DK167005B1 - Fremgangsmaade og apparat til fremstilling af klinker af mineralske raamaterialer - Google Patents

Description

i DK 167005 B1

Opfindelsen angår en fremgangsmåde og et apparat til fremstilling af klinker af mineralske råmaterialer, f.eks. cementklinker, hvorunder klorider, svovl og alkalier (kalium, natrium) i alt væsentligt fjernes i et ovnanlæg, i hvilket råmaterialerne forvarmes, eventuelt 5 forkalcineres og derpå brændes og s i ntres til klinker i selve ovnen, og hvor man under denne proces ønsker at reducere indholdet af skadelige stoffer, såsom klorider og alkalier, i det fremstillede produkt, eller den mængde af sådanne stoffer, der cirkulerer i anlægget og herved forårsager procesmæssige ulemper.

10

Fra US 3.365.521 kendes f.eks. et ovnanlæg til fremstilling af klinker, hvor anlægget består af en roterovn, foran hvilken der er koblet en flertrins suspensionsforvarmer af cyklontypen og en forkalcinator til uddrivning af CO^ fra de behandlede råmaterialer, 15 mens der efter ovnen er koblet en køler til afkøling af det behandlede produkt. Råmaterialerne forvarmes i suspensionsforvarmeren i modstrøm af de varme afgangsgasser fra ovnen og/eller forkalcina-toren, hvorved afgangsgasserne afkøles gennem varmeudveksling med råmaterialerne, inden gasserne ledes til et røggasfilter for at 20 blive renset, før de ledes ud i atmosfæren.

Det er meget almindeligt, at de benyttede råmaterialer i varierende, men ofte ganske betydelige mængder indeholder for selve produktet og for fremstillingsprocessen skadelige, let fordampelige forbindelser, 25 herunder klor, svovl, kalium og natrium. I et traditionelt ovnanlæg af den ovennævnte type vil disse forbindelser, selv om de under selve brændingsprocessen for en stor del fordamper fra klinkerne, blive genopfanget ved kondensering under røggassernes passage op gennem forvarmeren eller kalcinatoren og derpå sammen med de ti 1 -30 førte råmaterialer blive returneret til ovnen. På denne måde foregår der under fremstillingsprocessen en stadig forøgelse af klorid- og al kali indholdet i denne, indtil der nås en kritisk værdi for de udskilte forbindelser med deraf følgende risiko for, at de aflejres som tilstopninger og påbagninger i anlæggets stigrør, udskillecyk-35 Ioner og røgkammer.

For at modvirke dette kan man, som også beskrevet i ovennævnte amerikanske patentskrift, forsyne anlægget med et bypass, således at en del af ovnrøggasserne ledes uden om forvarmeren og 2 DK 167005 B1 forkalcinatoren til et separat filter. For at reducere klorforbindelserne eller kloriderne i røggassen er det normalt tilstrækkeligt med et bypass for 5-10% af røggassen, mens der til en reduktion af øvrige flygtige komponenter (f.eks. svovl, kalium, natrium) kan 5 kræves et bypass til 30-60% af røggasmængden. Det i nævnte patentskrift beskrevne bypass fjerner chlorid fra ovnsystemet ved at afgyse eller køle ("quenche") den bypassede røggas med luft, hvorved kloriderne kondenserer og derpå bliver udskilt sammen med materialestøv i røggassen i et separat bypass-filter og derpå fjernet fra 10 processen. Fremgangsmåden ifølge det amerikanske patentskrift indebærer dog den ulempe, at anlægget skal have to filtre, hovedfilteret og bypass-filteret, og at det materialestøv, som udskilles i bypass-filteret, helt må fjernes fra processen sammen med de skadelige, udkondenserede klorider, uden at materialestøvet på 15 driftsøkonomisk måde kan genanvendes i processen og derved forbedre anlæggets driftsøkonomi.

I GB 1.319.180 er beskrevet et ovnanlæg med et bypass uden separat bypass-filter, og i hvilket den bypassede røggas ledes direkte til 20 hovedfilteret og renses i dette sammen med den støvfyldte røggas fra forvarmeren. Bypasset indeholder en cyklonudskiIler til udskillelse af større materialepartikler med ringe klorid- og al kali indhold, som genanvendes i processen, hvorimod alt materialestøv, som udskilles i hovedfilteret, må bortledes fra processen, fordi det både er kl ori d-25 og alkal i hol di gt og derfor på grund af sin skadelighed ikke kan genanvendes. Fordelen ved kun at benytte ét filter i dette anlæg opvejes derfor af ulempen ved, at det i anlægget udskilte støv helt må fjernes fra processen.

