DE102020204519A1

DE102020204519A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Zementklinker

Info

Publication number: DE102020204519A1
Application number: DE102020204519.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Lappe; Eike Willms
Original assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Current assignee: Schwenk Zement & Co Kg De GmbH; Thyssenkrupp Polysius De GmbH; Dyckerhoff GmbH; Heidelberg Materials AG; Vicat SA
Priority date: 2020-04-08
Filing date: 2020-04-08
Publication date: 2021-10-14

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Zementklinker aufweisend die Schritte:- Vorwärme von Rohmehl in einem Vorwärmer (12),- Kalzinieren des vorgewärmten Rohmehls in einem Kalzinator (14),- Brennen des vorgewärmten und kalzinierten Rohmehls in einem Ofen (16) zu Zementklinker,- Kühlen des Zementklinkers in einem Kühler (18),- Abzweigen eines Teils der aus dem Ofen (16) strömenden Ofenabgase als Bypassgas- Kühlen des Bypassgases in einer Mischkammer (60) mit einem Kühlgas, und- Abscheiden von in dem Bypassgas enthaltendem Staub, wobei das Kühlgas zumindest teilweise oder vollständig aus dem Bypassgas und/oder dem Kalzinatorabgas gebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Zementklinker, wobei ein Bypassgas abgezweigt und entstaubt wird.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, sauerstoffhaltiges Gas zur Verbrennung von Brennstoff in den Drehrohrofen oder den Kalzinator einer Zementherstellungsanlage einzuführen. Zur Reduzierung der Abgasmenge und um auf aufwändige Reinigungsverfahren verzichten zu können, ist es beispielsweise aus der DE 10 2018 206 673 A1 bekannt, ein möglichst sauerstoffreiches Verbrennungsgas zu verwenden, sodass der CO2-Gehalt in dem Abgas hoch ist. Die DE 10 2018 206 673 A1 offenbart das Einleiten eines sauerstoffreichen Gases in den Kühlereinlassbereich zur Vorwärmung des Gases und Kühlung des Klinkers.
Insbesondere bei einer Verwendung von Ersatzbrennstoffen in dem Ofen der Zementherstellungsanlage ist eine Reinigung der Ofenabgase in einem als Bypass ausgeführten Teilstrom des Abgases notwendig, um Schadstoffe aus dem Bypassgas abzuscheiden. Das in den Zementherstellungsprozess zurückgeführte Bypassgas weist häufig eine zu geringe Sauerstoff- und CO2-konzentration und eine zu hohe Konzentration an weiteren Abgaskomponenten, wie beispielsweise Stickstoff auf, sodass beispielsweise die Bildung von Stickoxiden begünstigt wird.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Zementklinker bereitzustellen, wobei eine hohe CO2-Konzentration im Abgas und eine kostenoptimierte Nutzung der Sauerstoffkonzentration der Prozessgase innerhalb der Zementherstellungsanlage sichergestellt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Eine Verfahren zum Herstellen von Zementklinker umfasst nach einem ersten Aspekt die vorzugsweise aufeinander folgenden Schritte:

- Vorwärme von Rohmehl in einem Vorwärmer,
- Kalzinieren des vorgewärmten Rohmehls in einem Kalzinator,
- Brennen des vorgewärmten und kalzinierten Rohmehls in einem Ofen zu Zementklinker,
- Kühlen des Zementklinkers in einem Kühler,
- Abzweigen eines Teils der aus dem Ofen strömenden Ofenabgase als Bypassgas
- Kühlen des Bypassgases in einer Mischkammer mit einem Kühlgas, und
- Abscheiden von in dem Bypassgas enthaltendem Staub in einem Staubabscheider.

Das Kühlgas wird zumindest teilweise oder vollständig aus dem Bypassgas und/oder dem Kalzinatorabgas gebildet. Unter dem Kalzinatorabgas ist das aus dem Kalzinator austretende Abgas zu verstehen. Vorzugsweise strömt das Kalzinatorabgas durch den Vorwärmer. Das Vorwärmerabgas umfasst daher das Kalzinatorabgas oder besteht beispielsweise vollständig aus dem Kalzinatorabgas. Beispielsweise wird ein Teil des Vorwärmerabgases abgezweigt und als Kühlgas verwendet. Es ist ebenfalls denkbar, dass ein Teil des Kühlgases aus dem Bypassgas und/oder dem Kalzinatorabgas und beispielsweise ein weiterer Teil des Kühlgases aus einem Gasstrom gebildet wird, der nicht aus dem Zementprozess entnommen wurde. Dabei kann es sich beispielsweise um Hochofenabgas handeln. Der Gasstrom weist vorzugsweise eine geringe Konzentration an Stickstoff, Argon und/ oder anderen nicht kondensierbaren Gasen auf. Die nicht kondensierbaren Gase wie Stickstoff und Argon umfassen vorzugsweise einen Anteil von maximal 20%, vorzugsweise weniger als 5%, in dem Gasstrom.
