DK152579B - Fremgangsmaade og indretning til varmebehandling af finkornet materiale - Google Patents

Description

Opfindelsen angår en fremgangsmåde og en dertil hørende indretning til varmebehandling af finkornet materiale, fortrinsvis cementråmel, hvilken varmebehandling omfatter en kalcinering med direkte tilførsel af en delsekundærluftmængde fra kølezonen og blanding af den med spildgasserne fra sinterzonen.

Det er kendt, at kalcineringen af råstoffet gennemføres i en separat kalcineringsreaktor til en bedre forberedelse af råstoffet til klinkerbrændingsprocessen i en rotationsrørovn. Kalcineringsreaktorerne er udrustet med en eller flere brændselsindføringsindretninger. Ved tilførsel af brændsel eller varmeenergi til kalcineringsreaktoren er det muligt at opnå en dekarbonisering af det tilførte råstof med op til 90%. Derefter sker den videre varmebehandling af det forkalcinerede materiale i en sinterreaktor, fx. en rotationsrørovn, medens spildgassen fra rotationsovnen og fra kalcineringsreaktoren anvendes til forvarm-ning af råmaterialet.

Fra DE-fremlæggelsesskrift 25 10 312 er det kendt, at gennemføre dekarboniseringen ikke i en særskilt kalcineringsreaktor, men i gaskanalen mellem rotationsrørovnen og det efterfølgende varraevekslersystem. Her tilføres og blandes den nødvendige forbrændingsluft gennem rotationsovnen og via en separat gasledning fra en forbindelseslednings køler.

Ifølge DE-offentliggørelsesskrift 24 16 528 sker kalcineringen af materialet i en konisk-cylindrisk kalcineringsreaktor, i hvilken der ligeledes sker en blanding af ovnspildgassen med afgangsluften fra køleren.

Ulemperne ved disse indretninger er, at der foreligger en lav oxygenkoncentration på grund af blandingen af ovnspildgassen med sekundær-luftmængden ved udbrænding af brændslet i den separate kalcineringsreakto c.

Fra DE-offentliggørelsesskrift 24 36 079 er det kendt ved en dobbeltstrømsforvarmer at drive den ene strøm med spildgassen fra rotationsovnen og den anden strøm med spildgassen fra kalcineringsreaktoren. Herved tilføres kun delsekundærluften til kalcineringsreaktoren som forbrændingsluft, hvorved brændslets udbrændingsforhold forbedres i denne zone. Ulempen ved denne indretning er et kompliceret startforhold for kalcineringsstrøramen, idet der må arbejdes med utilstrækkeligt forvarmet delsekundærluft.

Til forøgelse af materialets kalcineringsgrad i kalcineringsreak-toren er det ifølge DE-offentliggørelsesskrift 27 24 654 kendt at gennemføre kalcineringsprocessen i to trin. Herved er det på fordelagtig måde muligt at anvende forskelligartede brændsler. Ulempen derved er, at udbrændingsprocessen ved svært brændbare brændsler opdeles eller afbrydes ved hjælp af en fraskiller, hvilket forsinker den samlede kalci-neringsproces og fordrer en stor byggehøjde for anlægget.

Fra DE-patentskrift 23 44 583 kendes en kalcineringsreaktor, som beatår af flere kamre, til hvis underste kammer tilføres afgangsluft fra køleren. I nærheden af den øvre ende af det øverster kammer indmunder ovnspildgasledningen tangentielt i kalcineringsreaktoren. Denne tangentiale gastilførsel har til opgave at bære det forkalcinerede materiale ud fra kalcineringsreaktoren. Ved anvendelse af dårligt brændsel i kalcineringsreaktoren bliver reaktorens byggehøjde uforholdsmæssig stor, idet brændslet behøver en lang udbrændingsstrækning.