30 Fra dansk patentansøgning nr. 2483/86 (svarende til EP 0209961) kendes en bypass-installation i et ovnanlæg ligeledes med kun et filter, men hvor bypasset er begrænset til kun at kunne behandle røggas fra brænding af klinker med en relativt ringe tilført kloridmængde (0,015-0,1 vægtprocent).

35

Endelig kendes fra de amerikanske patentskrifter US 3112764 og US 3288450 eksempler på ovnanlæg forsynet med bypass for en del af røggassen, og hvor bypasset indeholder en udskillecyklon til udskillelse af alkalier fra røggassen, idet filterstøv fra 3 DK 167005 B1 ovnanlæggets filter ledes til bypassets udskillecyklon som kølemedium, der i denne cyklon får alkalidampene til at kondensere på støvpartiklerne, som derpå udskilles og helt bortledes fra processen. Fremgangsmåden ifølge disse patentskrifter forudsætter, at 5 kondenseringen af alkalierne på støvpartiklerne finder sted ved en temperatur på 500-7QQ°C, idet den køling, som kan opnås ved hjælp af recirkuleret filterstøv eller ved tilsætning af andet finkornet materiale, er forholdsvis ringe. I praksis medfører den således vanskeligheder ved at opnå en tilstrækkelig udskil legrad i udskillecyk-10 Ionen til en effektiv rensning af røgen for alkalier.

Det er derfor formålet med opfindelsen at angive en fremgangsmåde og et apparat til en forbedret behandling af bypass-røggas fra et ovnanlæg, hvorved de forannævnte ulemper afhjælpes, og som gør det 15 · muligt at genanvende udskilt materialestøv såvel fra anlæggets hovedfilter som fra behandlingen af bypass-røggassen.

Formålet opnås ved en fremgangsmåde af den i indledningen til krav 1 beskrevne art og er karakteristisk ved det i kravets kendetegnende 20 del angivne.

En særlig udførelsesform for fremgangsmåden er angivet i krav 2.

Formålet opnås endvidere ved hjælp af et apparat til udførelse af 25 fremgangsmåden således som angivet i krav 3.

Det særligt fordelagtige ved opfindelsen er, at man fugter den bypassede røggas ved behandlingen i en bypass-reaktor, f.eks. af gassuspensionsabsorptionstypen, hvorved man gennem et stort udbud af 30 fugtede partikler ved hjælp af disses overflader skaber tilsvarende store muligheder for, at klorider og alkalier sætter sig på disse partikler og sammen med dem transporteres op gennem reaktoren, idet alkalierne og saltene opløses på de våde parti kel overflader og derpå gennem vandets fordampning ved en reaktortemperatur ved en tempera-35 tur ned til ca. 150*C udfældes som salt- eller støvpartikler i reaktorrøggassen. Partiklerne udskilles fra røggassen i den efterfølgende separator, således at risikoen for udfældning på og dermed tilstopninger af eller påbagninger på anlægsdele reduceres. Det materialestøv, der er udskilt fra bypass-reaktoren, kan recirkuleres 4 DK 167005 B1 til denne, før det ledes bort fra processen. 90-95% af de i den bypassede røggas indeholdte klorider og alkalier udskilles i bypasset, således at den bypass-røggas, der ledes videre til anlæggets hovedfilter, er tilnærmelsesvis fuldstændigt renset for skadelige 5 forbindelser, hvorved alt materialestøv, som i hovedfilteret udskilles fra den samlede røggasmængde, vil kunne genanvendes i selve ovnsystemet, hvis forvarmer det tilføres på kendt vis sammen med tilført råmateriale. Hertil kommer, at filterinstallationen i et ovnanlæg, der med de gældende krav til røggasrensning og med fornø-10 dent kontrol- og øvrigt driftsudstyr repræsenterer en væsentlig del af den samlede investering for anlægget, kan begrænses til et enkelt filter, hovedfilteret.

Det uundgåeligt større, samlede kalorieforbrug for anlægget ved 15 anvendelse af et bypass opvejes dels af et mere lønsomt slutprodukt på grund af dettes bedre kvalitet (lavt al kali indhold), dels af reduktionen af risikoen for anlægsstop på grund af tilstopninger i udsatte anlægsdele.

20 Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, der diagrammatisk illustrerer et eksempel på et enstrenget roterovnsanlæg med forkalcinator og suspensionsforvarmer, og som er forsynet med en bypass-installation ifølge opfindelsen.

