Die Erfindung betrifft eine Zementanlage sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Zementanlage.

Bei der Zementklinkerherstellung wird das Rohmaterial zunächst vorgewärmt, anschließend vorcalciniert und schließlich in einem Ofen gebrannt. Der eigentliche Brennprozess findet dabei in der Sinterzone des Ofens statt, in der das Material auf Temperaturen von 1400 bis 1500 ⁰ C erhitzt wird.

Die DE 698 06 182 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zementklinker mittels schwefelreichem Brennstoff, wobei die Sauerstoffkonzentration am Einlass des Brennofens auf 4,5 bis 5,5% erhöht wird, wodurch sich die Temperatur, bei der sich das Kalziumsulfat zersetzt, auf eine Temperatur größer als die Sintertemperatur erhöht, sodass CaSO ₄ ein Bestandteil des Endprodukts wird, anstatt sich in Gase zu zersetzen und Ablagerungen im Bennofen, dem Vorwärmofen und den Vorwärmzyklonen zurückzulassen.

Bestimmte Komponenten, insbesondere Alkalimetalle in Kombination mit Chlor und Schwefel, verflüchtigen sich in der Sinterzone des Ofens und werden mit dem

Ofenabgas ausgetragen (Flüchtigkeit). Das Ofenabgas wird zur Wärmebehandlung des Materials in der Calcinierzone und der Vorwärmzone verwendet. Während dieses Wärmeaustausches kondensieren die flüchtigen Bestandteile auf dem Rohmaterial (Adsorption) und werden wieder in die Sinterzone eingebracht. Dort verflüchtigen sie sich zum Teil wieder, sodass sich auf diese Weise ein Kreislauf dieser

Komponenten bildet. Alles was nicht mit dem Zementklinker oder dem Abgas aus dem System ausgetragen wird, verbleibt somit in diesem Kreislauf, wobei sehr hohe Konzentrationen der im Kreislauf geführten Komponenten erreicht werden können. Alle Kreisläufe können dabei zu unerwünschter Ansatzbildung in der Calcinierzone und der Vorwärmzone und dabei zu Betriebsstörungen führen. Die Ursache besteht darin, dass bestimmte Mischungen der Kreislaufkomponenten zu Eutektika führen, die bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen schmelzen. Wenn das Rohmaterial schmilzt und an den Anlagenwänden auskristallisiert, bilden sich Ansätze. Besonders Problematisch ist in diesem Zusammenhang der in den Kreislauf über das Rohmaterial und den Brennstoff eingebrachte Schwefel. Die maximale erlaubte SO3- Konzentration im Brenngut beträgt daher bisher 5%. Bei höheren Konzentrationen besteht Verstopfungsgefahr und die Anlage kann nicht mehr betrieben werden. Ist zudem noch Chlor vorhanden, sinkt die tolerierbare Menge an SO ₃ weiter ab. In der Darstellung gemäß Fig.l ist die Wechselwirkung von SO ₃ und Cl auf Ansatz im Einlauf des Drehrohrofens dargestellt. Dabei sind im Bereich A keine Ansätze feststellbar, während im Bereich B eine normale Reinigung und im Bereich C eine intensive Reinigung erforderlich ist. Im Bereich D und bei einer SCh-Konzentration von mehr als 5% besteht Verstopfungsgefahr.

Man ist daher bisher bestrebt, Kreisläufe bzw. Flüchtigkeiten zu unterdrücken. Um die Kreislaufkonzentration zu reduzieren ist es bekannt, einen Bypass vorzusehen, der einen Teil der Ofenabgase ausschleust. Damit werden Kreislaufkomponenten aus dem Kreislauf entfernt und die Kreisläufe werden entlastet. Dadurch werden die Kreislaufkonzentrationen reduziert und Ansatzbildungen vermindert, wodurch die Anlagenverfügbarkeit verbessert wird.

Es gibt nun aber Brennstoffe, die eine relativ hohe Schwefelkonzentration aufweisen und daher bei der Zementherstellung bisher nicht eingesetzt werden konnten. Zwar wird in der EP-A2-1 428 804 ein Zementklinker angegeben, der mit Brennstoff hergestellt werden soll, der eine Schwefelkonzentration von mehr als 5% aufweist, jedoch wird in der Patentschrift nicht näher angegeben, wie dieser Zementklinker hergestellt werden kann, ohne dass es dabei zu Ansatzbildungen im Vorwärmer bzw.

