DE3131023A1

DE3131023A1 - Verfahren und vorrichtung zum brennen von kalk

Info

Publication number: DE3131023A1
Application number: DE19813131023
Authority: DE
Inventors: Andris Dipl.-Ing. 5064 Rösrath Abelitis; Walter Dr.-Ing. 4630 Bochum Köhler; Martin Dr.-Ing. Schmidt
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1981-08-05
Filing date: 1981-08-05
Publication date: 1983-03-03
Also published as: JPS5860646A; DK348582A; US4483831A; DE3131023C2; FR2510984A1

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Brennen von Kalk, Dolomit o.a., bei dem das aufgegebene Rohmaterial zunächst in einem Vorwärmer, insbesondere einem Zyklon-Wärmetauscher, von den Abgasen einer Brennzone vorgewärmt wird, dann die Brennzone durchläuft und im Anschluß an die Brennzone in etnem Kühler, insbesondere in einem zweiten Zyklon-Wärmetauscher, von der Verbrennungsluft gekühlt wird, wobei die Verbrennungsluft aus dem Kühler vollständig direkt der Brennzone zugeführt und von dort in den Vorwärmer weitergeleitet wird.

Aus der DE-PS 1 218 927 sind ein ähnliches Verfahren und eine ähnliche Vorrichtung zum Brennen von Kalk, Dolomit etc. bekannt, bei dem die in dem Kühler vorgewärmte Verbrennungsluft einer Brennkammer zugeführt und dort verbrannt wird. Im Anschluß an die Brennkammer teilt sich der dort erzeugte Brenngasstrom in zwei Teilströme, die in waagerechten Brennstrecken das aufgegebene Rohmaterial in gewünschter Weise thermisch behandeln. Umgehungsleitungen mit Drosselventilen etc. sorgen für eine Aufteilung der aus der Brennkammer austretenden Brenngase in die einzelnen Teilströme. Am Ende der jeweiligen Brennstrecken sind Zyklone angeordnet, aus denen das fertiggebrannte Gut in den Kühler gelangt. Für einen Teil der Brenngase und des gebrannten Materials ist eine Kreislauf-Führung vorgesehen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, das bekannte Brenn-Verfahren und die bekannte Brenn-Vorrichtung wesentlich zu vereinfachen und dabei ihren thermischen Wirkungsgrad zu verbessern. Weiterhin ist

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es Ziel der Erfindung, hierbei insbesondere die Verwendung von Festbrennstoffen relativ geringen Heizwertes zu ermöglichen. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Brennzone Brennstoff an mehreren, in Strömungsrichtung der Gase aufeinander folgenden Stellen zugegeben wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das vorerwärmte Rohmaterial die Brennzone im Gleichstrom, vorzugsweise vertikal, durchströmt. Die reine Gleichstrom—Führung erlaubt eine besonders gute und schonende thermische Behandlung des Rohmaterials, so daß auch bei direkter Brennstoff-Eingabe in die Brennzone ein Auftreten von Übertemperaturen vermieden werden kann. Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn der größte Teil des Brennstoffes am Anfang der Brennzone zugegeben wird und im weiteren Verlauf der Brennzone nur noch geringere Brennstoffmengen zugegeben werden. So werden Übertemperaturen mit Sicherheit vermieden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Material der Brennzone und/oder dem Vorwärmer, vorzugsweise

