DE3616771A1

DE3616771A1 - Verschwelung brennstoffhaltiger rohmehle bei der klinkerherstellung

Info

Publication number: DE3616771A1
Application number: DE19863616771
Authority: DE
Inventors: Andris Abelitis
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1986-05-17
Filing date: 1986-05-17
Publication date: 1987-11-19

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Klinkerherstellung, bei dem das Rohmehl vor dem Brennen in einem Drehrohrofen in einem mehrstufigen Wärmetauscher vorgewärmt wird und eine weitere Erwärmung des Rohmehls beim Durchlaufen eines dem Drehrohrofen vorgeschalteten Reaktors erfolgt, und auf eine Vorrichtung zur Klinkerherstellung, enthaltend einen Drehrohrofen zum Brennen und einen Wärmetauscher zum Vorwärmen des im wesentlichen keinen Brennstoff enthaltenden Rohmehls, wobei zumindest ein Teil des Rohmehls einen Reaktor zur weiteren Erhöhung der Temperatur des Rohmehles durchläuft.

Zur Erwärmung des Rohmehls bei der Klinkerherstellung würde man gerne auch die Wärmeenergie ausnutzen, die häufig in den das Rohmehl begleitenden brennstoffhaltigen Beimischungen, wie lignith-, öl-, steinkohle- oder teerhaltige Bestandteilen, enthalten ist. Bei der stufenweisen Temperaturzunahme in einem mehrstufigen Wärmetauscher ist es jedoch unerwünscht, wenn (gesehen in Richtung des Rohmehles zum Klinker) eine Verbrennung oder Verschwelung schon in den ersten Stufen erfolgt, weil diese Energie ungenützt nach der Erschöpfung des Sauerstoffgehaltes des Gasstroms als teilweise unverbranntes Gas durch den Gasstrom "rückwärts" transportiert wird und dabei nur zu einer Erhöhung der Temperatur des Abgases beiträgt, das allerhöchstens bei 550°C liegen sollte, und "vorne" bei der Entsäuerung und Sinterung, d. h. der Kalzination und dem Brennprozeß, wo große Energiemengen gebraucht werden, nicht zur Verfügung steht.

Zur Temperaturerhöhung von Rohmehl wird beispielsweise in der DE 26 29 082 C2 vorgeschlagen, den zur weiteren Erwärmung benötigten festen oder flüssigen Brennstoff in einer Einrichtung mittels Abluft aus dem Kühlbereich zu vergasen. Dieses Verfahren benötigt hochwertigen Brennstoff, beispielsweise schweres Heizöl, brennstoffhaltiges Rohmehl ist dafür nicht geeignet.

Aus der US-PS 38 81 862 ist ein Reaktor bekannt, der vom Rohmehlstrom und dem heißen Gasstrom wenigstens teilweise durchströmt wird, und wo durch eine Zusatzbrennstoffeinspeisung die Temperatur des in den Brennofen eingeleiteten Materials weiter erhöht werden kann. Aber auch hier ist hochwertiger Brennstoff erforderlich, mit brennstoffhaltigem Rohmehl ist kein zufriedenstellender Betrieb möglich.

Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung nach dem bzw. mit der brennstoffhaltiges Rohmehl sinnvoll in den Klinkerbrennprozeß eingebunden werden kann.

Die Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß kaltes brennstoffhaltiges Rohmehl im Reaktor durch Wärmetausch mit heißem Rohmehl auf mindestens 400°C erwärmt und dabei zumindest teilweise verschwelt wird, und Schwelgas, das nicht im Reaktor verbrannt wird in einen Wärmetauscher bei höherer Temperatur und/oder in den Drehrohrofen eingespeist wird.

