EP0108888A1

EP0108888A1 - Anlage zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut

Info

Publication number: EP0108888A1
Application number: EP83109193A
Authority: EP
Inventors: Detlev Dipl.-Ing. Kupper
Original assignee: Krupp Polysius AG
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1982-10-12
Filing date: 1983-09-16
Publication date: 1984-05-23
Also published as: ES8405745A1; EP0108888B1; ES526398A0; JPS59137350A; DE3237689A1; DE3362549D1; ZA837133B; US4514170A

Abstract

Die Anmeldung betrifft eine Anlage zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut mit einem Zyklonvorwärmer, einem Drehrohrofen (1) und einem Kühler, wobei die beiden Kühlluftleitungen (4a, 4b) in unterschiedlicher Höhenlage in die Ofenabgasleitung (3) einmünden, nahe dieser Einmündung mit Zuführungen (5, 6) für zusätzlichen Brennstoff versehen sind und in die untere Kühlluftleitung die Gutaustragsleitung (7) der zweituntersten Zyklonstufe einmündet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, insbesondere zur Herstellung von Zement, mit einem aus mehreren übereinander angeordneten Stufen bestehenden Zyklonvorwärmer, einem Drehrohrofen, einem Kühler sowie einer von der Ofenabgasleitung zwischen Drehrohrofen und Zyklonvorwärmer gebildeten, mit zusätzlichem Brennstoff versorgten Vorcalcinierzone , die von den Abgasen des Drehrohrofens im wesentlichen von unten nach oben durchströmt wird und in die zwei an den Kühler angeschlossene Kühlluftleitungen einmünden.
Bei einer bekannten Anlage zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut (DE-OS 28 01 161) ist die vom Drehrohrofen zur untersten Zyklonstufe des Vorwärmers führende Abgasleitung mit mehreren übereinander liegenden Einschnürungen versehen, wobei im Bereich dieser Querschnittseinschnürungen jeweils Brennstoff und Luft eingeführt wird. Das aus der zweituntersten Zyklonstufe ausgetragene Gut wird hierbei in den untersten Bereich der Ofenabgasleitung eingeführt.
Diese bekannte Ausführung ist mit verschiedenen Nachteilen behaftet. Bedingt durch die mehreren Querschnittseinschnürungen der Ofenabgasleitung ergibt sich eine verhältnismäßig komplizierte Bauweise, die sich nicht zur Umrüstung bereits vorhandener Anlagen eignet. Im Bereich der Querschnittseinschnürungen der Ofenabgasleitung besteht ferner die Gefahr störenden Materialablagerungen. Da ferner das vorzuwärmende Gut und der Brennstoff unabhängig voneinander an verschiedenen Stellen in die Ofenabgasleitung eingeführt werden, ergibt sich ein wenig günstiger Wärmeübergang vom Brennstoff über das Gas auf das Gut.
Diese Nachteile der bekannten Ausführung werden bei einer von der Anmelderin entwickelten Anlage (EU-PS 2054) vermieden, bei der zwei Kühlluftleitungen an einander gegenüberliegenden Stellen in die Ofenabgasleitung einmünden, wobei an diese Kühlluftleitungen kurz vor ihrer Einmündung in die Ofenabgasleitung die Gutaustragsleitungen der zweituntersten Zyklonstufe sowie gegebenenfalls zusätzliche Brenner angeschlossen sind. Eine solche Ausführung ermöglicht es, mit geringem änlagentechnischen Aufwand für die Vorcalcinierzone eine vollständige und sehr gleichmäßige Wärmeübertragung vom Brennstoff auf das Gut zu erreichen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese bekannte Anlage noch weiter dahin zu verbessern, daß sich ein besonders hoher Entsäuerungsgrad des Rohmateriales und ein guter Ausbrand des Brennstoffes ergibt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:

a) die beiden Kühlluftleitungen münden in unterschiedlicher Höhenlage in die Ofenabgasleitung ein;
b) beide Kühlluftleitungen sind nahe ihrer Einmündung in die Ofenabgasleitung mit Zuführungen für den zusätzlichen Brennstoff versehen;
c) in die untere Kühlluftleitung mündet die Gutaustragsleitung der zweituntersten Zyklonstufe ein.

