DE102012110653B3 - Zementherstellungsanlage - Google Patents
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Abstract
a. einem Vorwärmer (1) zum Vorwärmen von Zementrohmehl,
b. einem Calcinator (2) zum Vorcalcinieren des vorgewärmten Zementrohmehls,
c. einem Drehrohrofen (3) zum Brennen des vorcalcinierten Zementrohmehls,
d. wobei der Calcinator (2) eine von Abgasen des Drehrohrofens (3) durchströmte Steigrohrleitung (5) mit einer Calcinatordüse (6) aufweist, wobei die Calcinatordüse durch einen düsenartig verengten Abschnitt der Steigrohrleitung gebildet wird, und
e. wenigstens einer Gasentnahmesonde (10), die bündig an der Calcinatordüse (6) der Steigrohrleitung angeordnet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Zementherstellungsanlage mit einem Vorwärmer zum Vorwärmen von Zementrohmehl, einem Calcinator zum Vorcalcinieren des vorgewärmten Zementrohmehls und einem Drehrohrofen zum Brennen des vorcalcinierten Zementrohmehls, wobei der Calcinator eine von den Abgasen des Drehrohrofens durchströmte Steigrohrleitung mit einer Calcinatordüse aufweist.
- Für die Zementherstellung sind enorme Brennstoffmengen erforderlich. Man ist daher bestrebt, den Verbrennungsprozess zu optimieren, indem man unter anderem die Zusammensetzung der Ofenabgase analysiert und bei der Steuerung des Verbrennungsprozesses berücksichtigt. Hierdurch können gefährliche Betriebsbedingungen vermieden, Schadstoffe reduziert und die Produktqualität verbessert werden. Auch der Schutz vor Anbackungen ist ein wesentlicher Punkt. Die Gasentnahme erfolgte früher und teilweise auch heute noch über lange, wassergekühlte Lanzen, die seitlich in das Ofeneinlaufgehäuse eingeschoben werden und bis vor die Ofeneinlaufdichtung ragen. Wenngleich dies prozesstechnisch nach wie vor die beste Position ist, sind die Lanzen dort aufgrund der immer höher werdenden thermischen Belastung und dem vermehrten Einsatz von Sekundärbrennstoffen einem hohen Verschleiß ausgesetzt, sodass die Verfügbarkeit immer geringer und der Wartungsaufwand immer höher wird. Man ist daher dazu übergegangen, die Messungen in der sich an das Ofeneinlaufgehäuse anschließenden Gasleitung durchzuführen.
- In der
WO 2010/049836 A1 - Die
DE 299 24 941 U1 betrifft eine Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zum Brennen von pulverförmigem Rohmaterial mit einem Zyklonvorwärmer, einem Kalzinator, einem Ofen und einem Kühler, wobei in der Verbindungsleitung zwischen Ofen und Kalzinator ein Analysenmessgerät für die Prozessgase angeordnet ist. Des Weiteren wird in derDE 10 2008 036 088 B4 ein Verfahren zum Betreiben einer Zementanlage mit Vorwärmzone, Kalzinierzone und Sinterzone beschreiben, wobei im Einlaufbereich der Sinterzone, der Kalzinierzone und/oder vor dem Beginn der Vorwärmzone eine Gasanalyse durchgeführt wird. - Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde die Gasmessung dahingehend zu verbessern, dass die Gasentnahmesonde einerseits einer möglich geringen Verschleißbelastung ausgesetzt ist und andererseits Gasanalysen mit hoher Messgenauigkeit durchgeführt werden können.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Gasentnahmesonde an der Calcinatordüse angeordnet, die durch einen düsenartig verengten Abschnitt der Steigrohrleitung gebildet wird, wobei die Gasentnahmesonde zudem bündig mit der Steigrohrleitung abschließt.
