Die Erfindung betrifft eine Brennanlage zur Herstellung von Zementklinker aus Rohmehl mit einem Rohmehlvorwärmer bestehend aus ein oder mehreren

Zyklonstufen zur Erwärmung des Rohmehls, mit einem Kalzinator, in dem das vorgewärmte Rohmehl zu Heißmehl entsäuert wird und der mit einem Kalzinator- brenner ausgestattet ist, mit einem Drehrohrofen, in dem das Heißmehl zu Klinker gebrannt wird und der mit einem Drehrohrofenbrenner ausgestattet ist, und mit einem Klinkerkühler zur Abkühlung des gebrannten Klinkers.

Bei der Herstellung von Zementklinker in nach dem Trockenverfahren arbeitenden Anlagen wird Rohmehl vorgewärmt, restgetrocknet, kalziniert, zu Klinker gebrannt und dann abgekühlt. Die Energiezuführung für die Stoffumwandlung in derartigen Anlagen erfolgt durch Brennstoffzuführung in den Drehrohrofen und in den Kalzinator.

Im Klinkerkühler erhitzte Luft wird zum Teil als so genannte Sekundärluft dem

Drehrohrofen und zum Teil als so genannte Tertiärluft dem Kalzinator zugeführt. Die Abgase des Drehrohrofens werden durch eine Drehrohrofeneinlaufkammer zum Kalzinator geführt, durchströmen diesen und werden zusammen mit den im Kalzinator erzeugten Abgasen in den Zyklonvorwärmer abgeführt.

Der Zyklonvorwärmer besteht aus einem oder mehreren Fluten und jede Flut aus mehreren, meist 4, 5 oder 6 Zyklonstufen, die jeweils als Schwebegaswärmetauscher fungieren. Das getrocknete Zementrohrmehl wird dem Steigrohr der obersten Zyklonstufe aufgegeben, durchwandert von oben nach unten die Zyklonstufen und wird aus der vorletzten (zweituntersten) Zyklonstufe in den Kalzinator geleitet. Das Mehl der untersten Zyklonstufe wird der Drehrohrofeneinlautkammer des Drehrohrofens aufgegeben. Der Zyklonvorwärmer erwärmt, je nach Anzahl der Zyklonstufen, das Rohmehl auf 850 bis 880°C.

Zwischen dem Drehrohrofen und dem Zyklonvorwärmer ist der Kalzinator angeordnet. Das Rohmehl wird durch Einsatz von ca. 60 % der Gesamtbrennstoffwärme im Kalzinator bis auf einen C0 ₂ Gehalt von 4 bis 6 % zu Heißmehl entsäuert. Die

Verbrennungsluft wird als Tertiärluft über eine Tertiärluftleitung aus dem Klinkerkühler dem Kalzinator zugeführt. Das im Kalzinator entsäuerte Heißmehl wird aus dem Gasstrom abgeschieden und rutscht durch die Drehrohrofeneinlaufkammer in den Drehrohrofen.

Der zylinderförmige Drehrohrofen umfasst eine Einlaufzone, eine Kalzinierzone, eine Übergangszone, eine Sinterzone und eine Auslaufzone. Das Drehrohr ist dabei in Längsrichtung leicht geneigt, so dass sich von der Einlaufzone zur Auslaufzone ein leichtes Gefälle von etwa 2-5 % ergibt, im Normalfall 3-4 %. Das Heißmehl wird dem Drehrohrofen in der Einlaufzone aufgegeben und dann aufgrund des Gefälles kontinuierlich durch den rotierenden Drehrohrofen gefördert. In der Kalzinierzone erfolgt dabei die Restentsäuerung des Heißmehles. Die thermische Umwandlung zu Zementklinker findet in der Sinterzone statt. Im Drehrohrofen wird ca. 40 % der Gesamtbrennstoffwärme eingesetzt. Das Länge/Durchmesser Verhältnis solcher Drehöfen beträgt etwa 1 1 :1.

