WO2000063629A1 - Vorrichtung zur thermischen behandlung von material - Google Patents

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WO2000063629A1
WO2000063629A1 PCT/EP2000/002644 EP0002644W WO0063629A1 WO 2000063629 A1 WO2000063629 A1 WO 2000063629A1 EP 0002644 W EP0002644 W EP 0002644W WO 0063629 A1 WO0063629 A1 WO 0063629A1
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section
deflection chamber
ascending
deflection
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PCT/EP2000/002644
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Van Hiep Hoang
Herbert Pingel
Karl Johann Lampe
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Krupp Polysius Ag
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B7/00—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined
    • F27B7/20—Details, accessories, or equipment peculiar to rotary-drum furnaces
    • F27B7/2016—Arrangements of preheating devices for the charge
    • F27B7/2025—Arrangements of preheating devices for the charge consisting of a single string of cyclones
    • F27B7/2033—Arrangements of preheating devices for the charge consisting of a single string of cyclones with means for precalcining the raw material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
    • C04B7/43—Heat treatment, e.g. precalcining, burning, melting; Cooling
    • C04B7/434—Preheating with addition of fuel, e.g. calcining
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
    • Y02P40/121—Energy efficiency measures, e.g. improving or optimising the production methods

Definitions

  • the invention relates to a device for the treatment of material, in particular for the thermal and / or chemical treatment of meal-like raw material.
  • Devices of this type are used in particular for calcining flour-shaped cement raw material.
  • the exhaust gas stream from a sintering stage (furnace) and the exhaust air stream from a cooling stage (tertiary air) are used together in the ascending pipeline branch of a calcining stage supplied with fuel for calcining the raw meal.
  • the gas-solid dispersion in the calcining stage is diverted from the ascending pipeline branch into a descending pipeline branch and introduced into the bottom cyclone of a cyclone preheater in order to separate the calcined raw meal from the gas stream.
  • the aim is to carry out an optimal mixing and swirling of the gas-raw meal-fuel dispersion in the calcination stage.
  • the burnout of the fuel and the NO ⁇ reduction of the calciner exhaust gases can be improved on the one hand (and at the same time the emission of unburned components reduced) and on the other hand the degree of calcination can be increased by an improved heat transfer from the fuel to the good.
  • EP-B-0 497 937 discloses a calcining stage in which a swirl chamber is provided in the region of its flow deflection, in which at least some of the coarse-grained fractions are separated from the gas-solid dispersion and then flow into one of the swirl chambers upstream and / or downstream branch of the calcination stage is reintroduced.
  • a swirl chamber is also known from EP-A-0 526 770. In its upper area it has an opening for the tangential entry of the gas-solid dispersion and on its underside a central opening for the discharge of the swirled gas-solid dispersion.
  • a device for calcining powdery material is also known, in which a swirl head is provided in the deflection area of an ascending or descending pipeline branch.
  • a double deflection is also known from practice, in which the ascending branch of the pipe opens into a separating funnel from above via a 180 ° elbow. From this funnel, the dispersion is discharged upwards via a second 180 ° elbow, which merges into the descending branch of the pipeline. A part of the coarser solid particles is in the funnel discarded below and recirculated to the ascending pipeline branch. This double redirection results in a very good degree of mixing, but also requires a higher pressure drop.
  • DE-A-27 51 876 shows a calcining stage which is shown very schematically in an apparently angular line. However, further structural details of the deflection zone cannot be gathered from this diagram.
  • the invention is therefore based on the object of optimizing a device of the type mentioned at the outset with regard to the degree of mixing and pressure loss.
  • the deflection zone is formed by a deflection chamber which has a first section which is widened compared to the cross section of the ascending branch of the branch and which extends upwards through a substantially transverse to the direction of flow of the via the ascending branch of the branch into the Deflection chamber entering material oriented baffle is limited and is followed by at least a second section that runs obliquely downwards and tapers conically to the cross section of the descending pipeline branch.
  • the solution to this problem consists in that the deflection zone is formed by a deflection chamber which has a first section which widens conically with respect to the ascending branch of the pipeline and a second section which is essentially transverse to the direction of flow of the ascending section Pipe branch into the deflection chamber baffle oriented material is limited, the descending pipeline branch protruding into the deflection chamber in the manner of an immersion tube is guided obliquely downward out of the deflection chamber.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a device for treating material according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of a device for treating material according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 16 shows a schematic illustration of a device for treating material in accordance with a third exemplary embodiment.