Eine Zementherstellungsanlage umfasst vorzugsweise in Strömungsrichtung des Materials einen Vorwärmer, einen Kalzinator, einen Ofen und einen Kühler. In einer Zementherstellungsanlage wird das zu behandelnde Rohmehl in einen Vorwärmer aufgegeben und vorgewärmt. Der Vorwärmer umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl von Zyklonstufen zum Abscheiden des Rohmehls von dem Gasstrom. Der durch den Vorwärmer im Gegenstrom zu dem Rohmehl strömende Gasstrom dient zum Vorwärmen des Rohmehls vor dem Eintreten in den Kalzinator und den Ofen, wobei der Gasstrom aus dem Ofenabgas und dem Kalzinatorabgas gebildet wird. Das in dem Vorwärmer vorgewärmte Rohmehl wird zwischen der in Strömungsrichtung des Materials letzten und vorletzten Zyklonstufe in den Kalzinator geleitet und dort kalziniert. Im Anschluss daran wird das kalzinierte Rohmehl in die letzte Zyklonstufe und von dort in den Ofen geleitet. Das Ofenabgas durchströmt zunächst den Kalzinator, anschließend den Vorwärmer und verlässt den Vorwärmer vorzugsweise in Strömungsrichtung des Abgases hinter der ersten Zyklonstufe als Vorwärmerabgas.
Bei dem Ofen handelt es sich vorzugsweise um einen Drehrohrofen mit einem um seine Längsachse rotierbaren Drehrohr, das vorzugsweise in Förderrichtung des zu brennenden Materials leicht geneigt ist, sodass das Material bedingt durch die Rotation des Drehrohrs und die Schwerkraft in Förderrichtung bewegt wird. Der Ofen weist vorzugsweise an seinem einen Ende einen Materialeinlass zum Einlassen von vorgewärmten Rohmehl und an seinem dem Materialeinlass gegenüberliegenden Ende einen Materialauslass zum Auslassen des gebrannten Klinkers in den Kühler auf. An dem Materialauslassseitigen Ende des Ofens ist vorzugsweise der Ofenkopf angeordnet, der den Brenner zum Brennen des Materials und vorzugsweise einen Brennstoffeinlass zum Einlassen von Brennstoff in den Ofen, vorzugsweise zu dem Brenner, aufweist. Der Ofen weist vorzugsweise eine Sinterzone auf, in der das Material zumindest teilweise aufgeschmolzen wird und insbesondere eine Temperatur von 1500°C bis 1800°C, vorzugsweise 1450°C bis 1700°C aufweist. Die Sinterzone umfasst beispielsweise den Ofenkopf, vorzugsweise das in Förderrichtung des Materials hintere Drittel oder die hinteren zwei Drittel des Ofens.
Das Verbrennungsgas wird beispielsweise vollständig oder teilweise direkt in den Ofenkopf eingeleitet, wobei der Ofenkopf beispielsweise einen Verbrennungsgaseinlass aufweist. Vorzugsweise wird das Verbrennungsgas vollständig oder teilweise über den Materialauslass des Ofens in diesen eingeführt.
An den Materialauslass des Ofens schließt sich vorzugsweise der Kühler zum Kühlen des Zementklinkers an. Der Kühler weist vorzugsweise einen Kühlgasraum auf, durch den ein Kühlgasstrom zum Kühlen des Schüttguts im Querstrom strömbar ist, wobei der Kühlgasraum, einen ersten Kühlgasraumabschnitt mit einem ersten Kühlgasstrom und einen sich in Förderrichtung des Klinkers an diesen anschließenden zweiten Kühlgasraumabschnitt mit einem zweiten Kühlgasstrom umfasst und wobei das dem Ofen zugeführte Verbrennungsgas vollständig oder teilweise durch den ersten Kühlgasstrom gebildet wird.
Der Kühler weist eine Fördereinrichtung zum Fördern des Schüttguts in Förderrichtung durch den Kühlgasraum auf. Der Kühlgasraum umfasst einen ersten Kühlgasraumabschnitt mit einem ersten Kühlgasstrom und einen sich in Förderrichtung des Schüttguts an diesen anschließenden zweiten Kühlgasraumabschnitt mit einem zweiten Kühlgasstrom. Der Kühlgasraum ist vorzugsweise nach oben durch eine Kühlgasraumdecke und nach unten durch einen dynamischen und/ oder statischen Rost, vorzugsweise das auf diesem liegende Schüttgut, begrenzt. Bei dem Kühlgasraum handelt es sich insbesondere um den gesamten von Kühlgas durchströmte Raum des Kühlers oberhalb des Schüttguts. Der Kühlgasstrom strömt durch den dynamischen und/ oder statischen Rost, insbesondere durch die Fördereinrichtung, durch das Schüttgut und in den Kühlgasraum. Der erste Kühlgasraumabschnitt ist vorzugsweise in Strömungsrichtung des zu kühlenden Schüttguts direkt hinter dem Kühlereinlass, insbesondere dem Materialauslass des Ofens, angeordnet. Vorzugsweise fällt der Klinker aus dem Ofen in den ersten Kühlgasraumabschnitt.
Der erste Kühlungsraumabschnitt weist vorzugsweise einen statischen Rost und/ oder dynamischen Rost auf, der unterhalb des Materialauslasses des Ofens angeordnet ist, sodass der aus dem Ofen austretende Klinker schwerkraftbedingt auf den statischen Rost fällt. Bei dem statischen Rost handelt es sich beispielsweise um ein in einem Winkel zur Horizontalen von 10° bis 35°, vorzugsweise 12° bis 33°, insbesondere 13° bis 21° angestellten Rost, der von unten mit dem ersten Kühlgasstrom durchströmt wird. In den ersten Kühlgasraumabschnitt strömt vorzugsweise ausschließlich der erste Kühlgasstrom, der beispielsweise mittels eines Ventilators beschleunigt wird. Der zweite Kühlgasraumabschnitt schließt sich in Förderrichtung des Schüttguts an den ersten Kühlgasraumabschnitt an und wird vorzugsweise von dem ersten Kühlgasraumabschnitt mittels einer Trennvorrichtung gastechnisch getrennt. In den zweiten Kühlgasraumabschnitt strömt vorzugsweise ausschließlich der zweite Kühlgasstrom, der beispielsweise mittels eines Ventilators beschleunigt wird.
