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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
von Zementklinker, durch welches Zementrohmehl in einem Kalzinator kalziniert
wird, welcher einen oberen Bereich und einen unteren Bereich beinhaltet,
wobei Brennstoff, Verbrennungsgas, warme Luft und Rohmehl dem oberen
Bereich des Kalzinators zugeführt
und nach unten durch den Kalzinator geleitet werden, wobei das Verbrennungsgas
und das Rohmehl dem Kalzinator tangential zugeführt werden und unter Rotation einem
spiralförmigen
Weg folgen und wobei das Rohmehl unter der Wirkung der Gewichtskraft
hauptsächlich
abwärts
entlang der Wand des Kalzinators geleitet wird. Weiterhin bezieht
sich die Erfindung auf eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Eine
Anlage des obenerwähnten
Typs zur Herstellung von Zement ist aus der Literatur wohlbekannt.
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Aus
US Patent Nr. 4014641 und WO 97/30003 ist beispielsweise eine Ofenanlage
vom Typ SLC-D (Separate Line Calcinator Downdraft) bekannt. Dieser
Anlagentyp beinhaltet einen Kalzinator in Form einer Kammer, die
an ihrem unteren Ende mit einem Steigkanal für Gas verbunden ist, der außerdem mit
dem Abzugsende des Ofens für
Emissionsgase in Verbindung steht. Weiterhin ist aus dem internationalen
Patentantrag Nr. PCT/IB01/01296 eine Ofenanlage des Typs ILC-D (In
Line Calcinator Downdraft) bekannt, bei welcher der Kalzinator im wesentlichen
aus einer großen
Kammer besteht. Ein gemeinsames Merkmal der beiden Anlagentypen
ist, dass ein Großteil
des Brennstoffs, welcher in dem Kalzinator verbraucht wird, an dem
oberen Teil des Kalzinators axial eingespritzt wird. Vorgewärmte Luft aus
dem Klinkerkühler
und vorgewärmtes
Rohmehl werden dem oberen Teil des Kalzinators tangential zugeführt. In
der Ofenanlage vom Typ ILC-D werden die Emissionsgase aus dem Ofen
ebenfalls tangential in den oberen Teil des Kalzinators geleitet,
bezeichnenderweise an einer Stelle über dem Punkt, an welchem die
vorgewärmte
Luft eingelassen wird, um eine NOx-Reduktionszone
an dem höchsten
Teil des Kalzinators zu schaffen. So wird bei beiden Anlagentypen
der Brennstoff hauptsächlich
in einem Bereich um die Kalzinatorachse verbrannt, während das
Rohmehl und die Verbrennungsluft, bedingt durch die tangentiale
Art ihrer Zuleitung, entlang einem spiralförmigen Weg nach unten durch
den Kalzinator fließen;
dadurch wird das Rohmehl in Richtung der Kalzinatorwand gedrängt, was
bewirkt, dass es unter dem Einfluss der Gewichtskraft der Wand entlang
hinabrutscht. Infolgedessen schützt
das Rohmehl wirkungsvoll die Auskleidung in dem Kalzinator, während gleichzeitig
der Kalzinierungsprozess vonstatten geht. Die Vorteile dieser bekannten
Anlagentypen bestehen darin, dass Brennstoffe mit einem niedrigen Gehalt
an flüchtigen
Bestandteilen verwendbar sind und die Bildung von NOx auf
einem verhältnismäßig niedrigen
Niveau liegt. Als erheblicher Nachteil derartiger Ofenanlagen erweist
sich jedoch, dass eine optimale Kalzinierung des vom Kalzinator
ausgegebenen Rohmehls noch nicht erreicht wurde. Ferner können die
Emissionsgase, welche den Kalzinator verlassen, nicht verbrannten
Brennstoff enthalten, der größtenteils
in Form von CO auftritt; dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass
die Verbrennungsluft mit dem Brennstoff nicht in dem Maße vermischt wird,
das erforderlich ist, um über
dem gesamten Querschnittbereich des Kalzinators den notwendigen Luftüberschuss
zu schaffen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, sowohl ein Verfahren
als auch eine Anlage zur Herstellung von Zement zu bieten, durch
welche sich die Möglichkeit
eröffnet,
nicht nur eine hohe Effizienz bei der Rohmehlkalzinierung, sondern
auch bei der Brennstoffverbrennung in dem Kalzinator zu erzielen.
