DE3525216A1

DE3525216A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von weissem zementklinker

Info

Publication number: DE3525216A1
Application number: DE19853525216
Authority: DE
Inventors: Vinay Kumar Kopenhagen/Koebenhavn Bhatia
Original assignee: FLSmidth and Co AS
Current assignee: FLSmidth and Co AS
Priority date: 1984-11-29
Filing date: 1985-07-15
Publication date: 1986-05-28
Also published as: JPS61132551A; DK366185D0; CN85106835A; GB2167740A; DK366185A; GB8430201D0; FR2573750A1; GB8519469D0

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von weißem

Zementklinker

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von weißem Zementklinker in einer Drehofenanlage .

Weiße Zemente können von herkömmlichen Portland-Zementen durch ihre Farbe unterschieden werden, sind aber mit diesen ansonsten im wesentlichen identisch hinsichtlich ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften und hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung. Im allgemeinen besitzt das Rohmaterial die folgende Zusammensetzung: 75 bis 85% Kalkstein, 5 bis 20% Kaolin oder Ton, und 4 bis 15% Sand. Der Gehalt an bestimmten Elementen, insbesondere an Eisen, Mangan und Chrom, in den Rohmaterialien muß jedoch so niedrig wie möglich gehalten werden, um die wirklich weiße Farbe des Zements gewährleisten zu können.

Im allgemeinen sollten weiße Zementklinker weniger als 0,40% Fe2O3» 0,040% MnO und 30 ppm Cr2O3 enthalten. Da etwa 0,05 bis 0,10% Fe2C>3 aus der Verunreinigung während der Herstellung des weißen Zements stammen, sollte das Rohmaterial für weißen Zement mindestens den nachfolgenden Bedingungen genügen: der Kalkstein sollte weniger als 0,25% Fe2C>3, das Kaolin bzw. der Ton normalerweise nicht mehr als 0,5% Fe2Ü3 und der Sand weniger als 0,2% enthalten.

Da die oben angegebenen Elemente jedoch nicht vollständig vermieden werden können und da es die Metallionen mit hoher Valenzstufe sind, die das höchste Lichtab-

Sorptionsvermögen besitzen, ist es für die Erreichung einer hohen Weiße von großer Bedeutung, daß die Metalle auf einer niedrigen Valenzstufe gehalten werden. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Klinker in einer reduzierenden Atmosphäre gehalten werden, bis sie eine Temperatur unterhalb derjenigen aufweisen, bei der eine Oxidation auftreten würde, wenn sie Luft direkt ausgesetzt würden.

Bei der Herstellung von weißem Zement ist es beispielsweise aus der GB-PS 8 14 836 bekannt, das Rohmaterial in einen Drehofen einzuführen, wo es zu Zementklinker gesintert wird, der dann den Ofen bei etwa 1200⁰C verläßt, um in einen Trommeltrockner mit einem reduzierenden Gas eingeführt und von diesem in Wasser in einem Tank abgeführt zu werden, und daß danach der Klinker gekühlt und mittels eines Förderers abgeführt wird. Diese Verfahrensweise ist dadurch nachteilig, daß dabei die Klinker schnell getrocknet und daher mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 12 bis 18% mit einer entsprechenden Schwäche der Zementfestigkeit abgeführt werden müßen und daß, wenn schwere Brennöle zur Erzeugung des Gases in dem Trommeltrockner verwendet werden, in den Klinkern häufig Kohlenstoffflecken festgestellt werden. Eine Alternative der Trocknung des Klinkers mit heißen Ofenabgasen ist dadurch nachteilig, daß der Klinker mit Ofenstaub verunreinigt wird, und sogar dann, wenn die Trocknung schnell durchgeführt wird, ist es unvermeidbar, daß der Klinker eine gewisse Feuchtigkeitsmenge absorbiert, die die Zementfestigkeit schwächt. Des weiteren ist das Kühlen des Klinkers in einem Wassertank dadurch nachteilig, daß der Wasserdampf durch den Ofen geführt werden muß und hierdurch einen nachteiligen Einfluß auf den Temperaturgradienten ausübt, die Gasdurchlaufbelastung des Ofens erhöht und zu einem nahezu vollständigen Verlust der in dem Klinker enthaltenen Wärme führt.

