DK173203B1

DK173203B1 - Fremgangsmåde og apparat til kontinuerlig behandling af partikelformet materiale

Info

Publication number: DK173203B1
Application number: DK199600109A
Authority: DK
Inventors: Joern Touborg
Original assignee: Smidth & Co As F L
Priority date: 1996-02-02
Filing date: 1996-02-02
Publication date: 2000-03-13
Also published as: CN1208462A; PL328013A1; BR9612474A; PL187440B1; CZ295657B6; DE69607770T2; WO1997028408A1; UA42861C2; EP0877907B1; ZA97445B; AU1301997A; DK10996A; CA2239026C; CN1099017C; ID15868A; DE69607770D1; CZ9802276A3; JP4083220B2; TW345613B; KR100463916B1

Description

DK 173203 B1 i

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til kontinuerlig behandling af partikel formet materiale, så som cementråmel, i et apparat, der omfatter en stationær reaktor udformet som en konisk spouted bed, hvortil 5 materialet fødes og behandles i et suspenderet leje ved hjælp af gas, der via et centralt anbragt gasindløb indblæses ved bunden af reaktoren og strømmer opad gennem reaktoren, og hvor materialet udtømmes via en åbning i bunden af reaktoren. Opfindelsen angår endvidere et apparat 10 til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

En fremgangsmåde af denne art kendes fra EP-B-0380878, der indehaves af ansøgeren til nærværende patentansøgning.

Ifølge dette patentskrift sker den løbende udtømning af 15 produktionen fra den stationære reaktor ved, at færdigbrændte klinker, der har vokset sig så store, at de overskrider en forudbestemt størrelse, under indvirkning af tyngdekræften passerer ud gennem gasindløbet i modstrøm med suspensionsgassen.

20

En ulempe ved denne kendte udtømningsteknik er, at den ikke sikrer, at der hele tiden opretholdes en ønsket materialemængde i reaktoren ved, at en ændring i materialefødningen automatisk medfører en tilsvarende ændring i materialeud-25 tømningen. I et apparat, der benytter denne udtømningsteknik, vil det derfor være svært at opnå en reaktions- og energimæssig optimal opholdstid for klinkerne i reaktoren.

Ved den nævnte fremgangsmåde har det under visse driftsbetingelser i praksis vist sig, at hele eller en uønsket stor 30 del af lejet enten tabes nedenud på en gang, hvorved reaktoren tømmes helt eller delvist, eller at lejet vokser ovenud i reaktoren. En yderligere ulempe ved fremgangsmåden er, at den kun kan benyttes ved reaktionsprocesser, hvor der sker en løbende vægtforøgelse af partiklerne i lejet.

, 35

Formålet med den foreliggende opfindelse er at angive en fremgangsmåde og således et apparat, der sikrer, at en DK 173203 B1 2 ønsket materialemængde hele tiden opretholdes i reaktoren.

Dette opnås ved en fremgangsmåde af den i indledningen angivne art, og som er kendetegnet ved, at reaktorens 5 dimensioner og driftsparametre samt de tilsluttede apparatvolumener vælges og reguleres således, at lejet under drift på kontrolleret vis pulserer op og ned i reaktoren med en sådan amplitude, at en mængde af lejematerialet svarende til mængden af nyfødningsmateriale, når lejet 10 befinder sig i sin laveste position, bringes ind i et område, hvor gasstrømmens hastighed er lavere end den minimalt nødvendige hastighed for suspendering af lejepartiklerne og derved falder igennem gasstrømmen ud af reaktoren.

15

Ved forsøg udført af ansøgeren på et pilot-anlæg, der i alt væsentligt er af den art, der er beskrevet i ovennævnte patent, er det under visse driftsforhold blevet konstateret, at en del af cementklinkerne kommer ud af reaktoren 20 længe før de alene ved tyngdekræftens hjælp er store nok til at overvinde suspensionsgassen. Det har endvidere vist sig, at ændringer af gashastigheden på op til 50% kun har ringe indflydelse på størrelsen af klinkerne, der forlader reaktoren.