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Dies
wird durch ein Verfahren jener Art erreicht, welche in der Einführung erwähnt und
dadurch gekennzeichnet ist, dass die Rotation des Verbrennungsgases
in zumindest dem unteren Bereich des Kalzinators einer Bremswirkung
unterliegt und dass ungefähr
gleichzeitig oder aufeinanderfolgend wenigstens etwas von dem Verbrennungsgas
und wenigstens etwas von dem Rohmehl in dem unteren Bereich des
Kalzinators in Richtung der Kalzinatorachse geleitet wird.
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Hierdurch
wird eine Verbesserung der Effizienz bei der Rohmehlkalzinierung
und bei der Brennstoffverbrennung in dem Kalzinator erzielt. Dies
ist durch die Tatsache bedingt, dass das Rohmehl und die Sauerstoff
enthaltende Luft, welche der Kalzinatorwand am nächsten sind, wirkungsvoller
mit den wärmeren
Emissionsgasen und dem Brennstoff vermischt werden, welche sich
in dem mittleren Bereich des Kalzinators befinden, was bedeutet,
dass das Rohmehl ein größeres Maß an Wärme von
den Emissionsgasen absorbiert und der Brennstoff ausbrennt, wenn
er mit der Sauerstoff enthaltenden Luft in Kontakt gebracht wird.
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Die
Anlage zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
gehört
zu jenem Typ, welcher einen im wesentlichen rotationssymmetrischen
Kalzinator mit einem oberen Bereich und einem unteren Bereich beinhaltet,
besagter Kalzinator enthält
Mittel zur Zuführung
von Brennstoff in den oberen Bereich des Kalzinators und Mittel
zur tangentialen Zuführung
von Verbrennungsgas und Rohmehl in den oberen Bereich des Kalzinators
und ist dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest in dem unteren
Bereich des Kalzinators Mittel zum Bremsen der Rotation des Verbrennungsgases
umfasst und Mittel enthält,
um ungefähr
gleichzeitig oder aufeinanderfolgend mindestens etwas von dem Verbrennungsgas
und mindestens etwas von dem Rohmehl in dem unteren Bereich des
Kalzinators in Richtung der Kalzinatorachse umzuleiten.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beinhalten
diese Mittel eine Anzahl innerer Bauteile, welche mit vertikalen
Seitenflächen
und einer geneigten oberen Fläche
geformt sind. Sowohl die vertikalen Seitenflächen als auch die geneigten
oberen Flächen
sind im wesentlichen eben, um jedwede Reinigung derselben von außen zu erleichtern.
Die inneren Bauteile können
die Form rechtwinkliger Kreisausschnitte besitzen. In einem besonders
bevorzugten Ausführungsbeispiel
enthält
die Anlage vier innere Bauteile, die zwischen einander einen kreuzförmigen freien
Raum bilden.
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Zusätzliche
Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten
Beschreibung und aus den Zeichnungen hervor.
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Im
Folgenden wird die Erfindung in weiteren Einzelheiten und unter
Bezugnahme, auf die Zeichnungen erläutert, bei denen
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1 eine
Anlage vom Typ ILC-D zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zeigt,
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2 eine
Anlage vom Typ SLC-D zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt,
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3 einen
Querschnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kalzinators
zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zeigt und
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4 einen
Längsschnitt
entlang der Linie A-A durch einen in 3 dargestellten
Ausschnitt des Kalzinators zeigt.
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1 zeigt
eine Ofenanlage vom Typ ILC-D zur Herstellung von Zementklinker.
Diese Anlage beinhaltet einen Zyklonvorwärmer, von welchem lediglich
der letzte Zyklon 1 dargestellt ist, einen Kalzinator 3 mit
Abscheidezyklon 4, einen Drehofen 5 und einen
Klinkerkühler 7.
Weiterhin umfasst die Anlage einen Ofensteigkanal 9, um
die Emissionsgase des Ofens zu dem Kalzinator 3 zu leiten,
und einen Kanal 11, um vorgewärmte Luft von dem Klinkerkühler 7 zu dem
Kalzinator 3 zu führen.
