DE4114782C2

DE4114782C2 - Verfahren und Anlage für die Herstellung von Klinker mineraler Rohmaterialien

Info

Publication number: DE4114782C2
Application number: DE4114782A
Authority: DE
Inventors: Nielsen Peter Bechtoft
Original assignee: FLSmidth and Co AS
Current assignee: FLSmidth and Co AS
Priority date: 1990-05-15
Filing date: 1991-05-06
Publication date: 2000-02-17
Anticipated expiration: 2011-05-07
Also published as: CN1057634A; US5173044A; RU2052746C1; DE4114782A1; CN1039114C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage für die Herstellung von Klinker mineraler Rohmaterialien, wie bspw. Zementklinker, nach dem Naßverfahren, während dessen eine Schlämme von naßgemahlenen mineralen Rohmaterialien und Was ser vorerwärmt, getrocknet, gebrannt und zu Klinker gesintert wird, und zwar in einer Ofenanlage, bspw. einer Drehofenan lage.

Das Naßverfahren, das seit die Klinkerherstellung industria lisiert worden ist, ein gut bekanntes Verfahren für die Klin kerherstellung ist, ist vielfach beschrieben worden, und Duda "Cement Data Book", 3. Auflage, Abschnitt 19.3 und 19.4 (Bau verlag GmbH, Wiesbaden und Berlin 1985) kann als generelles Beispiel einer entsprechender Zitierung gelten. Obwohl heute die Herstellung von Klinker vorzugsweise in Trockenverfahren anlagen stattfindet, steht noch eine ganze Anzahl von Naßver fahrenanlagen in Benutzung, bspw. sowohl in den USA als auch in Großbritannien, und zwar wegen des Vorhandenseins von ein fach verfügbaren Naßrohmaterialien in Verbindung mit der noch ziemlich guten Laufwirtschaftlichkeit von Naßanlagen trotz anderer klar erkennbarer Nachteile dieser Anlagen.

Einer dieser Nachteile ist ihre sehr hohe spezifizische Schwefeldioxid-(SO₂)-Emission im Vergleich zu anderen moder nereren Ofenarten. Bisher ist diese SO₂-Emission überhaupt nicht besonders beachtet worden, jedoch zwingen bereits die gegenwärtigen strengen Vorschriften des Umweltschutzes be treffend die Luftverschmutzung und insbesondere die noch weit strengeren Vorschriften, die für die Zukunft erwartet werden, dazu, Naßverfahrenanlagen, wie bspw. Zementherstellungsanla gen, in den in Frage kommenden Ländern entweder stillzulegen oder mit teueren Rauchgas-Entschwefelungssystemen auszustat ten oder das Naßverfahren in ein Trocken- oder ein Halbtrockenverfahren umzuwandeln, wodurch die Entschwefelung der Rauchgase vereinfacht wird, was abgesehen von der Stille gungssituation eine erhebliche Erhöhung der Produktionskosten zur Folge hat.

Verschiedene Verfahren zur Entfernung von Schwefeloxiden und anderen sauren Gasen aus dem Gas von bspw. Energieanlagen und anderen Ofenanlagen sind bekannt, bspw. aus der US-PS 4 555 390, die ein Entschwefelungsverfahren mittels einer rohrför migen Reaktionskammer beschreibt, die als sogenannter Gassus pensionsabsorber wirkt, der - in Bewegungsrichtung der Ofen abgase gesehen - hinter einem Ofen angeschlossen ist und mit einem trocknen rezirkulierten Pulver, wie bspw. Flugasche, einem Absorptionsmittel, wie bspw. Kalziumoxide, und Wasser am Boden der Reaktionskammer für die Entschwefelung durch Ab sorption des SO₂ in den Ofenabgasen während des Durchtritts der letzteren nach oben durch die Kammer hindurch versorgt wird.

