Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur thermischen Be¬ handlung von mehlförmigen Rohmaterialien _/ insbesondere bei der Herstellung von Zementklinker aus Rohmehl, wo¬ bei das Rohmehl in einem Brennprozeß durch Vorwärmen _/ Calcinieren, Sintern und Kühlen thermisch behandelt wird und der Abgasstrom der Sinterstufe und der Ab¬ luftstrom der Kühlstufe aus dem Klinkerkühler getrennt oder gemeinsam in der mit Brennstoff versorgten Calci- nierstufe zur Calcination des Rohmehls genutzt werden, wobei die Gas-FeststoffSuspension in der Calcinier-

stufe umgelenkt und in den untersten Zyklon des Zyklonschwebegas-Wärmetauschersystems zwecks Abtren¬ nung des calcinierten Rohmehls vom Gasstrom eingeführt wird.

Um bei Anlagen zur Herstellung von Zementklinker aus Zementrohmehl unwirtschaftlich lange und/oder im Durchmesser große Drehrohröfen zu vermeiden und den spezifischen Wärmebedarf des Zementklinkerherstel- lungsprozesses niedrig zu halten, ist es bekannt, dem Drehrohrofen materialflußseitig gesehen einen Calcina¬ tor vorzuschalten, der mit einer Zweitfeuerung (neben der Feuerung im Drehrohrofen) ausgestattet ist. In der Zweitfeuerung entzündet sich der zugeführte Brennstoff jeglicher Art und wird in der Regel mit vom Klinker¬ kühler kommenden heißen Abluft, Tertiärluft genannt, möglichst vollständig verbrannt. Die entstehende Ver¬ brennungswärme wird augenblicklich auf das Rohmehl übertragen und zur weiteren Calcinierung des Rohmehls noch vor Einführung in den Drehrohrofen verwendet, wo¬ bei die Temperatur nicht wesentlich über die Dissozia¬ tionstemperatur der Entkarbonatisierungsreaktion steigt.

Ist der in den Calcinator zugefeuerte Brennstoff ein Festbrennstoff, z. B. Kohlenstaub, und ist dieser nicht ausreichend fein gemahlen und/oder enthält die¬ ser schwerbrennende Anteile wie z. B. Anthrazit, so ist die Gefahr nicht ausgeschlossen, daß der Brenn- stoff im Calcinator nicht vollständig ausbrennt, weil die Verweilzeit der unverbrannten Bestandteile, näm¬ lich nicht ausreichend ausgebrannte Festbrennstoffpar- tikel und/oder z. B. durch unvollständige Verbrennung gebildetes CO, im Calcinator zu kurz werden kann. In den meisten Fällen gelang es, den Restausbrand dieser

zunächst nicht vollständig verbrannten Bestandteile durch eine besondere konstruktive Gestaltung der Brennstrecke des Calcinators, nämlich durch eine üm- lenkung der Calcinatorbrenns recke bzw. der Drehofen- abgassteigleitung in einem Winkel von z. B. 90 bis

180° zu bewerkstelligen, weil in dem Rohrleitungskrüm¬ mer noch eine Vermischung der Restbrennstoffe mit Luftsauerstoff zur Förderung des Restausbrandes bei vertretbar niedrigem Druckverlust erfolgt. Es hat sich aber in der Praxis gezeigt, daß es Fälle gibt, bei denen der Rohrleitungskrümmer allein nicht genügt, den Restausbrand der unverbrannten ümsetzungsprodukte des Calcinatorbrenns offs zu erreichen, besonders beim Einsatz schwerbrennbarer Kohlesorten und/oder auch bei schwankender Festbrennstoffzudosierung zum Calcinator, welche durch die Brennanlage durchlaufende Stöße an CO und unverbrannten Brennstoffpartikeln zur Folge hat.

Auch bei Zementklinkerproduktionslinien mit Calcinator und mit unterstöchiometrischer Brennstoffverbrennung in der Drehofenabgassteigleitung zwecks Schaffung einer CO-haltigen Reduktionszone zur Reduzierung des im Abgas enthaltenen N0 _χ (EP-PS 0 222 044) muß dafür gesorgt werden, daß das in der Reduktionszone kataly- tisch wirkende CO sowie gegebenenfalls auch die im

Calcinator zunächst nicht verbrannten Festbrennstoff¬ partikel noch im Calcinator selbst die Gelegenheit er¬ halten, vollständig verbrennen zu können.

