WO2009155976A1 - Device for separating a solid material and a gas and plant for producing cement - Google Patents

Device for separating a solid material and a gas and plant for producing cement Download PDF

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WO2009155976A1
WO2009155976A1 PCT/EP2008/058107 EP2008058107W WO2009155976A1 WO 2009155976 A1 WO2009155976 A1 WO 2009155976A1 EP 2008058107 W EP2008058107 W EP 2008058107W WO 2009155976 A1 WO2009155976 A1 WO 2009155976A1
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solid
line
helical
riser
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Verena Georg
Detlev Kupper
Luis Lagar Garcia
Andreas Hoppe
Heinz-Werner Thiemeyer
Daniel Klegraf
Thomas Deck
Stefanie Richter
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Polysius Ag
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Publication date
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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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/12—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
    • B01D45/16—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces generated by the winding course of the gas stream, the centrifugal forces being generated solely or partly by mechanical means, e.g. fixed swirl vanes
    • 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
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    • C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
    • C04B7/43—Heat treatment, e.g. precalcining, burning, melting; Cooling
    • C04B7/432—Preheating without addition of fuel

Definitions

  • the invention relates to a device for separating a solid and a gas and a plant for cement production.
  • Cyclone edge deposited particles come into the gas inlet flow of the cyclone.
  • the invention is therefore based on the object to improve the apparatus for separating a solid and a gas in terms of the degree of separation. Another object is to improve the statics of the device.
  • a riser for conducting a gas-solid suspension b. a descending helical and / or spiral line, in which the gas-solid suspension is separated by centrifugal forces into a stream of solids and a gas stream, c. a diverter connecting the riser to the helical and / or spiral duct, d. a solid line communicating with the end of the helical and / or spiral line for discharging the stream of solids and e. a gas conduit communicating with the end of the helical and / or spiral conduit for draining the gas flow.
  • the deflection head furthermore has at least one first section and a second section arranged downstream in the direction of flow of the gas-solid suspension and through which the gas-solid suspension flows, the two sections being curved in the flow direction of the gas-solid suspension. Suspension are curved in opposite directions.
  • the center of gravity can also be displaced further into the middle, so that the suspension of the device and thus the demands on the static are simplified.
  • the change of curvature in the region of the deflection head also prolongs the flow path and thus the residence time in the device. This is especially when using the device as a cooler, preheater or calciner decisive, since in this case the residence time for the desired heat exchange before separation is increased accordingly. Due to the arcuate design of the deflection are minimized to the pressure losses in this area.
  • Section is formed curved in the direction of the helical and / or spiral line. Both sections can in particular a common
  • the second section preferably extends over a larger angular range than the first section.
  • Angular range of the first portion is in particular between 10 ° and 80 ° while the angular range of the second portion is 90 ° to 220 °.
  • Both sections can be connected directly to each other or connected to each other via an intermediate piece.
  • the deflection head may further comprise a transition piece from a first to a second cross-sectional shape, which is arranged in particular between the riser and the first portion.
  • the two sections can have both an angular and a round cross-section.
  • the above-described apparatus for separating a solid and a gas is also suitable for being stacked in several stages.
  • the gas line of a stage goes into the riser of the next higher level and the solid line of a stage opens into the riser of the next lower level. In this way, the solid can be passed from top to bottom through the individual stages and brought into contact with the gas stream conducted in the reverse direction.
  • the device for separating a solid and a gas can be used in particular for a preheater and / or a calciner a plant for cement production with preheater, calciner and furnace.
  • Fig. 1 is a schematic side view of an inventive
  • Fig. 3 shows a three-dimensional plant for cement production.
  • the device for separating a solid and a gas shown in FIG. 1 is, for example, a device for preheating, cooling and / or calcining fine-grained material during cement production. It consists essentially of a riser 1 for conducting a gas-solid suspension, a descending helical and / or spiral-like conduit 2, in which by centrifugal forces the gas-solid suspension in a Solid stream 3 and a gas stream 4 is separated and a deflection head 5, which connects the riser 1 with the helical and / or spiral line 2.
  • a helical and / or spiral line in the sense of the invention is understood to mean a line which is helical and / or spiral-shaped at least in sections.
  • the rotation of the helical and / or spiral line can in particular only extend over a smaller angular range of, for example, 90 °.
  • the end of the helical and / or spiral line 2 is connected to a
  • the deflection head 5 has a first section 5a and a downstream in the flow direction 8 of the gas-solid suspension, second section 5b, both of which are flowed through by the gas-solid suspension, wherein the two sections are arcuate and in the flow direction 8 of Gas-solid suspension are curved in opposite directions.
  • the first portion 5a - seen in the flow direction 8 of the gas-solid suspension directed away from the helical and / or spiral line 2 curvature, while the second section in the direction of helical and / or spiral
  • Curved line is formed. In sections 5a, 5b close in this embodiment directly to each other. The junction is shown in dashed lines in Fig. 1.
  • both sections 5 a, 5 b have a common longitudinal center plane.
  • the second section 5b preferably extends over a larger angular range than the first section.
  • the angular range ⁇ of the first portion is in the illustrated embodiment about 40 °, while the angular range ß of the second portion is dimensioned in a range of about 160 °.
  • the riser 1 has a round cross section, while the cross section of the helical and / or spiral line 2 is formed angular.
  • the deflecting head can be formed with its two sections 5 a and 5 b both angular and round. If the riser 1 and the helical and / or spiral line 2 have different cross-section, the deflection must have a transition piece from a first to a second cross-sectional shape to ensure the connection to the two lines.
