DK151874B - Fremgangsmaade og anlaeg til fremstilling af cementklinker ved braending af cementraamateriale i flere trin - Google Patents

Description

Opfindelsen angår en fremgangsmåde af den i krav l's indledning angivne art til fremstilling af cementklinker. Der kendes metoder og anlæg til termisk behandling af cementråmateriale, hvor der tilføres brændstof på et calcineringstrin og på et i råmaterialets fremføringsretning efter dette anbragt sintringstrin. Medens forbrændingsluften ved den kendte teknik tilføres sintringstrinet direkte fra køletrinet, kan gassen fra sintringstrinet og luften fra køletrinet tilføres cal-cineringstrinet på forskellig måde.

Den nødvendige luft til forbrænding af det særskilt i calcineringstrinet indførte brændstof kan tilføres fra køletrinet og i overskud passere gennem sintrings-trinet. Denne luft forlader sintringstrinet i blanding med spildgassen fra dette og indføres i calcineringstrinet. Den samlede oxygenmængde, der skal bruges i calcineringstrinets brændezone, tilføres således sammen med roterovnrøggassen, jfr. tysk offentliggørelsesskrift nr. 23 24 565.

Det er endvidere kendt direkte at tilføre calcineringstrinet den her nødvendige forbrændingsluft uden om sintringstrinet. Denne luft, der således ikke er blandet med spildgas, tjener til forbrænding af brændstoffet på calcineringstrinet, hvis spildgas dernæst føres sammen med den uden om calcineringstrinet førte spildgas fra sintringstrinet og derefter sammen med dettes spildgas ledes ind i forvarmetrinet, jfr. tysk offentliggørelsesskrift nr. 22 48 030. Det er desuden kendt at føre den på calcineringstrinet nødvendige forbrændingsluft direkte til calcineringstrinet uden om sintrings-trinet, idet denne luft dog forinden blandes med spildgas fra sintringstrinet. Denne blanding af forbrændingsluft og spildgas fra sintringstrinet tjener til forbrænding af det i calcineringstrinet indførte brændstof, hvorefter den samlede spildgas fra calcineringstrinet tilføres forvarmetrinet, jfr. tysk offentliggørelses-skrift nr. 23 60 580.

En kendt metode til fremstilling af cementråmel i et efter tørmetoden arbejdende cementanlæg har til formål at forbedre genvindingen af varme fra roterovnens røggas. I dette øjemed behandles ved nævnte kendte metode råmelet i to varmevekslere således, at den samlede mængde råmel, der skal forvarmes, opdeles. En delmængde behandles termisk i varmeveksleren, der får tilført varm gas fra et calcineringskammer. Den anden delmængde behandles til slut termisk i varmeveksleren, i hvilken der indføres røggas fra ovnen. De to råmeldelmæng-der føres dernæst sammen i calcineringskammeret, hvor de calcineres, inden materialet sintres i roterovnen.

I henhold til formålet med denne kendte metode skal ovnens røggas i det mindste tildels endnu have en temperatur på mellem 450 og 650°C, for at denne gas kan anvendes til tørring af råmaterialet. Dette indebærer imidlertid, at de råmelpartikler, der indføres i den varme ovnrøggas, derved udsættes for en for kraftig varmepåvirkning, -så at en væsentlig del af råmelpartik-lerne overbrændes, og at der derved dannes smeltefaser på partiklernes overflade, hvilket enten medfører ag-glomerering eller materialepåbagning på anlæggets vægge. Disse processer forhindrer vidtgående dispergering af det pulverformede materiale i calcineringskammeret og er desuden til hinder for en god varmeoverførsel fra den varme gas til råmelet (jfr. BE-patentskrift nr.

8 47 748).

Disse kendte metoder har alle væsentlige mangler hvad angår hastigheden af calcineringsprocessen og varmebehovet. De omtalte mangler beror på mekanismen ved uddrivning af CO2 fra kalkstenspartiklerne.