Der zweite Kühlgasraumabschnitt weist vorzugsweise einen dynamischen Rost zur Förderung des Schüttguts durch den Kühlgasraum auf. Der dynamische Rost umfasst eine Fördereinheit zum Transport des Materials in Förderrichtung, wobei die Fördereinheit beispielsweise einen von Kühlgas durchströmbaren Belüftungsboden mit einer Mehrzahl von Durchlassöffnungen zum Einlassen von Kühlgas aufweist. Das Kühlgas wird beispielsweise von unterhalb des Belüftungsbodens angeordneten Ventilatoren bereitgestellt, sodass das zu kühlende Schüttgut im Querstrom zur Förderrichtung mit einem Kühlgas, wie beispielsweise Kühlluft, durchströmt wird. Der Belüftungsboden bildet vorzugsweise eine Ebene aus, auf der das Schüttgut aufliegt. Die Fördereinheit weist des Weiteren vorzugsweise eine Mehrzahl von in Förderrichtung und entgegen der Förderrichtung bewegbaren Förderelementen auf. Vorzugsweise wird der Belüftungsboden teilweise oder vollständig durch Förderelemente ausgebildet, die nebeneinander angeordnet, eine Ebene zur Aufnahme des Schüttguts ausbilden.
Bei dem durch den ersten Kühlgasraumabschnitt strömenden ersten Kühlgasstrom handelt es sich beispielsweise um reinem Sauerstoff oder einem Gas mit einem Anteil von weniger als 35 Vol%, insbesondere weniger als 21 Vol%, vorzugsweise 15 Vol% oder weniger Stickstoff und/ oder einem Sauerstoffanteil von mehr als 20,5%, insbesondere mehr als 30%, vorzugsweise mehr als 95%. Der erste Kühlgasraumabschnitt schließt sich vorzugsweise direkt an den Materialauslass des Ofens, vorzugsweise den Ofenkopf des Ofens an, sodass das Kühlgas in dem Kühler erwärmt und anschließend in den Drehrohrofen strömt und als Verbrennungsgas verwendet wird. Bei dem zweiten Kühlgasstrom handelt es sich beispielsweise um Luft.
Der Kühler weist vorzugsweise eine Trennvorrichtung zur gastechnischen Trennung der Kühlgasraumabschnitte voneinander auf.
Die Mischkammer zum Kühlen des Bypassgases weist beispielsweise einen Gaseinlass zum Einlassen von aus dem Ofenabgas oder dem Kalzinatorabgas abgezweigtem Bypassgas. Des Weiteren weist die Mischkammer einen weiteren Gaseinlass zum Einlassen von Kühlgas auf. Das Kühlgas und das Bypassgas werden in der Mischkammer vermischt, sodass das Bypassgas beispielsweise auf eine Temperatur von 200-600°C, insbesondere 400°C bis 500°C abgekühlt wird. Es ist ebenfalls denkbar, der Mischkammer eine Kühlvorrichtung innerhalb des Bypassystems vor oder nach zu schalten, sodass das Bypassgas innerhalb der Mischkammer oder in einer der Mischkammer nachgeschalteten Kühlvorrichtung auf die voran genannte Temperatur abgekühlt wird.
Ein aus dem Bypassgas und/oder dem Vorwärmerabgas gebildetes Kühlgas bietet den Vorteil, dass das Kühlgas einen hohen Anteil an CO2 und/oder einen geringen Anteil an nicht kondensierbaren Gasen aufweist und daher das Bypassgas auch nach der Kühlung in der Mischkammer dem Zementherstellungsprozess, insbesondere dem Kalzinator wieder zugeführt werden kann ohne den CO2-Gehalt des Abgases signifikant zu senken oder den Anteil an nicht kondensierbaren Gasen zu erhöhen. Ein hoher CO2-Gehalt in dem Abgas ermöglicht eine effiziente und einfache Reinigung des Abgases, wobei dieses ebenfalls in Folgeprozessen, wie beispielsweise der Trocknung von Mahlgut, verwendbar ist.
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird das Kühlgas teilweise oder vollständig aus einem Teil des entstaubten und gekühlten Bypassgases gebildet, wobei ein nicht der Mischkammer zugeführter Teil des Bypassgases dem Kalzinator, dem Ofen und/ oder dem Kühler zugeführt wird. Beispielsweise wird das entstaubte Bypassgas dem Ofenkopf oder dem ersten Kühlgasraumabschnitt zugeführt. Bei dem entstaubten Bypassgas handelt es sich um einen zumindest teilweise entstaubten Gasstrom. Vorzugsweise wird das Kühlgas aus einem Anteil von 0% bis 70%, insbesondere 20% bis 50% des entstaubten und gekühlten Bypassgases gebildet. Das Bypassgas wird in Gasströmungsrichtung vorzugsweise hinter der Mischkammer und dem der Mischkammer nachgeschalteten Staubabscheider in einen Kühlgasstrom und einen Kalzinatorgasstrom aufgeteilt, wobei der Kühlgasstrom vorzugsweise gekühlt und der Mischkammer zugeführt und der Kalzinatorgasstrom dem Kalzinator zugeführt wird. Bei dem Staubabscheider handelt es sich beispielsweise um einen Heißgasfilter, einen Elektrofilter oder einen Abscheidezyklon.
