DE8530833U1

DE8530833U1 - Vorrichtung zur thermischen Behandlung von mehlförmigen Rohmaterialien

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Publication number: DE8530833U1
Application number: DE19858530833
Authority: DE
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1985-10-31
Filing date: 1985-10-31
Publication date: 1988-07-21

Description

Klöckner-Humboldt-Deutz

Aktiengesellschaft

Vorrichtung zur thermischen Behandlung von mehlförmigen Rohmaterialien

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von mehlförmigen Rohmaterialien, insbesondere zur Herstellung von Zementklinker in einer mehrstufigen, aus hintereinander angeordneten Zyklonen bestehenden Vorwärmstufe, einem daran anschließenden Reaktionsschacht zur Kalzination, dem Kalzinator, sowie einem nachfolgenden Sinterofen, vorzugsweise einem Drehrohrofen, und Klinkerkühler, wobei eine Abluftleitung aus dem Klinkerkühler in den Reaktionsschacht mündet.

Alkalien enthalten in den Salzen KCl, ^SO/ oder Na2S0A und haben nicht nur einen oft unerwünschten Einfluß auf die Qualität des Zements, sie behindern auch durch ihre Inhibitionswirkung in erheblichem Maße den Ablauf der Kalzination, und zwar vornehmlich durch Behinderung des Ausbrandes der in die Kalzinationsstufe eingebrachten Brennstoffe.

Einen Eindruck davon vermitteln die in Fig. 4 dargestellten Ausbrandkurven, die mit Hilfe eines Kohlenstaubbrenners experimentell ermittelt wurden. Dazu wurde Kohlenstaub in ein beheiztes Rohr eingeblasen. Die ausgezogenen Kurven zeigen den Ausbrend und den CQ-Gehalt in normaler Atmosphäre, die Unterbrochenen Kurven den Ausbrand und den CO-Gehalt in mit Alkalidämpfen beladener Atmosphäre. Deutlich ist die ZUndverzügerung sowie die Beeinträchtigung des Restausbrandes zu erkennen.

Bei der Zementklinkerherstellung ist der sogenannte Alkalikreislauf bekannt. Die in der Sinterstufe aufgrund der hohen Temperaturen verdampften Alkalien werden mit dem Abgasstrom aus dem Ofen ausgetragen und lagern sich durch Kondensation an das kältere, bereits Alkalien enthaltene Rohmehl an, das im Gegenstrom zum Abgasstrom in den Ofen wandert. So reichern sich die Alkalien mit der Zeit immer mehr im Abgasstrom des Ofens an, weil die mit dem Rohmehl neu eingetragenen Alkalien teilweise verdampfen und sich zu den bereits im Gaskreislauf vorhandenen addieren. Die Folgen sind eine erforderliche höhere Temperatur in der Kalzinationmsstufe für die gleiche Kalzinationsarbeit und ein erschwerter Ausbrand der in den Kalzinator, dem Reaktionsschacht, eingebrachten Brennstoffe. Das bedingt, bei gleicher Kalzinationsarbeit, einen erhöhten Brennstoffverbrauch und eine höhere Abgastemperatur.

Vorrichtungen mit Kalzinatoren, bei denen reine Luft als Reaktionsgas eingesetzt wird, zeigen die obengenannten

\ Erscheinungen nicht. Die Alkalien üben also eine erhebli-

ehe Inhibitionswirkung auf den Verbrennungsvorgang aus.

Andererseits wUrde die Verwerfung der Ofenabgase beim Kalzinationsprozeß einen bedeutenden Verlust in der Wärmebilanz bewirken.

Bei herkömmlichen Vorrichtungen, bei denen Abluft aus dem Kühler und Abgas aus dem Drehrohrofen gemeinsam zur KaI-zination des Rohmehls genutzt werden, wurde bisher eine

möglichst schnelle und vollständige Mischung der beiden Gasströme miteinander angestrebt. Das begünstigt aber die Inhibitionswirkung der Alkalien.

