DD255524A1 - METHOD AND DEVICE FOR COOLING MATERIAL MATERIAL - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Kuehlung von koernigem Material mit breitem Kornspektrum, beispielsweise Zementklinker. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, eine effektive Kuehlung von beispielsweise Zementklinker in einer Wirbelschicht bei minimalem Luftbedarf und hohem Waermerueckgewinn fuer Materialstroeme mit breitem Kornspektrum zu erreichen. Erfindungsgemaess wird dies dadurch erreicht, dass der im Drehrohrofen gebrannte Zementklinker einer Wirbelschichtkuehlung zugefuehrt wird. Die von unten einem Rost, Lochboden oder dergl. zugefuehrte Kuehlluft wird dabei so eingestellt, dass die Klinkerkoerner mit geringer Korngroesse fluidisiert und in einer Wirbelschicht gekuehlt werden. Die groesseren Klinkerkoerner werden auf dem Rost gekuehlt. Dabei werden die Teilchen beider Korngroessenbereiche im direkten Waermetausch in unterschiedlicher Hoehe annaehernd parallel zueinander in gleicher Richtung mit unterschiedlichen Verweilzeiten und getrenntem Austrag bewegt. Fig. 1The invention relates to a method and devices for cooling of koernigem material with a broad grain spectrum, such as cement clinker. The aim and the object of the invention is to achieve an effective cooling of, for example, cement clinker in a fluidized bed with minimal air requirement and high heat recovery for material flows with a broad grain spectrum. According to the invention, this is achieved by feeding the cement clinker fired in the rotary kiln to a fluidized-bed cooling system. The cooling air supplied from below to a grate, perforated bottom or the like is adjusted so that the clinker cores are fluidized with a small grain size and cooled in a fluidized bed. The larger clinker corns are cooled on the grate. In this case, the particles of both grain size ranges are moved in direct heat exchange at different heights almost parallel to each other in the same direction with different residence times and separate discharge. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung zur Kühlung von körnigem Material mit breitem Kornspektrum, vorzugsweise Zementklinker. .The invention relates to a method and the associated apparatus for cooling granular material with a broad grain spectrum, preferably cement clinker. ,

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, den in Drehrohröfen gebrannten Zementklinker in Planeten-, Rohr-, Rost-, Schacht- oder Wirbelschichtkühlern auf Transporttemperatur zu kühlen und gleichzeitig einen Großteil der KlinkerenthälpiezurSekundärluftvorwärmung zu nutzen.It is known to cool the cement clinker fired in rotary kilns in planetary, pipe, grate, shaft or fluidized bed coolers to transport temperature and at the same time to utilize a majority of the clinker clinker for secondary air preheating.

Obwohl die Wirbelschichtkühler gegenüber den anderen Prinzipien eine Reihe verfahrenstechnischer Vorteile aufweisen, sind gerade sie bislang noch nicht in der Bindebaustoffindustrie großtechnisch eingesetzt worden. Ihrer Anwendung stehen die betriebs- und fördertechnischen Schwierigkeiten entgegen, die sich aus der Beaufschlagung einer Wirbelschicht mit körnigem Gut mit einem Korngrößenspektrum ergeben, das nicht fluidisierbares Grobkorn enthält.Although the fluidized bed coolers have a number of procedural advantages over the other principles, they have not yet been used industrially in the bindering industry. Their application are opposed to the operational and conveyor technical difficulties arising from the application of a fluidized bed of granular material with a grain size spectrum containing non-fluidisable coarse grain.

In der Patentliteratur wurden Wirbelschichten zur Klinkerkühlung schon frühzeitig angeführt/z. B. in PS-CH 360937, K. Fritsche,In the patent literature, fluidized beds for clinker cooling were already cited early / z. In PS-CH 360937, K. Fritsche,

1958. In der PS-GB 1046617 wird 1963 vorgeschlagen, den in einem Fließbettreaktor erbrannten feinkörnigen Klinker bei max.1958. In PS-GB 1046617, it is proposed in 1963 that the fine-grained clinker burned in a fluidized bed reactor at max.