Drehrohröfen haben große thermische Wandverluste. Der Ofenzylinder und besonders die Ofenausmauerung unterliegen hohen thermischen und mechanischen Belastungen. Die exakten Prozessdaten sind dabei abhängig von der spezifischen Charakteristik der jeweiligen Rohmehle bzw. der Rohstoffe, der eingesetzten Brennstoffe, sowie der unterschiedlichen Umgebungsbedingungen. Die Kühlung des mit einer Temperatur von 1350 bis 1400 °C aus dem Drehrohrofen fallenden Klinkers erfolgt in Kühlern unterschiedlicher Bauarten. Dabei wird der Klinker mit Umgebungsluft auf 60 bis 70°C über Umgebungslufttemperatur abgekühlt.

Die thermischen Wandverluste und der Verschleiß der Ausmauerung des Drehrohrofens sind wesentliche Anteile an den Betriebskosten einer Zementklinkerbrennanlage. Je höher die thermischen Wandverluste, desto höher ist der Brennstoffenergieverbrauch und damit die Betriebskosten. Auch die Größe des Drehrohrofens spielt hier eine wichtige Rolle. Je größer der Drehrohrofen dimensioniert ist, desto mehr

Ausmauerungsmasse wird benötigt und desto höher sind die damit verbundenen Ausmauerungskosten. Aber auch der Ausmauerungsverschleiß steigt mit der Größe des Brennofens, was zu erhöhten thermischen Wandverlusten und damit ebenfalls zur Erhöhung der Betriebskosten führt. Um dem Ausmauerungsverschleiß entgegenzuwirken muss der Drehrohrofen häufiger gewartet werden, was eine geringe zeitliche Anlagenauslastung zur Folge hat und damit ebenfalls zur Erhöhung der Betriebskosten beiträgt. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Betriebskosten einer Zementklinkerbrennanlage zu senken.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Zementklinkerbrennanlage mit einem Nachkalzinator, dem das Heißmehl der untersten Zyklonstufe aufgegeben wird, und mit einem dem Nachkalzinator nachgeordneten Zyklonabscheider, in dem das Heißmehl aus dem Nachkalzinator von der Gasphase abgeschieden und anschließend dem Drehrohrofen aufgegeben wird, ausgestattet ist. Der bisherige Kalzinator fungiert nun als Vorkalzinator.

Die Restentsäuerung des Heißmehls wird dabei nicht im Drehrohrofen durchgeführt, sondern erfolgt bereits in dem vor dem Drehrohrofen angeordneten Nachkalzinator. Die in herkömmlichen Drehrohröfen benötigte Kalzinierzone wird durch die Verwendung des Nachkalzinators entbehrlich. Dadurch verringern sich die benötigte Länge und damit die Oberfläche des Drehrohrofens. Durch die kleinere Oberfläche des Drehrohrofens werden die thermischen Wandverluste und die damit verbundenen Betriebskosten der Zementklinkerbrennanlage reduziert.

Der Nachkalzinator befindet sich zwischen der Drehrohrofeneinlaufkammer und dem Vorkalzinator. Das Drehrohrofenabgas strömt direkt in den Nachkalzinator. Das Heißmehl der untersten Zyklonstufe wird nicht dem Drehrohrofen, sondern dem

Nachkalzinator aufgegeben.

Das Heißmehl wird im Nachkalzinator mit dem Drehrohrofenabgas vermengt, wobei es vollständig entsäuert wird. Durch eine nachgeordnete Zyklonstufe wird das

restentsäuerte Heißmehl aus dem Gasstrom abgeschieden und über eine Heißmehlrohrleitung der Drehrohrofeneinlaufkammer des Drehrohrofens aufgegeben.

Das vollständig entsäuerte Heißmehl neigt verstärkt zur Ansatzbildung, so dass sowohl der Zyklonabscheider als auch die Rohmehlleitung zwischen dem Zyklonabscheider und der Drehrohrofeneinlaufkammer baulich an die Förderbeschaffenheit des restentsäuerten Heißmehls angepasst werden müssen.