  • a transition piece 5 c between the riser 1 and the first portion 5 a is provided which allows a connection of the round cross section of the riser 1 to the polygonal cross section of the first portion 5 a of the deflection.
  • the change of curvature means that the gas can follow the deflections easier than the material, so that it comes to material agglomeration and stratification. These two effects already favor the pre-separation in this area, so that the separation of the solids flow from the gas flow in the helical and / or spiral line 2 is further improved.
  • the helical and / or spiral-like line opens into a separation chamber, to which the solid line 6 for discharging the solids stream 3 and the gas line 7 for discharging the gas stream 4 are connected.
  • the deposition chamber 9 has, in the connection region to the helical and / or spiral line 2, a cylindrical section which merges into the gas line 7.
  • the gas line 7 can also protrude in the manner of a dip tube in the deposition chamber 9.
  • the lower part of the separation chamber 9 tapers in a funnel shape and merges into the solids conduit 6.
  • the radius and / or the slope and / or the cross-sectional shape and / or the cross-sectional size of the helical and / or spiral line 2 changes in the flow direction of the gas-solid suspension.
  • influence on the pre-separation of the gas-solid suspension in the range of helical and / or spiral-like line can be taken and on the other hand, the helical and / or spiral line 2 to outer
  • the radius, pitch, cross-sectional shape and / or cross-sectional size can change continuously in the flow direction and / or at least in one section. For example, a radius reduction causes an increase in centrifugal force, while a radius increase corresponds to a decrease in centrifugal force.
  • a radius reduction causes an increase in centrifugal force
  • a radius increase corresponds to a decrease in centrifugal force.
  • the device described in FIG. 1 is preferably suitable for carrying out chemical and / or physical reactions between a solid and a gas and in particular for preheating, cooling and / or calcining fine-grained materials, it being possible to provide at least two stages arranged one above the other.
  • the gas line goes one step into the riser the next higher level above and the solid line of a stage opens into the riser of the next lower level.
  • a solid to be treated is fed in the upper stage II via a solids line 6 "and discharged as a treated solid via the solids line 6 of the lower stage I. While the solid is thus passed from top to bottom through the two stages, this flows through
  • the gas supplied to the lowermost stage is, for example, the hot exhaust gas of a furnace or a calciner
  • the gas discharged from the second stage via the gas conduit T becomes, for example, a dedusting filter or a downstream highly efficient gas
  • the treated solid may be fed to a calciner or oven for further processing.
  • the stages can be arranged very compact and intertwined.
  • FIG. 3 shows a three-dimensional representation of a plant for the heat treatment of fine-grained material in cement production with a rotary kiln 10, a calciner 20 and a preheater 30.
  • the calciner 20 and / or the preheater 30 can in this case according to the in FIGS. 1 to 2 be formed described embodiments.

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Abstract

The device according to the invention for separating a solid material and a gas is made substantially of a. a riser pipe for feeding a gas-solid suspension, b. a downward sloping helical and/or spiral pipeline wherein the gas-solid suspension is separated into a solid flow and a gas flow by centrifugal forces, c. a deflecting head connecting the riser pipe to the helical and/or spiral pipeline, d. a solid material pipeline connected to the end of helical and/or spiral pipeline for removing the solid flow, wherein the deflecting head comprises at least one first segment and a second segment disposed downstream in the flow direction of the gas-solid suspension and permeated by the gas-solid suspension, wherein the two segments are curved and the curves thereof are opposite each other in the flow direction of the gas-solid suspension.

Description

Vorrichtung zur Separierung von einem Feststoff und einem Gas sowie Anlage zur Zementherstellung Device for separating a solid and a gas, and a plant for cement production
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Separierung von einem Feststoff und einem Gas sowie eine Anlage zur Zementherstellung.The invention relates to a device for separating a solid and a gas and a plant for cement production.
In der Zement- und Mineralsindustrie sind zur Vorwärmung, Kühlung und/oder Calcinierung von feinkörnigen Materialien insbesondere Systeme bestehend aus Gleichstromwärmetauscher und Zyklonabscheider bekannt. Meist weisen derartige Vorrichtungen mehrere übereinander angeordnete Stufen auf, wobei der Gasstrom von unten nach oben durch alle Stufen geleitet wird, während der Feststoff in entgegengesetzter Richtung den einzelnen Stufen zugeführt wird. Am Ende jeder Stufe wird der Feststoff vom Gas getrennt.In the cement and minerals industry, systems comprising DC heat exchangers and cyclone separators are known in particular for preheating, cooling and / or calcining fine-grained materials. Most such devices have a plurality of superimposed stages, wherein the gas stream is passed from bottom to top through all stages, while the solid is fed in the opposite direction to the individual stages. At the end of each stage, the solid is separated from the gas.
Derartige Systeme haben den Nachteil, dass sie eine enorme Bauhöhe benötigen und der Abscheidegrad im Zyklonabscheider nicht immer befriedigend ist. So kommt es in den Zyklonen oftmals zu unkontrollierten Strömungen, die beispielsweise am Zykloneintritt durch Überlagerung des Eintrittsgasstromes mit dem im Zyklon ausgebildeten Wirbelstrom oder durch Umkehr der Gasströmungsrichtung im Konus des Zyklons bedingt sind. Weiterhin kann es zum Wiedereinstreuen der schon amSuch systems have the disadvantage that they require a huge height and the degree of separation in the cyclone is not always satisfactory. Thus, in the cyclones, there are often uncontrolled flows which are caused, for example, at the cyclone inlet by superposition of the inlet gas flow with the eddy current formed in the cyclone or by reversal of the gas flow direction in the cone of the cyclone. Furthermore, it can be used to re-entrust the already
Zyklonrand abgeschiedenen Partikel in den Gaseintrittsstrom des Zyklons kommen.Cyclone edge deposited particles come into the gas inlet flow of the cyclone.
