DE69117096T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Klinker aus mineralischen Rohmaterialien - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Klinker aus mineralischen Rohmaterialien, z.B. Zementklinker, umfassend im wesentlichen die Beseitigung von Fluoriden, Schwefel und Alkalien (Kalium, Natrium) in einer Ofenanlage, in der die Rohmaterialien vorgewärmt, ggf. vorkalziniert und dann gebrannt und zu Klinker im eigentlichen Ofen gesintert werden, und während dieses Prozesses ist es erwünscht, den Anteil schädlicher Verbindungen, wie Chloriden und Alkalien im hergestellten Produkt zu reduzieren oder den Anteil solcher Verbindungen, die in der Anlage umlaufen und dadurch Prozeßnachteile verursachen, zu reduzieren.
• Das US-Patent No. 3,365,521 offenbart z.B. eine Ofenanlage für die Herstellung von Klinker, die aus einem Drehofen mit einer mehrstufigen Suspensions- Vorwärmeinrichtung des Zyklontyps und einer vor dem Ofen angeschlossenen Vorkalzinierungsstufe besteht, um CO&sub2; aus dem behandelten Rohmaterialien zu entfernen, wobei eine Kühlstufe nach dem Ofen angeschlossen ist, um das behandelte Produkt zu kühlen. Die Rohmaterialien werden im Gegenstrom in der Suspensions- Vorwärmeinrichtung durch die heißen Rauchgase des Ofens und/oder der Vorkalzinierungsstufe vorgewärmt, wobei die Rauchgase dadurch durch Wärmeaustausch mit den Rohmaterialien gekühlt werden, bevor die Gase zu einem Rauchgasfilter geleitet werden, bevor sie an die Atmosphäre abgegeben werden.
• Im allgemeinen enthalten die verwendeten Materialien schwankende, jedoch häufig sehr beträchtliche Mengen leicht verdampfbarer Verbindungen, wie Chlor, Schwefel, Kalium und Natrium, die für das eigentliche Produkt und den Herstellungsprozeß schädlich sind. In einer üblichen Ofenanlage des o.e. Typs werden solche Verbindungen, selbst, wenn ein Hauptteil davon aus dem Klinker während des Sinterungsprozesses verdampft, bei der Kondensation während des Durchgangs der Rauchgase nach oben bis zur Vorwärmeinrichtung oder der Vorkalzinierungsstufe wiedergewonnen und dann zusammen mit den zugesetzten Rohmaterialien zum Ofen zurückgeleitet. Somit nimmt der Chlorid- und Alkalianteil während des Herstellungsprozesses zu, bis ein kritischer Wert der ausgefällten Verbindungen erreicht wird, was zu der Gefahr führt, daß diese Verbindungen sich als Blockierungen und Beläge in den Steigrohren, den Ausfällzyklonen und der Rauchkammer des Ofens ablagern.
• Wie ebenfalls in der zuvor erwähnten US-Patentbeschreibung offenbart ist, kann die Anlage mit einem Bypass versehen sein, um den zuvor erwähnten Nachteilen entgegenzuwirken, so daß ein Teil der Ofenrauchgase von der Vorwärmeinrichtung und der Vorkalzinierungsstufe abgeleitet wird und in ein gesondertes Filter gelangt. Ein Bypass für 5 - 10 % der Rauchgase ist normalerweise ausreichend, um den Anteil von Chlorverbindungen oder Chloriden im Rauchgas zu verringern, während eine Verringerung der restlichen Teile flüchtiger Komponenten (z.B. Schwefel, Kalium, Natrium) einen Bypass für 30 - 60 % der Rauchgasmenge erfordert. Der Bypass gem. dieser Patentbeschreibung beseitigt Chlorid aus dem Ofensystem durch Abschrecken oder Kühlen des im Bypass geführten Rauchgases mit Luft, so daß die Chloride zur Kondensation und danach zum Ausfällen zusammen mit dem Materialstaub, der im Rauchgas enthalten ist, in einem gesonderten Bypassfilter veranlaßt und dann aus dem Prozeß entfernt werden. Die Methode gem. der US-Patentbeschreibung hat jedoch den Nachteil, daß solch eine Anlage zwei Filter erfordert, das Hauptfilter und das Bypass-Filter, und daß der im Bypass-Filter ausgefällte Materialstaub vollständig aus dem Prozeß zusammen mit den schädlichen, nicht kondensierten Chloriden entfernt werden muß, ohne die Wiederverwendung des Materialstaubs im Prozeß in wirtschaftlicher Weise zu ermöglichen, und dadurch die Betriebswirtschaftlichkeit der Anlage zu verbessern.
