DE69217137T2 - Verfahren zur Herstellung von Zement-Klinker mit verbesserter Staubrückgewinnung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft die Erzeugung von Zementklinker. Insbesondere betrifft sie ein Verfahren, welches die Herstellung eines Klinkers guter Qualität mit geringem Geräteeinsatz und einer reduzierten Umweltverschmutzung ermöglicht.
• Die Herstellung von Klinker ist ein in der Industrie wohlbekanntes und weitgehend angewandtes Verfahren. Bezüglich einer allgemeinen Übersicht über den Stand der Technik auf diesem Gebiet wird beispielsweise auf die Ullmann-Enzyklopädie, englische Ausgabe, Band A5, Seite 489-537, insbesondere die Seiten 493 bis 502 betreffend die Klinkerherstellung und die Seiten 514 bis 515 betreffend die Probleme der Staubrückgewinnung, verwiesen. In diesem Dokument finden sich insbesondere Angaben über die Stufen der Vorwärmung, der eventuellen Vorkalzinierung, der Klinkerisierung (Kalzinierung) und der Abkühlung des Klinkers.
• Eines der Probleme, die in den letzten Jahren aufgetreten sind, betrifft die Ansammlung bestimmter Verunreinigungen, insbesondere chlorhaltiger Verbindungen. Die Anwesenheit von Chlor kann auf mehrere Quellen zurückzuführen sein, insbesondere den Brennstoff (zum Beispiel wenn Stadtmüll verbrannt wird) oder Zement-Rohstoffe.
• Es wird allgemein anerkannt, daß es, wenn der Chlorgehalt der Rohstoffe zur Herstellung des Klinkers einen Wert von 0,01 bis 0,02 Gew.-%, inbesondere 0,015 Gew.-%, überschreitet, unverzichtbar ist, einen Teil der Verbrennungsgase (Abgase) am Austritt des Vorkalzinierungsofens abzuführen, damit bei Berührung mit frischen Rohstoffen nur ein Teil dieser Gase, und zwar der nicht abgeführte Teil, in die Wärmeaustauscher gelangen kann. Auf diese Weise vermeidet man die Ansammlung von Chloriden und anderen Verunreinigungen in dem durch die Wärmeaustauscher strömenden Gas und die dabei anfallenden festen Ablagerungen, die diesen Wärmeaustausch behindern oder zumindest im Wirkungsgrad reduzieren könnten. Dieses Phänomen und Mittel zur Abhilfe (Abführung) wurden insbesondere in Zement-Kalk-Gips Nr. 3/1990, Seite 59-62 (englische Übersetzung der gleichen Zeitschrift Nr. 1/90, Seite 20-25) beschrieben.
• Es hat weitere Veröffentlichungen gegeben, insbesondere in Zement-Kalk-Gips, zum Beispiel in Nr. 8/1985, Seite 411-415, Nr. 11/1988, Seite 540-543.
• Die angewandte Technik besteht, ungeachtet der Herkunft des Chlors, gewöhnlich darin, daß ca. 1 bis 5 Vol.-% des Verbrennungsgases am Austritt des Klinkerisierungsofens entnommen werden, um den Abführstrom zu bilden. Dieser Strom, der eine hohe Temperatur von ca. 900-1100 ºC aufweist, wird mit kalter Luft verdünnt, um die Temperatur auf unter 600 ºC abzusenken, zum Beispiel unterhalb 450 ºC, was zur Kristallisation der Verunreinigungen führt, insbesondere der Chloride in Form von hygroskopischen Stauben geringer Dichte, die schneeähnlich aussehen: Dieser Staub wird vom Gas mit Hilfe von Trennvorrichtungen abgeschieden und im Hinblick auf verschiedene Verwendungszwecke oder sogar Zerstreuung einem Lager zugeführt.
• Die bisher vorgeschlagenen Mittel zur Behandlung des Ablaßstromes haben sich insbesondere wegen der Beschaffenheit und Konsistenz des Staubes als unbefriedigend erwiesen.