Calcinator bzw. zu erhöhten Sθ ₂ -Emissionen kommt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Betreiben einer Zementanlage anzugeben, wobei Brennstoff mit einem hohen Schwefelgehalt verwendet werden kann, ohne dabei die SO ₂ -

Emissionen zu erhöhen und außerdem eine ausreichende Betriebssicherheit zu gewährleisten. Erfϊndungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 12 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Zementanlage wird das Rohmehl in einer Vorwärmzone vorgewärmt, das vorgewärmte Material in einer

Calcinierzone vorcalciniert und das vorcalcinierte Material schließlich in einer

Sinterzone gesintert. Die Zementanlage wird dabei so betrieben, dass das der

Sinterzone zugeführte vorcalcinierte Material eine S O3-Konzentration von mindestens 5,5 Massenprozent und einen CaSO4-Anteil von mindestens 75 Massen- %, vorzugsweise 90%, des gesamten Salzgehaltes des vorcalcinierten Materials aufweist.

Die erfindungsgemäße Zementanlage weist eine Vorwärmzone zum Vorwärmen des Rohmaterials, eine Calcinierzone zur Vorcalcinierung des vorgewärmten Materials und eine Sinterzone zur Sinterung des vorcalcinierten Materials auf. Weiterhin ist eine Steuer- und Regelvorrichtung zum Betreiben der Zementanlage gemäß dem obigen Verfahren vorgesehen.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Ansatzbildung nicht nur von der Schwefelkonzentration, sondern auch von der Salzzusammensetzung und insbesondere vom CaSθ4-Anteil abhängt. Bei einem entsprechend hohen CaSO ₄ - Anteil kann daher die S O ₃ -Konzentration deutlich über das bisher tolerierbare Maß angehoben werden. Bei einem CaSO ₄ -Anteil von 90 Massen-% des gesamten Salzgehaltes kann die S O ₃ -Konzentration bis über 10 Massen-% gesteigert werden.

Bei den der Erfindung zugrundeliegenden Versuchen hat sich gezeigt, dass durch die Betriebsweise der Anlage die Vorgänge „Adsorption" und „Flüchtigkeit", welche die Schwefelkonzentration im Kreislauf bestimmten, gezielt beeinflusst werden können.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der

Unteransprüche . Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden zumindest einzelne der folgenden Betriebsparametermessungen durchgeführt und zur Steuerung der Zementanlage verwendet:

a. Gasanalyse im Einlaufbereich der Sinterzone, der Calcinierzone und/oder vor dem Beginn der Vorwärmzone, b. Temperaturmessung von Material und/oder Gas in der Sinterzone, c. Temperaturmessung von Material und/oder Gas in der Calcinierzone, d. Temperaturmessung von Material und/oder Gas in der Vorwärmzone, e. Laboranalysen des vorcalcinierten Materials, des Rohmaterials oder des

Brennstoffs, f. Laboranalysen des in der Sinterzone gebrannten Zementklinkers, g. Thermische oder thermo grafische Analyse im Bereich der Sinterzone.

Weiterhin kann die Sθ ₃ -Konzentration und der CaSO ₄ -Anteil im vorcalcinierten

Material durch ein oder mehrere der folgenden Maßnahmen beeinflusst werden:

a. Auswahl der Rohmaterialien, b. Auswahl des in der Sinterzone verwendeten Brennstoffs, c. Einstellung des Momentums eines in der Sinterzone betriebenen Brenners, d. Einstellung des Verhältnisses von Verbrennungsluft und Brennstoff in der Sinterzone, e. Einstellung des Verhältnisses von Brennstoffmenge und Rohmehlmenge an mindestens einer Brennstoffzufuhrstelle der Anlage, f. Einstellung des Vorcalcinierungsgrades des Rohmehls nach der Calcinierzone, g. Einstellung der Rohmehlfeinheit.

Weiterhin wird die Zementanlage zweckmäßigerweise so betrieben, dass die Schwefelflüchtigkeit in der Sinterzone mindestens 60%, vorzugsweise wenigstens 80% und die Schwefeladsorption im Vorwärmerbereich, in der Calcinierzone und/oder in der Sinterzone mindestens 80%, vorzugsweise mindestens 90% beträgt. Weiterhin soll das den Vorwärmer verlassende Abgas einen SO ₂ -GeIIaIt von weniger als 600 mg/Nm ³ bei 10% O ₂ , vorzugsweise weniger als 300 mg/Nm ³ bei 10% O ₂ , aufweisen. Dies wird über die Erhöhung der Adsorption im Zusammenhang mit der eingestellten Flüchtigkeit erreicht.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Darstellung der Wechselwirkung von SO ₃ und Cl auf Ansatz im Einlauf des Drehrohrofens und

Fig. 2 Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer Zementanlage.