Aus der DE-OS 33 33 705 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von an Schadstoffen armen, insbesondere alkaliarmen, Zementklinker bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird das vorgewärmte Rohmehl in zwei Teilströme aufgeteilt, von denen ein Teilstrom im Abgasstrom des Drehrohrofens kalziniert wird und der andere im Abluftstrom das KlinkerkUhlers, bevor beide Ströme gemeinsam in den Abscheidezyklon der Kalzinationsstufe geführt werden. Diese Vorrichtung ist aber nur vorteilhaft, wenn ein variabler Anteil (0 bis 100 %) des Ofenabgases in einen Bypass am Abluftstrom des KlinkerkUhlers vorbeigeleitet werden soll.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Inhibitionswirkung der verdampfenden Alkalien auf den Ausbrand der in die Kalzinationsstufe eingebrachten Brennstoffe weitestgehend zu verhindern und dieses durch bauliche Änderungen in den Vorrichtungen zu ermöglichen, die einen Reaktionsschacht aufweisen, in dem der Abgasstrom des Ofens und der Abluftstrom des Klinkerkühlers innig miteinander gemischt wer-

den. Dadurch ist es auch möglich, Altanlagen kostengünstig umzurüsten. Des weiteren so
gas spürbar gesenkt werden.

umzurüsten. Des weiteren soll der NO -Anteil im Ofenab-

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit Hilfe der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

In vorteilhafter Weise wird mit Hilfe dieser Merkmale erreicht, daß beide Gasströme in ein und demselben Reaktionsschacht, dem Kalzinator, nebeneinander bestehen und damit über eine gewisse Strecke die Vorteile der ansonsten getrennten Abluft- und Abgasführung in eigenen Leitungen im Hinblick auf eine verminderte Alkalienanreicherung und die damit verbundene geringere Inhibitionswirkung genutzt werden können. Es können ohne apparativen Mehraufwand die Vorteile genutzt werden, die Vorichtungen aufweisen, in denen die Kalzination ausschließlich oder überwiegend in den Abluftstrom des KlinkerkUhlers erfolgt, und der Abgasstrom des Ofens nur zur Vorwärmung des Rohmehls genutzt wird. Die Vorrichtungsmerkmale schaffen außerdem die Voraussetzung für möglichst angepaßte Strömungsvernällnisse.

Nachfolgend werden die Neuerung und ihre Vorteile anhand von schematisch dargestellten Ausfuhrungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer

Vorrichtung zur !■ stellung von Zementklinker mit einer V· , mstufe (1), KalzinafcionssCufe (2), üinterstufe (J) und KUhlstu- £e (4)

Fig. 2 zeigt die ZusammenfUhrung von Abgasleitung (14) und Abluftleitung (15) zum Reaktionsschacht (Kalzinator) (20) und einen Teil desselben mit zwei getrennten ZufUhrleitungen (21', 21'') zur Zuführung des Rohmehls.

Fig. 3 zeigt eine Abänderung der in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Bauart des Reaktionsschachtes. Die Zuführleitung (21) zur Zuführung des Rohmehls endet auf der Grenzfläche zwischen den beiden Gasströmen.

Fig. 4 zeigt die bereits beschriebene innibit ions-Wirkung der Alkalien auf den Brennstoffausbrand .

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Herstellung von Zementklinker. In die Vorwärmstufe (1) wird an der Stelle (5) in die Steigleitung zum obersten Wärmetauscherzyklon (6) das Rohmaterial aufgegeben. Es wandert im Gegenstrom zum erhitzenden Gas nacheinander durch die Wärmetauscherzyklone (7, Ö und 9) der Vorwärmstufe (1), um dann im Abscheidezyklon (9) aus dem Gasstrom ausgeschieden zu werden und durch die Zuführleitung (21) in der Dosierweiche (22) auf die beiden ZufUhrleitungen (21¹) und (21*') aufgeteilt zu werden. Die Zuführungsleitungen (21', 21'') enden in der Kalzinationsstufe (2) im Reaktionsschacht (2U), und zwar im unterem bereich, wo der Abgasstrom aus dem Drehrohrofen (12) und der Abl-uftstrom aus dem Klinkerkühler (13) noch durch eine Trennwand (19) voneinander getrennt werden.

