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Die
Erfindung betrifft die Erzeugung von Zementklinker. Insbesondere
betrifft sie ein Verfahren, welches die Herstellung von Klinker
guter Qualität
mit geringem Geräteeinsatz
und verminderter Umweltverschmutzung ermöglicht.
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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 Klinkerbildung bzw. Klinkerisierung
(Kalzinierung) und der Abkühlung
des Klinkers.
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Eines
der Probleme, die in den letzten Jahren aufgetreten sind, betrifft
die Ansammlung bestimmter Verunreinigungen, insbesondere chlorhaltiger
Verbindungen. Das Vorhandensein von Chlor kann mehrere Ursachen
haben und insbesondere durch den Brennstoff (zum Beispiel wenn Stadtmüll verbrannt
wird) oder Zement-Rohstoffe verursacht werden.
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Es
wird allgemein anerkannt, dass dann, wenn der Chlorgehalt der Rohstoffe
zur Herstellung von Klinker einen Wert von 0,01 bis 0,02 Gew.-%,
insbesondere 0,015 Gew.-%, überschreitet,
es unverzichtbar ist, einen Teil der Verbrennungsgase (Ablaß) am Austritt
des Vorkalzinierungsofens abzuführen,
damit bei Kontakt mit frischen Rohstoffen nur ein Teil dieser Gase,
nämlich
der nicht über
den Ablaß 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 sowie 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.
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Es
wurden weitere Untersuchungen veröffentlicht, insbesondere in
Zement-Kalk-Gips,
zum Beispiel in Nr. 8/1985, Seite 411–415, Nr. 11/1988, Seite 540–543.
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Die
angewandte Technik besteht, ungeachtet der Herkunft des Chlors,
gewöhnlich
darin, dass ca. 1 bis 5 Vol.-% des Verbrennungsgases am Austritt
des Klinkerisierungsofens entnommen wird, um den Abführstrom
zu bilden. Dieser Strom, der eine hohe Temperatur von ca. 900–1100°C aufweist,
wird mit kalter Luft verdünnt,
um die Temperatur auf unter 600°C
abzusenken, zum Beispiel unterhalb 450°C, 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 zu dessen Verstreuung einer Zwischenlagerung zugeführt.
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Die
bisher vorgeschlagenen Mittel zur Behandlung des Ablaßstromes
haben sich insbesondere wegen der Beschaffenheit und Konsistenz
des Staubes als unbefriedigend erwiesen.
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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 zwecks Reinigung oder aus anderen Gründen an
den Schläuchen
haftet und sogar zur Zerstörung
der Filter führen
kann.
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In
der Praxis können
daher nur Elektrofilter verwendet werden. Der Einsatz von Zyklonen
ist wenig wirkungsvoll und erlaubt keine ausreichende Abscheidung
der Staubteilchen. Außerdem
sind die an Schmutzstoffen reichsten Staubteilchen auch die feinsten
Staubteilchen und werden nicht von den Zyklonen 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 Staubteilchen und der Energieverbrauch
der Anlage weiter erhöhen.
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Selbst
wenn es gelingt, die Chloridstaubteilchen und andere Verunreinigungen
aus dem Ablaßstrom auszufiltern,
sieht man sich einem weiteren Problem gegenüber, nämlich dem Problem des Transports
und der Lagerung der Staubteilchen. Da diese sehr leicht sind, entweichen
sie aufgrund ihrer schneeartigen Konsistenz in erheblicher Menge
aus den Fördereinrichtungen,
lassen sich nur schwer lagern, erfordern erhebliche Lagervolumen
und ihre stark hygroskopische Beschaffenheit führt zu blockierten Geräten bzw.
verstopften Leitungen.
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Somit
bleibt ein Problem zu lösen,
das darin besteht, über
ein Verfahren zur Behandlung des Ablaßstromes zu verfügen, bei
dem die vorgenannten Nachteile ausgeräumt sind. Insbesondere wäre es wünschenswert,
die Staubteilchen leichter aus dem Ablaßstrom ausfiltern und handhaben
zu können.
Schließlich wäre es wünschenswert,
für diese
Staubteilchen einen Verwendungszweck zu finden.
