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Verfahren zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Um den Drehrohrofen von Wärmearbeit zu entlasten und dadurch kleiner
dimensionieren zu können, ist es bekannt, in die unterste Stufe des Zyklonvorwärmers
zusätzlichen Brennstoff einzuführen, so daß das durch die Ofenabgase bereits vorgewärmte
Gut weiter erhitzt (Zementrohmaterial insbesondere weitgehend calciniert) wird,
ehe es anschließend in den Drehrohrofen gelangt (DE-B2-2 324 565).
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Für die Übertragung der in diesem zusätzlichen Brennstoff enthaltenen
Wärmeenergie auf das Gut steht dabei nur eine verhältnismäßig kurze Zeit zur Verfügung.
Es kommt deshalb darauf an, Brennstoff und Gut in der untersten Stufe des Vorwärmers
möglichst rasch und gleichmäßig zu vermischen und dann eine nahezu vollstcindige
Verbrennung des Brennstoffes an bzw. in unmittelbarer Nähe der Gutteilchen zu erreichen.
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Soweit flüssiger oder gasförmiger Brennstoff eingesetzt wird, bereitet
die Erfüllung der genannten Bedingungen keine wesentlichen Schwierigkeiten.
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Anders ist es dagegen bei Verwendung von festem Brennstoff. Um eine
genügend rasche und gleichmäßige Verbrennung des Brennstoffes in der untersten Stufe
des Vorwärmer zu erzielen, wird bisher im allgemeinen der feste Brennstoff vorher
getrocknet und
mehlfein gemahlen, was hohe Aufbereitungskosten verursacht.
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Weitere Schwierigkeiten tauchen auf, wenn minderwertiger Brennstoff
mit einem hohen Gehalt an nicht brennbaren Bestandteilen eingesetzt werden soll.
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So hat man beispielsweise versucht (DE-A1- 2 621 872), Abfallbrennstoff,
wie ölhaltige Bleicherde, in die Gasleitung zwischen Drehrohrofen und Zyklonvorwärmer
einzuführen. Dabei erfolgt die Aufgabe dieses Abfallbrennstoffes so nahe zum Einlauf
hin, daß einerseits eine sichere Zündung der flüchtigen Bestandteil gewährleistet
ist und ndererseits starke Ankrustungen am Ofencinlaf vermieden werden. Bei diesem
Verfahren läßt sich jedoch nicht ausschließen, daß eine beträchtliche Menge nicht
brennbarer, kalter Stoffe als Bestandteil der Brennstoff-Gut-Mischung in die unterste
Stufe des Vorwärmers und unmittelbar darauf in den Drehrohrofen gelangt, was die
angestrebte hohe Calcinierung des Gutes vor Eintritt in den Drehrohrofen wesentlich
beeinträchtigt.
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Es ist weiterhin auch bekannt (DE-A1- 2 751 876), feste, flüssige
oder gasförmige Brennstoffe an drei verschiedenen Stellen im Bereich der untersten
Stufe eines fünfstufigen Zyklonvorwärmers zuzugeben, und zwar in die Gasleitung
zwischen Drehrohrofen und unterster Zyklonstufe, in die Zyklone der untersten Stufe
sowie in die von der untersten Stufe zur nächsten Stufe des Vorwärmers führenden
Casleitungen.
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Schließlich ist es auch bekannt (EP 12 362), den zusätzlichen Brennstoff
in eine Feinfraktion und eine Grobfraktion zu trennen und die Feinfraktion des Brennstoffes
in die unterste Stufe des Vorwärmers und die Grobfraktion in eine höhere Stufe des
Vorwärmers einzuführen.
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Der Erfindung liegen eingehende Versuche mit Brennstoff zugrunde,
dessen Feinzerkleinerung Probleme aufwirft (etwa hoher Energieaufwand oder großer
Verschleiß der Mahlaggregate). Versucht man nun, den für die weitere Erhitzung (insbesondere
die Calcination) benötigten zusätzlichen Brennstoff weniger fein aufzumahlen, so
stellt man fest, daß dem Zyklonvorwärmer aufgegebene Brennstoffpartikel - je nach
Brennstoffqualität schwankend - nur bis zu einer bestimmten Korngröße im Vorwärmer
vollständig verbrennen. Größere Brennstoffpartikel werden vielfach vom Gasstrom
mitgerissen, entgasen teilweise auf dem Weg durch die unterste Stufe des Vorwärmers,
werden dann zusammen mit dem mehlförmigen Gut in der untersten Stufe des Vorwärmer
abgeschieden und gelangen - vielfach eingebettet in das mehlfrmie Gut - in den Drehrohrofen.