• Die GB-PS No. 1,319,180 offenbart eine Ofenanlage mit einem Bypass ohne ein gesondertes Bypassfilter, bei der das im Bypass geführte Gas direkt in das Primärfilter gefordert und darin zusammen mit dem staubbeladenen Rauchgas aus der Vorwärmeinrichtung gereinigt wird. Der Bypass enthält eine Zyklon-Ausfällstufe zum Ausfällen großer Materialpartikel mit unwesentlichem Chlorid- und Alkalianteil zur Wiederverwendung im Prozeß, während der gesamte Materialstaub, der im Hauptfilter ausgefällt wird, aus dem Prozeß infolge seiner Anteile von Chloriden und Alkalien abgeleitet werden muß, deren schädliche Wirkungen dessen Wiederverwendung verhindern. Somit wird der Vorteil der Verwendung nur eines einzigen Filters in diesem Typ von Anlage durch den Nachteil kompensiert, daß der gesamte, im Hauptfilter aus dem Prozeß ausgefällte Staub vollständig beseitigt werden muß.
• Die dänische Patentanmeldung No. 2483/86 (entspr. der EP-Anmeldung No. 0 209 961) offenbart eine Bypass-Installation in einer Ofenanlage ebenfalls mit nur einem einzigen Filter, jedoch ist dieser Bypass auf die Behandlung nur von Rauchgas aus dem Klinkerbrennvorgang begrenzt, das einen relativ unwesentlichen Anteil zusätzlichen Chlorids (0,015 bis 0,1 Gew-%) hat.
• Die Beschreibungen der US-Patente No. 3,212,764 und 3,288,450 offenbaren Beispiele von Ofenanlagen, die mit einem Bypass für einen Teil des Rauchgases versehen sind, wobei der Bypass einen Ausfällzyklon zum Ausfällen von Alkalien aus dem Rauchgas enthält, und der Filterstaub aus dem Filter der Ofenanlage zum Ausfällzyklon des Bypasses als Kühlmittel geleitet wird, so daß die Alkalidämpfe in diesem Zyklon zur Kondensation aus den Staubpartikeln veranlaßt werden, die danach ausgefällt und aus dem Prozeß vollkommen ausgeschieden werden. Das Verfahren gem. diesen Patentbeschreibungen erfordert die Kondensation der Alkalien aus den Staubpartikeln bei einer Temperatur von 500 - 700º C, wobei die Kühlung, die mittels des umgewälzten Filterstaubes oder durch Zufügen anderen, feinkörnigen Materials erreicht wird, relativ unwesentlich ist. Somit erweist es sich in der Praxis als schwierig, eine ausreichende Querschnittsgröße des Ausfällzyklons durch diese Methode zu erreichen, um eine effektive Alkalireinigung des Rauchs sicherzustellen.
• Die französische Patentschrift No. 2,127,665 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Klinker, bei einem Teil des Rauchgases im Bypass geführt und im heißen Zustand in einen Reaktorbehälter befördert wird, indem feine Wassertropfen im Behälter von oben versprüht werden. Bei diesem Prozeß besteht die Absicht, Chlorid- und Alkalidampf auf der Oberfläche der Wassertropen auszufällen und Partikel zu bilden, die auf den Boden des Behälters fallen, von wo sie gesammelt werden können, während das gereinigte Gas zusammen mit dem verdampften Wasser zum Primärgas- Reinigungsfilter transportiert wird. Praktische Experimente haben gezeigt, daß dieser Prozeß nicht zu zufriedenstellenden Ergebnissen führt. Der Wirkungsgrad hinsichtlich der Beseitigung von Chlorid und Alkali aus dem Gas ist zu niedrig, was vermutlich auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß der Oberflächenbereich der Wassertropfen für diesen Zweck nicht ausreicht. Außerdem ist das vom Boden des Reaktors aufgesammelte Produkt voluminös und enthält ein Chlorid- und Alkaligemisch zusammen mit Wasser und Ofenbeschickungsmaterial. Die Beseitigung und Entsorgung dieses Produkts verursacht erhebliche Kosten.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur verbesserten Behandlung von im Bypass geführtem Rauchgas aus einer Ofenanlage zu schaffen, um die o.e. Nachteile zu beseitigen, und die es ermöglichen, ausgefällten Staub aus dem Hauptfilter des Ofens sowie aus der Behandlung des Bypass-Rauchgases wieder zu verwenden.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren des im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Typs gelöst, das durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs angegebenen Merkmale charakterisiert ist.
• Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist im Anspruch 2 angegeben. Außerdem wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in der im Anspruch 6 angegebenen Vorrichtung gelöst.
• Die vorliegende Erfindung ist insbesondere darin von Vorteil, daß das im Bypass geführte Rauchgas während seiner Behandlung in einem Bypass-Reaktor, z.B. des Gassuspensions-Absorptionstyps befeuchtet wird, so daß es durch eine große Menge befeuchteter Artikel und unter Ausnutzung dieser Partikel ermöglicht wird, um Chloride und Alkalien zu veranlassen, sich auf diesen Partikeln abzulagern und zusammen mit diesen durch den Reaktor transportiert zu werden, wobei die Alkalien und die Salze so auf den Oberflächen der feuchten Partikel gelöst und dann durch die Verdampfung des Wassers im Reaktor bei einer Reaktortemperatur von über 150º C veranlaßt werden, als Salz- oder Staubpartikel im Reaktorrauchgas auszufallen. Die Partikel werden dann aus dem Rauchgas im nachfolgenden Separator ausgefällt, um die Gefahr von Ablagerungen und damit Blockierungen oder Belägen auf benachbarten Anlagenteilen zu verringern.
• Der vom Bypassreaktor ausgefällte Materialstaub kann dann vor der Abgabe aus dem Prozeß umgewältzt werden. 90 - 95 % der Chloride und Alkalien, die in dem im Bypass geführten Rauchgas enthalten sind, werden im Bypass ausgefällt, wobei das im Bypass geführte Rauchgas, das dann dem Primärfilter der Anlage zugeführt wird, somit nahezu vollkommen von schädlichen Verbindungen gereinigt ist, was es ermöglicht, im Ofensystem den gesamten, im Hauptfilter ausgefällten Materialstaub wiederzuverwenden, wobei der Staub einer Vorheizstufe in bekannter Weise zusammen mit zugegebenen Rohmaterialien zugesetzt wird. Außerdem kann die Filterinstallation einer Ofenanlage, die einen wesentlichen Teil der Gesamtanlageninvestitionen bilden, aufgrund der derzeitigen Rauchgasreinigungsvorschriften und Betriebs- und Steuerapparatur auf ein einziges Filter, nämlich das Hauptfilter reduziert werden.
• Der unvermeidbar größere Gesamtkalorienverbrauch der Anlage bei Verwendung eines Bypass gem. der Erfindung wird teilweise durch ein günstiges Endprodukt infolge dessen besserer Qualität (geringer Alkalianteil), und teilweise durch die Reduzierung der Gefahr von Anlagenstops infolge von Blockierungen freiliegender Teile der Anlage ausgeglichen.
• Die Erfindung wird detaillierter nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die schematisch und ohne Einschränkung ein Beispiel einer Drehofenanlage zeigt, die eine Vorkalzinierungsstufe hat und mit einer Bypass-Installation gem. der Erfindung ausgestattet ist.
• Rohmaterialien werden der Anlage bei 9 zugeführt, im Gegenstrom durch Rauchgas aus einem Drehofen 1 in einer Zyklon-Vorwärmstufe vorgewärmt, die aus Zyklonen 6, 7 und 8 und zugehörigen Steigrohren 15, 16 und 17 und Materialleitungen 12, 13 und 14 besteht, in einer Suspensions-Vorkalzinierungsstufe 4 vorkalziniert, aus denen Rauchgas in einem Zyklonseparator 5 ausgefällt und die zum Ofen 1 als vorgewärmtes und vorkalziniertes Rohmaterial über eine Leitung 11 geleitet werden. Verbrennungsluft wird der Vorkalzinierungsstufe 4 teilweise als Ofenrauchgas über ein Ofensteigrohr 2, und teilweise als verbrauchte Kühlluft über eine Leitung 3 vom Materialkühler (nicht gezeigt), der nach dem Ofen 1 angeschlossen