Der Reaktionsschacht (20) wirü durch die parallele oder nahezu parallele ZusauunenfUhrung der Abgasleitung (14) aus dem Drehrohrofen (12) und der Abluftleitung (1!>) aus dem

KlinkerkUhler (13) gebildet. Der Reaktionsschacht weist einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt auf, der der Summe der Querschnitte der beiden Leitungen an der Stelle ihrer Einmündungen (18) in den Reaktionsschacht (20) entspricht. Das Verhältnis der Seitenlängen reicht von 1 : 1 bis 1 : 10, liegt aber vorzugsweise im Bereich von 1 : 2 bis 1 : 4. Dazu müssen die Abgasleitung (14) und die Abluftleitung (15) ebenfalls einen rechteckigen oder quadratischen üuerschnitt aufweisen. Die Abgasleitung (14) beginnt am Ofeneinlauf (16) der Sinderstufe (3), die Abluftleitung (15) kommt aus dem KlinkerkUhler (13) der KUhlrtufe (4). Die rechteckige oder quadratische Form ist deshalb erforderlich, daß die laminaren Strömungsverhältnisse, die in d ·:&igr; beiden Leitungen (14) und (15) herrschen, nach ihrer Vereinigung möglienst lange nebeneinander bestehen bleiben, damit die gewünschten Kalzinationseffekte erfolgen und die Inhibitionswirkung der verdampften Alkalien auf den Ausbrand der Brennstoffe weitestgehend verhindert wird. Es muß sichergestellt sein, daß in den beiden Leitungen (14) und (15) die gleiche Gasgeschwindigkeit herrscht, weil sich sonst beide Gasströme unweigerlich schnellstens miteinander vermischen würden. Eine Regelung der Gasgeschwindigkeit könnte durch hier nicht dargestellte Organe in der Abgasleitung (14) oder Abluftleitung (15) vor deren Zusammenführung erfolgen.

Der Brennstoff, in fester oder flüssiger Form, beispielsweise Kohlenstaub oder Öl, wird an der Stelle (23) in den Abgasstrom aus der Abgasleitung (14) und in diesem Beispiel an der Stelle (24) in den Abluftstrom aus der Abluftleitung (15) aufgegeben, wo die Zuführleitungen (21¹) bzw. (21*') für das vorgewärmte Rohmehl einmünden.

Il IHI INI

Nach der Einmündung (18) der Abgasleitung (14) und der Abluftleitung (15) in den Reaktionsschacht (20), in dem das vorgewärmte Rohmehl kalziniert wird, trennt eine Trennwand (19) die beiden Gasströme voneinander. Sie reicht über die Einmündungen der Zuführleitungen (21') und (21¹¹) zur Zuführung des vorgewärmten Rohmehls h^aaus. Ihre Länge soll so gewählt werden, daß durch die eingebrachten Brennstoffe der Restsauerstoffgehalt im Ofenabgas sicher verbraucht wird. Die Läng_ der Trennwand richtet sich nach den in dem Reaktionsschacht herrschenden Kalzinationsbedingungen. Die Länge L wird gemessen von dem Brenner (23) auf der Seite des Abgasstroms aus dem Drehrohrofen (12) bis zur Oberkante der Trennwand (19). Sie richtet sich nach der Querschnittsfläche F des Reaktionsschachtes (20) an dieser Stelle und soll anhand folgender Gleichung berechnet werden: L = 1/2 · I/F* bis L = 2 &Uacgr;~&Rgr; .