Hier erfolgt dann - wie die Versuche zeigten - oft ein sehr schlechter Ausbrand
dieser eingebetteten Brennstoffpartikel. Zum einen fehlen diesen Brennstoffpartikeln
die flüchtigen Bestandteile, die eine Zündung ermöglichen. Zum andern befinden sich
diese in das feinkörnige Gut eingebetteten Brennstoffpartikel im Drehrohrofen weitgehend
unter Luftabschluß, so daß sie nicht verbrennen, sondern mehr
verschwelen.
Dies führt dazu, daß örtlich reduzierende Bedingungen vorhanden sind, die die Qualität
des Endproduktes beeinträchtigen (beim Brennen von Zementklinker beispielsweise
eine unerwünscht Verfärbung des Klinkerkernes verursachen).
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der
geschilderten Schwieriqkeiten ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruches 1
vorausgesetzten Art so auszubilden, daß mit besonders geringen Aufbereitungskosten
für den eingesetzten festen Brennstoff ein optimaler Ausbrand des Brennstoffes erreicht
wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruches 1 gelöst.
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Indem erfindungsgemäß die Grobfraktion des zusätzlichen Brennstoffes
in den Drehrohrofen und die Feinfraktion in den Zyklonvorwärmer eingeführt wird,
erfolgt die Aufgabe der gröberen Brennstoffpartikel dort, wo die höchste Gastemperatur
vorhanden ist. Damit ist auch bei einer nicht besonders feinen Aufmahlung des Brennstoffes
ein einwandfreier Ausbrand selbst der größten Brennstoffpartikel gewährleistet.
Zugleich ist die Gefahr vermieden, daß noch unverbrannte Brennstoffpartikel in das
Gut (Rohmehl oder Klinker bei der Zementherstellung) eingebettet werden. Erfindungsgemäß
werden somit die besten in der Anlage vorhandenen Zündbedingungen für die großen
Brennstoffpartikel vorgesehen, da im Bereich des Drehrohrofeneinlaufes die Gas-
temperaturen
um 200 bis 3000C höher als in der untersten Stufe des Zyklonvorwärmers sind.
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Die Zerkleinerung des zusätzlichen Brennstoffes erfolgt zweckmäßig
bis auf eine Korngröße von etwa 3 mm. Damit ist sichergestellt, daß es nicht zu
einer stufenweisen und damit unerwünschten Verbrennung kommt. Die erfindungsgemäß
in den Drehrohrofen eingeführten gröberen Brennstoffpartikel sind ausgehrannt, ehe
der Rest auf das im Drehrohrofen befindliche Gut fällt.
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Zur Erreichung dieses Zieles ist es wichtig, daß die Grobfraktion
des zusätzlichen Brennstoffes so in den Drehrohrofen eingeführt wird, daß ein möglichst
guter Zutritt von Sauerstoff zu diesem Brennstoff gewährleistet ist. Das Einführen
des Brennstoffes in den Drehrohrofen erfolgt von der Guteintragsseite des Ofens
her, und damit entgegen dem den Drehrohrofen durchsetzenden Gasstrom. Zweckmäßig
erfolgt die Einführung im Zentrum der Ofenachse und mit hoher Geschwindigkeit, so
daß eine Zündung und weitgehende Verbrennung dieser gröberen Brennstoffpartikel
bereits erfolgt, ehe die Reste dieses Brennstoffes auf die Oberfläche des Gutbettes
fallen.
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Die Einführung der Grobfraktion des zusätzlichen Brennstoffes in den
Drehrohrofen kann pneumatisch oder auch durch Schwerkraftwirkung (beispielsweise
über eine Schurre mit Verteilerorgan oder durch eine wassergekühlte Lanze) erfolgen.