Das Bypassgas wird gemäß einer weiteren Ausführungsform zwischen dem Ofen und dem Kalzinator oder stromabwärts des Kalzinators abgezweigt. Das zwischen dem Ofen und dem Kalzinator abgezweigte Bypassgas weist vorzugsweise eine Temperatur von 1070°C auf, wobei das stromabwärts des Kalzinators abgezweigte Gas eine Temperatur von vorzugsweise 920°C aufweist.
Das Kühlgas wird gemäß einer weiteren Ausführungsform vor dem Eintritt in die Mischkammer gekühlt. Bei dem Eintritt in die Mischkammer weist das Kühlgas beispielsweise eine Temperatur von 100°C bis 200°, insbesondere 100-120°C auf. Der der Mischkammer vorgeschaltete Kühler ist gemäß einer weiteren Ausführungsform ein Verdampfungskühler oder ein Gas-Gas-Wärmetauscher.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Kühlgas in einem Verhältnis von 2 bis 10, insbesondere 3 bis 8, vorzugsweise 5 zu 1 zum Bypassgas in die Mischkammer eingeleitet. Dies ermöglicht eine zuverlässige Kühlung des Bypassgases, sodass die auf die Mischkammer folgende Staubabscheidung erfolgen kann.
Zumindest ein Teil des gekühlten und entstaubten Bypassgases wird gemäß einer weiteren Ausführungsform dem Kalzinator, dem Ofen und/ oder dem Kühler zugeführt. Beispielsweise wird das Bypassgas nach dem Kühlen und Entstauben vollständig dem Kalzinator, Ofen und/ oder dem Kühler zugeführt. Das Kühlgas wird in diesem Fall beispielsweise vollständig aus dem Kalzinatorabgas, insbesondere dem Vorwärmerabgas gebildet. Das Kühlgas wird vorzugsweise aus dem Vorwärmerabgas abgezweigt und beispielsweise vor dem Eintritt in die Mischkammer in dem Kühler gekühlt.
Dem Ofen und dem Kalzinator wird gemäß einer weiteren Ausführungsform ein Verbrennungsgas mit einem Sauerstoffanteil von mehr als 20,5%, insbesondere mehr als 30%, vorzugsweise mehr als 95% zugeführt. Das Verbrennungsgas besteht beispielsweise vollständig aus reinem Sauerstoff, wobei der Sauerstoffanteil an dem Verbrennungsgas 100% beträgt.
Die Erfindung umfasst auch eine Zementherstellungsanlage aufweisend
einen Vorwärmer (12) zum Vorwärmen von Rohmehl,
einen Kalzinator (14) zum Kalzinieren des vorgewärmten Rohmehls,
einen Ofen (16) zum Bennen des Rohmehls zu Zementklinker,
einen Kühler (18) zum Kühlen des Zementklinkers, und
ein Bypasssystem aufweisend

- eine in Strömungsrichtung des Ofenabgases hinter dem Ofen angeschlossene Bypassleitung zum Abzweigen eines Teils der Ofenabgase als Bypassgas,
- eine Mischkammer zum Kühlen des Bypassgases mit einem Kühlgas, und
- einen Staubabscheider zum Abscheiden von in dem Bypassgas enthaltenden Staub.

Der Staubabscheider und/ oder der Vorwärmer und/ oder der Kalzinator ist/ sind mit der Mischkammer zum Einleiten von Kühlgas in die Mischkammer verbunden. Die mit Bezug auf das Verfahren zur Herstellung von Zementklinker beschriebenen Ausführungen und Vorteile treffen in vorrichtungsgemäßer Entsprechung auch auf die Zementherstellungsanlage zu.
Das Bypasssystem weist gemäß einer Ausführungsform eine Abzweigung zum Abzweigen eines Teils des Bypassgases auf, die dem Staubabscheider nachgeschaltet ist und die zum Leiten eines Teils des Bypassgases mit der Mischkammer und zum Leiten eines anderen Teils des Bypassgases mit dem Kalzinator, dem Ofen und/ oder dem Kühler verbunden ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Bypassleitung zwischen dem Ofen und dem Kalzinator oder stromabwärts des Kalzinators angeordnet.
Das Bypasssystem weist gemäß einer weiteren Ausführungsform einen Kühler auf, der der Mischkammer vorgeschaltet ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Kühler ein Verdampfungskühler oder ein Gas-Gas-Wärmetauscher ist.
Figurenliste
Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Zementherstellungsanlage mit einem Bypasssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Zementherstellungsanlage mit einem Bypasssystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Zementherstellungsanlage mit einem Bypasssystem.

1 zeigt eine Zementherstellungsanlage 10 mit einem Vorwärmer 12 zur Vorwärmung von Rohmehl, einen Kalzinator 14 zum Kalzinieren des Rohmehls, einen Ofen 16, insbesondere einen Drehrohrofen zum Brennen des Rohmehls zu Klinker und einen Kühler 18 zum Kühlen des in dem Ofen 16 gebrannten Klinkers.
