NO318434B1

NO318434B1 - Anlegg og fremgangsmate for fremstilling av sementklinker

Info

Publication number: NO318434B1
Application number: NO19963969A
Authority: NO
Inventors: Ludger Brentrup
Original assignee: Krupp Polysius Ag
Priority date: 1995-09-22
Filing date: 1996-09-20
Publication date: 2005-03-21
Also published as: DE19535312A1; DE59604277D1; NO963969D0; EP0764614B1; NO963969L; ATE189199T1; ES2143693T3; EP0764614A3; EP0764614A2

Description

Oppfinnelsen angår et anlegg samt en fremgangsmåte for fremstilling av sementklinker av sement-råmateriale.

I sementindustrien forsøker man generelt å redusere driftskostnadene ved anvendelse av erstatningsbrennstoffer. Avfallsstoffer, spesielt gamle dekk, utgjør et vanlig brennstoff, som er akseptert av det offentlige og i sementindustrien. En tidligere forbrenningsteknikk består i at disse gamle dekk bringes til brennovnens inngangsområde ved hjelp av egnede renner, og forbrenner i ovnen. Alt etter størrelse regner man med forbrenningstider på ca. 2 til 3 minutter. På grunn av temperatur-utviklingen i ovninnløpets område og problemer med avleiring forbundet med dette, er man i de fleste tilfeller begrenset til en brennstoffandel av avfallsstoffer som utgjør ca. 10% av det samlede brennstoff.

Fra EP A 141932 er det kjent en fremgangsmåte for skadestoff-fri fjerning av skadelige stoffer med liten varmeverdi, for eksempel søppel, og ved forbrenning foreslås det at forbrenningsprosessen utføres i et forbrenningsaggregat ved hjelp av tilførsel av varm forbrenningsluft som energibærer med så høy temperatur at forbrenning- og/eller røkgasstemperatur på minst 1250°C oppnås. Her kan f.eks. forbrenningsprosessen kobles med fremstillingsprosessen av sementfliser og utføres parallelt med denne hvorved ca. 800°C varm forbrenningsluft for forbrenning av de skadelige stoffene tas ut fra varmluften som går ut fra kjøleren og innføres i forbrenningsaggregatet og røkgassen fra forbrenningsaggregatet innføres i systemet til sementflis-brennanlegget. Ifølge oppfinnelsen tilsettes søppelet kalkholdige karbonat-bærere. Innretningen har et forbrenningsaggregat med en tilførsel av varm forbrenningsluft som fortrinnsvis er sammenkoblet med et sement-brenningsaggregat.

Fra DE-A-3 411 144 er det kjent en fremgangsmåte for avhending av brennbare avfall ved fremstilling av sementklinker, hvor avfallet brennes for seg og den røkgass som derved oppstår, anvendes for varmebehandling av sement-råmelet.

Fra DE-A-3 320 670 er det dessuten kjent en fremgangsmåte hvor sement-råmaterialet forvarmes i et forbehandlingstrinn som er koblet foran brennovnen, og deretter ferdigbrennes det i en brennovn til sementklinker som så avkjøles i en kjøler. Videre er det anordnet en pyrolyse-innretning som er oppvarmet med varme avgasser fra brennovnen, og hvor avfallsstoffene, som inneholder varmeverdier, ved pyrolyse omvandles til en brennbar pyrolysegass, som forbrennes i forbehandlingstrinnet.

Fra DE-C-3 012 167 er det dessuten kjent et anlegg ifølge innledningen til krav 1, hvor det anvendes en forgasssingsreaktor som er forbundet med kjøleren gjennom en tertiærluft-rørledning på en slik måte at minst en del av avluften fra kjøleren anvendes som forgassingsmiddel i forgassingsreaktoren.

Det er nå oppfinnelsens oppgave å forbedre anlegget med henblikk på reaktorens virkningsgrad.