  • the device for treating material shown in FIG. 1 is designed as a device for calcining material, in particular cement raw material. It essentially consists of an ascending pipeline branch 1, a deflection chamber 2 and a descending pipeline branch 3.
  • the material which is, for example, cement raw meal, is preheated in an upstream preheater, of which only one cyclone 4 is shown in FIG. 1, and then via a line 11 at one or more points in the ascending pipeline branch 1 given up.
  • an upstream preheater of which only one cyclone 4 is shown in FIG. 1, and then via a line 11 at one or more points in the ascending pipeline branch 1 given up.
  • an exhaust gas stream 5 from a sintering stage, in particular an oven 6, and, for example, tertiary air 7 coming from a cooler 12 are introduced into the ascending pipeline branch 1.
  • one or more fuel supply points 8 are provided in the area of the ascending branch 1.
  • one or more raw meal supply points 15 can be arranged in the region of the ascending branch 1.
  • the material is introduced in the form of a gas raw meal fuel dispersion from the ascending branch 1 via the deflection chamber 2 and the descending branch 3 into a cyclone 9 for the purpose of separating the calcined raw meal from the gas stream.
  • the gas stream reaches the preheater via line 10 and the calcined material reaches line 6 via line 13.
  • deflection chamber 2 according to the first exemplary embodiment shown in FIG. 1 are explained in more detail below with reference to FIGS. 2 to 8: All variants have in common that the deflection chamber 2 has a baffle wall 2a which is oriented essentially transversely to the direction of flow of the material entering the deflection chamber 2 via the ascending pipeline branch 1.
  • the deflection chamber 2 expediently has a first section 2b which is widened compared to the cross section of the ascending pipeline branch and an adjoining second section 2c which tapers conically to the cross section of the descending pipeline branch 3.
  • the second section 2c is oriented obliquely downwards in the exemplary embodiments shown.
  • the ascending pipeline branch 1 opens into the deflection chamber 2 as a dip pipe, the ascending pipeline branch 1 at a distance from a lateral boundary 2d of the first section 2b, i.e. centrally, protrudes into the deflection chamber.
  • the cross section of the ascending branch of the pipeline is usually circular. However, the cross section can also be square, in particular square.
  • the gas-raw meal fuel dispersion entering the deflection chamber 2 is deflected by at least 135 ° without separation of particles and is discharged over the entire circumference of the deflection chamber into the descending pipeline branch 3.
  • the second variant according to FIG. 3 differs in particular by the ascending pipeline branch 1 projecting into the deflection chamber 2.
  • This ascending pipeline branch is again designed as a dip tube, but is arranged eccentrically to the deflection chamber 2.
  • the immersion tube borders directly on the lateral boundary 2d of the first section 2b of the deflection chamber 2.
  • the conically tapering second section 2b of the deflection chamber 2 is oriented much steeper downward than the second section of the exemplary embodiment according to FIG.
  • the ascending pipe branch 1 which is designed as an immersion tube, is conically tapered in the region of the deflection chamber. In this way, a higher rate of entry of the gas-solid fuel dispersion into the deflection chamber 2 can be achieved.
  • the deflection chamber 2 according to FIG. 5 is identical to the deflection chamber according to FIG. 2. Only the ascending pipeline branch 1 opening into the deflection chamber is not designed as a dip tube in this variant.
  • the deflection chamber shown in FIG. 6 corresponds to the deflection chamber according to FIG. 2, only the baffle wall 2a not being flat, but rather elliptically curved. In both cases, however, the baffle extends essentially transversely to the direction of flow 14 of the material entering the deflection chamber 2 via the ascending pipe branch 1.
  • 7 and 8 show two further variants which have an ascending pipeline branch, the deflection chamber 2 and two descending pipeline branches 3a, 3b. Devices of this type are particularly useful when the gas subsequently flows through two preheater strands arranged parallel to one another.
  • the baffle wall 2a is elliptically curved and in the variant according to FIG. 8 it is flat.
  • the deviation from the mean value of the 0 2 ⁇ concentration is related to the maximum possible deviation and this size is averaged over the area.
  • Variant according to Figure 4 1.75 mbar 0.927 Variant according to Figure 5 0.74 mbar 0.805 It can be seen from the test results above that the design variants according to FIGS. 2 to 5 result in a significantly lower pressure loss than the double deflection according to the prior art. In particular, the exemplary embodiment according to FIG. 4 also shows very good mixing properties.
  • the variants of the deflection chamber described above are characterized by smaller dimensions and a smaller space requirement and ultimately also by a simpler construction.