Der Vorwärmer 12 umfasst eine Mehrzahl von Zyklonen 20 zum Abscheiden des Rohmehls aus dem Rohmehlgasstrom. Beispielhaft weist der Vorwärmer 12 fünf Zyklone 20 auf, die in vier Zyklonstufen untereinander angeordnet sind. Der Vorwärmer 12 weist einen nicht dargestellten Materialeinlass zum Einlassen von Rohmehl in die zwei Zyklone 20 umfassende, oberste Zyklonstufe des Vorwärmers 12 auf. Das Rohmehl durchströmt nacheinander die Zyklone 20 der Zyklonstufen im Gegenstrom zu dem Ofenabgas und wird dadurch erwärmt. Zwischen der letzten und der vorletzten Zyklonstufe ist der Kalzinator 14 angeordnet. Der Kalzinator 14 weist ein Steigrohr mit einem Brenner zum Erhitzen des Rohmehls auf, sodass eine Kalzinierung des Rohmehls in dem Kalzinator 14 erfolgt. Des Weiteren weist der Kalzinator 14 einen Brennstoffeinlass zum Einlassen von Brennstoff in das Steigrohr auf. Der Kalzinator 14 weist auch einen Verbrennungsgaseinlass zum Einlassen von Verbrennungsgas in das Steigrohr des Kalzinators 14 auf. Bei dem Verbrennungsgas handelt es sich beispielsweise um, reinen Sauerstoff oder ein Gas mit einem Sauerstoffanteil von mindestens 85%. Das Kalzinatorabgas wird in den Vorwärmer 12, vorzugsweise in die letzte Zyklonstufe eingeleitet und verlässt den Vorwärmer 12 hinter der obersten Zyklonstufe als Vorwärmerabgas 22.
In Strömungsrichtung des Rohmehls ist dem Vorwärmer 12 der Ofen 16 nachgeschaltet, sodass das in dem Vorwärmer 12 vorgewärmte und in dem Kalzinator 14 kalzinierte Rohmehl in den Ofen 16 strömt. Der Ofenabgasauslass 24, insbesondere Materialeinlass des Ofens 16 ist direkt mit dem Steigrohr des Kalzinators 14 verbunden, sodass das Ofenabgas in den Kalzinator 14 und anschließend in den Vorwärmer 12 strömt. Bei dem Ofen 16 handelt es sich beispielhaft um einen Drehrohrofen mit einem um seine Längsachse rotierbaren Drehrohr, das in einem leicht abfallenden Winkel angeordnet ist. Der Ofen 12 weist an dem materialauslasseitigen Ende innerhalb des Drehrohrs einen Brenner 28 und einen zugehörigen Brennstoffeinlass 30 auf. Der Materialauslass des Ofens 16 ist an dem dem Materialeinlass gegenüberliegenden Ende des Drehrohrs angeordnet, sodass das Rohmehl innerhalb des Drehrohrs durch die Rotation des Drehrohrs in Richtung des Brenners 28 und des Materialauslasses gefördert wird. Das Rohmehl wird innerhalb des Ofens 16 zu Zementklinker gebrannt, wobei das Rohmehl beispielsweise in dem ersten Drittel des Drehrohres erwärmt und in dem sich daran anschließenden Bereich des Drehrohrs gebrannt, insbesondere gesintert wird. Der Bereich innerhalb des Drehrohrs, in dem das Rohmehl gesintert, insbesondere geschmolzen wird, wird als Sinterzone 32 bezeichnet. Die Sinterzone 32 umfasst den materialauslassseitigen, hinteren Bereich des Drehrohrs, vorzugsweise das in Materialströmungsrichtung hintere Drittel, insbesondere die hinteren zwei Drittel des Drehrohrs.
An den Materialauslass des Ofens 16 schließt sich der Kühler 18 zum Kühlen des Klinkers an. Der Kühler 18 weist einen Kühlgasraum 34 auf, in dem der Klinker durch einen Kühlgasstrom gekühlt wird. Der Klinker wird In Förderrichtung F durch den Kühlgasraum 34 gefördert. Der Kühlgasraum 34 weist einen ersten Kühlgasraumabschnitt 36 und einen zweiten Kühlgasraumabschnitt 38 auf, der sich in Förderrichtung F an den ersten Kühlgasraumabschnitt 36 anschließt. Der Ofen 16 ist über den Materialauslass des Ofens 16 mit dem Kühler 18 verbunden, sodass der in dem Drehrohrofen 20 gebrannte Klinker in den Kühler 18 fällt.
Der erste Kühlgasraumabschnitt 36 ist unterhalb des Materialauslasses des Ofens 16 angeordnet, sodass der Klinker von dem Ofen 16 in den ersten Kühlgasraumabschnitt 36 fällt. Der erste Kühlgasraumabschnitt 36 stellt einen Einlaufbereich des Kühlers 18 dar und weist vorzugsweise einen statischen Rost 40 auf, der den aus dem Ofen 16 austretenden Klinker aufnimmt. Der statische Rost 40 ist insbesondere vollständig in dem ersten Kühlgasraumabschnitt 36 des Kühlers 10 angeordnet. Vorzugsweise fällt der Klinker aus dem Ofen 16 direkt auf den statischen Rost 40. Der statische Rost 40 erstreckt sich vorzugsweise vollständig in einem Winkel von 10° bis 35°, vorzugsweise 14° bis 33°, insbesondere 21 bis 25 zur Horizontalen, sodass der Klinker in Förderrichtung entlang des statischen Rostes 40 auf diesem gleitet.