Eine weitere Problematik besteht darin, dass sich bei unterschiedlich großen Bauformen die Zentrifugalkräfte bei gleichen Eintrittsgeschwindigkeiten verändern und sich dadurch andere Abscheideverhältnisse ergeben.Another problem is that with different sized designs, the centrifugal forces change at the same entrance velocities and thereby result in different deposition conditions.
In den einzelnen Stufen wird zum einen ein möglichst hoher Abscheidegrad und zum anderen ein möglichst geringer Druckverlust gefordert. Beim Einsatz derartigerIn the individual stages, the highest possible degree of separation and, secondly, the lowest possible pressure loss are required. When using such
Vorrichtungen zur Vorwärmung, Kühlung und/oder Calcinierung wird zudem eine ausreichende Verweilzeit des Feststoffs gefordert. Dies kann jedoch insbesondere bei mehrstufigen Anordnungen zu einer großen Bauhöhe fuhren und beträchtliche Maßnahmen hinsichtlich der Statik erfordern.Devices for preheating, cooling and / or calcination also requires a sufficient residence time of the solid. However, this can be especially true at multi-level arrangements lead to a large height and require considerable measures in terms of statics.
In der US 4,318,697 wurde ein mehrstufiger Vorwärmer für Zementrohmaterial vorgeschlagen, dessen einzelne Stufen jeweils aus einer Steigleitung und einer sich anschließenden wendel- und/oder spiralartigen Leitung bestehen. Die Steigleitung und die wendel- und/oder spiralartigen Leitung sind über einen Umlenkbogen miteinander verbunden. Die wendel- und/oder spiralartige Leitung weist zudem einen rechteckigen Querschnitt auf und ist an einer Seitenfläche einer quaderförmigen Abscheidekammer angeschlossen. Die Anschlussstelle erstreckt sich dabei über die gesamte Seitenfläche der quaderförmigen Abscheidekammer. Der untere Teil der Abscheidekammer verjüngt sich trichterförmig und dient zum Abführen des Feststoffs, während das Gas nach oben abgeleitet wird. Dieses System hat sich jedoch in der Praxis nicht durchgesetzt, da kein ausreichender Abscheidegrad gewährleistet ist. Außerdem erfordert die Realisierung einen relativ großen Aufwand an die Statik, wenn mehrere Stufen vorgesehen sind.In US 4,318,697 a multi-stage preheater for cement raw material has been proposed, the individual stages each consist of a riser and a subsequent helical and / or spiral line. The riser and the helical and / or spiral-like line are connected to one another via a deflection arc. The helical and / or spiral line also has a rectangular cross-section and is connected to a side surface of a cuboid deposition chamber. The connection point extends over the entire side surface of the cuboid deposition chamber. The lower part of the separation chamber tapers in a funnel shape and serves to discharge the solid while the gas is discharged upwards. However, this system has not prevailed in practice, as not sufficient Abscheidegrad is guaranteed. In addition, the realization requires a relatively large amount of static, if several stages are provided.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung zur Separierung von einem Feststoff und einem Gas hinsichtlich des Abscheidegrades zu verbessern. Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Statik der Vorrichtung zu verbessern.The invention is therefore based on the object to improve the apparatus for separating a solid and a gas in terms of the degree of separation. Another object is to improve the statics of the device.
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.According to the invention, these objects are achieved by the features of claim 1.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Separierung von einem Feststoff und einemThe inventive device for separating a solid and a
Gas besteht im Wesentlichen ausGas basically consists of
a. einer Steigleitung zum Leiten einer Gas-Feststoff- Suspension, b. einer absteigenden wendel- und/oder spiralartigen Leitung, in der durch Zentrifugalkräfte die Gas-Feststoff-Suspension in einen Feststoffstrom und einen Gasstrom getrennt wird, c. einem Umlenkkopf, der die Steigleitung mit der wendel- und/oder spiralartigen Leitung verbindet, d. einer mit dem Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung in Verbindung stehenden Feststoffleitung zum Ableiten des Feststoffstroms sowie e. einer mit dem Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung in Verbindung stehenden Gasleitung zum Ableiten des Gasstroms.a. a riser for conducting a gas-solid suspension, b. a descending helical and / or spiral line, in which the gas-solid suspension is separated by centrifugal forces into a stream of solids and a gas stream, c. a diverter connecting the riser to the helical and / or spiral duct, d. a solid line communicating with the end of the helical and / or spiral line for discharging the stream of solids and e. a gas conduit communicating with the end of the helical and / or spiral conduit for draining the gas flow.
Der Umlenkkopf weist weiterhin wenigstens einen ersten Abschnitt und einen in Strömungsrichtung der Gas-Feststoff-Suspension nachgeordneten, zweiten Abschnitt auf, die von der Gas-Feststoff-Suspension durchströmt werden, wobei die beiden Abschnitte bogenförmig ausgebildet sind und in Strömungsrichtung der Gas- Feststoff-Suspension entgegensetzt gekrümmt sind.The deflection head furthermore has at least one first section and a second section arranged downstream in the direction of flow of the gas-solid suspension and through which the gas-solid suspension flows, the two sections being curved in the flow direction of the gas-solid suspension. Suspension are curved in opposite directions.
