DE4315212C2 - Verfahren zur Herstellung von Zementklinker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zementklinker.

Beim bekannten Brennen von Zementrohmehl zu Zementklinker im Trockenverfahren im kurzen Drehrohrofen wird die fühlbare Wärme der Ofenabgase dazu genutzt, das feinkörnige Aufgabegut in einem Vorwärmer aufzuheizen und teilweise zu calci­ nieren. Solange die Temperatur dieser Abgase über etwa 850°C liegt, wird die freiwerdende Wärme zum Calcinieren des Gutes genutzt. Bei geringerer Temperatur kann die fühlbare Wärme nur noch zur Vorwärmung des Aufgabegutes bzw. zur Dehydration von tonigen Anteilen dieses Gutes genutzt werden. Zum Aufheizen des Zementrohmehls und zur Dehydration der tonigen Bestandteile des Gutes ist jedoch meist eine geringere Wärmemenge erforderlich als bei der Abkühlung des etwa 850°C heißen Abgases freigesetzt werden kann. Die überschüssige Wärme des Gases wirkt sich in einer relativ hohen Abgastemperatur des Vorwär­ mers aus. So beträgt diese beispielsweise bei einer 4-stufigen Zyklon-Vorwär­ meranlage ca. 320-360°C. Unter Anwendung der verschiedenen Vorcalcinier-Verfah­ ren, damit verbundener relativ kürzerer Drehrohröfen, dem Einsatz von 5-6 stufi­ gen Zyklonvorwärmern sowie modernsten Klinkerkühlern werden heute mit derarti­ gen Anlagen je nach Art und Aufbereitung des Brenngutes und des Brennstoffes spezifische Brennstoffbedarfe von ca. 2930-3140 kJ/kg Klinker gleich etwa 700-750kcal/kg Klinker erreicht. Im Bestreben nach Senkung des Abgasverlustes wird offensichtlich der lange Zeit übliche 4-stufige heute vom 5-6 stufigem Zyklonvorwärmer abgelöst. Die Einführung der Vorcalcinierung verändert die Verfahrenstechnik der Klinker-Herstellung maßgeblich. Sie gestaltet gegenüber Anlagen ohne diese die Ofen-Dimensionierung günstiger und entlastet die wärme­ technische Beanspruchung des Ofenfutters.

Wie aus der ZKG-10/89, S. 510-514 bekannt ist, wurden mit einem 2-Stufen-Calcina­ tor in Versuchen Vorcalcinierraten von ca. 98% bei Temperaturen unterhalb 850°C erreicht. In den beiden Calcinierstufen werden etwa 50% und ca. 20% (Summe = ca. 70%), im Drehofen nur ca. 30% des Gesamt-Brennstoffs verfeuert. Der hohe Calzinierungsgrad wurde erreicht ohne Erhöhung der Temperatur des Ofen-Auf­ gabegutes, aber bei Verlängerung der Verweilzeit um das Doppelte im Durchgang durch die beiden Calcinationsstufen.

Durch die DE-OS 24 51 115 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gas- und Materialführung mit Verbrennungsluft-Vorwärmung im Sintergut-Kühler und Ausnutzung des Abgaswärmegehalts zum Vorwärmen des Materials bekannt, wobei diese so ausgbildet sind, daß man mit möglichst einfachen Mitteln eine größere Betriebsverläßlichkeit und eine leichtere Regulierung bei geringerem Verbrauch an Energie erzielt. Die Rohmehl-Aufgabe erfolgt verzweigt auf 2 Vorwärm-Stufen, und das Gut wird weiter über eine Calcinationsstufe in den Drehrohrofen geführt.

Allen Vorwärm-Verfahren, ob ohne oder mit Vorcalcinierung, ist nachteilig gemein:

• - Im Wärmetauscher oder der Vorcalcinierung findet keine restlose Entsäuerung statt, obwohl gelegentlich hohe Vorcalcinierraten erreicht werden. Die Rest-Ent­ säuerung erfolgt deshalb stets im Drehrohrofen oder einer sonstigen Sinter- Einrichtung vor Beginn des Sinter-Prozesses.
• - Das Drehrohrofen-Abgas bei Vorcalcinier-Anlagen wird bei unterschiedlichen Brennstoff-Eingaben im Ofenkopf, die unteren Werte liegen bei etwa 30%, hochtem­ periert in die Vorcalcinierung geführt. In Ausnahmefällen, z. B. für eine Alkali- Absenkung, wird das Drehrohrofen-Abgas oder ein Teilstrom hiervon über einen Bypass, am Wärmetauscher vorbei, aus dem Gesamt-System abgezogen.

