DK151875B - Fremgangsmaade og anlaeg til fremstilling af alkalifattig cementklinker ud fra et alkaliholdigt raamateriale - Google Patents

Description

DK 151875 B

Opfindelsen angår en fremgangsmåde af den 4 krav l's indledning angivne art.

Det er kendt, at alkaliforbindelser i cement på uønsket vis kan afkorte afbindingstiden betydeligt og medføre, at cementen slår om. Desuden er det kendt, at et for stort alkaliindhold i cement kan føre til ud-blomstring af alkalisulfater i betonen. Hvad angår de såkaldte reaktionsdygtige tilslagsstoffer kan i tilfælde af en stor alkalikoncentration i cementen en reaktion af alkalierne med disse tilslagsstoffer medføre al-kalidrivning og dermed være til fare for betonens rum-bestandighed.

Ved brænding af cementklinker ud fra et alkaliholdigt råmateriale forflygtiges alkalierne, især alkalichlo-riderne kvantitativt i brændeovnen, idet de sammen med brændeovnens røggas føres ind i forvarmeren, hvor de udfældes på råmaterialet. Disse udfældede stoffer føres med det forvarmede råmateriale i et kredsløb atter ind i brændeovnen. Herved opstår de af enhver fagmand kendte alkalikredsløb i materiale- og gasstrømmen, hvilke medfører en for stor alkaliberigelse og påbagninger af alkaliforbindelser i brændeanlægget.

Til undgåelse af disse ulemper er det kendt at brænde cementklinker i to trin. Efter tidligere forslag skal brændeovnens - sintringstrinets - alkaliholdige røggas fjernes fra den samlede brændeproces, så at der ikke kan kondensere alkalier på det koldere råmateriale. På denne måde undgår man, at der i systemet dannes stærkt berigede kredsløb af skadelige stoffer. Den omtalte kendte metode har imidlertid den meget graverende mangel, at den betydelige varmemængde i afgangsgassen fra sintringstrinet under alle omstændigheder går tabt og ikke kan udnyttes i brændeprocessen, hvorved omkost- 2 DK 15187 5 ningerne ved fremstilling af cementen øges i en sådan grad, at processen bliver helt uøkonomisk.

I senere tid har man udviklet en metode til fremstilling af alkalifattig cementklinker ud fra et alkalihol-digt råmateriale, jfr. tysk offentliggørelsesskrift 22 62 213, ved hvilken en del af røggassen fra sintrings-trinet gennem en bypass-ledning kontinuerligt fjernes fra brændeprocessen, medens den resterende del af ovn-røggassen anvendes til tørring af råmaterialet. Til forvarmning og calcinering af råmaterialet anvendes varm kølerafgangsluft, i hvilken der forbrændes supplerende brændstof, hvorved afgangsgassen fra calcinerings-trinet anvendes til forvarmning af råmaterialet på forvarmetrinet. Jo større alkaliindholdet i ovnrøggassen er, des større er også den del af ovnrøggassen, der fjernes direkte fra systemet og kasseres. Indeholder ovnens røggas mindre alkali, kan man ganske vist anvende en større del af røggassen til tørring af råmaterialet, men herved udnyttes termisk værdifuld varme kun ufuldstændigt, medens i det andet tilfælde den værdifulde varme i ovnrøggassen endog direkte går til spilde.

Denne metode er således ingenlunde tilfredsstillende med henblik på en økonomisk udnyttelse af varmen for brændeprocessen. Desuden er denne kendte fremgangsmåde uegnet til forarbejdning af råmateriale med stærkt svingende og midlertidigt meget stort alkaliindhold.

Ued en anden, fra DE-fremlæggelsesskrift nr. 14 71 115 kendt fremgangsmåde til fremstilling af cement opdeles cementråmelet i to delmængder, der indføres i hver sin varmeveksler, af hvilke den ene kun opvarmes med afgangsgas fra sintringstrinet, medens den anden varmeveksler kun opvarmes med forbrændingsgas fra calcine-ringstrinet. Sammenblanding af alkaliholdig afgangsgas og alkalifri forbrændingsgas til opvarmning af en var-

DK 151875B

3 o meveksler undgås. Behandling af cementråmel med en stærkt varierende og til tider meget høj koncentration af skadelige stofkomponenter er ved denne metode kun mulig via en indirekte varmeveksler. En sådan indirekte varmeveksler har imidlertid en meget dårligere virkningsgrad end en direkte virkende fluidiseringsgas-varmeveksler og er tilmed en bekostelig og kapitalintensiv løsning i konstruktiv henseende.

