DE3925474A1 - Verfahren zur waermebehandlung von feinkoernigem gut - Google Patents
Verfahren zur waermebehandlung von feinkoernigem gutInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine An
lage zur Wärmebehandlung von in feinkörniger Form
vorliegendem Gut, insbesondere zur Herstellung von
Branntkalk aus feinkörnigem Kalkstein.
Die Verarbeitung von feinkörnigem Kalkstein zu einem
hochwertigen Branntkalk mit einem breiten Anwendungs
spektrum ist nach dem bisherigen Stand der Technik
nicht möglich. Der bei der Aufbereitung des Rohgesteins
zwangsläufig in feinkörniger Form anfallende Kalkstein
kann in üblichen Brennanlagen, wie Schacht- oder Dreh
rohröfen, nicht calciniert werden. Der Schachtofen
erfordert Körnungen über 20 mm, vorzugsweise über
40 mm, da sich die Permeabilität der Materialsäule
im Schacht bei kleineren Körnungen drastisch verringert.
Im Drehrohrofen können zwar Körnungen unter 20 mm ge
brannt werden; es ist jedoch praktisch nicht möglich,
ein hinsichtlich des Brenngrades homogenes Produkt
zu erzeugen. Körnungen unter 5 mm sind für den Dreh
rohrofen wegen der Gefahr des Überbrennens der Fein
fraktionen unter 2 mm ungeeignet.
Schwebegascalcinatoren sind zwar zur Calcination von
feinkörnigen Carbonaten besonders gut geeignet,
liefern jedoch ein Produkt, das sich durchweg durch
eine sehr hohe Reaktivität auszeichnet. Die in der
DIN 1060 (Baukalk) geforderten Werte für die Reakti
vität (d. h. T60-Wert der Naßlöschkurve) und auch
für Ergiebigkeit und Kornfeinheit nach dem Löschen
werden nicht erreicht. Für Branntkalk aus Schwebegas
calcinatoren ist eine sehr steil ansteigende Naßlösch
kurve mit einem T60-Wert von meist unter 30 s
charakteristisch. Somit haben diese hochreaktiven
Branntkalke einen sehr begrenzten Anwendungsbereich.
Sie können z. B. für bestimmte metallurgische Prozesse
eingesetzt werden, sind jedoch als Baukalk und für die
Herstellung von Kalksandsteinen und Gasbeton nicht ver
wendbar.
Ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des An
spruches 1 sowie eine Anlage gemäß dem Gattungsbe
griff des Anspruches 9 (wobei das mehrstufig vorge
wärmte feinkörnige Gut in einem Schwebegascalcinator
gebrannt wird) sind beispielsweise durch die
EP-B-1 79 208 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver
fahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1
sowie eine Anlage gemäß dem Gattungsbegriff des An
spruches 9 so auszubilden, daß die Produktqualität
vom höchstreaktiven Weichbrand bis zum reaktions
trägen Hartbrand stufenlos einstellbar ist und ein
über das gesamte Kornspektrum homogener Brenngrad
erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn
zeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 9 gelöst.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen
stand der Unteransprüche.
Durch die Calcinierung des feinkörnigen Gutes im
Schwebegascalcinator wird ein über das gesamte Korn
spektrum homogener Brenngrad erzielt. Indem nun er
findungsgemäß dieser Calcinierstufe eine Temperstufe
nachgeschaltet wird, bei der das Material etwa bei
Calciniertemperatur über einen definierten Zeitraum
zwischengelagert wird (wobei Verweildauer und Temper
temperatur den Erfordernissen des Produktes angepaßt
werden können), läßt sich die Produktqualität vom
höchstreaktiven Weichbrand bis zum reaktionsträgen
Hartbrand stufenlos einstellen.
Bei den der Erfindung zugrundeliegenden Versuchen hat
sich jedoch herausgestellt, daß eine Temperung von
feinkörnigem Gut unzweckmäßig ist, da das calcinierte,
feinkörnige Gut sehr schlechte Fließeigenschaften be
sitzt. So weisen Branntkalke im heißen Zustand ein so
ungünstiges Fließ- und Austragsverhalten auf, daß es
in einem zum Zwecke der Temperung verwendeten ein
fachen Lagerbehälter zu Kernfluß konmt, der die Ein
haltung definierter Lagerzeiten unmöglich macht.
Erfindungsgemäß erfolgt daher nach dem Brennen und
Zwischenkühlen des feinkörnigen Gutes zunächst eine
Heiß-Kompaktierung, bei der in einer Kompaktierstufe
mechanisch feste Agglomerate (Briketts oder Schülpen
bzw. Sticks) gebildet werden. Diese Agglomerate können
dann in einer Temperstufe in Form einer gasdurch
lässigen Schüttung während einer einstellbaren Zeit
bei einer erhöhten Temperatur gehalten werden, wobei
dieses grobstückige Material gute Fließ- und Austrags
eigenschaften besitzt, so daß die Einhaltung einer
gleichmäßigen, definierten Lagerzeit für das gesamte
Gut gewährleistet ist und betriebliche Störungen ver
mieden werden.
Ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Zeichnung
veranschaulicht.
Die Anlage enthält einen aus den Zyklonen 1, 2 und 3
bestehenden 3-stufigen Zyklonvorwärmer 4, dem ein
Schwebegascalcinator 5 nachgeschaltet ist, der im
unteren Bereich einen oder mehrere, vorzugsweise drei
Calcinierbrenner 6 enthält und
am Ende einer Gasleitung 7 einen Zyklon 8 aufweist.
Die Anlage enthält weiterhin einen Zyklon 9, der eine
erste Kühlstufe bildet und unmittelbar unter dem
Schwebegascalcinator 5 angeordnet ist.
Weiterhin ist eine Heißkompaktierstufe 10 vorgesehen,
die einen Aufgabeschacht 11, eine Zuführschnecke 12
und Kompaktierwalzen 13 enthält.
Der Heißkompaktierstufe 10 ist ein Sieb 14 nachge
schaltet.
Weiterhin enthält die Anlage eine Temperstufe 15, die
im wesentlichen als ein durch Brenner 16 beheizter
Schacht ausgebildet ist. Unter der Temperstufe 15
befindet sich eine zweite Kühlstufe 17.
Der zweiten Kühlstufe 17 ist ein Austragsgefäß 18,
ein Zwischenförderer 19 und ein Silo 20 nachgeschaltet.
Die Anlage enthält weiterhin eine Kühlluftquelle 21
sowie einen Entstaubungszyklon 22 für Kühlluft.
Dem Zyklonvorwärmer 4 ist ein Filter 23 nachgeschaltet,
vom dem eine Staubleitung 24 zu einer Gutleitung 25
führt, die den Gutaustrag des Zyklons 8 mit einer zum
Kühlzyklon 9 führenden Gasleitung 26 verbindet. Weite
re Staubleitungen 27, 28 führen vom Filter 23 zum
Schwebegascalcinator 5 bzw. zu der Gaseintrittsleitung
29 des Zyklons 3.
Die Funktion der in der Zeichnung veranschaulichten
Anlage ist erfindungsgemäß wie folgt:
Das feinkörnige Gut, beispielsweise Kalkstein, wird
dem Zyklonvorwärmer 4 durch eine Aufgabeeinrichtung 30
zugeführt. Es wird in dem Zyklonvorwärmer 4 mit den
heißen Abgasen des Schwebegascalcinators 5 getrocknet
und vorgewärmt und anschließend im Schwebegascalcinator
5 gebrannt. Das im Zyklon 8 abgeschiedene gebrannte
Gut wird dann im Zyklon 9, der die erste Kühlstufe
bildet, auf eine für die nachfolgende Heißkompaktierung
gewünschte Temperatur gekühlt.
Die Heißkompaktierung in der Heißkompaktierstufe 10
wird vorzugsweise bei einer Kaustertemperatur von
400 bis 600°C durchgeführt. In der Heißkompaktierstufe
10 wird das feinkörnige Calcinat zu Briketts oder
Schülpen verpreßt. Da nur mechanisch feste Agglomerate
in die nachfolgende Temperstufe 15 gelangen sollen,
wird das heißverpreßte Material beim Transport zur
Heißabsiebung 14 und bei der Heißabsiebung selbst
mechanisch stark beansprucht. Der abgesiebte Feinan
teil wird zur Brikettierung erneut in die Heißkompak
tierstufe 10 zurückgeführt.
Die in der Heißkompaktierstufe 10 gebildeten Agglo
merate werden der Temperstufe 15 zugeführt. Hier er
folgt die Aufheizung der Agglomerate auf die gewünschte
Temperatur über ringförmig am Schacht angebrachte Öl-,
Gas- oder Kohlebrenner 16 oder durch eine (nicht ver
anschaulichte) Heißgasringleitung.
Unterhalb der Temperstufe 15 befindet sich die Kühl
stufe 17, in der die Agglomerate mit Luft im Gegen
strom auf 60 bis 120°C gekühlt werden. Das gekühlte
Gut gelangt dann über das Austragsgefäß 18 und den
Zwischenförderer 19 in das Silo 20.
Die Heißgase, die nach Durchströmen der Gutschüttung
in der schachtförmigen Temperstufe 15 den Schacht ver
lassen, werden zusammen mit der hochtemperierten Kühl
luft aus der Kühlstufe 17 (die im Zyklon 22 zunächst
noch entstaubt wird) sowie zusammen mit der Kühlluft
des die erste Kühlstufe bildenden Zyklons 9 dem
Schwebegascalcinator 5 zugeführt. Auf diese Weise
kann eine sonst bei Schwebegascalcinatoren erforder
liche Brennkammer zur Vorwärmung der Verbrennungs
luft entfallen.