Wesentlich ist in
jedem Falle, daß die Einführung der Grobfraktion
des zusätzlichen Brennstoffes in Form eines weitgehend aufgelösten Materialstromes
(mit gutem Sauerstoffzutritt zu den einzelnen Brennstoffpartikeln) geschieht.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht
in der erheblichen Verringerung der Investitions- und Betriebskosten durch die geringeren
Anforderungen an den Zerkleinerungsgrad des Brennstoffes. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist damit vor allem auch für solche Brennstoffarten von besonderer Bedeutung, deren
Feinzerkleinerung einen hohen Energieaufwand erfordert oder einen beträchtlichen
Verschleiß der Mahlaggregate mit sich bringt.
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Im allgemeinen wird es zweckmäßig sein, bei der Zerkleineruny des
Brennstoffes zugleich eine Trocknung bis auf einen für die spätere Zündung und Verbrennung
optimalen Feuchtigkeitswert vorzunehmen.
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Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt jedoch auch darin,
daß eine solche Trocknung (wie sie bei einer Feinzerkleinerung im allgemeinen unerläßlich
ist) im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht unbedingt notwendig ist; der
für das erfindungsgemäße Verfahren ausreichende Zerkleinerungsgrad kann vielmehr
auch im Wege einer Feuchtzerkleinerung erreicht werden.
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Die Trennung des zerkleinerten Brennstoffes in mehrere Fraktionen
kann nach verschiedenen Methoden, beispielsweise durch Sichtung oder Siebunq, erfolgen.
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Wird der zusätzliche Brennstoff in drei oder mehr Fraktionen unterteilt,
so wird die Grobfraktion in den Drehrohrofen eingeführt, während die mittlere Fraktion
und die Feinfraktion in den Zyklonvorwärmer eingeführt werden; hierbei wird - aus
den oben erläuterten Gründen der besseren Zündung und Verbrennung - die mittlere
Fraktion an einer Stelle höherer Gastemperatur als die Feinfraktion zugegeben.
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Zwei Ausführungsbeispiele einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens sind in den Fig.1 und 2 der Zeichnung veranschaulicht.
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Die Anlage gemäß Fig.1 dient zur Wärmebehandlung von feinkörnigem
Gut, insbesondere zum Brennen von Zement, und enthält einen Drehrohrofen 1 und einen
mehrstufigen Zyklonvorwärmer 2, von dem jedoch lediglich der Zyklon 3 der untersten
Zyklonstufe dargestellt ist. Dem Drehrohrofen 1 ist ein nicht veranschaulichter
Kühler nachyeschaltet, von dem eine Tertlärluftleitung 4 zu der Gasleitung 5 führt,
die den Drehrohrofen 1 mit dem untersten Zyklon 3 des Zyklonvorwärmers 2 verb in
det.
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Die Anlage enthält weiterhin einen Brecher 6 zur Zerkleinerung des
über eine Bandwaage 7 zugeführten festen Brennstoffes (Rohkohle). Eine Gasleitung
8, die mit einem Frischluftstutzen 9 versehen ist, führt von der Tertiärluftleitung
4 zur Mühle 6 und dient zur Zuführung von Trocknungsgas zur Trocknung
des
Brennstoffes während der Zerkleinerung.
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6 ist mit einem Abscheider 10 verbunden, in dem die Grobfraktion
abgeschieden wird. Sie gelangt teilweise (über eine Leitung 11) in eine Fördereinrichtung
12 und teilweise (Leitung 13) im Kreislauf zurück zur Mühle 6. Durch die Fördereinrichtung
12 wird die Grobfraktion des zerkleinerten Brennstoffes in den Drehrohrofen 1 eingeführt,
und zwar von der Guteintragsseite des Drehrohrofens her, jedoch vom Gut gesondert
(das im Zyklonvorwärmer 2 vorgewärmte und in der durch die Gasleitung 5 gebildeten
Calcinationszone weiter erhitzte Gut bewegt sich längs der Schurre 14 des Einlaufgehäuses
in den Drehrohrofen 1). Die vorzugsweise pneumatisch arbeitende Fördereinrichtung
12 bläst dagegen die Grobfraktion des Brennstoffes mit großer Geschwindigkeit in
den Drehrohrofen.
