NO139752B - Roterovnsanlegg til kalsinering og sintring av mineralske materialer, saerlig sementraamaterialer - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et roterovnsanlegg til kalsinering og sintring av mineralske materialer, særlig sementråmaterialer, innbefattende en særskilt enhet til forvarming og kalsinering av råmaterialene, en roterovn og en roterende kjøler, hvor roterovnen og den roterende kjøler står i forbindelse med hverandre gjennom et stasjonært mellomliggende kammer som danner passasje for det brente produkt som beveger seg fra ovnen til den roterende kjøler i motstrøm til oppvarmet kjøleluft, som passerer til roterovnen som forbrenningsluft.

Roterovnsanlegg av denne type er fordelaktige så sant det dreier seg om fabrikasjonsanlegg som det stilles krav om høy produksjon til. rremstillingsprosessen er således tilrettelagt til å kunne utføres i særskilte enheter i en rekke trinn innbefattende en forvarmer, en kalsineringsenhet, en sintringsenhet i form av en kort roterovn og en kjølerenhet til kjøling av det varme produkt.

Behandlingen av råmaterialet, særlig sementdannende råmaterialer, i enheter, som er oppdelt i behandlingstrinnet etter forskjellige varmeutvekslingstrinn i prosessen, har vist seg å være av interesse, først og fremst på grunn av at det kan oppnås en økonomisk produksjon, men også fordi det i et slikt anlegg er mulig å tilveiebringe omhyggelig tilsyn med og automatisk kontroll med fremstillingsprosessen.

I roterovnen i anlegg av den type som har en særskilt kalsineringsenhet, er den luftmengde som er nødvendig for for-brenningen i ovnen liten, slik at bare en del av en oppvarmet kjøleluft effektivt kan utnyttes i roterovnen til gjenvinning av varmeinnholdet i kjøleluften. En annen del av kjøleluften utnyttes derfor som forbrenningsluft i kalsineringsenheten.

Ved kjente anlegg av denne type kan kjøleren enten innbefatte en rekke kjølerrør anordnet planetarisk omkring roterovnens utløpsende og roterende med ovnen, slik at hele den oppvarmede kjøleluftmengde som skal benyttes som forbrenningsluft trekkes gjennom roterovnen, eller kjøleren kan alternativt bestå av en ristkjøler kombinert med roterovnen på en slik måte at i det minste en del av den oppvarmede kjøleluft utnyttes i roterovnen som sekundær forbrenningsluft, mens en annen del av kjøleluften utnyttes til forvarming eller til forbrenning i kalsineringsprosessen, som utføres i den til forvarmeren knyttede kalsineringsenhet.

Imidlertid har det ikke hittil vært mulig med en særskilt planetarisk kjøler eller roterende kjøler å kombinere en effektiv kjøling av det varme produkt med en tilfredsstillende anvendelse av de oppvarmede kjøleluftmengder som forbrenningsluft ved prosessen, fordi det er vanskelig å konstruere og anordne overgangen mellom ovnen og kjøleren på en slik måte at den oppvarmede kjøleluft og det varme produkt kan passere i motstrøm til hverandre uten vanskelighet. En snever overgang eller overganger gir anledning til støvproblemer, og den roterende kjølers kjøle-evne kan være for lav, med mindre en del av kjøleluften for å overvinne dette problem fjernes fra den roterende kjøler. Dette medfører et høyt samlet varmeforbruk for prosessen. Videre kan luftmengden, selv om det ledes tilstrekkelig luftmengde til roterovnen til anvendelse i forbrenningsprosessen, vise seg util-strekkelig til å kjøle ovnens utløp, overgangen og/eller kjølerens innløp, hvilket som følge herav kan beskadiges av varmen fra det varme produkt.

Imidlertid er det av avgjørende betydning at så meget som mulig av varmeinnholdet i det varme produkt gjenvinnes, og hensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et anlegg hvor man unngår de ovennevnte ulemper.

