DK173476B1 - Anlæg til fremstilling af cementklinker - Google Patents

Description

i DK 173476 B1

Opfindelsen angår et anlæg til fremstilling af cement klinker. Anlægget udgøres af en forvarmer, hvori råmaterialerne forvarmes, en kalcinator, hvor råmaterialet kalcineres ved en temperatur på over 800°C og hvor der tilføres brændsel og oxygen 5 holdig gas til kalcinatorens nederste zone, og en ovn, i hvilken råmaterialerne brændes og omdannes til klinker.

I et konventionelt anlæg til fremstilling af cement klinker kan op mod 20% af primær brændselet i en roterovn substitueres 10 med billigt affaldsbrændsel, som for eksempel gummidæk, uden at dette sænker kvaliteten af det færdige cementprodukt.

Normalt indfyres maximalt 40% af cement anlæggets samlede brændselsbehov i klinkerovnen og de resterende 60% indfyres i 15 kalcinatoren. Dette betyder, at man i et almindeligt ovnanlæg med kalcinator kun kan erstatte omkring 20% af de 40% brændsel, der indfyres i roterovnen, det vil sige omkring 8% af den samlede mængde brændsel, med affaldsbrændsel.

20 Det vil derfor være fordelagtigt, at kunne erstatte en større del af den brændsel, der afbrændes i kalcinatoren, med affaldsbrændsel .

Der er dog visse begrænsninger for hvilke former for affald, 25 det er hensigtsmæssigt, at afbrænde i kalcinatoren.

I kalcinatoren har man typisk en temperatur, der ligger i området 850-950°C, hvilket betyder, at det ikke er hensigtsmæssigt, at afbrænde farligt affald, der skal udskade-30 liggøres under forbrændingen, hvilket kan kræve højere temperaturer og længere opholdstid end det, der er til rådighed i kalcinatoren.

Kalcinatorer er normalt af suspénsionstypen, hvilket vil sige, 35 at den forvarmede luft fra klinkerkøleren eller fra ovnen via en rørledning og en blød rørbøjning føres op til kalcinatorens bund. Hvis stykformet affald, som for eksempel gummidæksnit DK 173476 B1 2 ter, tilføres kalcinatoren, så vil de falde ned i rørbøjningen og blokere denne. Derfor er kalcinatorer med denne udformning af bunden ikke egnede til indfyring af stykformede brændsler.

5 Endvidere kan det være vanskeligt at udnytte svært antændeligt brændsel, som for eksempel visse kultyper med et lavt indhold af flygtige forbindelser, idet opholdstiden i kalcinatoren er forholdsvis kort og temperaturen forholdsvis lav.

10 I dansk patentansøgning nr. 870/82 (Metallgesellschaft AG) er vist en fluidbed kalcinator, hvor oxygenholdig fluidiserings-luft tilføres gennem bunden af kalcinatoren og hvor oxygenholdig sekundær luft yderligere kan tilføres horisontalt i et område, der strækker sig, fra mindst 1 m over tilledningen for 15 fluidiserings luft og op til de nederste 30% af kalcinatoren.

I dette system tilføres mindst 65% af. det brændsel, der skal bruges for at dække det totale varmebehov, til kalcinatoren og mindst 10% af brændselet tilføres den efterfølgende ovn. Ved at skabe en fluidbed i kalcinatoren opnås en høj kalcinerings-20 grad, selv med en varierende kornstørrelses fordeling. Fluidi-seringen betyder dog, at der bliver tilført en større mængde falsk luft, hvilket forringer varmeøkonomien. Endvidere koster selve indblæsningen af fluidiseringsluften en vis tilførsel af energi.

25

Fra dansk patent nr. 170368 (F.L.Smidth & Co. A/S) er det kendt, at tilsætte stykformet affald som for eksempel ituklip-pede bildæk til et dekomponerings kammer, der er anbragt i forbindelse med kalcinatoren. I.dette skrift tilsættes forvar-30 met eller delvist kalcineret rånjel til dekomponerings kammeret til opvarmning af af fa.ldsbrændslet. Den temperatur, man søger at opnå i dekomponerings kammeret, skal være høj nok til, at der forløber en pyrolyse, men på den anden side ikke så høj, at der fås en granulering af råmelet. De brændbare gasser fra 3 5 dekomponerings kammeret passerer derefter ind i braendkammeret, der udgør selve kalcinatoren, og restprodukterne udtages fra bunden af dekomponerings kammeret og sendes eventuel til roterovnen. Ved anvendelse af et dekomponerings kammer, i hvil- DK 173476 B1 3 ket der køres med luftunderskud, opnår man dog ikke den samme udvinding af energi fra affaldet i kalcinatoren, som ved en fuldstændig forbrænding under forhold med tilstrækkelig oxygen tilførsel.

5

Formålet med opfindelsen er at anvise et anlæg til fremstilling af cement, hvor det er muligt at afbrænde stykformet brændsel i en kalcinator, samtidigt med at det er muligt, at øge opholdstiden og eventuelt temperaturen for det materiale, 10 der tilsættes i den nederste zone i kalcinatoren.

