DK142631B - Fremgangsmåde til brænding af cementråmaterialer til fremstilling af cement, og anlæg til brug ved udøvelse af fremgangsmåden. - Google Patents

Description

... . ft?*' · U2631

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til brænding af cement- -råmaterialer til fremstilling af cement tinder anvendelse å£ en kombination af en forvarmer med en opad divergerende dif-fusor til kalcinering af råmaterialerne,én roterovn til 5 klinkerbrænding af det i forvarmeren forvarmede råmateriale og c en køler til køling af de i roterovnen brændte cementklinkét under anvendelse af luft som kølemiddel, ifølge hvilken fremgangsmåde den luft, der virker som kølemiddel i klinkekøleren, efter at have kølet klinkeråe opvarmes og føres til forvarmeren 10 ved den nedefste ende af denne, og hvor endvidere varm gas fra · roterovnen også føres til forvarmeren, dér fødes med cementrå^ · materialerne i pulverform oppefra.

Der kendes en fremgangsmåde af denne arf fra beskrivelsen til dansk patentansøgning nr.4845/73 med prioritet fra den 15 4.september 1972 og offentliggjort den 5,marts 1974 og i det omfang, som nævnte beskrivelse stemmer overens med beskrivelsen til den japanske patentansøgning nr. 88536/72, hvorfra prioritet kræves. ‘

Ifølge dette eksempel på den kendte teknik indføres forbræn-20 dingsgasserne fra roterovnen i forvarmeren ud for den nedersté ende af et lodret, oppefra i forvarmeren indragende føderør for råmaterialerne, og det i forvarmeren behandlede materiale udtages foroven, nemlig gennem en kanal, som fører til en cyklon.

Ved denne kendte fremgangsmåde sker der i kraft af tilførslen 25 af varme forbrændingsgasser fra roterovnen til forvarmeren ud fear den nederste ende af tilførselsrøret for råmaterialerne en medslabning opefter af råmaterialerne til den kanal, gennem hvilken råmaterialerne overføres til cyklonen for udskillelse, hvorfra råmaterialerne føres til roterovnen. Det vil altid være uvist, i hvilket 30 omfang der vil ske en sådan medslæbning, og følgelig vil det også være uvist, hvor stor en del af råmaterialerne der kommer ned i forvarmerens nedre del og behandles deri ved hjælp af den varme luft, scan ankommer alene fra klinkekøleren, opvarmet ved hjælp af en brænder. For det første er 35 styringen vanskelig, idet det ikke kan undgås, at den varme gas fra roterovnen slæber råmaterialerne med sig direkte fra udløbet fra råmaterialetilførselsrøret, og desuden sker varmeudvekslingen under bevægelsen opefter lange råmaterialetilførselsrøret i medstrøm. Endvidere sker der som følge 2 142631 af denne medslæbning opefter en fortynding i det afsnit af forvarmeren,.. hvori kalcineringen foregår, hvorved temperaturforholdene er vanskelige at styre, også fordi man ikke på forhånd kan vide, hvor stor fortynding der sker. Tætheden i kal-5 cineringsafsnittet kan kun anses for at andrage 0,8-1,2 kg/kg.

Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse er ejendommelig ved, at gassen fra roterovnen indføres i den nederste ende af forvarmeren, blandet med den opvarmede luft fra klinkekøleren, at de i forvarmeren behandlede cementmate-10 rialer overføres til roterovnen fra den nederste ende af forvarmeren, og at der i forvarmeren og over dennes nederste ende indføres brændsel, som forbrændes sammen med den blandede gas i forvarmeren. Da de i forvarmeren behandlede cementmaterialer således er overført til roterovnen fra den nederste ende 15 af forvarmeren, opnås der en bevægelse inde i forvarmeren af cementmaterialerne i modstrøm med gassen fra roterovnen og den opvarmede køleluft fra klinkekøleren. Hertil kommer yderligere, at den afbrænding af brændsel i kalcineringszonen, som foretages ved fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse, med-20 fører, at temperaturforholdene i kalcineringszonen let kan styres, og endvidere kan der ifølge opfindelsen arbejdes med en tæthed på 3-5 kg/kg i kalcineringszonen. En sådan forøget tæthed medfører den fordel, at der kan foretages en effektiv kalcinering ved hjælp af det i kalcineringszonen indsprøjtede 25 brændsel, idet den store tæthed bevirker, at der indvendigt i kalcineringszonen kan opretholdes en høj temperatur som følge af den rigelige tilstedeværelse af råmateriale, der virker kølende langs zonens ydersider, således at væggene ud for kalcineringszonen kan holdes på en lav temperatur til trods 30 for en høj temperatur i midten. Der opnås således ifølge den foreliggende opfindelse alt i alt en god temperaturstyring samtidig med en høj produktivitet og en forbedret energiøkonomi.