Zur Beeinflussung der Rohmehlcalcinierung in einer

Zementklinkerproduktionslinie mit Zweitfeuerung in der als Calcinator ausgebildeten Drehofenabgassteigleitung (Zeitschrift "Zement-Kalk-Gips" Heft 5/1976, Seiten 193 bis 197, insbesondere Seite 194 Bild 2) ist vorge- schlagen worden, von dem Rohmehl, das bereits einmal

den Calcinator (Drehofenabgassteigleitung) durchlaufen hat und das anschließend im untersten Zyklon des Wär¬ metauschersystems vom Gas abgeschieden und in die Drehofeneinlaufkammer eingeführt wird, einen Teilstrom nach Austritt aus dem untersten Zyklon abzutrennen und in den Calcinator (Drehofenabgassteigleitung) zu rezirkulieren. Wörtlich heißt es dazu aber in dieser Fachzeitschrift auf Seite 194 rechte Spalte, letzter Absatz: "Es zeigte sich, daß eine bessere Entsäuerung des Materials mit Rezirkulation nicht eintrat". In der Tat haben sich solche Anlagen in der Praxis auch nicht durchgesetzt. Im übrigen wäre bei der bekannten Rezir- kulationsanlage ein vollständiger Ausbrand bzw. Rest¬ ausbrand insbesondere unverbrannt gebliebener gas- förmiger Brennstoffbestandteile wie z. B. CO im Calci¬ nator nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Zement¬ klinkerproduktionslinien der oben beschriebenen Art mit dem Drehrohrofen vorgeschaltetem, mit einer Zweit¬ feuerung ausgestatteten Calcinator einen wärmewirt¬ schaftlich günstigen möglichst vollständigen Ausbrand bzw. Restausbrand unverbrannter Brennstoffbestandteile wie z. B. CO im Calcinator zu ermöglichen, und zwar anwendbar bei Calcinatoren mit oder ohne Einrichtungen zur Reduktion des im Ofenabgas enthaltenen N0 _χ .

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Maßnah¬ men des Kennzeichnungsteiles des Anspruchs 1 gelöst.

Charakteristisch für die erfindungsgemäße Zementklin¬ kerproduktionslinie ist, daß im Calcinator etwa an der Stelle, an der bisher ein Rohrleitungskrümmer mit Um- lenkung der Gas-FeststoffSuspension um z. B. 180°, also etwa im Bereich der höchsten Stelle des Calcina-

tors eine Wirbelkammer angeordnet ist, die eine sehr gute Vermischung des in der Gas-Feststoffsuspension des Calcinators enthaltenen CO sowie der gegebenen¬ falls enthaltenen nicht verbrannten Brennstoffpartikel 5 und Luftsauerstoff ermöglicht, wodurch das CO sowie die Brennstoffpartikel vollständig noch im Calcinator verbrennen können. Die Wirbelkammer weist eine Öffnung zum tangentialen Eintritt der Gas-Feststoffsuspension und eine Öffnung zum tangentialen Austritt auf, wobei 10 die Eintrittsöffnung an den aufsteigenden Ast und die Austrittsöffnung an den absteigenden Ast der Calci- nierstufe angeschlossen sind. Durch den auf diese Weise in der Wirbelkammer erzielbaren Wirbelstrom ist die Vermischung unverbrannt gebliebenen Brennstoffpar- 15 tikel mit sauerstoffhaltigen Luf strömen im Calcinator möglich, wodurch der vollständige Ausbrand dieser Brennstoffkomponenten (auch CO) im Calcinator gewähr¬ leistet ist. Es wird die Möglichkeit eröffnet, die Brennstrecke beim erfindungsgemäßen Calcinator gegen- 20 über bisher üblichen Calcinatoren zu verkürzen, d. h. durch einen einfachen Umbau eines bereits vorhandenen Calcinators mit Rohrleitungskrümmer, der die Gas-Fest¬ stoffsuspension vom aufsteigenden Rohrleitungsast um etwa 180° in den absteigenden Rohrleitungsast umlenkt, 25 in eine Anlage mit Calcinator mit Wirbelkammer, oder aber auch bei einem Neubau läßt sich die Bauhöhe des erfindungsgemäßen Calcinators erheblich niedriger hal¬ ten als bei bisher bekannten Calcinatoren. In Zahlen ausgedrückt -st durch die Erfindung eine Reduzierung 30 der Gesamtlänge bzw. der Bauhöhe des Calcinators um etwa 20 % durchaus möglich.