Die Zementanlage gemäß Fig. 2 besteht im Wesentlichen aus einer, beispielsweise durch einen mehrstufigen Schwebegaswärmetauscher gebildeten Vorwärmzone 1, einer Calcinierzone 2 und einer als Drehrohrofen ausgebildeten Sinterzone 3 sowie einer nachgeschalteten Kühlzone 4, die beispielsweise als Schubrostkühler gebildet wird. Die Abgase der Sinterzone 3 durchströmen nacheinander die Calcinierzone 2 und die Vorwärmzone 1 , das Rohmehl wird in an sich bekannter Art und Weise im Gegenstrom zu den Abgasen der Vorwärmzone 1 und anschließend der Calcinierzone 2 zugegeben, bevor das vorcalcinierte Material in der Sinterzone 3 gebrannt wird. Die Sinterzone weist wenigstens eine Brenner 5 mit verstellbarem Momentum auf.

Die Sinterzone 3 wird mit einem Brenner mit verstellbarem Momentum betrieben, sodass durch Einstellung des Momentums die Flammenform, -große und/oder - temperatur eingestellt werden kann.

Die Calcinierzone 2 wird im dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Steigleitung gebildet, die über einen Krümmer an den untersten Zyklon Ia der Vorwärmzone angeschlossen ist. Im unteren Bereich der Calcinierzone 2 sind wenigstens eine Brennstoffzufuhrstelle 6 und Mittel 7 zum Zuführen von Verbrennungsluft, beispielsweise Tertiärluft der Kühlzone 4, vorgesehen. Weiterhin mündet wenigstens eine Rohmehlleitung 8 der Vorwärmzone 1 in der Calcinierzone 2. Brennstoff, Verbrennungsluft und Rohmehl können an ein oder mehreren übereinander angeordneten Stellen in die Calcinierzone eingeführt werden. Auf diese

Weise können in der Calcinierzone unterschiedliche Verbrennungszonen ausgebildet werden.

Weiterhin umfasst die Anlage geeignete Mittel, um zumindest einzelne der nachfolgend aufgeführten Betriebsparametermessungen durchführen zu können:

a. Gasanalyse im Einlaufbereich der Sinterzone, der Calcinierzone und/oder vor dem Beginn der Vorwärmzone, wobei über die Zusammensetzung der Gasatmosphäre die Adsorptionsbedingungen eingestellt werden können: Mehr Sauerstoff heißt mehr Adsorption und damit einen höheren SC^-Gehalt im vorcalcinierten Material und weniger SO ₂ im Abluftkamin.

b. Temperaturmessung von Material und/oder Gas in der Sinterzone, wobei über die Temperaturen der Sinterzone die Bedingungen für die Schwefelverflüchtigung in der Sinterzone geändert und damit die Kreisläufe und entsprechend die SO3-

Konzentrationen im Klinker und im vorcalcinierten Material beeinflusst werden können,

c. Temperaturmessung von Material und/oder Gas in der Calcinierzone, um sicherzustellen, dass eine ausreichende Temperatur zum Calcinieren bzw. für eine Adsorption gewährleistet ist,

d. Temperaturmessung von Material und/oder Gas in der Vorwärmzone, um die generelle Kontrolle der Anlage zu unterstützen,

e. Laboranalysen des vorcalcinierten Materials, des Rohmaterials oder des Brennstoffs, f. Laboranalysen des in der Sinterzone gebrannten Zementklinkers,

g. Thermische oder thermo grafische Analyse im Bereich der Sinterzone.