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Die
Probleme werden durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst, welches
auf der überraschenden
Beobachtung beruht, dass sich die Filtration des die Staubteilchen
enthaltenden Ablaßstromes
wesentlich einfacher gestaltet, wenn dieser Strom mit Klinkerstaubteilchen
zusammengebracht wird, und insbesondere mit Staubteilchen, die bei
der Abkühlung
(Abschreckhärtung)
des Klinkers am Austritt des Klinkerisierungsofens mitgeführt werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist ein Verfahren, bei welchem ein Partikelaufgabegemenge von Rohstoffen
für Zement
aufeinanderfolgend durch wenigstens einen Vorwärmungsbereich, wenigstens einen Klinkerbildungsbereich,
wo das Aufgabegemenge sich in Klinker umwandelt, und wenigstens
einen Bereich zur Kühlung
des besagten Klinkers hindurchgeführt wird, ein Brennstoff mit
einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas in dem Klinkerbildungsbereich
verbrannt wird, wobei das besagte Partikelaufgabegemenge und/oder der
besagte Brennstoff Chlor enthält,
die sich aus der Verbrennung im Gegenstrom des Partikelaufgabegemenges
ergebenden heißen
Rauchgase zuerst in den Klinkerbildungsbereich und dann in den Vorwärmungsbereich
umlaufen, Kaltluft in den Kühlungsbereich
in Kontakt mit dem zu kühlenden
Klinker zugeführt
wird, wenigstens ein Teil der von dem besagten Kontakt kommenden
Heißluft
in einen Entstaubungsbereich geführt wird,
um den mitgerissenen Klinkerstaub rückzugewinnen, und die entstehende
entstaubte Luft abgeführt
wird, ein Teil der Rauchgase aus dem Klinkerbildungsbereich zusammen
mit den Verunreinigungen, die sie enthalten, abgezogen wird, um
einen Ablaßstrom
zu bilden, der besagte (Ablaß)-Teil
der heißen
Rauchgase einer Abkühlung
und einer Entstaubung unterworfen wird und die entstaubten Rauchgase
abgeführt
werden. Erfindungsgemäß ist das
Verfahren im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die besagte
Kühlung
des Ablaßstromes
durch Vermischen desselben mit Kaltluft erfolgt, dass Klinkerstaub
mit wenigstens einem Teil des besagten Ablaßstromes nach der Kühlung und
vor der Entstaubung vermischt wird und dass der Klinkerstaubgehalt
des Stromes, der sich aus der Vermischung des Ablaßstromes
und des Klinkerstaubs ergibt, 60 bis 99,5 Gew.-% des gesamten Staubgehaltes
des genannten Gemisches beträgt,
wobei die Zusatzmenge Staub des Ablaßstromes ist.
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Bei
einer besonderen Ausführungsform
beträgt
der Klinkerstaubgehalt beispielweise 80 bis 95 Gew.-%.
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Es
können
mehrere Ausführungsformen
angestrebt werden. So kann beispielsweise 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.
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Nach
Zusatz von Klinkerstaub kann der Ablaßstrom separat filtriert oder
vorzugsweise kann der Ablaßstrom
mit dem Abgas aus der Kühlzone
mit Klinkerluft, die Klinkerstaub enthält, vermischt werden.
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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.
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Ein
weiterer erzielter Vorteil besteht in der Möglichkeit, den Ablaßstrom,
dem Klinkerstaubteilchen 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 Klinkerstaub verhindert bzw. reduziert Ablagerungen.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform
wird wenigstens ein Teil der Staubteilchen, die bei der Entstaubung
des mit Klinkerstaub versetzten Ablaßstromes gesammelt werden,
anschließend
mit dem Klinker vermischt, und zwar vor oder nach Zerkleinerung
desselben, wobei ein Verhältnis
gewählt
wird, welches sich mit den bei Zement einzuhaltenden Normen deckt.
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Damit
wird ein Klinker erhalten, welcher in der Weise vorteilhaft modifiziert
ist, dass die mit Chloriden und alkalischen Sulfaten angereicherten
Staubteilchen das Reaktionsvermögen
der Zemente verbessern, die später
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.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
enthält
die Anlage einen Vorkalzinierungsbereich bekannter Art, der zwischen
dem Vorwärmungsbereich
und dem Klinkerbildungsbereich liegt. In diesem Falle ist es vorzuziehen,
den Gasablaßstrom
zwischen dem Vorkalzinierungsbereich und dem Klinkerbildungsbereich
(Kalzinierung) zu entnehmen.
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Der
Gasablaßstrom
stellt einen kleineren Anteil des von dem Klinkerbildungsbereich
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 spätere Entstaubung erleichtert
wird.
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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:
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1 zeigt
eine schematische Darstellung des Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel.