- Durch die bündige Anordnung ist die Gasentnahmesonde einem vergleichsweise geringen Verschleiß ausgesetzt. Außerdem hat sich gezeigt, dass die Messgenauigkeit bei einer bündigen Anordnung an der Calcinatordüse gegenüber einer bündigen Anordnung außerhalb der Düse deutlich höher ist. Dies lässt sich durch die höhere Gasgeschwindigkeit in der Calcinatordüse erklären, wobei die Geschwindigkeit in Wandnähe sogar noch höher als in der Mitte ist. Die üblicherweise relativ raue Innenoberfläche der Steigrohrleitung führt außerdem dazu, dass etwaige dünne, laminare Grenzschichten durch Mikro-Verwirbelungen auflösen und es durch die entstehenden Turbulenzen zu Quervermischungen kommt die eine repräsentative Gasentnahme ermöglichen. Die Erfindung beruht daher auf der synergistischen Wirkung der bündigen Anordnung in Verbindung mit dem Einbauort in der Calcinatordüse.
- Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Gasentnahmesonde im Bereich des kleinsten Querschnitt der Steigrohrleitung angeordnet. Sie kann außerdem entweder horizontal oder schräg in die Steigrohrleitung münden. Bei horizontaler Absaugung ist die Ansaugung von Staub minimal, da sowohl der in der Verbrennungsluft mitgetragene Staub, als auch etwaige im Gegenstrom herabfallende Partikel einen Bewegungsvektor haben, der orthogonal zum Gasabzug gerichtet ist. Bei einer schräg nach unten gerichteten Gasentnahmesonde begünstigt die Schwerkraft das Ausschleusen des pneumatisch abgereinigten Staubes aus der Gasentnahmesonde. Ist sie entgegen nach oben gerichtet, wird der Staubeintrag von Partikeln aus der Verbrennungsluft erschwert, wobei sich das Ausschleusen von Staubabreinigungen schwieriger gestalten.
- Die Gasentnahmesonde ist Bestandteil einer Gasentnahmeeinrichtung, die wenigstens eine Filtereinheit aufweist, um den abgesaugten Staub auszutragen. Die Filtereinheit kann dabei axial oder radial zur Gasentnahmesonde vorgesehen werden. Die axiale Anordnung ermöglicht insgesamt eine einfachere Konstruktion und es sind aufgrund der Strömungsverhältnisse weniger Ablagerungen zu erwarten. Auch eine Abreinigung des Sondenrohres ist effektiver als bei einer radialen Filteranordnung. Bei der radialen Anordnung muss man zwar einen etwas ungünstigeren Strömungsverlauf für das angesaugte Gas in Kauf nehmen, jedoch gestaltet sich die Abreinigung einfacher, da die abgereinigten Partikel durch Schwerkraft nach unten und anschließend pneumatisch aus dem Gasentnahmerohr ausgeblasen werden können. Außerdem kann bei einer radialen Anordnung durch eine hintere axiale Öffnung das Gasentnahmerohr bei Bedarf ohne Demontage des Filters „freigestochert” werden. Die Gasentnahmeeinrichtung kann weiterhin ein Kühlsystem zum Kühlen der Gasentnahmesonde und/oder eine Spüleinheit zur Reinigung der Filtereinheit aufweisen.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Gasentnahmesonde mit einem sich konisch zur Steigrohrleitung verjüngenden Gasentnahmestutzen ausgestattet. Der Spalt zwischen dem Gasentnahmestutzen und der Gasentnahmesonde setzt sich im Laufe der Zeit mit Partikeln aus der Verbrennungsluft und teilweise entsäuertem Rohmehl zu. Da dieses Material zu Anbackungen führt, ist die Demontage eines konisch ausgebildeten Gasentnahmestutzens deutlich erleichtert, da geringere Reibkräfte auftreten und die Sonde damit mit einem geringeren Kraftaufwand aus dem Stutzen herausgezogen werden kann.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Gasentnahmeeinrichtung mit zwei Gasentnahmesonden ausgestattet, sodass eine kontinuierlicher Gasanalyse ermöglicht wird. Außerdem wird die Verfügbarkeit des Gasanalysesystems erhöht.
- Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.
- In der Zeichnung zeigen
-
1 eine schematische Darstellung einer Zementherstellungsanlage, -
2 eine Schnittdarstellung einer Gasentnahmesonde mit axialem Filter, -
3 eine Schnittdarstellung einer Gasentnahmesonde mit radialem Filter, -
4 eine schematische Schnittdarstellung einer schräg nach unten in das Steigrohr mündenden Gasentnahmesonde mit Filtereinheit, -
5 eine schematische Schnittdarstellung einer schräg nach oben in das Steigrohr mündenden Gasentnahmesonde mit Filtereinheit, -
6 eine schematische Schnittdarstellung einer Gasentnahmesonde mit konischem Gasentnahmestutzen, -
7 eine schematische Darstellung einer Gasentnahmeeinrichtung mit Spüleinheit und Kühlsystem, -
8 eine schematische Darstellung eines Gasanalysesystems mit einer In-Line-Gasanalyseeinrichtung, -
9 eine schematische Darstellung einer Gasentnahmeeinrichtung mit zwei Gasentnahmesonden und einer Gasanalyseeinrichtung. -
10 eine schematische Darstellung der zu9 gehörigen Gasanalyseeinrichtung. - Die in
1 dargestellte Zementherstellungsanlage besteht im Wesentlichen aus einem Vorwärmer1 zum Vorwärmen von Zementrohmehl7 , einem Calcinator2 zum Vorcalcinieren des vorgewärmten Zementrohmehls, einem Drehrohrofen3 zum Brennen des vorcalcinierten Zementrohmehls und einem Kühler4 zum Kühlen des gebrannten Zementklinkers. - Der Vorwärmer ist hier als Schwebegasvorwärmer mit mehreren Zyklonstufen
1a ,1b ,1c ausgebildet und wird in bekannter Art und Weise von den Abgasen8 des Drehrohrofens3 durchströmt. Der Vorwärmer kann selbstverständlich noch weitere Zyklonstufen, insbesondere 4 bis 5 Zyklonstufen, umfassen. - Der Calcinator weist eine ebenfalls von den Abgasen des Drehrohrofens
3 durchströmte Steigrohrleitung5 mit einer Calcinatordüse6 auf, wobei die Calcinatordüse durch einen düsenartig verengten Abschnitt der Steigrohrleitung gebildet wird. - Im Betrieb wird Zementrohmehl
7 im oberen Bereich des Vorwärmers1 aufgegeben und gelangt nacheinander durch die einzelnen Stufen des Vorwärmers. Das im Zyklon1c abgeschiedene, vorgewärmte Zementrohmehl7' wird in der Gasleitung des Zyklons1b aufgegeben und weiter vorgewärmt (7'' ) und der Zyklonstufe1a zugeführt. Das heiße Zementrohmehl7''' wird im unteren Bereich der Steigrohrleitung5 in den Calcinator2 aufgegeben: Der feine Anteil des vorgewärmten Zementrohmehls7''' wird dort durch die heißen Abgase8 des Drehrohrofens nach oben bis in den Zyklon1a getragen. Ggf. wird weiterer Brennstoff dem Calcinator zugeführt, sodass das Rohmehl im Calcinator2 vorcalciniert wird. Im Zyklon1a wird das vorcalcinierte Rohmehl7''' wieder abgeschieden und gelangt anschließend in den Drehrohrofen3 , wo es zu Zementklinker gebrannt wird. Die erforderliche thermische Energie wird durch Verbrennen von Brennstoff in einem Brenner9 bereitgestellt. Die dabei entstehenden Abgase8 verlassen den Drehrohrofen3 im Gegenstrom zum vorcalcinierten Rohmehl und durchströmen den Calcinator2 und nachfolgend den Vorwärmer1 . Der gebrannte Zementklinker wird schließlich in Kühler4 abgekühlt. - Die Gasentnahme erfolgt über eine Gasentnahmesonde
