Anlage zur Herstellung von Zementklinker, und Verfahren zum

Betrieb einer solchen Anlage

B E S C H R E I B U N G

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Zementlinker aus Rohmehl, das in einem Brennprozess durch Vorwärmen, Calci- nieren, Sintern und Kühlen thermisch behandelt wird und der Abgasstrom der Sinterstufe (Drehrohrofen) und ein Abluftstrom (Tertiärluft) der Kühlstufe (Klinkerkühler) in der mit Brennstoff versorgten Calci- nierstufe zur Calcination des Rohmehls genutzt werden, wobei in die Calcinierstufe eine Brennkammer mit in die Kammeroberseite eingeführtem Sekundärbrennstoff und Tertiärluftteilstrom mit unterstöchio- metrischer Brennstoffverbrennung integriert ist zwecks Bildung einer CO-haltigen Reduktionszone zur Reduktion des Schadstoffes NO _x , und wobei die Unterseite der Brennkammer über eine Verbindungsleitung mit dem unteren Bereich der Drehofenabgassteigleitung in Verbindung steht. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage.

Anlagen zur Herstellung von Zementklinker aus Rohmehl der oben beschriebenen Art mit einer dem Drehrohrofen vorgeschalteten, mit einer Zweitfeuerung ausgestatteten Calcinierstufe müssen in der Lage sein, ein hochgradig calciniertes Rohmehl vor Einführung in den Drehrohrofen zu erzeugen. Gleichzeitig werden die Erbauer und Betreiber von Zementklinkerproduktionslinien mit dem Problem des Einsatzes von Sekundärbrennstoffen und mit immer schärferen Forderungen nach niedrigen Emissionswerten bei Schadstoffen wie NO _x und CO konfrontiert.

Zur Reduzierung solcher Schadstoffemissionen ist es bei einer Ze- mentklinkerproduktionsanlage bekannt (Fachzeitschrift "World Ce- ment" Februar 1995, Aufsatz Seiten 2 bis 8 insbesondere Figuren 1 und 7), in die Calcinierstufe eine von oben nach unten durchströmte sogenannte RSP-Calcinier-Brennkammer zu integrieren, in deren O- berseite ein Calcinierbrennstoff, ein erster Tertiärluftteilstrom sowie aus der zweituntersten Zyklonstufe des Rohmehlvorwärmers vorerhitztes Rohmehl und darunterliegend tangential ein zweiter Tertiärluft- teilstrom eingeblasen werden, der die Reaktionspartner in der Brennkammer verwirbelt. In der Brennkammer werden die Brennstoffe un- terstöchiometrisch, das heißt mit Sauerstoffunterschuss verbrannt zur Bildung einer CO-haltigen Reduktionszone zur Reduktion des Schadstoffes NO _x , der insbesondere durch die Hochtemperaturverbrennung im Drehrohrofen gebildet worden ist (thermisches NO _x ). Dazu ist die Unterseite der RSP-Brennkammer über eine Verbindungsleitung mit dem unteren Bereich der Drehofenabgassteigleitung verbunden, so dass sich bei der bekannten Zementklinkerproduktionslinie die CO- haltige Reduktionszone vom Inneren der Calcinier-Brennkammer über die untere Verbindungsleitung in die Drehofenabgassteigleitung und dort hinauf bis zum 180°-Rohrleitungskrümmer der Drehofenabgassteigleitung erstreckt, weil erst dort ein dritter Tertiärluftteilstrom eingeführt wird zwecks Restausbrandes des in der gesamten langen NO _x -Reduktionszone verbliebenen nicht verbrauchten CO mittels ü- berschüssigen Sauerstoffs.

Die Länge der CO-haltigen Reduktionszone ist bei der bekannten Zementklinkerproduktionslinie mit der RSP-Calcinier-Brennkammer nicht ohne weiteres an den im Drehofenabgas enthaltenen abzubau- enden NOx-Gehalt und/oder an Art, Stückgröße und Eigenschaft der in der Calcinier-Brennkammer eingesetzten Sekundärbrennstoffe anpassbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zementklinkerproduktionslinie der oben beschriebenen Art mit einer dem Drehrohrofen vorgeschalteten Calcinierstufe mit integrierter Calcinier-Brennkammer zu schaffen mit Bildung einer CO-haltigen Reduktionszone, deren Größe bzw. Reduktionspotential mit einfachen Mitteln an unterschiedliche im Drehofenabgas enthaltene NO _x -Gehalte und/oder unterschiedliche Arten, Stückgrößen und Eigenschaften der in der Calcinier-Brennkammer eingesetzten Sekundärbrennstoffe anpassbar sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung anlagenschaltungsmäßig mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und betriebsverfahrensmäßig mit den Maßnahmen des Anspruchs 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal- tungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.