Anlegget i henhold til oppfinnelsen er bygget opp på en slik måte at det stasjonære mellomliggende kammer har et særskilt innløp for tilsetning av ytterligere kjøleluft, og et utløp for bortføring av en del av den forvarmede kjøleluft,

og det nevnte utløp er videre forbundet med forvarmings- og kalsineringsenheten gjennom et rør som er ført utenom roterovnen .

Råmaterialet passerer først i suspensjon gjennom forvarmeren i motstrøm til avgassene fra kalsineringsenheten og roterovnen. Etter å ha blitt helt eller delvis kalsinert fortsetter materialet til roterovnen for å underkastes en sintring (endelig brenning), hvorpå det gjennom utløpet i den nederste ende av ovnen tømmes ut i det stasjonære mellomliggende kammer, hvilket kammer danner forbindelse mellom roterovnen og den roterende kjøler. Gjennom kjøleren ledes det luft i motstrøm til det varme materialet som skal kjøles.

Når ekstra kjøleluft tilføres det mellomliggende kammer, foregår der en effektiv kjøling av det varme produkt umiddelbart etter at dette forlater roterovnen. I det minste en del av den luft som anvendes til denne kjøling bortledes straks til kalsineringsenheten gjennom det ovenfor omtalte rør, som er ført utenom ovnen.

Som følge av denne plutselige nedkjøling mottar den roterende kjøler et forkjølt produkt, og det kreves derfor bare en redusert kjøleluftmengde til den endelige kjøling i den roterende kjøler. En slik reduksjon av kjøleluftmengden er fordelaktig for kjølerens ytelse og for passasjen av den oppvarmede kjøleluft gjennom kjølerens materialinnløp og det mellomliggende kammer til roterovnen. En del av den samlede kjøleluftmengde bortledes direkte gjennom forbindelsesrøret fra det mellomliggende kammer til kalsineringsenheten, dvs. det trekkes ut luft både fra innløpet for den ekstra kjøleluft og fra den roterende kjøler.

På denne måte kan den i den oppvarmede kjøleluft inneholdte varme gjenvinnes og utnyttes ved varmebehandlingene, slik at det anvendes en regulert mengde oppvarmet kjøleluft'som forbrenningsluft i roterovnen og en regulert mengde oppvarmet kjøleluft som forbrenningsluft i kalsineringsenheten.

Som et ytterligere resultat herav reduseres mengden av oppvarmet kjøleluft som føres ut av den roterende kjølers innløp for det varme materialet, slik at mengden av støvpartikler som føres fra kjøleren inn i roterovnen, reduseres vesentlig.

Det er fordelaktig at det varme produkt plutselig nedkjøles når det strømmes ut fra ovnen og før det kommer inn i den roterende kjøler, da den roterende kjølers innløpsdeler herved skånes for en alt for sterk varmepåvirkning og en for stor mekanisk slitasje.

Avgassutløpet fra roterovnen er fortrinnsvis forbundet med en suspensjonsforvarmerenhet, mens avgassutløpet fra kalsineringsapparatet (som anvender kjøleluften fra utløpet i det stasjonære mellomliggende kammer) er forbundet med en annen sus-pens jonsforvarmerenhet, idet gassutløpene fra begge disse forvarmerenheter deretter forenes.

Forbrenningsluften, hvorav en strøm passerer gjennom roterovnen og en annen strøm gjennom kalsineringsapparatet, kan for disse strømmers vedkommende i stor utstrekning styres uavhengig av hverandre, hvorved det blir mulig å foreta en korrekt justering av prosessene i kalsineringsapparatet og i roterovnen. En styring av den foretrukne oppdeling av de to gasstrømmer kan f.eks. tilveiebringes ved hjelp av ventilatorer anbragt ved ut-løpene fra de to forvarmerenheter, før avgassutløpene tilsluttes et enkelt rør, som fører avgassen til en støvutskiller for rensing.

Det mellomliggende kammer kan være utstyrt med organer for tilbakeholding av det varme produkt på en rist som virker som fluidiseringsrist. Det mellomliggende kammer kan f.eks. innbefatte en hovedsakelig horisontalt anbragt rist i sin nederste del, hvis fylling styres ved hjelp av en oppdemningsplate som regulerer materialoverløpet til den roterende kjøler.