Durch die beiden entgegensetzt gekrümmten Umlenkungen im Bereich des Umlenkkopfes kommt es zu einer Materialagglomeration bzw. einer Strähnenbildung, da das Gas den Umlenkungen einfacher folgen kann als der Feststoff. Auf diese Weise wird bereits im Umlenkkopf eine Vorseparierung begünstigt, so dass der Abscheidegrad der Vorrichtung verbessert werden kann.Due to the two oppositely curved deflections in the region of the deflection head, material agglomeration or stratification occurs since the gas can follow the deflections more easily than the solid. In this way, a Vorseparierung is favored already in the deflection, so that the separation efficiency of the device can be improved.
Durch den Krümmungswechsel im Bereich des Umlenkkopfes lässt sich außerdem der Schwerpunkt weiter in die Mitte verlagern, so dass die Aufhängung der Vorrichtung und damit die Anforderungen an die Statik vereinfacht werden.Due to the change of curvature in the region of the deflection head, the center of gravity can also be displaced further into the middle, so that the suspension of the device and thus the demands on the static are simplified.
Der Krümmungswechsel im Bereich des Umlenkkopfes verlängert zudem die Strömungsstrecke und damit die Verweilzeit in der Vorrichtung. Dies ist insbesondere bei Verwendung der Vorrichtung als Kühler, Vorwärmer oder Calcinator entscheidend, da in diesem Fall die Verweilzeit für den gewollten Wärmeaustausch vor der Trennung entsprechend erhöht wird. Durch die bogenförmige Ausbildung des Umlenkkopfes werden zu dem Druckverluste in diesem Bereich minimiert.The change of curvature in the region of the deflection head also prolongs the flow path and thus the residence time in the device. This is especially when using the device as a cooler, preheater or calciner decisive, since in this case the residence time for the desired heat exchange before separation is increased accordingly. Due to the arcuate design of the deflection are minimized to the pressure losses in this area.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter anspräche.Further embodiments of the invention are the subject of the subclaims.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der erste Abschnitt - in Strömungsrichtung der Gas-Feststoff-Suspension gesehen - eine von der wendel- und/oder spiralartigen Leitung weggerichtete Krämmung auf, während der zweiteAccording to a preferred embodiment of the invention, the first portion - as viewed in the direction of flow of the gas-solid suspension - a directed away from the helical and / or spiral-type conduit on Krung, while the second
Abschnitt in Richtung der wendel- und/oder spiralartigen Leitung gekrümmt ausgebildet ist. Beide Abschnitte können dabei insbesondere eine gemeinsameSection is formed curved in the direction of the helical and / or spiral line. Both sections can in particular a common
Längsmittelebene aufweisen. Weiterhin erstreckt sich der zweite Abschnitt vorzugsweise über einen größeren Winkelbereich als der erste Abschnitt. DerHave longitudinal center plane. Furthermore, the second section preferably extends over a larger angular range than the first section. Of the
Winkelbereich des ersten Abschnitts liegt insbesondere zwischen 10° und 80° während der Winkelbereich des zweiten Abschnitts 90° bis 220° beträgt.Angular range of the first portion is in particular between 10 ° and 80 ° while the angular range of the second portion is 90 ° to 220 °.
Beide Abschnitte können unmittelbar aneinander anschließen oder über ein Zwischenstück miteinander verbunden werden.Both sections can be connected directly to each other or connected to each other via an intermediate piece.
Der Umlenkkopf kann weiterhin ein Übergangsstück von einer ersten auf eine zweite Querschnittsform aufweisen, welches insbesondere zwischen der Steigleitung und dem ersten Abschnitt angeordnet ist. Grundsätzlich können die beiden Abschnitte sowohl einen eckigen als auch einen runden Querschnitt aufweisen. Zur weiterenThe deflection head may further comprise a transition piece from a first to a second cross-sectional shape, which is arranged in particular between the riser and the first portion. In principle, the two sections can have both an angular and a round cross-section. To further
Erhöhung des Abscheidegrades ist eine mit dem Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung in Verbindung stehende Abscheidekammer vorgesehen, an welche die Feststoffleitung zum Ableiten des Feststoffstroms und die Gasleitung zum Ableiten des Gasstroms angeschlossen sind. Die oben beschriebene Vorrichtung zur Separierung von einem Feststoff und einem Gas eignet sich auch dafür, in mehreren Stufen übereinander angeordnet zu werden. Dabei geht die Gasleitung einer Stufe in die Steigleitung der nächst höheren Stufe über und die Feststoffleitung einer Stufe mündet in die Steigleitung der nächst niedrigeren Stufe. Auf diese Weise kann der Feststoff von oben nach unten durch die einzelnen Stufen geleitet und mit dem in umgekehrter Richtung geführten Gasstrom in Kontakt gebracht werden. Die Vorrichtung zur Separierung von einem Feststoff und einem Gas lässt sich insbesondere für einen Vorwärmer und/oder einen Calcinator eine Anlage zur Zementherstellung mit Vorwärmer, Calcinator und Ofen einsetzen.Increasing the degree of separation is provided with a standing at the end of the helical and / or spiral-like line deposition chamber to which the solid line for discharging the solids flow and the gas line for discharging the gas flow are connected. The above-described apparatus for separating a solid and a gas is also suitable for being stacked in several stages. The gas line of a stage goes into the riser of the next higher level and the solid line of a stage opens into the riser of the next lower level. In this way, the solid can be passed from top to bottom through the individual stages and brought into contact with the gas stream conducted in the reverse direction. The device for separating a solid and a gas can be used in particular for a preheater and / or a calciner a plant for cement production with preheater, calciner and furnace.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.Further advantages and embodiments of the invention will be explained in more detail below with reference to the description and the drawing.
