DE3037929A1

DE3037929A1 - Verfahren und vorrichtung zum kalzinieren von zementrohmehl

Info

Publication number: DE3037929A1
Application number: DE19803037929
Authority: DE
Inventors: Antrag Auf Nichtnennung
Original assignee: Voestalpine AG
Current assignee: Voestalpine AG
Priority date: 1979-11-21
Filing date: 1980-10-08
Publication date: 1981-05-27
Also published as: DE3037929C2; FR2470348A1; AT365160B; IT8012719A0; DK422580A; IT1133543B; ATA740679A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Kalzinieren von Zement-

rohmehl

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalzinieren von Zementrohmehl, bei dem das in einem mehrstufigen Wärmeaustausch vorgewärmte Rohmehl in einem Kalzinator mittels eines turbulenten Heißgasstromes gegebenenfalls unter Zümischung von Verbrennungsluft in wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Stufen kontinuierlich mit Brennstoff vermischt, durch das Verbrennen des Brennstoffes zum Kalzinieren zusätzlich mit Wärmeenergie versorgt und anschließend mit dem Heißgasstrom als Trägergasstrom aus dem Kalzinator ausgetragen wird, wobei der Heißgasstrom zumindest vor Jeder der der ersten Brennstoffzugabe folgenden Stufen der Brennstoffzuführung beschleunigt wird.

Bei der Herstellung von Zement ist man dazu übergegangen, die Vorwärmung und Kalzinierung des Rohmehles möglichst außerhalb des üblicherweise zum Brennen von Zementklinker eingesetzten Drehrohrofens durchzuführen, weil das Vorwärmen und Kalzinieren des Rohmehls im Drehrohrofen zu langsam und zu aufwendig verläuft. Den Drehrohröfen werden daher sogenannte Kalzinatoren vorgeordnet, in denen das vorgewärmte Rohmehl mit gasförmigem, flüssigem oder zerkleinertem, festem Brennstoff

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gemischt wird, so daß beim Verbrennen des Brennstoffes dem Rohmehl die für das Austreiben des Kohlendioxyds aus den Kalksteinkomponenten erforderliche Wärmemenge zugeführt werden kann. Die heißen Abgase dieser Kalzinatoren werden außerdem zum Vorwärmen des Rohmehls herangezogen, was eine entsprechende Ausnützung der anfallenden Abwärme erlaubt.

Um das Kalzinieren des Rohmehls im Kalzinator möglichst vollständig durchführen zu können, muß dafür gesorgt werden, daß die Teilchen des Rohmehls möglichst rasch mit den Brennstoffteilchen in Kontakt kommen, damit beim Verbrennen der Brennstoffteilchen die dabei entstehende Wärme unmittelbar auf die Rohmehlteilchen übertragen werden kann. Es muß also die für den Reaktionsablaμf, der bei einem entsprechenden Wärmeangebot sehr rasch verläuft, erforderliche Wärmemenge möglichst rasch und dem Reaktionsablauf entsprechend gleichmäßig zur Verfügung gestellt werden, damit das Rohmehl auch tatsächlich im Kalzinator vollständig entsäuert werden kann.

Zur Erfüllung dieser Forderungen ist es bereits bekanntgeworden (DE-OS 28 01 161), dem mit dem Rohmehl beladenen Heißgasstrom den Brennstoff in mehreren aufeinanderfolgenden Stufen zuzuführen, um örtliche Brennst off konzentrat! onen und damit unerwünschte Überhitzungen zu vermeiden. Die angestrebte, rasche und innige Vermischung zwischen dem Rohmehl und den möglichst feinen Brennstoffteilchen soll einerseits durch das Einsprühen des Brennstoffes im Bereich von Querschnittsverengungen und anderseits durch eine turbulente Heißgasführung in den sich zwischen den Querschnittsverengungen ergebenden, zylindrischen Mischräumen sichergestellt werden. Durch das Zuführen des Brennstoffes im Bereich der Querschnittsverengungen wird bezweckt, den Brennstoff über den ge-