Denne oppgave løses ifølge foreliggende oppfinnelse ved et anlegg for fremstilling av sementklinker av sementråmateriale med

a) et forbehandlingstrinn (1) for sementråmaterialet,

b) en brennovn (2) for ferdigbrenning av sementklinkeren,

c) en avgassrørledning (3) som forbinder brennovnen (2) med forbehandlingstrinnet (1),

d) en kjøler (4) for avkjøling av den brente sementklinker,

e) samt en med avgassrørledningen (3) forbundet reaktor for dannelse av en brenngass av avfallsstoffer, spesielt av gamle dekk, idet reaktoren er utformet som en forgassingsreaktor (5) og er forbundet med kjøleren gjennom en tertiærluftrørledning (6) på en slik måte at minst en del av avluften fra kjøleren (4) kan anvendes som forgassingsmiddel i forgassingsreaktoren, kjennetegnet ved en innretning (8) for regulering av den tertiærluftmengde som tilføres reaktoren (5) gjennom tertiærluftrørledningen, i avhengighet av fyllhøyden for avfallsstoffene og/eller temperaturen i reaktoren.

Foreliggende oppfinnelse vedrører videre en fremgangsmåte for fremstilling av sementklinker av sementråmateriale, hvor sementråmaterialet først forbehandles, så brennes og til slutt avkjøles med luft idet avfallsstoffer, spesielt gamle dekk, forgasses i en reaktor ved hjelp av den tertiærluft som oppstår ved avkjøling av sementklinkeren, hvorved det dannes en brenngass som minst delvis anvendes for forbehandling av sementråmaterialet, kjennetegnet ved at den tertiærluftmengde som tilføres reaktoren reguleres avhengig av fyllhøyden for avfallsstoffene og/eller temperaturen i reaktoren.

Det anvendes følgelig en innretning for styring av den tertiærluftmengde som tilføres reaktoren gjennom tertiærluftrørledningen, avhengig av fyllhøyden for avfallsstoffene og/eller temperaturen i reaktoren. På denne måte kan forgassingsreaktoren kjøres i det optimale driftspunkt, slik at andelen av avfallsstoffene kan forhøyes til ca. 40% av det samlede brennstoff, slik at driftskostnadene for fremstilling av sementklinkeren således reduseres i betydelig grad.

Forbindingen av forgassingsreaktoren til avgassledningen og tilknytningen til tertiærluft-rørledningen som i alle tilfeller er til stede, utgjør enkle ombyggingstiltak, som kan gjennomføres ved en stor del av de bestående anlegg. I tillegg har forgassingen av avfallsstoffene den store fordel at det i tillegg til karbonmonoksyd også oppstår hydrokarboner, som har en sterkere NOx-reduserende virkning enn f.eks. reaksjonsprodukter som oppstår ved forbrenning av kull med liten andel av flyktige bestanddeler.

Ytterligere utforminger av oppfinnelsen er gjenstand for underkravene, og skal forklares i det følgende med grunnlag i beskrivelsen av to utførelseseksempler og tegningen.

På tegningen viser

fig. 1 en skjematisk fremstilling av anlegget ifølge oppfinnelsen i henhold til et første

utførelseseksempel, og

fig. 2 en skjematisk fremstilling av anlegget ifølge oppfinnelsen i henhold til et andre utførel seseksempel.

Det i fig. 1 viste anlegg for fremstilling av sementklinker av sementråmateriale består i det vesentlige av et forbehandlingstrinn 1 for varmebehandling av sement-råmaterialet, en brennovn 2 for ferdigbrenning av sementklinkeme, en avgassledning 3, som forbinder brennovnen 2 med forbehandlingstrinnet 1, samt en kjøler 4 for kjøling av de brente sementklinkere. Videre er det anordnet en forgassingsreaktor 5, som er tilknyttet avgassrørledningen 3. Forgassingsreaktoren 5 er dessuten forbundet med kjøleren 4 gjennom en tertiærlutfrørledning 6 på en slik måte at minst en del av avluften fra kjøleren anvendes som forgassingsmiddel i reaktoren.

Tertiærluftrørledningen 6 deler seg for dette formål i inntil fire delluftrørled-ninger 6a til 6d, idet delluftrørledningene 6b og 6c munner ut på to forskjellige steder i forgassingsreaktoren 5. Delluftrørledningen 6a føres umiddelbart under tilknytnings-stedet for forgassingsreaktoren 5 inn i avgassrørledningen 3, mens delluft-rørledningen 6d munner ut i forbehandlingstrinnet 1. Delluftrørledningene 6a, 6b, 6c oppviser reguleringsorganer 7a, 7b og 7c for å stille inn tertiærlutfmengdene i de enkelte delluftrørledninger ved hjelp av en styreinnretning 8.