In der Zeichnung zeigenIn the drawing show
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßenFig. 1 is a schematic side view of an inventive
Vorrichtung zur Separierung von einem Feststoff und einem Gas,Device for separating a solid and a gas,
Fig. 2a bis 2d verschiedene Anordnungen einer zweistufigen Vorrichtung zur2a to 2d different arrangements of a two-stage device for
Separierung von einem Feststoff und einem Gas undSeparation of a solid and a gas and
Fig. 3 eine dreidimensionale einer Anlage zur Zementherstellung.Fig. 3 shows a three-dimensional plant for cement production.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung zur Separierung von einem Feststoff und einem Gas handelt es sich beispielsweise um eine Vorrichtung zur Vorwärmung, Kühlung und/oder Calcinierung von feinkörnigem Material bei der Zementherstellung. Sie besteht im Wesentlichen aus einer Steigleitung 1 zum Leiten einer Gas-Feststoff-Suspension, einer absteigenden wendel- und/oder spiralartigen Leitung 2, in der durch Zentrifugalkräfte die Gas-Feststoff-Suspension in einen Feststoffstrom 3 und einen Gasstrom 4 getrennt wird sowie einem Umlenkkopf 5, der die Steigleitung 1 mit der wendel- und/oder spiralartigen Leitung 2 verbindet.The device for separating a solid and a gas shown in FIG. 1 is, for example, a device for preheating, cooling and / or calcining fine-grained material during cement production. It consists essentially of a riser 1 for conducting a gas-solid suspension, a descending helical and / or spiral-like conduit 2, in which by centrifugal forces the gas-solid suspension in a Solid stream 3 and a gas stream 4 is separated and a deflection head 5, which connects the riser 1 with the helical and / or spiral line 2.
Eine wendel- und/oder spiralartige Leitung im Sinne der Erfindung wird eine Leitung verstanden, die zumindest Abschnittsweise wendel- und/oder spiralförmig ausgebildet ist. Die Drehung der wendel- und/oder spiralartigen Leitung kann sich dabei insbesondere auch nur über einen kleineren Winkelbereich von beispielsweise 90°, erstrecken.A helical and / or spiral line in the sense of the invention is understood to mean a line which is helical and / or spiral-shaped at least in sections. The rotation of the helical and / or spiral line can in particular only extend over a smaller angular range of, for example, 90 °.
Das Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung 2 steht mit einerThe end of the helical and / or spiral line 2 is connected to a
Feststoffleitung 6 zum Ableiten des Feststroms 3 sowie einer Gasleitung 7 zum Ableiten des Gasstroms 4 in Verbindung. Der Umlenkkopf 5 weist einen ersten Abschnitt 5a und einen in Strömungsrichtung 8 der Gas-Feststoff-Suspension nachgeordneten, zweiten Abschnitt 5b auf, die beide von der Gas-Feststoff- Suspension durchströmt werden, wobei die beiden Abschnitte bogenförmig ausgebildet sind und in Strömungsrichtung 8 der Gas-Feststoff-Suspension entgegengesetzt gekrümmt sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der erste Abschnitt 5a - in Strömungsrichtung 8 der Gas-Feststoff-Suspension gesehen - eine von der wendel- und/oder spiralartigen Leitung 2 weggerichtete Krümmung auf, während der zweite Abschnitt in Richtung der wendel- und/oder spiralartigenSolid line 6 for discharging the fixed current 3 and a gas line 7 for discharging the gas stream 4 in connection. The deflection head 5 has a first section 5a and a downstream in the flow direction 8 of the gas-solid suspension, second section 5b, both of which are flowed through by the gas-solid suspension, wherein the two sections are arcuate and in the flow direction 8 of Gas-solid suspension are curved in opposite directions. In the illustrated embodiment, the first portion 5a - seen in the flow direction 8 of the gas-solid suspension - directed away from the helical and / or spiral line 2 curvature, while the second section in the direction of helical and / or spiral
Leitung gekrümmt ausgebildet ist. Bei Abschnitte 5a, 5b schließen bei diesem Ausführungsbeispiel unmittelbar aneinander. Die Verbindungsstelle ist in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet.Curved line is formed. In sections 5a, 5b close in this embodiment directly to each other. The junction is shown in dashed lines in Fig. 1.
Außerdem weisen beide Abschnitte 5 a, 5b eine gemeinsame Längsmittelebene auf.In addition, both sections 5 a, 5 b have a common longitudinal center plane.
Der zweite Abschnitt 5b erstreckt sich vorzugsweise über einen größeren Winkelbereich als der erste Abschnitt. Der Winkelbereich α des ersten Abschnitts beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 40°, während der Winkelbereich ß des zweiten Abschnitts in einem Bereich von etwa 160° dimensioniert ist. Im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel weist die Steigleitung 1 einen runden Querschnitt auf, während der Querschnitt der wendel- und/oder spiralartigen Leitung 2 eckig ausgebildet ist. Der Umlenkkopf kann mit seinen beiden Abschnitten 5 a und 5b sowohl eckig als auch rund ausgebildet werden. Sofern die Steigleitung 1 und die wendel- und/oder spiralartige Leitung 2 unterschiedlichen Querschnitt haben, muss der Umlenkkopf ein Übergangsstück von einer ersten auf eine zweite Querschnittsform aufweisen, um die Anbindung an die beiden Leitungen zu gewährleisten. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Übergangsstück 5 c zwischen der Steigleitung 1 und dem ersten Abschnitt 5 a vorgesehen, welches eine Anbindung des runden Querschnitts der Steigleitung 1 an den eckigen Querschnitt des ersten Abschnitts 5 a des Umlenkkopfes ermöglicht.The second section 5b preferably extends over a larger angular range than the first section. The angular range α of the first portion is in the illustrated embodiment about 40 °, while the angular range ß of the second portion is dimensioned in a range of about 160 °. In the illustrated embodiment, the riser 1 has a round cross section, while the cross section of the helical and / or spiral line 2 is formed angular. The deflecting head can be formed with its two sections 5 a and 5 b both angular and round. If the riser 1 and the helical and / or spiral line 2 have different cross-section, the deflection must have a transition piece from a first to a second cross-sectional shape to ensure the connection to the two lines. In the illustrated embodiment, a transition piece 5 c between the riser 1 and the first portion 5 a is provided which allows a connection of the round cross section of the riser 1 to the polygonal cross section of the first portion 5 a of the deflection.