Vorgewärmtes
Rohmehl wird von dem Vorwärmer
in dem Zyklon 1 getrennt und zu dem Kalzinator 3 geleitet,
in welchem es kalziniert wird. Danach wird das kalzinierte Rohmehl
von dem unteren Ausgang des Abscheidezyklons 4 mittels
eines Kanals 8 zu dem Drehofen 5 durchgeleitet, wo
es zu Zementklinker gebrannt wird, der anschließend in dem Klinkerkühler 7 gekühlt wird.
Die Emissionsgase aus dem Drehofen 5 und dem Kalzinator 3 werden
mittels eines schematisch dargestellten Gebläses 6 aus dem Kalzinator 3 durch
den Zyklon 4 und dann aufwärts durch den Vorwärmer gesaugt.
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In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
wird Brennstoff dem Kalzinator 3 mittels eines Brenners 13 zugeführt, der
so angeordnet ist, dass die Brennstoffzugabe an der oberen Seite
des Kalzinators 3 axial erfolgt, während die Emissionsgase aus
dem Drehofen 5 mittels eines Einlasskanals 15 eingelassen
werden, welcher diese tangential in den oberen Bereich 3a des
Kalzinators abgibt. Deshalb erfolgt die Verbrennung des Brennstoffs,
welcher in den Kalzinator 3 mittels des Brenners 13 gegeben
wird, anfänglich
in einer Atmosphäre,
die aus Emissionsgasen des Ofens mit einem niedrigen Sauerstoffgehalt besteht.
Dies führt
zu der Erzeugung einer Reduktionszone, in welcher NOx,
das zusammen mit den Emissionsgasen des Ofens zugeführt wird,
eine Reaktion mit dem Brennstoff eingeht, wodurch der NOx Level gesenkt wird.
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An
einem weiter unten am Kalzinator gelegenen Punkt, der sich nach
einer Reduktionszone von zweckdienlicher Länge befindet, wird vorgewärmte Luft
aus dem Klinkerkühler 7 mittels
des Kanals 11 zugeführt,
welcher diese tangential in den Kalzinator 3 ablasst. Der
Hauptteil des vorgewärmten
Rohmehls aus dem Vorwärmer
wird, wie anhand des Pfeils veranschaulicht, zusammen mit der Luft
aus dem Kühler
in den Kalzinator 3 eingelassen. Aufgrund des tangentialen
Einlassverfahrens fließt
das heterogene Feingemisch aus Kühlluft/Rohmehl
nach unten durch die nachfolgende Ausbrennzone, indem es einem spiralförmigen Weg
folgt; dadurch wird das Rohmehl in Richtung der Wand des Kalzinators
ausgesondert, wo es daraufhin unter der Wirkung der Gewichtskraft
entlang der Kalzinatorwand hinabrutscht, während die Luft aus dem Klinkerkühler die Flamme
in dem Mittelteil des Kalzinators umhüllt, so dass sie sich allmählich mit
dem heterogenen Feingemisch aus Emissionsgas/Brennstoff mischt.
Infolgedessen ist die Rohmehlmenge in dem Mittelteil der Ausbrennzone
des Kalzinators ziemlich gering, was bedeutet, dass sich eine hohe
Temperatur und demzufolge eine hochgradige Ausbrennung des Brennstoffs
erzielen lässt,
selbst wenn Brennstoffe mit einem niedrigen Gehalt flüchtiger
Bestandteile verwendet werden. Das Rohmehl, welches entlang der
Kalzinatorwand hinabrutscht, wird durch die Ansammlung der Wärme aus
der zentralen Ausbrennzone des Kalzinators kalziniert und dient
so als ein Wärmeschild,
welcher die Kalzinatorwand gegen die hohen Temperaturen schützt, die
in der Ausbrennzone herrschen.
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In
dem unteren Bereich 3b des Kalzinators wird das Rohmehl
in dem nach unten geleiteten Strom von Emissionsgasen fein verteilt,
was zu weiterer Kalzinierung des Rohmehls und einer Temperatursenkung
der Emissionsgase führt.