• So ist beispielsweise der Einsatz von Schlauchfiltern, die zur Einhaltung der Umweltschutznormen besonders wirkungsvoll sind, wegen der hygroskopischen Beschaffenheit des Staubes schwer realisierbar, der insbesondere bei Abschaltungen zur Reinigung oder aus anderen Gründen an den Schläuchen haftet, und dies kann sogar zur Zerstörung der Filter führen.
• In der Praxis können daher nur Elektrofilter verwendet werden. Der Einsatz von Zyklonen ist wenig wirkungsvoll und erlaubt keine ausreichende Abscheidung der Staube. Außerdem sind die an Schmutzstoffen reichsten Staube auch die feinsten Staube und sie werden von diesen Zyklonen nicht abgeschieden. Wird somit das Gas rückgeführt, nachdem nur die gröbsten Teilchen im genannten Wärmeaustauscher beseitigt wurden, gelangt ein erheblicher Teil der Schmutzstoffe wieder in den Kreislauf. Daher muß die Anlage überdimensioniert und das Ablaßvolumen erhöht werden, um eine annehmbare Chlorausscheidungsrate zu erzielen, wodurch sich die Menge der zu beseitigenden Staube und der Energieverbrauch der Anlage weiter erhöhen.
• Selbst wenn es gelingt, die Chloridstaube und andere Verunreinigungen aus dem Ablaßstrom auszufiltern, sieht man sich einem weiteren Problem gegenüber, nämlich dem Problem des Transports und der Lagerung der Staube. Diese entweichen, weil sie sehr leicht sind, wegen ihrer schneeartigen Konsistenz in erheblicher Menge aus den Fördereinrichtungen, sie lassen sich nur schwer lagern, erfordern erhebliche Lagervolumen und ihre stark hygroskopische Beschaffenheit bewirkt Verstopfungen an Geräten oder Leitungen.
• Somit bleibt ein Problem zu lösen, daß darin besteht, über ein Verfahren zur Behandlung des Ablaßstromes zu verfügen, bei dem die vorgenannten Schwierigkeiten wegfallen. Insbesondere wäre es wünschenswert, die Staube leichter aus dem Ablaßstrom ausfiltern und befördern zu können. Schließlich wäre es wünschenswert, für diese Staube einen Verwendungszweck zu finden.
• Die Probleme werden durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst, welches auf der überraschenden Beobachtung beruht, daß sich die Filtration des die Staube enthaltenden Ablaßstromes wesentlich einfacher gestaltet, wenn dieser Strom mit Klinkerstauben zusammengebracht wird, und insbesondere mit Stauben, die bei der Abkühlung (Abschreckhärtung) des Klinkers am Austritt des Klinkerisierungsofens mitgeführt werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein solches, bei dem man ein Partikelaufgabegemenge von Rohstoffen für Zement aufeinanderfolgend durch wenigstens einen Vorwärmungsbereich, wenigstens einen Klinkerisierungsbereich, wo das Aufgabegemenge sich in Klinker umwandelt, und wenigstens einen Bereich zur Kühlung des besagten Klinkers hindurchführt, man einen Brennstoff mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas in dem Klinkerisierungsbereich verbrennt, man die sich aus der Verbrennung im Gegenstrom des Partikelaufgabegemenges ergebenden heißen Rauche zuerst in dem Klinkerisierungsbereich und dann in dem Vorwärmungsbereich umlaufen läßt, man kalte Luft in den Kühlungsbereich in Berührung mit dem zu kühlenden Klinker sendet, man wenigstens einen Teil der von der besagten Berührung kommenden Heißluft in einen Entstaubungsbereich sendet, um den mitgerissenen Klinkerstaub rückzugewinnen, und man die entstehende entstaubte Luft abführt, man einen Teil der Rauche aus dem Klinkerisierungsbereich zusammen mit den Verunreinigungen, die sie enthalten, abzieht, um einen Ablaßstrom zu bilden, man den besagten (Ablaß)-Teil der heißen Rauche einer Abkühlung und einer Entstaubung unterwirft und man die entstaubten Rauche abführt, dadurch gekennzeichnet, daß man den Klinkerstaub mit wenigstens einem Teil des besagten Ablaßstromes nach der besagten Kühlung und vor der besagten Entstaubung vermischt.