I det nederste kjøletrinn som er forutsett ifølge oppfinnelsen, kan det foretas en hurtig og effektiv nedkjøling av det varme produkt, og luften som er utnyttet både som fluidi-seringsluft og som kjøleluft, kan bortledes gjennom utstrømnings-åpningen i det mellomliggende kammer uten at den behøver å passere gjennom roterovnen.

Alternativt kan det mellomliggende kammer forsynes med en horisontal bevegelig eller en skråstilt stasjonær rist for ytterligere transport av materialet gjennom kammeret. Også i så tilfelle oppnås en effektiv varmeutveksling, slik at det opp-står et betydelig temperaturfall for det varme produkt og slik at kjøleluften oppvarmes tilstrekkelig til å tjene som forvarmet forbrenningsluft.

Det roterende kjølerrør er fortrinnsvis forsynt med innbygninger som tjener til å transportere og løfte materialet. Roterende kjølere av den omtalte type er velkjente, men når det bare føres begrensede mengder kjøleluft gjennom den roterende kjøler, er det viktig å sikre seg at det skjer en intim kontakt mellom det varme materialet og kjøleluften, og dette kan oppnås ved å anvende transport- og løfteorganer til gjentatte ganger å løfte det varme materialet for å la det drysse ut i tverret-

ningen ned gjennom kjøleluftstrømmen.

Det kan også være fordelaktig å forsyne det roterende kjølerrør med en rekke sekundære kjølerrør anordnet planetarisk rundt utløpsenden av det roterende sentrale kjølerrør. Ved planetariske kjølerrør anordnet på en slik måte forbedres varmeutvekslingen, og slike kjølerrør er særlig nyttige når roterovnsanlegget er konstruert for høy produksjon. Det er likeledes en fordel når bare en del av den nødvendige kjøleluft skal passere gjennom de planetariske kjølerrør, da de nedløp, hvorigjennom de står i forbindelse med det sentrale rørs indre, i motsatt fall volder problemer i forbindelse med overføring av materialet til de planetariske kjølerrør og forårsaker støvsirkulasjon ved kjølerrørenes innløp som følge av den økning av lufthastigheten som skjer på grunnav den snevre passasje gjennom de nevnte ned-løp.

Ytterligere forbedringer av kjølekapasiteten i

det mellomliggende kammer og den roterende kjøler kan oppnås hvis anlegget er således arrangert at det mellomliggende kammer eller den roterende kjøler eller begge er forsynt med organer for innsprøyting av kjølevann. Skjønt det er av avgjørende betydning for anleggets økonomi at mengden av kjøleluft avpasses omhyggelig etter den påkrevede mengde av forbrenningsluft, kan mindre mengder overskytende kjøleluft ledes gjennom roterovnen eller gjennom omløpet til kalsineringsenheten for avstøvning i anleggets støvutskiller, uten at anleggets varmeøkonomi berøres vesentlig herved. Imidlertid kan innsprøytingen av kjølevann tjene som et middel til å styre temperaturen og til å regulere mengden av kjøleluft. Foruten til å forbedre kjølerens kjøle-virkning tjener vannet til å befukte og kondisjonere den oppvarmede kjøleluft, før denne som forbrenningsluft føres til roterovnen eller kalsineringsovnen.

I en endret utførelsesform kan det stasjonære mellomliggende kammer forsynes med ventilerte tetninger med sin tilslutning både til ovnen og til kjøleren, på en slik måte at den luft som suges ut fra tetningene, kan passere til sugesiden av den ventilator som leverer kjøleluft til det mellomliggende kammer. Når det anvendes tetninger av denne type, må

det suges betydelige luftmengder gjennom tetningene for at det

skal kunne oppnås en effektiv kjøling av de deler som er til-sluttet tetningene, og naturligvis av tetningene, for at skader, særlig på ovnens utløpsende, kan unngås.