Der dem Nachkalzinator nachgeordnete Zyklonabscheider unterscheidet sich deshalb von den Zyklonabscheidern des Rohmehlvorwärmers (mit Ausnahme der untersten Zyklonstufe) durch einen größeren Winkel der Einströmspiralenschräge gemessen zur Horizontalen. Die Einströmspiralenschräge weist gegenüber der Horizontalen einen Winkel von über 60°, vorzugsweise 62° bis 65°, auf.

Der dem Nachkalzinator nachgeordnete Zyklonabscheider hat vorzugsweise einen größeren Konuswinkel als die Zyklonabscheider der zwei bis fünf unteren Stufen des Rohmehlvorwärmers. Der Konuswinkel des Zyklonabscheiders weist gegenüber der Horizontalen einen Winkel von über 70°, vorzugsweise 72° bis 75°, auf.

Der Durchmesser der Mehlrohrleitungen muss generell in Abhängigkeit vom Klinkerdurchsatz und dem Abscheidegrad der verwendeten Zyklonabscheider gewählt werden. Um Ansatzbildung des restentsäuerten Heißmehls in der Mehlrohrleitung zwischen der Drehrohrofeneinlaufkammer und der dem Nachkalzinator nachgeordneten Zyklonabscheiderstufe zu verhindern, muss der Durchmesser dieser Mehlrohrleitung größer sein als der Durchmesser der Mehlrohrleitungen der Vorwärmstufen.

In der erfindungsgemäßen Brennanlage wird das Rohmehl in einem Rohmehlvorwärmer bestehend aus ein oder mehreren Zyklonstufen erwärmt, das vorgewärmte Rohmehl in einem Vorkalzinator zu Heißmehl entsäuert, das Heißmehl in einem Drehrohrofen zu Klinker gebrannt und der gebrannte Klinker in einem Klinkerkühler abgekühlt, wobei die Restentsäuerung des Heißmehls in einem Nachkalzinator erfolgt.

Die thermische Energie für die Restentsäuerung wird entweder durch den

Drehrohrofenbrenner in das System eingeführt oder kann anhand eines zusätzlichen Nachkalzinatorbrenners direkt im Nachkalzinator erzeugt werden.

Dadurch dass der Drehrohrofen ohne eigene Kalzinierzone auskommt, reduziert sich die Länge des Ofens. Bei Anlagen ohne zusätzlichen Nachkalzinatorbrenner ergibt sich ein Länge/Durchmesser Verhältnis des Drehrohrofens von ca. 8: 1. Bei Anlagen mit Nachkalzinatorbrenner ergibt sich ein Länge/Durchmesser Verhältnis des

Drehrohrofens von ca. 7,5:1.

Die erforderliche Verbrennungsluft (Quartiärluft) für den Nachkalzinatorbrenner ist, wie die Tertiärluft, Rekuperationsluft, die über eine Quartiärluftleitung aus der Tertiärluftleitung in den Nachkalzinator geführt wird.

Sowohl Vorkalzinator als auch Nachkalzinator können als Strömungsrohr

(Rohrkalzinator) (Gasgeschwindigkeit um 14 m/s) mit vertikal ansteigender und mit im Wesentlichen vertikal abfallender Strecke, als kompakter Behälter (Behälterkalzinator) (Gasgeschwindigkeit um 7 m/s) oder als Hybrid aus beiden (z.B. kompakter Behälter mit anschließendem Strömungsrohr) ausgeführt sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschema einer Brennanlage nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 ein Prinzipschema einer erfindungsgemäßen Brennanlage unter Einsatz von Rohrkalzinatoren ohne Nachkalzinatorbrenner;

Fig. 3 Schnittansicht (Fig. 3A) und Draufsicht (Fig. 3B) des dem Nachkalzinator

nachgeordneten Zyklonabscheiders;