Die wesentliche Idee ist eine möglichst weit gehende Verschwelung des brennstoffhaltigen Rohmehls und die Ausnutzung dieser Energie zur Entsäuerung und Sinterung, d. h. deren Einspeisung in den Kalzinator bzw. den Brennofen, was durch Zwischenschalten eines Reaktors möglich wird. Dabei werden die Temperatur- und Gasdruckverhältnisse im Wärmetauscher so geschickt ausgenutzt, daß keine weiteren Aggregate, insbesondere keine Gebläse, erforderlich werden.

Grundsätzlich ist es unerheblich, wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Kalzination des Rohmehles erfolgt. Bevorzugt ist es jedoch, die bekannte PYROCLON^R-Technik (KHD-Prospekt 8-100d, Seite 8), einzusetzen, das heißt die Kalzination des Rohmehls flammenlos in dem einem kurzen Drehrohrofen nachgeschalteten Kalzinator durchzuführen. Ob die Verbrennungsluft im Kalzinator dabei durch den Drehrohrofen oder über eine separate Tertiärluftleitung zugeführt wird, ist dabei gleichgültig. Das erfindungsgemäße Verfahren ist so flexibel, daß gegebenenfalls auch eine Zweistranganlage oder auch zwei hintereinandergeschaltete PYROCLON^R-Kalzinierstufen Verwendung finden können, wenn beispielsweise der Verschwelungsprozeß bei Zugabe zu großer Mengen brennstoffhaltigen Rohmehls unvollständig ist oder eine zu niedrige Verschwelungstemperatur für die vollständige Vergasung des Brennstoffanteils erreicht wird, so daß der Restbrennstoff im Rohmehl in turbulenter Strömung in den Kalzinierstufen ausgebrannt werden muß.

Bei diesem Verfahren wird vorausgesetzt, daß die beiden verschiedenen Rohmehlarten, das im wesentlichen keinen Brennstoff enthaltende und das brennbare Bestandteile enthaltende Rohmehl, nicht erst aufwendig getrennt werden müssen, sondern daß - was sehr häufig der Fall ist - von vornherein verschiedene, geeignet kombinierbare Rohmehle aus separaten Mahlaggregaten vorhanden sind.

Es hat sich gezeigt, daß bei lignith- oder ölhaltigen brennbaren Bestandteilen im Rohmehl die Temperatur des Gemisches im Reaktor mindestens 400°C, bevorzugt 440 bis 500°C betragen soll, bei steinkohle- oder teerhaltigen (bitumenhaltigen) Bestandteilen soll die Temperatur des Gemisches 500 bis 700°C erreichen. Das bedeutet, daß der Reaktor jeweils von den vorvorletzten oder den vorletzten Wärmetauscherzyklonen bevorzugt beschickt werden sollte, auch von beiden gemeinsam, bei einem vierstufigen Vorwärmer also aus den Zyklonstufen zwei und drei oder bei einem fünfstufigen Vorwärmer aus den Stufen drei und vier.

Es sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, den Schwelvorgang zu beschleunigen. Sie können alle zur Erhöhung der Vergasungsreaktionsgeschwindigkeit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden, bevorzugt ist insbesondere die Einspeisung von Dampf, Tertiärluft (Heißluft aus dem Klinkerkühler) oder von Abgasen aus den darunter liegenden Stufen (was allerdings ein Gebläse erfordert) oder von Ofenabgasen aus der Ofeneinlaufkammer. Es ist auch möglich, daß in dem Reaktor ein Teil des brennstoffhaltigen Materials verbrannt wird, um die Vergasungstemperatur zu erhöhen.

Die Erfindung ist beispielhaft in der Zeichnung dargestellt und weiter erläutert. Die Anlage zum Brennen von Zementklinker besteht hier aus einem relativ kurzen Drehrohrofen (1), dem sich zwei PYROCLON^R- Reaktionsstrecken (2, 3) zur Kalzination anschließen; der Vorwärmer besteht aus vier Wärmetauscherzyklonen (4, 5, 6, 7). Das (praktisch) keinen Brennstoff enthaltende Rohmehl wird bei (8) aufgegeben; das Fertigprodukt (9) wird dem Klinkerkühler (10) entnommen.