10 , die Bestandteil eines Gasanalysesystems ist und in der Calcinatordüse6 mündet. In den2 bis10 werden verschiedene Ausgestaltungen des Gasanalysesystems gezeigt, wobei anhand der2 bis7 zunächst verschiedene Gasentnahmeeinrichtungen und anhand der8 bis10 unterschiedliche Gasanalyseeinrichtungen näher erläutert werden. -
2 zeigt einen Abschnitt der Calcinatordüse6 . Man erkennt, dass die Wandung der Steigrohrleitung von innen nach außen durch eine feuerfeste Innenwandung5a , mehrere Isolationsschichten5b und eine aus Stahl bestehende Außenwandung5c gebildet wird. Die Gasentnahmesonde10 ist über einen Gasentnahmestutzen11 horizontal zur vertikalen Steigleitung angeordnet, wobei die Gasentnahmesonde10 bündig an die Steigrohrleitung angeschlossen ist. Sie schließt mit der inneren Wandung5a ab, sodass sie nicht in den Strom des Abgases8 hinragt. Die Gasentnahmeeinrichtung weist ferner eine Filtereinrichtung13 auf, die im dargestellten Ausführungsbeispiel axial zur Gasentnahmesonde10 angeordnet ist. In der Filtereinheit13 wird das im Bereich der Calcinatordüse6 abgesaugte Abgas8 von mitgeführtem Staub gereinigt und über eine vorzugsweise beheizte Gasleitung14 einer Gasanalyseeinrichtung zugeführt. - Im Ausführungsbeispiel gemäß
3 ist eine radial angeordnete Filtereinheit15 vorgesehen. Die axiale Anordnung gemäß2 zeichnet sich durch eine einfachere Konstruktion und es sind auch durch die axial gerichteten Strömungsverhältnisse weniger Ablagerungen zu erwarten. Des Weiteren ist eine axial gerichtete Abreinigung für die Gasentnahmesonde10 effektiver. Auch die Konstruktion einer etwaigen Beheizung der freiliegenden Bereiche von der Gasentnahmesonde10 bis zur abführende Gasleitung14 sind gegenüber der radialen Anordnung gemäß3 konstruktiv einfacher zu verwirklichen. - Die radiale Anordnung gemäß
3 zeichnet sich zwar durch einen etwas ungünstigeren Strömungsverlauf für das angesaugte Abgas8 aus, erleichtert jedoch die Abreinigung der Filtereinheit15 , da hierbei die abgereinigten Partikel durch die Schwerkraft nach unten fallen und dort pneumatisch ausgeblasen werden können. Weiterhin ist es möglich durch eine hintere, axiale Öffnung (16 ) die Gasentnahmesonde „freizustochern”, ohne dass dabei der Filter entfernt werden muss. - In den
4 und5 sind zwei Ausführungsbeispiele mit schräg ausgerichteten Gasentnahmestutzen17 ,18 dargestellt, sodass die in den Gasentnahmestutzen gehalterten Gasentnahmesonden10 entsprechend schräg in die Steigrohrleitung5 münden. Bei einer horizontalen Absaugung gemäß den Ausführungsbeispielen der2 und3 ist eine minimale Ansaugung von Staub zu erwarten, da sowohl der in dem Abgas mitgetragene Staub, als auch etwaige im Gegenstrom von oben herabfallende Partikel, einen Bewegungsvektor aufweisen, der orthogonal zum Gasabzug ausgerichtet ist. - Im Ausführungsbeispiel gemäß
4 mündet die Gasentnahmesonde schräg nach unten in die Steigrohrleitung5 und begünstigt dadurch die Schwerkraftausschleusung des pneumatisch abgereinigten Staubes aus der Gasentnahmesonde. Ist die Gasentnahmesonde10 dagegen schräg nach oben gerichtet (5 ) wird der Staubeintrag von Partikeln aus der Verbrennungsluft erschwert. Dafür muss allerdings in Kauf genommen werden, dass das Ausschleusen von Staub bei Abreinigungen schwieriger ist. - Im Ausführungsbeispiel der