Ved en anden fra DE-offentliggørelsesskrift 25 23 737 kendt metode til fremstilling af cement opdeles cement-råmelet ligeledes i to delmængder, der tilføres hver sin fluidiseringsgas-varmeveksler. Den ene af disse to varmevekslere opvarmes udelukkende med røggassen fra en roterovn, medens der i den anden varmeveksler i opvarmningsøjemed indføres forbrændingsgas fra et calcineringskammer. Denne kendte metode kan ikke tilpasses stærkt varierende og tildels meget høje koncentrationer af skadelige stoffer i udgangsmaterialerne. Den termiske virkningsgrad i anlæg, i hvilke sådanne vanskeligt bearbejdelige materialer skal behandles termisk, kan ikke forbedres med sidstnævnte kendte fremgangsmåde.

Det er opfindelsens formål at undgå de omtalte mangler og forbedre de kendte metoder til termisk behandling især af alkalichloridholdigt cementråmateriale således, at endog cementråmateriale med stærkt svingende og til tider meget stort alkaliindhold med små investeringsomkostninger kan forarbejdes med de mindst mulige varmetab og uden risiko for dannelse af alkalikredsløb.

Det er desuden opfindelsens formål med stor nøjagtighed og uden skadelige indgreb i brændeprocessen at indstille cementklinkerens alkaliindhold på en forudbestemt tilladelig værdi og på denne måde selv ud fra et vanskeligt råmateriale at fremstille såkaldt "low-alkali"-cement.

DK 151875B

4

Dette opnås ved de i krav l's kendetegnende del angivne foranstaltninger, l/ed disse opnås, at varmeindholdet i en del af ovnens alkaliholdige røggas til trods for et varierende alkaliindhold i cementråmaterialet kan udnyttes til forvarmning af dette under brændingen af en cementklinker med lavt alkaliindhold. Det varmetab, som man har affundet sig med ved brænding af alkalifattig cementklinker ud fra især et meget alkaliholdigt cementråmateriale, reduceres på denne måde ganske betydeligt. Der opnås således en optimal brændstofudnyttelse .

Ved det i krav 2 angivne opnås en begyndende intensiv calcinering af en del af råmaterialet allerede i den varme røggasstrøm på grund af den store temperaturdifference mellem gassens temperatur og råmelpartikler-nes temperatur, så at kuldioxidet hurtigt og næsten modstandsfrit uddrives vidtgående fra cementråmelpartik-lerne. Under calcineringen bruges på grund af den en-dotherme proces varme, så at den varme røggasdelmængde ved hjælp af en forudbestemt råmeldelmængde kan indstilles svarende til den fra calcineringstrinet kommende forbrændingsgas' temperaturniveau. Man kan dog også i stedet for det forvarmede råmateriale anvende en del af det allerede vidtgående calcinerede råmateriale fra calcineringstrinet til afkøling af gassen. Dette vil være hensigtsmæssigt især i de tilfælde, hvor der kun kan anvendes en lille del af røggasmængden til termisk behandling, og den resterende del af røggassen skal kasseres på grund af røggassens store alkaliindhold.

Den lille varmemængde, der er nødvendig til fuldstæn- i dig calcinering af de allerede vidtgående calcinerede ; råmaterialepartikler, tages fra sintrinstrinets varme afgangsgas. j

Den i krav 4 angivne foranstaltning er særlig fordelag-

DK 151875B

5 tig, når kun en lille delmængde af den alkaliholdige gas fra sintringstrinet kan anvendes til termisk behandling af råmaterialet, i hvilket tilfælde der er risiko for, at de til røggassens afkøling anvendte råmaterialepartikler ikke medrives af gasstrømmen, men eventuelt falder direkte ned i sintringstrinet. Til forhindring af dette anvendes luft, fortrinsvis den varme afgangsluft fra køletrinet som bæremedium, så at det råmateriale, der anvendes til køling af den varme afgangsgas fra sintringstrinet, med sikkerhed medrives af gassen. Med samme fordelagtige resultat kan man selvfølgelig anvende andetsteds opvarmet varm luft, varm gas fra forvarmetrinet eller renset bypass-gas.