An den ersten Kühlgasraumabschnitt 36, schließt sich der zweiter Kühlgasraumabschnitt 38 des Kühlers 18 an. In dem ersten Kühlgasraumabschnitt 36 des Kühlers 18 wird der Klinker insbesondere auf eine Temperatur von weniger als 1100°C abgekühlt, wobei die Abkühlung derart erfolgt, dass ein vollständiges Erstarren von in dem Klinker vorhandenen flüssigen Phasen in feste Phasen erfolgt. Beim Verlassen des ersten Kühlgasraumabschnitt 36 des Kühlers 18 liegt der Klinker vorzugsweise vollständig in der festen Phase und einer Temperatur von maximal 1100°C vor. In dem zweiten Kühlgasraumabschnitt 38 des Kühlers 18 wird der Klinker weiter abgekühlt, vorzugsweise auf eine Temperatur von weniger als 100°C. Vorzugsweise kann der zweite Kühlgasstrom auf mehrere Teilgasströme aufgeteilt werden, die unterschiedliche Temperaturen aufweisen.
Der statische Rost des ersten Kühlgasraumabschnitts 36 weist beispielsweise Durchlässe auf, durch welche ein Kühlgas in den Kühler 18 und den Klinker eintritt. Das Kühlgas wird beispielsweise durch wenigstens einen unterhalb des statischen Rosts 40 angeordneten Ventilator erzeugt, sodass ein erster Kühlgasstrom 42 von unten durch den statischen Rost in den ersten Kühlgasraumabschnitt 36 strömt. Bei dem ersten Kühlgasstrom 42 handelt es sich beispielsweise um reinen Sauerstoff oder ein Gas mit einem Anteil von 15 Vol% oder weniger Stickstoff und einem Anteil von 50 Vol% oder mehr Sauerstoff. Der erste Kühlgasstrom 42 durchströmt den Klinker und strömt anschließend in den Ofen 16. Der erste Kühlgasstrom bildet beispielsweise teilweise oder vollständig das Verbrennungsgas des Ofens 16 aus. Der hohe Anteil an Sauerstoff in dem Verbrennungsgas führt zu einem Ofenabgas, das im Wesentlichen aus CO2, Sauerstoff und Wasserdampf besteht.
Innerhalb des Kühlers 18 wird der zu kühlende Klinker in Förderrichtung F bewegt. Der zweite Kühlgasraumabschnitt 38 weist vorzugsweise einen dynamischen, insbesondere bewegbaren, Rost 44 auf, der sich in Förderrichtung F an den statischen Rost 40 anschließt. Der dynamische Rost 44 weist insbesondere eine Fördereinheit auf, die den Klinker in Förderrichtung F transportiert. Bei der Fördereinheit handelt es sich beispielsweise um einen Schubbodenförderer, der eine Mehrzahl von Förderelementen zum Transport des Schüttguts aufweist. Bei den Förderelementen handelt es sich bei einem Schubbodenförderer um eine Mehrzahl von Planken, vorzugsweise Rostplanken, die einen Belüftungsboden ausbilden. Die Förderelemente sind nebeneinander angeordnet und in Förderrichtung F und entgegen der Förderrichtung F bewegbar. Die als Förderplanken oder Rostplanken ausgebildeten Förderelemente sind vorzugsweise von Kühlgasstrom durchströmbar, über die gesamte Länge des zweiten Kühlgasraumabschnitt 38 des Kühlers 18 angeordnet und bilden die Oberfläche aus, auf der der Klinker aufliegt. Die Fördereinheit kann auch ein Schubförderer sein, wobei die Fördereinheit einen stationären von Kühlgasstrom durchströmbaren Belüftungsboden und eine Mehrzahl von relativ zu dem Belüftungsboden bewegbaren Förderelementen aufweist. Die Förderelemente des Schubförderers sind vorzugsweise oberhalb des Belüftungsbodens angeordnet und weisen quer zur Förderrichtung verlaufende Mitnehmer auf. Zum Transport des Klinkers entlang des Belüftungsbodens sind die Förderelemente in Förderrichtung F und entgegen der Förderrichtung F bewegbar. Die Förderelemente des Schubförderers und des Schubbodenförderers können nach dem „walking-floor-Prinzip“ bewegbar sein, wobei die Förderelemente alle gleichzeitig in Förderrichtung und ungleichzeitig entgegen der Förderrichtung bewegt werden. Alternativ dazu sind auch andere Förderprinzipien aus der Schüttguttechnik denkbar.
Unterhalb des dynamischen Rosts 44 sind beispielhaft eine Mehrzahl von Ventilatoren angeordnet, mittels welcher der zweite Kühlgasstrom 46 von unten durch den dynamischen Rost 44 geblasen wird. Bei dem zweiten Kühlgasstrom 46 handelt es sich beispielsweise um Luft.
An den dynamischen Rost 44 des zweiten Kühlgasraumabschnitts 38 schließt sich in 1 beispielhaft eine Zerkleinerungseinrichtung 48 an. Bei der Zerkleinerungseinrichtung 48 handelt es sich beispielsweise um einen Brecher mit zumindest zwei gegenläufig rotierbaren Brechwalzen und einem zwischen diesen ausgebildeten Brechspalt, in dem die Zerkleinerung des Materials stattfindet. An die Zerkleinerungseinrichtung 48 ein weiterer dynamischer Rost 50 unterhalb der Zerkleinerungseinrichtung 48 an. Vorzugsweise weist der Kaltklinker 52 beim Verlassen des Kühlers 18 eine Temperatur von 100°C oder weniger auf.