Bei diesem Verfahren werden die Ofenabgase, unabhängig von welcher Ofenart sie stammen, in dem Gassuspensionsabsorber ungeachtet des Verfahrens in dem Ofen selbst und der Ent schwefelungseinrichtung behandelt, die offensichtlich mit be sonderen Installationkosten für die Anlage verbunden ist.

Die DE 22 21 937 C3 beschreibt ein Verfahren und eine Drehofenanlage für die Herstellung von Zementklinker. Dabei beträgt die Gasgeschwindigkeit im Drehofen 9 m/sek. bis 12 m/sek., wobei pulverförmiges Material aus dem Drehofen in Mengen zwischen 50% und 200%, bezogen auf eingesetztes fri sches Material, dem Suspensionstrockner zugeführt werden. Die daraus resultierende große Konzentration von Material, das sich in dem den Ofen mit dem Suspensionstrockner verbindenden Rauchgasrohr befindet, verhindert Anbacken von Alkalien, Chlo riden und Schwefelverbindungen. Die genannten Verbindungen, die von den Zementrohmaterialien und dem Brennstoff herrühren, kondensieren nämlich unter den angegebenen Umständen auf den vielen Materialteilchen statt an den Rohrwänden.

Die DE 33 26 935 A1 sowie die DE 38 17 356 A1 beschreiben jeweils Trockenverfahren zur Zementklinkerherstellung, bei de nen die SO₂-Emission durch den Einsatz von Additiven reduziert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage für die Reduzierung der SO₂-Emission einer Ofenanlage zu schaffen, die nach dem Naßverfahren arbeitet, wodurch die oben angegebenen Nachteile überwunden werden, wo bei ein Teil des Naßverfahrens, das bisher in dem Ofen selbst durchgeführt worden ist, in die Entschwefelungseinrichtung verlegt wird, und wodurch das kombinierte Verfahren in dem Ofen und der Entschwefelungseinrichtung wesentlich effektiver gemacht wird, und zwar bei gleichzeitiger Kostenreduzierung.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Trocknen der Schlämme, das bei einem Naßverfahren-Drehofen bisher in der Nähe des Ofen-Materialeinlasses stattgefunden hat, und das Reinigen des Fluggases in ein und derselben separaten ortsfe sten Einheit zusammengefaßt werden, d. h. einer Reaktionskam mer, die - in Bewegungsrichtung der Ofengase gesehen - hinter dem Ofen angeschlossen ist, eine Gassuspensionstrocknungsein heit rohrförmiger Gestalt mit vertikaler Achse ist, die nach denselben Prinzipien wie der oben erwähnte Gassuspensionsab sorber arbeitet und in der die Gesamtmenge der zugegebenen Rohmaterialschlämme zugeführt und durch die Ofenabgase aufge heizt wird, wobei die Schlämme, die dadurch während der Zugabe von trockenen Rohmischungskomponenten, wie bspw. Flugasche, vorerwärmt und getrocknet wird, dem Boden der Gas suspensionstrocknungseinheit separat in einem aufsteigenden Gas/Material-Suspensionsstrom zugeführt wird, der in dieser Einheit ausgebildet wird, daß in diesem aufsteigenden Suspen sionsstrom eine gleichzeitige, fast vollständige Absorption des Schwefeldioxids (SO₂) bewirkt wird, das in den Ofengasen enthalten ist, wobei die mit SO₂ verschmutzten Partikel hier aus dem Ofenabgas in einem Separator, der hinter der Gassus pensionstrocknungseinheit angeschlossen ist, und in einer Filtereinheit abgeschieden werden, die hinter dem Separator angeschlossen ist, und daß die vorerwärmten, getrockneten Rohmaterialien, nach ihrer Abscheidung aus den Ofengasen in dem Separator dem Ofeneinlaß zur weiteren Wärmebehandlung im Ofen zugeführt werden.