Den i krav 5 kendetegnede udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen er særlig velegnet i forbindelse med et anlæg med meget stor ydelse. Ved det i krav 5 angivne opnås i forbindelse med den i krav 6 kendetegnede foranstaltning, at den ene materialestreng selv i et anlæg med to parallelle forvarmetrin fuldt ud kan påvirkes af den varme gas fra sintringstrinet, medens det andet forvarmetrin er helt spærret mod afgangsgas fra sintringstrinet. Herved opnås en bedre termisk udnyttelse af den varme gas fra sintringstrinet.

Opfindelsen angår tillige et anlæg af den i krav 7's indledning angivne art til udøvelse af fremgangsmåden. Anlægget er ejendommeligt ved det i krav 7*s kendetegnende del angivne, hvorved der med enkle konstruktive midler fås et cementfremstillingsanlæg, i hvilket man kan forarbejde selv et cementråmelmateriale med stærkt varierende, stort alkaliindhold og samtidigt hermed opnå en betydelig reduktion af varmetabene pr. kilo brændt cementklinker.

Ved hjælp af anlægget ifølge opfindelsen er det for

DK 151875B

6 første gang blevet muligt at forarbejde vanskelige udgangsmaterialer på en økonomisk forsvarlig vis og under optimal udnyttelse af brændstoffets varme. Især når gasledningen fra calcineringsindretningen oven for afgangsgasledningen udmunder i den nederste cyklons cylindriske del, vil det i denne cyklon fra gasstrømmen fra calcineringsindretningen udskilte råmateriale derefter komme i berøring med den varme røggas fra sintringstrinet, så at der her opnås en vis eftercalcine-ring fra sintringstrinet i den nederste cyklons koniske del eller i cyklonen umiddelbart ved dens nedre spids, hvor det udskilte materiale fjernes fra cyklonen.

Ifølge opfindelsen kan der i røggasledningen fra sintringstrinet være indført en forgreningsledning for forvarmet og/eller calcineret råmateriale, så at den varme røggas fra sintringstrinet kan afkøles ved hjælp af selve råmaterialet.

I røggasledningen fra sintringstrinet kan der ifølge opfindelsen fortrinsvis i området umiddelbart ved røg-gasledningens udgang fra roterovnen være indført en luftledning, hensigtsmæssigt en ledning, der forbinder materialekøleren med nævnte røggasledning eller udgår fra forbindelsesledningen mellem calcineringsindretningen og materialekøleren. Herved opnås, at der i røggas-ledningen kan indføres varm bæreluft i de tilfælde, hvor en stor del af den alkaliholdige afgangsgas, f.eks.

i mere end 85¾ af denne, ledes gennem bypass-ledningen, j og den resterende alkaliholdige røggasdel, der føres j til forvarmeren, på grund af de fastlagte, i så til- ; fælde for store tværsnit i gasledningen ikke er i stand til at medrive det råmateriale, der indføres i gasledningen til afkøling af gassen, og føre dette materiale ind i forvarmerens nederste cyklon til udskillelse af materialet fra gassen.

DK 151875B

7

Til nøjagtig dosering af den i spildgassen indførte råmaterialemængde i afhængighed af røggasmængden fra ovnen kan materialeudløbsledningen fra forvarmerens nederste cyklon være forgrenet og indeholde et indstilleligt fordelingsorgan. Med samme fordel kan ifølge opfindelsen materialeudløbsledningen fra forvarmerens næstnederste cyklon være forgrenet og forsynet med et indstilleligt fordelingsorgan, så at der fra sidstnævnte cyklon såvel i calcineringsindretningen som i roterovnens røggasledning kan indføres en eksakt indstillelig materialedelmængde. På denne måde kan der drages omsorg for, at forbrændingsgassen fra calcineringsindretningen og røggassen fra roterovnen tilnærmelsesvis har samme temperatur på det sted, hvor disse to gasstrømme passerer ind i forvarmerens nederste cyklon, så at den samlede mængde gas med samme høje temperatur-niveau kan tjene til forvarmning af råmaterialet.