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zwangsgesteuert, oszillierend zugeführt wird und daß diese oszillierende Zuführung eine Frequenz von 0,5-5 Hz, insbesondere jedoch von 1 - 3 Hz aufweist. Durch eine oszillierende Zuführung im angegebenen Frequenzbereich tst es überraschenderweise möglich, die Qualität des Brenngutes zu verbessern und insbesondere einen stabilen Gut- und Gas-Durchlauf durch das linear geführte, ohne Gas-Kreisläufe arbeitende System zu erreichen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Brennstoff der Brennzone in mindestens zwei, vorzugsweise jedoch in drei oder vier Ebenen zugeführt wird. Auf diese Weise ergibt sich für das Brennen im Gleichstrom eine besonders günst- ^ Möglichkeit, die Energie-Zufuhr in die Brennzone so zu steuern, daß sie entsprechend dem Energiebedarf in den einzelnen Teilen der Brennzone erfolgt. Vorteilhaft wird dabei am Beginn der Gleichstrom-Brennstrecke der größte Teil der Verbrennungsenergie ( 50 % 70 % ) zugegeben.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung tst vorgesehen, daß die Brennzone von dem Material zumindest in einer Teilmenge mehrfach durchströmt wird. Hierdurch kann die Qualität des gebrannten Materials beeinflußt werden. - .

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß bei der Verwendung von Festbrennstoffen eine Nachverbrennung durch einen gasförmigen oder flüssigen Brennstoff erfolgt. Hierdurch wird insbesondere die Ausnutzung relativ minderwertigen Brennstoffes, z.B.

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Braunkohle, Ölschiefer etc., verbessert, da so ein vollständiger Ausbrand des Festbrennstoffes unter voller Ausnutzung des Heizwertes erreicht werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Material nach Durchlaufen der Brennzone einer Stabilisierungs-Behandlung bei konstanter Temperatur unterzogen wird. Hierbei handelt es sich um eine Nach-Stabüisierung des GaO-Gitters. So wird eine kurze Durchlaufzeit durch die eigentliche Brennstrecke möglich, ohne daß die notwendige Verweilzeit für die Bildung eines stabilen, gleichmäßigen CaO-Gitters im Reaktions-Temperaturbereich unterschritten wird. Auch hierdurch kann die Qualität des gebrannten Produktes beeinflußt werden.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Vorrichtung vorgesehen, die einen Vorwärmer für das Rohmaterial, insbesondere einen Zyklon-Wärmetauscher, und einen Kühler für das gebrannte Gut, insbesondere einen Zyklon-Wärmetauscher, aufweist, zwischen denen eine Brenn-Einrichtung angeordnet ist. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Brenn-Einrichtung als senkrechter Steigschacht mit mindestens zwei Brennstrom-Zufuhr-Einrichtungen ausgebildet ist. So ergibt sich vorteilhaft eine besonders einfache Brenn-Vorrichtung, die einfach direkt und ohne Umlenkungen für das Gas auf den Kühler aufgesetzt und ebenfalls direkt oder mit einer Endschleife in den Vorwärmer eingeführt werden kann. So ergibt sich eine vorteilhaft gut zu beherrschende einsträngige, lineare Gas-Führung durch das System Kühler / Brenn-Einrichtung / Vorwärmer.

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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß an Zyklon-Ausläufen und insbesondere an der Eintrittsstelle des Materials in den senkrechten Steigschacht vorzugsweise mechanisch arbeitende Steuereinrichtungen für eine oszillierende Zuführung des Mate rial ströme s angeordnet sind und daß die Steuereinrichtungen als Pendelklappen mit einer bezüglich der Amplitude und der Frequenz steuerbaren Antriebs-Einrichtung ausgebildet sind. Durch die oszillierende Mate rial führung ergibt sich vorteilhaft eine überraschende, wesentliche Verbesserung des Brenn-Ergebnisses. Durch die Regelbarkeit der Steuei—Einrichtungen, die vorzugsweise als Pendelklappen ausgebildet sind, ergibt sich die Möglichkeit, unterschiedlichen Mate rial-Z usam me nsetzunge η etc. Rechnung zu tragen und eine den jeweiligen Anforderungen entsprechende Oszülations-Frequenz einzustellen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß Anfang und Ende der Brennstrecke durch eine Material-Rückführleitung, die in einer Mate rial weiche von der Materiaileitung zum Kühler abzweigt, miteinander verbunden sind. Hierdurch ist es möglich, einen definierten Teilstrom in den Kühler abzugeben und den Rest des Materials im Kreislauf noch einmal durch die Brennstrecke zu führen. Auch diese dient der vorteilhaften Vergleichmäßigung des Brenngutes.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß zwischen dem Ende der Brennstrecke und dem Kühler eine Nachbehandlungskammer, insbesondere eine indirekt beheizte Wirbelkammer, ange-