Somit werden die Vorerwärmung und die Trocknung der nassen Rohmaterialien, was bisher in dem oberen Teil des Ofens oder mittels eines Sprühtrockners, wie bspw. aus der GB-PS 1 375 566 bekannt, durchgeführt worden ist, jetzt in dem Gassuspen sionstrockner (GSD) zusammen mit dem Spülen des Fluggases durchgeführt, und kann eine entsprechende kostenwirksame Ver kürzung des Ofens selbst durchgeführt werden.

Die Aufgabe wird des weiteren gelöst mittels einer Anlage zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens, wobei die An lage eine Gassuspensionstrocknungseinheit länglicher rohrför miger Gestalt mit einem kegelförmigen Boden, mit einem zen tralen Gaseinlaß und angeschlossen hinter dem Ofen und an den Ofeneinlaß mittels eines Steigrohres angeschlossen ist, wobei der Gassuspensionstrockner mit Mitteln zum Einspritzen einer Schlämme nasser, gemahlener, mineraler Rohmaterialien und Wasser und der Entschwefelung dienender Rohmischungskomponen ten, bspw. Flugasche, in den Gassuspensionstrockner an seinem Boden oder nahe desselben ausgestattet ist und ein Se parator hinter dem Gassuspensionstrockner zum Abscheiden vor erwärmter, getrockneter Rohmaterialien aus den Ofengasen und zur Zuführung der vorerwärmten, getrockneten Rohmaterialien und des zurückgeführten abgeschiedenen Filterstaubs zu dem Ofeneinlaß oder dem Boden des Gassuspensionstrockners vorge sehen sind.

Die Anlage kann des weiteren ein Überlaufsilo für die gene relle Regelung der Zuführung der vorerwärmten, getrockneten Rohmaterialien und/oder des abgeschiedenen Filterstaubs zu dem Ofeneinlaß oder dem Gassuspensionstrockner aufweisen und insbesondere eine solche Regelung während der gegebenenfalls bestehenden Anfahrphasen oder Stillegungen der Anlage sicher stellen.

Die Einrichtung kann auch einen Hilfs-Ofen oder -Wärmeerzeu ger umfassen, der an die Ofensteigleitung angeschlossen ist, um die Ofengastemperatur innerhalb gegebener Grenzen in dem Gassuspensionstrockner insbesondere während der gegebenen falls gegebenen Anfahrphasen und Stillegungen der Anlage zu halten.

Sofern dies gewünscht wird, kann die Anlage in bekannter Weise mit einer oder mehreren Vorwärmerstufen zwischen dem Ofen-Rohmaterialeinlaß und dem Gassuspensionstrockner ausge stattet sein, wodurch die Notwendigkeit für bestimmte innere Ofenaus- bzw. -einbauten überwunden wird und eine erhebliche Reduzierung der Ofenlänge ermöglicht wird. Jedoch kann ein solcher Vorwärmer in anderer Hinsicht zu einer Anhebung der Abänderungskosten einer Naßverfahrensanlage in eine Trocken- oder Halbtrockenanlage tendieren und damit dem beabsichtigten Effekt der Umwandlung entgegenarbeiten.

Abgesehen von einer erheblichen Reduzierung der SO₂-Emission mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung tragen die nachfolgend angegebenen weiteren be trieblichen Vorteile dazu bei, die verhältnismäßig billige Abänderung eines Naßverfahrensofens mit dem hinzugefügten vorgeschlagenen Gassuspensionstrocknungssystem wirtschaftlich attraktiv zu machen:

- Ein reduzierter spezifischer Wärmeverbrauch wird infolge einer reduzierten Abgastemperatur (etwa 150°C hinter dem Gassuspensionstrockner) und infolge der Möglichkeit erreicht, trockene Rohmaterialmischungskomponenten di rekt im Gassuspensionstrockner zuführen zu können, wo durch die gesamte Wassereinführung zum System reduziert wird.
- Eine verbesserte Klinkerhomogenität wird erreicht, weil Rohmaterialmischungskomponenten (d. h. Flugasche) und/oder abgeschiedener Filterstaub direkt in den Gas suspensionstrockner eingespritzt wird und nicht wie bisher in die Brennzone des Ofens.
- Reduzierte Wartungskosten der inneren Ein- und Ausbauten des Ofens, da diese Ein- und Ausbauten in einem erheb lichen Ausmaß nicht mehr vorhanden sind.
- Eine Produktionserhöhung von 10 bis 20% (berechnet).