Die Zementanlage wird so betrieben, dass das der Sinterzone zugeführte vorcalcinierte Material eine Sθ ₃ -Konzentration von mindestens 5,5 Massen-% und einen CaSO4-Anteil von mindestens 75 Massen-%, vorzugsweise mindestens 90% des gesamten Salzgehaltes aufweist. Die S O ₃ -Konzentration und der CaSO ₄ -Anteil im vorcalcinierten Material können dabei durch folgende Maßnahmen beeinflusst werden:

a. Auswahl der Rohmaterialien, b. Auswahl des in der Sinterzone verwendeten Brennstoffs, c. Einstellung des Momentums des in der Sinterzone betriebenen Brenner 5, d. Einstellung des Verhältnisses von Verbrennungsluft und Brennstoff in der

Sinterzone, e. Einstellung des Verhältnisses von Brennstoffmenge und Rohmehlmenge an mindestens einer Brennstoffzuführstelle der Anlage, f. Einstellung des Vorcalcinierungsgrades des Rohmehls nach der Calcinierzone, g. Einstellung der Rohmehlfeinheit.

Selbst bei vorgegebenen Rohmaterialien und vorgegebenem Brennstoff für die Sinterzone können die S O3 -Konzentration und der CaS04-Anteil noch entscheidend durch die Maßnahmen c bis f beeinflusst werden. Durch diese Maßnahmen kann insbesondere die Schwefelflüchtigkeit in der Sinterzone im Bereich der Sinterzone beeinflusst werden. Hierbei ist eine Schwefelflüchtigkeit von mindestens 60%, vorzugsweise von mehr als 80%, wünschenswert.

Ein weiterer sehr wichtiger Mechanismus für den Betrieb der Zementanlage ist die Schwefeladsorption in der Vorwärmzone 1, in der Calcinierzone 2 und/oder im

Einlaufbereich der Sinterzone 3, wobei eine Adsorption von mindestens 80%, vorzugsweise mindestens 90% erreicht werden kann. Die Adsorption in der Calcinierzone beruht auf folgender Reaktion: CaO + SO ₂ + ¹ A O ₂ -> CaS04

Für diese Reaktion muss in der Calcinierzone genügen CaO und vor allem O ₂ zur Verfügung gestellt werden. Der Sauerstoff gelangt beispielsweise über die

Luftzuführstelle 7 in die Calcinierzone. Bei der Verbrennungsluft handelt es sich üblicherweise um Tertiärluft aus der Kühlzone, die gegebenenfalls aber noch mit reinem Sauerstoff angereichert werden könnte.

Ebenfalls werden über die Fahrweise der Anlage in der Sinterzone und die

Einstellung des Verhältnisses zwischen Verbrennungsluft und Brennstoffmenge die Sauerstoffkonzentration in der Calcinierzone sowie die Schwefelflüchtigkeit beeinflusst.

Bei einer solchen Zementanlage lässt sich in der Sinterzone und gegebenenfalls in der Calcinierzone ein Brennstoff mit einer Schwefelkonzentration von wenigstens 3,5 Massen-% einsetzen. Wird die Anlage so betrieben, dass das der Sinterzone zugeführte vorcalcinierte Material eine S O3 -Konzentration von mindestens 5,5 Massen-% und einen CaSO ₄ -Anteil von mindestens 75 Massen-% des gesamten Salzgehaltes aufweist, kann man erreichen, dass trotz des hohen Schwefeleintrags im

System und der niedrigen Emissionen von Schwefeloxiden (das den Vorwärmer verlassene Abgas weist einen SO ₂ -Gehalt von weniger als 600 mg/Nm ³ bei 10% O ₂ , vorzugsweise weniger als 300 mg/Nm ³ bei 10% O ₂ , auf), die Betriebssicherheit der Anlage gewährleistet wird und Ansätze und Verstopfungen vermieden werden.

Der in der Sinterzone gebrannte Zementklinker weist dann eine S O ₃ -Konzentration von wenigstens 1 Massen-%, vorzugsweise mindestens 2 Massen-%, auf.

Weiterhin kann eine Vorrichtung zur Unterbrechung der Kreisläufe, beispielsweise eine Bypassvorrichtung, eingebaut werden, durch deren Betrieb und die Änderungen d e r abgeschiedenen Staub- und/oder Gasmengen können die Kreisläufe, insbesondere von Schwefel, Alkalien und/oder Chlor, beeinflusst und entsprechend eingestellt werden. Zweckmäßigerweise können auch mehrere Luftstoßgeräte in bestimmten Bereichen des Vorwärmers und/oder Calcinators eingebaut werden, um die Reinigung in den Gefahrzonen zu verbessern und die Betriebssicherheit zu erhöhen.

Mit dem oben beschriebenen Verfahren kann die Zementanlage betriebssicher und mit geringer Sθ ₂ -Emission betrieben werden.