25

Ved nærmere undersøgelser er det blevet konstateret, at klinkerudtømningen fra reaktoren under disse driftsforhold sker i portioner og i takt med, at hele lejet i reaktoren hopper op og ned, og at det der udtømmes fra reaktoren er 30 af nogenlunde samme granulometri, som det der forbliver i reaktoren.

Der er derfor ingen tvivl om, at det suspenderede leje kan bringes til at pulsere op og ned i reaktoren, og at der på 35 denne måde kan udtømmes klinker fra reaktoren. ,

Pulsationer i suspenderede lejer, så som spouted beds, er j -a i 3 DK 173203 B1 ikke ukendt for fagmanden indenfor området, men er hidtil blevet betragtet som noget, der skal undgåes. I faglitteraturen synes ingen at have studeret pulsationsfænomenet detaljeret med hensyn til, hvad der forårsager pulsationer-5 ne. Derimod beskrives mange velegnede metoder til at undgå pulsationerne.

Udfra de forsøg ansøgeren har gennemført, fremgår det, at pulsationerne skyldes et samspil mellem flere faktorer.

10 Særlig betydning har især forholdet mellem det suspenderede lejes massekræfter og fjederkræfterne fra de luftvolumener, som befinder sig over og under lejet såvel i selve reaktoren som i de tilsluttede apparater. Desuden har dimensionerne af gasindløbskanalen, vinklen af reaktorens konusdel 15 og driftsparametrene, så som gasstrømmen, materialehastigheden og temperaturen i såvel reaktoren som gasindløbskanalen, betydning for lejets opførelse.

Enhver fagmand indenfor området vil være i stand til ved 20 passende valg og regulering af ovennævnte faktorer at opnå en stabil driftsform med et ønsket pulsationsbillede.

Ved eksempelvis at tilpasse luftvolumerterne i de tilsluttede apparater til den ønskede lejesuspension og 25 gasstrøm kan frekvens og amplitude af lejesuspensionens pulsationer moduleres således, at amplituden får netop den størrelse, der gør, at en ønsket delmængde af lejematerialet, når lejet befinder sig i sin laveste position, bringes ind i et område, hvor gasstrømmens hastighed er lavere end 30 den minimalt nødvendige hastighed for suspendering af lejepartiklerne og derved falder igennem gasstrømmen ud af reaktoren. Fordi amplituden vokser ved voksende masse af lejesuspensionen, vil den mængde, der på denne måde falder ud af reaktoren, øges ved voksende masse af lejesuspensio-35 nen. Herved vil massen af suspensionslejet stabilisere sig indenfor et snævert område og iøvrigt tilpasse sig de valgte driftsparametre.

DK 173203 B1 4

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen opnås det således, at en ønsket materialemængde hele tiden opretholdes i reaktoren ved, at en ændring i materialefødningen automatisk medfører en tilsvarende ændring i materialeudtømningen.

5 Herved kan materialets opholdtid i reaktoren styres bedre end ved de hidtil keridte teknikker således, at materialets opholdstid bliver mere ensartet og dermed reaktions- og energimæssig mere optimal. Fremgangsmåden kan endvidere benyttes ved processer, hvor der ikke sker en løbende 10 vægtforøgelse af partiklerne i lejet.

I praksis kan såvel reaktorens dimensioner og driftsparametre som de tilsluttede apparatvolumener anvendes som variable reguleringsparametre enten alene eller i kombi-15 nation.

Man kan således vælge at regulere længde- og/eller diame-: ter-dimensionerne af reaktorens gasindløbskanal. Dette gøres mest enkelt inden opstart ved hjælp af et eller flere 20 indsatsstykker, der har de ønskede dimensioner, og som anbringes i gasindløbskanalen, men kan også ved hjælp af passende organer, så som længde- og/eller diametervariable indsatsstykker, gøres under drift, i praksis har det vist sig fordelagtigt, at forholdet mellem gasindløbets 25 længde og diameter kan reguleres indenfor et interval på mellem 1,5 og 6.