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2 ist
ein Teilprozessschema einer Ausführungsart
der Entnahme des Ablaßstromes.
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Die
in 1 dargestellte Anlage enthält einen Hauptklinkerisierungsofen 1 mit
einem Brenner 2, einen Vorwärmungsbereich 4, eine
Zuführleitung 6 für den Rohstoff,
einen ersten Entstauber 7, der, wenn gewünscht, den
Schlot 8 versorgt, wahlweise einen Vorkalzinierungsofen 9,
einen Abkühlungs-
oder Klinkerhärtungsbereich 10 und
einen zweiten Entstauber 11. Nicht dargestellt sind die übrigen Wärmeaustauscher,
die von bekannter Art sind und die Zuführung der verschiedenen Materialströme bei normaler
und bekannter Betriestemperatur jedes einzelnen Apparates ermöglichen.
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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°C
anfallende Gasgemisch wird durch das Gebläse 26 in die Leitung 18 gesaugt
und vereinigt sich am Eintritt des Entstaubers 11 mit demjenigen
Anteil 15 des Luftstroms 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
Schlot 17 abgeleitet und die Staubteilchen werden über die
Leitung 24 abgeführt.
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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 Staubteilchen 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 Schlot 8 zugeleitet
und die Staubteilchen werden durch die Leitung 22 abgeführt.
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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. Vorteilhaferweise
erhält
er die Staubteilchen vom Entstauber 11 durch die Leitung 24.
Bei einer vorzuziehenden Ausführungsart (2)
erfolgt zunächst
eine Teilentstaubung des Ablaßstromes 18,
zum Beispiel im Zyklon 29, die groben Staubteilchen werden
zum Vorwärmer 4,
zum Vorkalzinierungsofen 9 oder zum Ofen 1 rückgeführt (zum
Beispiel 20 bis 80 Gew.-% der gesamten Staubteilchen aus dem Ablaßstrom),
und zum Entstauber 11 wird nur der Gasstrom rückgeführt (Gebläse 25),
der die feinsten Staubteilchen (zum Beispiel 80 bis 20 Gew.-% der Gesamtstaubteilchen
aus dem Ablaßstrom)
mit sich führt,
welche gewöhnlich
den höchsten
Chlorgehalt aufweisen. In diesem Falle werden die Klinkerteilchen
dem letzteren Luftstrom zugesetzt.
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Als
detailliertes Beispiel an einer Klinkerbrennstraße mit einem Vorwärmer mit
fünf Zyklonstufen
hat der zugeführte
Rohstoff folgende Zusammensetzung:
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Mit
dem für
das Brennen verwendeten Brennstoff werden folgende ergänzende Schadstoffe
zugeführt:
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Der
Klinker hat folgende Zusammensetzung:
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Die
Anlage ist mit einem Ablaß ausgerüstet, an
dem je Tonne Klinker 8 kg Staub abgezogen werden, deren Zusammensetzung
folgende ist:
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Im
Rohzustand haben diese Staubteilchen 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°C
aus dem Hauptstrom entnommenen Ablaßstromes durch Zusatz von mit
Klinkerstaub belasteter Luft auf 250°C abgekühlt.
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Nach
Abkühlung
in einem Luft-/Luft-Wärmeaustauscher
werden die anfallenden Rauchgase in einem Schlauchfilter geringer
Abmessung (600 m3/h) filtriert (bei 120°C).
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Der
mit rückgewonnenem
Klinkerstaub vermischte Ablaßstaub
hat eine Dichte von 0,90 und lässt
sich in einer Zellradschleuse leicht verarbeiten.
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Im übrigen stellt
die Entleerung des Schlauchfilters trotz seiner geringen Größe kein
besonderes Problem dar. Das Verhältnis
der Verdünnung
der Ablaßstaubteilchen
durch die Klinkerstaubteilchen ist 1 : 7 (Chlorgehalt der Mischstaubteilchen:
0,56%).
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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.
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Die
wichtigsten, mit der Erfindung erzielten Vorteile sind, neben den
bereits genannten, geringere Anlagekosten, die Möglichkeit zum Einsatz leistungsstarker
Filter bei hygroskopischem Staub, die Verwertung von chlorhaltigem
Staub, insbesondere durch Vermengung mit Klinkerstaub 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.
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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.
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Systeme
zur Abscheidung der Staubteilchen von dem diese mitführenden
Gas sind wohl bekannt und enthalten insbesondere Zyklone, Elektrofilter,
Schlauchfilter (Sackfilter) oder Kiesfilter.