Forbehandlingstrinnet 1 består av en flertrinns cyklonforvarmer, hvor det imidlertid bare er vist én cyklon 9, og en kalsinator 10. Kalsinatoren 10 er umiddelbart tilsluttet avgassrørledningen 3 fra ovnen og munner med den på tegningen viste åpne ende 10a ut i en avskillingscyklon, som ikke er nærmere vist. Denne avskillingscyklon er gjennom en materialutføringsrørledning forbundet med inngangsområdet i brennovnen 2. Videre er en ikke nærmere vist avgassrørledning for denne avskillingscyklon tilsluttet den åpne ende 9a på cyklonen 9. Cyklonen 9 oppviser dessuten to utførings-rørledninger 9b, 9c for materiale, og disse munner ut i forskjellig høyde i avgass-rørledningen 3.

Forgassingsreaktoren 5 er i dette utførelseseksempel fremstilt som murt sjakt med kvadratisk eller firkantet tverrsnitt. Innenfor oppfinnelsens ramme kunne den imidlertid eksempelvis også være utformet på tunnel-lignende måte. I det øvre område oppviser forgassingsreaktoren 5 en innføringsinnretning 5a, som eksempelvis kan være utformet som pendelklaff, og i det nedre område en utføringsinnretning 5b. Utføringsinnretningen 5b utgjøres eksempelvis av en støtanordning som kan betjenes hydraulisk, ved hjelp av hvilken avfallsstoffene eller de delvis forgassende rester langsomt skyves i retning av avgassrørledningen 3. Utføringsinnretningen kan eksempelvis også utgjøres av en bevegelig fremskyvningsrist.

Ved drift av anlegget vist i fig. 1 tilføres sementråmaterialet i området ved den øverste cyklon i forbehandlingstrinnet 1. Det kommer sa gjennom de enkelte cyklon-trinn inn i cyklonen 9, fra hvilken det varmebehandlede sementråmateriale transpor-teres inn i avgassrørledningen 3 gjennom materialutføringsrørledningen 9b, 9c.

Sementråmaterialet kommer der på den ene side i berøring med de varme ovnsgasser og på den andre side med det i reaktoren 5 dannede brennstoff. Ved forbrenningen av dette brennstoff og et eventuelt i tillegg innført brennstoff kalsineres sementråmaterialet. Kalsineringsprosessen begynner allerede et lite øyeblikk etter tilførselen av materialet i avgassrørledningen 3. Dette område av avgassrørledningen 3 må således strengt tatt regnes som tilhørende kalsinatoren 10. Det ferdig kalsinerte og eventuelt delvis resirkulerte materiale kommer så gjennom materialutførings-rørledningen 11 i tilførselsområdet for brennovnen 2.1 denne brennovn 2, som vanligvis er utformet som dreierørovn, brennes sementklinkeren ferdig.

Den varme avluft som oppstår ved den påfølgende avkjøling i kjøleren 4, og som eksempelvis oppviser en temperatur på ca. 800° C, føres på den ene side gjennom delluftrørledningen 6a inn i avgassrørledningen 3 og gjennom delluftrørledningen 6d inn i kalsinatoren 10, for der å styre kalsineringsprosessen. En ytterligere delmengde av denne tertiærluft tilføres gjennom delluftrørledningene 6b og 6c videre forgassingsreaktoren 5 for der å virke som forgassingsmiddel. Reguleringen av forgassings-forløpet finner sted ved hjelp av reguleringsinnretningen 8, som står i forbindelse med reguleringsorganene 7b og 7c. På denne måte er det mulig å regulere den tertiærluftmengde som tilføres forgassingsreaktoren 5.1 forgassingsreaktoren 5 er det dessuten etter valg anordnet midler for bestemmelse av fyllhøyden for avfallsstoffene, hhv. midler for bestemmelse av temperaturen i reaktoren. Disse midler er forbundet med reguleringsinnretningen 8, slik at tertiærlutfmengden reguleres på en slik måte at forgassingsreaktoren kjøres i et optimalt driftspunkt. Således tilsettes eksempelvis ved synkende temperatur i reaktoren mer tertiærluft, hvorved delforbrenningsandelen stiger og temperaturen og forgassingshastigheten forhøyes således. Videre kan fyll-høyden i reaktoren holdes på et optimalt nivå ved regulering av tertiærlutfmengden. Dersom temperaturen synker eller fyllnivået i reaktoren stiger, forhøyes tertiærluft-mengden ved hjelp av reguleringsinnretningen 8, hhv. minskes ved stigning av temperaturen og ved synking av fyllnivået i reaktoren.