25 Råmateriale tilføres anlægget ved 9, forvarmes i modstrøm af røggas fra en roterovn 1 i en cyklonforvarmer bestående af cykloner 6, 7 og 8 med tilhørende stigrør 15, 16 og 17 og faldrør 12, 13, og 14, forkalcineres i en suspensionskalcinator 4, udskilles fra røggassen i en cyklonseparator 5 og ledes til ovnen 1 som forvarmet og 30 forkalcineret råmateriale gennem en ledning 11. Kalcinatoren 4 får tilført forbrændingsluft dels i form af røggas gennem et ovnstigrør 2, dels som brugt kølerluft gennem en ledning 3 fra en ikke vist materialekøler koblet efter ovnen 1. Brændsel tilføres kalcinatoren ved 34. Ovn- og kalcinatorrøggasserne trækkes op gennem forvarmeren 35 af en ventilator 10 og transporteres gennem ledningen 18 til et filter 31, f.eks. et elektrofilter, i hvilket røggasserne renses for medført materialestøv, der ledes ud gennem et udløb 33 og returneres fra dette, eventuelt via ikke viste homogeniseringssiloer, til ovnanlægget til fornyet behandling sammen med de ved 9 tilførte DK 167005 B1 4 til denne, før det ledes bort fra processen. 90-95% af de i den bypassede røggas indeholdte klorider og alkalier udskilles i bypasset, således at den bypass-røggas, der ledes videre til anlæggets hovedfilter, er tilnærmelsesvis fuldstændigt renset for skadelige 5 forbindelser, hvorved alt materialestøv, som i hovedfilteret udskilles fra den samlede røggasmængde, vil kunne genanvendes i selve ovnsystemet, hvis forvarmer det tilføres på kendt vis sammen med tilført råmateriale. Hertil kommer, at filterinstallationen i et . ovnanlæg, der med de gældende krav til røggasrensning og med fornø- 10 dent kontrol- og øvrigt driftsudstyr repræsenterer en væsentlig del af den samlede investering for anlægget, kan begrænses til et enkelt filter, hovedfilteret.

Det uundgåeligt større, samlede kalorieforbrug for anlægget ved 15 anvendelse af et bypass opvejes dels af et mere lønsomt slutprodukt på grund af dettes bedre kvalitet (lavt al kali indhold), dels af reduktionen af risikoen for anlægsstop på grund af tilstopninger i udsatte anlægsdele.

20 Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, der diagrammatisk illustrerer et eksempel på et enstrenget roterovnsanlæg med forkalcinator og suspensionsforvarmer, og som er forsynet med en bypass-i nstal lati on ifølge opfindelsen.

25 Råmateriale tilføres anlægget ved 9, forvarmes i modstrøm af røggas fra en roterovn 1 i en cyklonforvarmer bestående af cykloner 6, 7 og 8 med tilhørende stigrør 15, 16 og 17 og faldrør 12, 13, og 14, forkalcineres i en suspensionskalcinator 4, udskilles fra røggassen i en cyklonseparator 5 og ledes til ovnen 1 som forvarmet og 30 forkalcineret råmateriale gennem en ledning 11. Kalcinatoren 4 får tilført forbrændingsluft dels i form af røggas gennem et ovnstigrør 2, dels som brugt kølerluft gennem en ledning 3 fra en ikke vist materialekøler koblet efter ovnen 1. Brændsel tilføres kalcinatoren ved 34. Ovn- og kalcinatorrøggasserne trækkes op gennem forvarmeren 35 af en ventilator 10 og transporteres gennem ledningen 18 til et filter 31, f.eks. et elektrofilter, i hvilket røggasserne renses for medført materialestøv, der ledes ud gennem et udløb 33 og returneres fra dette, eventuelt via ikke viste homogeniseringssiloer, til ovnanlægget til fornyet behandling sammen med de ved 9 tilførte DK 167005 B1 5 råmaterialer. Renset røggas ledes fra filteret 31 via en ventilator og en skorsten 32 til atmosfæren. Ovnstigrøret 2 er forsynet med en bypass-installation 20-30 til at lede en del af ovnrøggassen uden om forkalcinatoren og forvarmeren til filteret 31. Efter afgysning 5 ("quenchning") ved hjælp af recirkuleret, afkølet by-pass støv tilført med transportanlægget 28 og ved hjælp af recirkuleret, afkølet røggas tilført via en ledning 22 til et afgysningsaggregat eller blandekammer 21 monteret på bypass-ledningen 20 føres røggassen til en cylindrisk reaktor 23 med konisk bund, og med et røggas-10 indløb anbragt centralt i bunden. Samtidig med indføringen af røggassen i reaktoren 23 indsprøjtes vand i denne gennem en dyse 24 anbragt i eller nær reaktorens bund. Quenchningen ved hjælp af recirkulation af kølet støv og røg bevirker, at salte, herunder klorider, i røggassen kondenserer og størkner, således at deres 15 klistrende virkning fjernes forud for behandlingen i reaktoren 23, og tilførslen af vand gennem indføringen 24 bevirker, at vandet fordeles på støvet og derpå fordamper i reaktoren fra materi ales-tøvpartiklerne, hvorved der sker en yderligere afkøling af røggassen ned til ca. 150°C. De med røggassen tilførte salte og støvpartikler 20 opfanges på overfladen af de fugtede, recirkulerede støvpartikler, hvorved disse vokser i størrelse og transporteres op igennem reaktoren 23, mens vandet fordamper. Disse partikler udskilles derpå fra røggassen i en efter reaktoren 23 koblet separator 25, hvorfra de ledes til beholderen 26 og fra denne returneres enten via transpor-25 tøren 28 til reaktoren 23 eller via ledningen 28' til blandekammeret 21 eller fjernes fra processen gennem et udløb 27. Renset bypass-røggas transporteres ved hjælp af en ventilator 30 gennem en ledning 29 til filteret 31 til en afsluttende rensning i dette for de sidste, fine rester af materialestøv sammen med rensningen af 30 røggasmængden fra forvarmeren. En del af den rensede, afkølede bypass-røggas kan ved hjælp af et reguleringsspjæld 34 i ledningen 29 og ledningen 22 ledes tilbage til blandekammeret 21 som køleluft i dette for den bypassede røggas fra ovnen 1.