Fra G3-patentskrift 960 863 er det kendt, at gennemføre kalcine-ringen af materialet i en som cyklonreaktor udformet kalcineringsreaktor. Her anvendes som forbrændingsluft i kalcineringsreaktoren en del af sekundærluften fra køleren. Den fra sinteraggregatet udtrædende varme spildgas blandes med spildgassen fra kalcineringsreaktoren før den træder ind i cyklonforvarmeren. Ulempen ved denne opfindelse er, at der med cyklonen som kalcineringsreaktor kun opnås en lille kalcinerings-grad af materialet, idet materialet ved højere kalcineringsgrader tenderer til at klumpe, hvilket fører til forstyrrelser i reaktoren.

Ifølge DD-WP 79 961 og 81 433 er det kendt at anbringe den som cyklon udformede kalcineringsreaktor under en skaktforvarmer, som har en direkte forbindelse til rotationsrørovnen via ovnindløbskanalen. Materialet afgives til reaktoren ovenfra ved hjælp af et lukke eller lign. modsat ovnspildgassen og forlader den igen forneden gennem et tilsvarende lukke. I den cylindriske del af kalcineringsreaktoren findes der tilledninger til højtopvarmet sekundærluft samt tangentialt og forskudt anbragte brændere til fyringen.

Ved anbringelse af ekstra trin som kalcineringsreaktor forøges byggehøjden af forvarmeren. Derved opstår der ekstra byggeomkostninger samt ekstra omkostninger ved transportindretningerne for materialet.

Der kendes desuden allerede dobbeltstrømsforvarmningssystemer med kalcineringstrin. Herved kobles der enten en kalcineringsreaktor/ som kun får tilført materiale fra en strøm, efter hver forvarmerstrøm, eller det forvarmede materiale fra begge strømme føres til en reaktor.

Det er hensigten med opfindelsen at eliminere de påpegede ulemper samt at forbedre kalcineringsprocessen og samtidig at mindske konstruktionsomkostningerne.

Til grund for opfindelsen ligger den opgave at tilvejebringe en fremgangsmåde og den dertil nødvendige indretning til kalcinering af fortrinsvis cementråmel ved en høj kalcineringsgrad for materialet, universelt anvendelige også vinder anvendelse af faste og dårlige brændsler, ved ukomplicerede startforhold og opnåelse af lange udbrændingsstrækninger. Herved skal udbrændingsforholdene i reaktoren være udformet indstillelige

Ifølge opfindelsen løses dette ved, at den varme spildgas fra sinterzonen opdeles, fortrinsvis i to delstrømme, at delsekundærluftmængden fra kølezonen føres tangentialt ind i kalcineringszonen til dannelse af en hvirvelstrømning, og at en delstrøm af sinterspildgassen føres således at den gennemstrømmer hvirvelstrømningen aksialt med en større vertikalhastighed nedefra og op, fortrinsvis i centerområdet, hvorhos kalcineringen af materialet sker under en opadrettet bevægelse af materialet med samtidig brændselstilsætning og efterfølgende intensiv blanding, hvorpå den anden delstrøm af spildgas fra sinterzonen tilføres det øvre kalcineringsområde med efterfølgende intensiv blanding, og hvor fortrinsvis efterkalcineringen af materialet finder sted.

Ved hjælp af denne delgasføring i kalcineringsområdet sikres en optimal kalcinering, især ved hjælp af en intensiv blanding af materialet og brændslet med oxygenrig luft.

Dernæst virker den aksialt tilførte delspildgas på grund af sit store varmeindhold understøttende på kalcineringsprocessen. En del af materialet bevæger sig nedad i hvirvelstrømningen og tilføres til sintringen.

Ved hjælp af indstillingen af ovnspildgassen i to delspildgas- strømme opnås der samtidig en indstillelighed af materialeudtaget. Tilførslen af brændslet sker på et eller flere steder i kalcineringsområ-det, eller det optages af delsekundærluftmængden før indtrædningen i kalcineringszonen.