  • the raw meal is diverted downward by the obliquely downward-directed second section 2b of the deflection chamber, which reduces the risk of caking.
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of a device for treating material, in particular for calcining raw cement material, according to a second exemplary embodiment. It differs from the device according to Fig.l only by the design of the deflection chamber 2 '.
  • the deflection chambers 2 'of the variants according to FIGS. 10 to 15 see a first section 2'b which widens conically with respect to the ascending pipeline branch and a second section which has the baffle wall 2'a. cut 2'c.
  • the descending pipeline branch 3 is preferably designed as an immersion tube.
  • the baffle wall 2'a extends essentially transversely to the flow direction 14 of the material entering the deflection chamber 2 'via the ascending pipeline branch 1.
  • the expanding first section 2'b is also expediently oriented vertically upwards.
  • the descending pipeline branch 3 projects approximately centrally into the second section 2 'c of the deflection chamber 2'.
  • the descending pipeline branch 3 in the variant shown in FIG. 11 projects eccentrically into the second section 2c of the deflection chamber 2 '.
  • the deflection chamber according to FIG. 13 essentially corresponds to the deflection chamber according to FIG. 10. Only the baffle 2'a is elliptically curved in this embodiment.
  • FIGS. 14 and 15 in turn have two descending pipeline branches 3a, 3b, which come together in the interior of the deflection chamber 2 '. are guided and have a common opening area 3c.
  • the variant according to FIG. 14 shows a flat baffle wall 2'a, while in FIG. 15 an elliptically curved baffle wall 2'a is shown.
  • FIG. 16 shows the diagram of a plant (similar to FIG. 1) with an additional combustion chamber 17 for precalculating the preheated raw material.
  • the combustion chamber 17 is equipped with one or more fuel supply points 8 and is connected to the cooler 12 via a tertiary air line 7.
  • the raw meal preheated in the preheater and separated in the cyclone 4 reaches part of the tertiary air line 7 leading to the combustion chamber 17 and part of the ascending pipeline branch 1 of the calcining stage.
  • the material already largely calcined in the combustion chamber 17 enters the ascending pipeline branch 1 via a line 18.
  • a further raw meal supply point 15 is provided in the lower region of the ascending pipeline branch 1.
  • the entire material entering via the ascending branch 1 is derived via the one or the two descending branches. There is no intermediate separation of a partial flow of material.
  • the invention is in no way limited to the illustrated embodiment variants. In particular, the position of the dip tube and its shape and length can be modified.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Material, insbesondere zur thermischen und/oder chemischen Behandlung, mit einem aufsteigenden Rohrleitungsast (1), einer Umlenkkammer (2) und wenigstens einem absteigenden Rohrleitungsast (3). In der Umlenkkammer (2) ist eine Prallwand (2a) vorgesehen, die im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung des über den aufsteigenden Rohrleitungsast (1) in die Umlenkkammer eintretenden Materials ausgerichtet ist.

Description

Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Material
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Material, insbesondere zur thermischen und/oder chemischen Behandlung von mehlför igem Rohmaterial.
Derartige Vorrichtungen werden insbesondere zur Calci- nation von mehlförmigem Zementrohmaterial verwendet. Dabei wird der Abgasstrom einer Sinterstufe (Ofen) und der Abluftstrom einer Kühlstufe (Tertiärluft) gemeinsam in dem mit Brennstoff versorgten aufsteigenden Rohrleitungsast einer Calcinierstufe zur Calcination des Rohmehls genutzt. Hierbei wird die Gas-Feststoff-Dispersion in der Calcinierstufe vom aufsteigenden Rohr- leitungsast in einen absteigenden Rohrleitungsast umgelenkt und zwecks Abtrennung des calcinierten Rohmehls vom Gasstrom in den untersten Zyklon eines Zyklon- Vorwärmers eingeführt.
Um in dieser Calcinierstufe einen möglichst guten Cal- cinationsgrad zu erreichen, ist man bestrebt, in der Calcinierstufe eine optimale Durchmischung und Verwir- belung der Gas-Rohmehl-Brennstoff-Dispersion vorzunehmen. Durch eine intensive Vermischung und Verwirbelung der Dispersion kann einerseits der Ausbrand des Brennstoffes und die NOχ-Reduktion der Calcinatorabgase verbessert (und zugleich die Emission unverbrannter Bestandteile verringert) und andererseits der Calcinati- onsgrad durch eine verbesserte Wärmeübertragung vom Brennstoff auf das Gut erhöht werden.