Das heterogene Feingemisch aus Emissionsgasen/Rohmehl wird anschließend mittels
eines Übergangsabschnitts 3c zu
dem Abscheidezyklon 4 geleitet, in welchem das Rohmehl
von den Emissionsgasen getrennt wird, bevor es zu dem Drehofen 5 mittels
des unteren Ausgangs des Zyklons 4 geleitet wird.
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Um
die Temperatur in der Ausbrennzone zu kontrollieren und eine gleichzeitige
Verringerung der Temperatur der Emissionsgase bei ihrer Abgabe aus dem
Kalzinator zu gewährleisten,
kann eine kleinere Menge vorgewärmtes
Rohmehl in den unteren Bereich 3b des Kalzinators oder
in den Übergangsabschnitt 3c gegeben
werden, wie anhand des gepunkteten Pfeils ersichtlich ist. Weiterhin
kann eine geringe Menge vorgewärmtes
Rohmehl aus dem Vorwärmer
dem Strom aus Emissionsgasen des Ofens zugeführt werden, unmittelbar nachdem
dieser von dem Drehofen 5 abgegeben wurde, wie anhand des gepunkteten
Pfeils verdeutlicht wird. Infolgedessen senkt sich die Temperatur
der Emissionsgase des Ofens, wodurch die Möglichkeit verringert wird,
dass in dem Kanal 9 Probleme durch Anbacken entstehen. Aufgrund
seiner katalytischen Wirkung bedingt dieses Rohmehl außerdem eine
weitere Senkung des NOx-Levels in dem Kalzinator 3.
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2 zeigt
eine Ofenanlage vom Typ SLC-D zur Herstellung von Zementklinker.
Diese Anlage beinhaltet ebenfalls einen Zyklonvorwärmer, von
welchem lediglich der letzte Zyklon 1 dargestellt ist,
einen Kalzinator 23 mit einem oberen Bereich 23a und einem
unteren Bereich 23b, einen Drehofen 5 und einen
Klinkerkühler 7.
Weiterhin umfasst die Anlage einen Kanal 11 zur Beförderung
vorgewärmter
Luft aus dem Klinkerkühler 7 zu
dem Kalzinator 23. Vorgewärmtes Rohmehl wird von dem
Vorwärmer
in dem Zyklon 1 getrennt und zusammen mit der Luft aus dem
Klinkerkühler 7 zu
dem Kalzinator 23 geleitet, in welchem es kalziniert wird.
Das heterogene Feingemisch aus Rohmehl und Gas wird dann in einen Steigkanal 29 für Gas gegeben,
wo es mit den Emissionsgasen aus dem Drehofen 5 gemischt
wird. Darauf wird das vermengte heterogene Feingemisch zu einem
Abscheidezyklon 4 geleitet, von wo das kalzinierte Rohmehl
mittels eines Kanals 8 zu dem Drehofen 5 geführt wird,
in welchem es zu Zementklinker gebrannt wird, der anschließend in
dem Klinkerkühler 7 gekühlt wird.
Die Emissionsgase aus dem Drehofen 5 und dem Kalzinator 23 werden
mittels eines schematisch dargestellten Gebläses 6 durch den Zyklon 4 und
dann hinauf durch den Vorwärmer
gesaugt.
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In
dem dargelegten Beispiel wird Brennstoff in den oberen Bereich 23a des
Kalzinators 23 mittels eines Brenners 13 gegeben,
der so eingepasst ist, dass Brennstoff dem oberen Teil des Kalzinators 23 axial
zugeführt
wird, während
vorgewärmte
Luft aus dem Klinkerkühler 7 mittels
des Kanals 11 eingelassen wird, welcher diese tangential
in den oberen Bereich 23a des Kalzinators 23 ablässt. Wie
anhand des Pfeils dargestellt, wird der Hauptteil des vorgewärmten Rohmehls
aus dem Vorwärmer
in den Kalzinator 23 eingelassen, und zwar zusammen mit
der Luft aus dem Kühler.