Infolge des auch bei schwerbrennendem Festbrennstoff vollständigen Ausbrandes der Brennstoffkomponenten im ^" 'S Calcinator der erfindungsgemäßen Zementklinkerproduk-

tionslinie ist diese durch einen besonders niedrigen spezifischen Wärmebedarf bei gleichzeitigem hohen Cal- cinationsgrad des Zementrohmehles von z. B. etwa 95 % gekennzeichnet, und zwar auch dann, wenn die Zement- klinkerproduktionslinie im Bereich des Calcinators noch mit einer Einrichtung zur Reduktion des im Abgas enthaltenen N0 _χ ausgestattet ist, was weiter unten noch näher erläutert wird.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung wird in der Wirbelkammer der Calcinierstufe wenigstens ein Teil wenigstens der Grobkornanteile aus der Gas-Fest¬ stoffSuspension abgetrennt, indem im unteren Bereich der Wirbelkammer ein FeststoffSammelbehälter angeord- net ist, dessen Feststoffaustragsöffnung über eine oder mehrere Feststoffrezirkulationsleitungen mit ins¬ besondere in der Höhenlage variablen Feststoffein¬ tragsöffnungen des aufsteigenden und/oder absteigenden Astes der Calcinierstufe in Verbindung steht. Durch die Separierung wenigstens der Grobkornanteile aus der Gas-Feststoffsuspension in der Wirbelkammer und Rezir- kulierung dieser Partikel in den aufsteigenden Ast der Calcinierstufe wird die Verweilzeit und Vermischung dieser Partikel in der Calcinierstufe gesteigert, wo- durch ein vollständiger Ausbrand der nach dem ersten

Durchgang durch den Calcinator unverbrannt gebliebenen Partikel ermöglicht wird. Denn grobe Brennstoffparti- kel brauchen mehr Zeit zum vollständigen Ausbrand als feine Partikel. In ähnlicher Weise benötigen grobe Zementrohmaterialpartikel in Abhängigkeit von ihrer mineralogischen Zusammensetzung mehr Zeit zur Entsäue¬ rung als feine Rohmehlpartikel, wodurch auch der mit der Erfindung erzielbare hohe Calcinationsgrad des Zementrohmateriales in der Calcinierstufe erklärbar ist.

Bei Einführung des in der Wirbelkammer der erfindungs¬ gemäßen Anlage aus der Gas-Feststoffsuspension zwi¬ schenabgeschiedenen Feststoffmaterials in den abstei- genden Ast der Calcinierstufe kann in diesem Ast im

Bereich zwischen der Wirbelkammer-Gasaustrittsöffnung und der Wiedereinführung des abgeschiedenen Feststoff- materiales eine Zone erhöhter Temperatur erzeugt wer¬ den, weil ja nach der Feststoffabtrennung der Restaus- brand von zunächst noch unverbrannt gebliebenem CO im absteigenden Ast der Calcinierstufe weiter vonstatten geht. Die in dieser Zone geschaffene erhöhte Tempera¬ tur von z. B. 1.000° C, die oberhalb der Dissozia¬ tionstemperatur des im Zementrohmaterial enthaltenen CaCog liegt, kann dazu ausgenutzt werden, um irgend¬ welche Hochtemperaturreaktionen durchzuführen, wie Eindüsung von Reaktanten wie z. B. NH3 oder Ammoniak¬ wasser zwecks zusätzlicher Absenkung des in den Abga¬ sen enthaltenen N0 _χ und/oder Einführung von sehr schwer brennendem Brennstoff wie z. B. niederflüchtige Kohlen zum Zwecke derer Verbrennung.

Durch das Aufgeben des in der Wirbelkammer separierten Feststoffmaterials auf den aufsteigenden und/oder ab- steigenden Calcinatorast, gegebenenfalls an mehreren

Aufgabestellen, können eine zusätzliche Vergleichmäßi¬ gung der Suspensions-Strömung erreicht und Pulsationen des Gesamtsystems unterbunden werden.