Mit der Vorcalcinierung steigen die Abgastemperatur und damit der Abgasverlust gegenüber einer Drehrohrofen-Anlage ohne Vorcalcinierung geringfügig an, und mit der Erhöhung der Stufen-Anzahl und des damit zusammenhängendem Druckverlu­ stes wird auch der spezifische elektrische Arbeitsbedarf größer. Das Problem, Nutzung der überschüssigen Wärme bei der Vorwärmung von Zementrohmehl, wird durch die bekannten Vorcalcinier-Verfahren nicht gelöst, es wird hierdurch keine Brennstoffwärme eingespart. Im Gegenteil, manche Anlage hätte einen höheren spezifischen Wärmebedarf, wäre nicht gleichzeitig auch der Durchsatz gestiegen. Es ist nach dem Gegenstand der DE-OS 24 51 115 nicht sicher ge­ stellt, daß durch die beiden, aus den Vorwärmstufen in die Kalzinierstufe führenden, kaum thermisch gleich aufbereiteten Gutströme ein fast vollständig entsäuertes und thermisch homogenes Gesamtgut erzeugt und dem Drehrohrofen aufgegeben werden kann und eine wirksame Regelung der Rohmehl-Dosierung und Aufteilung der beiden Gutströme sowie der Brennstoff-Eingaben zur Herabsetzung des Verbrauchs an Energie realisierbar ist.

Bei allen Vorcalcinier-Verfahren mit Bypass für Ofenabgase erhöht sich gegen­ über dem Betrieb ohne Bypass-Anteil der Wärmeverbrauch, z B. im Falle des 2-Stu­ fen-Calcinators bei 100% Bypass-Anteil um ca. 90 kcal/kg Klinker. Auch dieses Brennsystem kann die anfallende überschüssige Wärme innerhalb seines Systems nicht besser nutzen als andere Vorcalcinier-Verfahren.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Brennverfahren zu schaffen, um die bisherigen spezifischen Bedarfswerte für den Brennstoff, den Wärmebedarf sowie für den elektrischen Arbeitsaufwand zu reduzieren und diesbezügliche Steuerungs-und Regelungsaufgaben zu vereinfachen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird das gesamte Rohmehl unverzweigt in den Dehydrator und hieraus in den nachgeschalteten Calcinator geführt. Das Gut aus dem Calcinator gelangt unter Gasabschluß in den Einlauf des Drehrrohrofens. Die Calcinierung im Calcinator erfolgt bis zur vollständigen Entsäuerung unabhängig vom Abgas des Drehrohrofens. Die Feuerung am Calcinator besteht aus einem oder mehreren Brennern und erhitzt das Gut auf eine Temperatur unterhalb der Schmelzphase. Mit der vollständigen Calcinierung des Rohmehls entfällt für die weitere Behandlung im Drehrohrofen, nämlich für die Klinkerbildung, nicht nur jeder weitere theoretische Wärmeaufwand, sondern es werden im Drehrohrofen durch exotherme Reaktion 100 kcal = 420 kJ je kg Klinker frei, die bei verlustfreiem, idealem Wärmeprozeß ausreichen, das entsäuerte Drehrohrofen-Augabegut bis nahe an die Sintertemperatur aufzuheizen.

Diese erfindungsgemäße Lösung nähert sich stark dem idealen Wärmeprozeß, denn die Brennstoff-Eingabe bei (5) braucht infolge des während der Sinterung ablaufenden exothermen Prozesses nur die geringe noch erforderliche Rest-Wärmemenge zur Erreichung der Sintertem­ peratur des Aufgabegutes im Drehrohrofen-Einlauf sowie die im Drehrohrofen anfallenden Wandverluste abzudecken. Die Brennsoff-Eingabe bei (5) und das Drehrohrofen-Abgas verringern sich dabei bis an die Grenze der für den Prozeß mindestens erforderlichen spezifischen Wärme- und Abgasmenge. Der Wärmeinhalt dieses hochtemperierten Gases ist aber durch die Minimierung des spezifischen Volumens gering und für eine gemeinsame Nutzung mit der über die Calcinator- Brennstoff-Eingabe eingebrachten Wärme in der Endstufe der Calcination unbe­ deutend. Mit einer Nutzung würden sich aber die Bedingungen für eine optimale Regelung und Dosierung der beiden Brennstoff-Eingaben verschlechtern. Für eine wirkungsvolle Nutzung der sich aus der vollständigen Calcinierung im Calcinator und dem minimierten Drehrohrofen-Abgas ergebenden Vorteile wird deshalb das Abgas unter Umgehung des Calcinators in den Dehydrator geführt. Die Gase können den Calcinator und den Dehydrator in beliebigen Richtungen durchströmen.