Bei der Zementklinkerproduktionslinie mit der erfindungsgemäßen Calcinierstufe mit integrierter Calcinier-Brennkammer ist es durch de- ren anlagentechnische Schaltung, aber auch durch deren flexibel variablen Betriebsweise möglich, das Reduktionspotential sowie die Größe bzw. Länge der in der Brennkammer gebildeten CO-haltigen Reduktionszone an die im Drehofenabgas enthaltenen NO _x -Gehalte anzupassen sowie in der Brennkammer Sekundärbrennstoffe auch unterschiedlicher Art und Stückgröße zu verwerten bzw. zu entsorgen. Dies wird durch folgende Gestaltung und Schaltung der erfindungsgemäßen Calcinierstufe erreicht:

Die Calcinier-Brennkammer weist eine obere rohmehlfreie reduzie- rende Zone auf mit an der Brennkammeroberseite angeordneter Zuführung des Sekundärbrennstoffs und erstem Tertiärluftteilstrom mit unterstöchiometrischer Brennstoffverbrennung zwecks Vergasung

des Sekundärbrennstoffs zur Bildung eines CO-haltigen Synthesegases/Brenngases bzw. einer entsprechenden Reduktionszone.

Die Calcinier-Brennkammer weist ferner eine untere Zone auf, wobei im übergangsbereich von oberer rohmehlfreier reduzierender Zone zur unteren Zone die Einführung wenigstens eines Rohmehlteilstromes und eines zweiten Tertiärluftteilstromes angeordnet ist. Dabei liegt die Höhe der oberen rohmehlfreien Zone der Brennkammer zur Höhe der unteren Zone in einem Verhältnis von etwa 5:1 bis etwa 1 :1.

Oberhalb der Einmündung der Brennkammer-Verbindungsleitung in die Drehofenabgassteigleitung mündet etwa im Höhenbereich der Brennkammer eine dritte Tertiärluft-Teilstromleitung sowie ein zweiter Rohmehlteilstrom in die Drehofenabgassteigleitung ein. Spätestens ab dieser Stelle kann der Restausbrand des in der Calcinierstufe noch enthaltenen nicht umgesetzten CO sowie anderer nicht vollständig ausgebrannter Brennstoffkomponenten beginnen.

Jeder der wenigstens drei Tertiärluftteilstromleitungen ist ein Stellor- gan zu Regelung der jeweiligen Tertiärluftmenge zugeordnet. Mehrere Betriebsweisen der erfindungsgemäßen Calcinierstufe sind möglich:

Während des Anfahrbetriebes der Zementklinkerproduktionslinie sind die Stellorgane, die in den beiden an die Brennkammer angeschlossenen Tertiärluft-Teilstromleitungen angeordnet sind, geöffnet, und das in der dritten Tertiärluft-Teilstromleitung angeordnete Stellorgan ist anfangs geschlossen. Der obere rohmehlfreie Bereich der Brennkammer wird als reduzierende Zone und der untere Bereich der Brennkammer als oxidierende Zone betrieben, das heißt, das in der Calcinier-Brennkammer in der oberen Zone gebildete CO-haltige Syn-

thesegas kann bereits in der unteren Zone der Brennkammer beginnen, zu verbrennen.

Für den Anfahrbetrieb genügt die geringere Größe bzw. das geringere Reduktionspotential. Dagegen kann während des Dauerbetriebes der Zementklinkerproduktionslinie das Stellorgan, das in der an den ü- bergangsbereich von oberer reduzierender Zone zur unteren Zone der Brennkammer angeschlossenen zweiten Tertiärluftteilstromleitung angeordnet ist, geschlossen sein, wogegen die übrigen zwei Stellor- gane, nämlich das in der ersten Tertiärluft-Teilstromleitung angeordnete Stellorgan und das in der dritten Tertiärluft-Teilstromleitung angeordnete Stellorgan geöffnet sind. Bei diesem Betrieb sind Größe bzw. Länge und Reduktionspotential der in der Brennkammer erzeugten Reduktionszone entsprechend vergrößert.