Entsprechend der Erfindung ist ein als Drehrohrofen ausgebildeter Reaktor (11) vorhanden, der mit brennstoffhaltigem Rohmehl (12) beschickt werden kann. Die Aufheizung dieses Rohmehles erfolgt durch vorgewärmtes, keinen Brennstoff enthaltendes Rohmehl (13, 14) aus den Wärmetauscherzyklonen (5) oder (6) oder aus beiden gemeinsam. Die Aufteilung des Rohmehles (15) bzw. (16) erfolgt in Weichen (17) bzw. (18) in die Ströme (13, 14) bzw. (19, 20). Menge und Temperatur der einzelnen Rohmehlströme sollen so aufeinander abgestimmt sein, daß sich im Reaktor (11) ein Rohmehlgemisch von mindestens 400°C bilden kann. Wenn nur eine Kalzinierstufe benötigt wird, entfallen die Reaktionsstrecke (2) und der Abscheider (34) und das Rohmehl (19) bzw. (20) nimmt den Weg über (19′) bzw. (20′).

Die folgenden Zahlenangaben zeigen typische Werte, ohne daß damit eine Einschränkung verbunden sein soll:

PYROCLON^R-Anlage mit vier Wärmetauschern;
Heizwert des Rohmehls, das bei (12) aufgegeben wird, 400 kcal/kg Klinker;
Temperatur des brennstoffarmen und des brennstoffhaltigen Rohmehls bei der Aufgabe 25°C;
bei der Aufgabe (8) werden 0,31 kg Rohmehl/kg Klinker und 0,038 kg Staub/kg Klinker aus der Elektroentstaubung des Gasstromes (21) aufgegeben; das sind ca. 20% des Feststoffanteils im Wärmetauscherstrom.

Der Wirkungsgrad in den Abscheidezyklonen beträgt 71, 78, 85 und 93%.

Der Wasseranteil beträgt 0,01 kg gebundenes Wasser/kg Klinker.

Ca. 20% des Brennbaren werden in dem Reaktor (11) nicht vergast oder entschwelt und sind in dem Rohmehlstrom (22) enthalten, der in den Wärmetauscherzyklon (4) gelangt, entsprechend einem Anteil von 826 kcal/kg Klinker.

Zur Verbesserung des Kalziniergrads durch Erhöhung der Temperatur im Kalzinator werden bei (23) und (24) 206 kcal/kg Klinker in Form von Öl eingespeist. Das in den Drehrohrofen eintretende Mehl (25) hat etwa einen Anteil von 10%, der noch nicht entsäuert bzw. kalziniert ist, die gesamte Menge beträgt 1,12 kg/kg Klinker.

Der Drehrohrofen wird über (26) beheizt, 37% der Energie werden hier eingespeist.

Die im Klinkerkühler (10) eintretende Luft (27) wird teilweise als Tertiärluft (28) in die PYROCLON^R -Strecke (2) bzw. über (28′) in die Strecke (3) eingeleitet, ein Zweig (29) wird in den Reaktor (11) eingespeist, auch heißes Gas aus dem Drehrohrofeneinlauf kann über (37) eingespeist werden. Es kann dann die Gasleitung (30) entfallen, durch die Luft aus dem heißen Bereich von (4) in den Reaktor (11) gelangen könnte, allerdings nur unter Einschaltung eines Gebläses (31). Es sollen damit nur verschiedene Möglichkeiten angedeutet werden; beispielsweise kann die Weise (17) oder eine PYROCLON^R-Strecke (2) entfallen.

In der ersten Zyklonstufe des Wärmetauschers (7) beträgt die Temperatur des Abgases und des Rohmehles 550°C; die Temperatur des eintretenden Gases (33) 649°C. In der zweiten Zyklonstufe des Wärmetauschers (6) wird das Rohmehl von 540 auf 646°C erhitzt, das Gas von 683 auf 649°C abgekühlt.