6mm Pelletgröße in einem Fließbettkühler zu kühlen.6mm pellet size in a fluidized bed cooler to cool.

Bekannt sind auch Wirbelschichten, die Teilfunktionen der Kühlung übernehmen, so der nach DE-OS 2307165 unter einem Klassier-Vibrationsrost angeordnete Wirbelboden, ebenfalls für kleines Korn.Also known are fluidized beds, take over the partial functions of the cooling, so according to DE-OS 2307165 under a classifying vibration grid arranged fluidized bed, also for small grain.

Den verschiedentlich beschriebenen Mehrkammer-Wirbelschichten, beispielsweise in DE-OS 2152401 oder den Wirbelrinnen nach DE-OS 1 608007, bei denen die Kammerabgrenzung durch vertikale Abstufung nach jeweils einem Wehr erreicht wird, sowie den mehrstufigen Fließbettkühlern, z. B. die 3stufig übereinander angeordneten Wirbelschichten in DE-OS 1939407 für keramisches Granulat ist gemeinsam, daß sie nur mit einem engen Kornband und mit einer möglichst kleinen Korngröße betrieben werden können.The variously described multi-chamber fluidized beds, for example in DE-OS 2152401 or the troughs to DE-OS 1 608007, in which the chamber boundary is achieved by vertical gradation after each weir, and the multi-stage fluid bed coolers, z. B. the 3-stage stacked fluidized beds in DE-OS 1939407 for ceramic granules have in common that they can only be operated with a narrow grain size and with the smallest possible particle size.

Die Wirbelpunktgeschwindigkeit in einer Wirbelschicht wird auf die mittlere Korngröße eingestellt, so daß gröberes Korn am Wirbelprozeß nicht teilnehmen kann und innerhalb der Schicht zu Boden sinkt. Derart grobstückiges Material kann dann auch nicht über ein Wehr gehoben werden. Andererseits kann die Wirbelgeschwindigkeit nicht dem größten auftretenden Grobkorn angepaßt werden, da dann schon kleinere Teilchen mit dem Staub aus der Wirbelschicht ausgetragen werden und der Prozeß wegen den hohen erforderlichen Gasgeschwindigkeiten unökonomisch wäre. Bei mehrstufigen Wirbelschichten begrenzen die Überlauf- oder Auslauföffnungen die maximale Korngröße. Diese Sachverhalte schränken den Anwendungsbereich der Wirbelschicht-Kühlapparate sehr ein.The vortex point velocity in a fluidized bed is adjusted to the mean grain size so that coarser grain can not participate in the vortexing process and sinks within the layer to the bottom. Such coarse-grained material can then not be lifted over a weir. On the other hand, the vortex velocity can not be adapted to the largest occurring coarse grain, since then smaller particles are discharged with the dust from the fluidized bed and the process would be uneconomical because of the high gas velocities required. In multi-stage fluidized beds, the overflow or discharge openings limit the maximum grain size. These issues severely limit the scope of fluidized bed refrigerators.

