DE3925474A1

DE3925474A1 - Verfahren zur waermebehandlung von feinkoernigem gut

Info

Publication number: DE3925474A1
Application number: DE19893925474
Authority: DE
Inventors: Hans Gerd Dipl Ing Schulte
Original assignee: Krupp Polysius AG
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1989-08-01
Filing date: 1989-08-01
Publication date: 1991-02-07

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine An lage zur Wärmebehandlung von in feinkörniger Form vorliegendem Gut, insbesondere zur Herstellung von Branntkalk aus feinkörnigem Kalkstein.

Die Verarbeitung von feinkörnigem Kalkstein zu einem hochwertigen Branntkalk mit einem breiten Anwendungs spektrum ist nach dem bisherigen Stand der Technik nicht möglich. Der bei der Aufbereitung des Rohgesteins zwangsläufig in feinkörniger Form anfallende Kalkstein kann in üblichen Brennanlagen, wie Schacht- oder Dreh rohröfen, nicht calciniert werden. Der Schachtofen erfordert Körnungen über 20 mm, vorzugsweise über 40 mm, da sich die Permeabilität der Materialsäule im Schacht bei kleineren Körnungen drastisch verringert. Im Drehrohrofen können zwar Körnungen unter 20 mm ge brannt werden; es ist jedoch praktisch nicht möglich, ein hinsichtlich des Brenngrades homogenes Produkt zu erzeugen. Körnungen unter 5 mm sind für den Dreh rohrofen wegen der Gefahr des Überbrennens der Fein fraktionen unter 2 mm ungeeignet.

Schwebegascalcinatoren sind zwar zur Calcination von feinkörnigen Carbonaten besonders gut geeignet, liefern jedoch ein Produkt, das sich durchweg durch eine sehr hohe Reaktivität auszeichnet. Die in der DIN 1060 (Baukalk) geforderten Werte für die Reakti vität (d. h. T₆₀-Wert der Naßlöschkurve) und auch für Ergiebigkeit und Kornfeinheit nach dem Löschen werden nicht erreicht. Für Branntkalk aus Schwebegas calcinatoren ist eine sehr steil ansteigende Naßlösch kurve mit einem T₆₀-Wert von meist unter 30 s charakteristisch. Somit haben diese hochreaktiven Branntkalke einen sehr begrenzten Anwendungsbereich. Sie können z. B. für bestimmte metallurgische Prozesse eingesetzt werden, sind jedoch als Baukalk und für die Herstellung von Kalksandsteinen und Gasbeton nicht ver wendbar.

Ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des An spruches 1 sowie eine Anlage gemäß dem Gattungsbe griff des Anspruches 9 (wobei das mehrstufig vorge wärmte feinkörnige Gut in einem Schwebegascalcinator gebrannt wird) sind beispielsweise durch die EP-B-1 79 208 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver fahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Anlage gemäß dem Gattungsbegriff des An spruches 9 so auszubilden, daß die Produktqualität vom höchstreaktiven Weichbrand bis zum reaktions trägen Hartbrand stufenlos einstellbar ist und ein über das gesamte Kornspektrum homogener Brenngrad erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn zeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 9 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen stand der Unteransprüche.

Durch die Calcinierung des feinkörnigen Gutes im Schwebegascalcinator wird ein über das gesamte Korn spektrum homogener Brenngrad erzielt. Indem nun er findungsgemäß dieser Calcinierstufe eine Temperstufe nachgeschaltet wird, bei der das Material etwa bei Calciniertemperatur über einen definierten Zeitraum zwischengelagert wird (wobei Verweildauer und Temper temperatur den Erfordernissen des Produktes angepaßt werden können), läßt sich die Produktqualität vom höchstreaktiven Weichbrand bis zum reaktionsträgen Hartbrand stufenlos einstellen.

Bei den der Erfindung zugrundeliegenden Versuchen hat sich jedoch herausgestellt, daß eine Temperung von feinkörnigem Gut unzweckmäßig ist, da das calcinierte, feinkörnige Gut sehr schlechte Fließeigenschaften be sitzt. So weisen Branntkalke im heißen Zustand ein so ungünstiges Fließ- und Austragsverhalten auf, daß es in einem zum Zwecke der Temperung verwendeten ein fachen Lagerbehälter zu Kernfluß konmt, der die Ein haltung definierter Lagerzeiten unmöglich macht.