ist, transportiert. Der Vorkalzinierungsstufe wird bei 34 Brennstoff zugeführt. Die Ofen- und Vorkalzinierungs-Rauchgase werden durch die Vorwärmstufe durch ein Gebläse 10 abgesaugt und durch die Leitung 18 einem Filter 31 zugeführt, z.B. einem Elektrofilter, in dem die Rauchgase vom mitgeführten Materialstaub gereinigt werden, der durch einen Auslaß 33 und ggf. Homogenisierungsbehälter (nicht gezeigt) abgegeben und zur Ofenanlage zur erneuten Behandlung dahin zusammen mit dem bei 9 eingeleiteten Rohmaterialien wiederverwendet wird. Gereinigtes Rauchgas wird in die Atmosphäre aus dem Filter 31 über ein Gebläse und einen Schacht 32 abgegeben. Das Ofensteigrohr 2 ist mit der Bypass-Installation 20 - 30 zum Ableiten eines Teils des Ofenrauchgases aus der Vorkalzinierungsstufe und der Vorwärmstufe zum Filter 31 versehen. Nach dem Abschrecken mittels umgewälzten, gekühlten Bypass-Staubs, der über einem Förderer 28 eingeleitet wird, und mittels umgewälzten, gekühlten Rauchgases, das über eine Leitung 22 in eine Abschreck- oder Mischkammer 21 eingeleitet wird, die in der Bypassleitung 20 montiert ist, wird das Rauchgas zu einem zylindrischen Reaktor 23 mit einem konischen Boden und einem zentralen Einlaß für Rauchgas tranportiert. Gleichzeitig mit der Zufuhr von Rauchgas in den Reaktor 23 wird Wasser in diesen über eine Düse 24 um den oder nahe dem Boden des Reaktros injiziert. Das Abschreckmittel zur Umwälzung von gekühltem Staub- und Rauchgas bewirkt, daß sich Salze einschließlich Fluoriden im Rauchgas kondensieren und verfestigen, so daß deren Verstopfungswirkung vor der Behandlung im Reaktor beseitigt wird, und die Einleitung von Wasser durch die Düse 24 bewirkt eine Dispersion des Wassers auf den Staubpartikeln und damit eine Verdampfung des Wassers im Reaktor aus diesen Partikeln, wodurch die Rauchgastemperatur im Reaktor weiter auf etwa 150º C abgesenkt wird. Salze und die Staubpartikel, die mit dem Rauchgas eingeführt werden, werden auf den Oberflächen der befeuchteten, umgewälzten Staubpartikel gefangen, so daß diese Partikel der Größe nach wachsen und nach oben durch den Reaktor 23 bei der Verdampfung des Wassers transportiert werden. Diese Partikel werden dann aus dem Rauchgas in einem Separator 25, der nach dem Reaktor 23 angeschlossen ist, ausgefällt, und die ausgefällten Partikel werden aus dem Separator 25 dann in einen Behälter 26 gefördert, um zum Reaktor 23 entweder über einen Förderer 28 oder zu einer Mischkammer 21 über eine Leitung 28' zurückgeleitet zu werden, oder werden aus dem Prozeß über einen Auslaß 27 ausgeschieden. Aufgrund eines Gebläses 30 wird dann gereinigtes Bypass- Rauchgas durch eine Leitung 29 zu einem Filter 31 zur Endreinigung des letzten Materialstaub-Feinrückstandes zusammen mit der Reinigung des Rauchgases aus der Vorheizstufe transportiert. Mittels eines Drosselventils 34 in der Leitung 29 und über die Leitung 22 kann ein Teil des gereinigten, gekühlten Bypass-Rauchgases zur Mischkammer 21 umgewälzt werden, um darin als Kühlmittel für das im Bypass geführte Rauchgas vom Ofen 1 verwendet zu werden.
• Berechnungen zeigen, daß die Zunahme der Betriebskosten einer Bypass-Installationsanlage gem. der Erfindung insoweit mäßig ist, als die Zunahme hauptsächlich auf einem Anstieg des Verbrauchs an Elektroenergie für das Gebläse 30 zurückzuführen ist, und daß der Druckverlust über dem Reaktor 30 und dem Separator 25 auf 100 bis 200 mmWc begrenzt werden kann, was nur geringfügig mehr als der Druckverlust über einem üblichen Kühlturm ist, der gem. der Erfindung durch diese Teile der Bypass-Installation ersetzt wird.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von Klinker aus mineralischen Rohmaterialien, beispielsweise Zementklinker, wobei das genannte Verfahren umfaßt