Weiterhin wird in der DE-OS 2343339 ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, bei der die im Klinker enthaltenen Körner mit geringer Korngröße fluidisiert, von den größeren Klinkerkörnern abgetrennt und in gesonderten Kühlern im indirekten Wärmetausch gekühlt werden. Bei diesem Verfahren sind jedoch umfangreiche Ausrüstungen für die Materialführung und zum Einleiten des Kühlmediums notwendig, durch die gleichzeitig die gesamte Prozeßführung schwierig wird.Furthermore, DE-OS 2343339 describes a method and a device in which the grains contained in the clinker are fluidized with small grain size, separated from the larger clinker grains and cooled in separate coolers in the indirect heat exchange. In this method, however, extensive equipment for material handling and the introduction of the cooling medium is necessary, through which at the same time the entire process control is difficult.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung zur effektiveren Kühlung von PZ-Klinker in einer Wirbelschicht bei minimalem Luftbedarf und hohem Wärmerückgewinn zu entwickeln.The aim of the invention is to develop a method and the associated device for more effective cooling of PZ clinker in a fluidized bed with minimal air consumption and high heat recovery.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung zur Kühlung von PZ-Klinker mit dem technisch auftretenden breiten Kornspektrum unter Nutzung einer Wirbelschicht mit direktem Wärmetausch zu entwickeln.The invention has for its object to develop a method and the associated device for cooling PZ clinker with the technically occurring wide grain spectrum using a fluidized bed with direct heat exchange.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß in einer Wirbelschicht das strömungs- und transporttechnische Verhalten großer, nicht wirbelnder Granalien ausgenutzt wird zur Korngrößenseparation zwischen den kleineren wirbelfähigen Teilchen und den nicht wirbelnden gröberen Teilchen.According to the invention this is achieved in that in a fluidized bed the flow and transport behavior of large, non-swirling granules is utilized for particle size separation between the smaller vortex particles and the non-swirling coarser particles.

Der Wirbelschichtkühler besitzt einen zur Auslaufrichtung hin geneigten Lochboden, durch den die Wirbelluft in ihrer Gesamtheit oder aufgeteilt auf zwei oder mehrere, bzgl. des Volumenstromes einzeln regulierbare, Sektionen strömt.The fluidized-bed cooler has a hole bottom which is inclined towards the outlet direction and through which the fluidized air flows in its entirety or divided into two or more sections which are individually adjustable with respect to the volume flow.

Da die Wirbelluftgeschwindigkeit so gewählt wird, daß eine vorgegebene maximale Korngröße d_max noch wirbelt (Wirbelpunkt), können die schwereren bzw. größeren Granalien nicht mehr aufgewirbelt werden. Sie sinken durch die Wirbelschicht hindurch und setzen sich auf dem Lochboden ab. Damit findet eine Separation zwischen den wirbelfähigen kleineren Granalien und den nicht wirbelnden gröberen Granalien statt, derart, daß die Wirbelschicht über den auf dem Lochboden liegenden gröberen Teilchen „schwimmt".Since the vortex air velocity is chosen so that a given maximum grain size d _max still swirls (vortex point), the heavier or larger granules can not be whirled up. They sink through the fluidized bed and settle on the hole bottom. Thus, a separation between the vortexable smaller granules and the non-swirling coarser granules takes place, such that the fluidized bed "floats" over the coarser particles lying on the hole bottom.

Das Durchsinken der gröberen Teilchen durch die Wirbelschicht wird nach einer gewissen Zeit abgeschlossen sein, so daß sich im oberen Teil des Wirbelschichtkühlers kein grobstückiges Material mehr befindet. Umgekehrt werden nicht alle kleinen Teilchen nach oben transportiert. Sie füllen auch die Lücken zwischen dem grobstückigen Gut aus und verbessern dessen Transporteigenschaften durch ihre „Schmiermittel"-Funktion.The sinking of the coarser particles through the fluidized bed will be completed after a certain time, so that in the upper part of the fluidized bed cooler no lumpy material is more. Conversely, not all small particles are transported upwards. They also fill in the gaps between the coarse material and improve its transport properties through its "lubricant" function.