Ehe der mit der erfindungsgemäßen Anordnung erzielte technische Fortschritt dargelegt wird, seien zunächst einige Begriffe erläutert.
Unter "Entsäuerung" oder "Vorcalcination" versteht man das Austreiben des CO₂ aus CaCO₃gemäß folgender Gleichung:
"Rekarbonatisierung" ist der umgekehrte Vorgang. Hierbei nimmt bereits entsäuertes Material (CaO) aufgrund eines hohen CO₂-Partialdruckes bzw. aufgrund niedriger Materialtemperatur wieder C0₂ auf.
Es wurde nun festgestellt, daß die Entsäuerungsreaktion bei bestimmten Temperatur- und CO₂-Partialdruckverhältnissen zu stagnieren beginnt, so daß es zu einem Quasigleichgewicht zwischen den beiden obigen Reaktionen kommt. In der Vorcalcinierzone ist dann keine weitere Erhöhung des Entsäuerungsgrades zu erwarten.
Dabei versteht man unter dem wirklichen Entsäuerungsgrad das Verhältnis des aus dem Rohmaterial tatsächlich ausgetriebenen C0₂ zum ursprünglich im Rohmaterial vorhandenen C0₂. Unter dem scheinbaren Entsäuerungsgrad ist das Verhältnis des C0₂-Gehaltes einer an einer bestimmten Stelle der Anlage entnommenen Gutprobe zum C0₂-Gehalt des Rohmateriales zu verstehen (im Hinblick auf den in der Anlage vorhandenen Kreislauf von hochentsäuertem staubförmigen Material ist der scheinbare Entsäuerungsgrad in der Regel etwas höher als der wirkliche Entsäuerungsgrad).
Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß sich durch eine zweite, in höherer Lage in die Ofenabgasleitung einmündende Kühlluftleitung der C0₂-Partialdruck senken und ein Fortschreiten der stagnierenden Entsäuerungsreaktion erzielen läßt. Wesentlich ist hierbei allerdings, daß die durch die weitere Kühlluftzufuhr bewirkte Absenkung des CO₂-Partialdruckes ohne Verringerung der Temperatur erfolgt. Zu diesem Zweck ist auch die obere Kühlluftleitung mit einer Zuführung für zusätzlichen Brennstoff versehen.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung steigt damit in der ersten Vorcalcinierstrecke (d.h. von der Einmündung der unteren Kühlluftleitung bis zur Einmündung der oberen Kühlluftleitung) der Entsäuerungsgrad zunächst sprungartig an. Ehe dann eine Rekarbonatisierung erfolgt und sich ein Quasigleichgewicht zwischen Entsäuerung und Rekarbonatisierung einstellt, wird die CO₂-Konzentration durch die über die obere Kühlluftleitung zugeführte weitere Tertiärluftmenge verdünnt. Dadurch ergibt sich ein erneuter starker Anstieg des Entsäuerungsgrades und ein guter Ausbrand des Brennstoffes.
Wie sich bei den der Erfindung zugrundeliegenden Versuchen zeigte, ist eine alleinige Brennstoffzufuhr zur Vorcalcinierzone (ohne die obere Kühlluftzufuhr) nicht sinnvoll, da der sich hierbei ergebende hohe C0₂-Partialdruck die Entsäuerung extrem behindert und da ein geringes Sauerstoff- und hohes CO₂-Angebot ungünstig für den Ausbrand sind. Die erforderliche Verbrennungsluftmenge müßte in diesem Falle durch den Drehrohrofen gezogen werden. Bei alleiniger Brennstoffzufuhr (Drittfeuerung ohne Tertiärluft, d.h. Kühlerluft) würde eine weitere Entsäuerung in der Vorcalcinierzone nur mittels einer Temperaturerhöhung möglich sein.Dadurch würde sich jedoch auch die Abgastemperatur und damit der spezifische Gesamtwärmeverbrauch erhöhen.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht demgegenüber eine wesentliche Erhöhung des Wirkungsgrades der Vorcalcinierzone ohne nennenswerten zusätzlichen anlagentechnischen Aufwand.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden im Zusammenhang mit der Beschreibung eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen

Fig.1 ein Prinzipschema einer erfindungsgemäßen Anlage;
Fig.2 ein Diagramm, das die Entwicklung des Entsäuerungsgrades in der Vorcalcinierzone veranschaulicht.

