit von den daraus ent stehenden Schlacken wird ein Schlackenabzug 9 vorgesehen. Die Schlacke kann entweder in einen nicht dargestellten Schlackenaufnahmebehälter oder in die Ofeneinlaufkammer 1 a abgeführt werden, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist.

Die mit einem gestrichelten Pfeil angedeuteten Ofenabgase treten über den Ofeneinlauf 1 a von unten in die Ofenabgas leitung 5 ein und vermischen sich mit den Abgasen der unvoll ständigen Verbrennung des Zusatzbrennstoffes aus der Luftlei tung 7 a. Diesem Abgasgemisch wird durch die Luftleitung 7 b im oberen Teil der Ofenabgasleitung 5 der zweite Teil der Ter tiärluft zugeführt, die mit einem strichpunktierten Pfeil in Fig. 2 eingezeichnet ist. Im oberen Teil der Ofenabgasleitung 5 erfolgt somit die vollständige Verbrennung des Zusatzbrenn stoffes. 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 1600°C erreicht wird. Das Entstehen von Stickoxid (NO) wird somit zuverlässig vermieden. Die Verbrennung des Zusatzbrenn stoffes findet außerdem ohne Belastung durch das zu be handelnde 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 2 c der dritten Stufe aus tretende, vorgewärmte Gut eingeleitet. Diese Einleitung er folgt in einem Bereich der Ofenabgasleitung 5 mit verringer tem Strömungsquerschnitt, so daß die hierdurch erhöhte Strömungsgeschwindigkeit der heißen Abgase das Gut mitnimmt und dem Zyklon 2 d 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 2 d eintritt. Die Vorkalzinierzone 5 a wird somit durch den oberen, im Querschnitt verengten Teil der Ofenabgasleitung 5 gebildet.

Im Zyklon 2 d 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 7 a zugeführt, wie dies durch einen ausgezogenen Pfeil in Fig. 2 angedeutet ist. Auch in diesem Bereich ist die Ofenabgasleitung in ihrem Strömungsquer schnitt 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 ab gehalten 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.

Bezugsziffernliste 1 Drehrohrofen
1 a Ofeneinlauf
2 Zyklonvorwärmer
2 a Zyklon erste Stufe
2 b Zyklon zweite Stufe
2 c Zyklon dritte Stufe
2 d Zyklon vierte Stufe
3 Gutaufgabe
4 Hauptbrenner
5 Ofenabgasleitung
5 a Vorkalzinierzone
6 Kühler
7 Tertiärluftleitung
7 a Luftleitung
7 b Luftleitung
8 Zuführleitung
9 Schlackenabzug
10 Gutleitung

Claims

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, insbe sondere zur Herstellung von Zement, mit einem mehrstufigen Zyklonvorwärmer, einem Drehrohrofen, einem Kühler sowie einer von der Ofenabgasleitung zwischen Dreh rohrofen und Zyklonvorwärmer gebildeten Vorkalzinierzone, die von den Abgasen des Drehrohrofens von unten nach oben durchströmt wird und der die Heißgase aus der Verbrennung eines zusätzlichen Brennstoffes mit Ter tiärluft aus dem dem Drehrohrofen materialseitig nachge schalteten Kühler zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Brennstoff einem Teilstrom der Ter tiärluft vor deren Eintritt in den unteren Teil der Ofen abgasleitung (5) derart zugeführt wird, daß die unter stöchiometrische Verbrennung vor der Ofenabgasleitung (5) abgeschlossen ist, und daß der andere Teilstrom der Ter tiärluft zur vollständigen Verbrennung des Zusatzbrenn stoffes 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 (2 d) des Zyklonvorwärmers (2) kommende, vorkalzinierte Gut im Gegenstrom dem unteren Teil der Ofenabgasleitung (5) unterhalb des mit Zusatz brennstoff beladenen Teilstromes der Tertiärluft zugeführt wird.