• Um die erfindungsgemäßen Resultate optimal zu erzielen, ist es vorzuziehen, daß im zu filtrierenden Gas der Staubgehalt aus dem Klinker im Verhältnis zum Gesamtstaubgehalt (Klinkerstaub + Staub aus dem Ablaßgas) wenigstens 60 Gew.-%, zum Beispiel 60-99,5 Gew.-% und vorzugsweise 80-95 Gew.-%, beträgt.
• Es können mehrere Ausführungsarten vorgesehen werden. So kann zum Beispiel dem Ablaßstrom, der Verunreinigungsstaub, insbesondere chlorhaltige Verunreinigungen aus dem Klinkerisierungsofen, enthält, Klinkerstaub zugemischt werden, wie er beispielsweise in einem Filter anfällt. Vorzuziehen ist es jedoch, wenigstens einen Teil des Ablaßstromes, der Verunreinigungsstaub enthält, wenigstens einem Teil des Gasstromes aus der Abkühlung des Klinkers, der Klinkerstaub enthält, zuzumischen.
• Nach Zusatz des Klinkerstaubes kann der Ablaßstrom separat filtriert oder vorzugsweise mit dem Abgas aus der Kühlzone mit Klinkerluft, die Klinkerstaub enthält, vermischt werden.
• Einer der Vorteile des vorliegenden Verfahrens liegt in der Erzielung einer einfachen Filtration, wobei beispielsweise Schlauchfilter oder jede andere Art von Hochleistungsfilter verwendet werden können.
• Ein weiterer erzielter Vorteil besteht in der Möglichkeit, den Ablaßstrom, dem Klinkerstaube zugesetzt wurden, in herkömmlichen Wärmeaustauschern abzukühlen, insbesondere in Luft/Luft-Wärmeaustauschern, was bei dem Ablaßstrom allein wegen der Ablagerungen und Verstopfungen praktisch unmöglich ist. Das Vorhandensein von Klinkerstauben verhindert oder reduziert Ablagerungen.
• Nach einer vorzuziehenden Ausführungsform wird wenigstens ein Teil der Staubteilchen, die bei der Entstaubung des Ablaßstromes mit Zusatz von Klinkerstaub gesammelt werden, anschließend mit dem Klinker vermischt, und zwar vor oder nach dessen Zerkleinerung, wobei ein Verhältnis gewählt wird, welches sich mit den bei Zement einzuhaltenden Normen deckt.
• Damit erhält man einen Klinker, welcher in der Weise vorteilhaft modifiziert ist, daß die mit Chloriden und alkalischen Sulfaten angereicherten Staube das Reaktionsvermögen der Zemente verbessern, die anschließend durch Zerkleinerung dieses Klinkers entstehen. Somit ermöglicht der erzeugte Zement bei gleicher Mahlfeinheit beim Mörtel die Erzielung von Festigkeiten, die bei einem Tag und drei Tagen höher liegen.
• Bei einer anderen Ausführungsform enthält die Anlage einen Vorkalzinierungsbereich bekannter Art, der zwischen dem Vorwärmungsbereich und dem Klinkerisierungsbereich liegt. In diesem Falle zieht man es vor, den Gasablaßstrom zwischen dem Vorkalzinierungsbereich und dem Klinkerisierungsbereich (Kalzinierung) zu entnehmen.
• Der Gasablaßstrom stellt einen kleineren Anteil des von dem Klinkerisierungsbereich ausgehenden Gasstromes dar, zum Beispiel 0,5 bis 10 Vol.-%, vorzugsweise 1 bis 5 Vol.-%, dieses Stromes. Bekannt ist das Zumischen dieses Ablaßstromes zu einem Kaltluftstrom, wodurch er abgekühlt und die anschließende Entstaubung erleichtert wird.
