Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von flüchtigen organischen Komponenten aus Abgasen einer Zementklinkerofenanlage

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von flüchtigen organischen Komponenten (VOC) aus Abgasen einer Zementklinkerofenanlage, bei welchem die weitgehend abgekühlten Abgase einer Nachverbrennung unterworfen werden.

Die DE 101 46 418 Al zeigt und beschreibt ein Verfahren, bei welchem volatile organische Komponenten (VOC) durch Nachverbrennung abgebaut werden. Bei der Herstellung von Zementklinker aus Zementrohmehl kann es durchaus vorkommen, dass Rohmaterialien eingesetzt werden, welche nicht nur sulfidhal- tig sind und daher zu einer entsprechenden Schwefelbelastung des Abgases führen können, sondern auch einen erhöhten TOC-Ge- halt (total organic carbon) aufweisen. Bei modernen Klinkeranlagen wird das Rohmehl in mehrstufigen Vorerhitzern und insbe- sondere in Zyklonstufen eines WärmetauscherStranges vorerhitzt, wobei das Rohmehl in den Zyklonstufen im Schwebezustand gehalten wird. Zu diesem Zweck wird heißes Abgas aus dem Drehrohrofen abgesaugt und durch die Zyklonstufen hindurchgezogen, wobei die heißen Abgase in den einzelnen Stufen abgekühlt wer- den und im Gegenzug das zugeführte Rohmehl erwärmt wird. Insbesondere in den oberen Zyklonstufen kann bei entsprechendem Rohmehl mit einem erhöhten TOC-Gehalt bereits ein nicht unerheblicher Anteil volatiler organischer Substanzen bzw. VOC ausgetrieben werden und gelangt in der Folge unkontrolliert in die Abgase, ohne zu verbrennen. Die DE 101 46 418 Al hat nun hier vorgeschlagen, in die Abgasleitung in GasStrömungsrichtung hinter dem Wärmetauscherstrang eine Oxidationszone mit Nachbrennern zu installieren, durch deren offene Flammen das Abgas zwangsweise geführt und dabei wirkungsvoll oxidiert wer- den soll. Eine derartige Einrichtung setzt voraus, dass die an dieser Stelle bereits zumeist deutlich abgekühlten und bis auf die flüchtigen organischen Komponenten weitestgehend ausge-

brannten Gase von Temperaturen von etwa 300° C wiederum auf 900° C erhitzt werden, um die Verbrennung der flüchtigen organischen Komponenten sicherzustellen. Bei anderen Konzepten muss sogar das gesamte Prozessgas nach der Rohmühle samt Wasserdampf und Falschluft von etwa 100° C auf 900° erhitzt werden. Da bei dieser Anordnung die gesamte aus dem Drehrohrofen abgezogene Gasmenge neuerlich aufgeheizt werden muss, ist hier ein großer Energieeinsatz erforderlich, wobei das entstandene heiße Abgas in der Folge wiederum nur für Vorwärm- zwecke, beispielsweise in einer Mahltrocknungsanläge, eingesetzt werden kann.

Die latente Wärme von heißen Gasen kann naturgemäß auf verschiedene Weise genutzt werden. Bei Gasturbinen und insbe- sondere Dampfturbinen zum Betrieb von elektrischen Generatoren muss die Erzeugung heißer Abgase zur Erzeugung überhitzten Dampfes in Wärmetauschern genau geplant werden, da derartige Dampfturbinen einen definierten Strom an Dampf für einen effizienten Betrieb voraussetzen. Um eine entsprechend gute Wirt- schaftlichkeit sicherzustellen, muss daher eine entsprechend große Menge an heißen Verbrennungsabgasen bereitgestellt werden, wie sie üblicherweise nur durch unmittelbares Verfeuern von hochwertigen Brennstoffen gewährleistet werden kann. Die bloße Erhitzung großer Mengen an Gasen, ^J welche selbst nur sehr geringen Brennwert aufweisen, wäre für den Betrieb eines derartigen Dampferzeugers zumeist als unwirtschaftlich einzustufen, sodass die latente Wärme bisher in mehr oder minder unkontrollierter Weise anfallend abgebaut wurde.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, die Vorteile einer Energierückgewinnung in einer Dampfturbine gemeinsam mit einer entsprechenden Reduktion der VOCs im Abgas zu nutzen. Zu diesem Zweck wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens so vorgegangen, dass eine Nachverbrennung in dem Ausmaß vorgenom- men wird, welche eine Absenkung der Konzentration der VOC unter die zulässigen Grenzwerte sicherstellt, und dass die Nachverbrennung zur Dampferzeugung vorgenommen wird, wobei die