Berechnungen hierzu haben gezeigt, daß die oben angegebene Reduzierung des spezifischen Wärmeverbrauchs bis zu 90 kcal/kg Klinker auf der Basis der Tatsache beträgt, daß ein anfänglicher Wärmeverbrauch von etwa 1330 kcal/kg Klinker bei einem unveränderten Naßverfahrensofen auf etwa 1236 kcal/kg Klinker bei einer Naßverfahrensanlage mit dem vorgeschlagenen Gassuspensionstrocknersystem reduziert wird.

Nachfolgend wird die Erfindung weiter ins einzelne gehend un ter Bezugnahme auf die Zeichnung und ausschließlich beispiel haft erläutert; die Zeichnung zeigt schematisch ein nicht einschränkend zu verstehendes Beispiel eines Naßverfahrens ofens, der zu einem Halbtrockensystem durch die Hinzuführung einer Gassuspensionstrocknungseinheit nach der Erfindung ab geändert ist.

In der Zeichnung bezeichnet 1 eine Naßverfahren-Drehofen, dessen Vorwärm- und Trocknungsabschnitt "weggeschnitten" und durch eine Gassuspensionstrocknungseinheit oder einen Gassus pensionstrockner 4 ersetzt sind, der an den Ofeneinlaß 2 über ein Ofensteigrohr 3 angeschlossen ist. Der Gassuspensions trockner 4 besitzt eine längliche, rohrförmige Gestalt und einen kegeligen Boden, in dem oder nahe dem eine Zuführleitung 6 für eine Schlämme bestehend aus naßgemahlenen mineralen Rohmate rialien (für die Zementherstellung Ton und Kalk) und Wasser vorgesehen ist, wobei die Schlämme durch eine Düse 7 an sich bekannter Bauart mittels zugesetzter Druckluft 8 in den Boden des Gassuspensionstrockners 4 eingeführt wird. Eine Rohmate rialmischungskomponente, bspw. Flugasche, wird ebenfalls in den Gassuspensionstrockner 4 an oder nahe dessen Boden über eine Leitung 5 zugeführt. Die kombinierten Einflüsse des auf steigendem Ofenabgasstroms, der Einspritzung von naßem Rohma terialien durch die Düse 7 hindurch und der Zugabe von troc kenen Rohmaterialmischungskomponenten durch die Leitung 5 hindurch und einer Zugabe anderer trockner Rohmaterialmi schungskomponenten durch eine Leitung 13 hindurch, nämlich unten, bildet in dem Gassuspensionstrockner 4 einen aufstei genden Gassuspensionsstrom aus. Infolge des sehr großen Kalk/SO₂-Verhältnisses in einem Gassuspensionstrockner, der mit den oben angegebenen verschiedenen Komponenten versorgt wird, findet eine fast vollständige Absorption des SO₂ in dem Ofengas statt, und zwar infolge der zugegebenen trockenen Partikel ohne jegliche separate Zugabe von Ca(OH)₂ oder CaO zu dem Gassuspensionstrockner, insofern eine gewisse Menge von freiem CaO in den Gassuspensionstrockner eintritt, die in dem Ofengas enthalten ist. Abgeschiedener Staub eines Abgas filters 18 wird zum Gassuspensionstrockner 4 oder zum Ofenein laß 2 über Leitungen 20 und 13 oder 14 zurückgeführt oder über einen Filterauslaß 19 abgeführt.