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samten Strömungsquerschnitt einbringen zu können, so daß in der jeweils anschließenden Mischkammer durch die Verwirbelung eine innige Mischung zwischen dem Brennstoff und dem Rohmehl stattfindet. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß trotz dieser guten Vermischung eine vollständige Austreibung des Kohlendioxyds nicht erreicht wird. Durch die in den Mischkammern angestrebte Turbulenz besteht nämlich die Gefahr, daß Rohmehlteilchen in unkontrollierter Weise aus dem Kalzinator ausgetragen werden, bevor der Kalziniervorgang beendet ist. Der wünschenswerte unmittelbare Wärmeübergang zwischen den Brennstoffteilchen und den Rohmehlteilchen ist wegen der Verwirbelung der Teilchen gestört. Um ein annehmbares Kalzinierergebnis zu erhalten, ist es daher erforderlich, hochwertige Brennstoffe in möglichst feiner Verteilung einzusetzen.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu vermeiden und ein Verfahren zum Kalzinieren von Zementrohmehl der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, daß auch bei Verwendung minderwertigerer Brennstoffe eine vollständige Kalzinierung im Kalzinator erreicht und das kalzinierte Rohmehl über die Kalziniertemperatur aufgewärmt werden kann, so daß im Drehrohrofen das entsäuerte Rohmehl tatsächlich nur mehr zu Klinker gebrannt, also gesintert werden muß.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß nach jedem durch die Brennstoffzuführung bedingten Mischvorgang die zufolge dieses Mischvorganges turbulente Heißgasströmung beruhigt und in eine laminare. Strömung übergeführt wird, bevor in der nächsten Mischstufe der Heißgasströmung neuer Brennstoff zugesetzt wird.

Da für ein gutes Vermischen eine turbulente Heißgasströmung unerläßlich ist, nach dem Mischvorgang aber die erreichte Zuordnung zwischen Brennstoff- und Rohmehlteilchen zur guten Wärmeübertragung weitgehend aufrecht

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bleiben soll, wird gemäß der Erfindung nach dem Mischvorgang die Heißgasströmung beruhigt und in eine laminare Strömung übergeführt. Der Wärmeübergang vom Brennstoff auf die Rohmehlteilchen kann daher unmittelbar und ungestört erfolgen, so daß dem Rohmehl die zum Kalzinieren erforderliche Wärmemenge in einer für den Reaktionsablauf günstigen Weise unter guter Ausnützung des Brennstoffes zur Verfügung gestellt wird. Durch die in jeder Stufe zugeführte Brennstoffmenge kann somit der Reaktionsablauf in diesen einzelnen Stufen genau gesteuert werden, weil durch die laminare Strömung die beim Verbrennen des Brennstoffes frei werdende Wärmeenergie unmittelbar auf die Rohmehlteilchen übertragen werden kann.

Wird in weit. _er Ausbildung der Erfindung dem Heißgasstrom durch ein im wesentlichen tangentiales Einleiten des Rohmehls, des Brennstoffes bzw. der Verbrennungsluft ein Drall erteilt, so wird nicht nur der Mischvorgang unterstützt, sondern auch die anschließende Beruhigung der HeißgasStrömung erleichtert, weil zufolge der auftretenden Fliehkräfte ein Ablösen der Grenzschicht erschwert wird.

Der Mischvorgang in der nachfolgenden Stufe kann in einfacher Weise dadurch verbessert werden, daß dem Heißgasstrom in den aufeinanderfolgenden Mischstufen ein gegensinniger Drall erteilt wird.