Ved å anvende den brukte tetningsluft som en

del av den ekstra kjøleluft som føres til det mellomliggende kammer, gjenvinnes varmeinnholdet av -tetningsluften og kommer herved til utnyttelse når den oppvarmede kjøleluft anvendes som forbrenningsluft.

Det er en ytterligere fordel at støv fra tetningene unngås, og at støv, som måtte finnes i tetningsluften, gjen-innføres i anlegget med den ytterligere kjøleluftstrøm.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvis-ning til de skjematiske tegninger, hvor

Fig. 1 i snitt viser et roterovnsanlegg sett fra siden, Fig. 2 viser en nedre ende av det i fig. 1 viste roterovnsanlegg, også i snitt fra siden, Fig. 3 viser et snitt fra siden av den nederste ende av et annet roterovnsanlegg med et roterende kjølerrør og et mellomliggende kjølekammer, og Fig. 4 viser et snitt fra siden av den nederste ende av en tredje roterovn med roterende kjøler og en noe endret utførelsesform for et mellomliggende kjølekammer.

Ovnsanlegget i fig. 1 innbefatter en roterovn 1 som har et antall løperinger 2 understøttet ved hjelp av bæreruller 3. Bærerullene hviler på fundamentet 4. Roterovnens ene ende har et røkgasskammer 5, som hviler på fundamentet 4.

Røkgasskammeret 5 står i forbindelse med en forvarmer, som innbefatter to særskilte enheter 6 og 7. Av disse er den ene forbundet med røkgasskammeret 5 ved hjelp av en avgangs-kanal 8 for røkgass. Et materialutløpsrør 9 tjener til å for-binde begge de nevnte enheter 6 og 7 med roterovnen gjennom røk-gasskammeret 5.

Begge forvarmerenheter er bygget opp av en rekke serieforbundne forvarmersykloner med tilhørende stigerør, og gass og materiale passerer gjennom forvarmerne i motstrøm til hverandre.

Forvarmerenheten 7 har i sin nederste ende en kalsineringsenhet 10 med innløpsrør 11 for brensel og et tilførsels-rør 12 for forbrenningsluft. Materialtilsetningen til kalsineringsenheten skjer fra begge forvarmere gjennom tilførselsrør 13 og 14.

Forvarmerenhetene 6 og 7 har hvert sitt avgangsrør-15 og 16, for avgass og er forsynt med hver sin ventilator 15'

og 16', fra ventilatoren kan avgassen passere til en støvutskil-ler eller gjennom en skorsten ut i det fri. Råmaterialet som skal behandles i roterovnsanlegget, tilføres forvarmerne 6 og 7 gjennom sluser, henholdsvis 17 og 18.

Utløpsenden 19 til roterovnen 1 står i forbindelse med et stasjonært mellomliggende kjølekammer 20 som har en av-gangsåpning 21 for luft til forbindelsesrøret 12, en bunnåpning 22 for tilsetning av kjøleluft, og en materialutløpsåpning 23. Bunnåpningen 22 er forbundet med en ventilator 24 for lufttil-setning. Utløpsåpningen 2 3 i det mellomliggende kammer munner ut i en roterende kjøler 25, hvis løperinger 26 er understøttet av bæreruller 27 som hviler på fundamenter 28. Den roterende kjøler 25 har et antall planetariske kjølerrør 29 som står i forbindelse med det indre av det roterende sentrale kjølerrør 25 gjennom åpninger 30 og har materialuttømming i et stasjonært hus 31, hvilket hus har et bunnutløp 32. Ved hjelp av et brenner-aggregat 33 tilføres det varme til roterovnen.

I fig. 2 er den nederste ende av roterovnen, det mellomliggende kammer og den i fig. 1 viste roterende kjøler for anlegget vist mer utførlig og delvis i snitt. Det mellomliggende kjølekammer 20 har ventilerte labyrinttetninger 34 og 35 ved kammerets tilslutning til såvel ovn som kjøler, og disse tetninger er ved hjelp av rør 36 og 37 forbundet med sugesiden av kjøle-luf tventilatoren 24.