Die Zementherstellungsanlage 10 der 1 weist des Weiteren ein Bypasssystem 56 auf. Das Bypasssystem 56 umfasst eine Bypassleitung 58 zum Abzweigen eines Teils der vom Ofen zum Kalzinator strömenden Ofenabgase als Bypassgas. Die Bypassleitung 58 ist mit dem Ofenabgasauslass 24 verbunden, sodass das aus dem Ofen 16 ausgelassene Abgas zu einem Teil in den Kalzinator 14 und zu dem anderen Teil in die Bypassleitung 58 geleitet wird. Des Weiteren umfasst das Bypassystem eine Kühleinrichtung 60 zum Kühlen des Bypassgases mit einem Kühlgas. Die Kühleinrichtung 60 ist mit dem Ofenabgasauslass 24 über die Bypassleitung 58 direkt verbunden. Die Kühleinrichtung 60 ist beispielsweise eine Mischkammer. Beispielsweise weist die Kühleinrichtung 60 einen Kühlgaseinlass zum Einlassen von Kühlgas in die Kühleinrichtung 60 und einen Bypassgasauslass zum Auslassen des gekühlten Bypassgases aus der Kühleinrichtung 60 auf. Das die Kühleinrichtung 60 verlassende gekühlte Bypassgas weist beispielsweise eine Temperatur von 200°C bis 600°C, insbesondere 400-500°C auf und wird in einen der Kühleinrichtung 60 nachgeschalteten Staubabscheider 62 geleitet. Der Staubascheider weist einen Feststoffauslass zum Auslasses des abgeschiedenen Staubs 64 und einen Gasauslass zum Auslasses des entstaubten und gekühlten Bypassgases auf. An den Staubabscheider 62 schließt sich ein Gebläse zum Beschleunigen des gekühlten und entstaubten Bypassgases an. Das Bypasssystem 56 weist des Weiteren im Anschluss an das Gebläse eine Abzweigung 68 zum Abzweigen eines Teils des entstaubten und gekühlten Bypassgases auf, die mit dem Kalzinator 14 und einem Kühler 70 verbunden ist, sodass ein Teil des entstaubten und gekühlten Bypassgases in den Kalzinator 14 und der andere Teil in den Kühler 70 geleitet wird. Bei dem Kühler handelt es sich beispielsweise um einen Verdampfungskühler oder einen Gas-Gas-Wärmetauscher. Das dem Kalzinator 14 zugeführte entstaubte und gekühlte Bypassgas weist beispielsweise eine Temperatur von 200°C bis 600°C, insbesondere 400-500°C auf. Der Kühler 10 ist mit der beispielhaft als Mischkammer ausgebildeten Kühleinrichtung 60 verbunden. Das abgezweigte, gekühlte und entstaubte Bypassgas verlässt den Kühler 70 als Kühlgas 72 und wird der Kühleinrichtung 60 zur Kühlung des aus dem Ofenabgasauslass 24 abgezweigten Bypassgas zugeführt. Das Kühlgas 72 hat beispielsweise eine Temperatur von 100°C bis 200°C, insbesondere 100-120°C.
In dem Ausführungsbeispiel der 1 wird das Kühlgas zum Kühlen des Bypassgases in der Kühleinrichtung 60 durch das in Strömungsrichtung des Bypassgases hinter der Kühleinrichtung 60 und dem Staubabscheider 62 Bypassgas gebildet, das zusätzlich über einen Kühler 70 weiter abgekühlt wird. Somit wird auf die zusätzliche Einleitung von Kühlluft in die Kühleinrichtung 60 verzichtet, sodass der Anteil an nicht kondensierbaren Gasen in dem Bypassgas nicht ansteigt und beispielsweise der CO2-Gehalt des in den Kalzinator 14 zurückgeführten Bypassgases konstant und hoch bleibt.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Zementherstellungsanlage 10, die im Wesentlichen der in 1 gezeigten Zementherstellungsanlage entspricht. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zur 1 zeigt 2 eine Zementherstellungsanlage 10 mit einer Bypassleitung 58, die mit dem Vorwärmer 12 verbunden ist. Insbesondere ist die Bypassleitung 58 in Strömungsrichtung des Ofenabgases hinter der untersten Zyklonstufe, vorzugsweise zwischen dem Kalzinator 14 und der vorletzten Zyklonstufe, angeordnet. Das durch den Vorwärmer strömende Abgas weist an dieser Stelle vorzugsweise eine Temperatur von 920°C auf. Es ist ebenfalls denkbar, die Bypassleitung 58 an einer anderen Position innerhalb des Vorwärmers 12, vorzugsweise vor der obersten Zyklonstufe anzuordnen.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Zementherstellungsanlage 10, die im Wesentlichen der in 1 gezeigten Zementherstellungsanlage entspricht. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zur 1 zeigt 3 eine Zementherstellungsanlage 10, wobei das in die Kühleinrichtung 60 strömende Kühlgas 72 durch einen aus dem Vorwärmerabgas 22 Gasstrom gebildet wird. Die Abzweigung 68 ist im Unterschied zur 1 stromabwärts des Vorwärmers 12 zu Abzweigen eines Teils des Vorwärmerabgases 22 angeordnet. Das abgezweigte Vorwärmerabgas wird in den Kühler 70 des Bypasssystems 56 geleitet und vorzugsweise auf eine Temperatur von 100°C bis 200°C, insbesondere 100 bis120°C abgekühlt. Anschließend wird es in die als Mischkammer ausgebildete Kühleinrichtung 60 zur Kühlung des aus dem Ofenabgasauslass 24 abgezweigten Bypassgases eingeleitet.