Det er kendt, at en kalkstenspartikels calcinering er afhængig af de tre parametre: 1. Partiklens kornstørrelse, 2. det tidsrum, i hvilket partiklen befinder sig i var-memedieatmosfæren, 3. calcineringstemperaturen.

Partikelstørrelsen og størrelsesfordelingen i et industrielt oparbejdet råmateriale kan næppe påvirkes og er ukontrollerbare på grund af agglomerationsprocesser i varmeveksleren. Kalkstenspartiklernes opholdstid på calcineringstrinet kan f.eks. i en suspensionsvarmeveksler ikke forlænges til mere end nogle sekunder.

Som økonomisk acceptabel foranstaltning må man af de i det følgende angivne grunde således alene nøjes med at ændre parameteren "calcineringstemperaturen".

Fra det som regel gasformige opvarmningsmedium, der omgiver kalkstenspartiklerne, skal den nødvendige cal-cineringsvarme overføres til partiklen. I dette øjemed skal varmemediet nødvendigvis have en højere temperatur end kalkstenspartiklen. Så snart partiklens yderlag er calcineret, skal der gennem det calcinerede ydre lag ledes calcineringsvarme ind i partiklens indre. Begge disse processer, varmeoverførselen og varmeled-ningen, kræver des mindre tid, jo højere temperaturdifferencen er. Varmeoverførselen og varmeledningen i selve partiklen modvirkes på den anden side af det uddrevne CC^, der inden for partiklen strømmer modsat varme-ledningens retning og som mindsker varmeoverførselen fra varmemediet til partiklen, når det passerer ud gennem partikeloverfladen.

Tilføres der det varme afgivende medium ikke yderligere varme under calcineringsprocessen, d.v.s. når den for calcineringen udnyttelige varmekapacitet foruden af den specifikke mængde i forhold til materialet, der skal calcineres, kun er bestemt ved differencen mellem mediets temperatur ved begyndelsen af calcineringsprocessen og selve calcineringstemperaturen og således er begrænset, vil på grund af den endoterme calcine-ringsproces temperaturen af det varme afgivende medium hurtigt synke. Herved forringes imidlertid som omtalt i det foregående betingelserne for calcineringsproces-sens forløb progressivt.

Vælges derimod som varme afgivende medium til calcine-ring af partiklen en atmosfære af en sådan beskaffenhed, at der i denne kan forbrændes brændstof, forbedres derved calcineringsprocessens forløb, fordi det varme afgivende mediums temperatur ikke synker under partiklens fremadskridende calcinering, så længe der tilføres brændstofvarme. Denne temperatur vil teoretisk tværtimod endog stige, fordi varmetransporten ind i partiklens indre....hindres under fremadskridende calcinering.

I praksis har det imidlertid vist sig, at denne proces forstyrres mærkbart, såfremt atmosfæren omkring partiklen allerede ved forbrændingens og calcineringens begyndelse hovedsageligt består af inerte luftarter, selv når denne andel af inerte luftarter på grund af den højere begyndelsestemperatur frembyder nyttig varme for calcineringen. Derved øges på den anden side den specifikke gasmængde, hvilket igen indebærer, at varme-mediets temperatur væsentligt tidligere end ved forbrænding af en given, lige stor brændstofmængde i ren luft vil nå ned på den nedre ydergrænse, hvor varmetransporten til calcinering er blevet utilstrækkelig. Tilførselen af yderligere varme fra forbrænding af brænd- stof til forøgelse af calcineringstemperaturen ville ganske vist teoretisk kunne forbedre calcineringspro-cessen, men medfører øgede varmetab med afgangsgassen ved udgangen fra forvarmetrinet, så at denne foranstaltning er økonomisk uacceptabel.

De omtalte kendte metoder er altid behæftet med de nævnte ulemper på den ene eller den anden måde. Disse ulemper medfører i sidste instans et øget specifikt varmeforbrug ved brænding af cementklinkeren. Manglerne forstærkes yderligere ved, at den ved anlæggets konstruktion begrænsede tid for calcineringsprocessen og råmaterialets kornstørrelse og kornstørrelsesfordeling, der ikke kan ændres, fører til, at varmemediet ikke fuldstændigt kan afgive den teoretisk afgivelige varmemængde .