Man kan ligeledes vælge, at regulere mindst en af driftparametrene, så som gashastigheden, materialestrømmen, 30 reaktortemperaturen og indløbskanaltemperaturen, under drift. Vælges gashastigheden som reguleringsparameter, bør denne i den snævrest del af gasindløbet reguleres indenfor et interval på mellem 1 og 5 gange terminalhastigheden for en partikkel af middelstørrelse i det materiale, der 35 udtømmes fra reaktoren.

Reaktoren vil typisk indgå som en del af et større anlæg, i'i * 5 DK 173203 B1 hvori reaktoren er direkte forbundet med andre apparater, og i så fald kan pulsationerne af lejet i reaktoren endvidere reguleres ved, at volumenet af mindst et af de tilsluttede apparater reguleres under drift. Herved vil 5 fjederkraften fra det pågældende apparat, som har indflydelse på frekvens og amplitude af pulsationerne, kunne ændres således, at det ønskede pulsationsbillede opnås.

I visse tilfælde vil det være ønskeligt at kunne returnere 10 en fraktion, typisk den fineste fraktion af materialet, der udtømmes fra reaktoren, tilbage til reaktoren. Dette kan være på grund af, at denne materialefraktion ikke har haft den ønskede opholdstid i reaktoren. Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen er det derfor muligt, at sigte materia-15 let, der er udtømt fra reaktoren, og endvidere at returnere den ønskede sigtefraktion til reaktoren. Sigtningen kan udføres som en vindsigtning ved, at materialet ledes gennem en stort set lodret kanal i modstrøm med suspensionsgassen, hvis hastighed i kanalen holdes inden for et interval på 20 0,1 og 1 gange terminalhastigheden for en partikkel af middelstørrelse i det materiale, der indeholdes i lejet.

Opfindelsen angår også et apparat til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, hvilket apparat omfatter en 25 forbehandlingsenhed, en stationær reaktor, der udgøres af en opretstående cylindrisk beholder, der ved sin nedre ende har en frustokonisk væg, hvis bund er i åben og direkte forbindelse med toppen af en efterbehandlingsenhed via en fælles lodret, central kanal for samtidig passage af både 30 suspensionsgas fra efterbehandlingsenheden til reaktoren og udtømt materiale fra reaktoren til efterbehandlingsenheden, hvilken reaktor også er forsynet med et eller flere indløb for forbehandlet materiale, og som er kendetegnet ved, at det omfatter organer til på kontrolleret vis at regulere 35 lejets pulsationsamplitude.

Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere under DK 173203 B1 6 henvisning til tegningen, der er skematisk, og hvor

Fig. 1 viser et eksempel på et apparat ifølge den foreliggende opfindelse, og 5

Fig. 2 viser delvist'i snit et udsnit af apparatet vist i Fig. 1.

Fig. 1 viser et anlæg til fremstilling af cementklinker, 10 hvilket anlæg omfatter en suspensionsforvarmer bestående af tre cyklontrin 1, 2 og 3, en kalcinator 4 med en udskille-cyklon 5, en stationær reaktor 6 ligeledes med en udskille-cyklon 7, en første klinkerkøler 8 og en anden klinkerkøler 9.

15

Cementråmel fødes til anlægget ved et indløb 10 og transporteres på kendt måde gennem forvarmercyklonerne 1, 2 og 3 til kalcinatoren 4 via en ledning 11. Kalcinatoren fødes med brændsel ved et indløb 12 og forbrændingsluft via en 20 kanal 13 fra henholdsvis reaktoren 6’s udskillecyklon 7 og den anden køler 9.

I kalcinatoren 4 kalcineres det forvarmede råmel på kendt måde i suspension, og suspensionen af røggas og kalcineret 25 råmel transporteres via et udløb 5a til udskillecyklonen 5, hvorfra røggassen ledes op til forvarmeren 1, 2 og 3, og derfra udledes fra anlægget via et gasudløb 14. Det udskilte kalcinerede råmel ledes fra udskillecyklonen 5 til reaktoren 6 via en ledning 15 og et materialeindløb 15a. An-30 lægget kan endvidere omfatte en ledning 11a til omledning af en delmængde af det forvarmede råmel udenom kalcinatoren 4 direkte til reaktoren 6’s top, hvor det indføres og sammenblandes med afgangsgassen fra reaktoren 6 for derved at sænke temperaturen i dette område, så påbagninger i 35 udskillecyklonen 7 undgåes.