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ordnet ist. Hierdurch ergibt sich vorteilhaft die Möglichkeit einer Nachbehandlung des Brenngutes zur Stabilisierung des GaO-Gitters. Die indirekte Beheizung der Brennkammer verhindert, daß eine nachträgliche chemische Reaktion mit Brenngasen stattfinden kann. Es ist hierbei besonders vorteilhaft, wenn die notwendige Beheizung entweder indirekt durch Wärmetauschei—Elemente oder direkt, z.B. durch Infrarot-Strahlung, vorgenommen wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist schließlich vorgesehen, daß die Brenn-Vorrichtung zumindest zwei Festbrennstoff-Zuführungs-Einrichtungen und eine Nachbrenn-Vorrichtung für flüssige oder gasförmige Brennstoffe aufweist. Hierdurch steht vorteilhaft die Möglichkeit zur Verfugung, schlecht brennbare Festbrennstoffe nachzuverbrennen und für einen vollkommenen Ausbrand der Festbrennstoffe zu sorgen, ohne daß die oft niedrigen Asche-Schmelzpunkte nicht hochwertiger Brennstoffe überschritten werden. So werden Anbackungen etc. vermieden und der thermische Wirkungsgrad der Gesamtanlage erhöht.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert, die bevorzugte Ausführungs-Beispiele zeigen und aus denen weitere vorteilhafte Einzelheiten zu entnehmen sind.

Im einzelnen zeigen :

Fig. 1 eine Brenn-Einrichtung mit einer Brennzone Fig. 2 eine Brenn-Einrichtung mit zwei Brennzonen hintereinander

sowie
Fig. 3 eine Brenn-Einrichtung mit einer Brennzone und einer Isotherm-Nachbehandlungs-Vorrichtung

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In Fig. 1 bezeichnet V den Bereich des Vorwärmers mit Einzeloder Doppel-Zyklonen I, II, III und IV. Die Materialzugabe ist durch den strichlierten Pfeil 6 gekennzeichnet. An den Auslaufseiten der Zyklone befinden sich nicht dargestellte Pendelklappen, Drehklappen o.a. für die erfindungsgemäße oszillierende Bewegung des Materials. Unterhalb des Vorwärmers ist im Bereich B die Brenn-Einrichtung 1 mit Abseheide-Zyklon V angeordnet, die gemäß der Erfindung ein einfacher , Steigschacht ist. In den Steigschacht führen Brennstoff-Zugabe-Einrichtungen 2', 2", 2'" und Q"", in denen dosiert Brennstoff, z.B. feinkörnige Kohle, Kohlenstaub o.a. eingegeben wird. Bei 2' wird der größte Brennstoff-Anteil eingegeben, da hier der Wärmebedarf am größten ist Intsprechend dem abnehmenden Wärmebedarf nimmt die Menge des zugegebenen Brennstoffes bei den nachgeschalteten Brennstellen 2'*, 2'" und 2·.·-» V ab.

Unterhalb der Brenn-Einrichtung 1 ist der Kühler, hier ein dreistufiger Zyklon-Wärmetauscher mit den Zyklonstufen VI, VII und VIII angeordnet.

