DE3725512C2 - - Google Patents

Description

Aus der Literaturstelle "Zement-Kalk-Gips", 30 (1977), Heft 12, Seiten 597 bis 607 ist ein Verfahren zur thermi­ schen Behandlung von Partikeln bekannt, bei dem die Parti­ keln über einen Schöpfring in die Unterseite eines senkrecht angeordneten, zylindrischen Hauptteils einer Reaktorkammer in einen Heißgasstrom eingeblasen werden. Der Heißgasstrom ist in die Reaktorkammer gerichtet und bildet einen Konvek­ tionsstrom mit den darin befindlichen Partikeln aus, so daß die Wärmeübertragung auf die Partikel in der Schwebe statt­ findet. Nach der thermischen Behandlung werden die Partikel mittels des Heißgasstromes über die obere Auslaßöffnung der Reaktorkammer in ein Zyklon abgeschieden und daran anschlie­ ßend einem Drehrohrofen zugeführt.

Die Zufuhr der Partikel in die Reaktorkammer erfolgt aus­ schließlich aus der bei diesem bekannten Verfahren verwen­ deten dritten Zyklonstufe in den Schöpfring der Reaktor­ kammer, von wo aus die Partikel mittels des Heißgasstromes in die Reaktorkammer mitgerissen und dort in der Schwebe gehalten thermisch behandelt werden. Dabei werden partikel unterschiedlichster Größe von der dritten Zyklonstufe in die Reaktorkammer eingeblasen, so daß die Verweildauer aller Partikel in der Reaktorkammer etwa gleichlang ist und damit eine Wärmeübertragung in etwa gleicher Dosierung auf alle Partikel unterschiedlichster Größe erfolgt. Dies führt dazu, daß die Verweildauer der in der Reaktorkammer in der Schwebe gehaltenen Partikel nach den größten Partikeln bemessen werden muß, um einen ausreichenden Wärmeeintrag in die Partikel dieser Größe zu erzielen. Diese Verweildauer ist aber für Partikel geringerer Größe viel zu lang, so daß insgesamt ein unrentabler Betrieb aus der thermischen Behandlung der Partikel resultiert.

Außerdem würden Partikel geringerer Größe einer viel zu intensiven thermischen Behandlung ausgesetzt werden, so daß eine gezielte thermische Behandlung bei einer vorgegebenen Temperatur und einer vorgegebenen Zeitdauer zur Erzielung eines vorbestimmten Ausbrenngrades nicht möglich ist.

Aus der DE-OS 25 50 418 sowie der DE-OS 25 50 469 ist eine Anlage zum Brennen oder Sintern von feinkörnigem Gut be­ kannt, die mehrere hintereinander geschaltete Zyklone, einen Brennraum, einen Reaktionsraum und eine Kühlzone aufweist. Der Reaktionsraum weist in seinem unteren Bereich zwei Brenner auf und ist in seinem mittleren Bereich mit dem Ausgang des Brennraumes und über eine obere Heißgaslei­ tung mit den Zyklonen verbunden. Das in den Zyklonen über die mit dem Reaktionsraum verbundene Heißgasleitung erhitz­ te Gut gelangt entweder über eine Gutaustragsleitung in den mittels eines Brenners erhitzten Brennraum oder wird unmit­ telbar aus einem Zyklon in die Kühlzone abgeschieden.

Das in den Brennraum gelangende, feinkörnige Gut wird beim Passieren der vom Brenner des Brennraumes erzeugten Flamme weiter erhitzt und gelangt in den Reaktionsraum, der einen zweiten Brennraum bildet und zugleich eine Abscheidezone darstellt. Im Reaktionsraum führt das feinkörnige Gut eine turbulente Wirbelbewegung aus und wird dann über eine Abluftleitung in die Kühlzone abgegeben. Die Abluftleitung zwischen Kühlzone und Reaktionsraum sowie eine weitere Abluftleitung zwischen Kühlzone und Brennraum dienen zur Zufuhr von Heißgasen in den Reaktionsraum bzw. Brennraum aus der das abgeschiedene, gebrannte oder gesinterte fein­ körnige Gut aufnehmenden Kühlzone.