Af den i det foregående anførte forklaring vil det forstås, at der findes en intim sammenhæng imellem tilledning af for-35 brændingsluften fra ovnen og den efteropvarmede køleluft fra klinkekøleren forneden i forvarmeren og brændselsafbrændingen i kalcineringszonen, idet en sådan tilledning i forbindelse med modstrømningen af råmaterialet giver en høj tæthed i kalcineringszonen, hvorimod der, hvad angår det sidstnævnte eksempel 7# ;' 7 ;V7·' I '" U 2631 3 på den kendte teknik, sker en opsplitning af råmaterialet i forvarmeren som følge af den adskilte tilledning af forbrændingsgasser fra roterovnen og efteropvarmet luft fra klinkekøleren. Endvidere lettes styringen, idet man ved regulering af brændsel-5 tilførslen til kølelufteftervarmeren som følge af blandingen af denne luft og røggassen fra ovnen ved indgangen til forvarmeren ved dennes nederste ende fuldt ud kan bemestre lufttemperaturen i denne og følgelig også på veldefineret måde kan supplere med afbrænding af yderligere brændsel i kalcinerirjgs-10 zonen. Herunder er det af betydning at afstemme tilførslen af procesvarme til den fra klinkekøleren tilførte luft og den til forvarmeren førte brændselsmængde. Det har ifølge opfindelsen vist sig, at der opnås en sådan passende afstemning ved en udførelsesform for fremgangsmåden, der ifølge, opfindelsen er 15 ejendommelig ved, at den gennem klinkekøleren f^rte luft tilføres mindre end 10% af den samlede procesvarme, og at den til forvarmeren førte brændselsmængde afpasses til at tilføre forvarmeren 30-70% af den samlede procesvarme, medens resten af den samlede procesvarme tilføres råmaterialerne under brændin-20 gen i roterovnen. Herunder har det vist sig, at det optimale resultat opnås, såfremt den til køleluften tilførte varmemængde bringes til at ligge i området 3-8% af den samlede procesvarmemængde, medens den til forvarmeren førte varmemængde bringes til at ligge i området 50-65% af den samlede procesvarmemængde.

25 For opretholdelse af den tilstræbte store tæthed i kal- cineringszonen er det af betydning, at den aksiale strømningshastighed af gasblandingen i forvarmeren i det snævreste tværsnit af den opad udvidede del vælges på passende måde, da der ellers kan ske for hurtig udtømning fra kalcineringszonen og 30 dermed for lille tæthed, henholdsvis for lille udstrømning og dermed en for stor tæthed. Ifølge opfindelsen har det vist sig, at der i så henseende opnås gode resultater, såfremt den aksiale strømningshastighed af gasblandingen i forvarmeren ifølge en udførelsesform for opfindelsen bringes til at ligge 35 i området 20-30 m/s i det snævreste tværsnit af den opad udvidede del.