Das gebrannte Gut sammelt sich in der Zyklonstufe V und wird durch die strichliert angedeutete Leitung 4 entweder direkt dem Kühler zugeführt oder aber durch eine Mate rial weiche und die strichliert angedeutete Leitung 5 wieder dem senkrechten Steigschacht 1 aufgegeben. Das vorgewärmte Gut gelangt aus der Zyklonstufe IV des Vorwärmers durch die strichliert angedeutete Leit' ig zur Unterseite des Steigschachtes 1. Auch dort befindet sich vorteür haft eine oszillierende Pendelklappe o.a. Die Förderung der Ver-

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brennungsluft durch das Gesamtsystem übernehmen die Gebläse 8 und 9, die vorzugsweise regelbar ausgeführt sind. Das fertiggebrannte Material wird aus der Zyklonstufe VIII, dem untersten Kühl-Zyklon, durch eine Vorrichtung 7, etwa einen Schneckenförderer, abgezogen.

Eine vorteilhafte Variante der Erfindung zeigt Fig.-2. Hier ist der Zyklon V, der mit der Brennstelle 15 versehen ist, mit in die Brenn-Einrichtung einbezogen, die aus den beiden Steigschächten 11 und 12 mit den Brennstoff-Eingabestellen 13', 13", 14' und 14*' besteht. Diese Ausführung wird insbesondere angewendet, wenn relativ aschereicher und/oder grobkörniger Brennstoff verwendet wird, der in den Brennstellen 13', 13", 14' und 14" (ca. .60 % bis 90 % der Gesamt-Brennstoffmenge ) eingebracht wird. Die Brennstelle 15 bewirkt dann eine Nachverbrennung und wird vorteilhaft mit gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen beschickt, um so einen Ausbrand der unverbrannten Brennstoff-Teilchen zu erhalten. Auch hier wird das Material entsprechend dem strichlierten Pfeil 23 zugeführt und durchläuft dann die Zyklonstufen. Zur Abführung des Materials aus den Zyklonstufen III und IV dienen strichliert dargestellte Leitungen 16 und 17. Für die Abführung gebrannten Materials sind Leitungen 18 und 19 vorgesehen, die regelbare Teilmengen dem Kühler oder dem unteren Ende des Steigschachtes 11 zuführen.

Bei dieser Äusführungsform wird der schlechteste Brennstoff durch die Etngabestellen 14' und 14" zugeführt, da er - falls erforderlich die Möglichkeit hat, in dem Steigschacht 11 vollständig auszubrennen.

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Die Verbrennungsluft, die ebenfalls das System linear in gesamter Länge durchläuft, wird durch die Gebläse 21 und 22 gefördert. Das fertiggebrannte Gut wird durch die Förder-Vorrichtung 20 ebenfalls aus dem Zyklon VIII abgezogen.

Eine Variante zur Erzeugung von Brenngut mit stabilisiertem CaO-Gitter zeigt Fig. 3. Die Materialführung und die Brennstoff-Eingabe an den Brennstellen 31', 31", 31*" und 31"" sind bei dieser Variante entsprechend Fig. 1 . Das Material wird an der gleichen Stelle, angedeutet durch den strichlierten Pfeil 33, zugegeben, durchläuft dann die Zyklonstufen I, II, III und IV und gelangt dann durch die strichliert angedeutete Leitung 34 in das untere Ende des Steigschachtes 30. Abweichend von Fig. 1 wird jedoch das fertiggebrannte Gut aus dem Zyklon V über die Leitung 35 einer Temper-Kammer 32 aufgegeben, wo es eine vorherbestimmte Verweilzeit bleibt. Zum Ausgleich der Abstrahlung wird der Temper-Kammer 32 Wärme entsprechend dem Pfeil Q zugeführt, z.B. durch Infrarot-Strahlung oder durch Wärme-Abgabe eines Wärmetauschers. Das getemperte Material gelangt durch die strichliert angedeutete Leitung 36 in den Kühler, der ebenfalls Zyklonstufen VI, VII, VIII aufweist. Auch hier wird das fertiggebrannte Gut durch die Fördei— Vorrichtung 37 aus der Zyklonstufe VIII abgeführt. Die Verbrennungsluft wird durch die Gebläse 38 und 39 gefördert.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemaße Vorrichtung sind insbesondere für das Brennen von Kalk in relativ kleinen Anlagen vorgesehen. Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, können jedoch auch Groß-Anlagen mit den erfindungsgemäßen senkrechten Steigschächten mit verteilter Wärme-Einbringung vorgesehen werden.