In der Zyklonstufe (3) wird das Rohmehl von 646 auf 680°C erhitzt, das Gas von 924 auf 683°C abgekühlt. Das aus der Zyklonstufe (5) über (13) mit 681°C und aus dem Wärmetauscher (6) über die Leitung (14) mit 446°C in den Reaktor (11) eintretende Rohmehl (Mengenanteil aus (13) 1 kg/kg Klinker, aus (14) 1,15 kg/kg Klinker) reicht aus, das brennstoffhaltige Rohmehl zu verschwelen. Das aus dem Reaktor bei (22) austretende Rohmehl hat eine Temperatur von 443°C, die Menge beträgt 3,32 kg/kg Klinker.

Am PYROCLON^R und dem Zyklon (4) bzw. (34) liegen folgende Bedingungen vor:

Abgas-Abgang (35) bei 924°C und Rohmehlzugang bei 681°C; Ofenabgas (36) bei 1300°C, Temperatur des Mehles 900°C. Im Kalzinierbereich wird neben der Verwendung (38) der Schwelgase (320 kcal/kg Klinker) noch zusätzlich Öl (23, 24) benötigt (206 kcal/kg Klinker).

Die Gasmenge (1,8 Nm³/kg Klinker) in der Leitung (21) setzt sich zusammen aus 24% CO₂, 8,5% H₂O, 63% N₂ und 4,5% O₂.

Das brennstoffhaltige Rohmehl (12) trägt also durch die Aufbereitung im Reaktor (11) ganz erheblich zur Einsparung von Energie bei, sofern es die Mindesttemperatur von 400°C erreicht. Der Nachteil, daß wegen der unvollkommenen Verschwelung im Reaktor eine zusätzliche PYROCLON^R-Strecke (2) für die Nachverbrennung des Restbrennstoffes im Mehl erforderlich sein kann, ist weniger gravierend.

Claims

1. Verfahren zur Klinkerherstellung, bei dem das Rohmehl vor dem Brennen in einem Drehrohrofen in einem mehrstufigen Wärmetauscher vorgewärmt wird und eine weitere Erwärmung des Rohmehles beim Durchlaufen eines dem Drehrohrofen vorgeschalteten Reaktors erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß kaltes brennstoffhaltiges Rohmehl im Reaktor durch Wärmetausch mit heißem Rohmehl auf mindestens 400°C erwärmt und dabei zumindest teilweise verschwelt wird, und Schwelgas, das nicht im Reaktor verbrannt wird, in einen Wärmetauscher bei höherer Temperatur und/oder in den Drehrohrofen eingespeist wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohmehl vor dem Brennen in dem Drehrohrofen eine oder mehrere Kalzinationsstufen durchläuft und Schwelgas aus dem Reaktor wenigstens teilweise in die Kalzinationsstufe(n) eingespeist wird.

3. Vorrichtung zur Klinkerherstellung, enthaltend einen Drehrohrofen zum Brennen und einen Wärmetauscher zum Vorwärmen des im wesentlichen keinen Brennstoff enthaltenden Rohmehls, wobei zumindest ein Teil des Rohmehls einen Reaktor zur weiteren Erhöhung der Temperatur des Rohmehls durchläuft, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Reaktor (11) brennstoffhaltiges Rohmehl (12) mit vorerwärmtem, keinen Brennstoff enthaltendem Rohmehl (13, 14) vermischt wird und das dort gebildete Schwelgas (38) in einen Wärmetauscher bei höheren Temperaturen und/oder in den Drehrohrofen (1) eingespeist wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (11) als Drehrohrofen ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (11) zusätzlich mit Dampf und/oder Tertiärluft (29) und/oder Abgasen (30) aus den darunterliegenden Wärmetauscherstufen (4) beschickt werden kann.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Brennofen (1) und dem Vorwärmer (4, 5, 6, 7) für das Rohmehl (8) eine oder zwei Kalzinationsstufen (2, 3) vorhanden sind.