Opfindelsen angår også et anlæg til brug ved udøvelse af fremgangsmåden med en opad divergerende forvarmer til kal-cinering af cementråmaterialerne, en roterovn til klinkerbræn- 4 U2631 ding af det i forvarmeren forvarmede råmateriale og en køler til køling af de i roterovnen brændte cementklinker under anvendelse af luft som kølemiddel/ hvor klinkekøleren ved hjælp af en kanal, hvori der er indskudt en brænder, er forbundet 5 med forvarmerens nederste ende, og hvor roterovnen endvidere er forbundet med forvarmeren for overføring af forbrændingsgasser fra. roterovnen til denne, hvilken forvarmer er forsynet med organer for indføring af cementråmaterialer oppefra. Ifølge opfindelsen er dette anlæg ejendommeligt ved, at roterovnen 10 er forbundet med forvarmerens nederste ende ved hjælp af en kanal, der tjener til overføring af den varme gas fra roterovnen til forvarmeren og til overføring af behandlet materiale fra forvarmeren til roterovnen, og at forvarmeren i afstand over sin nederste ende er forsynet med en eller flere brændere, 15 som er rettet ind mod forvarmerens midte.

Opfindelsen er anskueliggjort på tegningen, der skematisk viser en udførelsesform for et anlæg ifølge opfindelsen med strømningsbanerne for cementråmateriale og gas illustreret skematisk.

20 Først skal princippet for opfindelsen kort forklares.

Ved fremgangsmåden og anlægget ifølge opfindelsen anvendes der en kegle- eller pyramideformet lodret skakt med den smalle ende nedad som hovedforvarmningsapparat, og pulverformet cement-råmateriale opvarmes i en roterovn til en konstant temperatur, 25 der er nødvendig til tilvejebringelse af de til fremstilling af cementklinker udkrævede reaktioner, hvorunder den fra roterovnen udgående afgangsgas kan holdes på en konstant temperatur. På den anden side strømmer en del af den varme luft igennem det sædvanlige køleapparat, i hvilket det brændte rå-30 materiale køles med kølig luft, og den derved frembragte varme luft blandes med den før nævnte varme afgangsgas fra roterovnen, efter at den frembragte varme luft er blevet yderligere opvarmet ved hjælp af ekstra brændsel. Den således fremkomne gasblanding indføres i forvarm ningsskakten fra dennes nederste 35 ende. Det antages, at temperaturen af den således fremstillede varme gasblanding holdes på en værdi (900-1100°C), som er noget højere end temperaturen af råmaterialet, som det strømmer fra forvarmningsapparatet til roterovnen, ved anvendelse af varm luft igennem køleapparatet med temperaturen af den nævnte varme 5 142631 luft indreguleret på den angivne måde. Den frembragte varme gasblanding, der holdes på den angivne temperatur, strømmer opad gennem den lodrette forvarmriingsskakt og frembringer derved et antal hvirvler eller turbulensstrømninger deri, medens 5 cementråmaterialet i form af pulver tilføres til den lodrette forvarmningsskakt fra oven, så at der fremkommer modstrømme med den opstigende varme gas. Herunder indsprøjtes der brændsel imod midten af skakten til brænding af det pulverformede råmateriale ved hjælp af den angivne blanding af varm gas og varm 10 luft, der tilføres fra neden, hvorved midterpartiet af skakten holdes på en høj temperatur, der tilvejebringer kalcinering af råmaterialet. Pulverformet råmateriale, deir rives ud af den lodrette skakt, samles i samleapparater, såsom cykloner, og føres tilbage til den lodrette skakt. På denne måde skabes 15 der et genforvarmningskredsløb. Under en sådan cirkulation af materialet vil dettes tæthed forøges, og råmaterialet udsættes for centrifugalkraft tilvejebragt af hvirvelstrømninger og turbulente strømninger af den blandede gas, så at det pulverformede råmateriale skilles fra gasstrømmen og strømmer nedad 20 langs indervæggen af skakten imod den opstigende strøm af blandet varm gas, som indføres ved skaktens nederste ende, hvorefter materialet sluttelig føres ind i roterovnen. Der kan således gennemføres en effektiv kalcinering af det pulverformede råmateriale, og den indre omkredsvæg af den lodrette 25 skakt kan holdes på en optimal kalcineringstemperatur af 800-900^(3, hvorved man forhindrer smelteadhæsion af det pulverformede råmateriale til skaktens inderside.

Disse og andre træk ved opfindelsen vil blive nærmere belyst i det følgende under henvisning til tegningen.