Die Trennwand verhindert sehr vorteilhaft eine vorzeitige Vermischung der beiden Gasströme und dient zu deren Stabilisierung, vor allem deshalb, weil ihre Strömungsverhältnisse zunächst durch die Aufgabe von lirpnnstoff und Rohmehl gestört werden. Wenn sich aufgrund der Trennwand (19) die Strönungsverhältnisse wieder stabilisiert haben, bildet faich zunächst zwischen dem Abgas des Drehrohrofens (12) und der Abluft des Klinkerktlhlers (13) eine Grenzschicht (25) aus, in der eine allmähliche. Vermischung, der beiden Gasströme stattfindet. Diese Vermischung kann selbst in Krümmungen (27) des Reaktionsschachtes (2U) weitestgehend vermieden werden, wenn die Krümmung in der Ebene erfolgt, in der die Strömungslinien verlaufen. Ansonsten tritt eine sofortige Vermischung auf. Die weitgehend laminaren Strömungsverhältnisse weisen den Vorteil

auf, daß der Druckverlust in dem Reaktionsschacht gering
ist« Eine sofortige, vollständige Mischung der beiden
Gasströme miteinander führt zu hohen Druckverlusten.

Zum Zweck der KUhlung kann die Trennwand (iy) auch doppei- »

wandig ausgeführt sein. Dazu können ab dem Bereich der |

Einmündung (18) der Abgas- und der Abluftleitung (14) bzw. J

(15), die die Ausmauerung tragenden Wandungen mit Abstand ' voneinander angeordnet sein. Diese Wandungen können die

weitergeführten Blechmäntel der Ab^as- und Abluftleitung ■

sein. In den Zwischenraum kann beispielsweise Luft als I

Kühlmittel eingeblasen werden. Denkbar ist auch eine Aus- j

mauerung der Trennwand (19) aus hohlen feuerfesten Stei- i

nen, die von einem Kühlmedium durchströmt werden. |

Bestehende Anlagen, die einen Reaktionsschacht zur Kalzination aufweisen, in dem Abgas des Ofens und Abluft des
KlinkerkUhlers innig vermischt werden, können leicht umge- f baut werden, indem die Einleitung der Abluft geändert
wird, so daß sie parallel zum Abgas einströmt. An der Einmündung ist zusätzlich nur noch eine entsprechend lange f Trennwand erforderlich. Eine vollständige, scharfe Tren- ; nung der beiden Gasströme im Reaktionsschacht ist ein
Idealzustand, der sich aufgrund der Feststoffbeladung ?

durch das R.ohmehl schwierig bewerkstelligen läßt. Die Ver- 1 mischung der beiden Gasströme erfolgt aber in keinem Fall
so schnell und so vollständig, wie es bei den herköininli- \ chen Anlagen der Fall ist und bisher erwünscht war. Im ;

ungünstigsten Fall werden in der erfindungsgemäßen Anlage
nach kurzer Wegstrecke im Reaktionsschacht (20) immer noch
"Strähnen" der beiden Gasströme unvermischt nebeneinander
bestehen. 1

■·■

Der Reaktionsschacht (20) mUndet in den Abscheidezyklon (10), wo eine Vermischung der beiden Gasströme miteinander stattfindet und das kalzinierte Rohmehl abgeschieden wird. Das Rohmehl wird Über die Leitung (11) in den Ofeneinlauf (16) der Sinterstufe (3) geführt, wo es zu Klinker gesintert wird. Der Klinker wird im KlinkerkUhler (13) der KUhlstufe (4) mit Frischluft gekühlt, die alsheilie Abluft in die Kalzinationsstufe (2) Über die Abluftleitung (15) zugeführt wird. Das Abgas aus dem Ofen (12) und die Abluft durchströmen gemeinsam die Wärmetauscherzyklone (9, 8, 7 und 6), um dann von dem Gebläse (28) der hier nicht dargestellten Entstaubung zugeführt zu werden.