Ausgehend von einem unten an eine Heißgasleitung und oben an eine Abgasleitung angeschlossenen Kalzinator, der aus wenigstens zwei vertikal übereinander angeordneten, jeweils Einlasse für den Brennstoff und die Verbrennungsluft aufweisenden Stufen zusammengesetzt ist, von denen jede einen zylindrischen Mischraum aufweist, wobei das Rohmehl der unteren Kalzinatorstufe zugeführt wird, wird zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, daß an jeden Mischraum oben ein

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Diffusor anschließt,, daß der Brennstoffeinlaß und der Einlaß für Verbrennungsluft jeweils in den Mischräumen der Kalzinatorstufen münden und daß sich der Einlaß für das Rohmehl im Mischraum der unteren KaI-zinatorstufe befindet.

Das in den unteren Mischraum eingebrachte Rohmehl vermischt sich mit dem entweder über eine eigene Leitung oder über den Heißgasstrom angeförderten Brennstoff im Heißgasstrom, wobei sich zufolge des zylindrischen Mischraumes und der Einbringung des Rohmehls bzw. den Brennstoffes in der Heißgasströmung Wirbel bilden, die den Mischvorgang unterstützen. Anschließend an diesen Mischraum wird die Heißgasströmung im Diffusor beruhigt und in eine laminare Strömung übergeführt, so daß die erreichte Verteilung zwischen Brennstoff und Rohmehl im wesentlichen beibehalten wird, was bei einer entsprechend günstigen Verteilung einen besonders guten Wärmeübergang sicherstellt. Da durch die vorteilhafte Anpassung der Brennstoffmenge an die Rohmehlmenge die für ein vollständiges Kalzinieren notwendige Wärmemenge nicht auf einmal zur Verfügung gestellt werden kann, muß in einer zweiten Stufe nochmals Brennstoff zugeführt werden, der wiederum in gleicher Weise besonders günstige Verhältnisse für die Wärmeübertragung an das bereits entsprechend vorgewärmte Rohmehl vorfindet. Erst in der zweiten oder einer folgenden Stufe kann demnach die vollständige Kalzinierung durchgeführt werden.

Bei der Konstruktion der Diffusoren muß bedacht werden, daß sich das Volumen der Heißgasströmung zufolge der Erwärmung und zufolge des ausgetriebenen Kohlendioxyds erhöht, so daß für eine entsprechende Beruhigung der Strömung der öffnungswinkel des Diffusors entsprechend größer gewählt werden muß.

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Um beim Austragen des kalzinierten Rohmehls eine entsprechende Strömungsgeschwindigkeit sicherzustellen, wird es im allgemeinen erforderlich sein, den Heißgasstrom nach der Beruhigung in der ersten Stufe wieder zu beschleunigen. Zu diesem Zweck kann der Mischraum der in Strömungsrichtung nachgeordneten Kalzinatorstufe über einen düsenartig eingezogenen Teil an den Diffusor der vorhergehenden Stufe angeschlossen werden. Die Kalzinatorstufen weisen somit den grundsätzlichen Aufbau eines Venturirohres auf.

• Damit da& Rohmehl mit dem Brennstoff entsprechend vermischt werden kann, sind vorzugsweise die Einlasse für das Rohmehl, den Brennstoff bzw. die Verbrennungsluft zumindest angenähert tangential gerichtet. Diese Ausrichtung der Einlösse bedingt einen Drall des Heißgasstromes, was nicht nur den Mischvorgang vorteilhaft beeinflußt, sondern auch die anschließende Beruhigung dea Heißluftstromes unterstützt, weil die durch den Drall auftretenden Fliehkräfte das Ablösen der Strömungsgrenzschicht von der Diffusorwand erschweren.

Das Mischen des Rohmehls mit dem Brennstoff, der in der zweiten Stufen zugeführt wird, wird sicherlich verbessert, wenn der Brennstoff gegen den Drall des Heißgases aus der ersten Stufe eingebracht wird. Die Einlasse der Mischräume aufeinanderfolgender Kalzinatorstufen sind daher vorteilhaft gegensinnig ausgerichtet.