Durch die zunächst nach außen gekrümmte Form des Umlenkkopfes 5 verlagert sich der Schwerpunkt des Umlenkkopfes 5 weiter in die Mitte, d.h. in Richtung zur Mittelachse der Steigleitung 1. Dies hat vor allem Vorteile für die Aufhängung, insbesondere dann, wenn mehrere Stufen übereinander angeordnet werden sollen.Due to the initially outwardly curved shape of the deflection head 5, the center of gravity of the deflection head 5 moves further into the middle, i. in the direction of the central axis of the riser 1. This has particular advantages for the suspension, especially if several stages to be arranged one above the other.
Durch die beiden bogenförmig ausgebildeten Abschnitte 5 a, 5b werden scharfe Umlenkungen vermieden, wodurch der Druckverlust reduziert wird. Dennoch wird durch den Krümmungswechsel die Leitungslänge im Umlenkkopf verlängert, sodass sich die Verweilzeit der Gas-Feststoff-Suspension entsprechend vergrößert. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn in diesem Bereich zwischen dem Gas und dem Feststoff ein Wärmeaustausch stattfinden soll.Sharp deflections are avoided by the two arc-shaped sections 5 a, 5 b, whereby the pressure loss is reduced. Nevertheless, the length of the cable in the deflection head is extended by the change in curvature, so that the residence time of the gas-solid suspension increases accordingly. This is particularly advantageous if heat exchange is to take place in this area between the gas and the solid.
Der Krümmungswechsel führt dazu, dass das Gas den Umlenkungen einfacher folgen kann als das Material, so dass es zu Materialagglomerationen und zur Strähnenbildung kommt. Diese beiden Effekte begünstigen bereits in diesem Bereich die Vorseparierung, so dass die Trennung des Feststoffstroms vom Gasstrom in der wendel- und/oder spiralartigen Leitung 2 weiter verbessert wird. Zweckmäßigerweise mündet die wendel- und/oder spiralartige Leitung in eine Abscheidekammer, an welche die Feststoffleitung 6 zum Ableiten des Feststoffstroms 3 und die Gasleitung 7 zum Ableiten des Gasstroms 4 angeschlossen sind. Die Abscheidekammer 9 weist im Anschlussbereich an die wendel- und/oder spiralartige Leitung 2 einen zylindrischen Abschnitt auf, der in die Gasleitung 7 übergeht. Die Gasleitung 7 kann aber auch nach Art eines Tauchrohres in die Abscheidekammer 9 hineinragen. Der untere Teil der Abscheidekammer 9 verjüngt sich trichterförmig und geht in die Feststoffleitung 6 über.The change of curvature means that the gas can follow the deflections easier than the material, so that it comes to material agglomeration and stratification. These two effects already favor the pre-separation in this area, so that the separation of the solids flow from the gas flow in the helical and / or spiral line 2 is further improved. Expediently, the helical and / or spiral-like line opens into a separation chamber, to which the solid line 6 for discharging the solids stream 3 and the gas line 7 for discharging the gas stream 4 are connected. The deposition chamber 9 has, in the connection region to the helical and / or spiral line 2, a cylindrical section which merges into the gas line 7. However, the gas line 7 can also protrude in the manner of a dip tube in the deposition chamber 9. The lower part of the separation chamber 9 tapers in a funnel shape and merges into the solids conduit 6.
Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass sich der Radius und/oder die Steigung und/oder die Querschnittsform und/oder die Querschnittsgröße der wendel- und/oder spiralartigen Leitung 2 im Strömungsrichtung der Gas-Feststoff-Suspension ändert. Auf diese Weise kann einerseits Einfluss auf die Vorseparierung der Gas-Feststoff- Suspension im Bereich der wendel- und/oder spiralartigen Leitung genommen werden und andererseits kann die wendel- und/oder spiralartige Leitung 2 an äußereIn the context of the invention, it is conceivable that the radius and / or the slope and / or the cross-sectional shape and / or the cross-sectional size of the helical and / or spiral line 2 changes in the flow direction of the gas-solid suspension. In this way, on the one hand influence on the pre-separation of the gas-solid suspension in the range of helical and / or spiral-like line can be taken and on the other hand, the helical and / or spiral line 2 to outer
Gegebenheiten angepasst werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mehrere Stufen ineinander verschachtelt und übereinander angeordnet werden.Be adapted to circumstances. This is particularly advantageous when several stages are interleaved and arranged one above the other.