Avfallsstoffene, eksempelvis gamle dekk 13, tilføres forgassingsreaktoren 5 ved hjelp av et transportorgan 12. Ved anvendelse av gamle dekk som avfallsstoffer kan disse uten at de stykkes opp på forhånd tilføres direkte. Reguleringen av tilfør-selen av avfallsstoffene finner eksempelvis sted ved at avfallsstoffene veies og det finner sted en tidtaktregulert tilførsel tilsvarende en på forhånd valgt mengde.

Tertiærluften, som kommer inn i forgassingsreaktoren ved ca. 800° C, stryker mot brennstoffet, hhv. går gjennom de opphopede materialer som befinner seg i reaktoren. Forgassingen som på denne måte utløses, danner en kraftig forvarmet svak-gass, som forbrennes i kalsinatoren som brenngass under ytterligere tilsetning av tertiærluft. De rester som ikke er forgasset, så som inerte eller ikke fullstendig forgassede organiske bestanddeler, faller i enden av forgassingsreaktoren i avgass-rørledningen 3 og derfra i brennovnen 2. Det er imidlertid også mulig først å trekke ut de ikke fullstendig forgassede rester fra prosessen og, i tilslutning til en oppberedning, å føre disse helt eller delvis tilbake til prosessen.

På grunn av de høye hastigheter i avgassrørledningens område vil rester som setter seg fast på de inerte bestanddeler og som bare er delvis omsatt, i stor grad bli revet med i gass-strømmen og inn i kalsinatoren, og forbrenner der. De tertiærluft-mengder som tilføres gjennom delluftrørledningene 6a, 6b og 6c deles opp ved hjelp av reguleringsorganene 7a, 7b, 7c og reguleringsinnretningen 8 tilsvarende andelene av avfallsstoffer og konvensjonelt brennstoff på en slik måte at det også i kalsinatoren hersker en reduserende atmosfære inntil luft ovenfra kommer inn gjennom delluft-rørledningen 6d.

De hydrokarboner som i tillegg til karbonmonoksyd oppstår ved forgassingen virker sterkere NOx-reduserende enn f.eks. reaksjonsprodukter som oppstår ved forbrenningen av kull med liten andel flyktige bestanddeler.

Spesielt fordelaktig er fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen dersom det som avfallsstoffer anvendes gamle dekk, men det kan også anvendes andre sekundær-brennstoffer.

Den enkle utførelse av forgassingsreaktoren 5 som tunnel- eller sjaktreaktor med indre murverk med kvadratisk eller firkantet tverrsnitt, utgjør i tillegg en svært enkel og robust forgassingsreaktor. Det karbon (sot) som frigis ved forgassingen, minsker friksjonen mellom de gamle dekk og forgassingsreaktorens vegger, slik at tilstopping, spesielt i utføringsretningens område 5b, i stor grad kan unngås.

For å kunne skille forgassingsreaktoren 5 fra resten av anlegget og spesielt fra kalsinatoren 10 ved en eventuell stopp av ovnen, er det i området ved utføringsinn-retningen 5b anordnet en sperreinnretning 5c, som f.eks. er utformet som fallvegg. Avfallsstoffene, som ved avsperring av reaktoren enda befinner seg i denne, danner imidlertid ytterligere brenngass. For å unngå overtrykk og en eventuell eksplosjon er det derfor nødvendig at den brenngass som fremdeles dannes, føres bort. Ifølge oppfinnelsen åpnes ved avsperring av reaktoren en rørledning 12, som er vist med avbrutt strek, gjennom hvilken brenngassen kan føres bort til en innretning 13, hvor den brennes i en fakkel.

Fig. 2 viser et anlegg for fremstilling av sementklinker i henhold til et andre

utførelseseksempel, hvor det for like deler i anlegget er anvendt de samme referanse-tall. Den eneste forskjell i forhold til det første utførelseseksempel er at forgassingsreaktoren 5 oppviser en ytterligere utføringsåpning 5e, gjennom hvilken brenngassen kan føres inn i avgassrørledningen 3 atskilt fra eventuelle rester som enda ikke er forgasset.

I denne sammenheng ville det også være tenkelig at en delmengde av den brenngass som er dannet i forgassingsreaktoren 5 føres til brennovnens 2 hoved-brenner.