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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kalzinieren von Zementrohmehl in einem schematischen Längsschnitt und
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen zylindrischen

Mischraum in einem größeren Maßstab. Bei üblichen Anlagen zum Herstellen von Zement wird das vorkalzinierte Rohmehl in einem Drehrohrofen zu Zementklinker gebrannt und der aus dem Drehrohrofen ausgetragene Klinker in einem Kühler mit Hilfe von Kühlluft möglichst auf Raumtemperatur abgekühlt. Die heißen Abgase aus dem Drehrohrofen werden dabei ebenso wie die erwärmte Kühlluft zur Vorwärmung bzw. zum Vorkalzinieren des Rohmehls ausgenützt. Zu diesem Zweck werden diese Heißgase über eine Heißgasleitung 1 einem Kalzinator zugeführt, der gemäß dem Ausführungsbeispiel aus zwei vertikal übereinander angeordneten Stufen 2a und 2b zusammengesetzt ist.

Die Abgase aus diesem Kalzinator werden zur mehrstufigen Vorwärmung des Rohmehls in Zyklon-Wärmetauschern ausgenützt, die zusätzlich auch mit den Abgasen aus dem Drehrohrofen gespeist werden können. Das so vorgewärmte Rohmehl wird zum Austreiben des Kohlendioxyds dem Kalzinator zugeführt, wo es in dem den Kalzinator durchströmenden Heißgasstrom mit Brennstoff vermischt wird, um die für das Kalzinieren erforderliche zusätzliche Wärmemenge zu erhalten. Damit nun die Wärmeübertragung vom Brennstoff auf das Rohmehl in besonders günstiger Weise vor sich gehen kann, wird dem Rohmehl der erforderliche Brennstoff nicht auf einmal, sondern in wenigstens zwei Stufen zugeführt. In diesen

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Stufen muß aber nicht nur für eine gute Durchmischung von Rohmehl und Brennstoff gesorgt werden, sondern auch sichergestellt sein, daß die erreichte Verteilung von Brennstoff und Rohmehl während der Übertragung der Wärme erhalten bleibt. Zu diesem Zweck bestehen die Kalzinatorstufen 2a und 2b jeweils aus einem zylindrischen Mischraum 3a bzw. 3b, an den sich in Strömungsrichtung ein Diffusor 4a bzw. 4b anschließt. Die durch den Mischvorgang bedingte turbulente Strömung in den Mischräumen 3a und 3b wird daher in den anschließenden Diffusoren 4a und 4b beruhigt und in eine laminare Strömung übergeführt, die das Beibehalten der erreichten Verteilung zwischen Rohmehl und Brennstoff und damit die gewünschte unmittelbare Wärmeübertragung gewährleistet. Der Einlaß 5 der Zuführleitung 6 für das vorgewärmte Rohmehl ist., die der Fig. 1 entnommen werden kann, im wesentlichen tangential zum Mischraum 3a ausgerichtet, so daß das Rohmehl tangential in den Heißgasstrom aus der Heißgasleitung 1 eingebracht wird. Es findet daher im Mischraum 3a eine gute Vermischung des Rohmehls mit dem Brennstoff statt, der gemäß dem Ausführungsbeispiel mit dem Heißgas über die Heißgasleitung 1 bzw· auch noch zusätzlich durch wenigstens eine weitere Leitung zugeführt wird, was eine entsprechende Vorwärmung des Brennstoffes mit sich bringt. Da auf Grund der Brennstoffzufuhr in zumindest zwei Stufen die in den.einzelnen Stufen zugeführte Brennstoffmenge an die Rohmehlmenge angepaßt werden kann, ohne auf die insgesamt zuzuführende Wärmemenge Bedacht nehmen zu müssen, kann eine die gute Wärmeübertragung sicherstellende gleichmäßige Verteilung von Rohmehl und Brennstoff erreicht werden. Im an den Mischraum 3a angeschlossenen Diffusor 4a findet im wesentlichen die übertragung der durch das Verbrennen des Brennstoffes freigesetzten Wärmemenge an das Rohmehl statt, wobei durch die Beruhigung der Strömung im Diffusor die Wärmeübertragung störungsfrei abläuft.