Die Anlage gemäß Fig.1 enthält einen Drehrohrofen 1, einen nur teilweise, nämlich nur hinsichtlich der untersten Zyklonstufe 2 dargestellten mehrstufigen Zyklonvorwärmer bekannter Bauart sowie eine vom Drehrohrofen 1 zur untersten Zyklonstufe 2 führende Ofenabgasleitung 3, die die Vorcalcinierzone bildet.
Von dem nicht veranschaulichten Kühler führt eine Leitung 4 zur Ofenabgasleitung 3. Die Leitung 4 teilt sich in eine untere und eine obere Kühlluftleitung 4a, 4b auf, die in unterschiedlicher Höhenlage in die Ofenabgasleitung 3 einmünden.
Die untere Kühlluftleitung 4a mündet etwa mittig und die obere Kühlluftleitung 4b etwa tangential in die Ofenabgasleitung 3 ein. Beide Kühlluftleitungen 4a, 4b weisen vor ihrer Einmündung in die Ofenabgasleitung 3 einen schräg nach unten gerichteten Leitungsteil 4'a bzw. 4'b auf.
Nahe der Einmündung der Kühlluftleitungen 4a, 4b sind Zuführungen 5, 6 für zusätzlichen Brennstoff vorgesehen. Weiterhin mündet in die untere Kühlluftleitung 4a die Gutaustragsleitung 7 der (nicht dargestellten) zweituntersten Zyklonstufe des mehrstufigen Zyklonvorwärmers ein.
In der unteren Kühlluftleitung 4a vermischt sich somit noch kurz vor der Einmündung dieser Kühlluftleitung in die Ofenabgasleitung 3 der über die Zuführung 5 zugeführte Brennstoff mit dem über die Leitung 7 eingetragenen, vorgewärmten Gut und der über die Leitung 4a zugeführten Kühlluft, so daß beim Eintritt dieses Brennstoff-Gut-Luftgemisches in die Ofenabgasleitung 3 eine spontane Verbrennung des Brennstoffes am Gut einsetzt.
Der Entsäuerungsgrad f steigt damit in dieser von der Einmündung der unteren Kühlluftleitung 4a bis zur Einmündung der oberen Kühlluftleitung 4b reichenden ersten Vorcalcinierstrecke s₁ sprunghaft an.
Wird dann durch die obere Kühlluftleitung 4b eine weitere Brennstoff- und Luftmenge in die Ofenabgasleitung 3 eingeführt, so ergibt sich durch die Senkung des CO₂-Partialdruckes ein Fortschreiten der Entsäuerungsreaktion in der zweiten Vorcalcinierstrecke s₂, die von der Einmündung der oberen Kühlluftleitung 4b bis zur untersten Zyklonstufe 2 des Vorwärmers reicht.
Bei einer praktischen Ausführung einer erfindungsgemäßen Anlage können beispielsweise folgende Werte vorgesehen werden:

Länge s₁ der ersten Vorcalcinationsstrecke:
4 bis 8, vorzugsweise 5 bis 6 m;

Länge s₂ der zweiten Vorcalcinationsstrecke:

7 bis 15, vorzugsweise 9 bis 12 m;
Gesamtvorcalcinierrate: 50 bis 60%
Vorcalcinierrate der 1. Vorcalcinationsstrecke: 40 bis 50%;
Luftüberschußzahl (im Drehrohrofen) 1,0 bis 1,1
Luftüberschußzahl an der Zweitfeuerung, d.h. Brennstoffzuführung 5 1,1 bis 1,2
Luftüberschußzahl an der Drittfeuerung, d.h. Brennstoffzuführung 6 1,3 bis 2,5
Temperatur am Ende der Vorcalcinierzone (abhängig von der Reaktivität des Rohmateriales) 830 bis 860°C.