Den foreliggende opfindelse har til formål at afhjælpe de omtalte mangler ved tilvejebringelse af en forbedret fremgangsmåde til brænding af cementklinker i flere trin således, at der sikres en uhindret og hurtig cal-cinering af råmaterialet på calcineringstrinet samtidigt med, at brændeprocessens varmeøkonomi forbedres. Dette opnås ved de i krav l's kendetegnende del angivne foranstaltninger. Ved disse opnås den fordel, at calcineringsprocessen for det samlede forvarmede råmateriale på de to calcineringstrin kan styres eksakt og indstilles svarende til en forudbestemt calcineringsgrad. Uddrivningen af CO^ fra calciumcarbonatet kan for det samlede råmels vedkommende hurtigt og uden modstand påbegyndes på forcalcineringstrinet, så at - til trods for det varme afgivende mediums, d.v.s. sintringstrinafgangsgassens aftagende temperatur - varmen hurtigt overføres til råmelet. På eftercalcineringstrinet overføres eftertrykkeligt og meget hurtigt varme fra den varme gas til de forcalcinerede råmelpartikler, så at resterende CO2 i en aktiv brændegasatmosfære (ringe CO^-andel) hurtigt uddrives fra råmelpartiklernes indre og bortledes sammen med den varme brændegas.

På eftercalcineringstrinet sikres det således ved tilførsel af brændstofvarme til forbrænding af brændstof i varmt luftoxygen fra køletrinet, at der tilvejebringes en calcineringen fremmende atmosfære, og at den for en intensiv varmeoverførsel under fremadskridende calcinering nødvendige temperaturdifference mellem det varme afgivende medium og råmaterialet, der skal calci-neres, kan holdes på en optimal værdi. Herved sikres en optimal brændstofudnyttelse. Desuden forbedres ved en optimal styring af calcineringsprocessen den samlede cementfremstillingsproces' varmeøkonomi. Under den samlede calcineringsfase forhindres overbrænding af råmelpartiklerne og uønsket smeltefasedannelse på disses overflade. Den samlede mængde spildgas fra forcal-cineringstrinet og den samlede spildgas fra eftercalcineringstrinet forenes, og den samlede gasmængdes varme udnyttes til forvarmning af den samlede råmelmængde på forvarmetrinet.

Den i krav 2 angivne foranstaltning har vist sig at være særlig fordelagtig især ved behandling af alkali-holdige råmaterialer, fordi derved de på sintringstrinet fra råmaterialet kvantitativt forflygtigede alkalier i det mindste tildels kan fjernes fra brændeprocessen, så at skadelige alkalikredsløb i brændeprocessen kan reduceres til en acceptabel værdi og dermed risiko for driftsforstyrrelser ved brændeprocessen kan undgås.

Opfindelsen angår tillige et anlæg af den i krav 3's indledning angivne art til udøvelse af fremgangsmåden. Anlægget er ejendommeligt ved det i krav 3's kendeteg- nende del angivne, hvorved det med konstruktivt enkle midler for første gang er lykkedes at optimere calcine-ringen af cementråmateriale på to fra hinanden adskilte calcineringstrin således, at det samlede råmateriale på forcalcineringstrinet udelukkende bringes i kontakt med varm spildgas fra sintringstrinet til opnåelse af en meget hurtig varmeoverførsel til materialet. Dernæst bringes det kraftigt opvarmede forcalcinerede materiale ind i en varm brændgasatmosfære, der frembringes ved forbrænding af brændstof i varm kølerspildluft. Denne atmosfære, der fremmer CC^ uddrivningen, er forudsætning for materialepartiklernes fuldstændige calcinering helt ind til partikelkernen. Derved kan kalkstenpartiklernes calcineringsproces styres inden for vide grænser, og der kan opnås en fuldstændig udnyttelse af den ved brændstoffets forbrænding tilvejebragte yderligere varme. Ved en efterfølgende sammenføring af afgangsgassen fra forcalcineringstrinet og afgangsgassen fra eftercal-cineringstrinet og den samlede gas' indføring i forvarmetrinet udnyttes gassens tekniske arbejdsevne næsten fuldstændigt til forvarmning af det kolde råmateriale.