Indretningen ifølge opfindelsen består af en flertrinscyklonfor-varmer, en kalcineringsreaktor, en rotationsrørovn og en køler og er ejendommelig ved, at kalcineringsreaktoren er udformet som en lodret stående skakt med koniske tværsnitsindsnævringer og -udvidelser og cylindriske dele, der via et lukke i form af en tværsnits indsnævring er forbundet med ovnindløbet og i den øvre del munder ud i en efterreak-tionskanal, at der i den underste del af kalcineringsreaktoren tangen-tialt indmunder en delsekundærluftledning, og at der i dette område er anbragt en brændselstilførsel samt en materialetilførsel, og at en fra ovnindløbskanalen udgående delgasledning udmunder i det øvre område af kalcineringsreaktoren. I denne delgasledning befinder der sig et indstillingsorgan.

Ved denne dobbeltstrømsdrift sker kalcineringen i to efter hinanden anbragte trin. Ovnspildgasserne og delsekundærluften fordeles på kalcineringstrinene. Materialet overtages af et kalcineringstrin fra to i retning af materialestrømmen næstsidste forvarmertrin. En del af materialet ledes ud fra dette trin og overføres via separatorer og rørledninger til det andet kalcineringstrin og fra dette ind i sinterzonen·

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere ved hjælp af et udførelseseksempel. På den dertil hørende tegning vises skematisk en indretning ifølge opfindelsen. På tegningen viser: fig. 1 en gengivelse af en indretning ifølge opfindelsen, fig. 2 en indretning ifølge fig. 1 med en anden udformning af kalcineringsreaktoren, og fig. 3 en dobbeltstrørasforvarmer med to kalcineringstrin.

De fra rotationsrørovnen 12 udtrædende varme ovnspildgasser opdeles ved ovnindløbskanalen 9 i to delstrømme. En delstrøm af ovnspild-gassen tilføres den med koniske og cylindriske tværsnitsudvidelser og -indsnævringer forsynede skaktformede kalcineringsreaktor 1 aksialt. Kalcineringsreaktoren gennemstrømmes af denne delstrøm fortrinsvis aksialt nedefra og op og i det nedre område af den tangentialt tilførte delsekundærluft, som på grund af den tangentiale tilslutning af delse-kundærluftledningen 4 sættes i en hvirvelstrømning. Herunder har delstrømmen fra ovnspildgassen en større vertikalhastighed end den til kalcineringsreaktoren tilførte delsekundærluftraængde. Materialet, som fortrinsvis tilføres oven over delsekundærluftmængdens indmunding, bæres af den oxygenrigere delsekundærluftraængde hvirvelformet opad og kalcineres ved samtidig brændselstilførsel. Herved fraskilles en del af det kalcinerede materiale fra gasstrømmen og føres tilbage via lukket 2 i kalcineringsreaktoren og gennem tilstrømningskonusen 15 via ovnindløbskanalen til sintringen.

Den anden delstrøm af ovnspildgas tilføres gennem en delgasledning 5 i det øvre område af kalcineringszonen. Ved den intensive blanding af gasstrømmene og materialet sker der en efterkalcinering i efterkalci-neringskanalen 6, som forbinder kalcineringsreaktoren 1 med cyklonseparatoren 7. Overgangen fra kalcineringsreaktoren 1 til efterkalcine-ringskanalen 6 dannes af en konus 3. I cyklonseparatoren 7 skilles det forkalcinerede materiale fra gasstrømmen og tilføres sintringen via materialeledningen 8, medens gasstrømmen ledes til en cyklonforvarmer 16 til materialeforvarmning.

Til indstilling af udbrændingsforholdene i kalcineringsreaktoren er der i delgasledningen 5, i hvilken der føres en delstrøm af ovn-spildgassan, anbragt et indstillingsorgan 10. Opdelingen af ovnspild-gasstrømmene sker ved hjælp af indstillingsorganet 10. I det nedre område af delgasledningen 5 eller i området for ovnindløbskanalen 9 er der anbragt en shuntledning 11. Til anvendelsen af fremgangsmåden ved forberedelsen af cementråmel, som indeholder store mængder skadelige stoffer, kan der dermed udtrækkes ovnspildgasser fra området for ovnindløbskanalen eller delgasledningen. Materialetilførslen 14 for det forvarmede materiale er anbragt fortrinsvis oven over indraundingen af delsekundær luftledningen 4. Brændselstilførslen 13 er anbragt således i området for indledningen af delsekundærluftledningen 4 i kalcineringsreaktoren 1, at brændslet indføres direkte i kalcineringsreaktoren 1 og/eller i delsekundærluftledningen 4, før indmundingen i kalcinerings-reaktoren 1.

