DE2344056A1

DE2344056A1 - Verfahren zum brennen von zementklinker

Info

Publication number: DE2344056A1
Application number: DE19732344056
Authority: DE
Inventors: Seiwa Fukuda; Marekata Kondo; Toyohiko Yamamoto
Original assignee: Mitsubishi Mining and Cement Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Mining and Cement Co Ltd
Priority date: 1972-08-31
Filing date: 1973-08-31
Publication date: 1974-03-07
Also published as: JPS4942716A; DE2344056B2; DE2344056C3; US3895955A

Description

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Mitsubishi Mining & Cement Company, Ltd. ■Tokyo / Japan

Verfahren zum Brennen von Zementklinker

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Brennen von Zementklinker unter Verwendung eines Drehofens, eines Rohmaterialsuspensionsvorerhitzere und einer Kalciniervorrichtung mit einem Fliessbett, welches eine separate Wärmequelle aufweist (die Kalciniervorrich-

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■ tung wird nachstehend als "Fliessbettkalciniervorrichtung" bezeichnet).

Es ist bekannt, dass bei herkömmlichen Verfahren zum Brennen von Zementklinker unter Verwendung eines Dreh-, ofens und eines Rohmaterialsuspensionsvorerhitzers (dieses Verfahren wird nachstehend als "herkömmliches Brennverfahren¹¹ bezeichnet) ein gross dimensionierter Drehofen trotz seiner Verwendung zum Zweck der Verbesserung der Produktivität eine Erhöhung der Hitzebelastung in der Hochtemperatursinterzone infolge seines grossen Durchmessers nicht verhindern kann, wodurch eine verringerte Betriebsdauer und erhöhte Erfordernisse an das feuerfeste Material und nachfolgende ernste wirtschaftliche Belastungen infolge von Reperaturkosten und einer verringerten Produktion resultieren. Dies gestaltet die grosse Dimensionierung eines Drehofens sehr schwierig.

Andererseits ist in der japanischen Auslege schrift Nr. J5OO58/ 1968 ein Verfahren zum Brennen von Zementklinker unter Verwendung einer Pliessbettkalciniervorrichtung beschrieben, die zwischen einem Drehofen und einem Rohmaterialsuspensionsvorerhitzer eingeordnet ist und eine separate Wärmequelle aufweist (dieses Verfahren ist nachstehend als "bekanntes Brennverfahren" bezeichnet). Dieses Verfahren umfasst im wesentlichen eine Stufe, in der die Gesamtmenge des Rohmaterials, welches aus dem niedrigstgestuften Cyelonwärmeaustauscher des Suspensionsvorerhitzers ausgelassen wurde, in die Pliessbettkalciniervorrichtung eingeführt wird, eine Stufe, in der das kalcinierte Rohmaterial aus der Pliessbettkalciniervorrichtung ausgelassen wird, um

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in den Drehofen eingeführt zu werden und eine Stufe, in der die Gesamtmenge des Fliessbettkalciniervorriclitungsabgases mit dem Drehofenabgas in der Rauchkammer bzw. Plugstaubkammer, die direkt mit dem Drehofen verbunden ist, vermischt wird, um in den Suspensionsvorerhitzer eingeführt zu werden. Dieses Verfahren erhöht die spezifische Kapazität des Drehofens erheblich und erlaubt, dass die Temperatur des in den Suspensionsvorerhitzer eingeführten Gases bei einer für den Betrieb des Suspensionsvorerhitzers geeigneten Temperatur gehalten wird, welche unter der Schmelztemperatur des Rohmaterials und deren Zwischenproduktverbindungen liegt.

Die Erfindung hat sich primär die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zum Brennen von Zementklinker zu schaffen, welches die Gesamtdecarbonisierungsgeschwindigkeit der in den Drehofen eingegebenen Rohmaterialien erheblich verbessert.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Brennen von Zementklinker, welches die Treibstoffanforderungen in einem Drehofen verringert.

Eine weitere Aufgabenstellung wird in der Schaffung eines Verfahrens zum Brennen von Zementklinker gesehen, worin ein Drehofen zum kontinuierlichen und stabilen Betrieb während eines langen Zeitraumes befähigt ist.

Die Erfindung ist schliesslich auf die Schaffung eines Verfahrens zum Brennen von Zementklinker gerichtet, in dem die Drehofenproduktionskapazität gegenüber dem herkömmlichen Suspensionsvorerhitzersystem:stark erhöht ist.

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Gemäss der Erfindung wird ein Verfahren zum Brennen von Zementklinker unter Verwendung ein es Drehofens, einer Rohmaterialzuführeinriehtung, eines Rohmaterialsuspensionsvorerhitzers, der Mehrstufencyclonwärmeaustauscher umfasst und einer Fliessbettkalcinierungseinrichtung, die eine separate Wärmequelle aufweist, zur Verfügung gestellt, das gekennzeichnet ist durch eine Stufe, worin ein Teil des Rohmaterials von der Rohmaterialzuführung oder von zumindest einem der Mehrstufencyclonwärmeaustauscher zur Einführung in die Fliessbettkalcinierungsvorrichtung entnommen wird und eine Stufe, worin das Fliessbettkalcinierungsvorrichtungsabgas in den Gaseinlass des Cyelonwärmeaustauschers der niedrigsten Stufe im Fall des Auslasses des kalcinierten Rohmaterials von der Fliessbettkalcinierungsvorrichtung durch Überfliessen oder durch Hinübertragen durch das Fliessbettabgas eingeführt wird.