Erfindungsgemäß erfolgt daher nach dem Brennen und Zwischenkühlen des feinkörnigen Gutes zunächst eine Heiß-Kompaktierung, bei der in einer Kompaktierstufe mechanisch feste Agglomerate (Briketts oder Schülpen bzw. Sticks) gebildet werden. Diese Agglomerate können dann in einer Temperstufe in Form einer gasdurch lässigen Schüttung während einer einstellbaren Zeit bei einer erhöhten Temperatur gehalten werden, wobei dieses grobstückige Material gute Fließ- und Austrags eigenschaften besitzt, so daß die Einhaltung einer gleichmäßigen, definierten Lagerzeit für das gesamte Gut gewährleistet ist und betriebliche Störungen ver mieden werden.

Ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Zeichnung veranschaulicht.

Die Anlage enthält einen aus den Zyklonen 1, 2 und 3 bestehenden 3-stufigen Zyklonvorwärmer 4, dem ein Schwebegascalcinator 5 nachgeschaltet ist, der im unteren Bereich einen oder mehrere, vorzugsweise drei Calcinierbrenner 6 enthält und am Ende einer Gasleitung 7 einen Zyklon 8 aufweist.

Die Anlage enthält weiterhin einen Zyklon 9, der eine erste Kühlstufe bildet und unmittelbar unter dem Schwebegascalcinator 5 angeordnet ist.

Weiterhin ist eine Heißkompaktierstufe 10 vorgesehen, die einen Aufgabeschacht 11, eine Zuführschnecke 12 und Kompaktierwalzen 13 enthält.

Der Heißkompaktierstufe 10 ist ein Sieb 14 nachge schaltet.

Weiterhin enthält die Anlage eine Temperstufe 15, die im wesentlichen als ein durch Brenner 16 beheizter Schacht ausgebildet ist. Unter der Temperstufe 15 befindet sich eine zweite Kühlstufe 17.

Der zweiten Kühlstufe 17 ist ein Austragsgefäß 18, ein Zwischenförderer 19 und ein Silo 20 nachgeschaltet.

Die Anlage enthält weiterhin eine Kühlluftquelle 21 sowie einen Entstaubungszyklon 22 für Kühlluft.

Dem Zyklonvorwärmer 4 ist ein Filter 23 nachgeschaltet, vom dem eine Staubleitung 24 zu einer Gutleitung 25 führt, die den Gutaustrag des Zyklons 8 mit einer zum Kühlzyklon 9 führenden Gasleitung 26 verbindet. Weite re Staubleitungen 27, 28 führen vom Filter 23 zum Schwebegascalcinator 5 bzw. zu der Gaseintrittsleitung 29 des Zyklons 3.

Die Funktion der in der Zeichnung veranschaulichten Anlage ist erfindungsgemäß wie folgt:

Das feinkörnige Gut, beispielsweise Kalkstein, wird dem Zyklonvorwärmer 4 durch eine Aufgabeeinrichtung 30 zugeführt. Es wird in dem Zyklonvorwärmer 4 mit den heißen Abgasen des Schwebegascalcinators 5 getrocknet und vorgewärmt und anschließend im Schwebegascalcinator 5 gebrannt. Das im Zyklon 8 abgeschiedene gebrannte Gut wird dann im Zyklon 9, der die erste Kühlstufe bildet, auf eine für die nachfolgende Heißkompaktierung gewünschte Temperatur gekühlt.

Die Heißkompaktierung in der Heißkompaktierstufe 10 wird vorzugsweise bei einer Kaustertemperatur von 400 bis 600°C durchgeführt. In der Heißkompaktierstufe 10 wird das feinkörnige Calcinat zu Briketts oder Schülpen verpreßt. Da nur mechanisch feste Agglomerate in die nachfolgende Temperstufe 15 gelangen sollen, wird das heißverpreßte Material beim Transport zur Heißabsiebung 14 und bei der Heißabsiebung selbst mechanisch stark beansprucht. Der abgesiebte Feinan teil wird zur Brikettierung erneut in die Heißkompak tierstufe 10 zurückgeführt.

Die in der Heißkompaktierstufe 10 gebildeten Agglo merate werden der Temperstufe 15 zugeführt. Hier er folgt die Aufheizung der Agglomerate auf die gewünschte Temperatur über ringförmig am Schacht angebrachte Öl-, Gas- oder Kohlebrenner 16 oder durch eine (nicht ver anschaulichte) Heißgasringleitung.

Unterhalb der Temperstufe 15 befindet sich die Kühl stufe 17, in der die Agglomerate mit Luft im Gegen strom auf 60 bis 120°C gekühlt werden. Das gekühlte Gut gelangt dann über das Austragsgefäß 18 und den Zwischenförderer 19 in das Silo 20.