I det følgende forklares opfindelsen nærmere ved hjælp af tegningen, hvor fig. 1 skematisk viser forløbet af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, dog uden at anskueliggøre specielle udførelsesformer for enkelte procestrin, og fig. 2 skematisk viser en udførelsesform for et cementfremstillingsanlæg til udøvelse af fremgangsmåden.

I fig. 1 indføres koldt råmateriale 1 i et forvarme-trin 2. Materialet forlader forvarmetrinet som opvarmet råmateriale 3 og tilføres et forcalcineringstrin 4, på hvilket materialet opvarmes kraftigt og forcalci- neres. Dernæst indføres det forcalcinerede, med 5 betegnede råmateriale i et eftercalcineringstrin 6. Materialet forlader eftercalcineringstrinet som calcine-ret materiale 7. Det calcinerede materiale 7 tilføres et sintringstrin 8 og forlader dette som færdig cement-klinker 9, der køles på et efterfølgende køletrin 10.

Når materialet som kølet klinker 11 forlader køletrinet 10, er fremgangsmåden til brænding af cementklinker i flere trin afsluttet.

Til direkte og/eller indirekte køling af materialet på køletrinet 10 anvendes fortrinsvis luft 12. Den opvarmede spildluft fra køletrinet tilføres dels som en delstrøm 13 sintringstrinet og dels som en delstrøm 14 eftercalcineringstrinet 6. På sintringstrinet 8 forbrændes brændstof 15, og røggas 16 hidrørende fra denne forbrænding på sintringstrinet tilføres forcalcinerings-trinet 4. På eftercalcineringstrinet 6 forbrændes en brændstofandel 17. Røggas 18 hidrørende fra denne forbrænding tilføres som varmemedium forvarmetrinet 2 sammen med spildgas 19 fra forcalcineringstrinet 4. Fra forvarmetrinet 2 udgår spildgas 20, der eventuelt kan udnyttes til tørring af råmaterialet eller på supplerende fremgangsmådetrin, på hvilke materialet behandles, inden det tilføres brændeprocessen. En fra røggassen 16 fra sintringstrinet udskilt delstrøm 21 kan fjernes fra brændeprocessen ved hjælp af et bortledningsorgan 22. Denne foranstaltning tjener til at forhindre skadelige kredsløb mellem sintringstrinet og forvarmetrinet.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er fortrinsvis beregnet til forarbejdning af råmateriale i form af råmel, men er også velegnet til forarbejdning af et granuleret materiale.

Anlægget til udøvelse af de i fig. 1 skematisk anskue- liggjorte enkelte fremgangsmådetrin består principielt af en del til forvarmning af råmaterialet, en del til opvarmning af det forvarmede materiale til en høj temperatur og til dets forcalcinering og eftercalcinering, en del eller et trin til sintring af materialet til cementklinker samt en del til køling af den brændte klinker. Disse anlægsdele eller trin bør arbejde i mod-strøm til sikring af en optimal varmeøkonomi i cementfremstillingsanlægget. Også forcalcineringsdelen og eftercalcineringsdelen bør arbejde i modstrøm. Anlægsdelene kan dog også arbejde efter tværstrømsprincippet eller efter medstrømsprincippet, ligesom kombinationer af de forskellige strømningsprincipper er mulige.