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Dampferzeugung in der Nachverbrennung auf ein nachzuverbrennendes Gasvolumen ausgelegt ist, welches sicherstellt, dass eine diesem Gasvolumen entsprechende Teilmenge des Abgases die Absenkung von in der Zeiteinheit emittierten VOC im Abgas un- ter die zulässigen Konzentrationswerte durch Verdünnung erzielen lässt und wobei diese Teilmenge gleichzeitig auf die Erzeugung einer für den wirtschaftlichen Betrieb einer bestimmten Dampfturbine ausreichende Dampfmenge ausgelegt ist. Bedingt durch den Umstand, dass für den wirtschaftlichen Betrieb einer bestimmten Dampfturbine exakte Parameter einzuhalten sind, ist erfindungsgemäß eine entsprechende Dimensionierung der zueinander passenden Aggregate vorgesehen. Die Dampfturbine ist somit nicht auf eine vollständige Erhitzung der gesamten Abgasmenge des Drehrohrofens ausgelegt, da dies einer überflüssigen Erhitzung großer Mengen von mehr oder weniger inerten Gasen gleichkommt und damit nur geringe Wirtschaftlichkeit aufweisen würde. Vielmehr wird erfindungsgemäß die Dampfturbine so dimensioniert, dass sie mit geringeren Mengen als der vollständigen Abgasmenge das Auslangen findet, wobei hier wiederum der Grenzwert so gezogen wird, dass eine Teilmenge aus dem Abgasstrom abgezweigt wird, welche jeweils sicherstellt, dass nach dem vollständigen Verbrennen volatiler Komponenten in dieser Teilmenge die Gesamtmenge der in der Folge in der Zeiteinheit freigesetzten VOCs unter den jeweili- gen gesetzlichen Grenzwerten bleibt. Der Umstand, dass eben nicht die Gesamtmenge an weitestgehend inerten Gasen für die Dampferzeugung wieder aufgewärmt werden muss, um den VOC-Ge- halt abzusenken, erhöht die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wesentlich, da es nunmehr genügt, genau diejenige Menge an mehr oder minder inerten Gasen zu erhitzen, bei deren Erhitzung wiederum genau diejenige Menge an VOCs verbrannt wird, welche in Summe eine Freisetzung von zulässigen Mengen an VOCs in der Zeiteinheit ergibt. Gleichzeitig ist diese Teilmenge nun auf die Bedürfnisse der nachfolgenden Dampfturbine optimal abgestimmt, sodass insgesamt eine wirtschaftliche Verfahrensweise möglich wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entfernen von flüchtigen organischen Komponenten aus Abgasen einer Zementklinkerofenanlage, bei welcher die weitgehend abgekühlten Abgase einer Nachverbrennung unterworfen sind, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass an die Abgasleitung der Zementklinkerofenanlage zwischen dem Vorerhitzer und dem Abgassauggebläse eine Zweigleitung angeschlossen ist, an welche eine Brennkammer für einen Wärmetauscher zur Dampferzeugung und eine Dampfturbine angeschlossen sind. Die Vorerhitzer bei modernen Zementklinkerofenanlagen sind, wie bereits erwähnt, als Schwebezyklonwärmetauscher ausgebildet und es ist zumeist eine Mehrzahl derartiger Zyklone in Reihe geschaltet, um auf diese Weise einen Wärmetauscherstrang auszubilden. Die Temperatur der aus dem Zementklinkerofen abgezogenen heißen Gase wird hierbei stufenweise abgebaut, wobei die Zweigleitung jener Druckverluste in den einzelnen Stufen des Wärmetauscherstrangs nicht notwendigerweise an den letzten Wärmetauscher angeschlossen werden muss, sondern vielmehr auch bereits auf höherem Temperaturniveau eine Ausschleusung zulässt. Das Tem- peraturniveau wird jedenfalls so gewählt, dass davon ausgegangen werden kann, dass bei darunter liegenden Temperaturen eine Verbrennung von VOCs nicht mehr erfolgt und umgekehrt eine Freisetzung von VOCs ohne weiteres möglich ist. Dies gilt genaugenommen bei Temperaturen £ 300° C und entspricht zumeist der Temperatur der Abgase am Eingang der Vorerhitzer für das Rohmehl .

Eine Rückführung der den Wärmetauscher zur Dampferzeugung verlassenden Gasmenge kann bevorzugt zur Rohmehlmühle bzw. zur Mahltrocknungsanläge erfolgen. Die Ausbildung ist daher bevorzugt so getroffen, dass die Zweigleitung zwischen dem Vorerhitzer und einer Rohmehlmühle angeordnet ist.

Insgesamt wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung der Vorteil erreicht, dass auf eine unwirtschaftliche vollständige

Nachverbrennung verzichtet werden kann und gleichzeitig die für die Nachverbrennung aufgewandte Energie optimal zur Dampf-

erzeugung und zur Entspannung des Dampfes in einer Dampfturbine herangezogen werden kann. Es wird somit die latente Wärme der für die Verbrennung von VOCs auf entsprechend hohe Temperaturen von bis zu 900° C aufgewärmten Gase besser genutzt, sodass die Wirtschaftlichkeit des Gesamtverfahrens verbessert wird.