Die Erfindung und deren weitere Merkmale und Vorteile werden anhand der in den Figuren schematisch darge¬ stellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

s zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht der erfin¬ dungsgemäßen Zementklinkerproduktions- linie mit in der Calcinierstufe ange¬ ordneter Wirbelkammer;

Fig. 2 ausschnittsweise vergrößert die Ansicht der in die Calcinierstufe integrierten Wirbelkammer mit daran angeschlossenem aufsteigenden und absteigenden Ast der Calcinierstufe, und

Fig. 3 die Draufsicht auf die Wirbelkammer der Fig. 2.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Anlage zur Herstellung von Zementklinker aus Zementrohmehl, das bei (10) in die Vorwärmstufe (11) aufgegeben wird, wo es nacheinander die Zyklonschwebegaswärmetauscher (12 bis 15) im kombinierten Gleich/Gegenstrom zum hei- ßen Abgas (16) der Calcinierstufe (17) durchwandert, um im Abscheidezyklon (15) aus dem Gasstrom ausge¬ schieden und durch die Zuführleitung (18) in der Roh¬ mehlweiche (19) auf die beiden Gutzuführleitungen (20 und 21) aufgeteilt zu werden. Das am Zementrohmehl ab- gekühlte Abgas verläßt die Vorwärmstufe (11) der An¬ lage bei (16').

Während die Rohmehlleitung (20) in die Abgassteiglei¬ tung (22) des Drehrohrofens (23) einmündet, mündet die Rohmehlleitung (21) in die vom Klinkerkühler (24) kom¬ mende Tertiärluftleitung (25) ein. Etwa im Bereich der Rohmehleinführung ist die Drehofenabgassteigleitung (22) mit einer BrennstoffZuführung (26) und die Terti¬ ärluftleitung (25) mit einer BrennstoffZuführung (27) versehen. Das in der Calcinierstufe (17) calcinierte

(entsäuert) Zementrohroehl wird im Zyklon (28) vom hei¬ ßen Abgasstrom (16) abgetrennt und als hochgradig (z. B. 95 %) calciniertes Zementrohmehl (29) in den Drehrohrofen (23) eingeführt, in dessen Sinterzone es zu Zementklinker gebrannt wird.

Während der Brennstoff (27), z. B. Kohlenstaub, in der Tertiärluft (25) mit SauerstoffÜberschuß verbrannt wird, wird der Brennstoff (26), z. B. ebenfalls Koh- lenstaub, in der Drehofenabgassteigleitung (22) unter- stöchiometrisch verbrannt zwecks Bildung einer sich von der Brennstoffeinführung (26) nach oben anschlie¬ ßenden CO-haltigen Reduktionszone, in welcher der im heißen Drehofenabgas enthaltene NO _χ -Anteil reduziert wird. Die Abgase des Brenners (26) und des Brenners

(27) werden im aufsteigenden Rohrleitungsast (30) zu¬ sammengefaßt. Beim bisher bekannten Stand der Technik werden die Abgase über den gestrichelt gezeichneten Rohrleitungskrümmer (31) sowie über einen absteigenden Rohrleitungsast (32) dem untersten Zyklon (28) zuge¬ leitet.

Erfindungsgemäß ist in der Calcinierstufe (17) im Be¬ reich ihrer Strömungsumlenkung, d. h. etwa in deren höchstgelegenem Bereich eine Wirbelkammer (33) mit Ab¬ trennung wenigstens eines Teils wenigstens der Grob¬ kornanteile aus der Gas-Feststoffsuspension angeord¬ net. In der Wirbelkammer (33), die nur einen sehr ge¬ ringen zusätzlichen Druckverlust verursacht, erfolgt eine intensive Vermischung der im aufsteigenden Rohr¬ leitungsast (30) ankommenden Gas-FeststoffSuspension mit Luftsauerstoff aus dem Klinkerkühler, was einen vollständigen Ausbrand bzw. vollständigen Restausbrand der im absteigenden Ast (32) der Calcinierstufe (17) noch vorhandenen Brennstof zur Folge hat. Es ver¬ steht sich, daß mit dem vollständigen Brennstoffaus- brand in der Calcinierstufe (17) ein niedriger spezi¬ fischer Wärmebedarf bzw. eine gesteigerte Wärmewirt¬ schaftlichkeit der erfindungsgemäßen Zementklinkerpro- duktionslinie verbunden ist. Außerdem ist aus Fig. 1

deutlich zu ersehen, daß die Bauhöhe (33 ¹ ) des erfin¬ dungsgemäßen Calcinators (17) mit Wirbelkammer (33) erheblich niedriger liegt, z. B. um ca. 20 %, als die Bauhöhe (31') bisher bekannter Calcinatoren mit (ge- strichelt gezeichnetem) Rohrleitungskrü mer (31).