Der Radius, Steigung, Querschnittsform und/oder Querschnittsgröße können sich dabei in Strömungsrichtung sprunghaft und/oder zumindest in einem Abschnitt auch kontinuierlich ändern. So bewirkt beispielsweise eine Radiusverringerung einer Erhöhung der Zentrifugalkraft, während ein Radiuserhöhung einer Verringerung der Zentrifugalkraft entspricht. Durch Veränderung der Querschnittsform und -große kann Einfluss auf die Strömungsgeschwindigkeit genommen werden.The radius, pitch, cross-sectional shape and / or cross-sectional size can change continuously in the flow direction and / or at least in one section. For example, a radius reduction causes an increase in centrifugal force, while a radius increase corresponds to a decrease in centrifugal force. By changing the cross-sectional shape and size, influence on the flow velocity can be made.
Die in Fig. 1 beschriebene Vorrichtung eignet sich vorzugsweise zur Durchführung chemischer und/oder physikalischer Reaktion zwischen einem Feststoff und einem Gas und insbesondere zur Vorwärmung, Kühlung und/oder Calcinierung von feinkörnigen Materialien, wobei wenigstens zwei übereinander angeordnete Stufen vorgesehen werden können. Dabei geht die Gasleitung einer Stufe in die Steigleitung der nächst höheren Stufe über und die Feststoffleitung einer Stufe mündet in die Steigleitung der nächst niedrigeren Stufe.The device described in FIG. 1 is preferably suitable for carrying out chemical and / or physical reactions between a solid and a gas and in particular for preheating, cooling and / or calcining fine-grained materials, it being possible to provide at least two stages arranged one above the other. The gas line goes one step into the riser the next higher level above and the solid line of a stage opens into the riser of the next lower level.
In den Figuren 2a bis 2d ist eine solche Vorrichtung mit zwei Stufen I, II dargestellt, bei der es sich beispielsweise um einen zweistufigen Vorwärmer fürIn the figures 2a to 2d, such a device with two stages I, II is shown, which is for example a two-stage preheater for
Zementrohmaterial handelt.Cement raw material is.
Im Rahmen der Erfindung können selbstverständlich weitere Stufen vorgesehen werden.In the context of the invention, of course, further stages can be provided.
Bei dieser Anordnung wird ein zu behandelnder Feststoff in der oberen Stufe II über eine Feststoffleitung 6" zugeführt und über die Feststoffleitung 6 der unteren Stufe I als behandelter Feststoff abgeführt. Während der Feststoff somit von oben nach unten durch die beiden Stufen geführt wird, durchströmt das Gas die Anordnung in umgekehrter Reihenfolge. Bei dem in die unterste Stufe zugeführten Gas 4 handelt es sich beispielsweise um das heiße Abgas eines Ofens oder eines Calcinators. Das der zweiten Stufe über die Gasleitung T abgeführte Gas wird beispielsweise zur Entstaubung einem Filter oder einem nachgeschalteten hocheffizienten Abscheider zugeführt. Der behandelte Feststoff kann einem Calcinator oder einem Ofen zur weiteren Bearbeitung zugeführt werden.In this arrangement, a solid to be treated is fed in the upper stage II via a solids line 6 "and discharged as a treated solid via the solids line 6 of the lower stage I. While the solid is thus passed from top to bottom through the two stages, this flows through The gas supplied to the lowermost stage is, for example, the hot exhaust gas of a furnace or a calciner The gas discharged from the second stage via the gas conduit T becomes, for example, a dedusting filter or a downstream highly efficient gas The treated solid may be fed to a calciner or oven for further processing.
Durch die spezielle Ausbildung des Umlenkkopfes 5, 5' sowie der Steigleitung 1 und der absteigenden wendel- und/oder spiralartigen Leitung 2 können die Stufen sehr kompakt und ineinander verschlungen angeordnet werden.Due to the special design of the deflection head 5, 5 'and the riser 1 and the descending helical and / or spiral line 2, the stages can be arranged very compact and intertwined.
Fig. 3 zeigt schließlich eine dreidimensionale Darstellung einer Anlage zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut bei der Zementherstellung mit einem Drehrohrofen 10, einem Calcinator 20 und einem Vorwärmer 30. Der Calcinator 20 und/oder der Vorwärmer 30 können dabei gemäß den in den Figuren 1 bis 2 beschriebenen Ausführungsbeispielen ausgebildet sein. Finally, FIG. 3 shows a three-dimensional representation of a plant for the heat treatment of fine-grained material in cement production with a rotary kiln 10, a calciner 20 and a preheater 30. The calciner 20 and / or the preheater 30 can in this case according to the in FIGS. 1 to 2 be formed described embodiments.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Separierung von einem Feststoff und einem Gas, mit a. einer Steigleitung (1) zum Leiten einer Gas-Feststoff-Suspension, b. einer absteigenden wendel- und/oder spiralartigen Leitung (2), in der durch1. A device for separating a solid and a gas, with a. a riser (1) for conducting a gas-solid suspension, b. a descending helical and / or spiral line (2), in the
Zentrifugalkräfte die Gas-Feststoff-Suspension in einen Feststoffstrom (3) und einen Gasstrom (4) getrennt wird, c. einem Umlenkkopf (5), der die Steigleitung (1) mit der wendel- und/oder spiralartigen Leitung (2) verbindet, d. einer mit dem Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung (2) inCentrifugal forces the gas-solid suspension in a solids flow (3) and a gas stream (4) is separated, c. a deflection head (5) which connects the riser (1) with the helical and / or spiral line (2), d. one with the end of the helical and / or spiral line (2) in
Verbindung stehenden Feststoffleitung (6) zum Ableiten des FeststoffstromsConnecting solid line (6) for discharging the solids flow
(3) sowie e. einer mit dem Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung (2) in(3) and e. one with the end of the helical and / or spiral line (2) in