Fig. 4 ein Prinzipschema einer erfindungsgemäßen Brennanlage unter Einsatz von Rohrkalzinatoren mit Nachkalzinatorbrenner;

Fig. 5 ein Prinzipschema einer erfindungsgemäßen Brennanlage unter Einsatz von Behälterkalzinatoren ohne Nachkalzinatorbrenner;

Fig. 6 ein Prinzipschema einer erfindungsgemäßen Brennanlage unter Einsatz von Behälterkalzinatoren mit Nachkalzinatorbrenner;

Fig. 7 ein Prinzipschema einer erfindungsgemäßen Brennanlage unter Einsatz von Hybridkalzinatoren ohne Nachkalzinatorbrenner;

Fig. 8 ein Prinzipschema einer erfindungsgemäßen Brennanlage unter Einsatz von Hybridkalzinatoren mit Nachkalzinatorbrenner.

In Figur 1 ist ein Prinzipschema einer Brennanlage 10 nach dem Stand der Technik abgebildet. Das Rohmehl wird über eine Rohmehlaufgabe 12 der obersten Stufe 14A eines 5-stufigen Zyklonvorwärmers 14 aufgegeben. Im Zyklonvorwärmer wird das Rohmehl auf 850 bis 880 °C erwärmt. Das vorgewärmte Rohmehl der zweituntersten Zyklonstufe 14D wird einem Kalzinator 16 aufgegeben. Im Kalzinator 16 wird das Rohmehl durch die Abgase aus einem Drehrohrofen 18, sowie durch einen Kalzinator- brenner 20 weiter erhitzt und zu Heißmehl kalziniert. Die benötigte Verbrennungsluft wird als Tertiärluft über eine Tertiärluftleitung 24 aus dem Ofenauslaufkopf 22 und somit aus dem Klinkerkühler in den Kalzinator 16 geführt. Aus dem Kalzinator 16 wird als Heißmehl in die unterste Zyklonstufe 14E gefördert, wo es vom Gasstrom abgeschieden und anschließend der Drehrohrofeneinlaufkammer 26 des Drehrohrofens 18 aufgegeben wird. Im Drehrohrofen 18 wird das Heißmehl restentsäuert und zu Klinker gebrannt. Die erforderliche thermische Energie wird dabei von einem Drehofenbrenner 28 bereitgestellt. Die dazu benötigte Verbrennungsluft wird über den Verbindungsschacht 30 zwischen Kühler und Ofenauslaufkopf 22 dem Drehrohrofen zugeführt. Der Klinker verlässt die Brennanlage 10 über den Verbindungsschacht 30 und wird anschließend in einem Klinkerkühler (nicht dargestellt) auf etwa 60-70 °C über Umgebungstemperatur abgekühlt.

Figuren 2 und 3 zeigen das Schema einer erfindungsgemäßen Brennanlage 10. Das Heißmehl der untersten Zyklonstufe 14E wird nicht dem Drehrohrofen 18 aufgegeben, sondern wird in einem Nachkalzinator 34 mit den Drehrohrofenabgasen vermischt und dort restentsäuert. Das restentsäuerte Heißmehl wird anschließend in einem Zyklonabscheider 36 von der Gasphase abgeschieden und der Drehrohrofeneinlaufkammer 26 des Drehrohrofens 18 aufgegeben. Die Abluft aus dem Nachkalzinator 34 und dem nachgeordneten Zyklonabscheider 36 wird in den Vorkalzinator 16 geleitet. Da das vollständig entsäuerte Heißmehl verstärkt zur Ansatzbildung neigt, ist der Winkel der Einströmspiralenschräge α und der Konuswinkel ß bei dem zusätzlichen Zyklonabscheider 36 größer als bei den Zyklonabscheidern 14A-14E des Zyklonvorwärmers 14. Auch die Mehlrohrleitung 38 vom Zyklonabscheider 36 zur Einlaufkammer 26 des Drehrohrofens 18 besitzt aus diesem Grund einen größeren Durchmesser, als die Mehlrohrleitungen des Zyklonvorwärmers 14. Die thermische Energie für die Restentsäuerung des Heißmehls im Nachkalzinator 34 wird in dieser Ausführungsform vom Drehrohrofenbrenner 28 bereitgestellt.