35 Beregninger har vist, at forøgelsen af driftsomkostningerne ved en bypass-install ation ifølge opfindelsen er af beskeden art, da forøgelsen hovedsagelig udgøres af et mer-elforbrug til ventilatoren 30, og da tryktabet over reaktoren 23 og separatoren 25 kan begrænses til 100-200 mmVs, hvilket kun er en ubetydelighed mere end 5 DK 167005 B1 6 tryktabet over et køletårn, som denne del af bypass-installationen erstatter.

10 15 20 25 30 35

Claims (4)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af klinker af mineralske råmaterialer, f.eks. fremstilling af cementklinker, hvorunder klorid, 5 svovl og alkalier (kalium, natrium) ialt væsentligt fjernes fra klinkerne i et ovnanlæg, der - set i råmaterialestrømmens bevægelsesretning - består af en suspensionsforvarmer (6, 7, 8), eventuelt en forkalcinator (4) til uddrivning af CO^ fra råmaterialerne, en ovn (1) til brænding og sintring af råmaterialerne og en køler til 10 afkøling af det i ovnen behandlede produkt, og hvor anlægget tillige er forsynet med et røggasbypass (20-30) med et afgysnings- eller blandekammer (21) til behandling af den bypassede røggasmængde, og hvor såvel den gennem forvarmeren bortledte røggasmængde som den via bypasset bortledte røggasmængde ledes til et og samme røgrensnings-15 filter (31) for anlægget, kendetegnet ved, at den bypassede røggasmængde med sit indhold af klorid, svovl og alkalier underkastes en behandling ved en temperatur ned til ca. 150*C i en reaktor af gassuspensionsabsorptionstypen (23) under indsprøjtning af vand nær reaktorens bund, hvorved gennem afgysningen dannede våde 20 partikler i reaktoren på deres overflader opløser alkalierne og saltene, som gennem vandets fordampning i reaktoren derpå danner salt- og støvpartikler, der udfældes i reaktorrøggassen, og ved at hovedparten af disse salt-/støvpartikler udskilles fra røggassen i en efter reaktoren koblet separator (25), fra hvilken partiklerne 25 returneres til bypass-reaktoren til fornyet anvendelse i denne og/eller fjernes fra anlægget.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at en del af den i bypasset rensede og afkølede røggas, efter at have 30 passeret bypassets separator (25), recirkuleres til bypassets afgysningstrin (21) som køleluft for den fra ovnen tilførte røggas-mængde.

3. Apparat til udførelse af fremgangsmåden ifølge krav 1, og hvor 35 et bypass (20-30) i et ovnanlæg til fremstilling af klinker af mineralske råmaterialer har et afgysnings- eller blandekammer (21) til behandling af den bypassede røggasmængde, kendetegnet ved, at bypasset efter dette kammer omfatter en reaktor (23), der er af gassuspensionsabsorptionstypen, og som er udformet som en 8 DK 167005 B1 cylindrisk beholder med konisk bund og et centralt i den koniske bund anbragt indløb for røggas, mindst én nær bunden af reaktoren anbragt vandindsprøjtningsdyse (24), en umiddelbart efter reaktoren koblet separator (25) til udskillelse af støvpartikler fra den i 5 reaktoren behandlede røggas, midler (26, 28, 28') til at lede en del af de i separatoren (25) udskilte støvpartikler tilbage til reaktoren (23) eller til blandekammeret (21), og midler (29, 30) til at transportere den i reaktoren og separatoren rensede røggas til ovnanlæggets røggasfilter (31). 10

4. Apparat ifølge krav 3, kendetegnet ved midler (22, 34. til at recirkulere afkølet, renset røggas som køleluft til blandekammeret 21. 15 20 25 30 35