• Die Erfindung wird besser verständlich und weitere Zwecke, Merkmale, Einzelheiten und Vorteile derselben ergeben sich deutlicher aus der nachfolgenden erläuternden Beschreibung, in der auf die beigefügten Schemazeichnungen Bezug genommen wird, welche ausschließlich als Beispiel beigefügt werden, um mehrere Ausführungsarten der Erfindung zu veranschaulichen, und die folgendes darstellen:
• Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel.
• Figur 2 ist ein Teilprozeßschema einer Ausführungsart der Entnahme des Ablaßstromes.
• Die in Figur 1 dargestellte Anlage enthält einen Hauptklinkerisierungsofen 1 mit einem Brenner 2, einem Vorwärmungsbereich 4, einer Zuführleitung 6 für den Rohstoff, einem ersten Entstauber 7, der, wenn gewünscht, den Kamin 8 versorgt, einem wahlfreien Vorkalzinierungsofen 9, einem Abkühlungs- oder Klinkerhärtungsbereich 10 und einem zweiten Entstauber 11. Nicht dargestellt sind die übrigen Wärmeaustauscher, die von bekannter Art sind und die Zuführung der verschiedenen Materialströme bei normaler und bekannter Betriebstemperatur jedes einzelnen Apparates ermöglichen.
• Gemäß der Erfindung wird ein Teil des aus dem Klinkerisierungsbereich austretenden Gases durch die Leitung 12 abgeführt und durch einen Kaltluftstrom 13 gehärtet. Das bei einer Innentemperatur von 450 ºC anfallende Gasgemisch wird durch das Gebläse 26 in die Leitung 18 gesaugt und vereinigt sich am Eintritt des Entstaubers 11 mit dem Anteil 15 des Luftstromes 14, der zur Abkühlung des Klinkers im Bereich 10 eingesetzt und nicht als Verbrennungsluft zum Ofen oder zum Vorkalzinierungsofen oder als Trockenluft verwertet wurde. Das entstaubte Gas wird über die Leitung 16 entweder zur Weiterverwertung oder zur Abführung durch den Kamin 17 abgeleitet und die Staube werden über die Leitung 24 abgeführt.
• Die dosierten Rohstoffe für die Zementherstellung treten durch die Beschickungseinrichtung 6 in die Anlage ein; im Wärmeaustauscher 4 werden sie durch die Rauchgase des Ofens 1 und des Vorkalzinierungsofens 9 vorgewärmt; die vorgewärmten Stoffe werden im Vorkalzinierungsofen 9 vorgebrannt und werden über die Rauchkammer 3 dem Ofen 1 zugeleitet. Die aus dem Ofen 1 austretenden Gase, welche mit Chloriden und alkalischen Sulfaten belastete Staube sowie kondensierbare Dämpfe enthalten, werden in der Rauchkammer 3 rückgewonnen, von wo aus ein kleinerer Teil zur Ablaßleitung 12 und ein größerer Teil durch die Leitung 27 zum Vorkalzinierungsofen 9 und dann durch die Leitung 28 zum Wärmeaustauscher 4 gelangt. Die gesamten abgekühlten Rauchgase verlassen den Vorwärmer durch die Leitung 21 und gelangen mittels des Gebläses 25 zum Filter 7. Die entstaubten Rauchgase werden dem Kamin 8 zugeleitet und die Staube werden durch die Leitung 22 abgeführt.
• Am Austritt des Ofens 1 durchläuft der Klinker mit hoher Temperatur den von der Leitung 14 mit Luft versorgten Härtungsbereich 10. Anschließend wird er durch die Leitung 23 ausgetragen. Vorteilhafterweise erhält er die Staube vom Entstauber 11 durch die Leitung 24. Bei einer vorzuziehenden Ausführungsart (Figur 2) erfolgt zunächst eine Teilentstaubung des Ablaßstromes 18, zum Beispiel im Zyklon 29, die groben Staube werden zum Vorwärmer 4, zum Vorkalzinierungsofen 9 oder zum Ofen 1 rückgeführt (zum Beispiel 20 bis 80 Gew.-% der gesamten Staube aus dem Ablaßstrom) und zum Entstauber 11 wird (Gebläse 25) nur der Gasstrom rückgeführt, der die feinsten Staube (zum Beispiel 80 bis 20 Gew.-% der Gesamtstaube aus dem Ablaßstrom) mit sich führt, welche gewöhnlich den höchsten Chlorgehalt aufweisen. In diesem Falle werden die Klinkerteilchen dem letzteren Luftstrom zugesetzt.