Det mellomliggende kjølekammer har en transportrist 38 som ved hjelp av en leddforbindelse 39 kan beveges av organer som ikke er vist på tegningen.

Fig. 3 og 4 viser endrede utførelsesformer for mellomliggende kjølekammere 20 som samvirker med et roterende kjølerrør 25. Det i fig. 3 viste mellomliggende kjølekammer har en stasjonær rist 40 som leder materialet inn i kjølerrøret 25. Videre er det i bunnen av kjølekammeret et utløp 41 for uttømming av finkornet materiale som passerer gjennom risten 40. Kjøler-røret munner ut i et stasjonært hus 42 med et bunnutløp 43.

I den i fig. 4 viste endrede utførelsesform er bunnen i det mellomliggende kjølekammer konstruert som et fluidi-seringsorgan, som har en luftgjennomtrengelig bunnplate 44 og en overløpsplate 45. Gjennom rør 46 kan det innsprøytes kjølevann eller et annet kjølemedium. Kjølerrøret 25 er forbundet med løfte-anordninger 47.

Roterovnen 1 er innrettet til å kunne drives ved hjelp av en drivstasjon 48. Denne innbefatter gear og en elektromotor, og den roterende kjøler er også innrettet til å kunne drives ved hjelp av sin egen drivstasjon 49, som likeldes om-fatter gear og elektromotor. De to enheter kan således roteres uavhengig av hverandre.

Under driften tilføres råmateriale, f.eks. sement-råmateriale, til produksjon av sementklinker til anlegget gjennom sluser 17 og 18 i målte mengder, f.eks. ved hjelp av veie-apparater.

I roterovnen 1 og i kalsineringsenheten 10 skjer brenningen ved hjelp av brensel innført gjennom brenneraggregat-et 33 og brenselrøret 11 samt ved hjelp av forbrenningsluft tilsatt henholdsvis gjennom åpningen 19 og brennerrøret 12.

Råmaterialet beveger seg ned gjennom forvarmer-cyklonene i de to forvarmerenheter 6 og 7 og forvarmes av avgassene som passerer opp gjennom forvarmerenhetene. Det forvarmede råmaterialet fra begge forvarmerenheter føres via tilførsels-rør 13 og 14 tii kalsineringsenheten 10 og derfra til roterovnen 1, hvor den endelige brenning eller sintring befinner seg.

Det brente produkt tømmes ut gjennom roterovnens nedre utløpsende 19 i det stasjonære mellomliggende kjølekammer 20. Ved hjelp av ventilatoren 24 blåses det kjøleluft inn i det mellomliggende kjølekammer, hvorved det skjer en effektiv ned-kjøling av det varme produkt. Samtidig oppvarmes kjøleluften til en temmelig høy temperatur, før den fortsetter som forbrenningsluft inn i roterovnen eller ut av utløpsåpningen 21 til røret 12, som fører til kalsineringsenheten.

Det nedkjølte produkt tømmes ut fra det stasjonære mellomliggende kammer i det roterende kjølerrør 25, hvor det skjer en ytterligere kjøling av produktet under varmeutveksling med kjøleluft, som er innført gjennom huset 31 (eller 42 i den alternative utførelsesform).

Ved hjelp av løfteanordninger 47, som er vist i fig. 3 og 4, transporteres det varme produkt gjennom kjølerrøret, og disse anordninger løfter og utdrysser etter hverandre materialet i den kjøleluftstrøm som passerer i motstrøm gjennom røret. Den således oppvarmede kjøleluft forenes med den oppvarmede kjøleluft som kommer fra det mellomliggende kjølekammer, og den samlede strøm av oppvarmet kjøleluft oppdeles i to oppvarmede kjøleluftstrømmer. Disse går som forbrenningsluft inn i roterovnen og gjennom røret 12 inn i kalsineringsenheten.