Gemäss der Erfindung wird auch ein Verfahren zum Brennen von Zementklinker unter Anwendung eines Drehofens, einer Rohmaterialzuführung, eines Rohmaterialsuspensionsvorerhitzers, der Mehrstufencyclonwärmeaustauscher umfasst, und einer Fliessbettkalcinierungsvorrichtung, die eine separate Wärmequelle aufweist, welches gekennzeichnet ist durch eine Stufe, in der ein Teil der Rohmaterialien von der Rohmaterialzuführung oder von zumindest einem der Mehrstufencyclonwärmeaustauscher zur Einführung in die Fliessbettkalcinierungsvorrichtung entnommen wird und eine Stufe worin das Fliessbettkalcinierungsabgas in den Gaseinlass von zumindest einem der Mehrstufencyclonwärmeaustauscher des Suspensionsvorerhitzers im Fall des Auslasses des kalcinierten Rohmaterials von der Fliessbettkalcinierungsvorrichtung durch Überfliessen oder durch Hinübertragen durch das Fliessbettabgas eingeführt und eine nachfolgende Trennung des Rohmaterials von dem begleitenden Abgas unter Verwendung des Cyclons durchgeführt wird, zur Verfügung gestellt.

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Die Merkmale der Erfindung liegen in der Weise der Verbindung zwischen den Orten der Extraktion bzw. Entnahme eines Teils der Rohmaterialien aus den Vielstufencyclonwärmeaustauschem des Suspensionsvorerhitzers und den Einführungsorten des Fliessbettkalciniervorrichtungsabgases in den Suspensionsvorerhitzer.

Diese und andere Aufgaben gemäss der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verständlich.

Pig. 1 stellt ein Schema dar, in dem Beziehungen zwischen der zunehmenden Geschwindigkeit der Klinkererzeugung, aufgetragen als Abszisse, und der Temperatur des Drehofenabgases sowie der Decarbonisierungsgeschwindigkeit der in den Drehofen eingeführten Rohmaterialien, aufgetragen als Ordinaten, gezeigt sind.

Pig. 2 stellt ein Schema dar, in dem eine Beziehung zwischen der Gewinnungstemperatur des CaO-Pulvers, aufgetragen als Abszisse, und der Menge des durch dieses CaO-PuIver absorbierten CO₂, aufgetragen als Ordinate, unter den Bedingungen eines CQp-Partialdruckes von 225 mmHg, einer Decarbonisierungsgleichgewichtstemperatur von 820°C und einer Erhitzungstemperatur vor Gewinnung von 1000⁰C gezeigt ist.

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Pig. 3 stellt ein Fliesschema der Zementklinkerbrennvorrichtung dar, die zur Durchführung einer bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung verwendet wird.

Fig. 4 stellt ein Fliesschema der Zementklinkerbrennvorrichtung dar, die zur Durchführung einer weiteren bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung verwendet wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht, wie vorstehend angegeben wurde, in der Schaffung eines neuen Verfahrens zum Brennen von Zementklinker, welches die Gesaratdecarbonisierungsgeschwindigkeit der in den Drehofen eingegebenen Rohmaterialien dadurch erhöht, dass man einen Teil der Rohmaterialien aus dem Rohmaterialsuspensionsvorerhitzer entnimmt und diesen in die Fliessbettkalciniervorrichtüng, die eine separate Wärmequelle aufwe JA, zu dessen Kalcinierung einführt.

Somit haben sich die Untersuchungen auf die Orte der partiellen Entnahme der Rohmaterialien aus dem Suspensionsvorerhitzer und de» Orten zur Einführung des Fliessbettkalciniervorrichtungsabgases in den Suspensionsvorerhitzer gerichtet.

(i) Zunächst sollen die Orte bzw. Stellungen zur partiellen Entnahme der Rohmaterialien aus dem Suspensionsvorerhitzer beschrieben werden.

In diesem Fall, zur Vereinfachung der Bedingungen, soll die Gesamtmenge des Fliessbettkalciniervorrichtungsabgases in

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die Rauch- bzw. Flugstaubkammer eingeführt werden, in der das Abgas mit dem Drehofenabgas vermischt wird, um in den Oaseinlass des niedrigststufigen (diese Stufe wird nachstehend als "die erste Stufe" bezeichnet) Cyclonwärmeaustauscher des Suspensionsvorerhitzers eingeführt zu werden.

(1) Zunächst wird der Fall erörtert, in dem ein Teil des Rohmaterials aus der Rohmaterialauslassrutsche des Cyclons der ersten Stufe des Suspensionsvorerhitzers entnommen wird.

Da in dem Fall, in dem die Gesamtmenge des in der Fliessbettkalciniervorrichtung kalcinierten Rohmaterials in Begleitung mit dem Kalciniervorrichtungsabgas zur Zirkulierung in dem Cyclon der ersten Stufe abgelassen wird, sowie in dem Fall, in dem das in der Fliessbettkalciniervorrichtung kalcinierte Rohmaterial direkt in den Drehofen durch Überfliessen oder durch Hinübertragung durch das Fliessbettkalciniervorrichtungsabgas eingeführt und nachfolgend das Rohmaterial von dem begleitenden Abgas durch Anwendung eines ausschliesslichen Trennungscyclons getrennt wird, das Rohmaterial in einem nahezu vollständig kalcinierten Zustand vorliegt, besteht nahezu keine Hitzeabsorbtion, die auf das in dem Cyclon zirkulierte Rohmaterial zurückzuführen ist.