6 ist ein konischer Gasentnahmestutzen19 zur Befestigung einer entsprechend konisch ausgebildeten Gasentnahmesonde20 dargestellt. Die äußere konische Form des Gasentnahmestutzen19 erleichtert die Demontage der Gasentnahmesonde20 bei Wartungsarbeiten erheblich. Der Spalt zwischen dem Gasentnahmestutzen19 und der Gasentnahmesonde20 wird sich im Laufe der Zeit mit Partikeln aus der Verbrennungsluft und teilweise entsäuertem Rohmehl zusetzen. Außerdem neigt dies Material zu Anbackungen, sodass die Gasentnahmesonde nur noch mit erhöhtem Kraftaufwand herausgezogen werden kann. Durch die konische Form des Gasentnahmestutzens19 treten bei der Demontage jedoch geringere Reibungskräfte auf, sodass die Gasentnahmesonde mit entsprechend geringerer Krafteinwirkung aus den Stutzen herausgezogen werden kann. - Die Gasentnahmeeinrichtung gemäß
7 weist neben der Gasentnahmesonde und der Filtereinheit weiterhin ein Kühlsystem21 zur Kühlung der Gasentnahmesonde10 auf. Die Filtereinheit13 kann darüber hinaus mit einer Rückspüleinheit22 zur zyklischen Reinigung der Filtereinheit ausgestattet sein. Selbstverständlich können auch die anderen Ausführungsbeispiele gemäß den2 bis6 mit einem entsprechenden Kühlsystem21 und einer Rückspüleinheit22 ausgestattet werden. - Das in
8 gezeigte In-Line-Gasanalysesystem weist einen Gasanalysator24 auf. Das zu analysierende Gas wird über die Gasentnahmesonde10 mittels einer Gasfördereinheit23 , beispielsweise einer Pumpe aus der Calcinatordüse6 entnommen und im Gasanalysator24 , der auch die Filtereinheit13 enthält, analysiert. Das analysierte Gas verlässt das Gasanalysesystem über einen Gasausgang25 . - Weiterhin besteht die Möglichkeit ein Gasanalysesystem mit mehreren, insbesondere zwei Gasentnahmesonden
10 ,10' vorzusehen, die jeweils mit einer Filtereinheit13 ,13' in Verbindung stehen (siehe9 ). Das zu analysierende Gas wird mit einer der beiden Gasentnahmesonden10 ,10' aus der Calcinatordüse entnommen, gefiltert und über die ggf. beheizte Gasleitung14 ,14' einem Gasanalysator26 zugeführt. Durch das optionale zweite Gasentnahmesystem wird eine kontinuierliche Gasanalyse ohne Unterbrechung des Messsignals ermöglicht. Auch die Verfügbarkeit des Gasanalysesystems wird dadurch erhöht. Das von der ausgewählten Gasentnahmesonde10 ,10' aus der Calcinatordüse6 entnommene Gas wird gefiltert und über die ggf. beheizte Gasleitung14 ,14' dem Gasanalysator26 zugeführt. Durch das optionale zweite Gasentnahmesystem wird eine kontinuierliche Gasanalyse ohne Unterbrechung des Messsignals möglich. - In
10 ist das Gasanalysesystem der9 näher dargestellt. Die mit den beiden Gasentnahmesonden10 ,10' verbundenen Gasleitungen14 ,14' können zunächst über eine Umschalteinheit27 ausgewählt werden. Das von dem ausgewählten Gasentnahmesystem entnommene Gas wird in der beheizten Gasleitung14 bzw.14' über die Gasfördereinheit23 zu einer Gasaufbereitungseinheit28 geführt und dort für den Gasanalysator26 konditioniert. Im Gasanalysator26 erfolgt dann die eigentliche Analyse. - Für ein unverfälschtes Messergebnis ist die in