Das Klinker-Wirbelbett wird durch ein am Ende der Wirbelschicht befindliches Wehr aufgestaut. Der feinkörnige, wirbelfähige Klinker wird über das Wehr oder durch eine unterhalb der Wehroberkante befindliche Auslauföffnung ausgetragen. Im ersten Fall sollte das Wehr zur Regulation des Wirbelbettinhaltes und damit zur Variation der Verweilzeit höhenverstellbar sein, im zweiten Fall kann dies über die Austragsgeschwindigkeit eines koventionellen Austragsorgans bewerkstelligt werden. Die grobkörnigen, nicht wirbelfähigen Granalien werden dagegen stets an dem tiefsten, sich vordem Stauwehr befindlichen Punkt des Wirbelschichtkühlers mit einem Austragsorgan bekannter Bauart abgezogen. Dessen Austragsgeschwindigkeit bestimmt wiederum die Schichthöhe des grobkörnigen Materials und damit dessen Verweilzeit bzw. Abkühlzeit.The clinker fluidized bed is dammed up by a weir located at the end of the fluidized bed. The fine-grained, vortex-capable clinker is discharged through the weir or through an outlet opening located below the top of the weir. In the first case, the weir to regulate the fluidized bed content and thus to vary the residence time should be adjustable in height, in the second case, this can be accomplished via the discharge rate of a conventional discharge organ. On the other hand, the coarse-grained, non-vortex-capable granules are always drawn off at the deepest point of the fluidized-bed cooler located in front of the weir with a discharge device of known design. Its discharge speed in turn determines the layer height of the coarse-grained material and thus its residence time or cooling time.

Der Transport des grobstückigen Materials vom Eintrag in die Wirbelschicht bis hin zur Auslauföffnung vor dem Austragsorgan geschieht zum einen durch die Hangabtriebskräfte auf der geneigten Rinne, zum anderen durch die Schubwirkung des darüberfließenden wirbelnden feinkörnigen Klinkerstromes. Nur ein kleiner Teil des grobstückigen Gutes muß über die volle Länge der Wirbelschicht transportiert werden, da nicht alle grobkörnigen Granalien sofort am Eintrag zu Boden sinken, ein Großteil schwimmt im wirbelnden Klinkerstrom erst noch eine Weile mit. Zudem läßt sich die Schubwirkung am geneigten Lochboden noch durch eine Schrägstellung der Luftaustrittsöffnungen im Lochboden unterstützen.The transport of coarse material from the entry in the fluidized bed up to the outlet opening before the Austragsorgan done on the one hand by the Hangabtriebskräfte on the inclined channel, on the other hand by the thrust of the overflowing swirling fine-grained clinker stream. Only a small part of the lumpy goods must be transported over the full length of the fluidized bed, since not all coarse-grained granules immediately sink to the bottom of the entry, a large part swims in the swirling clinker stream only a while. In addition, the thrust on the inclined hole bottom can be supported by an inclination of the air outlet openings in the hole bottom.

Durch Anordnung einer in das Wirbelbett eintauchenden Trennwand läßt sich eine Heißkammer und eine Kaltkammer mit getrennter Nutzung der Abluftströme einrichten.By arranging a dipping into the fluidized bed partition can be a hot chamber and a cold chamber with separate use of the exhaust air streams set up.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigenThe invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. The accompanying drawings show

Fig. 1: das Verfahrensprinzip u.Fig. 1: the process principle u.

Fig. 2: eine Austragsvariante für den feinkörnigen Klinker. Fig. 2: a Austragsvariante for the fine-grained clinker.