Fig. 2 viser en foretrukken udførelsesform for et cementfremstillingsanlæg til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen med en fluidiseringsgas-varmeveksler 23 med fire over hinanden placerede cykloner 24, der er anbragt før en roterovn 23, regnet i materialets fremføringsretning gennem anlægget. Til anlægget hører endvidere en i materialepassagen gennem anlægget efter roterovnen følgende ristkøler 26. Fluidiseringsgasvar-meveksleren 23 har et forvarmetrin 2 med tre cykloner, et forcalcineringstrin 4 bestående af varmevekslerens nederste cyklon og af roterovnens røggasledning, der er betegnet med 27, samt et eftercalcineringstrin 6, der er anbragt efter roterovnen i materialets fremføringsbane og består af et reaktionsrørafsnit 28 og af en udskillecyklon 29. Reaktionsrørafsnittet 28 er sluttet til ristkøleren 26's udstrømningsåbning for kølemediet. I den fra roterovnen til den nederste cyklon i fluidiseringsgas-varmeveksleren 23 førende ovnrøggas-ledning 27 er der umiddelbart efter ovnens gasudstrømningsåbning anbragt en forgreningsledning 30 til bortledning af en gasdelstrøm 21. Svævegasvarmeveksleren 23 har foroven en rørledning 31 til tilførsel af koldt råmel og forneden en rørledning 32, der forbinder udskillelsescyklonen 29 på eftercalcineringstrinet 6 med roterovnens materialeindløbsledning 33, og gennem hvilken det forvarmede og calcinerede materiale tilføres ovnen. Behandlingsgassen suges gennem varmeveksleren 23 ved hjælp af en regulerbar sugeblæser 34.

Det i fig. 2 kun skematisk viste anlæg er forsynet med det i den moderne procesteknik til fremstilling af cement kendte måle- og reguleringsudstyr til overvågning og regulering af cementfremstillingsprocessen, heriblandt programmerede elektron-regneapparater. De hertil nødvendige måleværdigivere og indstillingsorganer er dog ikke vist i fig. 2.

Det beskrevne anlæg virker på følgende måde:

Koldt cementråmel indføres foroven gennem rørledningen 31 i gasvarmeveksleren 23 og passerer gennem denne i modstrøm til den op gennem varmeveksleren strømmende varme gas. Det cementråmel, der forvarmes på forvarme-trinet 2 bestående af de tre øverste cykloner 24, føres fra det tredje cyklontrin ind i forcalcineringstrinet 4, hvor det indføres i den nedre del af roterovnens røggasledning 27 og dispergeres fint i den varme ovn-røggasstrøm. I den varme gasatmosfære bringes det forvarmede råmel ved intensiv varmeoverførsel fra gassen hurtigt og modstandsfrit op på den høje temperatur, ved hvilken calcineringen påbegyndes, så at CO2 hurtigt uddrives fra de enkelte kalkstenspartikler og varmeover-førselen til materialet tilvejebringes meget hurtigt til trods for temperaturfaldet i det varme afvigende medium, så at kalkstenspartiklernes calcinering drives frem til nær ved partiklernes kerne.

Fra forcalcineringstrinet 4 i gasvarmeveksleren 23 fø- res det forcalcinerede materiale via materialeudløbsledningen 35 fra den nederste cyklon IV til eftercal-cineringstrinet 6, nærmere betegnet ind i reaktionsrørledningsafsnittet 28, hvor der ved hjælp af brændere 36 forbrændes brændstof i tilført varm kølerspildluft. Ved den således frembragte supplerende varme tilvejebringes en optimal temperaturdifference mellem det varme afgivende medium og de't calcinerede materiale således, at calcineringsprocessen bringes til afslutning ved calcinering af råmelpartiklernes kernezoner. Også her fremmer materialets fine dispersion i fluidiseret tilstand i gasstrømmen en hurtig varmeoverførsel og den bedst mulige udnyttelse af brændstoffet. Når materialet er fuldstændig calcineret på eftercalcinerings-trinet 6, udskilles det i cyklonudskilleren 29 fra den varme gas, hvorefter materialet via ledningen 32 og ovnhovedet 33 indføres i roterovnen 25, i hvilken materialet udelukkende sintres. I roterovnen 25 forbrændes ved hjælp af varm kølerspildluft 13 den for brændeprocessen nødvendige resterende brændstofmængde 15. På grund af denne foranstaltning er det muligt at anvende såkaldte korte roterovne, så at der ikke blot opnås en optimal regulering af calcineringsprocessen og den bedst mulige økonomi for brændeprocessen men også en reducering af investeringsomkostningerne.