Aus der Praxis sind bereits verschiedene Lösungen zum Verwirbeln bzw. Vermischen der Dispersion in der Calcinierstufe bekannt. So wurden beispielsweise im aufstei- genden bzw. absteigenden Rohrleitungsast Hindernisse eingebaut oder es wurde im Bereich der oberen Umlenkung eine Wirbelkammer vorgesehen.
So ist aus der EP-B-0 497 937 eine Calcinierstufe bekannt, bei der im Bereich ihrer Strömungsumlenkung eine Wirbelkammer vorgesehen ist, in der wenigstens ein Teil der Grobkornanteile aus der Gas-Feststoffdispersion abgetrennt wird, der dann in einen der Wirbelkammer strö- mungsseitig vorgeschalteten und/oder nachgeschalteten Ast der Calcinierstufe wieder eingeführt wird.
Eine Wirbelkammer ist ferner aus der EP-A-0 526 770 bekannt. Sie weist in ihrem oberen Bereich eine Öffnung zum tangentialen Eintritt der Gas-Feststoff-Dispersion und an ihrer Unterseite eine zentrale Öffnung zum Austrag der verwirbelten Gas-Feststoffdispersion auf. Hierbei besteht die Möglichkeit, einen Teil des Feststoffes im Bereich der Wirbelkammer abzuzweigen und wieder in den aufsteigenden Rohrleitungsast zu rezirkulieren.
Aus der DE-A-37 35 825 ist ferner eine Vorrichtung zum Calcinieren von pulverförmigem Material bekannt, bei der im Umlenkbereich eines auf- bzw. absteigenden Rohrleitungsastes ein Wirbelkopf vorgesehen ist.
Aus der Praxis ist ferner eine doppelte Umlenkung bekannt, bei der der aufsteigende Rohrleitungsast über einen 180°-Krümmer von oben in einen Abscheidetrichter mündet. Aus diesem Trichter wird die Dispersion nach oben über einen zweiten 180°-Krümmer abgeleitet, der in den absteigenden Rohrleitungsast übergeht. Ein Teil der gröberen Feststoffpartikel wird in dem Trichter nach unten ausgesondert und zum aufsteigenden Rohrleitungsast rezirkuliert. Diese doppelte Umlenkung bewirkt zwar einen sehr guten Vermischungsgrad, bedingt jedoch auch einen höheren Druckverlust.
Schließlich zeigt die DE-A-27 51 876 eine ganz schematisch in scheinbar eckiger Leitungsführung dargestellte Calcinierstufe. Nähere konstruktive Einzelheiten der Umlenkzone sind aus dieser Schemadarstellung jedoch nicht zu entnehmen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art hinsichtlich Vermischungsgrad und Druckverlust zu optimieren.
Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, daß die Umlenkzone durch eine Umlenkkammer gebildet wird, die einen gegenüber dem Querschnitt des aufsteigenden Rohrleitungsastes erweiterten ersten Abschnitt auf- weist, der nach oben durch eine im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung des über den aufsteigenden Rohrleitungsast in die Umlenkkammer eintretenden Materiales ausgerichtete Prallwand begrenzt ist und an den sich wenigstens ein zweiter Abschnitt anschließt, der schräg nach unten verläuft und sich konisch auf den Querschnitt des absteigenden Rohrleitungsastes verjüngt.
Gemäß Anspruch 2 besteht die Lösung dieser Aufgabe darin, daß die Umlenkzone durch eine Umlenkkammer ge- bildet wird, die einen sich gegenüber dem aufsteigenden Rohrleitungsast konisch erweiternden ersten Abschnitt sowie einen zweiten Abschnitt aufweist, der durch eine im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung des über den aufsteigenden Rohrleitungsast in die Umlenkkammer ein- tretenden Materiales ausgerichtete Prallwand begrenzt ist, wobei der tauchrohrartig in die Umlenkkammer ragende absteigende Rohrleitungsast schräg nach unten aus der Umlenkkammer herausgeführt ist.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele und der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen
Fig.l eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Behandlung von Material gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig.2 bis 8 geschnittene Darstellungen im Bereich der Umlenkkammer gemäß einiger Varianten des ersten Ausführungsbeispiels,
Fig.9 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Behandlung von Material gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig.10 bis 15 geschnittene Darstellungen im Bereich der Umlenkkammer gemäß einiger Varianten des zweiten Ausführungsbeispiels,
Fig.16 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Behandlung von Material ge- maß einem dritten Ausführungsbeispiel.