Indretningen ifølge opfindelsen ifølge fig. 3 består af en dob-beltstrørasforvarmer med cyklonforvarraerstrøramene 16. Materialeledninger 23 fører fra cyklontrinene 19 og 20 til kalcineringsreaktoren 21. De udmunder fortrinsvis i området for den tangentiale tilførsel af delsekundærluftledningen 4 samt brændselsindføringen 13. Kalcineringsreaktoren 21 er via en ledning forbundet raed ovnindløbskanalen 9. I gasstrømmens retning er der efter kalcineringsreaktoren 21 koblet en separator 18. Udtaget fra separatoren er via en materialeledning 24 forbundet med kalcineringsreaktoren 22. Materialeledningen udmunder i kalcineringsreaktoren 22 analogt til materialeledningen til kalcineringsreaktoren 21. Kalcineringsreaktoren 22 er ligeledes forbundet raed ovnindløbskanalen 9 via en ledning. I gasstrømmens retning er der efter kalcineringsreaktoren 22 koblet en separator 17. Materialeledningen 25 fra separatoren 17 munder ind i indløbsområdet til rotationsrørovnen 12.

Det overførte råmateriale overføres efter forvarmningen i cyklonforvarmerne 16 først sammen til kalcineringsreaktoren 21. Kalcineringsreaktoren 21 tilføres en delstrøm af ovnspildgassen aksialt nede fra. En delsekundærluftmsengde fra køleren tilføres tangentialt som tertiærluft til kalcineringsreaktoren 21. I dette område finder tilførslen af det nødvendige brændsel også sted. Fra kalcineringsreaktoren 21 kommer en del af det kalcinerede materiale direkte ned i rotationsrørovnen via ovnindløbskanalen. Det øvrige materiale kommer over i den efterkoblede separator 18 og bliver derfra overført til kalcineringsreaktoren 22 via materialeledningen 24. Kalcineringsreaktoren 22 er anbragt analogt med kalcineringsreaktoren 21. Det via separatoren 17 fraskilte materiale overføres til rotationsrørovnen 12.

De væsentligste fordele ved fremgangsmåden og indretningen ifølge opfindelsen består i, at der opnås en meget god udnyttelse både af kal-cineringsreaktor-brændselsvarmen og af rotationsrørovnspildgasvarraen. Kalcineringsreaktoren og efterkalcineringsreaktoren garanterer den nødvendige materialeopholdstid.

Delgasledningen for ovnspildgassen, den lange udbrændingsvej og den intensive blanding af materiale og af brændslet raed iltrig forvar- met luft muliggør en god udbrænding af faste og også dårlige brændsler.

Ved hjælp af koblingen af kalcineringsreaktoren ifølge opfindelsen med forvarmeren og køleren muliggøres et ukompliceret start- og driftsregime. Samtidig kan kalcineringsreaktor-brændselsmængden indstilles efter driftsbetingelserne.

En yderligere fordel består i, at opfindelsen kan anvendes både til en enkelt- og til en dobbeltstrømsforvarmer og begge strømme kan påvirkes ensartet. Derved overskrides byggehøjden af cyklonforvarraeren ikke til trods for en realiseret lang reaktionsstrækning.