Mit Vorteil wird während des Dauerbetriebes der Zementklinkerproduktionslinie mit der erfindungsgemäßen Calcinierstufe die Luftzahl in der Calcinier-Brennkammer sowie in der Brennkammer- Verbindungsleitung auf λ < 0,40, im unteren Bereich der Drehofenab- gassteigleitung bis zur Einmündung der dritten Tertiärluft- Teilstromleitung auf λ < 0,60 und im oberen Bereich der Drehofenabgassteigleitung nach Einmündung der dritten Tertiärluft- Teilstromleitung auf λ > 1 ,0 eingestellt.

Die Erfindung und deren weitere Merkmale und Vorteile werden anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt ausschnittsweise eine Zementklinkerproduktions- linie, in deren Calcinierstufe eine Calcinier-Brennkammer 10 mit Verwertung/Entsorgung von ggf. auch stückigen Sekundärbrennstoffen 11 integriert ist.

Das Zementrohmehl wird oben in die als Zyklonschwebegas- Wärmetauschersystem ausgebildete Vorwärmstufe aufgegeben, wo es nacheinander mehrere Zyklonstufen im kombinierten Gleich/Gegenstrom zum heißen Abgas 12 der Vorcalcinationsstufe durchwandert, um im untersten Zyklon 13 vom heißen Abgasstrom 12 abgetrennt und als hochgradig (z. B. 95 %) calciniertes Zementrohmehl 14 in die Einlaufkammer 15 des Drehrohrofens 16 eingeführt zu werden, in dessen Sinterzone es zu Zementklinker gebrannt wird, der anschließend in einem nicht dargestellten Klinkerkühler abgekühlt wird.

Der Abgasstrom des Drehrohrofens 16 und Tertiärluft aus dem Klinkerkühler werden in der mit Brennstoff versorgten Calcinierstufe zur Calcination des Rohmehls genutzt. Dazu ist in die Calcinierstufe die Brennkammer 10 integriert, deren Unterseite über eine schräg nach unten verlaufende Verbindungsleitung 17 mit dem unteren Bereich der Drehofenabgassteigleitung 18 in Verbindung steht.

Die Calcinier-Brennkammer 10 weist eine obere rohmehlfreie reduzierende Zone 10a auf mit an der Brennkammeroberseite angeordneter Zuführung der Sekundärbrennstoffe 1 1 und Anschluss einer ersten Tertiärluft-Teilstromleitung 19 mit Stellorgan 20 wie z. B. Schieber zur Regelung der jeweiligen Tertiärluftmenge. Die Sekundärbrennstoffe 1 1 werden in der Brennkammer 10 unterstöchiometrisch verbrannt bei einer Luftzahl λ < 0,8, z. B. λ = 0,40 zwecks Vergasung der Sekundärbrennstoffe und Bildung einer CO-haltigen Reduktionszone. Die Brennkammer 10 weist ferner eine untere Zone 10b auf, wobei im übergangsbereich von oberer rohmehlfreier reduzierender Zone 10a zur unteren Zone 10b die Einführung wenigstens eines Rohmehlteilstromes 21 aus der zweituntersten Zyklonstufe 22 sowie die Einführung einer zweiten Tertiärluft-Teilstromleitung 23 mit Stellorgan 24

angeordnet sind. Dabei kann die Höhe H der oberen rohmehlfreien Zone 10a der Brennkammer 10 zur Höhe h der unteren Zone 10b in einem Verhältnis von etwa 5:1 bis etwa 1 :1 liegen.

Der reduzierenden Zone 10a mit der Vergasung der Sekundärbrennstoffe 1 1 wird durch diese Dimensionierung Raum und Zeit gegeben zur thermischen Aufbereitung und Behandlung mit Trocknung, Pyrolyse und Vergasung der ggf. auch stückigen Sekundärbrennstoffe 1 1 mit Schaffung eines Brenngases hohen Reduktionspotentials, dessen Höhe insbesondere durch Regeleingriff auf das Stellorgan 24 einfach und wirkungsvoll einstellbar ist.

über die Brennkammer-Verbindungsleitung 17 wird das Schwelgas/Verbrennungsabgas-Feststoff-Gemisch abgezogen und in die Drehofenabgassteigleitung 18 eingetragen, wobei es sich beim Feststoff um ein Gemisch aus festen Reststoffen der Schwelung/Verbrennung, z. B. Schlacke und Restkoks, und um vorcalcinier- tes Zementrohmehl handelt. Die gröberen Bestandteile dieses Feststoffgemisches können ggf. unmittelbar in die Drehofeneinlaufkam- mer 15 fallen, während das Schwelgas-Verbrennungsabgas sowie die feinkörnigen Bestandteile des ausgetragenen Feststoffgemisches, insbesondere der in der Brennkammer 10 behandelte Rohmehlteilstrom im Abgasstrom der Drehofenabgassteigleitung 18 in Suspension gehalten und dort pneumatisch zur untersten Zyklonstufe 13 transportiert werden. In die Drehofenabgassteigleitung 18 können noch weitere von der zweituntersten Zyklonstufe des Rohmehlvorwärmers kommende Rohmehlteilströme 25, 26 sowie ggf. auch noch ein weiterer Calcinier-Brennstoff eingeführt werden.