Die in Fig.l dargestellte Vorrichtung zur Behandlung von Material ist als Vorrichtung zur Calcination von Material, insbesondere Zementrohmaterial ausgebildet. Sie besteht im wesentlichen aus einem aufsteigenden Rohrleitungsast 1, einer Umlenkkammer 2 und einem absteigenden Rohrleitungsast 3.
Das Material, bei dem es sich beispielsweise um Zementrohmehl handelt, wird in einem vorgeschalteten Vorwärmer, von dem in Fig.l lediglich ein Zyklon 4 dargestellt ist, vorgewärmt und dann über eine Leitung 11 an einer oder mehreren Stellen in den aufsteigenden Rohr- leitungsast 1 aufgegeben.
In den aufsteigenden Rohrleitungsast 1 werden zum einen ein Abgasstrom 5 aus einer Sinterstufe, insbesondere einem Ofen 6, sowie beispielsweise von einem Kühler 12 kommende Tertiärluft 7 eingeführt. Ferner sind im Bereich des aufsteigenden Rohrleitungsastes 1 ein oder mehrere Brennstoffzufuhrstellen 8 vorgesehen. Außerdem können ein oder mehrere Rohmehlzufuhrstellen 15 im Bereich des aufsteigenden Rohrleitungsastes 1 angeordnet werden.
Das Material wird in Form einer Gas-Rohmehl-Brennstoff- Dispersion vom aufsteigenden Rohrleitungsast 1 über die Umlenkkammer 2 und den absteigenden Rohrleitungsast 3 in einen Zyklon 9 zwecks Abtrennung des calcinierten Rohmehls vom Gasstrom eingeführt. Der Gasstrom gelangt über die Leitung 10 in den Vorwärmer und das cal- cinierte Gut über die Leitung 13 in den Ofen 6.
Anhand der Fig.2 bis 8 werden im folgenden einige Varianten der Umlenkkammer 2 gemäß dem in Fig.l dargestellten ersten Ausführungsbeispiel näher erläutert: Allen Varianten ist gemeinsam, daß die Umlenkkammer 2 eine Prallwand 2a aufweist, die im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung des über den aufsteigenden Rohrleitungsast 1 in die Umlenkkammer 2 eintretenden Mate- rials ausgerichtet ist.
Zweckmäßigerweise weist die Umlenkkammer 2 einen gegenüber dem Querschnitt des aufsteigenden Rohrleitungsastes erweiterten ersten Abschnitt 2b und einen daran anschließenden, sich konisch auf den Querschnitt des absteigenden Rohrleitungsastes 3 verjüngenden zweiten Abschnitt 2c auf. Der zweite Abschnitt 2c ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen schräg nach unten ausgerichtet.
Bei der in Fig.2 dargestellten Variante mündet der aufsteigende Rohrleitungsast 1 als Tauchrohr in die Umlenkkammer 2 , wobei der aufsteigende Rohrleitungsast 1 mit Abstand von einer seitlichen Begrenzung 2d des er- sten Abschnitts 2b, d.h. zentral, in die Umlenkkammer hineinragt. Der Querschnitt des aufsteigenden Rohrleitungsastes ist üblicherweise kreisförmig. Der Querschnitt kann jedoch auch eckig, insbesondere viereckig ausgebildet sein.
Die in die Umlenkkammer 2 eintretende Gas-Rohmehl- Brennstoffdispersion wird ohne Ausscheidung von Partikeln um wenigstens 135° umgelenkt und über den gesamten Umfang der Umlenkkammer in den absteigenden Rohrlei- tungsast 3 abgeleitet. Indem die Dispersion im ersten Abschnitt 2b auf die Prallwand 2a trifft, findet eine innige Vermischung und Verwirbelung statt. Die zweite Variante gemäß Fig.3 unterscheidet sich insbesondere durch den in die Umlenkkammer 2 ragenden aufsteigenden Rohrleitungsast 1. Dieser aufsteigende Rohrleitungsast ist wiederum als Tauchrohr ausgebildet, je- doch exzentrisch zur Umlenkkammer 2 angeordnet. Das Tauchrohr grenzt in diesem Ausführungsbeispiel unmittelbar an die seitliche Begrenzung 2d des ersten Abschnitts 2b der Umlenkkammer 2 an. Zudem ist der sich konisch verjüngende zweite Abschnitt 2b der Umlenkkam- er 2 gegenüber dem zweiten Abschnitt des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.2 wesentlich steiler nach unten ausgerichtet.