Rohmaterialien, die in einer Suspension in dem Gassuspen sionstrockner 4 getrocknet und vorerwärmt worden sind, werden aus den Ofengasen in einem Abscheider 9 separiert, der hinter dem Gassuspensionstrockner angeschlossen ist, und über ein Auslaßventil 15, ein Silo 11 und eine Leitung 14 zu dem Ofen einlaß 2 zur weiteren Wärmebehandlung im Ofen 1 zurückge führt.

Teilweise entschwefeltes Ofengas mit seinem Gehalt an einer freien Fraktion von SO₂-tragenenden Partikeln wird über eine Leitung 21 mit einem Regelventil 16 und ein Gebläse 17 dem Ofengasfilter 18 zugeführt, von wo abgeschiedener Staub zu dem Ofen und/oder dem Gassuspensionstrocknersystem zurückge führt wird, während das gereinigte Gas der Atmosphäre über einen Kamin 23 zugeführt wird. Ein Teil des abgeschiedenen Staubs der alternativ über einen Auslaß 18 abgeführt wird, kann zur Senkung des Alkali- und/oder SO₃-Gehalts im Klinker verwendet werden.

Um eine genügende und konstante Zuführung von getrockneten, vorerwärmten Rohmaterialien von dem Gassuspensionstrockner 4 aus zu dem Ofeneinlaß 2 während des Betriebs der Anlage und eine ausreichende anfängliche Rückführung von behandelten Rohmaterialien und/oder abgeschiedenem Staub von dem Filter 18 zu dem Gassuspensionstrockner 4 während der Anlaufphasen oder während Stillegungen des Ofens 1 sicherzustellen, gehört zu dem System ein Überlaufsilo 11 mit unteren und oberen Transportaggregaten 12 bzw. 10, die zusammen mit dem Regel ventil 15 eine kontrollierte Zuführung durch die Leitung 14 hindurch zu dem Ofeneinlaß 2 hin und durch die Leitung 13 hindurch zu dem Boden des Gassuspensionstrockners 4 ermögli chen. Abgeschiedener Staub aus dem Filter 18 kann durch die Leitung 20 hindurch zu dem Silo 11 zurückgeführt werden, um ihn den abgeschiedenen Rohmaterialien des Abscheiders 9 zuzu setzen.

Auch um eine ausreichende Heizung des Gassuspensionstrockners 4 während der Anlaufphasen oder Stillegungen des Ofens 1 sicherzustellen und die Ofengastemperatur innerhalb gegebener Grenzen in dem Gassuspensiontrockner zu halten, verfügt das System über eine Ofenabgas-Rückführungsleitung 21' mit einem Regelventil 16' und einem Gebläse 17', die im Bypass zu dem Filter 18 angeordnet sind, und über einen Hilfsofen oder Hilfswärmegenerator 22, wobei das dort erzeugte geheizte Gas zusammen mit dem über die Leitung 21' zurückgeführten Ofenab gas in das Ofensteigrohr 3 und danach in den Gassuspenions trockner 4 eingeführt wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Klinker nach dem Naßverfah ren, wobei eine Schlämme aus naßgemahlenem Rohmaterial vorer wärmt, getrocknet, gebrannt und in einer Drehofenanlage zu Klinker gesintert wird, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Schritte:

a) Zuführen der zu behandelnden Schlämme aus naßgemahlenem Rohmaterial zu einem Gassuspensionstrockner mit vertika ler Achse,
b) Hinführen der heißen Ofengase von dem Ofen aus zu dem Bo den des Gassuspensionstrockners,
c) Zugeben eines trockenen, durch Absorption entschwefelnden Rohmischungsmaterials in den Gassuspensionstrockner, und zwar mittels einer Leitung (5) an oder nahe dessen Boden,
d) Ausbilden der heißen Ofengase, der Rohmaterialschlämme und des trockenen, entschwefelnden Rohmischungsmaterials zu einer Material/Gas-Suspension und Aufwärtsführen durch den Gassuspensionstrockner, wodurch das Rohmaterial in der Schlämme vorerwärmt und getrocknet wird, und Durch führen einer im wesentlichen vollständigen Absorption des Schwefeldioxids (SO₂), das in den heißen Ofengasen ent halten ist,
e) Aufwärtsführen der sich ergebenden vorerwärmten, getrock neten Material/Gas-Suspension und Herausführen aus dem Gassuspensionstrockner und Abscheiden des vorerwärmten getrockneten Materials aus dem Suspensionsgas in einem Abscheider und
f) Hinführen des vorerwärmten getrockneten Materials zu dem Drehofen und Brennen des Materials in dem Ofen zu Klin ker.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohmaterial Zementklinker ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohmischungsmaterial Flugasche ist.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekenn zeichnet durch Zurückführen eines Teils des vorerwärmten, ge trockneten Materials zu dem Boden des Gassuspensionstrockners zum Vermischen mit der Schlämme und den heißen Ofengasen, Ab führen des Suspensionsgases aus dem Abscheider durch Filter mittel hindurch, um feine Partikel aus dem Gas zu entfernen, und Hinführen der feinen Partikel zu dem Ofen und/oder dem Suspensionstrockner.

5. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An sprüche 1 bis 3 mit einer Ofenanlage, gekennzeichnet durch

a) einen Gassuspensionstrockner (4) länglicher Rohrgestalt mit einem kegelig gestalteten Boden mit einem zentralen Gaseinlaß, der an den Ofenauslaß (2) über eine Steiglei tung (3) derart angeschlossen ist, daß die heißen Ofen gase aus dem Ofengasauslaß vom Ofen weg in den Trockner und anschließend aufwärts durch den Trockner hindurch ge führt werden können,
b) Einspritzmittel (6, 7, 8) zum Druckluft-Einspritzen von Schlämme aus naßgemahlenem Rohmaterial in den oder nahe dem Boden des Gassuspensionstrockners (4),
c) Einspritzmittel (5) an oder nahe dem Boden des Gassuspen sionstrockners (4) zum Einspritzen von trockenem, durch Absorption entschwefelnden Rohmischungsmaterial in den Gassuspensionstrockner (4),
d) einen Abscheider (9), der hinter dem Suspensionstrockner (4) angeschlossen ist und zum Abscheiden von Gas aus dem behandelten Material dient, und
e) Fördermittel (15, 10, 11, 14 und 15, 11, 12, 13) zum Weg fördern des abgeschiedenen Materials von dem Abscheider (9) zu dem Ofen-Rohmaterialeinlaß (2) hin oder zu dem Bo den des Gassuspensionstrockners (4) hin.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ofenanlage eine Drehofenanlage ist.

7. Anlage nach Anspruch 5 oder 6, mit einem Filter (18) zum Entfernen feiner Partikel aus dem Ofengas, gekennzeichnet durch Fördermittel (20, 10, 11, 14 und 20, 10, 11, 13) zum Wegfördern kleiner Partikel von dem Filter (18) weg zu dem Ofen-Rohmaterialeinlaß (2) und/oder zu dem Boden des Gassus pensionstrockners (4) hin.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördermittel für das abgeschiedene Material aus dem Abscheider (9) und dem Filter (18) ein Überlaufsilo (11) zur Regelung der Zuführung zu dem Ofen-Rohmaterialeinlaß (2) oder dem Gassus pensionstrockner (4) hin umfassen.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch Hilfs-Heizmittel (22) zur Lieferung von heißem Gas zu dem Boden des Gassuspensionstrockners (4) als Ersatz oder Er gänzung für das von dem Ofengasauslaß (2) zu dem Gassuspensi onstrocknereinlaß strömende Gas.