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Die Feinfraktion des in dem Brecher 6 zerkleinerten Brennstoffes wird
mit dem zur Trocknung des Brennstoffes verwendeten lIeißgasstrom aus dem Abscheider
10 ausgetragen und gelangt über eine Leitung 15, in der ein Ventilator 16 angeordnet
ist, in die Gasleitung 5, die die eigentliche Zone zur weiteren Erhitzung (Calcination)
des vorgewärmten Gutes (vor Eintritt in den Drehrohrofen) bildet.
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Die Verbrennung dieser Feinfraktion des Brennstoffes erfolgt mittels
der über die Tertiärluftleitung 4 zugeführten Kühlerabluft. In bekannter Weise kann
der Brennstoff (hier die Feinfraktion des Brennstoffes) auch in die TertiSrluftleitung
4 (un-
mittelbar vor ihrer Einmündung in die Gasleitung 5) eingeführt
werden. Das Gut der zweituntersten Stufe des Zyklonvorwärmers 2 wird (über nicht
dargestellte utleitungen) entweder in die Tertiärluftleitung 4 oder unmittelbar
in die Gasleitung 5 eingeführt. Es wird dann vom Gasstrom dem Zyklon 3 zugeführt
und gelangt nach Abscheidung in diesem Zyklon über die Gutleitung 17 in den Drehrohrofen
1.
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Zur Regelung der Temperatur des für die Trocknung des Brennstoffes
verwendeten Heißgasstromes ist ein Regler 18 vorgesehen, der die Abgastemperatur
des Brechers 6 mißt und eine im Frischluftstutzen 9 vorgesehene Klappe 19 entsprechend
verstellt.
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Nicht dargestellt sind in Fig.1 die an der Verzweigung der Leitungen
11 und 13 vorgesehenen Stelloryane, die den Anteil des im Kreislauf geführten Brennstoffes
und damit den Zerkleinerungsgrad des Brennstoffes sowie die Aufteilung auf die beiden
Fraktionen bestimmen.
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Die Anlage gemäß Fig.1 kann beispielsweise folgendermaßen arbeiten:
Da die Temperatur der über die Tertiärluftleitung 4 zugeführten Heißgase 750 bis
9500C beträgt, zur Trocknung der Kohle aber nur Gastemperaturen von 300 bis 450"C
benötigt werden, erfolgt je nach Abgastemperatur des Brechers 6 die Zumischung von
Friscluft über den Frischluftstutzen 9. Dqm Brecher 6 wird
stückige,
feuchte Rohkohle (0 bis 50 mm Kantenlänge und 3 bis 15% Feuchtc) zugeführt. Die
eißgase trocknen und transportieren die zerkleinerten Kohlenpartikel (0 bis 3 mm
Kantenlänge und 0,5 bis 3t Feuchte) zum Abscheider 10, der einstellbar ist. Ein
einstellbarer Anteil von 0 bis 60% wird im Kreislauf geführt. Die gesamte eißgasmenge
mit der Feinfraktion des Brennstoffes gelangt in die Tertiärluftleitung 4 bzw. in
die Gasleitung 5 (Calcinationszone), wo Temperaturen von ca. 750 bis 950"C und somit
gute Bedingungen für einen Ausbrand der feinen Partikel herrschen.
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Die Mengendosierung des gesamten Brennstoffes für die Vorcalcination
geschieht mit der Bandwaage 7 für die Rohkohle. Die Aufteilung auf die beiden Fraktionen
erfolgt im einstellbaren Abscheider 10, so daß je nach den Erfordernissen der Ofenanlage
eine Änderung der beiden Fraktionen erfolgen kann.
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Die Anlage gemäß Fig.1 zeichnet sich durch geringe Investitionskosten,
eine hohe Sicherheit (da keine Feinkohle gelagert wird), eine einfache Handhabung
und einen geringen Energiebedarf aus.
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Bei dem in Fig.2 veranschaulichten zweiten Ausführungsbeispiel sind
gleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen wie in Fig.1 bezeichnet. Im Unterschied
zu Fig.1 ist der Abscheider 10 mit einem Filter 20 verbunden, der zur Entstaubung
der Heißgase des Abscheiders 10 dient. Die im Filter 20 abgeschiedene Feinfraktion
gelangt über eine Lei-
tung 21 in die Tertiärluftleitung 4 bzw.
in die Gasleitung 5. Die im Filter 20 gereinigten Heißgase werden über einen Ventilator
22 verworfen.