Die einzigen akzeptablen Brennstoffe zur Beheizung waren bisher Öl oder Gas, während Kohle nicht verwendet werden konnte wegen der Verunreinigung, die aus der Kohlenasche resultiert, und wegen der fehlenden Fähigkeit der Kohle, eine ausreichend hohe Temperatur in der Klinkersinterzone sicherzustellen. Der für diesen Zweck verwendete Brennstoff muß ein solcher mit ausreichend hohem Heizwert sein derart, daß die adiabatische Flammentemperatur im Bereich von 1850 bis 2050⁰C liegt. Nur Öl und Gas mit einer adiabatischen Verbrennungstemperatur nahe 2015⁰C haben bisher diese Forderung erfüllt, die die Verwendung eines Brenngases mit niedrigem Heizwert verhindert hat, das im Wege der Kohlevergasung erzeugt wird, da die adiabatische Flammentemperatur hier nur bei etwa 1840°C bei einer typischen Gasauslaßtemperatur von 400⁰C aus einem Vergaser liegt.

Die Nachteile der bekannten Verfahren zur Herstellung von weißem Zement können wie folgt zusammengefaßt werden:

- Ausschließlich hohe Heizwerte und daher verhältnismäßig kostspielige Brennstoffe sind verwendbar.

- Das Eintauchen der Klinker in Wasser führt zu einer Restfeuchte von 12 bis 18%, die die Zementfestigkeit schwächt und zu einem unerwünschten Temperaturgradienten und zu einer Erhöhung der Gasbelastung des Ofens führt.

- Die Beseitigung der Restfeuchte aus dem Klinker mittels eines Öl-Trommeltrockners oder durch Verwendung von heißen Ofenabgasen kann zu Kohlenstoffflecken und Staubverunreinigung führen.

- Die fehlende Möglichkeit der Rückgewinnung des Klinkerwärmegehalts .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend angegebenen Schwierigkeiten bei der Herstellung von weißem Zement zu überwinden.

Dies wird erfindungsgemäß erreicht mittels eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Herstellung von weißem Zementklinker in einer Drehofenanlage, wobei die aus dem Ofen abgeführten Klinker in einer reduzierenden Atmosphäre in einer ersten Wärmetauscher- oder Kühlerstufe durch direkten Wärmeaustausch mit einem Brenngas mit niedrigem Heizwert auf eine Temperatur unterhalb derjenigen abgekühlt werden, bei der eine Reoxidation stattfinden würde, wenn die Klinker in direktem Kontakt mit Luft stünden, und wonach die Klinker in einer zweiten Wärmetauscher- oder Kühlerstufe durch direkten Kontakt Kühlluft gekühlt werden und wobei das so in der ersten Kühlerstufe vorerwärmte Brenngas mit niedrigem Heizwert in den Drehofen als Brennstoff und die in der zweiten Kühlstufe vorerwärmte Kühlluft in den Drehofen als Verbrennungluft eingeführt werden.

Somit ist es erfindungsgemäß möglich, einen erheblichen Teil des Wärmegehalts der heißen Klinker zurückzugewinnen und gleichzeitig das Brenngas mit dem niedrigen Heizwert auf eine annehmbare Temperatur zu erwärmen bzw. aufzuheizen, wodurch dieses Gas für die direkte Befeuerung des Ofens verwendbar gemacht wird.

Das Brenngas mit niedrigem Heizwert wird definiert als Brenngas mit einem Heizwert von 890 bis 1335 kcal/m^.

Die Klinker werden mit dem Brenngas mit dem niedrigen Heizwert in einem Wärmetauscher oder Kühler in Berührung gebraucht, der ein Drehkühler, ein Festbettkühler, ein Fluidbettkühler oder ein Zyklonkühler sein kann. Das Brenngas mit dem niedrigen Heizwert kann somit auf eine Temperatur von mindestens 850⁰C aufgeheizt werden, wodurch eine adiabatische Flammentemperatur von etwa 1950⁰C ermöglicht wird, und die Klinker können auf eine Temperatur von mindestens 600⁰C abgekühlt werden. Somit

werden die Klinker auf eine Temperatur unterhalb derjenigen abgekühlt, bei der eine Oxidation auftreten würde, und somit wird der im Klinker weiterhin enthaltene Wärmegehalt durch seine Kontaktierung mit Luft in einem Wärmetauscher oder Kühler mit direktem Kontakt zurückgewonnen, und zwar vorzugsweise in einem solchen desselben Typs wie der Kühler für das Brenngas mit dem niedrigen Heizwert, wobei die so vorerwärmte Luft als Verbrennungsluft in dem Ofen verwendet wird.

Erfindungsgemäß werden die Klinker zuerst mittels eines Wasserssprays auf etwa 1100⁰C in dem unteren Ende des Ofens abgekühlt, wie dies beispielsweise aus der GB-PS 11 71 568 bekannt ist. Auf diese Weise wird eine geforderte Zementfestikeit, die aus dem schnellen Löschen resultiert, erreicht, wobei der Wärmegehalt des Klinkers noch ausreicht, um das in dem ersten Wärmetauscher verwendete Brenngas mit dem niedrigen Heizwert auf eine Temperatur aufzuheizen, in deren Folge das Gas zur direkten Befeuerung verwendet werden kann, wobei derselbe Wärmetauscher auch als Mittel zur Reduzierung des Feuchtegehalts der Klinker dient.