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Um dem Rohmehl die für das vollständige Kalzinieren erforderliche Wärmeenergie zur Verfügung stellen zu können, muß zumindest in einer weiteren Stufe zusätzlich Brennstoff zugeführt werden. In dem Mischraum 3b der nachgeordneten Kalzinatorstufe 2b mündet daher eine Brennstoffleitung 7, deren Einlaß 8 zwar ebenfalls tangential, aber gegensinnig zum Einlaß 5 der Rohmehlzuleitung 6 gerichtet ist. Der zusätzliche Brennstoff wird somit gegen den Drehsinn des Dralls aus der ersten Stufe 2a dem Heißgasstrom zugeleitet, so daß eine innige Vermischung zwischen dem aus der ersten Kalzinatorstufe 2a kommen- · den Rohmehl und dem Brennstoff stattfindet. Im anschließenden Diffusor 4b findet in ähnlich günstiger Weise wie im Diffusor 4a die Wärmeübergabe auf die Rohmehl teilchen statt. Der in der ersten Stufe 2a eingeleitete Kalziniervorgang kann folglich in der zweiten Stufe 2b vollständig durchgeführt werden. Die für den Verbrennungsvorgang erforderliche Verbrennungsluft wird vorzugsweise ebenfalls tangential über Luftzufuhrleitungen 9 in die Mischräume 3a und 3b eingeleitet. Falls der Heißgasstrom in der Heißgasleitung 1 eine ausreichende Verbrennungsluftmenge für die erste Kalzinatorstufe 2a mit sich führt, braucht im Mischraum 3a selbstverständlich kein Einlaß für eine Verbrennungsluftleitung vorgesehen-' zu werden.

Damit der Heißgasstrom eine entsprechende Eintrittsgeschwindigkeit in die Mischräume 3a und 3b aufweist, sind düsenartig eingezogene Teile 10 vorgesehen, so daß sich der Kalzinator im wesentlichen als Hintereinanderschaltung zweier venturiartiger Rohre darstellt.

Da der jeder Kalzinatorstufe 2a und 2b zugeführte Brennstoff in der jeweiligen Kalzinatorstufe 2a und 2b voll ausgenützt werden kann, können auch minderwertigere Brennstoffe mit gutem Erfolg eingesetzt werden. Es wird nicht

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nur eine vollständige Kalzinierung des Rohmehls innerhalb des Kalzinators gewährleistet, sondern darüber hinaus auch die Möglichkeit geschaffen, das kalzinierte Rohmehl auf ein höheres Temperaturniveau zu bringen, so daß der an den Kalzinator angeschlossene der Anschaffung und dem Betrieb nach teure Drehrohrofen im wesentlichen nur mehr für den Sintervorgang vorhanden sein muß und daher relativ klein gehalten werden kann. Die gesamte Anlage verbilligt sich folglich wesentlich.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird das kalzinierte Rohmehl über eine düsenartige Verengung 11 im Anschluß an die zweite Kalzinatorstufe mit dem Heißgasstrom als Trägergas durch eine Abgasleitung 12 aus dem Kalzinator abgezogen und einem Zyklon-Abscheider zugeführt, von wo es zum Drehrohrofen gelangt, während die heißen Abgase ihre Wärme an das zu kalzinierende Rohmehl in den vorgeschalteten Wärmetauschern abgeben.