Da andererseits der spezifische Wärmeverbrauch des gesamten Brennvorrichtungssystems auf einem nahezu definierten Wert gehalten wird, wird auch die Enthalpie pro Einheitsgewicht des in den Suspensionsvorerhitzer eingeführten Rohmaterials, welches durch das Drehofenabgas und das

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Fliessbettkalciniervorrichtungsabgas zusammen in den Cyclon der ersten Stufe eingeführt wird, ebenfalls definiert gehalten. Somit sind in diesem Fall die Bedingungen des Wärmeaustausches zwischen dem Gas und dem Rohmaterial in dem Cyclon der ersten Stufe und auch in den Cyclonen der anderen Stufen des Suspensionsvorerhitzers nahezu definiert, unabhängig von der Menge des teilweise entnommenen Rohmaterials, d.h. dem Ausmass der ergänzenden Kalcinierung durch die Fliessbettkalciniervorrichtung, weshalb durch diesen Punkt keine Beschränkungen erfolgen. Beschränkungen erfolgen in dem Fall, in dem die Gesamtmenge des in der Fliessbettkalciniervorrichtung kalcinierten Rohmaterials in Begleitung mit dem Kalciniervorrichtungsabgas zur Zirkulierung in dem Cyclon der ersten Stufe ausgelassen wird, wenn die Menge des zirkulierten Rohmaterials zu hoch ist. Insbesondere in dem Fall, in dem zusätzlich zu dem ursprünglich in den Suspensionsvorerhitzer eingeführten Rohmaterial dieses zirkulierte Rohmaterial auch in den Zyklon der ersten Stufe eingeführt wird, erfolgt, wenn die Menge des zirkulierten Rohmaterials zu hoch ist, eine Abnahme der Wärmeaustauschwirksamkeit infolge einer schlechten Dispersion der Rohmaterialien in dem Cyclon, eine Verringerung von dessen Trennungswirksamkeit und eine Adhäsion der Rohmaterialien an dessen jeweiligen inneren Wänden und den vorne und hinten befindlichen Flugstaubrohren etc., weshalb der Betrieb schwierig wird.

Durch Untersuchungen unter verschiedenen Bedingungen wurde bestätigt, dass wenn eine zunehmende Geschwindigkeit

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der Zementklinkerherstellungskapazität pro Zeiteinheit, die durch ergänzende Kalcinierung durch die Fliessbettkalciniervorrichtung hervorgerufen wird, etwa 100 % beträgt, die Menge des zirkulierten Rohmaterials die Grenze erreicht.

(2) Als nächstes wird der Fall, in dem ein Teil des Rohmaterials von der Rohmaterialauslassrutsche des Cyclons der zweiten Stufe des Suspensionsvorerhitzers entnommen wird, erörtert.

In diesem Fall sind die Bedingungen des Wärmeaustausches zwischen dem Gas und dem Rohmaterial in dem Cyclon der ersten Stufe unterschiedlich von denen des Falles (1) oder bei dem herkömmlichen Brennverfahren.

In diesem Fall, da das Rohmaterial teilweise von dem Suspensionsvaererhitzer unmittelbar vor dessen Einführung in den Cyclon der ersten Stufe entnommen und nahezu vollständig in der Fliessbettkalciniervorrichtung kalciniert wird, ist das Ziel des Wärmeaustausches in dem Cyclon der ersten Stufe lediglich das Rohmaterial, das nicht von der Rohmaterialauslassrutsche des Cyclons der zweiten Stufe zur Einführung in die Fliessbettkalciniervorrichtung entnommen wurde. Dies ist trotz der Art des Auslasses bzw. der Ausführung des in der Fliessbettkalciniervorrichtung kalcinierten Rohmaterials der Fall.

Daher nimmt die Enthalpie des gesamten in den Cyclon der ersten Stufe eingeführten heissen Gases pro Gewichtseinheit des Rohmaterials, welches das Ziel des Wärmeaustauschs in dem Cyclon der ersten Stufe darstellt, mit dem Anwachsen

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der Menge des zur Einführung in die Fliessbettkalciniervorrichtung teilweise entnommenen Rohmaterials zu. Unter den üblichen Betriebsbedingungen des herkömmlichen Brennverfahrens beträgt die Temperatur des Drehofenabgases, welches in den Cyclon der ersten Stufe eingeführt wird, etwa 1000 bis 1100⁰C, weshalb die Decarbonisierungsreaktionen der Carbonatsalze, begleitet von einer grossen Wärmeabsorptionsmenge von 71^ kcal/kg CaO, sehr rasch in dem Cyolon der ersten Stufe erfolgen und somit die Temperatur des zu kalcinierenden Rohmaterials und die des Abgases in dem Cyclon der ersten Stufe mit einer Temperatur von 820 bis 830⁰C im Gleichgewicht stehen. Dies bedeutet eine durch den C0₂-Partialdruck in der Atmosphäre bestimmte Decarbonisierungsgleiehgewiohtstemperatur und die tatsächliche Decarbonisierungsrate des kalcinierten Rohmaterials (die Decarbonisierungsrate des Falles, in dem kein zirkuliertes Rohmaterial von dem Drehofen enthalten ist) liegt dann im allgemeinen bei 35 bis 40 %,