Reaktoren 6, der er udformet som en konisk spouted bed, 7 DK 173203 B1 j forsynes med forbrændings- og suspensionluft fra den første køler 8 via en kanal 16 og med brændsel via et indløb 17.

De færdigbrændte klinker udtømmes fra reaktoren 6 på den ifølge opfindelsen angivne måde og ledes via kanalen 16 til 5 køleren 8 i modstrøm med køleluften, der tilføres til køleren 8 ved hjælp Sf en blæser 18. Fra den første køler 8 ledes klinkerne via en kanal 19 videre ind i den anden køler 9, der forsynes med køleluft ved hjælp af en blæser 20.

10

Kanalen 16 udgøres af en gasindløbsstrækning 21 tættest på reaktoren 6 og en underliggende separeringsstrækning 22 med større hydraulisk diameter. Kanalen 16 kan principielt have en hvilken som helst tværsnitform, men er fortrinsvis 15 cirkulær.

Reaktoren 6’s dimensioner og driftsparametre samt de tilsluttede apparatvolumener, så som den underliggende køler 8's fribordsvolumen 8a, vælges inden opstart af anlægget 20 til den påtænkte opgave på baggrund af tidligere driftserfaringer således, at lejet under drift vil pulsere op og ned i reaktoren 6. Under selve opstarten og eventuelt senere under driften moduleres pulsationsamplituden således, at lejet ved hver pulsationscyklus svinger så 25 langt ned, at en ønsket delmængde af lejematerialet bringes ind i kanalen 16's separeringsstrækning 22, hvor gasstrømmens hastighed er lavere end den minimalt nødvendige hastighed for suspendering af lejepartiklerne, og derved falder igennem gasstrømmen ud af reaktoren 6, mens den 30 resterende del af lejet svinger tilbage i reaktoren 6.

I Fig. 2 er vist eksempler på midler, ved hjælp af hvilke reguleringen af lejets pulsationer kan ske. Længden af gasindløbsstrækningen 21 kan reguleres ved hjælp af et Γ ’ 35 rørstykke 23, der er anbragt teleskopisk i gasindløbsstræk ningen 21, og som kan forskydes op og ned, som vist ved t dobbeltpilen 23a. I anlæg, hvor driftstemperaturen i DK 173203 B1 8 modsætning til i det viste anlæg er lav, kan gasindløbsstrækningen 21' s diameter eksempelvis reguleres ved hjælp af et rørformet bælgorgan, ikke vist. Køleren 8's fribordsvolumen 8a kan reguleres på mange måder. Eksempelvis kan 5 kølerens ristbund 24 hæves og sænkes, som vist ved dobbeltpilen 25, eller et fyldelegeme 26 kan forskydes ind og ud af køleren 8, som vist ved dobbeltpilen 27. En yderligere mulighed består i, at mængden af klinker i køleren 8 reguleres ved regulering af udtræksmængden i forhold til 10 fødningsmængden. Gasmængden og -hastigheden op gennem kanalen 16 og reaktoren 6 kan reguleres ved hjælp af blæseren 18, mens materialestrømmen til reaktoren 6 kan reguleres ved regulering af materialestrømmene i ledningerne 10, 11 og 11a. Reaktortemperaturen kan reguleres ; 15 ved regulering af brændselstilførelsen via indløbet 17, mens temperaturen i gasindløbskanalen 16 kan reguleres ned og op ved henholdsvis at tilsætte kold luft eller at indfyre brændsel enten i kølerfribordet 8a eller i selve kanalen 16.