Auch bei diesen bekannten Anlagen wird feinkörniges Gut un­ terschiedlichster Größe über den Brennraum in den Reaktions­ raum eingegeben, ohne daß eine Trennung des Gutes nach Größe oder Gewicht vorgenommen wird. Auch das Abscheiden von feinkörnigem Gut aus dem Zyklon über eine Gutaustrags­ leitung erfolgt unmittelbar in die Kühlzone, ohne daß hierbei eine Auslöse getroffen wird. Dieses abgezweigte feinkörnige Gut erlangt keine hinreichend gezielte thermi­ sche Behandlung im Brenn- bzw. Reaktionsraum, ohne daß Unterschiede hinsichtlich der Verweildauer und der Bewegung des Gutes im Reaktionsraum in Abhängigkeit von der Größe des feinkörnigen Gutes gemacht werden.

Aus der DE-OS 24 11 669 ist eine Vorrichtung zum Kalzinie­ ren von pulverförmigem Material bekannt, die aus einer Kalzinierkammer besteht, die über Zufuhrrohre mit Zyklonen verbunden ist, aus denen das zu behandelnde Gut in den Bodenbereich der Kalzinierkammer gelangt. In der Kalzinier­ kammer ist eine kegelstumpfförmige Wand vorgesehen, die seitliche Ausbuchtungen bildet, während in der Mitte ein Verbrennungsluft- Zufuhrrohr sowie konzentrisch hierzu ein Brennrohr angeordnet sind, so daß der über das Brennrohr zugeführte Brennstoff im Mündungsbereich des Verbrennungs­ luft-Zufuhrrohres entzündet wird.

Auch hier führt zwar das zu kalzinierende Rohmaterial turbulente Bewegungen in der Kalzinierkammer durch, jedoch gelangt das Rohmaterial ausschließlich über die mit den Zyklonen verbundenen Rohre in den Bodenbereich der Kalzi­ nierkammer. Somit wird keine Unterscheidung bezüglich der Größe des zu behandelnden Materials gemacht, und die Ver­ weildauer des Materials in der Kalzinierkammer wird zur gezielten thermischen Behandlung ausschließlich von den größten Teilchen bestimmt.

Aus der DE-OS 25 27 149 ist ebenfalls eine Anlage zur Kalzinierung vorerwärmten, pulverförmigen Rohmaterials bekannt, bei der das Rohmaterial über eine einzige Zufuhr­ leitung in eine Reaktionskammer gelangt, wo es mit Heiß­ gasen durchmischt und durchwirbelt wird. Auch hier werden Teilchen unterschiedlichster Größe gleich behandelt, so daß die Verweildauer der Teilchen in der Reaktionskammer nach dem größten Teilchen bestimmt wird und keine Differenzie­ rung zur optimalen thermischen Behandlung der Partikel vorgenommen wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Partikeln unterschiedlicher Größe anzugeben, das einen hohen Wirkungsgrad aufweist und eine gezielte thermische Behandlung aller Partikel ermög­ licht.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Verfahrensschritte gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden somit Partikel geringer Größe unmittelbar im Bereich der Brennerdüse mit hoher Strömungsgeschwindigkeit in die Reaktorkammer eingeblasen, während größere Partikel über die oberhalb des Diffusors angeordneten Einlaßöffnungen eingegeben werden und zunächst absinken und dann durch den aufwärts gerichte­ ten Heißgasstrom hochgewirbelt werden, so daß sie insgesamt einen längeren Weg beschreiten als die Partikel geringerer Größe, die unmittelbar mit dem Heißgasstrom im Bereich der Einlaßöffnung hochgerissen und über die Auslaßöffnung abgegeben werden.

Diese unterschiedlich lange thermische Behandlung von Partikeln unterschiedlicher Größe bewirkt, daß die Ver­ weildauer sämtlicher Partikel in der Reaktorkammer der jeweiligen Größe angepaßt wird, so daß neben einer geziel­ ten thermischen Behandlung unter Einhaltung einer vorgeb­ baren Temperatur und vorgebbaren Verweildauer in der Reak­ torkammer ein größerer Durchsatz, das heißt ein hoher Wir­ kungsgrad gewährleistet wird, da die Verweildauer sämt­ licher Partikel nicht nach den größten Partikeln bemessen werden muß. Kleinere Partikel können sehr viel schneller durch die Reaktorkammer geschleust werden, und damit insge­ samt einen hohen Materialdurchsatz sicherstellen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfah­ rens sind den Unteransprüchen 2 und 3 zu entnehmen.

Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 4 und 5 gekennzeichnet.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spieles soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Schwebegas-Reaktor;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Schwebegas-Reaktor entlang der Linie A-A gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Partikelbewegung im Bereich des Diffusors des Schwebegas-Reaktors;

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Wärmeeintrags in eine Partikel;

Fig. 5 eine Darstellung eines Teils einer im Trocken- oder Naßverfahren arbeitenden Klinkerbrennanlage mit Vorkalzinierung und

Fig. 6 ein Diagramm zur thermischen Behandlung von Klär­ schlamm.

Der in Fig. 1 dargestellte Längsschnitt durch einen Schwe­ begas-Reaktor 1 zeigt die Reaktorkammer 10, die von einem zylindrischen Hauptteil 11 und einen sich darunter an­ schließenden, sich kegelstumpfförmig verjüngenden Diffusor 12 umschlossen wird. An das obere Ende des zylindrischen Hauptteils 11 schließt sich ein abgewinkeltes Rohr 13 an, durch das die thermisch behandelten Partikel über einen Auslaß 15 austreten und anschließend weiterbehandelt wer­ den.

Am unteren Ende des Diffusors 12 ist eine Einlaßöffnung 14 vorgesehen, in die ein Partikel/Heißgasrohr 43 einmündet. Das Partikel/Heißgasrohr 43 ist an ein Heißgas-Gebläse 41 angeschlossen, über das vorerhitztes Gas in die Brennkammer 10 des Schwebegas-Reaktors 1 eingeblasen wird. In das Partikel/Heißgasrohr 43 mündet ein Partikelrohr 42 ein, über das das thermisch zu behandelnde Material in das Par­ tikel/Heißgasrohr (43) eingedüst wird, wo es vom Heißgas mitgerissen wird.

Vorzugsweise konzentrisch zum Partikel/Heißgasrohr 43 ist eine Brennerdüse 19 eines Reaktorbrenners 18 angeordnet, über die eine Flamme in die Reaktorkammer 10 eingeblasen wird.

Im zylindrischen Hauptteil 11 des Schwebegas-Reaktors 1 sind zwei gegenüberliegende Zusatzöffnungen 16, 17 vorge­ sehen, in die zwei Fallrohre 47, 48 einmünden, über die Par­ tikel mit einem größeren Querschnitt als beispielsweise 0,5 mm in die Reaktorkammer 10 eingeführt werden.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Schwebegas-Reak­ tor 1 entlang der Linie A-A gemäß Fig. 1 und verdeutlicht die Anordnung der beiden Zusatzöffnungen 16, 17, der in die Zusatzöffnungen 16, 17 einmündenden Fallrohre 47, 48 sowie von zwei darin einmündenden Dosierschnecken-Förderrohren 44, 45, die synchron über ein Getriebe 99 von einem Motor 98 angetrieben werden.

Im Zusammenhang mit den schematischen Darstellungen der Fig. 3 und 4 soll die Funktionsweise des Schwebegas- Reaktors gemäß den Fig. 1 und 2 näher erläutert werden.

Das trockene Material, beispielsweise Zement-Rohmehl bzw. vorgetrocknete Zementschlämme, wird kontinuierlich mittels des Heißgas-Gebläses 41 über die Einlaßöffnung 14 der Re­ aktorkammer 10 des Schwebegas-Reaktors 1 zugeführt und mit Hilfe des Reaktorbrenners 18 auf eine Temperatur von ca. 400-500 Grad Celsius erhitzt. Dabei wird jedes einzelne Partikel, das von unten eingeblasen wird und eine Korngröße von weniger als 0,5 mm hat, vom Heißgasstrom erfaßt und umströmt. Fig. 3 verdeutlicht den Konvektionsstrom der Partikel, während Fig. 4 ein einzelnes, gänzlich vom Heißgasstrom umströmtes Partikel zeigt.