Optional wird das gekühlte und entstaubte Bypassgas in 1 bis 3 zusätzlich zu dem Kalzinator 14 teilweise dem Ofen 16 und/ oder dem Kühler 18 zugeführt. Der Übersichtlichkeit halber sind die entsprechenden Leitungen in den 1 bis 3 nicht dargestellt. Das gekühlte und entstaubte Bypassgas wird beispielsweise dem ersten Kühlgasraumabschnitt 36 zugeführt und bildet zumindest teilweise den ersten Kühlgasstrom 42 aus. Es ist ebenfalls denkbar, einen Teil des gekühlten und entstaubten Bypassgases dem Ofen 16, vorzugsweise dem Ofenkopf und/ oder der Sinterzone 32 zuzuführen.
Bezugszeichenliste

10: Zementherstellungsanlage
12: Vorwärmer
14: Kalzinator
16: Ofen
18: Kühler
20: Zyklon
22: Vorwärmerabgas
24: Ofenabgasauslass
28: Brenner des Ofens
30: Brennstoffeinlass des Ofens
32: Sinterzone
34: Kühlgasraum
36: erster Kühlgasraumabschnitt
38: zweiter Kühlgasraumabschnitt
40: statischer Rost
42: erster Kühlgasstrom
44: dynamischer Rost
46: zweiter Kühlgasstrom
48: Zerkleinerungseinrichtung
50: dynamischer Rost
52: Kaltklinker
54: Kühlerabluft
56: Bypasssystem
58: Bypassleitung
60: Mischkammer
62: Staubabscheider
64: abgeschiedener Staub
66: Gebläse
68: Abzweigung
70: Kühler
72: Kühlgas

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018206673 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen von Zementklinker aufweisend die Schritte: - Vorwärmen von Rohmehl in einem Vorwärmer (12), - Kalzinieren des vorgewärmten Rohmehls in einem Kalzinator (14), - Brennen des vorgewärmten und kalzinierten Rohmehls in einem Ofen (16) zu Zementklinker, - Kühlen des Zementklinkers in einem Kühler (18), - Abzweigen eines Teils der aus dem Ofen (16) strömenden Ofenabgase als Bypassgas - Kühlen des Bypassgases in einer Mischkammer (60) mit einem Kühlgas, und - Abscheiden von in dem Bypassgas enthaltendem Staub dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlgas zumindest teilweise oder vollständig aus dem Bypassgas und/oder dem Kalzinatorabgas gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kühlgas teilweise oder vollständig aus einem Teil des entstaubten und gekühlten Bypassgases gebildet wird und wobei ein nicht der Mischkammer (60) zugeführter Teil des Bypassgases dem Kalzinator (14), Ofen (16) und/ oder dem Kühler (18) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bypassgas zwischen dem Ofen (16) und dem Kalzinator (14) oder stromabwärts des Kalzinators (14) abgezweigt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kühlgas vor dem Eintritt in die Mischkammer (60) in einem Kühler (70) gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der der Mischkammer (60) vorgeschaltete Kühler (70) ein Verdampfungskühler oder ein Gas-Gas-Wärmetauscher ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kühlgas in einem Verhältnis von 2-10 zu 1 zum Bypassgas in die Mischkammer (60) eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Teil des gekühlten und entstaubten Bypassgases dem Kalzinator (14), dem Ofen (16) und/ oder dem Kühler (18) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei dem Ofen (16) und dem Kalzinator (14) ein Verbrennungsgas mit einem Sauerstoffanteil von mehr als 20,5%, insbesondere mehr als 30%, vorzugsweise mehr als 95% zugeführt wird.
Zementherstellungsanlage (10) aufweisend einen Vorwärmer (12) zum Vorwärmen von Rohmehl, einen Kalzinator (14) zum Kalzinieren des vorgewärmten Rohmehls, einen Ofen (16) zum Bennen des Rohmehls zu Zementklinker, einen Kühler (18) zum Kühlen des Zementklinkers, und ein Bypasssystem (56) aufweisend - eine in Strömungsrichtung des Ofenabgases hinter dem Ofen (16) angeschlossene Bypassleitung (58) zum Abzweigen eines Teils der Ofenabgase als Bypassgas, - eine Mischkammer (60) zum Kühlen des Bypassgases mit einem Kühlgas, und - einen Staubabscheider (62) zum Abscheiden von in dem Bypassgas enthaltenden Staub dadurch gekennzeichnet, dass der Staubabscheider (62) und/ oder der Vorwärmer (12) und/oder der Kalzinator (14) mit der Mischkammer (60) zum Einleiten von Kühlgas in die Mischkammer (60) verbunden sind.
Zementherstellungsanlage (10) nach Anspruch 9, wobei das Bypasssystem (56) eine Abzweigung (68) zum Abzweigen eines Teils des Bypassgases aufweist, die dem Staubabscheider (62) nachgeschaltet ist und die zum Leiten eines Teils des Bypassgases mit der Mischkammer (60) und zum Leiten eines anderen Teils des Bypassgases mit dem Kalzinator (14), Ofen und/ oder Kühler verbunden ist.
Zementherstellungsanlage (10) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Bypassleitung (58) zwischen dem Ofen (16) und dem Kalzinator (14) oder stromabwärts des Kalzinators (14) angeordnet ist.
Zementherstellungsanlage (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Bypasssystem (56) einen Kühler (70) aufweist, der der Mischkammer (60) vorgeschaltet ist.
Zementherstellungsanlage (10) nach Anspruch 12, wobei der Kühler (70) ein Verdampfungskühler oder ein Gas-Gas-Wärmetauscher ist.