Zur Regulierung der Alkalibelastung der üfenabgase weist die Vorrichtung einen Teilgasabzug (17) in dem Ofenabgasstrang auf. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, bei einem zu starken Anstieg des Alkaligehalts einen Teil der Ofenabgase abzuziehen und nach entsprechender Reinigung zu verwerfen.

Fig. 2 zeigt schematisch den unteren Teil des Reaktionsschachtes (20) im Längsschnitt. Von rechts unten kommt die Abgasleitung (14) aus dem hier nicht dargestellten Ofeneinlauf, von links die AblufLleitung (15) aus der Kühlstufe. Die beiden Leitungen (14) und (15) münden parallellaufend an der Einmündung (18) in den Reaktionsschacht (20), dem Kalzinator für das erwärmte Rohmehl. Nach der Einmündung (18) verläuft zwischen den beiden Leitungen (14) und (15) noch eine Trennwand (19). Sie trennt die beiden Gasströme jeweils in den Teil voneinander, in dem die Brenner (23) bzw. (24) angebracht sind und das vorgewärmte Rohmehl

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aufgegeben wird. Das Rohmehl fließt durch die Zuführleitung (21), von dem untersten Wärmetauscherzyklon der Vorwärmstufe kommend, durch die Dosierweiche (22) in die ZufUhrleitungen (21¹) und (21"). Die Dosierweiche (22) erlaube eine beliebige Aüftäilung des Rohiüchls auf die beiden Gasströme. Die Trennwand (19) sorgt dafür, daß nac.h Aufgabe des Rohmehls und nach dem Passieren der Brenner Wieder stabile Strötnungsverhältnisse in den beiden, durch eine Grenzschicht (25) voneinander getrennten Gasströmen eintreten.

In Abwandlung der gezeigten Bauart kann auch nur einem der Gasströme Brennstoff und/oder Rohmehl aufgegeben werden. Des weiteren sind auch pro Gasstrom zwei Aufgabestellen für das Rohmehl denkbar, die sich beispielsweise gegenüberliegen.

Die Trennwand (19) ist doppelwandig ausgeführt. Dazu jind die beiden Rohrleitungen der Abgasleitung (14) und der Abluftleitung (15) parallel mit Abstand voneinander über die Einmündung (18) hinaus weitergeführt, bis sie sich nach der Strecke L, gemessen von dein Brenner (Z3) , vereinigen. Die Länge der Trennwand (iy) berechnet sich nach der bekannten Formel aus der Querschnittsfläche F des Reaktionsschachtes (20) an dieser Stelle. In dem Hohlraum der Trennwand (19) kann die Kühlluft zirkulieren. Die Aufgabe des Rohmehls kann durch Verteilhilfen (29) auf den Gasstrom vergleichmäßigt werden.

Fig. 3 zeigt eine Abänderung des in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Reaktionsschachtes. Die Zufuhrleitung (21) des vorgewärmten Rohmehls aus a&c Vorwärmstufe (2) endet in

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der Trennwand (19), die hier eine Lücke aufweist. Die Aufgabe des Rohmehls erfolgt in der Ebene der Trennwand (19), und zwar auf der Grenzschicht (25) der beiden Gasströme. Auch bei dieser Bauart wird der Reaktionsschacht (20) durch die Zussirjr.eni; ührun™ dsr Ab" ss lsi tun⁰' ^14^ aus der Sinterstufe und der Abluftleitung (15) aus der KUhlstufe gebildet. Von der Einmündung (18) dar beiden Leitungen (14) und (15) erstreckt sich die Trennwand (19) noch ein Stück in den Schacht. Auch hier richtet sich die Länge der Trennwand (19) nach der Querschnittsfläche F.