Die Figuren 3A und 3B stellen eine Ansicht (Fig. 3A) und eine Draufsicht (Fig. 3B) des zusätzlichen Zyklonabscheiders 36 dar. Um Ansatzbildungen des restentsäuerten Heißmehls zu verhindern, besitzt die Einströmspnralenschräge einen Winkel α von 65° und der Auslaufkonus des Zyklonabscheiders einen Winkel ß von 75° gegenüber der Horizontalen.

Es ist möglich, den Nachkalzinator 34 mit einem eigenen Brenner 40 auszustatten. Figur 4 zeigt eine derartige Klinkerbrennanlage 10 mit einem zusätzlichen

Nachkalzinatorbrenner 40. Die dafür erforderliche Verbrennungsluft (Quartiärluft) ist Rekuperationsluft aus dem Klinkerkühler und wird über eine Rohrleitung 42 von der Tertiärluftleitung 24 dem Nachkalzinator 34 zugeführt.

Die Brennanlagen der Figuren 5 und 6 entsprechen im Wesentlichen den Brennanlagen der Figuren 2 und 4. Der Unterschied zwischen den jeweiligen Brennanlagen besteht darin, dass Vor- und Nachkalzinator 16, 34 nicht als Rohrkalzinatoren, sondern als Behälterkalzinatoren mit einer Gasgeschwindigkeit von ca. 7 m/s ausgeführt sind. In Figur 5 ist der Nachkalzinator 34 ohne eigenen Nachkalzinatorbrenner ausgebildet. Die benötigte Wärmeenergie wird dabei ausschließlich vom Drehrohrofenbrenner 28 bereitgestellt. In Figur 6 ist der Nachkalzinator 34 dagegen mit einem eigenen

Nachkalzinatorbrenner 40 ausgerüstet, so dass die für die Restentsäuerung zusätzlich benötigte thermische Energie direkt im Nachkalzinator 34 erzeugt werden kann.

Die Brennanlagen der Figuren 7 und 8 entsprechen im Wesentlichen den Brennanlagen der Figuren 2 und 4, bzw. der Figuren 5 und 6. Der einzige Unterschied zwischen den jeweiligen Brennanlagen besteht darin, dass Vor- und Nachkalzinator 16 und 34 nicht als reine Rohr- und Behälterkalzinatoren ausgeführt sind. In Figur 7 ist der Nachkalzinator 34 dabei ohne eigenen Nachkalzinatorbrenner ausgebildet. In Figur 8 ist der Nachkalzinator 34 dagegen mit einem eigenen Nachkalzinatorbrenner 40 ausgerüstet, so dass die für die Restentsäuerung zusätzlich benötigte thermische Energie auch in dieser Ausführungsform direkt im Nachkalzinator 34 erzeugt werden kann.

Bezugszeichenliste:

10 Zementklinkerbrennanlage 22 Ofenauslaufkopf

12 Rohmehlaufgabe 24 Tertiärluftleitung

14 Zyklonvorwärmer 26 Drehrohrofeneinlaufkammer

14A 1. Stufe des Zyklonvorwärmers 28 Drehrohrofenbrenner

14B 2. Stufe des Zyklonvorwärmers 30 Übergangsschacht

14C 3. Stufe des Zyklonvorwärmers 34 Nachkalzinator

14D 4. Stufe des Zyklonvorwärmers 36 Zyklonabscheider

14E 5. Stufe des Zyklonvorwärmers 38 Mehlrohrleitung

16 Vorkalzinator 40 Nachkalzinatorbrenner

18 Drehrohrofen 42 Quartiärluftleitung

20 Vorkalzinatorbrenner