Die Klinker sollten vorzugsweise unter 600⁰C in dem Kühler für das Brenngas mit dem niedrigen Heizwert abgekühlt werden, wodurch eine Oxidierung der Kliker verhindert wird, wenn sie Luft ausgesetzt werden. Die für diesen Zweck bevorzugte Kühlzeit liegt zwischen 5 und 10 Minuten.

Das Gas mit dem niedrigen Heizwert kann im Wege der Kohlevergasung erzeugt werden. Kohlevergaser können leicht ein Brenngas mit einem niedrigen Heizwert liefern, dessen Aschegehalt ausreichend niedrig für den Verfahrensbedarf ist, und ein Partikelabscheidefilter kann nötigenfalls hinter dem Vergaser Verwendung finden. Ein Beispiel eines Vergasers für diesen Zweck ist der Foster-

. 9.

Wheeler-Kohlevergaser, der ein sogenannter zweistufiger Festbettvergaser ist, bei dem an der Oberseite des Vergasers zugeführte und durch diesen nach unten strömende Kohle in einer aufwärts strömenden Mischung aus Luft und Dampf vergast wird. Die obere Stufe des Vergasers erzeugt ein verhälnismäßig kühles Gas (120⁰C) durch Destillation flüchtiger Kohle. Das Gas wird durch einen Teerzyklon geführt, um die schwersten Bestandteile zu entfernen. Die untere Stufe des Vergasers erzeugt Gas bei 600^eC aus der Vergasungszone. Dieses Gas wird in einem Zyklon entstaubt und anschließend dem von oben stammenden Gas zugegeben, um ein Gas mit niedrigem Heizwert bei 400⁰C zu liefern. Durch die Verwendung eines solchen Vergasers und das Vorheizen des Gases auf mindestens 85O⁰C ist es möglich, ein verhälnismäßig preiswertes Kohlengas als Brennstoff zur Befeuerung des Ofens zu verwenden.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen, die eine erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von weißem Zement im scheraatischer Darstellung zeigt.

Durch einen Einlaß 1 wird Rohmehl in einen Vorwärmer 2 eingeführt, wo es durch heißes Gas eines Drehofens 5 vorerwärmt wird. Das vorerwärmte Rohmaterial wird dem Ofen 5 über eine Leitung 3 zugeführt. Während des Durchlaufs vom oberen Ende zum unteren Ende des Ofens wird das behandelte Material bei einer Temperatur in der Größenordnung von 1400 bis 1500° C in der Klinkerungszone des Ofens verklinkert. Am Auslaßende des Ofens werden die Klinker mit Wasser besprüht, das durch eine Leitung 7 zugeführt wird, und auf etwa 1100° C abgekühlt. Die Klinker gelangen dann über eine Leitung 7 zu einem ersten Kühler 9, wo sie durch direkten Kontakt mit einem Brenngas mit niedrigem Heizwert, das über eine Leitung 11 eingeführt wird, auf eine Temperatur von etwa 600°C

gekühlt werden. Von hier gelangen die Klinker über eine Leitung 12 zu einem zweiten Kühler 13, wo sie durch direkten Kontakt mit Luft, die über eine Leitung 14 eingeführt wird, auf eine Temperatur von 100 bis 150⁰C gekühlt werden, wonach die Klinker aus dem Kühler 13 über eine Leitung 15 abgeführt werden.

Das Brenngas mit dem niedrigen Heizwert stammt aus einem Kohlenvergaser 19 mit Einläßen 16, 17 und 18 für Kohle, Luft und Dampf. Die Kohle wird über den Einlaß 16 eingeführt .

Über eine Leitung 20 wird das Brenngas mit dem niedrigen Heizwert einem Filter 21 zugeführt, wo Asche und andere Partikel über einen Auslaß 22 aus dem Gas entfernt werden, das anschließend dem Kühler 9 über die Leitung 11 zugeführt wird.

Das Brenngas mit dem niedrigen Heizwert verläßt den Filter mit etwa 400°C und wird durch direkten Kontakt mit den Klinkern im Kühler 9 auf etwa 850⁰C aufgeheizt, was eine adiabatische Flammentemperatur von etwa 1950°C ermöglicht, und wird danach in das Auslaßende des Drehofens 5 über die Leitung 8 eingeführt. Die in dem zweiten Kühler 13 verwendete Luft wird über die den Einlaß bildende Leitung 14 eingeführt und durch die Klinkercharge in diesem Kühler auf 300 bis 500⁰C aufgeheizt und aus dem Kühler über die Leitung 10 als Verbrennungsluft dem Auslaßende des Ofens zugeführt.