Der zu kühlende Klinkerstrom 1 wird dem Wirbelschichtkühler 2 an der Eintragsseite zugeführt. Die Kühlluft 3 wird durch den Lochboden 4 dem Wirbelschichtkühler zugeleitet. Die wirbelnde Klinkerschicht bewirkt, daß sich im Wirbelschichtkühler der obere Wirbelschichtbereich 5 ausbildet, der am Austragsende letztendlich nur noch aus feinkörnigem wirbelfähigem Klinker besteht, während darunterliegend sich ein Grobkorn bereich 6 bildet, bestehend aus nicht wirbelfähigem grobstückigen Material, durchsetzt mit feinkörnigem Material in dessen Zwischenräumen. Über das Austragsorgan 7 wird der feinkörnige Klinker des Wirbelschichtbereiches 5 abgezogen. Nach Absinken des grobkörnigen Materials auf den Loch boden und Füllen der Zwischenräume mit feinkörnigen Klinker erfolgt der Transport dieses Gemisches durch die Handabtriebskräfte in Verbindung mit der in Transpörtrichtung wirkenden Kühlluftkomponente. Der grobkörnige Klinker gelangt nach Passieren des nach unten konisch erweiterten Schachtes 8 über die Austragsvorrichtung 9 in die hier nicht dargestellte Fördereinrichtung. Die Abzugsgeschwindigkeit richtet sich nach der erforderlichen Kühlzeit der großen Körner. Durch die Trennwand 10 wird der Wirbelschicht-Kühler 2 in seinem oberen Teil in eine Heißkammer 11 und eine Kaltkammer 12 aufgeteilt. Über hier nicht dargestellte Sektionen unterhalb des Lochbodens 3 können einzelne Bereiche des Wirbelschichtkühlers 2, beispielsweise auch die Kalt- oder Heißkammer unterschiedlich stark mit Kühlluft beaufschlagt werden.The clinker stream 1 to be cooled is fed to the fluidized-bed cooler 2 at the entry side. The cooling air 3 is fed through the hole bottom 4 of the fluidized bed cooler. The swirling clinker layer causes the fluidized bed cooler in the upper fluidized bed 5 forms, which ultimately consists only of fine-grained vortex clinker at the discharge end, while underneath a coarse grain area 6 forms consisting of non-vortexable coarse material, interspersed with fine-grained material in the interstices , About the discharge 7, the fine-grained clinker of the fluidized bed region 5 is subtracted. After subsidence of the coarse-grained material on the bottom hole and filling the spaces with fine-grained clinker, the transport of this mixture is carried out by the manual output forces in conjunction with the cooling air component acting in the direction of transpiration. The coarse-grained clinker passes after passing the downwardly conically widened shaft 8 via the discharge device 9 in the conveyor, not shown here. The take-off speed depends on the required cooling time of the large grains. Through the partition wall 10, the fluidized bed cooler 2 is divided in its upper part into a hot chamber 11 and a cold chamber 12. By sections not shown below the perforated bottom 3, individual areas of the fluidized bed cooler 2, for example, the cold or hot chamber can be acted upon to different degrees with cooling air.

Nach Fig. 2 kann die Austragsvorrichtung 7 gemäß Fig. 1 auch entfallen und stattdessen der Klinkeraustrag aus dem Wirbelschichtbereich 5 über ein im allgemeinen höhenverstellbares Wehr 13 erfolgen. Die Kühlluft 3 kann über eine besondere Luftaustrittsanordnung 14 der Transportrichtung des grobstückigen Materials angepaßt werden und dessen Transport unterstützen.According to FIG. 2, the discharge device 7 according to FIG. 1 can also be omitted and instead the clinker discharge from the fluidized bed region 5 can take place via a weir 13, which is generally adjustable in height. The cooling air 3 can be adapted via a special air outlet assembly 14 of the transport direction of the lumpy material and support its transport.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der dazugehörigen Vorrichtung besteht darin, daß durch Nutzung des Wirbelschichtprinzips eine Klassierung zwischen feinkörnigem und grobkörnigem Klinker vorgenommen wird und daß für den •grobkörnigen Klinker eine ihm angepaßte größere Verweilzeit, d.h. größere Abkühlzeit, realisiert wird als für den sich schneller abkühlenden feinkörnigen Klinker. Im vorgegebenen Rahmen der geometrischen Auslegung des Wirbelschichtkühlers sind die Abkühlzeiten sowohl für den feinkörnigen als auch für den grobkörnigen Anteil separat steuerbar.The advantage of the method according to the invention and the associated device is that by using the fluidized bed principle, a classification between fine-grained and coarse-grained clinker is made and that for the coarse-grained clinker adapted him a larger residence time, i. greater cooling time is realized than for the faster cooling fine-grained clinker. Within the given framework of the geometric design of the fluidized-bed cooler, the cooling times for both the fine-grained and the coarse-grained fraction can be controlled separately.