Wie auch aus Fig. 2 ersichtlich kann die in die Calci¬ nierstufe (17) eingebaute Wirbelkammer (33) eine Öff¬ nung (35) zum tangentialen Eintritt der Gas-Feststoff- Suspension und eine Öffnung (36) zum tangentialen Aus¬ tritt aufweisen, wobei die Eintrittsöffnung (35) an den aufsteigenden Ast (30) und die Austrittsöffnung (36) an den absteigenden Ast (32) der Calcinierstufe (17) angeschlossen sind. Der Durchmesser der Wirbel- kaπuner (33) kann etwa das 1- bis 2-fache des Durchmes¬ sers der gasführenden Rohrleitungen (30, 32) der Cal¬ cinierstufe (17) betragen.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist im unteren Bereich der Wirbelkammer (33) ein Feststoff¬ sammelbehälter (37) angeordnet, dessen Feststoffaus- tragsöffnung über eine oder mehrere Feststoffrezirku- lationsleitungen (38 bis 42) mit in der Höhenlage variablen Feststoffeintragsöffnungen des aufsteigenden Astes (30) und/oder absteigenden Astes (32) der Calci¬ nierstufe (1 ) in Verbindung steht. Damit wird eine Verlängerung der Verweilzeit insbesondere der grobkör¬ nigen schwerbrennenden Brennstoffanteile und deren vollständige Verbrennung noch innerhalb der Calcinier- stufe (17) ermöglicht.

Bei Einführung des in der Wirbelkammer (33) zwischen¬ abgeschiedenen Feststoffes (37) über Leitung (41 und/ oder 42) in den absteigenden Ast (32) der Calcinier- stufe (17) wird in diesem Ast (32) im Bereich zwischen

der Wirbelkammer-Gasaustrittsöffnung (36) und der Wie¬ dereinführung des abgeschiedenen Feststoffmateriales (41, 42) in den Gasstrom eine Zone erhöhter Temperatur erzeugt, weil nach der Feststoffabtrennung aus der Gas-FeststoffSuspension in der Calcinierstufe (17) der vollständige Ausbrand insbesondere der gasförmigen Brennstoffanteile wie z. B. CO weiter vonstatten geht mit der Folge, daß in dieser Zone des absteigenden Astes (32) eine Abgasaufheizung von z. B. etwa 850° C auf z. B. etwa 1.050° C möglich wird. Die auf diese Weise geschaffene Zone erhöhter Temperatur kann für eine Hochtemperaturreaktion ausgenutzt werden, indem diese Zone z. B. mit einer Einrichtung zur Einführung insbesondere von schwerbrennendem Brennstoff (z. B. niederflüchtige Kohlen) und/oder von Reaktanten wie

NH3 oder Ammoniakwasser zwecks zusätzlicher Absenkung des in den Abgasen enthaltenen NO _χ ausgestattet ist.

Insbesondere im absteigenden Ast (32) der Calcinier- stufe (17) (also in Strömungsrichtung nach der Wirbel¬ kammer (33)) kann wenigstens eine Temperaturmeßein¬ richtung (34) angeordnet sein, die mit einem oder mehreren Stellorganen, z. B. Steuerklappen (43 bzw. 44) zur Steuerung der aus der Wirbelkammer (33) ausge- schleusten und in den aufsteigenden und/oder abstei¬ genden Ast (30 bzw. 32) der Calcinierstufe einge¬ schleusten Feststoffmenge in Wirkverbindung steht. Bei steigender Gastemperatur kann die Feststoffrezirkula- tionsmenge erhöht werden, und umgekehrt. Die Rezirku- lationsrate kann z. B. etwa das 0,5- bis 3-fache der Feststoffmenge betragen, welche durch die Calcinier¬ stufe (17) ohne Rezirkulierung geschleust wird. Allein schon mit der Zwischenabtrennung wenigstens eines Teils des Feststoffmateriales in der Wirbelkammer (33) und Rezirkulierung des Materiales in die Gas-Fest-

Stoffsuspension ist eine bessere Vermischung der Reak¬ tionspartner in der Calcinierstufe (17) verbunden.

Es versteht sich, daß die Erfindung auch anwendbar ist bei üblichen Calcinatoren, bei denen der Rohmehlstrom (18) ungeteilt in die Drehofenabgassteigleitung (22) eingeführt ist.

In den Figuren 2 und 3 sind die gegenüber Fig. 1 glei- chen Bauteile mit entsprechend gleichen Bezugsziffern versehen. Der in Fig. 3 angezeigte Winkel α kann z. B.

270° betragen. Es versteht sich, daß die Wirbelkammer

(33) durch eine nicht dargestellte, die Äste (30 und

32) verbindende BypassLeitung umgangen werden kann.