Diese Vorrichtungen können, wie auch in den anliegenden Zeichnungen gezeigt, ein- oder mehrstufige Wärmetauscher und von vertikaler oder eine Vorrichtung von horizontaler, rotierender Konstruktion mit niedrigem Druckverlust und längerer Verweilzeit sein. Das gebrannte Gut verläßt als Zementklinker den Drehrohrofen und wird über den Kühler ausgetragen. Die Brennstoff-Eingaben erfolgen an zwei verschiedenen Stellen, u. zw. in dem Ofenkopf des Drehrohrofens in der Brennstoff-Eingabe (5) und im Calcinator in der Brennstoff-Eingabe (6). Die Abgase des Drehrohrofens werden über den Dehydrator vom Ventilator für das Calcinator/Dehydrator-Abgas abgezogen.

Das Abgas des Calcinators wird in den Dehydrator bei (9) mit dem über die Heißgasleitung (23) geführtem Ofen-Abgas hier eingeleitet und die beiden Abgase miteinander vermischt. Bei Erfordernis kann ein beliebiger Teilstrom des Drehrohrofen-Abgases auch in den Dehydrator bei (10) oder der Stelle etwa gleicher Temperaturen der beiden Abgase "Drehrohrofen" und "Calcinator" zuge­ führt werden. Durch die getrennten Verfahrensgänge wie Sintern im Drehrohr­ ofen und Entsäuerung im Calcinator und den damit erfaßbaren Werten für Tem­ peratur und Menge des den Calcinator verlassenden und in den Drehrohrofen einlaufenden Gutes sowie der kurzen Regelstrecke sind die jeweils benötigten Brennstoff-Mengen für die Eingaben (5) u. (6) bestimmt und damit bedarfsgerecht dosierbar.

Mit den hohen Material-Eintritts-Temperaturen in den Drehrohrofen, kurz vor Beginn der Schmelzphase, werden der theoretische Brennstoffbedarf (Eingabe im Ofenkopf) auf das Minimum (kleiner 30%), die Drehrohrofen-Abgasmenge optimal gesenkt und es erhöht sich die spez. Ofenleistung, bezogen auf das Ofen-Volumen. Der Drehrohrofen kannn hierdurch kleiner dimensioniert werden. Mit dem optimal abgesenkten Drehrohrofen-Abgas, bezogen auf eine Brennstoff-Eingabe in (5) mit kleiner 30% bis etwa 10%, reduziert sich auch entscheidend der Wärmeverlust für den Teil-Bypass durch das Umgehen des Calcinators. Dieser Wärmeverlust, bei geringem Gasvolumen mit hoher Temperatur, wird als Wärmeeinnahme zur Nutzung dem Dehydrator zugeführt. Im Dehydrator und Calcinator sind jeweils am Gasaustritt Entstaubungen angeordnet. Diese inneren Entstaubungen verhindern u. a. das Vermischen der unterschiedlich aufbereiteten Stäube.

Über die im Ausgang des Calcinators befindliche innere Entstaubung kann bei alkali-reichen Rohmehlen alkali-angereicherter Staub zur Senkung des Alkali- Gehalts aus dem System beim Alkali-Staubaustritt abgezogen werden.

Durch die Senkung des spez. Wärmebedarfs verringert sich die Abgasmenge, durch die kleinere Ofen-Dimensionierung und Minderung der Abgasmengen die erforder­ lichen Ofen- und Ventilator-Antriebsleistungen, beides reduziert somit auch den spez. elektrischen Arbeitsbedarf.

Der spez. Wärmebedarf wird noch durch die verbesserte Einstellmöglichkeit der Luftüberschußzahl und den verringerten Strahlungsverlust wegen der gerin­ geren Mantelfläche des Drehrohrofens reduziert. Zusätzlich wird über das Be­ treiben der Feuerungen mit optimalen Luftüberschußzahlen auch das Einbringen von Stickstoff über die Verbrennungsluft minimiert.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist in den anliegenden Zeichnungen schematisch gezeigt und in Zusammenhang mit den darin gezeigten Ausführungsbeispielen nachstehend näher beschrieben.

Die Fig. 1-4 zeigen vier Beispiele von Anlagen zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens, die sich nur durch die Anordnung des Dehydrators 2 und des Calcinators 3 und deren Konstruktion unterscheiden. In allen Figuren sind gleich markiert: der Gutstrom durch Strich mit einem Pfeil die Gasströme *gestrichelt*, die Luft-Führungen *strich-punktiert* und die Staubleitungen *punktiert*.