Wird Filterstaub aus der Feinkalkcalcinierung zusammen
mit dem Frischgut dem Schwebegascalcinator zugeführt,
so kann dieser Filterstaub die Fließeigenschaften des
feinkörnigen Aufgabegutes in erheblichem Maße ver
schlechtern. Schaukelt sich der Filterstaubkreislauf
gar auf, so kann der Betrieb durch Verstopfung von
Zyklonen und Gutleitungen erheblich gestört werden
oder ganz zum Erliegen kommen.
Bei der in der Zeichnung veranschaulichten erfindungs
gemäßen Anlage wird demgemäß im Filter 23 anfallender
Filterstaub, der bereits teilcalciniert ist, teil
weise oder vollständig dem aus dem Zyklon 8 ausgetrage
nen Kauster vor Eintritt in den Zyklon 9 der ersten
Kühlstufe zugemischt. Die Restcalcinierung des Filter
staubes erfolgt bei der Vermischung mit dem aus dem
Zyklon 8 ausgetragenen heißen Kauster sowie in der
nachfolgenden Temperstufe 15.
Aus wärmewirtschaftlichen Gründen kann es jedoch ange
zeigt sein, den im Filter 23 anfallenden Filterstaub
aufzuteilen, wobei ein Teil (Staubleitung 24) mit dem
Kauster (nach Zwischenkühlung im Zyklon 9) der Heiß
kompaktierstufe 10 zugeführt wird, während der andere
Teil (mengenmäßig so eingestellt, daß von ihm keine
Störeinflüsse auf den Anlagenbetrieb ausgehen) entweder
(Staubleitung 28) vor dem Zyklon 3 in den Zyklonvor
wärmer 1 oder (Staubleitung 27) direkt in den Schwebe
gascalcinator 5 geführt wird.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung diene folgendes
Ein dichter, diagenetisch stark verfestigter Kalkstein,
der in der Körnung kleiner 10 mm vorlag, wurde in
einem Hammerbrecher mit Stromsichter auf eine Korn
größe kleiner 2 mm zerkleinert. Der Anteil der Fein
fraktion unter 32 µm betrug 28%.
Der zerkleinerte Kalkstein wurde in einem Schwebegas
calcinator bei 1030°C Calciniertemperatur thermisch
behandelt. Das Produkt hatte einen Rest-CO2-Gehalt von
unter 2,1%, bei einem T60-Wert unter 30 s. Es wurde
versucht, durch Steigerung der Calciniertemperatur bis
auf 1150°C den T60-Wert zu erhöhen, d. h. die Reakti
vität des Produktes zu verringern. Bei dieser über
höhten Temperatur stieg der T60-Wert jedoch lediglich
auf ca. 120 s an. Da ein T60-Wert von 4-8 Minuten
angestrebt wurde, war das Ergebnis nicht zufrieden
stellend.
In dieser Versuchseinstellung wurde der Filterstaub
mit dem Aufgabegut in die Anlage zurückgeführt. Die
Filterstaubmenge stieg in den ersten 24 Stunden auf
20%, nach 48 Stunden bereits auf über 35% (bezogen
auf die Aufgabemenge). Durch den steigenden Filter
staubanteil in dem Aufgabegut stellte sich ein pul
sierender Materialfluß ein; bei ca. 35% Filterstaub
anteil traten in vertärktem Maße Anbackungen auf, so
daß die Anlage stillgesetzt werden mußte.
Hierbei wurde die Anlage nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren betrieben. Die Calcination wurde bei ca.
1000°C durchgeführt, wobei sich ein Rest-CO2-Gehalt
von 2,8% einstellte. Der T60-Wert des calcinierten
Gutes lag (wie bei Versuch 1) bei unter 30 s. Der
Kauster wurde in einem einstufigen Zyklonkühler auf
ca. 650°C abgekühlt und nachfolgend in einer Heiß
brikettierpresse zu mandelförmigen Briketts verpreßt.
Nach der Heißabsiebung gelangten die Briketts mit
ca. 450 bis 500°C in die schachtförmige Temperstufe.
Hier wurden sie mit Heißgasen, die über ringförmig
um den Schacht angeordnete Brenner erzeugt wurden,
auf ca. 1000°C aufgeheizt. Die Verweildauer in dieser
Temperstufe betrug für die Erwärmung auf 1000°C und
die folgende Temperung insgesamt ca. 35 Minuten. Nach
der Temperung wurden die Briketts im unteren Schacht
teil mit Luft auf ca. 80°C gekühlt. Die erwärmte
Kühlluft wurde unterhalb der Brennerebene über eine
Ringleitung abgesaugt und dem Calcinator als Verbren
nungsluft zugeführt.