30 På tegningen betegner 1 en kendt type roterovn, ved hvis ende der findes en brænder 2, der leverer den til brænding af cementråmaterialet i ovnen nødvendige varme. De i ovnen frembragte cementklinker overføres til en køler 3, der er beliggende tæt ved ovnen, og fra køleren føres klinkerne til ikke viste 35 formalingsapparater, der overfører dem til pulverform. Hoved- forvarmningsapparatet i anlægget består af en lodret skakt 4 af konisk form med spidsen nedad og forbundet gennem en kanal 5 ved sin nederste ende med den anden ende af roterovnen 1.

Sluttet til kanalen 5 findes en kanal 6, der tjener til at 6 142631 indføre varm luft fra køleren 3 gennem en støvsamler 7, der opsamler støv, som måtte være medrevet af den af klinkerne opvarmede luft. Desuden findes der i kanalen 6 en blæser 8, der transporterer den varme luft gennem kanalen 6 til kanalen 5 samt en 5 temperaturreguleringsanordning 10, der indbefatter en brænder 9, som kan holde den varme luft på en ønsket temperatur.

Den .øverste ende af den lodrette skakt 4 er gennem en kanal 11 forbundet med en første cyklon 12, der igen er forbundet gennem en kanal 14 med en cyklon 13. Cementråmaterialer tilføres 10 gennem-en tilførselsledning 15 ind i. kanalen 14. Det i cyklonen 12 opsamlede råmateriale føres ind i den lodrette skakt 4 gennem en åbning i sidevæggen af skakten, medens det i cyklonen 13 opsamlede råmateriale føres ind i kanalen 11.

Som tidligere beskrevet indføres den varme gasblanding i 15 den som en opad udvidet konus eller pyramide formede skakt fra dennes spids, og strømmen af varm gasblanding undergår ekspansion på grund af tværsnitsudvidelsen, hvorved der fremkommer et antal-hvirvelstrømme som antydet med pile på tegningens længderetning rundt om en central opstigende strømning. Det pulver-20 formede råmateriale føres da ind i hvirvelstrømme og bæres af disse, så at der frembringes cirkulation, hvorunder råmaterialet opvarmes af varmen i gasblandingen. En del af det pulverformede råmateriale slipper ud af hvirvlerne og slutter sig til den centrale opstigende strømning, hvormed materialet stiger 25 til vejrs gennem kanalen 11 til cyklonen 12. I denne cyklon adskilles det pulverformede råmateriale fra gasstrømmen og vender tilbage til den lodrette skakt. På denne måde vil tætheden af det pulverformede råmateriale stadig forøges, eftersom der til stadighed føres råmateriale til gennem tilførselsledningen 15, 30 så at en del af det pulverformede råmateriale udskilles fra hvirvelstrømmene delvis på grund af disses centrifugalvirkning, hvorefter materialet strømmer nedad langs indervæggen af skakten og ned gennem dennes snævrere ende og ind i roterovnen. Det skal bemærkes, at der ifølge opfindelsen indsprøjtes ekstra brænd-35 sel indad gennem en åbning i skaktens sidevæg ved hjælp af en brænder 16, der blæser imod skaktens midterparti, hvorved råmaterialet kalcineres i en svævende tilstand. Til yderligere at holde den varme gas i nærheden af skaktens midte på en høj temperatur, der tilvejebringer effektiv forvarmning af råmate- 7 142631 rialet, og til tilvejebringelse af luft til forbrænding af brændslet føres den varme gas, som indeholder luft i tilstrækkelig mængde til forbrænding af det nævnte brændsel, ind i skakten ved dennes nederste ende. Med henblik herpå ophedes luften ved at 5 passere køleren 3, i hvilken de brændte klinker køles, og blandes derefter med den varme gas, som strømmer direkte ud fra roterovnen. På dette tidspunkt bliver den varme luft, som passerer køleren 3, opvarmet ved hjælp af brænderen 9, der indgår i temperaturreguleringsorganerne 10 på en sådan måde, at temperaturen 10 af blandingen af varm luft fra køleren med varm gas fra ovnen kan holdes noget højere (900-1100°C) end råmaterialet, der er blevet kalcineret i forvarmningsskakten, og som er på vej ; ind i roterovnen. Følgelig holdes begyndelsestemperaturen af den blanding af gas og luft, som indføres i den lodrette skakt, hoved-15 sagelig konstant, hvilket igen holder den indvendige temperatur i skakten konstant ved regulering af strømningshastighederne af den tilførte blanding af gas og luft.