Durch Untersuchungen, auf denen die Erfindung aufbaut, wurde bestätigt, dass die Zunahme innerhalb einer gewissen Grenze der Enthalpie des in den Cyclon der ersten Stufe eingebrachten heissen Gases pro Gewichtseinheit des Rohmaterials für den Wärmeaustausch die Decarbonisierungsrate bzw. -geschwindigkeit des Rohmaterials allein verbessert und keine Erhöhung der Temperatur des Cyclonabgases über die Decarbonisierungsgleichgewichtstemperatur, d.h. keine Abnahme der Wärmeaustauschwirksamkeit des Cyclons der ersten Stufe ,bewirkt. Dies ist auf die schnellen und äusserst endothermen Decarbonisierungsreaktionen der rückständigen Carbonatsalze des kalcinierten Rohmaterials zurückzuführen. Wenn daher die Enthalpie des in den Cyclon der ersten Stufe einge-

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führten heissen Gases, um hierin in günstiger Weise am Wärmeaustausch teilzunehmen, pro Gewichtseinheit der Rohmaterialien übe?eine bestimmte Grenze hinausgeht, d.h. im Pail der vorliegenden Untersuchung, wenn die Decarbonisierungsrate des aus dem Cyclon der ersten Stufe ausgelassenen Rohmaterials über 70 % beträgt, beginnt die Wärmeaustauschwirksamkeit des gesamten Rohmaterialvorerhitzers einschiiesslich des Cyclons der ersten Stufe zu fallen. Diese Grenze entspricht, anders ausgedrückt, einem Fall, in dem eine zunehmende Rate bzw. Geschwindigkeit der Zementklinkererzeugungskapazität pro Zeiteinheit, die durch zusätzliche bzw. ergänzende Kalcinierung durch die Fliessbettkalciniervorrichtung hervorgerufen wird,innerhalb etwa 80 % liegt.

(3) Nunmehr wird der Fall erörtert, in dem ein Teil der Rohmaterialien von der Rohmaterialauslassrutsche des Cyclons der dritten Stufe des Rohmaterialvorerhitzers entnommen wird. In diesem Fall, in dem ein Teil des Rohmaterials von dem Rohmaterialvorerhitzer in die Fliessbettkalciniervorrichtung zur Kalcinierung· kurz vor seiner Einführung in den Cyclon der zweiten Stufe entnommen wird, ist lediglich der'verbleibende Teil des nicht entnommenen Rohmaterials das Ziel des Wärmeaustausches in dem Cyclon der zweiten Stufe. Daher nimmt die Enthalpie des in den Cyclon der zweiten Stufe eingeführten heissen Gases pro Gewichtseinheit des Rohmaterials in dem Anwachsen des Verhältnisses der Menge des zur Einführung in die Fliessbettkalciniervorrichtung teilweise entnommenen Rohmaterials zu. Unter den üblichen Betriebsbedingungen des herkömmlichen Brennverfahrens besitzt das in den Cyclon der zweiten Stufe eingeführte heisse Gas, dessen Temperatur am Auslass des Cyclons der

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ersten Stufe sich bereits der Decarbonisierungsgleichgewichtsteraperatur des Rohmaterials annähert, fast keine Rohmaterialdecarbonisierungsfähigkeit mehr in dem Cyclon der zweiten Stufe. Bei dem Wärmeaustausch zwischen einem derartigen heissen Gas und dem Rohmaterial erfolgt keine äusserst endotherme Decarbonisierungsreaktion des Rohmaterials mehr, weshalb der Zuwachs in der Enthalpie des in den Cyclon eingeführten heissen Gases pro Gewichtseinheit des Rohmaterials einer Verkettung mit der Abnahme der Wärmeaustauschwirksamkeit des Cyclons unterliegt. Im' Fall der vorliegenden Untersuchung beginnt die Wärmeaustauschwirksamkeit des gesamten Rohmaterialvorerhitzers einschliesslich des Cyclons der zweiten Stufe zu fallen, wenn die zunehmende Rate der Zementklinkerproduktionskapazität pro Zeiteinheit die durch die ergänzende bzw. zusätzliche Kalcinierung durch die Pliessbettkalciniervorrichtung hervorgebracht wird, über j50 % beträgt.

(4) In dem Fall, in dem ein Teil der Rohmaterialien von irgendeinem der Cyclone der anderen Stufen oberhalb des Cyclons der dritten Stufe entnommen wird, erstreckt sich eine derartige Verschlechterung der Wärmeaustauschbedingungen, wie sie vorstehend erwähnt wurde, auch über den Cyclon der zweiten Stufe, den Cyclon der dritten Stufe und andere Teile des Suspensionsvorerhitzers, weshalb die zunehmende Rate der Zementklinkerproduktionskapazität pro Zeiteinheit, die durch die zusätzliche bzw. ergänzende Kalcinierung der Fliessbettkalciniervorrichtung hervorgebracht wird, welche unter der Voraussetzung, dass die Gesamtwärmeaustauschwirksamkeit des Suspensionsvoererhitzers nicht vermindert wird, zulässig ist, sukzessive geringer wird.