Det er av vesentlig betydning at mengden av kjøle-luft bringes i forhold til den mengde forbrenningsluft som kreves ved prosessen, og at det stasjonære mellomliggende kjølekammer gir hurtig og effektiv varmeutveksling mellom luften og det varme produkt, hvilket om nødvendig kan fremmes ved vannpåsprøyting. Det mellomliggende kjølekammer gjør det mulig å -foreta en korrekt oppdeling av kjøleluftstrømmene, slik at hele den oppvarmede kjøleluftmengde føres inn i og gjennom kalsineringsenheten og sintringsenheten i oppdelte strømmer på en slik måte at det er unødvendig å installere filtere til rensing av eventuelt overskytende kjøleluft. Videre sikrer den innledende kjøling av det varme produkt, før dette føres til den roterende kjøler, at mengden av den i den roterende kjøler fornødne kjøle-luft reduseres, slik at lufthastigheten gjennom den roterende kjøler kan holdes på et så rimelig lavt nivå, særlig ved den inn-snevrede materialpassasje ved den roterende kjølers innløpsende, at støvplage kan unngås.

Varmeutvekslingen i det mellomliggende kjølekammer forbedres ved anvendelse av en horisontalt liggende eller skrått liggende bevegelig rist eller en fluidiseringsrist, hvorved et visst lag varmt materiale holdes tilbake i det mellomliggende kammer. Lufttetningene ved forbindelsen mellom det stasjonære mellomliggende kjølekammer, roterovnen og den roterende kjøler avkjøler og beskytter disse deler og utgjør en gunstig løsning på tetningsproblemet, idet den unnvikende luft føres tilbake til kjølekammeret.

Claims (7)

1. Roterovnsanlegg til kalsinering og sintring av mineralske materialer, særlig sementråmaterialer, innbefattende en særskilt enhet til forvarming og kalsinering av råmaterialene, en roterovn og en roterende kjøler, hvor roterovnen og den roterende kjøler står i forbindelse med hverandre gjennom et stasjonært mellomliggende kammer som danner passasje for det brente produkt som beveger seg fra ovnen til den roterende kjøler i mot-strøm til oppvarmet kjøleluft, som passerer til roterovnen som forbrenningsluft, karakterisert ved at det stasjonære mellomliggende kammer (20) har et særskilt innløp (22) for tilsetning av ytterligere kjøleluft, og et utløp (21) for bortføring av en del av den forvarmede kjøleluft, og det nevnte utløp (21) står i forbindelse med forvarmings- og kalsineringsenheten (10) gjennom et rør (12) som er ført utenom roterovnen (1).

2. Anlegg ifølge krav 1 med to atskilte suspensjons-forvarmere, karakterisert ved at avgassutløpet (8) fra roterovnen (1) er forbundet med en suspensjonsforvarmerenhet (6), og avgassutløpet (21) fra det stasjonære mellomliggende kammer (20) er forbundet med en suspensjonsforvarmerenhet (7), hvilken er forbundet med kalsineringsapparatet (10).

3. Anlegg ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det mellomliggende kammer (20) er forsynt med organer (45) for tilbakeholding av det varme produkt på en rist (44) som virker som fluidiseringsrist.

4. Anlegg ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved at det mellomliggende kammer (20) for ytterligere transport av materiale gjennom kammeret er forsynt med en horisontal bevegelig eller en skråttstilt stasjonær rist (38,40).

5. Anlegg ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at den roterende kjøler (25) har et antall sekundære kjølerrør (29) anordnet planetarisk rundt utløpet av det roterende sentrale kjølerrør.

6. Anlegg ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at det mellomliggende kammer (20), den roterende kjøler (25) eller begge er forsynt med organer for innsprøytning av kjølevann.

7. Anlegg ifølge et av kravene 1-6, karakterisert ved at det mellomliggende kammer (20) både ved sin forbindelse til ovnen (1) og ved sin forbindelse til kjøleren (25) har ventilerte tetninger (34,35) som er forbundet med sugesiden på en ventilator (24) som leverer kjøleluft til kammeret (20), slik at den gjennom tetningen innsugede ventilasjonsluft inngår i kjøleluften.