Die Heißgase, die nach Durchströmen der Gutschüttung in der schachtförmigen Temperstufe 15 den Schacht ver lassen, werden zusammen mit der hochtemperierten Kühl luft aus der Kühlstufe 17 (die im Zyklon 22 zunächst noch entstaubt wird) sowie zusammen mit der Kühlluft des die erste Kühlstufe bildenden Zyklons 9 dem Schwebegascalcinator 5 zugeführt. Auf diese Weise kann eine sonst bei Schwebegascalcinatoren erforder liche Brennkammer zur Vorwärmung der Verbrennungs luft entfallen.

Wird Filterstaub aus der Feinkalkcalcinierung zusammen mit dem Frischgut dem Schwebegascalcinator zugeführt, so kann dieser Filterstaub die Fließeigenschaften des feinkörnigen Aufgabegutes in erheblichem Maße ver schlechtern. Schaukelt sich der Filterstaubkreislauf gar auf, so kann der Betrieb durch Verstopfung von Zyklonen und Gutleitungen erheblich gestört werden oder ganz zum Erliegen kommen.

Bei der in der Zeichnung veranschaulichten erfindungs gemäßen Anlage wird demgemäß im Filter 23 anfallender Filterstaub, der bereits teilcalciniert ist, teil weise oder vollständig dem aus dem Zyklon 8 ausgetrage nen Kauster vor Eintritt in den Zyklon 9 der ersten Kühlstufe zugemischt. Die Restcalcinierung des Filter staubes erfolgt bei der Vermischung mit dem aus dem Zyklon 8 ausgetragenen heißen Kauster sowie in der nachfolgenden Temperstufe 15.

Aus wärmewirtschaftlichen Gründen kann es jedoch ange zeigt sein, den im Filter 23 anfallenden Filterstaub aufzuteilen, wobei ein Teil (Staubleitung 24) mit dem Kauster (nach Zwischenkühlung im Zyklon 9) der Heiß kompaktierstufe 10 zugeführt wird, während der andere Teil (mengenmäßig so eingestellt, daß von ihm keine Störeinflüsse auf den Anlagenbetrieb ausgehen) entweder (Staubleitung 28) vor dem Zyklon 3 in den Zyklonvor wärmer 1 oder (Staubleitung 27) direkt in den Schwebe gascalcinator 5 geführt wird.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung diene folgendes

Beispiel

Ein dichter, diagenetisch stark verfestigter Kalkstein, der in der Körnung kleiner 10 mm vorlag, wurde in einem Hammerbrecher mit Stromsichter auf eine Korn größe kleiner 2 mm zerkleinert. Der Anteil der Fein fraktion unter 32 µm betrug 28%.

Versuch 1

Der zerkleinerte Kalkstein wurde in einem Schwebegas calcinator bei 1030°C Calciniertemperatur thermisch behandelt. Das Produkt hatte einen Rest-CO₂-Gehalt von unter 2,1%, bei einem T₆₀-Wert unter 30 s. Es wurde versucht, durch Steigerung der Calciniertemperatur bis auf 1150°C den T₆₀-Wert zu erhöhen, d. h. die Reakti vität des Produktes zu verringern. Bei dieser über höhten Temperatur stieg der T₆₀-Wert jedoch lediglich auf ca. 120 s an. Da ein T₆₀-Wert von 4-8 Minuten angestrebt wurde, war das Ergebnis nicht zufrieden stellend.

In dieser Versuchseinstellung wurde der Filterstaub mit dem Aufgabegut in die Anlage zurückgeführt. Die Filterstaubmenge stieg in den ersten 24 Stunden auf 20%, nach 48 Stunden bereits auf über 35% (bezogen auf die Aufgabemenge). Durch den steigenden Filter staubanteil in dem Aufgabegut stellte sich ein pul sierender Materialfluß ein; bei ca. 35% Filterstaub anteil traten in vertärktem Maße Anbackungen auf, so daß die Anlage stillgesetzt werden mußte.

Versuch 2

Hierbei wurde die Anlage nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben. Die Calcination wurde bei ca. 1000°C durchgeführt, wobei sich ein Rest-CO₂-Gehalt von 2,8% einstellte. Der T₆₀-Wert des calcinierten Gutes lag (wie bei Versuch 1) bei unter 30 s. Der Kauster wurde in einem einstufigen Zyklonkühler auf ca. 650°C abgekühlt und nachfolgend in einer Heiß brikettierpresse zu mandelförmigen Briketts verpreßt. Nach der Heißabsiebung gelangten die Briketts mit ca. 450 bis 500°C in die schachtförmige Temperstufe. Hier wurden sie mit Heißgasen, die über ringförmig um den Schacht angeordnete Brenner erzeugt wurden, auf ca. 1000°C aufgeheizt. Die Verweildauer in dieser Temperstufe betrug für die Erwärmung auf 1000°C und die folgende Temperung insgesamt ca. 35 Minuten. Nach der Temperung wurden die Briketts im unteren Schacht teil mit Luft auf ca. 80°C gekühlt. Die erwärmte Kühlluft wurde unterhalb der Brennerebene über eine Ringleitung abgesaugt und dem Calcinator als Verbren nungsluft zugeführt.