Zur weiteren Erläuterung der Betriebsverhältnisse bei einer solchen Anlage seien die an den Meßpunkten 11 bis 22 (vgl. Fig.1) vorhandenen Meßdaten genannt:

Meßpunkt:

11 Brennstoff 335 kcal/kg Klinker Luftüberschuß 1.1 Sekundärluft 0,0502 kg/kg Klinker
12 Gas- und Staubtemperatur 1240°C C0₂-Konz. 22%
Staubrückführung aus dem Drehrohr 0,2 kg/kg Klinker (Staub ist zu 100% entsäuert)
13 Material aus zweituntersten Zyklonstufe 1,53 kg/kg Klin ker (Entsäuerungsgrad 0%).
Staub aus zweituntersten Zyklonstufe 0,2 kg/kg Klinker (Entsäuerungsgrad 90%)
Scheinbarer Entsäuerungsgrad 11% Material- und Staubtemperatur 700°C
14 CO₂-Konz. nach Mischung 12,6%
Max. scheinbarer Entsäuerungsgrad 20%
15 Gas-, Material- und Staubtemperatur 870°C Wirklicher Entsäuerungsgrad 60%
Scheinbarer Entsäuerungsgrad 69%
C0₂-Konz. 27%
16 CO₂-Konz. nach Mischung 24%
Luftüberschußzahl 1,2
17 Material und Staub 1,48kg/kg Klinker
Gas- Material- und Staubtemperatur 840°C
Wirklicher Entsäuerungsgrad 85%
Scheinbarer Entsäuerungsgrad 89%
CO₂-Konz. 30%
18 Tertiärlufttemperatur 703°C
Tertiärluftmenge 0,0742 kg/kg Klinker
19 Tertiärluftmenge (Zweitfeuerung) 0,0513 kg/kg Klinker Tertiärlufttemperatur 703°C
20 Brennstoff/Zweitfeuerung 314 kcal/kg Klinker Luftüberschußzahl 1,2
21 Tertiärluftmenge (Drittfeuerung) 0,0206 kg/kg Klinker Tertiärlufttemperatur 703°C
22 Brennstoff/Drittfeuerung 101 kcal/kg Klinker Luftüberschußzahl 1,5

Claims

1. Anlage zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, insbesondere zur Herstellung von Zement, mit einem aus mehreren übereinander angeordneten Stufen bestehenden Zyklonvorwärmer, einem Drehrohrofen, einem Kühler sowie einer von der Ofenabgasleitung zwischen Drehrohrofen und Zyklonvorwärmer gebildeten, mit zusätzlichem Brennstoff versorgten Vorcalcinierzone, die von den Abgasen des Drehrohrofens im wesentlichen von unten nach oben durchströmt wird und in die zwei an den Kühler angeschlossene Kühlluftleitungen einmünden, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die beiden Kühlluftleitungen (4a, 4b) münden in unterschiedlicher Höhenlage in die Ofenabgasleitung (3) ein;

b) beide Kühlluftleitungen (4a, 4b) sind nahe ihrer Einmündung in die Ofenabgasleitung (3) mit Zuführungen (5, 6) für den zusätzlichen Brennstoff versehen;

c) in die untere Kühlluftleitung (4a) mündet die Gutaustragsleitung (7) der zweituntersten Zyklonstufe ein.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Kühlluftleitung (4b) tangential in die Ofenabgasleitung (3) einmündet.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Kühlluftleitung (4a) mittig in die Ofenabgasleitung (3) einmündet.

4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (s₁) der von der Einmündung der unteren Kühlluftleitung (4a) bis zur Einmündung der oberen Kühlluftleitung (4b) reichenden ersten Vorcalcinierstrecke 4 bis 8, vorzugsweise 5 bis 6 m, beträgt.

5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (s₂) der von der Einmündung der oberen Kühlluftleitung (4b) bis zur untersten Zyklonstufe (2) reichenden zweiten Vorcalcinierstrecke 7 bis 15, vorzugsweise 9 bis 12 m, beträgt.