I det følgende forklares opfindelsen nærmere ved hjælp af tegningen, der skematisk viser en udførelsesform for anlægget ifølge opfindelsen med to parallelt koblede svævegasforvarmere hver især bestående af et antal cykloner.

Til det på tegningen viste anlæg hører en roterovn 1 med et indløbshoved 2 for materialet, samt to parallelle svævegasforvarmere 4 og 5 hver især bestående af flere over hinanden anbragte cykloner 3. Ovnens indløbs-hoved 2 er forbundet med en bypass-ledning 6 med en indretning 7 til køling af den alkaliholdige ovnrøggas ved hjælp af kold luft eller vand eller begge disse kølemedier. Køleindretningen 7 står via et ikke vist elektrofilter til udskillelse af støv i forbindelse med atmosfæren.

De to cyklonforvarmere 4 og 5 er placeret på hver sin

DK 151875B

8 side af bypass-ledningen 6. Ovnhovedet 2 står via en røggasledning 8 i forbindelse med den nederste cyklon 3/1V i den ene forvarmer 5. I denne cyklon udmunder desuden en gasledning 9 fra en calcineringsindretning 10, der via en varmluftledning 11 er forbundet med en sintringskøler 28 til køling af det i roterovnen færdigbrændte cementråmateriale. Calcineringsindretningen 10 er udformet som en reaktionsstrækning og forsynet med en brænder 24. Røggasledningen 8 og gasledningen 9 munder begge i den nederste cyklon 3/IV's cylindriske del, idet gasledningen 9 udmunder oven for røggas-ledningen 8.’ Røggasledningen 8 er desuden via en forgreningsluftledning 12 forbundet med varmluftledningen 11. Cyklonerne 3 i de to cyklonforvarmere 4 og 5 er ved hjælp af gasledninger 13, 14, 15 forbundet på en sådan måde, at den varme blandingsgas fra den nederste cyklon 3/IV ved hjælp af en blæser 31 successivt suges gennem forvarmerens enkelte cykloner.

Hvad angår materialet er cyklonerne 3 således forbundet med hinanden, at det cementråmateriale, der ved 16 og 17 indføres i forvarmerens øverste del, fra oven og nedad passerer gennem cyklonerne 3 i modstrøm til den op gennem disse strømmende varme gas. Materialeudløbsledningerne 18 fra begge cyklonforvarmeres tredje cyklon, regnet i materialets fremføringsretning, har hver i sin forgrening 19 med et fordelingsorgan 20 og en for- ;

greningsledning 29. Den ene forgreningsledning 29 udmunder i røggasledningen 8. Også materialeudløbsledningen 21 fra hver cyklonforvarmers nederste cyklon 3/IV

til ovnhovedet 2 er forgrenet som vist ved 22 og har et fordelingsorgan 23. En grenledning 30 står i forbin- ! delse med røggasledningen 8's nederste del.

Det i det foregående beskrevne anlæg arbejder på følgende måde:

DK 151875B

9

Det kolde cementråmateriale, der ved 16 og 17 indføres i cyklonforvarmerne 4, 5's øvre del, passerer ned gennem cyklonerne i modstrøm til den varme røggas fra roterovnen 1 og fra calcineringsindretningen 10, hvilke to røggasstrømme blandes med hinanden i den nederste cyklon 3/1V i den pågældende cyklonforvarmer. En del, fortrinsvis den største del af det fra cyklonen 3/III udgående og allerede vidtgående forvarmede råmateriale indføres i calcineringsindretningen 10, i hvilken det næsten fuldstændigt calcineres i den varme forbrændingsgas fra forbrændingen af det gennem brænderen 24 tilførte brændstof i den varme kølerafgangsluft. Det forvarmede råmateriales anden del ledes gennem forgreningen 19 og forgreningsledningen 29 ind i røggasledningen 8's nedre del, i hvilken den indføres i roterovnens varme, alkaliholdige røggas med en temperatur på tilnærmelsesvis 1200-1400°C. Begge råmaterialedelstrømme optager under den endotherme calcineringsproces varme, så at temperaturen i den varme gas fra calcineringsindretningen henholdsvis fra roterovnen er tilnærmelsesvis 800-1000°C, når gassen strømmer ind i den nederste cyklon. Begge varmgasstrømme har ved indstrømning i den pågældende forvarmers nederste cyklon samme temperaturniveau. Blandingsgassen tjener dernæst til for-varmning af råmaterialet i varmevekslernes øvre cyklontrin .