Die Untersuchung der abgekühlten Briketts ergab einen
T60-Wert von 8 Minuten 35 s und einen Rest-CO2-Gehalt
von 0,45%.
In einer Versuchsvariante wurde die Durchlaufzeit
durch die Erwärmungs- und Temperzone auf 20 Minuten
verkürzt. Hierbei stellte sich ein T60-Wert von
5 Minuten 35 s und ein Rest-CO2-Gehalt von 0,7% ein.
Der Filterstaub des Schwebegascalcinators, dessen
Menge ca. 20% der Kalksteinaufgabe betrug, wurde vor
der Heißbrikettierung dem Kauster zugemischt. Diese
Maßnahme bewirkte einen konstanten, gleichmäßigen
Materialfluß durch den Schwebegascalcinator.
Claims (12)
1. Verfahren zur Wärmebehandlung von in feinkörniger
Form vorliegendem Gut, insbesondere zur Herstellung
von Branntkalk aus feinkörnigem Kalkstein, wobei
- a) das feinkörnige Gut zunächst im Wärmeaustausch mit den Abgasen eines Schwebegascalcinators (5) in einem mehrstufigen Zyklonvorwärmer (4) vorge wärmt,
- b) dann im Schwebegascalcinator (5) gebrannt
- c) und anschließend in einer ersten Kühlstufe gekühlt wird,
gekennzeichnet durch folgende, hieran anschließende
Verfahrensschritte:
- d) das in feinkörniger Form gebrannte und gekühlte Gut wird in einer Heißkompaktierstufe (10) im heißen Zustand zu mechanisch festen Agglomeraten kompaktiert;
- e) diese Agglomerate werden sodann in einer Temper stufe (15) in Form einer gasdurchlässigen Schüt tung während einer einstellbaren Zeit bei einer erhöhten Temperatur gehalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Temperatur in der Temperstufe (15) etwa
der Brenntemperatur im Schwebegascalcinator (5)
entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Agglomerate nach dem Kompaktieren einer
mechanischen Beanspruchung unterworfen werden und
der hierbei anfallende, vorzugsweise durch Heißab
siebung gewonnene Feinanteil in die Heißkompaktier
stufe (10) zurückgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Agglomerate nach der Temperstufe (15) eine
zweite Kühlstufe (17) durchsetzen.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die heißen Abgase der beheizten Temperstufe (15)
dem Schwebegascalcinator (5) zugeführt werden.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Abluft der ersten Kühlstufe
vollständig und die der zweiten Kühlstufe zumin
dest teilweise dem Schwebegascalcinator (5) zuge
führt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Abgase des
Zyklonvorwärmers (4) in einer Filterstufe entstaubt
werden, dadurch gekennzeichnet, daß der in der
Filterstufe anfallende Filterstaub wenigstens teil
weise dem im Schwebegascalcinator (5) gebrannten
Gut vor Eintritt dieses Gutes in die erste Kühl
stufe zugemischt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Teil des in der Filterstufe anfallenden
Filterstaubes einer Stufe, vorzugsweise der heiße
sten Stufe des Zyklonvorwärmers (4), oder direkt
dem Schwebegascalcinator (5) zugeführt wird.
9. Anlage zur Wärmebehandlung von in feinkörniger
Form vorliegendem Gut, insbesondere zur Herstellung
von Branntkalk aus feinkörnigem Kalkstein, ent
haltend
- a) einen mehrstufigen Zyklonvorwärmer (4) zur Vor wärmung des feinkörnigen Gutes mit den Abgasen eines Schwebegascalcinators (5),
- b) einen Schwebegascalcinator (5) zum Brennen des vorgewärmten Gutes,
- c) eine erste Kühlstufe zum Kühlen des gebrannten Gutes,
gekennzeichnet durch folgende weitere Anlagenteile:
- d) eine Heißkompaktierstufe (10) zur Erzeugung mechanisch fester Agglomerate aus dem gebrannten und gekühlten feinkörnigen Gut,
- e) eine als beheizter Schacht ausgebildete Temper stufe (15) zur Wärmebehandlung der in der Heiß kompaktierstufe (10) gebildeten Agglomerate.
10. Anlage nach Anspruch 9, enthaltend eine dem Zyklon
vorwärmer (4) nachgeschaltete Filterstufe zur Ent
staubung der Abgase des Vorwärmers, gekennzeichnet
durch Rohrleitungen und Stellorgane, durch die
wenigstens ein Teil des in der Filterstufe an
fallenden Filterstaubes wahlweise dem im Schwebe
gascalcinator (5) gebrannten Gut, dem vorgewärmten
Gut und/oder dem in einer Stufe des Vorwärmers be
findlichen Gut zugemischt werden kann.
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