• Als detailliertes Beispiel an einer Klinkerbrennstraße mit einem Vorwärmer mit fünf Zyklonstufen hat der zugeführte Rohstoff folgende Zusammensetzung:
• Der für das Brennen verwendete Brennstoff führt folgende ergänzende Schadstoffe zu:
• Der Klinker hat folgende Zusammensetzung:
• Die Anlage ist mit einem Ablaß ausgerüstet, an dem je Tonne Klinker 8 kg Staube abgezogen werden, deren Zusammensetzung folgende ist:
• Im Rohzustand haben diese Staube eine Dichte von weniger als 0,4 kg/m³ und können infolge von Wölbungserscheinungen nicht mit einer Zellradschleuse verarbeitet werden. Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Teil des bei 380 ºC aus dem Hauptstrom entnommenen Ablaßstromes durch Zusatz von mit Klinkerstaub belasteter Luft auf 250 ºC abgekühlt.
• Nach Abkühlung in einem Luft/Luft-Wärmeaustauscher werden die anfallenden Rauchgase in einem Schlauchfilter geringer Abmessung (600 m³/h) filtriert (bei 120 ºC).
• Der mit rückgewonnenem Klinkerstaub vermischte Ablaßstaub hat eine Dichte von 0,90 und läßt sich in einer Zellradschleuse leicht verarbeiten.
• Im übrigen stellt die Entleerung des Schlauchfilters trotz seiner geringen Größe kein besonderes Problem dar. Das Verhältnis der Verdünnung der Ablaßstaube durch die Klinkerstaube ist 1:7 (Chlorgehalt der Mischstaube: 0,56 %).
• Nach Zerkleinerung eines Gemenges aus 95 % Klinker - 5 % Gips (Vergleichsmuster) und eines Gemenges von 90 % Klinker - 5,5 % Mischstaub (Klinker + Ablaßmaterial) - 4,5 % Gips bei 3500 cm²/g erzielt man folgende Ergebnisse mit normalisierten Mörtelproben.
• Die wichtigsten, mit der Erfindung erzielten Vorteile sind, neben den bereits genannten, geringere Anlagenkosten, die Möglichkeit zum Einsatz leistungsstarker Filter bei hygroskopischem Staub, die Verwertung der chlorhaltigen Staube, insbesondere durch Vermengung mit den Klinkerstauben und vorzugsweise auch durch Mischung des Klinkers selbst, die leichte Reinigung der Kreisläufe und die Möglichkeit zur Unterbrechung des Ablaßvorganges ohne Schwierigkeiten für die Filter.
• In obiger Beschreibung wurden bestimmte Vorrichtungen nicht erwähnt, die in den meisten Zementerzeugungsanlagen üblicherweise vorhanden sind, wie zum Beispiel Mahl- und Mischvorrichtungen für Rohstoffe, der Zusatz von Additiven, die "Entleerung" von alkalischen Stoffen, Klinkermühlen, Lagersilos usw.
• Die Systeme zur Abscheidung von Stauben, die in Gas mitgeführt werden, sind bekannt und schließen insbesondere Zyklone, Elektrofilter, Schlauchfilter (Sackfilter) oder Kiesfilter ein.