Größere, über die Zusatzöffnungen 16, 17 eingetragene Par­ tikel fallen - wie dar schematischen Darstellung gemäß Fig. 3 zu entnehmen ist - in den Diffusor hinab und werden durch das einströmende Heißgas emporgerissen und ebenfalls vollständig vom Heißgas umströmt. Auf diese Weise erfolgt ein äußerst schneller Wärmeeintrag in die einzelnen Parti­ kel, so daß die Verweilzeit im Schwebegas-Reaktor gegenüber konventionellen Wirbelschichtverfahren deutlich verringert und damit insgesamt neben einem wesentlich geringeren Energieverbrauch zum Aufheizen der Partikel ein größerer Durchsatz und damit eine größere Leistung der Gesamtanlage erzielt werden können.

Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt aus einer Klinkerbrennanlage mit einem Schwebegas-Reaktor zum Vorkalzinieren von Zement- Rohmehl oder vorgetrockneter Zementschlämme, wobei die Klinkerbrennanlage alternativ im Trocken- oder Naßverfahren arbeiten kann.

Über ein Silo 40 wird entweder Zementrohmehl oder vorge­ trocknete Zementschlämme an eine Dosierschnecke 46 abgege­ ben, die das Material entweder über Schnecken-Förderrohre 44, 45 dem zylindrischen Hauptteil 11 des Schwebegas-Reak­ tors 1 direkt zuführt oder an ein Partikelrohr 42 abgibt, das in das Partikel/Heißgasrohr 43 einmündet. Dort wird es von dem vom Heißgas-Gebläse 41 erzeugten Heißgasstrom mit­ gerissen und über die Einlaßöffnung 14 in die Reaktorkammer 10 des Schwebegas-Reaktors 1 eingeblasen.

Die in der Reaktorkammer 10 vom Heißgasstrom, der zusätz­ lich vom Reaktorbrenner 18 erhitzt wird, erwärmten und mitgerissenen Partikel werden über die Auslaßöffnung 15 zu einem Kalzinatoreinlaß 51 befördert. Im Kalzinator 5 werden die Partikel im Gegenstrom der austretenden Drehofenabgase weiter erwärmt und gelangen über den Kalzinatorhauptauslaß 52 in einen Drehrohrofen 7, wo sie durch Einwirkung der Ofengase bei ca. 1100 Grad Celsius eine weitere Vorerwär­ mung bis ca. 750 Grad Celsius erfahren.

Durch die hohe Drehrohrofen-Gastemperatur und das niedrige spezifische Gewicht der Heißgase, d. h. den geringen Quer­ schnitt der Gasführung wird ein kleiner Teil der Material­ partikel vom Gasstrom mitgetragen, der über einen Kalzina­ tor-Nebenauslaß 53 in einem nachgeschalteten Abscheidezy­ klon 9 vom Gasstrom getrennt, und gelangt über einen Ein­ trag 91 zum Drehrohrofen 7. Die Abgase aus dem Abscheide­ zyklon 9 werden über einen Abgas-Auslaß 90 abgegeben.

Durch den Einsatz eines Schwebegas-Reaktors 1 in Verbindung mit einem Kalzinator 5 werden folgende Vorteile bei der Herstellung von Zementklinkern im Trocken- oder Naßverfah­ ren erzielt:

• 1. Der Drehrohrofen kann deutlich verkürzt werden, da die sonst im Drehrohrofen erfolgende Vorwärmung und Kalzina­ tion des Materials zum Schwebegas-Reaktor 1 und Kalzina­ tor 5 bzw. Abscheidezyklon 9 verlagert werden, so daß im Drehrohrofen 7 nur der reine Sintervorgang abläuft. Durch die Verkürzung des Drehrohrofens 7 werden auch die Wärmestrahlungsverluste verringert, da zum einen die Temperatur des in den Drehrohrofen 7 eingeblasenen Gases nur auf den Sintervorgang ausgerichtet werden muß und zum anderen wegen der Längenreduzierung eine gerin­ gere wärmeabstrahlende Oberfläche des Drehrohrofens 7 gegeben ist.
• 2. Der Schwebegas-Reaktor 1 und der Kalzinator 5 können soweit abisoliert werden, daß Wärmestrahlungsverluste vernachlässigt werden können.
• 3. Es werden 7-10% Energie eingespart, was in bezug auf die Gesamtanlage bis zu etwa 1/3 Energieeinsparung mit sich bringen kann. Dies bedeutet gegenüber den bei kon­ ventionellen Anlagen erforderlichen 1350-1550 kcal/kg Klinker eine Einsparung von bis zu 100-150 kcal/kg Zementklinker oder insgesamt bis zu 450-550 kcal/kg Zement. Die Gesamtanlage kann somit mit 900-1000 kcal/kg gefahren werden.
• 4. Durch die Reduzierung der Verweilzeiten und eine opti­ mierte Vowärmung und Vorkalzinierung der Feinstpartikel vor Einspeisung in den Drehrohrofen wird bei Drehzahler­ höhung des gekürzten Ofens eine totale Leistungssteige­ rung je nach Ofengröße von bis zu 80% ermöglicht.