Das Ofengas strömt über eine Steigleitung 4 zum Vorwärmer 2, wo es zum Vorwärmen des Rohmaterials durch direkten Wärmeaustausch verwendet wird. Vom Vorwärmer aus gelangt das Ofengas über eine Leitung 23 zu einer nicht dargestellten Filtereinrichtung und einem Kamin.

Das nachfolgende Beispiel dient zur weiteren Erläuterung

der erfindungsgemäß erreichten Vorteile.

0,766 kg Brenngas mit niedrigem Heizwert/kg Klinker wird dem Drehofen über den ersten Kühler zugeführt. Die Auslaßtemperatur des Brenngases mit dem niedrigen Heizwert, wenn dieses aus dem ersten Kühler austritt, liegt bei etwa 850⁰C, was zu einer adiabatischen Flammentemperatur von etwa 1950⁰C im Vergleich zu einer adiabatischen Flainmentemperatur von etwa 1840⁰C für das Brenngas mit dem niedrigen Heizwert bei 400⁰C führt, wenn letzteres nicht in der ersten Kühlerstufe aufgeheizt wurde. Die Klinker gelangen dann zu dem zweiten Kühler, dem Luftkühler, wo 1,39 kg Luft/kg Klinker verwendet werden, so daß die Kühlerabluft den Kühler bei einer Temperatur von 300 bis 500°C verläßt. Die aus dem ersten Kühler zurückgewonnene Wärme beläuft sich bei etwa 125 kcal/kg, und die aus dem zweiten Kühler zurückgewonnene Wärme liegt ebenfalls bei 125 kcal/kg, so daß sich eine zurückgewonnene Wärme für das System von insgesamt 2 50 kcal/kg Klinker ergibt.

- Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von weißem Zementklinker in einer Drehofenanlage mit einer Vorwärmerstufe, einem Drehofen zum Brennen und Sintern des behandelten Rohmaterials und einer Kühlstufe zum Kühlen des gesinterten Materials, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinker in einer ersten Wärmetauscherstufe in einer reduzierenden Atmosphäre durch direkten Wärmeaustausch mit einem Brenngas mit niedrigem Heizwert auf eine Temperatur unterhalb derjenigen abgekühlt werden, bei der eine Reoxidation stattfinden würde, wenn die Klinker mit Luft in direktem Kontakt stünden, wonach das so vorerwärmte Brenngas mit dem niedrigen Heizwert in den Drehofen als direkter Befeuerungsbrennstoff eingefüht wird, und daß die die erste Wärmetauscherstufe verlassenden Klinker einer zweiten Wärmetauscherstufe zum weiteren Kühlen auf etwa 100 bis 150⁰C durch direkten Kontakt mit atmosphärischer

Luft zugeführt werden, die hierdurch auf eine Temperatur von 300 bis 500⁰C erwärmt wird, wobei die so vorerwärmte Kiihlerabluft von hier in den Drehofen als Verbrennungsluft eingeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinker zuerst in oder an dem Auslaßende des Ofens auf eine Temperatur im Bereich von 1400 bis 1100⁰C durch Kontakt mit einem Wasserspray vorgekühlt werden, bevor sie durch das Brenngas mit dem niedrigen Heizwert gekühlt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Brenngas mit dem niedrigen Heizwert durch Kohlevergasung erzeugt und auf mindestens 850⁰C in der ersten Wärmetauscherstufe erwärmt wird.

4. Anlage zur Herstellung von weißem Zementklinker nach dem Verfahren der vorausgehenden Ansprüche und mit einem Vorwärmer zum Vorwärmen von Rohmaterialien mit-

/ tels heißer Ofengase, mit einem Ofen zum Brennen und

Sintern der Rohmaterialien zu Klinker und mit einer Kühlerstufe zum Kühlen der in dem Ofen erzeugten Klinker, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlerstufe einen ersten Wärmetauscher oder Kühler (9), der ein Kühler zum Kühlen der Klinker in direktem Kontakt mit einem Brenngas mit niedrigem Heizwert ist, das dem Kühler (9) von einem Vergaser (19) aus zuführbar ist, und einen zweiten Wärmetauscher oder Kühler (13) umfaßt, der ein Kühler zum weiteren Kühlen der Klinker in direktem Kontakt mit Luft ist.

5. Anlage nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Leitung (8) zur Zuführung des in dem ersten Wärmetauscher oder Kühler (9) vorerwärmten Brenngases mit dem niedrigen Heizwert zu dem Ofen (5) als Brennstoff und durch eine Leitung (10) zur Zuführung der in dem

zweiten Wärmetauscher oder Kühler (13) vorerwärmten Versorgungsluft zu dem Ofen (5) als Verbennungsluft.