Im vorstehenden wurden die Fälle erörtert, bei welchen der Ort der teilweisen Entnahme des Rohmaterials aus dem Suspensionsvorerhitzer einen Ort darstellt. Die Erfindung ist

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jedoch nicht auf diese Fälle beschränkt.

(II) Nunmehr sollen zweitens die Orte der Einführung des Fliessbettkaleiniervorrichtungsabgases in den Rohmaterialvorerhitzer beschrieben werden.

(1) Zuerst wird der Fall des speziellen Vorgangs erläutert, in dem das Fliessbettkalcinierabgas vorzugsweise in den Gaseinlass des Cyclons der ersten Stufe des Suspensionsvorerhitzers eingeführt wird. Bei dem herkömmlichen Brennverfahren wird das aus dem Drehofen in den Suspensionsvorerhitzer ein-geführte Gas, wie bekannt ist, im allgemeinen unterhalb einer gewissen begrenzten Temperatur zur Verhinderung einer möglichen Anhaftung und Blockierung in der Leitung der niedrigsten Stufe oder dem Cyclon der niedrigsten Stufe der Rohmaterialien oder deren Zwischenproduktverbindungen, die von dem Drehofen zirkuliert werden, wobei beispielsweise diese begrenzte Temperatur bevorzugt eine Temperatur unter 1O74°C, dem Schmelzpunkt von KpSOj, darstellt, welches bekannterweise in grosser Menge zwischen dem Drehofen und dem Suspensionsvorerhitzer zirkuliert wird.

Bei dem bekannten, in der japanischen Patentauslegeschrift Nr. 30058/1968 beschriebenen Brennverfahren wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass man das Drehofenabgas hoher Temperatur rasch, vor dessen Einführung in den Rohmaterialvorerhitzer mit dem Fliessbettkalciniervorrichtungsabgas relativ niedriger Temperatur (85O bis 900°C) in der Rauchbzw. Flugstaubkammer vermischt.

Entsprechend den Untersuchungen, auf denen die Erfindung aufbaut, wurde aus Fig. 1 bestätigt, dass in dem Fall, in

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-lodern die Rate der Zementklinkerproduktionskapazität pro Zeiteinheit, die durch die zusätzliche Kalcinierung durch die Pliessbettkalciniervorrichtung erbracht wird, unter 50 % beträgt, die Gesamtdecarbonisierungsrate des in den Drehofen eingeführten Rohmaterials etwa 60 $ beträgt und .die hiervon verbleibenden 40 # durch Decarbonisierung in den Drehofen erreicht werden, weshalb das in den Suspensionsvorerhitzer eingeführte Gas auf einer sicheren Temperatur, die für den Betrieb des Suspensionsvorerhitzers geeignet ist, d.h. einer Temperatur unter 107²J-⁰C, gehalten werden kann, obwohl sogar keine Vermischung mit dem Fllessbettkalciniervorrichtungsabgas relativ niedriger Temperatur vorliegt.

Dementsprechend ist es in dem Fall, in dem die zunehmende Rate der Klinkerproduktionskapazität, die durch die Fliessbettkalciniervorrichtung hervorgebracht wird, unter 50 % liegt möglich, das Kalcinierungsvorrichtungsabgas direkt in den Gaseinlass des Cyclons der ersten Stufe des Suspensionsvorerhitzers einzuführen. Eine derartige Schaltung bzw. Verbindung des Fliesbettkalciniervorrichtungsabgases mit dem Suspensionsvorerhitzer ist dadurch vorteilhaft, dass ein hoher Induktionsdruck zur Förderung der Rohmaterialien leicht erhältlich ist, insbesondere in dem Fall, in dem die Gesamtmenge des von der Fliessbettkalciniervorrichtung kalcinierten Rohmaterials begleitet durch das Fliessbettkalciniervorrichtungsabgas abgelassen wird.

Weiter beträgt unter den üblichen Betriebsbedingungen des herkömmlichen Brennverfahrens eine statische Druckdifferenz zwischen der Rauch- bzw. Flugstaubkammer und dem Gaseinlass des Cyclons der ersten Stufe des Suspensionsvorer-

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hitzers im allgemeinen 50 bis 100 mm Aq.

(2) Als nächstes wird der Fall eines speziellen Vorgangs beschrieben, in welchem das Fliessbettkalcinierungsabgas mit Vorteil in den Gaseinlass des Cyolons der zweiten Stufe des Suspensionsvorerhitzers eingeführt wird.

Es ist nun früher beschrieben worden, dass ein Fall, in welchem eine derartige Art der Verbindung bzw. Schaltung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, praktikabel ist auf einen Fall begrenzt, in welchem das in der Fliessbettkalciniervorrichtung kalcinierte Rohmaterial aus der Kalciniervorrichtung durch Uberfliessen ausgelassen wird, oder einen Fall beschränkt ist, in welchem die Gesamtmenge des in der Kalcinierungsvorrichtung kalcinierten Rohmaterials in Begleitung mit dem Fliessbettkalcinierungsvorrichtungsabgas ausgelassen und sodann von dem begleitenden Abgas unter Verwendung eines ausschliesslichen, speziell ausgerüsteten Cyclons abgetrennt wird.

