EP0108888B1

EP0108888B1 - Anlage zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut

Info

Publication number: EP0108888B1
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: 1986-03-12
Also published as: ES526398A0; US4514170A; JPS59137350A; DE3237689A1; ZA837133B; ES8405745A1; DE3362549D1; EP0108888A1

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, mitzusätzlichem 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 Anlagen zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, enthaltend einen Zyklonvorwärmer, eine Vorcalcinierzone, einen Drehrohrofen und einen Kühler, ist es bekannt, die heisse Abluft des Kühlers zur Trocknung des zu brennenden Gutes zu verwenden (D.E-A Nr. 2726138).
Es ist weiterhin bekannt, die Abluft des Kühlers unter Umgehung des Drehrohrofens unmittelbar der zwischen dem Zyklonvorwärmer und dem Drehrohrofen angeordneten Vorcalcinierzone als Verbrennungsluftzuzuleiten (DE-A Nr. 3012167).
Bei einer solchen Anlage ist es weiterhin auch bekannt, die in der Vorcalcinierzone benötigte Verbrennungsluft weitgehend oder ausschliesslich vom Kühler zuzuführen, während die Abgase des Drehrohrofens über einen Bypass ganz oder teilweise abgezogen werden (DE-A Nr. 2833774).
Es ist ferner eine Anlage zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut bekannt (DE-A Nr. 2801161), bei der die vom Drehrohrofen zur untersten Zyklonstufe des Vorwärmers führende, die Vorcalcinierzone bildende Abgasleitung mit mehreren übereinanderliegenden Einschnürungen versehen ist, wobei im Bereich dieser Querschnittseinschnürungen jeweils Brennstoff und Luft eingeführt werden. Das aus der zweituntersten Zyklonstufe ausgetragene Gut wird hierbei in den untersten Bereich der Ofenabgasleitung eingetragen.
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 störender 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 (EP-B1 Nr. 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 ggf. zusätzliche Brenner angeschlossen sind. Eine solche Ausführung ermöglicht es, mit geringem anlagentechnischen 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 ergeben.
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) indieuntereKühlluftleitungmündetdieGutaustragsleitung 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 CaC0₃ gemäss folgender Gleichung:
Rekarbonatisierung ist der umgekehrte Vorgang. Hierbei nimmt bereits entsäuertes Material (CaO) aufgrund eines hohen CO₂-Partialdruk- kes bzw. aufgrund niedriger Materialtemperatur wieder CO₂ auf.
Es wurde nun festgestellt, dass die Entsäuerungsreaktion bei bestimmten Temperatur- und CO_Z-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 CO₂ zum ursprünglich im Rohmaterial vorhandenen CO_z. Unter dem scheinbaren Entsäuerungsgrad ist das Verhältnis des CO₂-Gehaltes einer an einer bestimmten Stelle der Anlage entnommenen G_'ut- probe zum CO₂-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 CO_z-Partialdruck senken und ein Fortschreiten der stagnierenden Entsäuerungsreaktion erzielen lässt. Wesentlich ist hierbei allerdings, das 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 ergeben 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 CO_Z-Partialdruck die Entsäuerung extrem behindert und da ein geringes Sauerstoff-und hohes CO_s-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.
Vom dem nicht veranschaulichten Kühler führt eine Leitung 4 zur Ofenabgasleitung 3. Die Leitung 4teilt 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 (p steigt damit in dieser von der Einmündung der unteren Kühlluftleitung 4a bis zur Einmündung der oberen Kühlluftleitung 4b reichenden ersten Vorcalcinierstrekke s, 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 s_z, 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 Vorcalcinierstrecke:
4 bis 8, vorzugsweise 5 bis 6 m
LängeS2der zweiten Vorcalcinierstrecke:
7 bis 15, vorzugsweise 9 bis 12 m
Gesamtvorcalcinierrate: 50 bis 60%
Vorcalcinierrate der ersten Vorcalcinierstrecke: 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 CO_Z-Konz. 22% Staubrückführung aus dem Drehrohr 0,2 kg/kg Klinker (Staub ist zu 100% entsäuert)
13 Material aus zweitunterster Zyklonstufe 1,53 kg/kg Klinker (Entsäuerungsgrad 0%) Staub aus zweitunterster 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% CO₂-Konz. 27%
16 CO₂-Konz. nach Mischung 24% Luftüberschusszahl 1,2
17 Material und Staub 1,48 kg/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 Kühlloftleitung (4a) mittig in die Ofenabgasleitung (3) einmündet.

4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (s, ) 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.