Fig. 6 zeigt ein Diagramm der Mengenverhältnisse bei der Aufbereitung von Klär- oder Industrieschlämmen und ver­ deutlicht die Wirksamkeit der vorstehend beschriebenen Anlagen. Durch die thermische Behandlung des Schlammes werden dem Schlamm ca. 70% Wasser entzogen, so daß von 100% Schlamm 30% Trockenstoffe übrigbleiben. Durch Glühverlus­ te werden noch einmal ca. 30% der Trockenstoffe reduziert, so daß ein Ascheanteil von ca. 21% der ursprünglich 100% Klär- oder Industrieschlamm übrigbleibt. Durch Zugabe eines Zuschlagstoffes, beispielsweise Ton, kann aus der verblei­ benden Asche ein von Giftstoffen freier Zuschlagstoff gewonnen werden, der einer beliebigen Verwendung zugeführt werden kann.

Claims (5)

1. Verfahren zur thermischen Behandlung von Feststoffpar­ tikeln, wobei solche Partikel in einem Heißgasstrom durch einen Diffusor in die Unterseite eines im wesentlichen senk­ recht angeordneten, zylindrischen Hauptteils einer Reaktor­ kammer eingeblasen werden, dort einen Konvektionsstrom ausbilden und mit dem Heißgasstrom durch eine von der Oberseite des zylindrischen Hauptteils abgehende Auslaß­ öffnung abgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Heißgasstrom eingedüsten, ringförmig um eine in der Einlaßöffnung am unteren Ende des Diffusors ange­ brachte Brenndüse in die Reaktionskammer eingeblasenen Partikel eine vorgegebene, maximale Größe nicht überschrei­ ten, und daß Partikel, die die vorgegebene maximale Größe überschreiten, in einen oberhalb des Diffusors liegenden Teil der Reaktionskammer eingeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel, die die vorgegebene maximale Größe überschrei­ ten, symmetrisch zur Achse des zylindrischen Hauptteils der Reaktionskammer durch Zusatzöffnungen eingegeben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß Partikel mit einer vorgegebenen maximalen Größe von 0,5 mm ringförmig um die Brennerdüse eingeführt werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3 mit einer Reaktionskammer aus einem zylindrischen Hauptteil, einem sich ans untere Ende des zylindrischen Hauptteils anschließenden, kegelstumpfförmi­ gen, sich nach unten verjüngenden Diffusor, der an seinem unteren Ende mit einer Einlaßöffnung versehen ist, und einer vom oberen Ende des zylindrischen Hauptteils abgehen­ den Auslaßöffnung für die Partikel, dadurch gekennzeichnet, daß eine Brennerdüse (19) - vorzugsweise konzentrisch - in der Einlaßöffnung (14) mit einer in die Reaktionskammer (10) gerichteten Heizflamme angeordnet ist, daß die Einlaß­ öffnung (14) mit einem Rohr (43) zur Zufuhr des Partikel-/- Heißgasstromes verbunden ist, wobei in das Rohr (43) eine Rohrdüse (42) für die Partikel mündet und an das Rohr (42) ein Heißgasgebläse (41) angeschlossen ist, und daß mehrere symmetrisch zur Achse des zylindrischen Hauptteils (11) der Reaktionskammer (10) angeordnete Zusatzöffnungen (16, 17) vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzöffnungen (16, 17) mit Fallrohren (47, 48) in Verbindung stehen.