Vorwärmung der Rohmaterialien durch Förderung durch einen Schwebegasvorwärmer (6, 7, 8) in Gegenstrom zum heilen Rauchgas,

Brennen und Sintern der vorgewärmten Rohmaterialien in einem Ofen (1) zur Bildung von Klinker,

Kühlung des aus dem Ofen ausgetragenen Klinkers in einem Kühler,

Reinigung des aus dem Vorwärmer abgezogenen Rauchgases durch Förderung durch ein Rauchgasreinigungsfilter (31),

Umleitung eines Teils des aus dem Ofen abgezogenen Rauchgases und Förderung durch einen Rauchgasbeipass (20-30) der zur wesentlichen Beseitigung von Chloriden, Schwefel und Alkali aus dem Rauchgas und zur Förderung des Rauchgases ohne die beseitigten Bestandteile zum Rauchgasreinigungsfilter angepaßt ist,

dadurch gekennzeichnet,

dar der Teil des durch den Beipass geförderten Rauchgases mit gekühltem Staub oder Partikeln in einer Mischkammer (21) behandelt und das behandelte Gas zu einem Reaktor (23) in welchen Wasser eingespritzt wird, gefördert wird, um die Rauchgastemperatur auf ungefähr 150ºC zu senken,

wobei im Reaktor gebildete Naßpartikel an ihren Oberflächen die Alkalien und Salze auflösen und nach der Verdampfung des Wassers im Reaktor abgeschiedene Salz-/Staubpartikel bilden, die im Reaktor nach oben gefördert werden,

daß das Rauchgas mit den abgeschiedenen Salz-/Staubpartikeln beseitigt und in einen Abscheider gefördert wird in dem der Hauptanteil dieser Partikel vom Rauchgas abgeschieden wird,

daß das Rauchgas vom Abscheider zum Rauchgasreinigungsfilter gefördert,

und ein Teil der Partikel vom Abscheider zur Mischkammer rezirkuliert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Rauchgases welches im Beipass gereinigt und gekühlt wird nachdem es den Beipassabscheider (25) durchlaufen hat zur Abschreckstufe (21) des Beipasses als Kühlluft für das Beipassrauchgas vom Ofen rezirkuliert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rezirkulation des gereinigten und gekühlten Beipassgases mittels eines in der Rohrleitung zwischen dem Abscheider und dem Rauchgasfilter angebrachten Drosselventils (34) geregelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Beipassrauchgas mittels rezirkuliertem, gekühltem Staub und Rauchgas abgeschreckt wird, um die Chloride enthaltenden Salze vor der Behandlung mit Wasser im Reaktor zum kondensieren und erstarren zu bringen.

5. Verfahren nach jeden beliebigen Ansprüchen von 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Partikel vom Abscheider in den Reaktor rezirkuliert wird.

6. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach jeden beliebigen Ansprüchen von 1 bis 5 zu dem Zweck der wesentlichen Beseitigung von Chloriden, Schwefel und Alkalien aus dem Beipassrauchgas, gekennzeichnet durch den genannten Beipass umfassend

eine angeschlossene Mischkammer (21) zur Aufnahme des umgeleiteten Teils des Ofenrauchgases und Aufnahme der rezirkulierten, gekühlten Partikel,

einen angeschlossenen Reaktor (23) zur Aufnahme von Gas mit Schwebepartikeln von der Mischkammer und mit mindestens einer Wassereinspritzdüse versehen,

einen angeschlossenem Abscheider (25) zur Aufnahme von Gas mit Schwebepartikeln vom Reaktor, angepaßt für die Abscheidung eines Hauptanteils der Partikel aus dem Gas und angeschlossen, um das abgeschiedene Gas zum Rauchgasfilter zu fördern,

einen Behälter, angepaßt für die Aufnahme von Partikein, die vom Abscheider ausgetragen werden und von wo die Partikel aus dem Prozeß ausgetragen werden können,

und Mittel (28') für die Rezirkulation eines Teils der aus dem Abscheider ausgetragenen Partikel zur Mischkammer.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (22, 34) zur Rezirkulation gekühlten, gereinigten Beipassrauchgases als Kühlluft zur Mischkammer (21) umfaßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Drosselventilmittel (34) zur Regelung der Rezirkulation des gekühlten, gereinigten Rauchgases zur Mischkammer (21) umfaßt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gegennzeichnet, daß sie Mittel zur Rezirkulation eines Teils der vom Abscheider ausgetragenen Partikel zum Reaktor umfaßt.

10. Vorrichtung nach jeden beliebigen Ansprüchen von 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor als ein zylindrischer Behälter mit einem konischen Boden mit einem Zentraleinlaß darin für Ofenrauchgas ausgelegt ist.