Es ist -bekannt, dass derartige Pulver, wie übliche Zementrohmaterialpulver, sehr leicht in der Atmosphäre oberhalb einer Decarbonisierungsgleichgewichtstemperatur decarbonisierbar sind. Im Gegensatz wurde experimentell bestätigt, dass, wenn das kalcinierte Rohmaterial in der Atmosphäre,die CO₂-GaS enthält, von der Hochtemperaturseite zu der Niedrigtemperaturseite über die Decarbonisierungsgleichgewichtstemperatur, die durch den Partialdruck des COp bestimmt ist,abgekühlt wird, die Reabsorptionsreaktion des C0₂-Gases (CaO + COp^CaCO-,) sehr rasch

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erfolgt, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.

Andererseits besitzt das in den Cyclon der zweiten Stufe des Suspensionvorerhitzers eingeführte Gas nahezu keine Rohmaterialdecarbonisierungsfähigkeit mehr, wie vorstehend beschrieben wurde, weshalb die Durchschnittstemperatur in dem Cyclon beträchtlich niedriger als die Decarbonisierungstemperatur des Rohmaterials liegt und die Konzentration an CO₂-GaS in einer derartigen Atmosphäre im · allgemeinen etwa 20 Vol.Jo beträgt, Wenn das in der Fliessbettkalciniervorrichtung nahezu vollständig kalcinierte Rohmaterial in die Atmosphäre eingeführt wird, erfolgt die Reabsorptionsreaktion des COp-Gases, wie vorstehend beschrieben wurde, sehr rasch, was zu einer Abnahme der Gesamtdecarbonisierungsrate des Rohmaterials und einer Zirkulierung der durch die Reabsorptionsreaktion erzeugten Wärme bis zu den oberen Teilen des Suspensionsvorerhitzers, gefolgt von einer erheblichen Abnahme der Wärmeaustauschwirksamkeit des gesamten Suspensionsvorerhitzers, führt.

Aus den vorstehend angeführten Gründen ist ein Fall, in dem das Fliessbettkalcinierungsvorrichtungsabgas in den Gaseinlass des Cyclons der zweiten Stufe des Suspensionserhitzers eingeführt werden kann, auf einen Fall beschränkt, in welchem das Abgas nahezu kein kalciniertes Rohmaterial enthält, d.h. einen Fall, in welchem das in der Fliessbettkalcinierungsvorrichtung kalcinierte Rohmaterial aus der Kaicinierungsvorrichtung durch Überfliessen ausgelassen wird, oder einen Fall, in welchem die Gesamtmenge des in der Kaicinierungsvorrichtung kalcinierten Rohmaterials begleitet von dem Fliessbettkalcinierungsvorrichtungsabgas ausgelassen wird und sodann von dem Abgas unter Verwendung eines speziell ausgerüsteten ausschliesslichen Cyclons getrennt wird.

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Nun stellt der Fall des speziellen Vorgangs, in welchem das Fliessbettkalcinierungsabgas vorzugsweise in den Gaseinlass des Cyclons der zweiten Stufe des Suspensionsvorerhitzers eingeführt werden kann, einen Fall dar, in welchem die Kaicinierungstemperatur der Kalcinierungsvorrichtung geringfügig höher als die Decarbonisierungsgleichgewichtstemperatur des Rohmaterials ist. Entsprechend den Ergebnissen der Untersuchungen wurde bestätigt, dass, wenn die durchschnittliche Verweilzeit des Rohmaterials in dem Fliessbett über 2 Minuten beträgt, eine ausreichende Decarbon!sierungsrate bei der Kaicinierungstemperatur erreicht werden kann, die um 10 bis 20⁰C höher als die Decarbonisierungsgleichgewichtstemperatur ist.

Es ist allgemein bekannt, dass unter den üblichen Betriebsbedingungen der Fliessbettkalcinierungsvorrichtung die Betriebsbedingungen unter Einschluss einer derartigen durchschnittlichen Verweilzeit, wie sie vorstehend beschrieben wurde, leicht infolge einer Gleichförmigkeit und Regelbarkeit der Fliessbettemperatur aufrechterhalten werden können. Darüber hinaus wurde bestätigt, dass entsprechend einem derartigen Betrieb die Menge der durch das Kalcinierungsvorrichtungsabgas fortgetragenen Eigenwärme die geringste darstellt und die Kalcinierungswirksamkeit am grössten wird. Andererseits, da die Temperatur des Kalcinierungsvorrichtungsabgases nahezu die gleiche wie die Kaicinierungstemperatur, d.h. 10 bis 20 C höher als die Decarbonisierungsgleichgewichtstemperatur, darstellt, besitzt das Abgas nahezu keine Rohmaterialdecarbonisierungsfähigkeit mehr. Daher verringert die Einführung eines derartigen Gases niedriger'Temperatur in den Cyclon