Die Untersuchung der abgekühlten Briketts ergab einen T₆₀-Wert von 8 Minuten 35 s und einen Rest-CO₂-Gehalt von 0,45%.

In einer Versuchsvariante wurde die Durchlaufzeit durch die Erwärmungs- und Temperzone auf 20 Minuten verkürzt. Hierbei stellte sich ein T₆₀-Wert von 5 Minuten 35 s und ein Rest-CO₂-Gehalt von 0,7% ein.

Der Filterstaub des Schwebegascalcinators, dessen Menge ca. 20% der Kalksteinaufgabe betrug, wurde vor der Heißbrikettierung dem Kauster zugemischt. Diese Maßnahme bewirkte einen konstanten, gleichmäßigen Materialfluß durch den Schwebegascalcinator.

Claims

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von in feinkörniger Form vorliegendem Gut, insbesondere zur Herstellung von Branntkalk aus feinkörnigem Kalkstein, wobei

a) das feinkörnige Gut zunächst im Wärmeaustausch mit den Abgasen eines Schwebegascalcinators (5) in einem mehrstufigen Zyklonvorwärmer (4) vorge wärmt,
b) dann im Schwebegascalcinator (5) gebrannt
c) und anschließend in einer ersten Kühlstufe gekühlt wird,

gekennzeichnet durch folgende, hieran anschließende Verfahrensschritte:

d) das in feinkörniger Form gebrannte und gekühlte Gut wird in einer Heißkompaktierstufe (10) im heißen Zustand zu mechanisch festen Agglomeraten kompaktiert;
e) diese Agglomerate werden sodann in einer Temper stufe (15) in Form einer gasdurchlässigen Schüt tung während einer einstellbaren Zeit bei einer erhöhten Temperatur gehalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in der Temperstufe (15) etwa der Brenntemperatur im Schwebegascalcinator (5) entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglomerate nach dem Kompaktieren einer mechanischen Beanspruchung unterworfen werden und der hierbei anfallende, vorzugsweise durch Heißab siebung gewonnene Feinanteil in die Heißkompaktier stufe (10) zurückgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglomerate nach der Temperstufe (15) eine zweite Kühlstufe (17) durchsetzen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Abgase der beheizten Temperstufe (15) dem Schwebegascalcinator (5) zugeführt werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Abluft der ersten Kühlstufe vollständig und die der zweiten Kühlstufe zumin dest teilweise dem Schwebegascalcinator (5) zuge führt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Abgase des Zyklonvorwärmers (4) in einer Filterstufe entstaubt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Filterstufe anfallende Filterstaub wenigstens teil weise dem im Schwebegascalcinator (5) gebrannten Gut vor Eintritt dieses Gutes in die erste Kühl stufe zugemischt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des in der Filterstufe anfallenden Filterstaubes einer Stufe, vorzugsweise der heiße sten Stufe des Zyklonvorwärmers (4), oder direkt dem Schwebegascalcinator (5) zugeführt wird.

9. Anlage zur Wärmebehandlung von in feinkörniger Form vorliegendem Gut, insbesondere zur Herstellung von Branntkalk aus feinkörnigem Kalkstein, ent haltend

a) einen mehrstufigen Zyklonvorwärmer (4) zur Vor wärmung des feinkörnigen Gutes mit den Abgasen eines Schwebegascalcinators (5),
b) einen Schwebegascalcinator (5) zum Brennen des vorgewärmten Gutes,
c) eine erste Kühlstufe zum Kühlen des gebrannten Gutes,

gekennzeichnet durch folgende weitere Anlagenteile:

d) eine Heißkompaktierstufe (10) zur Erzeugung mechanisch fester Agglomerate aus dem gebrannten und gekühlten feinkörnigen Gut,
e) eine als beheizter Schacht ausgebildete Temper stufe (15) zur Wärmebehandlung der in der Heiß kompaktierstufe (10) gebildeten Agglomerate.

10. Anlage nach Anspruch 9, enthaltend eine dem Zyklon vorwärmer (4) nachgeschaltete Filterstufe zur Ent staubung der Abgase des Vorwärmers, gekennzeichnet durch Rohrleitungen und Stellorgane, durch die wenigstens ein Teil des in der Filterstufe an fallenden Filterstaubes wahlweise dem im Schwebe gascalcinator (5) gebrannten Gut, dem vorgewärmten Gut und/oder dem in einer Stufe des Vorwärmers be findlichen Gut zugemischt werden kann.