Durch Verteilhilfen (29), beispielsweise verstellbare Leitbleche, kann die Menge des Rohmehls auf die beiden Gasströme aufgeteilt werden. Das Rohmehl kann auch einseitig, nur in einen Schacht aufgegeben werden. Oberhalb der Aufgabestelle für das Rohmehl verläuft noch ein Stück der Trennwand (19), um die Strömungsverhältnis£>e nach dec Aufgabe des Rohmehls zu stabilisieren.

Im vorliegenden Beispiel ist ein Brenner (23) auf der Seite des Abgasstroms und ein Brenner (24) auf der Seite des Abluftstromes installiert. Ihre Anordnung richtet sich nach den erforderlichen Kalzinationstemperaturen im Reaktionsschacht (20). Mit dem Brenner (23) kann der NO-Anteil im Abgas beeinflußt werden. Die Trennwand (19) besteht in diesem Beispiel aus einem Feuerfest-Mauerwerk. Durch die wabenförmigen Hohlräume (3u) im Mauerwerk kann Kühlluft zirkulieren.

Claims

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10.06.1988 KHD

Str /ro H 85/51

Schutzansprüche

1. Vorrichtung zur Herstellung von Zementklinker in einer mehrstufigen, aus hintereinander angeordneten Zyklonen bestehenden Vorwärmstufe, einem daran anschließenden Reaktionsschacht zur Kalzination, dem Kalzinator, sowie einem nachfolgenden Sinterofen, vor"5Ugs^r7eise einem Drehrohrofen, und Klinkerkühler, wobei eine Abluftleitung aus dem Klinkerkühler in den Reaktionsschacht mündet, dadurch gekennzeichnet , daß die Abluftleitung (15) aus dem Klinkerkühler (13) und die Abgasleitung (14) aus dem Drehrohrofen (12) parallel oder nahezu parallel zu dem Reaktionsschacht (20) zusammengeführt werden, der einen Querschnitt aufweist, der der Summe der Querschnitte der beiden Leitungen an der Stelle ihrer Einmündung (18) in den Reaktionsschacht (20) entspricht und diesen Querschnitt bis zum Abscheidezyklon (10), mindestens aber bis zum Krümmer (27), beibehält oder nahezu beibehält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Reaktionsschacht (20) einen rechteckigen Querschnitt aufweist mit einem Verhältnis der Seitenlängen von 1 : 1 bis 1 : 10, vorzugsweise 1 : 2 bis 1 j 4.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsschacht (20) mit mindestens einem Brenner (23, 24) ausgestattet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Brenner (23, 24) an der Seite der Einmündung der Abgasleitung (14) und/oder an der Seite der Einmündung der Abluftleitung (Ii)) angeordnet ist beziehungsweise sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitungen (21¹, 21'') zur Aufgabe des Rohmehls aus dem Abscheidezyklon (9) der Vorwärrnstufe (1) an der Seite der Einmündung der Abgasleitung (14) und/oder an der Seite der Einmündung der Abluftleitung (15) in den Reaktionsschacht (2U) münden.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung (21) zur Zuführung des Rohmehls :us dem Abscheidezyklon (9) der Vorwärmstufe (1) an der Stelle in den Reaktionsschacht (20) mündet, wo die Grenzschicht (25) zwischen den beiden Gasströmen verläuft.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsschacht (20) von der Einmündung (18) der Abgasleitung (14) und der Abluftleitung (15) ab eine Trannwand {19) aufweist.

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8* Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dalJ die Trennwand (19), gemessen von dein Brenner (23) auf der Seite des Abgasstroms aus dem Drehrohrofen bis zu Oberkante der Trennwand eine Länge L aufweist, die sich aus der Querschnittsflache F des Reaktionsschachtes (20) an dieser Stelle berechnet nach der Gleichung L = l/2_<yF^Tbis L =

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die Trennwand (19) doppelwandig ausgeführt ist, und die beiden die Ausmauerung tragenden Wandungen zum Zwecke der Kühlung mit Abstand voneinander angeordnet sind*

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofenabgasstrang (Ib) mit einem Teilgasabzug (17) versehen ist.