Claims (9)

1. Fremgangsmåde til varmebehandling af finkornet materiale, fortrinsvis cementråmel, hvilken varmebehandling omfatter en kalcinering med direkte tilførsel af en delsekundærluftmængde fra kølezonen og blanding af den med spildgasserne fra sinterzonen, kendetegnet ved, at den varme spildgas fra sinterzonen opdeles, fortrinsvis i to delstrømme, at delsekundærluftmængden fra kølezonen føres tangen-tialt ind i kalcineringszonen til dannelse af en hvirvelstrømning, og at en delstrøm af sinterspildgassen føres således at den gennemstrømmer hvirvelstrømningen aksialt med en større vertikalhastighed nedefra og op, fortrinsvis i centerområdet, hvorhos kalcineringen af materialet sker under en opadrettet bevægelse af materialet med samtidig brændselstilsætning og efterfølgende intensiv blanding, hvorpå den anden delstrøm af spildgas fra sinterzonen tilføres det øvre kalcineringsom-råde med efterfølgende intensiv blanding, og hvor fortrinsvis efterkal-cineringen af materialet finder sted.

2« Fremgangsmåde til varmebehandling af finkornet materiale ifølge krav 1, kendetegnet ved, at spildgasseme fra sinterzonen og delsekundærluften ved dobbeltstrømsdrift fordeles på de pågældende kal-cineringsreaktortrin, at de fra to i retning af materialestrømmen næstsidste forvarmertrin fraskilte materialemængder fælles tilføres til et kalcineringstrin, og det fra dette fraskilte materiale overføres til et andet kalcineringstrin med fortrinsvis højere kalcineringsgrad og det kalcinerede materiale fra det andet trin kommer direkte eller via et separatortrin ind i sinterzonen, hvorhos materialetilførslen i de to kalcineringstrin fortrinsvis ligger i området for delsekundærlufttil-førslen.

3. Indretning til udøvelse af fremgangsmåden ifølge krav 1 og 2, og bestående af en flertrinscyklonforvarmer (16), en kalcineringsreaktor (1), en rotationsrørovn (12) og en køler, kendetegnet ved, at kalcineringsreaktoren (1) er udformet som en lodret stående skakt med koniske tværsnitsindsnævringer og -udvidelser og cylindriske dele, der via et lukke (2) i form af en tværsnitsindsnævring er forbundet med ovnindløbet (9) og i den øvre del munder ud i en efterreaktionskanal (6), at der i den underste del af kalcineringsreaktoren (1) tangentialt indmunder en delsekundær luf tledning (4), og at der i dette område er anbragt en brændselstilførsel (13) samt en materialetilførsel (14), og at en fra ovnindløbskanalen (9) udgående delgasledning (5) udmunder i det Øvre område af kalcineringsreaktoren.

4. Indretning ifølge krav 3, kendetegnet ved, at kalci-neringsreaktorens (1) reaktionsrum afgrænses af lukket (2) og den koniske del (3).

5. Indretning ifølge krav 3 og 4, kendetegnet ved, at der i det øvre område af delgasledningen (5) er anbragt et gastilførsels- I indstillingsorgan (10).

6. Indretning ifølge krav 3-5, kendetegnet ved, at der i det nedre område af delgasledningen (5) eller omkring ovnindløbskanalen (9) er anbragt en shuntledning (11).

7. Indretning ifølge krav 3-6, kendetegnet ved, at cy-i klonseparatoren (7) er forbundet med ovnindløbskanalen (9) via en materialeledning (8).

8. Indretning ifølge krav 3 - 7, kendetegnet ved, at brændselstilførslen (13) er anbragt et eller flere steder på kalcineringsreaktoren, fortrinsvis oven over delsekundærluftledningens (4) indmunding i kalcineringsreaktoren (1) og/eller på delsekundærluftledningen (4) før dennes indtræden i kalcineringsreaktoren.

9. Indretning ifølge krav 3-6 med dobbeltstrømsforvarmer (16, 19, 20) og kalcineringsreaktor (21, 22), kendetegnet ved, at kalcineringstrinene består af to kalcineringsreaktorer (21, 22), som med separat ovnsinterspildgas-, tertiærluft- samt brændselstilførsel er koblet således i serie i retning af materialestrømmen, at materialeledninger (23) fra cyklontrinene (19, 20) udmunder i den ene kalcineringsreaktor (21), og materialeledningen (24) fra separatoren (18) munder ud i den anden kalcineringsreaktor (22).