Vorteilhaft ist weiterhin, daß der Wirbelschichtkühler im Gegensatz zum Rostkühler bekannter Bauart keine mechanisch bewegten Teile zum Klinkertransport benötigt, damit weitgehend verschleißfrei arbeitet und deshalb ökonomisch günstig betrieben werden kann. Der Lochboden selbst unterliegt nur geringem Verschleiß, da er ständig von kalter Kühlluft durchströmt wird und auf ihm schon überwiegend vorgekühlter Klinker liegt. Bezüglich der projekttechnischen Einsatzmöglichkeiten ist von Vorteil, daß der Wirbelschichtkühler in seiner Längsrichtung nicht nur linear ausgebildet, sondern ohne Schwierigkeiten auch abgewinkelt oder gekrümmt, in Anpassung an bauliche Gegebenheiten, gestaltet werden kann.A further advantage is that the fluidized bed cooler, in contrast to the grate cooler known type no mechanically moving parts needed for clinker transport, thus operates largely wear-free and therefore can be operated economically low. The hole bottom itself is subject to only slight wear, since it is constantly flowed through by cold cooling air and it is already predominantly pre-cooled clinker. With regard to the project-technical applications is of advantage that the fluidized bed cooler in its longitudinal direction not only formed linear, but also without difficulty angled or curved, in adaptation to structural conditions, can be designed.

Claims (3)

Patentanspruch:Claim: 1. Verfahren zum Kühlen von körnigem Material mit breitem Korngrößenspektrum'in einem Wirbelschichtkühler, beispielsweise in Drehrohröfen gebrannten Zementklinker, indem die Klinkerkörner mit geringerer Korngröße, fluidisiert und in einer Wirbelschicht gekühlt werden, während die gröberen Klinkerkörner direkt auf einem Lochboden gekühlt werden, gekennzeichnet dadurch, daß zur Korngrößenseparation die Wirbelschicht zwei Korngrößenbereiche geschaffen werden und daß die Teilchen beider Korngrößenbereiche im direkten Wärmetausch in unterschiedlicher Höhe annähernd parallel zueinander in gleiche Richtung mit unterschiedlichen Verweilzeiten und getrenntem Austrag bewegt werden. -A method for cooling granular material having a broad particle size range in a fluidized bed cooler, for example cement kilns fired in rotary kilns, by fluidising and cooling the clinker granules of lesser grain size while cooling the coarser clinker grains directly on a perforated bottom characterized by in that, for particle size separation, the fluidized bed is provided with two particle size ranges and that the particles of both particle size ranges are moved in direct heat exchange at different heights approximately parallel to one another in the same direction with different residence times and separate discharge. - 2. Vorrichtung zum Kühlen von körnigem Material nach Anspruch !,gekennzeichnetdadurch, daß der Lochboden vom Eintrag zum Austrag hin geneigt unter einem Winkel von 5°-25°, vorzugsweise 1.0°, zur Horizontalen angeordnet ist und die Luftaustrittsöffnungen einen Winkel von 10°-90°, vorzugsweise 30°, zur Lochbodenebene aufweisen, wobei für das grobkörnige und für das feinkörnige Gut separate Materialaustragsöffnungen in unterschiedlicher Höhe angebracht sind.2. Apparatus for cooling granular material according to claim!, Characterized in that the hole bottom is inclined from the entry to the discharge at an angle of 5 ° -25 °, preferably 1.0 ° to the horizontal and the air outlet openings at an angle of 10 ° - 90 °, preferably 30 °, to the bottom plane of the hole, wherein for the coarse-grained and for the fine-grained Good separate material discharge openings are mounted at different heights. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Länge/Breite-Verhältnis des Wirbelschichtkühlers 8:1 bis 1:1, vorzugsweise 5:1, beträgt.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the length / width ratio of the fluidized bed cooler 8: 1 to 1: 1, preferably 5: 1, is.