Ebenso wie bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
fließt
das heterogene Feingemisch aus Kühlluft
und Rohmehl aufgrund des tangentialen Einlassverfahrens abwärts durch
den Kalzinator 23, indem es einem spiralförmigen Weg
folgt; dadurch wird das Rohmehl in Richtung der Wand des Kalzinators
ausgesondert, wo es dann entlang der Kalzinatorwand unter der Wirkung der
Gewichtskraft hinabrutscht, während
die Luft aus dem Klinkerkühler
die Flamme in dem Mittelteil des Kalzinators umhüllt, so dass sie sich allmählich mit dem
Brennstoff vermischt. Infolgedessen ist die Rohmehlmenge in dem
mittleren Teil der Ausbrennzone des Kalzinators ziemlich gering,
was bedeutet, dass sich eine hohe Temperatur und somit eine hochgradige
Ausbrennung des Brennstoffs erzielen lässt. Das Rohmehl, welches entlang
der Kalzinatorwand hinabrutscht, wird durch Ansammlung der Wärme aus der
zentralen Ausbrennzone des Kalzinators kalziniert und dient so als
ein Wärmeschild,
welcher die Kalzinatorwand gegen die hohen Temperaturen schützt, die
in der Ausbrennzone herrschen.
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Aus
dem unteren Bereich 23b des Kalzinators 23 wird
das heterogene Feingemisch aus kalziniertem Rohmehl und Gas anschließend dem
Steigkanal 29 für
Gas zugeführt,
wo es mit den Emissionsgasen aus dem Drehofen 5 gemischt
wird. In dem Gaskanal 29 kann die Kalzinierung von nicht
vollständig
kalziniertem Rohmehl abgeschlossen werden, und auch Brennstoff lässt sich
mittels eines nicht dargestellten Brenners zuführen. Wie zuvor erwähnt, wird
das vermengte heterogene Feingemisch dann zu dem Abscheidezyklon 4 geleitet,
von welchem das kalzinierte Rohmehl mittels des Kanals 8 zu
dem Drehofen 5 geführt
wird.
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Die
in den 1 und 2 dargestellten Anlagen enthalten
jeweils eine Mischeinheit 10 zur Verbesserung sowohl des
Grads der Rohmehlkalzinierung als auch der Ausbrennungseffizienz
des Brennstoffs in dem Kalzinator 3, 23. Diese
Mischeinheit 10 ist in den unteren Bereich 3b, 23b des
Kalzinators 3, 23 eingebaut, und zwar in jenen
Bereich, welcher in den 1 und 2 mittels
eines gepunkteten Kreises schematisch gekennzeichnet ist. Die Einheit 10 ist
so geformt, dass ihre Hauptfunktion darin besteht, die Rotation
der Emissionsgase in dem unteren Bereich 3b, 23b des
Kalzinators 3, 23 zu bremsen, und ihre Nebenfunktion
verlangt, das Verbrennungsgas und das Rohmehl gleichzeitig oder
aufeinanderfolgend in Richtung der Achse des Kalzinators 3, 23 zu leiten.
Daraus ergibt sich eine erheblich verbesserte Vermischung des Rohmehls
und des Sauerstoff enthaltenden Luftstroms, welche sich der Kalzinatorwand
am nächsten
konzentrieren, mit den heißeren Emissionsgasen
und dem Brennstoff in dem zentralen Bereich des Kalzinators, welche
das Rohmehl in die Lage versetzt, eine größere Wärmemenge von den Emissionsgaen
zu absorbieren, und welche einen höheren Ausbrennungsgrad des
Brennstoffs bei Kontakt mit der Sauerstoff enthaltenden Luft gewährleistet.
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3 und 4 zeigen
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Mischeinheit 10, welche in dem erfindungsgemäßen Kalzinator 3, 23 eingebaut ist.
Aus 3 geht hervor, dass die Mischeinheit 10 vier
interne Bauteile 31 beinhaltet, die identisch als rechtwinklige
Kreisausschnitte geformt sind und zwischen einander einen freien
Raum mit der Form eines Kreuzes bilden. Die inneren Bauteile sind,
wie 4 am anschaulichsten darstellt, mit vertikalen Seitenflächen 33 und
einer geneigten oberen Fläche 35 geformt.
Gefertigt sind die Bauteile 31 aus Metall, das durch eine
innere Verkleidung geschützt
ist. Die Seitenflächen 33 bremsen
die Rotation des Gasstroms wirkungsvoll, während die oberen Flächen 35 sowohl
das Gas als auch Rohmehl in Richtung der Achse des Kalzinators befördern, wodurch
zwangsläufig
eine größere Mischeffizienz
gewährleistet
ist.