Det anbefales, at den varmemængde, der skal tilføres gennem temperaturreguleringsorganerne 10, svarer til mindre end 10% af 20 den totale varmemængde, der skal tilføres til hele processen ifølge opfindelsen, medens den varme, der skal tilføres den lodrette skakt, bør svare til 30-70% af den nævnte totalvarmemængde. Fortrinsvis er den varmemængde, der skal føres til den varme luft fra køleren, 3-8% og varmemængden til den lodrette skakt 25 50-65% af den totale varmemængde, der skal tilføres hele proces sen ifølge opfindelsen. Strømningshastigheden af gassen gennem den lodrette skakt kan forøges i forhold til forøgelsen i den af en blæser 17 leverede luftmængde. Som det er vist i den nedenstående tabel vil adskillelsen eller nedsynkningen af det pulver-30 formede råmateriale imidlertid ikke ske i den lodrette skakt, hvis strømningshastigheden forøges for meget, med mindre tætheden (eller koncentrationen) af materialet forøges væsentligt udtrykt ved en given temperatur.

142631 8

Ligevægtskoncentration af pulverformet råmateriale i konisk lodret skakt (kg/kg) (Vægt af pulverformet råmateriale pr. vægtenhed gas)

Strømningshastighed af gassen i det 5 snævreste tværsnit 20 m/s 3.1 " " " " " 25 m/s 3.5 " " " " " 30 m/s 5.0 I dette tilfælde holdes gastemperaturen imidlertid på 1000°C, medens topvinklen for skaktens vægge er fastlagt til 18°.

10 Forøgelsen i råmaterialets tæthed medfører forøgelse i mængden af brændsel og varm luft, hvis effektiv kalcinering af det pulverformede råmateriale er ønsket. Følgelig kan mængden af varm luft, der føres ind i skakten med henblik på temperaturregulering, vælges nogenlunde frit, såfremt gasstrømmens 15 hastighed og temperatur holdes konstant. Med andre ord indeholder afgangsgassen fra roterovnen ingen væsentlig oxygen, så at forøgelsen i strømningshastigheden af gassen, der skal indføres i den vertikale skakt på grund af forøgelsen i mængde af den varme gas, som strømmer ud fra roterovnen, vil nødvendiggøre 20 forøgelse af mængden af pulverformet råmateriale pr. time, og derved kan tætheden af pulverformet råmateriale i den lodrette skakt forøges, medens mængden pr. time af luft, der skal tilføres til skakten, må forøges for at muliggøre forbrænding af den brændselsmængde, der kræves til kalcinering af det pulver-25 formede råmateriale i forøget tæthed. Dette kan holde mængden af varm gas, som strømmer ud af roterovnen ind i den lodrette skakt, konstant som følge af den nævnte mængdeindstilling af varm luft, der indføres i den lodrette skakt.

Det er imidlertid i praksis ikke muligt at hæve strømnings-30 hastigheden af gassen ubegrænset. Dette skyldes den begrænsning, som hidrører fra en roterovns absolutte kapacitet, hvilken begrænsning fremgår af den effektive operationskapacitet af en blæser, grænserne for en lodret skakts varmetålsomhed etc., og strømningshastigheden af gassen kan derfor ikke bestemmes 142631 9 helt frit, også på grund af andre faktorer, såsom kapaciteten af en lodret skakt. Der kan imidlertid f.eks. i tilfælde af et apparat med en produktion af 2000 t/dag regnes med, at gassens strømningshastighed ligger i området 20-30 m/s i det snævreste 5 sted af skakten, medens tilførselshastigheden for pulverformet råmateriale ligger i området fra 4-6 t/min, medens mængden af tilsætningsluft er 10-13 normalkubikmeter/s.