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der ersten Stufe des Suspensionsvorerhitzers die Durchschnittstemperatur des Gases in dem Cyclon, d.h. verringert eine wirksame Temperaturdifferenz zwischen dem heissen Gas und dem Rohmaterial, wodurch die Wärmeaustauscherwirksamkeit verringert wird. Dementsprechend wurde bestätigt, dass es in einem derartigen Fall günstig ist, das Pliessbettabgas in den Gaseinlass des Cyclons der zweiten Stufe des Suspensionsvorerhitzers einzuführen, den Wärmeaustausch zwischen dem Drehofenabgas relativ hoher Temperatur und dem Rohmaterial in dem Cyclon der ersten Stufe durchzuführen und die Hitzewiedergewinnung aus dem Drehofenabgas und dem Fliessbettkalcinierungsvorrichtungsabgas in den Cyclonen, die dem Cyclon der zweiten Stufe folgen, durchzuführen. Darüber hinaus ist eine derartige Art der Verbindung bzw. Schaltung in dem Fall, in welchem die Gesamtmenge des in der Fl-iessbettkalcinierungsvorrichtung kalcinierten Rohmaterials begleitet von dem Kalcinierungsabgas ausgelassen wird, dadurch vorteilhaft, dass ein hoher induzierter Druck leicht durch Ausrüstung bzw. Bereitstellung eines ausschliesslichen Zyclons für die Abtrennung des Rohmaterials von dem Abgas erhalten werden kann. Unter den üblichen Betriebsbedingungen des herkömmlichen Brennverfahrens liegt ein statischer Druck an dem Gaseinlass des Cyclons der zweiten Stufe von im allgemeinen -200 bis -250 mmAq vor.

(3) Darüber hinaus ist es möglich, das Fliessbettkalcinierungsvorrichtungsabgas in den Gaseinlass irgendeines der anderen Cyclone oberhalb des Cyclons der zweiten Stufe einzuführen. In derartigen Fällen ist die zunehmende Rate bzw. Geschwindigkeit der Zementklinkerproduktionskapazität natürlich auf einer relativ niedrigen Höhe festgehalten.

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Im vorstehenden sind die Fälle in denen der Ort bzw. die Position der Einführung des Fliessbettcyclonabgason in den Rohmaterialvorerhitzer einen Ort darstellten, beschrieben worden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf derartige Fälle beschränkt.

Gemäss den Ergebnissen der Untersuchungen, auf denen die Erfindung aufbaut, wurde bestätigt, dass ein Verfahren zuir. Brennen von Zementklinker gemäss der Erfindung, das den Weg einer Verbindung bzw. Schaltung zwischen einer Fliessbettkalcinierungsvorrichtung und einem Suspensionsvorerhitzer umfasst, die Kapazität eines Drehofens im Vergleich zu dem herkömmlichen Verbrennverfahren erheblich erhöhen kann, sowie einen kontinuierlichen und stabilen Betrieb des Drehofens über einen langen Zeitraum gestattet.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele veranschaulicht, die keine Einschränkung darstellen.

Beispiel 1

Fig. 3 stellt ein Fliesschema einer Zementklinkerbrennausrüstung bzw. -vorrichtung dar, die zur Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird. Diese Zementklinkerbrennvorrichtung besteht aus einer Rohmaterialzuführung, einem Rohmaterialsuspensionsvorerhitzer, der Cyclonwärmeaustauscher in vier Stufen umfasst, einer Fliessbettkalcinierungsvorrichtung, die eine separate Wärmequelle besitzt und einem Drehofen.

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In Fig. 3 stellt 1 die Rohmaterialzuführung, 2 den Cyclonwärmeaustauscher der. vierten Stufe, 3 den Cyelonwärmeaustauscher der dritten Stufe, 4 den Cyclonwärmeaustauscher der zweiten Stufe, 5 den Cyclonwärmeaustauscher der ersten Stufe, 6 das Saugzuggebläse, 7 die Fliessbettkalcinierungsvorrichtung, 8 den Drehofen, 9 den Drehofenbrenner, 10 den Zementklinkerkühler, 11 die Staubabtrennungsvorrichtung und 12 das Gebläse dar. A, B, C, D und E stellen jeweils die Orte der partiellen Entnahme der Rohmaterialien aus den jeweiligen Rohmaterialauslässen der Rohmaterialzuführung 1 und der Cyclonwärmeaustauscher 2 der vierten Stufe, 3 der dritten Stufe, 4 der zweiten Stufe und 5 der ersten Stufe dar.

Das durch die Rohmaterialzuführung 1 beschickte Rohmaterial wird einem Wärmeaustausch mit dem Drehofenabgas und dem Fliessbettkalcinierungsvorrichtungsabgas während seines Durchtritte durch die vier Cyclonwärmeaustauscher 2, 3, 4, 5i der vier Stufen unterworfen und schliesslich in den Drehofen 8 zum Brennen in Zementklinker eingeführt. In diesem Beispiel wird ein Teil des Rohmaterials aus C zur Einführung in die Fliessbettkalcinierungsvorrichtung 7 entnommen. Ein Teil des Rohmaterials kann auch von irgendeinem unter A, B, D, E, entnommen werden.

Der Rest des Rohmaterials, welcher aus C nicht entnommen wird, tritt durch die Cyclonwärmeaustauscher 4 der zweitten Stufe und 5 der ersten Stufe sukzessive hindurch und wird sodann in den Drehofen 8 eingegeben. Das teilweise aus C entnommene und in die Fliessbettkalcinierungsvorrichtung 7 eingeführte Rohmaterial wird hierin kalciniert und die Gesamtmenge des kalcinierten Rohmaterials, beglei-

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tet durch das Kaicinierungsabgas, ausgelassen und durch einen negativen Druck in den Gaseinlass des Cyclonwärmeaustauschers 5 der ersten Stufe eingeführt, worin es mit dem Rest des Rohmaterials, der nicht aus C entnommen wurde vermischt und sodann in den Drehofen 8 zum Brennen zu Zementklinker eingeführt wird.