20 25 i 30 Ξ 35 ί m

Claims

1. Fremgangsmåde til kontinuerlig behandling af partikelformet materiale, så som cementråmel, i et apparat, der 5 omfatter en stationær reaktor (6) udformet som en konisk spouted bed, hvortil' materialet fødes og behandles i et suspenderet leje ved hjælp af gas, der via et centralt anbragt gasindløb (21) indblæses ved bunden af reaktoren (6) og strømmer opad gennem reaktoren (6), og hvorfra 10 materialet udtømmes via en åbning (21) i bunden af reaktoren, kendetegnet ved, at reaktorens (6, 21) dimensioner og driftsparametre samt de tilsluttede apparatvolumener (8a) vælges og reguleres således, at lejet under drift på kontrolleret vis pulserer op og ned i reaktoren (6) med en 15 sådan amplitude, at en mængde af lejematerialet svarende til mængden af nyfødningsmateriale, når lejet befinder sig i sin laveste position, bringes ind i et område (22), hvor gasstrømmens hastighed er lavere end den minimalt nødvendige hastighed for suspendering af lejepartiklerne og derved 20 falder igennem gasstrømmen ud af reaktoren.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at længde-og/eller diameter-dimensionerne af reaktorens gasindløb (21) reguleres under drift. 25

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at forholdet mellem gasindløbets (21) længde og diameter reguleres indenfor et interval på mellem 1,5 og 6.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at mindst en af driftparametrene, så som gashastigheden, materialestrømmen, reaktortemperaturen og gasindløbskanaltempera-turen, reguleres under drift. ’ 35

5. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendetegnet ved, at gashastigheden i den snævrest del af gasindløbet (21) reguleres indenfor et interval på mellem 1 og 5 gange DK 173203 B1 terminalhastigheden for en partikkel af middelstørrelse i det materiale, der udtømmes fra reaktoren.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at mindst 5 et af de tilsluttede apparatvolumener (8a) reguleres under drift,

7. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-6, kendetegnet ved, at materialet, der er udtømt fra reaktoren (6), 10 sigtes, og at den fineste sigtefraktion returneres til reaktoren.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 7, kendetegnet ved, at sigtningen udføres som en vindsigtning ved, at materialet 15 ledes gennem en stort set lodret kanal (22) i modstrøm med suspensionsgassen, hvis hastighed i kanalen (22) holdes inden for et interval på 0,1 og 1 gange terminalhastigheden for en partikkel af middelstørrelse i det materiale, der indeholdes i lejet. 20

9. Apparat til udøvelse af fremgangsmåden ifølge ethvert af de forudgående krav, hvilket apparat omfatter en forbehandlingsenhed (1, 2, 3, 4, 5), en stationær reaktor (6), der udgøres af en opretstående cylindrisk beholder (6a), 25 der ved sin nedre ende har en frustokonisk væg (6b), hvis bund er i åben og direkte forbindelse med toppen af en efterbehandlingsenhed (8) via en fælles lodret, central kanal (16) for samtidig passage af både suspensionsgas fra efterbehandlingsenheden (8) til reaktoren (6) og udtømt 30 materiale fra reaktoren (6) til efterbehandlingsenheden (8), hvilken reaktor (6) også er forsynet med et eller flere indløb (15a) for forbehandlet materiale, kendetegnet ved, at det omfatter organer (18, 23, 24, 26) til på kontrolleret vis at regulere lejets pulsationsamplitude. 35 v

10. Apparat ifølge krav 9, kendetegnet ved, at regulerings- Λ organerne omfatter organer (23) til regulering af længde- i DK 173203 B1 og/eller diameter-dimensionerne af kanalens gasindløbsstrækning (21).

11. Apparat ifølge krav 9, kendetegnet ved, at regulerings-5 organerne omfatter organer (18) til regulering af driftsparametrene for reaktoren (6).

12. Apparat ifølge krav 9, kendetegnet ved, at reguleringsorganerne omfatter organer (24, 26) til regulering af 10 mindst et af de tilsluttede apparatvolumener (8a).

13. Apparat ifølge ethvert af kravene 9-12, kendetegnet ved, at kanalen (16) under gasindløbsstrækningen (21) omfatter en vindsigtningsstrækning (22), hvis længde/- 15 diameter forhold er på mellem 1 og 10. 20 25 30 35