På den anden side er det at anbefale, at topvinklen af den som en diffusor udformede skakt skal være 18-30°, hvorved det 10 pulverformede cementråmateriale kan holdes på en optimal kondition for varmeudveksling. *

Som det fremgår af den foregående beskrivelse af opfindelsen opvarmes det pulverformede råmateriale til en temperatur, der kun er nødvendig for forøgelse af reaktionen til frembringelse 15 af klinker, og der tilføres derfor kun den varme, som er nødvendig for at holde sådan temperatur, så at varmeforbruget i roterovnen, som har en dårlig varmeøkoncmi, kan blive så lille som J muligt. Som resultat heraf vil temperaturen af den varme gas, der strømmer ud af ovnen, kunne holdes hovedsagelig konstant, 20 hvorpå varm gas fra ovnen blandes med Varm luft, som er blevet indstillet på en given temperatur, så at temperaturen i den lodrette skakt kan reguleres til en given værdi. Eftersom den varme luft i den blandede gas er den luft, som er tilvejebragt af kølig luft, som passerer køleren, og da den i'roterovnen 25 forbrugte brændselsmængde er reduceret, fås der en gunstig økonomi. Det bør bemærkes, at gasblandingen, som føres til skakten, sikrer tilfredsstillende forbrænding af brændsel i skakten og tjener til at regulere temperaturen af den deri værende atmosfære ved hjælp af regulering af den mængde brændsel, som 30 indføres i den lodrette skakt.

Endvidere er der et antal hvirvelstrømme af blandet gas og pulverformet råmateriale i suspension,og det pulverformede råmateriale indføres i sådanne hvirvelstrømme gennem en åbning i sidevæggen af skakten, hvorved det pulverformede råmateriale 35 kan føres af den opstigende strømning af varm blandet gas til midten af skakten, i hvilken der herskér en højtemperaturzone.

Dette giver en effektiv opvarmning af råmaterialet. På den

Claims (2)

142631 anden side medfører de langs sidevæggen af skakten opstående hvirvelstrømme cirkulerende strømme, hvorved råmaterialet kan kalcineres effektivt i begge trin. Gassen, der bærer det pulverformede råmateriale, strømmer langs sidevæggen af skakten 5 og forhindrer denne i at blive udsat for høje temperaturer, hvorpå det pulverformede råmateriale ved påfølgende omvending af strømningen kan skilles fra gasstrømmen på grund af centrifugalvirkning. Da råmaterialet indføres kontinuerligt i skakten fraoven, vil tætheden af det pulverformede råmateriale forøges, 10 således at materialet synker imod den opstigende strømning af varm gas inden i skakten og føres sluttelig i kalcineret stand til roterovnen langs skaktens sidevæg. Beskadigelse af den lodrette skakt som følge af varmepåvirkning kan forhindres effektivt ved mellemlejring af det pulverformede råmateriale, 15 og der vil derfor ikke ske nogen adhæsion af råmaterialet til skaktens inderside, selv om materialet skulle blive overhedet, fordi der forekommer beskyttende strømninger af råmaterialet langs skaktens sidevæg. På denne måde kan fremgangsmåden og apparatet til anvendelse 20 ved brænding af råmaterialer til cement under anvendelse af modstrømsvarmeudveksler ifølge opfindelsen give effektiv temperaturregulering i de forskellige dele af anlægget, navnlig i den lodrette forvarmningsskakt med varm luft fra køleren, hvorved der opnås forøget produktion pr. time med reduceret 25 brændselsforbrug. Patentkrav.

1. Fremgangsmåde til brænding af cementråmaterialer til fremstilling af cement under anvendelse af en kombination af en forvarmer med en opad divergerende diffusor til kalcinering 30 af råmaterialerne, en roterovn til klinkerbrænding af det i forvarmeren forvarmede råmateriale, og en køler til køling af de i roterovnen brændte cementklinker under anvendelse af luft som kølemiddel, ifølge hvilken fremgangsmåde den luft, der virker som kølemiddel i klinkekøleren, efter at have kølet 35 klinkerne opvarmes og føres til forvarmeren ved den nederste ende af denne, og hvor endvidere varm gas fra roterovnen også føres til forvairmeren, der fødes med cementråmaterialerne i pulverform oppefra, kendetegnet ved, at gassen fra