I fig. 2 er også midlene 14 for bestemmelse av fyllhøyden for avfallsstoffene i reaktoren, samt midlene 15 for bestemmelse av temperaturen i reaktoren, vist skjematisk, og disse er i hvert tilfelle forbundet med reguleringsinnretningen 8.1 det utførelseseksempel som er vist i fig. 2 tilføres tertiærluften reaktoren bare på ett sted gjennom rørledningen 6c. Reguleringen av tertiærlutfmengden finner sted ved hjelp av reguleringsinnretningen 8 og reguleringsorganet 7c.

Anlegget ifølge oppfinnelsen i henhold til de to viste utførelseseksempler kan oppnås ved hjelp av en forholdsvis enkel ombygging av bestående anlegg, idet bare forgassingsreaktoren 5 kobles til avgassrørledningen 3, og den i mange tilfeller allerede forekommende tertiærlutfrørledning blir i tillegg forgrenet og tilkoblet forgassingsreaktoren 5.

Claims

1. Anlegg for fremstilling av sementklinker av sementråmateriale med a) et forbehandlingstrinn (1) for sementråmaterialet, b) en brennovn (2) for ferdigbrenning av sementklinkeren, c) en avgassrørledning (3) som forbinder brennovnen (2) med forbehandlingstrinnet (1), d) en kjøler (4) for avkjøling av den brente sementklinker, e) samt en med avgassrørledningen (3) forbundet reaktor for dannelse av en brenngass av avfallsstoffer, spesielt av gamle dekk, idet reaktoren er utformet som en forgassingsreaktor (5) og er forbundet med kjøleren gjennom en tertiærluftrørledning (6) på en slik måte at minst en del av avluften fra kjøleren (4) kan anvendes som forgassingsmiddel i forgassingsreaktoren, karakterisert ved en innretning (8) for regulering av den tertiærluftmengde som tilføres reaktoren (5) gjennom tertiærluftrørledningen, i avhengighet av fyllhøyden for avfallsstoffene og/eller temperaturen i reaktoren.

2. Anlegg ifølge krav 1, karakterisert ved at det i reaktoren (5) er anordnet midler (14) for bestemmelse av avfallsstoffenes fyllhøyde, og som står i forbindelse med innretningen (8) for regulering av tertiærlutfmengden.

3. Anlegg ifølge krav 1, karakterisert ved at det i reaktoren (5) er anordnet midler (15) for bestemmelse av temperaturen i reaktoren, og som står i forbindelse med innretningen (8) for regulering av tertiærlutfmengden.

4. Anlegg ifølge krav 1, karakterisert ved at tertiærluft-rørledningen (6) er tilkoblet minst ett, fortrinnsvis to, steder i forgassingsreaktoren (5).

5. Anlegg ifølge krav 1, karakterisert ved at forgassingsreaktoren (5) oppviser en utføringsinnretning (5b) i form av et stikkstål som kan beveges, for utføring av ikke fullstendig forgassede rester av avfallsstoffene i avgass-rørledningen (3).

6. Anlegg ifølge krav 1, karakterisert ved at forbehandlingstrinnet (1) oppviser en kalsinator (10) for kalsinering av sement-råmaterialet.

7. Anlegg ifølge krav 1, karakterisert ved at reaktoren oppviser en avsperringsinnretning (5c) for å forhindre en overstrømming av den brenngass som dannes i reaktoren i det øvrige anlegg under bestemte omstendigheter, og dessuten en innretning (13) for fakkelforbrenning av den brenngass som fremdeles dannes ved avsperret reaktor.

8. Fremgangsmåte for fremstilling av sementklinker av sementråmateriale, hvor sementråmaterialet først forbehandles, så brennes og til slutt avkjøles med luft, idet avfallsstoffer, spesielt gamle dekk, forgasses i en reaktor ved hjelp av den tertiærluft som oppstår ved avkjøling av sementklinkeren, hvorved det dannes en brenngass som minst delvis anvendes for forbehandling av sementråmaterialet, karakterisert ved at den tertiærluftmengde som tilføres reaktoren reguleres avhengig av fyllhøyden for avfallsstoffene og/eller temperaturen i reaktoren.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at den dannede brenngass i det minste delvis føres ut av reaktoren atskilt fra eventuelt ikke fullstendig forgassede rester av avfallsstoffene.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at den dannede brenngass anvendes ved kalsinering av sementråmaterialet.