Damit eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes sichergestellt und ein entsprechendes Temperaturniveau des aus dem Kalzinator ausgetragenen, kalzinierten Rohmehls erreicht werden kann, kann über eine Leitung 13 der Abgasleitung 12 zusätzlich Verbrennungsluft zugeleitet werden. Bei einer entsprechenden Brennstoffzufuhr in der Kalzinatorstufe 2b kann demnach die Temperatur des kalzinierten Rohmehls in einem Nachbrennvorgang weiter gesteigert werden. Da bei einer Temperatur von. etwa 95O⁰C der Kalziniervorgang abgeschlossen ist, kann durch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Austrittstemperatur für das Rohmehl von 1200 bis 1300⁰C erreicht werden. Die Sintertemperatur im Drehrohrofen liegt bei etwa 1AOO⁰C.

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Claims

Trier, den 6.10.1980

PATENTANWÄLTE .. .. „_

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DIPL.-ING SC-H. S£RWI QDQ7Q9Q

HAWSTRAS5E 28 - D - 5500 1 R 111 _ ^₁ O U O / ü £. Ό

TEL. 06 51-348 68

Patentansprüche :

1-4 Verfahren zum Kalzinieren von Zementrohmehl, bei dem das in einem mehrstufigen Wärme austausch vorgewärmte Rohmmehl in einem Kalzinator mittels eines turbulenten Heißgasstromes gegebenenfalls unter Zumischung von Verbrennungsluft in wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Stufen kontinuierlich mit Brennstoff vermischt, durch das Verbrennen des Brennstoffes zum Kalzinieren zusätzlich mit Wärmeenergie versorgt und anschließend mit dem Heißgasstrom als Trägergasstrom aus dem Kalzinator ausgetragen wird, wobei der Heißgasstrom zumindest vor jeder der der ersten Brennstoffzugabe folgenden Stufen der Brennstoffzuführung beschleunigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach jedem durch die Brennstoffzuführung bedingten Mischvorgang die zufolge dieses Mischvorganges turbulente He iß gas strömung beruhigt und in eine laminare Strömung übergeführt wird, bevor in der nächsten Mischstufe der Heißgasströmung neuer Brennstoff zugesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Heißgasstrom durch ein im wesentlichen tangentiales Einleiten des Eohmehls, des Brennstoffes bzw. der Verbrennungsluft ein Drall" erteilt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2-, dadurch gekennzeichnet,

daß dem Heißgasstrom in den aufeinanderfolgenden Mischstufen ein gegensinniger Drall erteilt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem unten an eine Heißgasleitung und oben an eine Abgasleitung angeschlossenen Kalzinator, der aus wenigstens zwei vertikal übereinander angeordneten, jeweils Einlasse für den Brennstoff und die Verbrennungsluft aufweisenden Stufen zusammengesetzt ist, von denen jede einen zylindrischen Mischraum aufweist,

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ORIGINAL INSPECTED

wobei das Rohmehl der unteren KaIz inator stufe zugeführt wird, dadurch, gekennzeichnet, daß an jeden Mischraum (3a,3b) oben ein Diffusor (4a, 4b) anschließt, daß der Brennstoffeinlaß (8) und der Einlaß (9) für Verbrennungsluft jeweils in den Kischräumen (3a, 3b) der Kaiζinatorstufen (2a, 2b) münden und daß sich der Einlaß (5) für das Rohmehl im Hischraum (3a) der unteren Kaiζinatorstufe (2a) befindet.
5. Vorrichtung nach .Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischraum (3h) der in Strömungsrichtung nachgeordneten Kalzinatorstufe (2b) über einen düsenartig eingezogenen Teil (10) an den Diffusor (4a) der vorhergehenden Stufe (2a) angeschlossen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5> dadurch gekennzeichnet, daß die ""^nlaase (5»8,9) für das Rohmehl, den Brennstoff bzw. die Verbrennungsluft zumindest angenähert tangential gerichtet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlasse (5,8,9) der Mischräume (3a, 3b) aufeinanderfolgender Kalzinatorstufen(2a, 2b) gegensinnig ausgerichtet sind.

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