Dette formål opnås ifølge opfindelsen ved at kalcinatoren udstyres med en fast bund, således at tilført brændbart materiale kan ligge på bunden og at oxygen holdig gas tilføres kal-15 cinatoren horisontalt gennem åbninger i den nederste zone af kalcinatoren. At den oxygen holdige gas tilføres horisontalt betyder, at gassen tilføres gennem kalcinatorens opretstående sider/vaegge, og ikke gennem bunden.

20 Med tilførsel af brændbart materiale og oxygenholdig luft kan der således, skabes et brændkammer i den nederste zone i kalcinatoren, hvor temperaturen er højere end i resten af kalcinatoren og fortrinsvis ligger i et område på 1100-1300eC. En særlig fordel ved dette brændkammer er, at der ikke stilles 25 nogen krav til det brændsel, der tilføres. Hverken med hensyn til størrelsen af eventuelt stykformet brændsel, til konsistensen af brændslet, eller til brændværdi og restindhold af brændslet.

30 Endvidere vil en ombygning af allerede eksisterende anlæg være forholdsvis simpel, idet man kan nøjes med at ændre kalcinatorens bund og lufttilførsel.

For at kunne styre temperaturen i den nederste zone er det 35 nødvendigt at kunne kontrollere tilsætningen af råmel, idet tilsætningen af større mængder råmel vil sænke temperaturen, da kalcinering er en endoterm proces.

4 DK 173476 B1

For at opnå en kontrolleret tilsætning af råmel til den neder-ste zone i kalcinatoren, er det nødvendigt at den råmel, der tilsættes den øverste zone i kalcinatoren, ikke falder igennem til den nederste zone.

5

Et sådant gennemfald af råmel kan hensigtsmæssigt hindres ved, at hastighedsprofilen for den opadgående luft i den øverste del af kalcinatorens nederste zone er positiv og forholdsvis jævn.

10

Der er mange måder, at skabe en positiv hastighedsprofil over hele tværsnittet af den nederste zone. En enkel metode er at sikre at den oxygen holdige gas strømmer ind i den nederste zone på en sådan måde, at der ikke opstår nedadrettede strømme 15 i tværsnittet.

I en særlig hensigtsmæssig udformning af opfindelsen, hvor den oxygenholdige gas indføres og fordeles på en passende måde, udstyres siden/siderne i den nederste zone i kalcinatoren med 20 flere mindre åbninger, der alle forsynes med oxygenholdig varm gas fra et ringkammer. Ringkammeret kan så nøjes med en enkelt tilgang af varm gas.

Opfindelsen beskrives nærmere i det følgende under henvisning 25 til tegningen, hvor figur 1 viser et konventionelt anlæg til fremstilling af cement, 30 figur 2 og 3 viser en udførelsesform af en kalcinator i et anlæg ifølge opfindelsen, figur 4 viser en foretrukken udførelsesform af en kalcinator i et anlæg ifølge opfindelsen.

figur 5 viser hastighedsprofilen for gassen i brændkammeret 23 ved linien II i figur 4.

35 DK 173476 B1 5 I figur 1 ses et almindeligt kendt anlæg til fremstilling af cement. Dette anlæg består af en forvarmer l, som udgøres af tre forvarmer cykloner a, b og c, en kalcinator 2 efter hvilken, der er placeret en udskille cyklon 3, samt en ovn 4, som 5 efterfølges af en køler 5.

Råmaterialerne falder ned gennem anlægget i modstrøm med den varme gas fra ovnen 4 og fra køleren 5, der passerer op gennem kalcinatoren 2 og forvarmeren 1. Råmaterialerne bringes såle-10 des ind i anlægget øverst i forvarmeren 1 via ledningen 6. Råmaterialerne transporteres derefter i suspension i en strøm af varm gas ind i forvarmercyklonen a, hvor materialet separeres fra suspensionen og sendes via en ledning ned i en endnu varmere strøm af gas, der bringer råmaterialet til forvarmer cy-15 klon b. På lignende måde bringes råmaterialet fra cyklon b til cyklon c. Den gas, hvorfra råmaterialet udskilles i cyklon a, sendes via en ledning 7 til et elektrofilter og derfra videre til en skorsten.

20 Når råmaterialet er passeret gennem forvarmeren 1, sendes det via en ledning 8 til kalcinatoren 2 og almindeligvis tilsættes det forvarmede råmateriale lige over bunden i kalcinatoren.

Kalcinatoren 2 på figur 1 er af SLC-typen (Separate Line Cal-25 ciner) og tilføres derfor kun varm oxygenrig luft fra køleren via en forbindelse 9. En kalcinator af ILC-typen (In-Line-Cal-ciner) får tilført den varme luft fra ovnen, sammen med varm oxygen holdig luft fra køleren. Ved en kalcinator af SLC-typen ledes den varme luft fra ovnen uden om kalcinatoren og direkte 30 til forvarmeren.