In der Variante gemäß Fig.4 ist der als Tauchrohr aus- gebildete aufsteigende Rohrleitungsast 1 im Bereich der Umlenkkammer konisch verjüngt ausgebildet. Auf diese Weise läßt sich eine höhere Eintrittsgeschwindigkeit der Gas-Feststoff-Brennstoffdispersion in die Umlenkkammer 2 erreichen.
Die Umlenkkammer 2 gemäß Fig.5 ist identisch mit der Umlenkkammer gemäß Fig.2. Lediglich der in die Umlenkkammer mündende aufsteigende Rohrleitungsast 1 ist bei dieser Variante nicht als Tauchrohr ausgebildet.
Die in Fig.6 dargestellte Umlenkkammer entspricht der Umlenkkammer gemäß Fig.2, wobei lediglich die Prallwand 2a nicht eben, sondern elliptisch gekrümmt ausgebildet ist. In beiden Fällen erstreckt sich jedoch die Prall- wand im wesentlichen quer zur Strö ungsrichtung 14 des über den aufsteigenden Rohrleitungsast 1 in die Umlenkkammer 2 eintretenden Materials. In den Fig.7 und 8 sind zwei weitere Varianten dargestellt, die einen aufsteigenden Rohrleitungsast, die Umlenkkammer 2 und zwei absteigende Rohrleitungsäste 3a, 3b aufweisen. Derartige Vorrichtungen sind insbe- sondere dann sinnvoll, wenn das Gas nachfolgend zwei parallel zueinander angeordnete Vorwärmerstränge durchströmt.
Bei der Variante gemäß Fig.7 ist die Prallwand 2a el- liptisch gekrümmt und bei der Variante gemäß Fig.8 eben ausgebildet.
Bei der Konstruktion der Umlenkkammer muß insbesondere auf einen möglichst geringen Druckverlust zwischen Ein- tritt und Austritt geachtet werden. Gleichzeitig soll jedoch ein möglichst großer Vermischungsgrad zwischen den Rohmehlteilchen, den Brennstoffteilchen, der Abgasluft und der Tertiärluft erreicht werden. Eine gute Verwirbelung und damit eine gute Vermischung führt zu einem vollständigeren Ausbrand und damit zu einer vollständigeren Calcination des Rohmehls, wodurch letztendlich auch die CG—Emission verringert werden kann.
Bei den der Erfindung zugrundeliegenden Versuchen wurde der Druckverlust und der Vermischungsgrad für die in den Fig.2 bis 5 gezeigten Varianten und für die bereits bekannte, in der Beschreibungseinleitung beschriebene doppelte Umlenkung ermittelt. Bei den Untersuchungen wurden zwei Gasströme (ein Hauptgasstrom und eine Strähne) verwendet, und es wurde der Vermischungsgrad sowie der Druckverlust ermittelt. Der Hauptgasstrom enthielt als Gaskomponente reines N2 und der zweite Strom (Strähne) als Gaskomponente reines 02. Eine vollständige Vermischung e = 1 ist dann gegeben, wenn die Konzentrationen von N2 und 02 an jeder beliebigen Stelle einer Querschnittsflache gleich groß sind.
Vermischungsgrad e = Mittelwert (1- (abs (02-02mittel)
/ (02max - 02mittel)))
Somit wird die Abweichung vom Mittelwert der 02~Konzen- tration auf die maximal mögliche Abweichung bezogen und diese Größe über die Fläche gemittelt.
Folgende Ausgangsparameter lagen den Versuchen zugrunde:
erste Gaskomponente = 100 % N2 v = 18 m/s T = 1023 K
zweite Gaskomponente = 100 % 02 v = 18 m/s
T = 1173 K
Als mittlerer Vermischungsgrad beim Eintritt in die Umlenkkammer ergab sich daraus ein Wert e = 0,23.
Die Untersuchungen führten dann zu folgendem Ergebnis:
Ausführungsform Druckverlust Vermischungsgrad
doppelte Umlenkung 2,1 mbar 0,932 gemäß Stand d. Technik
Variante gemäß Fig.2 0,98 mbar 0,86
Variante gemäß Fig.3 0,51 mbar 0,78
Variante gemäß Fig.4 1,75 mbar 0,927 Variante gemäß Fig.5 0,74 mbar 0,805 Den obigen Versuchsergebnissen läßt sich entnehmen, daß die Ausführungsvarianten gemäß den Fig.2 bis 5 einen deutlich geringeren Druckverlust als die doppelte Um- lenkung gemäß dem Stand der Technik zur Folge haben. Insbesondere das Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig.4 zeigt zudem sehr gute Vermischungseigenschaften.