Verbindung stehenden Gasleitung (7) zum Ableiten des Gasstroms (4),Connecting gas line (7) for diverting the gas stream (4),
dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkkopf wenigstens einen ersten Abschnitt (5a) und einen in Strömungsrichtung (8) der Gas-Feststoff-Suspension nachgeordneten, zweiten Abschnitt (5b) umfasst, die von der Gas-Feststoff- Suspension durchströmt werden, wobei die beiden Abschnitte (5 a, 5b) bogenförmig ausgebildet sind und in Strömungsrichtung der Gas-Feststoff-characterized in that the deflection comprises at least a first portion (5a) and a downstream in the flow direction (8) of the gas-solid suspension, the second section (5b), which are flowed through by the gas-solid suspension, wherein the two sections (5 a, 5 b) are arc-shaped and in the flow direction of the gas-solid
Suspension entgegensetzt gekrümmt sind.Suspension are curved in opposite directions.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (5a) eine - in Strömungsrichtung (8) der Gas-Feststoff-Suspension gesehen - von der wendel- und/oder spiralartigen Leitung (2) weggerichtete Krümmung aufweist und der zweite Abschnitt (5b) in Richtung der wendel- und/oder spiralartigen Leitung (2) gekrümmt ausgebildet ist. 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the first portion (5a) - seen in the flow direction (8) of the gas-solid suspension - of the helical and / or spiral line (2) directed away curvature and the second Section (5b) is curved in the direction of the helical and / or spiral line (2).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abschnitte (5 a, 5b) eine gemeinsame Längsmittelebene aufweisen.3. A device according to claim 1, characterized in that the two sections (5 a, 5 b) have a common longitudinal center plane.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the second
Abschnitt (5b) über einen größeren Winkelbereich als der erste Abschnitt (5 a) erstreckt.Section (5b) extends over a larger angular range than the first portion (5 a).
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelbereich (α) des ersten Abschnitts (5a) 10° bis 80° und der Winkelbereich (ß) des zweiten5. Apparatus according to claim 3, characterized in that the angular range (α) of the first portion (5a) 10 ° to 80 ° and the angular range (ß) of the second
Abschnitts (5b) 90° bis 220° beträgt.Section (5b) is 90 ° to 220 °.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite Abschnitt (5b) an den ersten Abschnitt (5 a) anschließt.6. Device according to claim 1, characterized in that the second section (5b) adjoins the first section (5a).
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abschnitte (5 a, 5b) einen eckigen Querschnitt aufweisen.7. The device according to claim 1, characterized in that the two sections (5 a, 5 b) have a polygonal cross-section.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigleitung (1) eine Feststoffzuführöffnung zum Zuführen eines Feststoffs und eine8. The device according to claim 1, characterized in that the riser (1) has a Feststoffzuführöffnung for supplying a solid and a
Gaszuführöffnung zum Zuführen eines Gases aufweist.Gas supply opening for supplying a gas.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkkopf (5) ein Übergangsstück (5 c) von einer ersten auf eine zweite Querschnitts form aufweist, welches zwischen der Steigleitung (1) und dem ersten Abschnitt (5 a) angeordnet ist.9. The device according to claim 1, characterized in that the deflection head (5) has a transition piece (5 c) from a first to a second cross-sectional shape, which between the riser (1) and the first portion (5 a) is arranged.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung (2) in Verbindung stehende Abscheidekammer (9) vorgesehen ist, an welche die Feststoffieitung zum Ableiten des Feststoffstroms und die Gasleitung zum Ableiten des Gasstroms angeschlossen sind.10. The device according to claim 1, characterized in that a with the end of the helical and / or spiral-like line (2) in connection standing Abscheidekammer (9) is provided, to which the Feststoffieitung for Deriving the solids flow and the gas line are connected to divert the gas flow.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, übereinander angeordnete Stufen (I, II) vorhanden sind, die jeweils eine Steigleitung (1, 1 '), einen Umlenkkopf (5, 5'), eine sich daran anschließende wendel- und/oder spiralartige Leitung (2, 2') sowie eine mit dem Ende der wendel- und/oder spiralartigen Leitung (2, 2') in Verbindung stehende Feststoffleitung (6, 6') und eine Gasleitung (7, T) aufweisen, wobei die Gasleitung einer Stufe in die Steigleitung der nächst höheren Stufe übergeht und die Feststoffleitung einer Stufe in der Steigleitung der nächst niedrigeren Stufe mündet.11. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that a plurality of superposed stages (I, II) are present, each having a riser (1, 1 '), a deflection head (5, 5'), a adjoining helical and / or spiral line (2, 2 ') and a solid line (6, 6') connected to the end of the helical and / or spiral line (2, 2 ') and a gas line (7, T), wherein the gas line of a stage merges into the riser of the next higher stage and the solid line of a stage in the riser of the next lower stage opens.
12. Anlage zur Zementherstellung mit einem Vorwärmer (30), einem Calcinator (20) und einem Ofen (10), wobei der Vorwärmer (30) und/oder der Calcinator (20) wenigstens eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11 aufweist. 12. plant for cement production with a preheater (30), a calciner (20) and an oven (10), wherein the preheater (30) and / or the calciner (20) at least one device according to one or more of the preceding claims 1 to 11 has.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2744042A1 (en) 1977-09-30 1979-04-12 Kloeckner Humboldt Deutz Ag HEAT EXCHANGER FOR THERMAL TREATMENT OF FINE-GRAINED GOODS
US4318692A (en) 1981-01-02 1982-03-09 Allis-Chalmers Corporation Helical duct gas/meal separator

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