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Die Anlage gemäß Fig.2 ist wärmewirtschaftlich etwas günstiger als
die Anlage gemäß Fig.1, erfordert jedoch durch den notwendigen Filter 20 etwas höhere
Investitionskosten. Verglichen mit dem Stand der Technik zeichnet sich jedoch auch
die Anlage gemäß Fig.2 durch geringere Investitionskosten, einfachere Handhabung,
geringeren Energiebedarf sowie günstigere Wärmewirtschaft aus.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht
darin, daß man für die Vorcalcination (d.h. für die zusätzliche Erhitzung des vorgewärmten
Gutes vor dem Fertigbrand im Drehrohrofen) einen anderen Brennstoff als für den
Hauptbrenner des Drehrohrofens verwenden kann, wobei dieser andere Brennstoff weniger
fein aufgemahlen werden muß, was die Investitions- und Betriebskosten beachtlich
senkt.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung diene folgendes Arbeitsbeispiel
für einen Ofen mit einer Leistung von 3000 tato und einem spezifischen Wärmeaufwand
von 790 kcal/kg Klinker und einer Brennstoffrate von 55% in der Vorcalcinationszone.
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In diesem Falle werden für die Vorcalcination 9052 kg Kohle/h benötigt,
wenn die Kohle einen unteren Heizwert von 6000 kcal/kg besitzt. Bei einer
Rohkohlefeuchte
von 10% müssen dem Brecher 6 10058 kg/h über die Dosierbandwaage 7 zugeführt werden.
Die Rohkohle mit Stückgrößen von ca.
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0 bis 100 mm wird bevorzugt auf eine Korngröße von 0 bis 3 mm reduziert
und auf eine Restfeuchte von weniger als 2t getrocknet, Das Fertìsprodukt wird danach
pneumcatisc1l oder mechanisch dem Abscheider 10 zuqefdhrt. Nach der Zerlegung in
einzelne Kornfraktionen wird die Korngröße 0 bis 0,5 zum bevorzugt der Vorcalcinationszone
(Gasleitung 5) zugeführt; die Korngröße 0,3 bis 3 mm gelangt in den Einlauf des
Drehrohrofens 1, wobei auch hier der Transport pneumatisch oder mechanisch erfolgen
kann.
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Die Brennstoffaufgabe in die Vorcalcinationszone kann an einer Stelle,
bevorzugte jedoch an mehreren Stellen erfolgen, wobei entweder das gesamte Kornband
aufgegeben oder eine Zerlegung des Kornbandes des Brennstoffes im Klassierer in
mehr als zwei Feinheiten erfolgen kann Die so gewonnenen unterschiedlichen Brennstoffpartikel
werden verschiedenen Brennstellen zugeführt, wobei die Feinanteile bevorzugt näher
an der unteren Zyklonstufe und die Grobanteile nAher am Drehrohrofen aufgegeben
werden.
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In der Praxis erfolgt insoweit eine Anpassung an die jeweils vorliegenden
Verhältnisse. Die Verbrennungsluft für den der Vorcalcinationszone zugeführten Brennstoff
kommt über die Tertiärluftleitunq 4 vom Kühler; die Verbrennungsluftmenge für den
in den Einlauf des Drehrohrofens gegebenen Brennstoff kommt durch den Drehrohrofen
aus dem Kühler.
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Erfolgt ein pneumatischer Transport der Feinkohle vom Abscheider bzw.
Klassierer zur Vorcalcinationszone, so gelangen ca. 0,09 Nm3 Trocknungs- bzw.
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Transportluft pro kg Klinker mit der Kohle in die Vorcalcinationszone
und können dort als Verbrennungsluft verwendet werden. Setzt man die ganze Brennstoffmenge
für die Vorcalcination gleich 100%, so können beispielsweise 2/3 der Brennstoffmenge
in die eigentliche Vorcalcinationszone (Gasleitung 5) und 1/3 in den Einlauf des
Drehrohrofens eingeführt werden.
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