Beispiel 2

Fig. 4 stellt ein Fliesschema der Zementklinkerbrennvorrichtung dar, die zur Durchführung einer weiteren bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung angewandt wird. Die Zementklinkerbrennvorrichtung besteht in diesem Beispiel aus der Zementklinkerbrennvorrichtung des Beispiels 1 und einem zusätzlichen Abtrennungscyclon zur Trennung des Rohmaterials von dem begleitenden Kalcinierungsabgas.

In diesem Beispiel ist der Ort der Einführung des Fliesabettkalcinierungsvorrichtungsabgases aus dem Abtrennungscyclon in die Cyclonwärmeaustauscher von dem in Beispiel 1 verschieden. In Fig. 4 stellen 14 den Abtrennungscyclon, I, F, O, H, die Orte der Einführung des Fliessbettkalcinierungsvorrichtungsabgases aus dem Abtrennungscyclon 14 in die jeweiligen Gaseinlässe der Cyclonwärmeaustauscher 5 der ersten Stufe, 4 der zweiten Stufe, j5 der dritten Stufe, und 2 der vierten Stufe dar, wobei der Rest mit Ausnahme des vorstehenden, den gleichen wie in Beispiel 1 darstellt.

Das von der Rohmaterialzuführung 1 zugeführte Rohmaterial wird mit dem Drehofenabgas und dem Fliessbettkalcinierungs-

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vorrichtungsabgas während seines Durchtritts durch die Cyclonwärmeaustauscher 2, ~3» 4, 5 der vier Stufen einem Wärmeaustausch unterworfen und schliesslich in den Drehofen 8 zum Brennen zu Zementklinker eingeführt.

In diesem Beispiel wird, wie in Beispiel 1, das Rohmaterial partiell von C entnommen und in die Plieafcettkalcinierungsvorrichtung 7 eingeführt. Das Rohmaterial kann auch partiell von irgendeinem unter A, B, D und E entnommen werden. Der Rest des nicht von C entnommenen Rohmaterials tritt durch die Cyclonwärmeaustauscher der niedrigeren Stufe sukzessive und wird sodann in den Drehofen 8 eingeführt. Das partiell aus C entnommene und4.n die Fliessbettkalcinierungsvorrichtung 7 eingeführte Rohmaterial wird hierin kalciniert und sodann die Gesamtmenge des kalcinierten Rohmaterials, begleitet von dem Fliessbettkalc inierungsvorrichtungsabgas, zur Einführung in den Abtrennungscyclon 14 ausgelassen, in welchen das kalcinierte Rohmaterial von dem begleitenden Abgas abgetrennt wird.

In diesem Beispiel wird das Abgas durch negativen Druck in P eingeführt,(das Abgas kann auch in jegliches unter G, H, I eingeführt werden) während das von dem Abgas durch den Abtrennungscyclon 14 abgetrennte Rohmaterial mit dem Rest des Rohmaterials, welcher nicht aus C entnommen wurde, vermischt wird und sodann in den Drehofen 8 zum Brennen zu Zementklinker eingeführt wird.

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Claims

234A056 Patentansprüche

1. Verfahren zum Brennen von Zementklinker unter Verwendung eines Drehofens, einer Rohmaterialzuführung, eines Rohmaterialsuspensionsvorerhitzters, der Mehrstuf encyclnwärmeaustauscher umfasst und einer Fliessbettkalcinierungsvorriohtung, die eine separate Wärmequelle aufweist, gekennzeichnet durch eine Stufe, worin ein Teil des Rohmaterials von der Rohmaterialzuführung (1) oder von zumindest einem der Mehrstufencyclonwärmeaustauscher (2, 3* 4, 5) zur Einführung in die Pliessbettkalcinierungsvorrichtuhg (7) entnommen wird und eine Stufe worin das Fliessbettkalcinierungsvorrichtungsabgas in den Gaseinlass des Cyclonwärmeaustauschers der niedrigsten Stufe im Fall des Auslasses des kalcinierten Rohmaterials von der Fliessbettkalcinierungsvorrichtung (7) durch Uberfliessen oder durch Hinübertragen durch das Fliessbettabgas eingeführt wird.

2. Verfahren zum Brennen von Zementklinker unter Anwendung eines Drehofens, einer Rohmaterialzuführung, eines Rohmaterialsuspensionsvorerhitzers, der Mehrstufencyclonwärmeaustauscher umfasst, und einer Fliessbettkalcinierungsvorrichtung, die eine separate Wärmequelle aufweist, gekennzeichnet durch eine Stufe

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in der ein Teil der Rohmaterialien von der Rohmaterialzuführung (4) oder von zumindest einem der Mehrstufencyclonwärmeaustauscher (2, J5, 4, 5) zur Einführung in die Pliessbettkalcinierungsvorrichtung (7) entnommen wird und eine Stufe worin das Fliessbettkalcinierungsabgas in den Gaseinlass von zumindest einem der Mehrstuf en cyclonwärmeaus tauscher des Suspensionsvorerhitzfers im Fall des Auslasses des kalcinierten Rohmaterials von der Fliessbettkalcinierungsvorrichtung (7) durch Über- fliessen oder durch Hinübertragen durch das Fliessbettabgas eingsflftrtueine nachfolgende Trennung des Rohmaterials von dem begleitenden Abgas unter Verwendung eines Cyclons durchgeführt wird.

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