Mit Abstand oberhalb der Einmündung der Brennkammer- Verbindungsleitung 17 in die Drehofenabgassteigleitung 18 mündet im Höhenbereich der Brennkammer 10 eine dritte Tertiärluft-

Teilstromleitung 27 mit Stellorgan 28 sowie ggf. der weitere Rohmehlteilstrom 25 ein. Spätestens ab hier beginnt der Restausbrand des CO und ggf. unverbrannt gebliebener Kohlenwasserstoffe, die in der in der Drehofenabgassteigleitung weiter unten gelegenen NO _x - Reduktionszone zur Reduktion des im Drehofenabgas enthaltenen Schadstoffes NO _x als überschüssige Reduktionsmittel unverbrannt geblieben sind. Der vollständige Restausbrand wird durch die Strö- mungsumlenkung um etwa 180° an der obersten Stelle der Drehofenabgassteigleitung 18 sowie ggf. noch durch eine Wirbelkammer bzw. Mischkammer, die im Bereich der Strömungsumlenkung vom aufsteigenden in den absteigenden Rohrleitungsast der Calcinierstufe angeordnet ist, sichergestellt.

Die mit der erfindungsgemäßen Calcinierstufe einer Zementklinker- Produktionslinie verbundene flexible Betriebsweise wird wie folgt veranschaulicht:

Während des Anfahrbetriebes der Zementklinkerproduktionslinie sind die in den Tertiärluftteilstromleitungen angeordneten Stellorgane 20 und 24 geöffnet, Stellorgan 28 anfangs geschlossen, und der obere rohmehlfreie Bereich der Brennkammer wird als reduzierende Zone 10a und der untere Bereich der Brennkammer wird als oxidierende Zone betrieben. Dabei ist das erzeugte Reduktionspotential noch gering, wie es für den Anfahrbetrieb aber ausreichend ist, weil ein hoher NO _x -Minderungsbedarf im Anfahrbetrieb noch nicht gegeben ist.

Dagegen wird im Dauerbetrieb der Zementklinkerproduktionslinie das Stellorgan 24 geschlossen, das Stellorgan 20 bleibt geöffnet und das Stellorgan 28 wird geöffnet. In diesem Betriebszustand werden Größe bzw. Länge und Reduktionspotential der reduzierenden Zone groß. Dabei kann nach einem Ausführungsbeispiel die Luftzahl in der gesamten Brennkammer sowie in der Verbindungsleitung 17 auf

λ = 0,37, im unteren Bereich der Drehofenabgassteigleitung 18 bis zur Einmündung der dritten Tertiärluft-Teilstromleitung auf λ = 0,50 und im oberen Bereich der Drehofenabgassteigleitung 18 nach Einmündung der dritten Tertiärluft-Teilstromleitung 27 auf λ > 1 ,0 einge- stellt werden. Bei diesem Zahlenbeispiel werden etwa 25 % der der Calcinierstufe insgesamt zugeführten Tertiärluft in die Brennkammer 10 eingeführt, während die restlichen 75 % der Tertiärluft unmittelbar in die Drehofenabgassteigleitung 18 eingeführt werden.

Das in der ersten Tertiärluft-Teilstromleitung 19 angeordnete Stellorgan 20 wird mit Vorteil in Abhängigkeit der Temperatur in der oberen reduzierenden Zone 10a der Brennkammer 10 geregelt, wobei diese Temperatur auf < 1 100° C gehalten wird, wodurch die Ausmauerung der Brennkammer geschützt wird. Die Luftzahl λ wird auf < 0,8 einge- stellt, so dass ein autothermer Betrieb der Brennkammer möglich ist.

Sofern die in die Brennkammer 10 oben eingeführten zu verwertenden bzw. zu entsorgenden Sekundärbrennstoffe 1 1 sehr reaktionsträge sind, kann im Bereich der Sekundärbrennstoffeinführung noch ein Zündbrenner angeordnet sein.

Es besteht auch die Möglichkeit, die Brennkammer 10 gänzlich ohne Rohmehleinführung zu betreiben, d. h. von den Rohmehlteilströmen 21 , 25, 26 den erstgenannten wegzulassen.