Det vidtgående calcinerede råmateriale udskilles i den nederste cyklon fra blandingsgassen og indføres gennem materialeledningen 21 i roterovnen 1 med sintring for øje. Ved hjælp af det i forgreningen 22 anbragte fordelingsorgan 23 indføres via forgreningsledningen 30 en nøjagtigt afpasset delmængde af dette calcinerede materiale i røggasledningen 8's nederste del, så at ovn-røggassen også derved afkøles således, at gassens temperatur er mellem 800 og 1000°C, når gassen passerer

DK 151875B

10 ind i den nederste cyklon 3/IV.

Indføres der i røggasledningen kun en så lille delmængde af den alkaliholdige ovnrøggas, at denne mængde er for lille til sikring af en jævn fordeling af den til afkøling af gassen i røggasledningen indførte råmaterialemængde og til medbringning af denne materialemængde til den nederste cyklon, tilføres der gennem forgreningsluftledningen 12 varm afgangsluft fra materiale-køleren, så at gassens strømningshastighed øges så meget, at råmaterialet fra gasledningen med sikkerhed rives med ind i forvarmerens nederste cyklon 3/IV. Den del af roterovnens alkaliholdige røggas, der til enhver tid skal slippes ud i det fri og derved kasseres, af-gyses et kort stykke bag ved udstrømningen fra ovnens indløbshoved i bypass-ledningen 6's nedre område ved hjælp af en kold luftstrøm 32, der indføres i køleindretningen 7 roterende om sin egen akse. Denne afkøling kan yderligere intensiveres ved hjælp af fra en dyse 34 indsprøjtet vand, så at alt alkali i gasstrømmen med sikkerhed sublimerer og i form af støvfine partikler kan udskilles i en på tegningen kun skematisk vist elektroudskiller 33. I røggasledningen 8, bypass-ledningen 6 og forgreningsluftledningen 12 er anbragt et spærreorgan henholdsvis 25, 26 og 27 af kendt konstruktion.

Ledes 5070 af ovnrøggassen gennem bypass-ledningen 6, indføres den anden halvdel af den alkaliholdige ovn-røggas udelukkende gennem røggasledningen 8 i den nederste varmevekslercyklon 3/IV i den pågældende forvarmer. Ved den viste tostrengs-varmeveksler får kun den ene varmeveksler eller den ene røggasledning tilført . halvdelen af ovnens røggas. Denne varmeveksler drives da uden noget bypass, medens den anden varmeveksler ved hjælp af spærreorganet 25 er helt adskilt fra ovn

Claims (14)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af alkalifattig cementklinker ud fra et alkaliholdigt råmateriale, ved hvilken råmaterialet behandles termisk i en i flere behandlingstrin opdelt brændeproces, der indbefatter et forvarmetrin, et calcineringstrin, et sintringstrin og et køletrin, og hvor der såvel på calcineringstri-net som på sintringstrinet tilføres brændstof af en hvilken som helst art, og der fra køletrinet ledes varm luft som forbrændingsluft såvel til calcineringstrinet som til sintringstrinet, kendetegnet ved, at i det mindste en del af den alkaliholdige afgangsgas i afhængighed af heri indeholdte alkalier udtages fra sintringstrinet, afkøles til temperaturniveauet for forbrændingsgassen fra calcineringstrinet og blandes med forbrændingsgassen i forvarmetrinet og dernæst anvendes til termisk behandling af råmaterialet, samt at den resterende del af den alkaliholdige afgangsgas fra sintringstrinet fjernes fra brændeprocessen.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den til forvarmetrinet førte afgangsgasdelmængde fra sintringstrinet før tilførselen til forvarmetrinet ved hjælp af en delmængde af det allerede forvarmede råmateriale afkøles til temperaturniveauet i forbrændingsgassen fra calcineringstrinet.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at den til forvarmetrinet førte afgangsgasdelmængde fra sintringstrinet ved hjælp af en delmængde af det allerede vidtgående calcinerede råmateriale ned DK 151875B køles til temperaturniveauet af forbrændingsgassen fra calcineringstrinet.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, 2 eller 3, k e n d e -tegnet ved, at der til den til forvarmetrinet førte afgangsgasdelmængde fra sintringstrinet før forvarmetrinet tilføres luft som bæremedium, fortrinsvis varm afgangsluft fra køletrinet.

5. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 1-4, kendetegnet ved, at den alkaliholdi-ge afgangsgasdelmængde fra sintringstrinet tilføres flere, fortrinsvis to parallelt i forhold til hinanden anbragte forvarmetrin. i

6. Fremgangsmåde ifølge krav 5, kendetegnet ved, at tilnærmelsesvis 50?ί af den alkaliholdige afgangsgas fra sintringstrinet fjernes fra brændeprocessen, og at den resterende afgangsgasmængde kun tilføres et af forvarmetrinene og på dette blandes med forbrændingsgassen fra calcineringstrinet.

7. Anlæg til udøvelse af fremgangsmåden ifølge et hvilket som helst af kravene 1-6, og indeholdende mindst i én efter svævegasprincippet arbejdende cyklonforvarmer 1 (4, 5) og en calcineringsindretning (10), der er indskudt før en roterovn (1), efter hvilken der er anbragt ' en materialekøler (28), kendetegnet ved, at roterovnen (1) og calcineringsindretningen (10) er sluttet til materialekølerens (28) afgangsluftledning (11), at roterovnen (1) via mindst én bypass-ledning (6) er forbundet med atmosfæren, og via mindst én røggasledning (8) uden om calcineringsindretningen (10) er forbundet med cyklonforvarmeren (4, 5), og at roterovnens (1) røggasledning (8) sammen med en gasledning (9) fra calcineringsindretningen (10) er forbundet med cyklon- DK 151875B fori/armerens (4, 5) nederste cyklon (3/IV).

8. Anlæg ifølge krav 7, kendetegnet ved en i ovnens røggasledning (8) mundende forgreningsledning (29, 30) for forvarmet og/eller calcineret råmateriale.

9. Anlæg ifølge krav 7 eller 8, kendetegnet ved, at der fortrinsvis umiddelbart efter roterovnen (1) i dennes røggasledning (8) udmunder en luftledning (12) .

10. Anlæg ifølge krav 9, kendetegnet ved, at luftledningen (12) forbinder materialekøleren med ovnens røggasledning (8).

11. Anlæg ifølge et hvilket som helst af kravene 7-10, kendetegnet ved, at der i den nederste cyklons (3/IV) materialeudløbsledning (21) mellem cyklonen og roterovnen (1) neden for det sted, hvor ovnens røg-gasledning (8) udgår, er anbragt et som skyder udformet indstilleligt prelorgan.

12. Anlæg ifølge et hvilket som helst af kravene 7-11, kendetegnet ved, at der i ovnens røggasledning (8), i bypass-ledningen (6) samt i luftledningen (12) er anbragt et spærreorgan (henholdsvis 23, 26 og 27).

13. Anlæg ifølge krav 11, kendetegnet ved, at materialeudløbsledningen (21) fra den nederste cyklon (3/IV) har to grenledninger (22), af hvilke den ene er forbundet med roterovnen (1), medens den anden er forbundet med dennes røggasledning (8), og at der på forgreningsstedet er anbragt et indstilleligt fordelingsorgan (23). DK 151875B

14. Anlæg ifølge et hvilket som helst af kravene 7-9, kendetegnet ved, at materialeudløbsledningen (18) fra den over den nederste cyklon anbragte cyklon (3/III) er opdelt i to grenledninger (19, 29), af hvilke den ene (29) står i forbindelse med roterovnens røggasledning (8) og den anden (19) med calcinerings-indretningen (10), og at der på forgreningssstedet er anbragt et indstilleligt fordelingsorgan (20).