Welcher Variante der Vorzug zu geben ist, hängt im we- sentlichen von den Anforderungen ab. So führt ein geringerer Druckverlust zu einer entsprechenden Energieeinsparung, während ein guter Vermischungsgrad insbesondere zu einer Schadstoffreduzierung beiträgt.
Gegenüber der doppelten Umlenkung zeichnen sich die oben beschriebenen Varianten der Umlenkkammer durch geringere Abmessungen sowie einen kleineren Platzbedarf und letztlich auch durch eine einfachere Bauweise aus. Durch den schräg nach unten gerichteten zweiten Ab- schnitt 2b der Umlenkkammer wird das Rohmehl nach unten abgeleitet, wodurch die Gefahr von Anbackungen verringert wird.
Fig.9 zeigt eine schematische Darstellung einer Vor- richtung zur Behandlung von Material, insbesondere zur Calcination von Zementrohmaterial gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Es unterscheidet sich von der Vorrichtung gemäß Fig.l nur durch die Ausbildung der Umlenkkammer 2 ' .
Die Umlenkkamern 2' der Varianten gemäß den Fig.10 bis 15 sehen einen sich gegenüber dem aufsteigenden Rohrleitungsast konisch erweiternden ersten Abschnitt 2'b sowie einen die Prallwand 2'a aufweisenden zweiten Ab- schnitt 2'c vor. Der absteigende Rohrleitungsast 3 ist bei diesen Ausführungsbeispielen vorzugsweise als Tauchrohr ausgebildet. Auch bei diesen Varianten erstreckt sich die Prallwand 2'a im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung 14 des über den aufsteigenden Rohrleitungsast 1 in die Umlenkkammer 2' eintretenden Materials.
Zweckmäßigerweise ist auch der sich erweiternde erste Abschnitt 2'b senkrecht nach oben ausgerichtet. Der tauchrohrartig in die Umlenkkammer 2 ' ragende absteigende Rohrleitungsast 3 wird schräg nach unten aus der Umlenkkammer 2' herausgeführt.
In der Variante gemäß Fig.10 ragt der absteigende Rohrleitungsast 3 etwa zentrisch in den zweiten Abschnitt 2 'c der Umlenkkammer 2 ' . Demgegenüber ragt der absteigende Rohrleitungsast 3 in der in Fig.11 gezeigten Variante exzentrisch in den zweiten Abschnitt 2c der Um- lenkkammer 2 ' .
Fig.12 zeigt einen konisch erweiterten Öffnungsbereich 3c des absteigenden Rohrleitungsastes 3, um eine zuverlässigere Ableitung der Dispersion aus der Umlenkkammer 2 ' zu gewährleisten und um eine höhere Eintrittsgeschwindigkeit der Gas-Feststoff-Dispersion in die Umlenkkammer 2 ' zu erreichen. Die Umlenkkammer gemäß Fig.13 entspricht im wesentlichen der Umlenkkammer gemäß Fig.10. Lediglich die Prallwand 2'a ist bei diesem Ausführungsbeispiel elliptisch gekrümmt ausgebildet.
Die in den Fig.14 und 15 dargestellten Ausführungsvarianten weisen wiederum zwei absteigende Rohrleitungsäste 3a, 3b auf, die im Inneren der Umlenkkammer 2 ' zusam- mengeführt sind und einen gemeinsamen Öffnungsbereich 3c aufweisen. Die Variante gemäß Fig.14 zeigt eine ebene Prallwand 2'a, während in Fig.15 eine elliptisch gekrümmte Prallwand 2'a dargestellt ist.
Fig.16 zeigt das Schema einer Anlage (ähnlich Fig.l) mit einer zusätzlichen Brennkammer 17 zur Vorcalcina- tion des vorgewärmten Rohmateriales.
Die Brennkammer 17 ist mit einer oder mehreren Brennstoffzufuhrstellen 8 ausgerüstet und über eine Tertiärluftleitung 7 an den Kühler 12 angeschlossen.
Das im Vorwärmer vorgewärmte und im Zyklon 4 abgeschie- dene Rohmehl gelangt zu einem Teil in die zur Brennkammer 17 führende Tertiärluftleitung 7 und zu einem Teil in den aufsteigenden Rohrleitungsast 1 der Calcinierstufe. Das in der Brennkammer 17 bereits weitgehend calcinierte Material tritt über eine Leitung 18 in den aufsteigenden Rohrleitungsast 1. Eine weitere Rohmehlzufuhrstelle 15 ist im unteren Bereich des aufsteigenden Rohrleitungsastes 1 vorgesehen.