Die in Fig. 1 veranschaulichte Anlage zur Herstellung von Zementklinker enhält einen Drehrohrofen 1 und einen Klinker-Kühler 4 und ist mit einem Dehydrator 2 sowie einem Calcinator 3 als Wärmetauscher versehen. Das Aufgabegut wird dem Dehydrator 2 zugeführt und aus diesem in den Calcinator 3 geleitet. Unter Gasabschluß wird das entsäuerte Gut in den Einlauf des Drehrohrofen 1 und in bekannter Weise aus- und in den Klinker-Kühler 4 eingetragen. Die Brenn­ stoffzufuhr erfolgt an der Brennstoff-Eingabe 5 sowie an der Brennstoff-Ein­ gabe 6. Das Drehrohrofen-Abgas wird dem Dehydrator 2 im Gaseintritt 9 oder im Gaseintritt oberer Dehydrator 10 oder beiden Gaseintrittsstellen 9 u. 10 in beliebig großen Teilströmen zugeführt. Es verläßt den Dehydrator 2 über die innere Entstaubung-Dehydrator 22, u. zw. entstaubt. Das Calcinator 3-Abgas wird vor dem Austritt durch die innere Entstaubung-Calcinator 21 entstaubt dem Dehydrator 2 zugeführt und hier mit dem Abgas des Drehrohrofens 1 aus dem Gaseintritt 9 oder und Gaseintritt 10 vermischt.

Die Wärmetauscher als Bauteile des Dehydrators 2 und des Calcinators 3 sind in vertikaler Bauweise angeordnet. Über den Alkali-Staubaustritt 12 können Alkalien aus dem System abgezogen werden.

Die Fig. 2 zeigt eine Anlage zur Herstellung von Zementklinker mit den glei­ chen Bauteilen wie die der Fig. 1, jedoch sind der Dehydrator 2 und der Calci­ nator 3 auf etwa gleicher Höhe angeordnet. Das Gut muß vom Gutaustritt des Dehydrators 2 auf den Guteintritt des Calcinators 3 angehoben werden.

Die Gut- und Gasführung sowie die Brennstoff-Eingaben bleiben unverändert.

Die Fig. 3 zeigt eine Anlage, in der der Dehydrator 2 ein horizontaler, rotie­ render Wärmetauscher und der Calcinator 3 ein Wärmetauscher vertikaler Bauart ist.

Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in welchem sowohl der Dehydrator 2 als auch der Calcinator 3 horizontale, rotierende Wärmetauscher sind.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung von Zementklinker,

• 1. bei dem Rohmehl unverzweigt über jeweils einen ein- oder mehrstufigen Dehydra­ tor-Wärmetauscher (2) und einen sich anschließenden Calcinator-Wärmetauscher (3) in den Einlauf eines Drehrohrofen (1) geführt, als erbrannter Zementklinker den Drehrohrofen (1) verläßt und über einen Kühler (4) ausgetragen wird,
• 2. wobei das Rohmehl im Calcinator (3) bei Temperaturen bis zu größer 1100°C vollständig calciniert und im Drehrohrofen nur noch gesintert wird,
• 3. das Abgas des Drehrohrofens unter Umgehung des Calcinators (3) direkt in den Dehydrator geführt wird,
• 4. und das Calcinatorabgas in den Dehydrator (2) geführt wird,
• 5. von wo aus Drehrohrofenabgas und Calcinatorabgas als Gesamtabgas aus dem Dehydrator abgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. das Calcinatorabgas über einen Gaseintritt (9) im Bereich des Gutaustritts des Dehydrators diesem zugeführt wird und
• 2. das Drehrohrofenabgas in zwei Teilströme aufgeteilt wird, von denen
  • 1. einer durch den Gaseintrittsbereich (9) in den Dehydrator einströmt
  • 2. und der andere Teilstrom des Ofenabgases oberhalb des Gutaustritts des Dehydrators durch einen Gaseintrittsbereich (10) in den Dehydrator einströmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. das Drehrohrofenabgas über den Gaseintritt (9) dem Dehydrator zugeführt wird und
• 2. das Calcinatorabgas in zwei Teilströme aufgeteilt wird, von denen
  • 1. einer durch den Gaseintrittsbereich (9) in den Dehydrator einströmt
  • 2. und der andere Teilstrom des Calcinatorabgases durch den Gaseintritts­ bereich (10) in den Dehydrator einströmt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dehydratorabgas und das Calcinatorabgas mittels in den Wärmetauschern befindlichen Entstaubungsvorrichtungen (21) und (22) entstaubt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Entstau­ bungen (21) und (22) abgetrennten Stäube dem jeweiligem Aggregat wieder zugeführt werden.