Spildgassen 19 fra forcalcineringstrinet 4 og røggassen 18 fra eftercalcineringstrinet samles og anvendes samlet til opvarmning af forvarmetrinet, d.v.s. til for-varmning af råmateialet i varmevekslerens tre øverste cykloner I, II og III. Såfremt cementklinkeren skal brændes ud fra et meget alkaliholdigt råmateriale, kan den med 21 betegnede del af ovnens røggas ved hjælp af forgreningsledningen 30 fjernes fra brændeprocessen, hvorved man undgår kredsløb af skadelige stoffer mellem sintringstrinet og forvarmetrinet. I cementan-læggets

Claims (4)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af cementklinker ud fra et råmateriale ved dettes trinvise termiske behandling på et forvarmetrin, et calcineringstrin, et sintringstrin og et køletrin, hvor der såvel på calcine-ringstrinet som på sintringstrinet tilføres varme hid-rørende fra forbrændingen af et brændstof af en hvilken som helst art, og hvor calcineringstrinet er opdelt i et trin til forcalcinering og et trin til eftercalci-nering af materialet, og forvarmet råmateriale passerer gennem forcalcineringstrinet og eftercalcineringstrinet, af hvilke forcalcineringstrinet opvarmes ved afgangsgas fra sintringstrinet, medens eftercalcineringstrinet opvarmes ved forbrænding af brændstof i varm spildluft fra køletrinet, kendetegnet ved, at den samlede mængde råmateriale først opvarmes på forcalcineringstrinet og dernæst på eftercalcineringstrinet, og at spildgassen fra forcalcineringstrinet og spildgassen fra eftercalcineringstrinet føres sammen, inden den derved dannede blandingsgas anvendes til opvarmning af forvarmetrinet.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at en del af afgangsgassen fra sintringstrinet fjernes fra brændeprocessen, inden denne gas' resterende del indføres i forcalcineringstrinet.

2. Der kan dog også ved fremgangsmåden forarbejdes materialer med større partikler, f.eks. granulater. I så tilfælde indgår i anlægget de til et sådant materiale passende behandlingsapparaturer.

3. Anlæg til udøvelse af fremgangsmåden ifølge krav 1 eller 2, og indbefattende dele (2, 4, 6, 8, 10) til forvarmning, calcinering, sintring og køling af cement-råmateriale henholdsvis cementklinker, hvor anlægsdelen til calcinering af forvarmet råmateriale er. opdelt i to fra hinanden adskilte dele, nemlig en forcalcine-ringsdel (4) og en eftercalcineringsdel (6), af hvilke forcalcineringsdelens (4) gasudstrømningsåbning står i forbindelse med anlæggets sintringsdel (8), medens eftercalcineringsdelen (6) er sluttet til et organ til tilførsel af varm spildluft fra køledelen (10), kendetegnet ved, at forcalcineringsdelen (4) og eftercalcineringsdelen (6) er serieforbundet således, at alt råmateriale fra forvarmedelen (2) først passerer gennem forcalcineringsdelen (4) og dernæst gennem efter-calcineringsdelen (6), og ved, at de to calcineringsde-les (4, 6) rørledninger (19, 18) til bortledning af spildgas udmunder i forvarmedelen (2).

4. Anlæg ifølge krav 3, kendetegnet ved, at der umiddelbart efter sintringsdelens (8) gasudstrømningsåbning i en til denne sluttet røggasledning (16) er indskudt et organ (22) til afgrening og bortledning af en del (21) af gassen.