7 dargestellt Rückspüleinheit22 erforderlich. Dies bedeutet, dass die Gasleitung zum Gasanalysator26 während eines Reinigungsvorganges unterbrochen ist und ein sicheres Analyseergebnis erst dann wieder geliefert werden kann, wenn das Spülgas das System vollkommen verlassen hat, wobei dieser Vorgang durchaus einige Minuten dauern kann. Während dieser Zeit kommt dann die zweite Gasentnahmesonde zum Einsatz, um ein kontinuierliches Analyseergebnis zu erreichen. Die Abreinigungsintervalle der beiden Gasentnahmesonden werden daher aufeinander abgestimmt. Ein weiterer Vorteil besteht außerdem darin, dass auch dann, wenn eine Gasentnahmesonde in sonstiger Art und Weise gewartet oder ausgetauscht werden muss, immer die andere Gasentnahmesonde weiterhin zur Gasanalyse zur Verfügung steht. Bei Verwendung von zwei Gasentnahmesonden kann die Gasanalyse in drei verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden, wobei entweder nur die Sonde1 oder nur die Sonde2 oder beide Sonden alternierend betrieben werden.
Claims (11)
- Zementherstellungsanlage mit a. einem Vorwärmer (
1 ) zum Vorwärmen von Zementrohmehl, b. einem Calcinator (2 ) zum Vorcalcinieren des vorgewärmten Zementrohmehls, c. einem Drehrohrofen (3 ) zum Brennen des vorcalcinierten Zementrohmehls, d. wobei der Calcinator (2 ) eine von Abgasen des Drehrohrofens (3 ) durchströmte Steigrohrleitung (5 ) mit einer Calcinatordüse (6 ) aufweist, wobei die Calcinatordüse durch einen düsenartig verengten Abschnitt der Steigrohrleitung gebildet wird, und e. wenigstens einer Gasentnahmesonde (10 ), die bündig an der Calcinatordüse (6 ) der Steigrohrleitung angeordnet ist. - Zementherstellungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasentnahmesonde (
10 ) im Bereich des kleinsten Querschnitts der Steigrohrleitung (5 ) angeordnet ist. - Zementherstellungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasentnahmesonde (
10 ) horizontal in die Steigrohrleitung (5 ) mündet. - Zementherstellungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasentnahmesonde (
10 ) schräg in die Steigrohrleitung (5 ) mündet. - Zementherstellungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasentnahmesonde (
10 ) bündig mit der Innenwandung (5a ) der Calcinatordüse (6 ) abschließt. - Zementherstellungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasentnahmesonde (
10 ) Bestandteil einer Gasentnahmeeinrichtung ist, die wenigstens eine Filtereinheit (13 ,15 ) aufweist. - Zementherstellungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinheit (
13 ,15 ) axial oder radial zur Gasentnahmesonde (10 ) angeordnet ist. - Zementherstellungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasentnahmesonde (
10 ) Bestandteil einer Gasentnahmeeinrichtung ist, die ein Kühlsystem (21 ) zum Kühlen der Gasentnahmesonde aufweist. - Zementherstellungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasentnahmesonde (
20 ) mit einem sich konisch zur Steigrohrleitung verjüngenden Gasentnahmestutzen (19 ) ausgestattet ist. - Zementherstellungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Calcinatordüse (
6 ) wenigstens zwei bündig an die Steigrohrleitung angeschlossene Gasentnahmesonden (10 ,10' ) vorgesehen sind. - Zementherstellungsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gasentnahmesonden (
10 ,10' ) an eine gemeinsame Gasanalyseeinrichtung angeschlossen sind.
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