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Claims

Anlage zum Patentgesuch der KHD

Klöckner-Humboldt-Deutz AG H 81/36

vom 24. Juli 1981

Verfahren und Vorrichtung zum Brennen von Kalk Patentansprüche

11.) Verfahren zum Brennen von Kalk, Dolomit o.a., bei dem das aufgegebene Rohmaterial zunächst in. einem Vorwärmer, insbesondere einem Zyklon-Wärmetauscher, von den Abgasen einer Brennzone vorgewärmt wird, dann die Brennzone durchläuft und im Anschluß an die Brennzone in einem Kühler, insbesondere in einem zweiten Zyklon-Wärmetauscher, von der *'⁵ 2'i Verbrennungsluft gekühlt wird, wobei die Verbrennungsluft aus dem Kühler vollständig direkt der Brennzone zugeführt und von dort in den Vorwärmer weitergeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennzone Brennstoff an mehreren, in Strömungsrichtung des Gases aufeinander folgenden Stellen zugegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgewärmte Rohmaterial die Brennzone im Gleichstrom, vorzugsweise vertikal, durchströmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Brennzone und/oder dem Vorwärmer, vorzugsweise zwangsgesteuert, oszillierend zugeführt wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der oszillierenden Zuführung 0,5 - 5 Hz, insbesondere jedoch 1-3 Hz, ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff der Brennzone in mindestens zwei, vorzugsweise jedoch in drei oder vier Ebenen zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5,. dadurch gekennzeichnet, daß die Brennzone von dem Material zumindest in einer Teilmenge mehrfach durchströmt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung von Festbrennstdffen eine Nach-Verbrennung mit einem gasförmigen oder flüssigen Brennstoff erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material nach Durchlaufen der Brennzone einer Stabilisierungs-Behandlung bei konstanter Temperatur unterzogen wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-8 mit einem Vorwärmer für das Rohmaterial, insbesondere einem Zyklon-Wärmetauscher und mit einem Kühler für das gebrannte Gut, insbesondere einem Zyklqn-Wärmetauscher, zwischen denen eine Brenn-Einrichtung ange-

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ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenn-Einrichtung als senkrechter Steigschacht (1,11, 12, 30 ) mit mindestens zwei Brennstoff-Zuführ-Einrichtungen ( 2', 2", 13*, 13", 31', 31" ) ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an Zyklon-Ausläufen und insbesondere an der Eintrittsstelle des Materials in den senkrechten Steigschacht (1, 11, 30) vorzugsweise mechanisch arbeitende Steuer-Einrichtungen für eine oszillierende Zuführung des Materials angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Material-Steuer-Einrichtungen als Pendelklappen mit einer bezüglich der Amplitude und Frequenz steuerbaren Antriebs-Einrichtung ausgebildet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß Anfang und Ende der Brennstrecke (B) durch eine Material-Rückführleitung (3, 5, 16, 18 ), die in einer Material weiche von der Materialleitung (4, 19 ) zum Kühler (K) abzweigt, mit-einander verbunden sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen dem Ende der Brennstrecke (B) und dem Kühler (K) eine Nachbehandlungskammer (32), insbesondere eine indirekt beheizte Wirbelkammer aufweist.

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14. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10, 11, 12 oder 1.3, dadurch gekennzeichnet, daß sie zumindest zwei Festbrennstoff-Zuführungs-Einrichtungen ( 13', 13", 14' und 14" ) und eine Nachbrenn-Vorrichtung ( 15 ) für flüssige oder gasförmige Brennstoffe aufweist.

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