En eller flere brændere 10 sørger for at bringe temperaturen i kalcinatoren op på ca. 850-950°C og efter at råmelet er blevet kalcineret, føres det i suspension over i udskille cyklonen 3, 35 hvor det kalcinerede råmel skilles fra suspensionen og sendes via en ledning 11 til klinker ovnen 4. Den varme gas fra kalcinatoren 2 sendes ovenud af udskille cyklonen 3 og videre til forvarmeren 1. Endeligt passerer det kalcinerede råmel gennem DK 173476 B1 6 ovnen 4, hvor råmelet udsættes for temperaturer over 1400°C.

Herved opstår der en smelte, hvori klinkermineralerne kan dannes. Smelten med klinkermineralerne noduliseres og de færdige klinker falder ned i køleren, hvor de afkøles til omkring 5 100°C.

På figur 2 og 3 ses en udformning af en kalcinator 2 til et anlæg ifølge opfindelsen. På figur 3 er kalcinatoren 2 i figur 2 således gennemskåret ved linien I.

10

Varm gas tilføres kalcinatoren 2 via to forbindelser 21, der sender den varme gas horisontalt ind i kalcinatoren 2 gennem to åbninger 20, hvoraf den ene kan ses på figur 3. Råmel tilføres den øvre del af kalcinatoren 2 via en forbindelse 8.03 IS under forbindelsen 8 kan der være anbragt et "skihop' 22, der skal forhindre at al råmel ender i nederste zone af kalcinatoren 2 .

En god fordeling af råmelet ud over kalcinatorens tværsnit, 20 enten ved anvendelse af et skihop eller ved anvendelse af en anden fordelingsmekanisme, der sikrer en god suspension af råmelet, vil desuden sikre et minimalt tryktab over denne del af kalcinatoren.

25 I nederste zone af kalcinatoren dannes der et brændkammer 23, der tilføres brændsel via en forbindelse 24 og temperaturen i brændkammeret 23 kan styres ved tilsætning af en mindre mængde råmel via forbindelsen 25. Brændsel til kalcinatorens øvre zone tilføres via en eller flere brændere 10. Nederst i brænd-30 kammeret 23 er anbragt en fast bund 27. At bunden er fast betyder, at det brændbare materiale, der tilføres via ledningen 24, kan lægge sig til hvile på bunden og danne et stationært bål. Bunden 27 skal være indrettet på en sådan måde at eventuelt restmateriale kan fjernes, enten ved at det skrabes ud, 35 falder igennem bunden eller blæses op i suspension. Under bunden 27 er i denne udførelsesform anbragt en åbning 26 for udtræk af restmateriale.

DK 173476 B1 7 På figur 4 ses en anden udformning af en kalcinator til et anlæg ifølge opfindelsen. I denne udformning tilføres kalcinato-rens 2 nederste zone varm gas gennem en ledning 21, der via et 5 ringkammer 28 fordeler den varme gas ind af flere åbninger 20 i kalcinatorens sider.

På figur 5 ses hastighedsprofilen for øverste del af den nederste zone i et anlæg, som vist i figur 4 ved linien II, hvor 10 den varme oxygen holdige gas tilføres brændkammeret 23 via et ringkammer 28.

Som det ses på figuren er hastigheden positiv, det vil sige opadgående i hele tværsnittet. Hvis gassen sættes i rotation i 15 kammeret, for eksempel ved at tillede gassen tangentielt, risikerer man at hastighedsprofilen for den midterste zone bliver negativ, hvilket vil sige at hastigheden er nedadrettet.

Claims (5)

1. Anlæg til fremstilling af cementklinker, som omfatter en 5 forvarmer, en kalcinator, hvori cementråmelet kalcineres ved en temperatur på over 800°C og hvori der er en tilførsel for brændsel og en tilførsel for oxygenholdig gas til kalcinato-rens nederste zone, og en ovn, i hvilken råmelet brændes og omdannes til klinker KENDETEGNET VED at kalcinatoren (2) ne-10 derst er udstyret med en fast bund (27), at den oxygenholdige gas tilføres den nederste zone (23) horisontalt, og at den ne-derste zone (23) i kalcinatoren kan tilføres (25) en mindre, kontrolleret mængde af ukalcineret råmel. 15

2. Anlæg ifølge krav 1, KENDETEGNET VED at temperaturen i den nederste zone (23) i kalcinatoren (2) er højere end temperaturen i kalcinatorens øvre zone. 20

3. Anlæg ifølge krav 1 eller 2, KENDETEGNET VED at temperaturen i den nederste zone i kalcinatoren (2) er højere end 1000°C. 25

4. Anlæg ifølge krav 1 eller 2, KENDETEGNET VED at temperaturen i den nederste zone i kalcinatoren (2) ligger mellem 1100- 1300°C. 30

5. Anlæg ifølge krav 1-4 KENDETEGNET VED at den oxygen holdige gas tilføres kalcinatorens (2) nederste zone (23) gennem mindst to åbninger (20) i kalcinatorens (2) side(r).