Im übrigen entspricht Aufbau und Funktion der Anlage dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.l.
Bei allen Ausführungsbeispielen und Varianten wird das gesamte über den aufsteigenden Rohrleitungsast 1 eintretende Material über den einen bzw. die beiden ab- steigenden Rohrleitungsäste abgeleitet. Eine Zwischenausscheidung eines Teilstroms von Material erfolgt nicht. Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf die dargestellten Ausführungsvarianten beschränkt. So können insbesondere die Lage des Tauchrohres und dessen Form und Länge modifiziert werden.

Claims

Patentansprüche :
Vorrichtung zur Wärmebehandlung von mehlförmigem Rohmaterial, das in einer Vorwärmstufe vorgewärmt, in einer Calcinierstufe calciniert, in einer Brennstufe fertiggebrannt und in einer Kühlstufe gekühlt wird, wobei die Calcinierstufe eine von den Abgasen der Brennstufe durchströmte Rohrleitung mit einem aufsteigenden Ast, wenigstens einem absteigenden Ast und einer dazwischen angeordneten Umlenkzone enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkzone durch eine Umlenkkammer (2) gebildet wird, die einen gegenüber dem Querschnitt des aufsteigenden Rohrleitungsastes (1) erweiterten ersten Abschnitt (2b) aufweist, der nach oben durch eine im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung des über den aufsteigenden Rohrleitungsast (1) in die Umlenkkammer
(2) eintretenden Materiales ausgerichtete Prallwand (2a) begrenzt ist und an den sich wenigstens ein zweiter Abschnitt (2c) anschließt, der schräg nach unten verläuft und sich konisch auf den Querschnitt des absteigenden Rohrleitungsastes (3 bzw. 3a, 3b) verjüngt.
Vorrichtung zur Wärmebehandlung von mehlförmigem Rohmaterial, das in einer Vorwärmstufe vorgewärmt, in einer Calcinierstufe calciniert, in einer Brennstufe fertiggebrannt und in einer Kühlstufe gekühlt wird, wobei die Calcinierstufe eine von den Abgasen der Brennstufe durchströmte Rohrleitung mit einem aufsteigenden Ast, wenigstens einem absteigenden Ast und einer dazwischen angeordneten Umlenkzone enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkzone durch eine Umlenkkammer (2') gebildet wird, die einen sich gegenüber dem aufsteigenden Rohrleitungsast (1) konisch erweiternden ersten Abschnitt (2'b) sowie einen zweiten Abschnitt (2'c) aufweist, der durch eine im wesentlichen quer zur Strö ungsrich- tung des über den aufsteigenden Rohrleitungsast (1) in die Umlenkkammer (2') eintretenden Materiales ausgerichtete Prallwand (2'a) begrenzt ist, wobei der tauchrohrartig in die Umlenkkammer (2') ragende absteigende Rohrleitungsast (3 bzw. 3a, 3b) schräg nach unten aus der Umlenkkammer herausgeführt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Rohrleitungsäste (1, 3, 3a, 3b) als Tauchrohr in die Umlenkkammer (2, 2') ragt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Prallwand (2a, 2'a) eben ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Prallwand gekrümmt ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aufsteigende Rohrleitungsast (1) zentrisch in den ersten Abschnitt (2b) der Umlenkkamer (2) mündet.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aufsteigende Rohrleitungsast (1) exzentrisch in den ersten Abschnitt (2b) der Umlenkkammer (2) mündet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aufsteigende Rohrleitungsast (1) im Bereich der Umlenkkammer (2) konisch verjüngt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der absteigende Rohrleitungsast (3) zentrisch in den zweiten Abschnitt (2'c) der Umlenkkammer (2') ragt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der absteigende Rohrleitungsast exzentrisch in den zweiten Abschnitt (2'b) der Umlenkkammer ragt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der sich konisch erweiternde erste Abschnitt senkrecht nach oben ausgerichtet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß zwei absteigende Rohrleitungsäste (3a, 3b; 3'a; 3'b) vorgesehen sind und die Umlenkkammer
(2, 2') derart ausgebildet ist, daß das gesamte über den aufsteigenden Rohrleitungsast (1) eintretende Material über die beiden absteigenden Rohrleitungsäste abgeleitet wird.
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