Claims (12)

1. Verfahren zur Erzeugung von Zementklinker, bei welchem man ein Partikelaufgabegemenge von Rohstoffen für Zement aufeinanderfolgend durch wenigstens einen Vorwärmungsbereich, wenigstens einen Klinkerisierungsbereich, wo das Aufgabegemenge sich in Klinker umwandelt, und wenigstens einen Bereich zur Kühlung des besagten Klinkers hindurchführt, man einen Brennstoff mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas in dem Klinkerisierungsbereich verbrennt, man die sich aus der Verbrennung im Gegenstrom des Partikelaufgabegemenges ergebenden heißen Rauche zuerst in dem Klinkerisierungsbereich und dann in dem Vorwärmungsbereich umlaufen läßt, man kalte Luft in den Kühlungsbereich in Berührung mit dem zu kühlenden Klinker sendet, man wenigstens einen Teil der von der besagten Berührung kommenden Heißluft in einen Entstaubungsbereich sendet, um den mitgerissenen Klinkerstaub rückzugewinnen, und man die entstehende entstaubte Luft abführt, man einen Teil der Rauche aus dem Klinkerisierungsbereich zusammen mit den Verunreinigungen, die sie enthalten, abzieht, um einen Ablaßstrom zu bilden, man den besagten (Ablaß)-Teil der heißen Rauche einer Abkühlung und einer Entstaubung unterwirft und man die entstaubten Rauche abführt, dadurch gekennzeichnet, daß man den Klinkerstaub mit wenigstens einem Teil des besagten Ablaßstromes nach der besagten Kühlung und vor der besagten Entstaubung vermischt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Klinkerstaubgehalt des Ablaßstromes 60 bis 99,5 Gewichtsprozent des Gesamtstaubgehaltes während der Entstaubung des besagten Stromes beträgt, wobei die Zusatzmenge Staub des Ablaßstromes ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem der besagte Klinkerstaubgehalt 60 bis 95 Gewichtsprozent beträgt.

4. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem wenigstens ein Teil der während der Entstaubung des mit Klinkerstaub versetzten Ablaßstromes gesammelten Staubteilchen dann mit dem Klinker vor oder nach der Zerkleinerung desselben vermischt wird.

5. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem das Verfahren außerdem einen Vorkalzinierungsbereich zwischen dem Vorwärmungsbereich und dem Klinkerisierungsbereich aufweist und daß das Abziehen des den Ablaß bildenden Teils von heißen Rauchen zwischen dem Vorkalzizinierungsbereich und dem Klinkerisierungsbereich durchgeführt wird.

6. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem der den Ablaß bildende, Staub enthaltende Teil von heißen Rauchen inzwischen einer selektiven Trennung der Staube unterworfen wird, um einerseits verhältnismäßig große Teilchen und andererseits einen verhältnismäßig kleine Teilchen enthaltenden Gasstrom rückzugewinnen und man die verhältnismäßig kleinen Teilchen in den Entstaubungsbereich nach Zusatz von Klinkerstaub, den der Strom enthält, sendet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem die verhältnismäßig großen Teilchen zum Klinkerisierungsbereich gesandt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem die verhältnismäßig großen Teilchen zum Vorkalzinierungsbereich gesandt werden.

9. Verfahren nagh Anspruch 6, bei welchem die verhältnismäßig großen Teilchen zum Vorwärmungsbereich gesandt werden.

10. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 9, bei welchem die zum gemeinsamen Vorwärmungsbereich gesandten verhältnismäßig kleinen Teilchen des Ablaßstromes 20 bis 80 Gewichtsprozent der Gesamtheit der Festteilchen des Ablaßstromes darstellen, wobei die Zusatzmenge durch verhältnismäßig große Teilchen, die zum Vorwärmungs-, Vorkalzinierungs- oder Klinkerisierungsbereich gesandt werden, gebildet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem das dem Vermischen mit dem Klinkerstaub vorangehende besagte Kühlen des Ablaßstromes derart ist, daß die Temperatur des besagten Ablaßstromes unter 650 ºC herabgesetzt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem die der Vermischung mit dem Klinkerstaub vorangehende Kühlung des Ablaßstromes derart ist, daß die Temperatur des besagten Ablaßstromes unter 450 ºC herabgesetzt wird.