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Title:
PLANT FOR PRODUCING CEMENT OR PROCESSING ORES AND METHOD FOR OPERATING A PLANT OF THIS TYPE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/186778
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a plant (10) for producing cement or processing ores, having a processing apparatus (34) for mechanically and/or thermally processing a material and a material preheater (30), arranged upstream of the processing apparatus (34) as seen in the flow direction of the material, in which heat is transferred from the exhaust gas of the processing apparatus (34) to the material, wherein the material preheater (30) comprises at least one heat exchanger stage (12, 14, 16), wherein an exhaust gas treatment apparatus (32) is connected to at least some of the exhaust gas of the processing apparatus (34) upstream of at least one heat exchanger stage (12, 14, 16) of the material preheater (30) as seen in the flow direction of the exhaust gas. The invention also relates to a method for operating a plant (10) for producing cement or processing ores, having a processing apparatus (34) for mechanically and/or thermally processing a material and a material preheater (30), arranged upstream of the processing apparatus (34) as seen in the flow direction of the material, in which heat is transferred from the exhaust gas of the processing apparatus (34) to the material, wherein the material preheater (30) comprises at least one heat exchanger stage (12, 14, 16), wherein at least some of the exhaust gas of the processing apparatus (34) is conducted to an exhaust gas treatment apparatus (32) upstream of at least one heat exchanger stage (12, 14, 16) as seen in the flow direction.

Inventors:
STENDER, Timo (Ibbingsen 8, Fröndenberg, 58730, DE)
DINKOVA, Anna Ivanova (Kapitelwiese 6, Dortmund, 44263, DE)
BORDEI, Valentina (Weidekampstr. 13, Hamm, 59063, DE)
Application Number:
EP2017/059896
Publication Date:
November 02, 2017
Filing Date:
April 26, 2017
Export Citation:
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Assignee:
THYSSENKRUPP INDUSTRIAL SOLUTIONS AG (ThyssenKrupp Allee 1, Essen, 45143, DE)
THYSSENKRUPP AG (ThyssenKrupp Allee 1, Essen, 45143, DE)
International Classes:
F27B7/20; B01D53/56; B01D53/86; C04B7/36; F27D17/00; F27D19/00
Domestic Patent References:
2015-12-17
2015-12-17
Foreign References:
DE4313479C11994-06-16
Attorney, Agent or Firm:
THYSSENKRUPP INTELLECTUAL PROPERTY GMBH (ThyssenKrupp Allee 1, Essen, 45143, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Anlage (10) zur Herstellung von Zement oder Aufbereitung von Erzen aufweisend

eine Aufbereitungsvorrichtung (34) zur mechanischen und/oder thermischen

Aufbereitung eines Materials und

einen in Strömungsrichtung des Materials der Aufbereitungsvorrichtung (34)

vorgeschalteten Materialvorwärmer (30), in dem ein Wärmeübergang von dem Abgas der Aufbereitungsvorrichtung (34) auf das Material erfolgt,

wobei der Materialvorwärmer (30) zumindest eine Wärmetauscherstufe (12, 14, 16) umfasst,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Abgasbehandlungsvorrichtung (32) mit zumindest einem Teil des Abgases der Aufbereitungsvorrichtung (34) in Strömungsrichtung des Abgases vor zumindest einer Wärmetauscherstufe (12, 14, 16) des Materialvorwärmers (30) verbunden ist, wobei die Abgasbehandlungsvorrichtung (32) einen Oxidationskatalysator (18) umfasst.

2. Anlage (10) nach Anspruch 1, wobei die Abgasbehandlungsvorrichtung (32) über eine Steuerungs-/Regelungseinrichtung (48) mit dem Abgas der Aufbereitungsvorrichtung (34) in Strömungsrichtung des Abgases vor zumindest einer Wärmetauscherstufe (12, 14, 16) verbunden ist und wobei die Steuerungs-/Regelungseinrichtung (48) zur

Steuerung/ Regelung der Menge des Abgases der Aufbereitungsvorrichtung (34) vor zumindest einer Wärmetauscherstufe (12, 14, 16) zu der Abgasbehandlungsvorrichtung (32) ausgebildet ist.

3. Anlage (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abgasbehandlungsvorrichtung (32) über die Steuerungs-/Regelungseinrichtung (48) mit dem Abgas des Materialvorwärmers (30) verbunden ist und die Steuerungs-/ Regelungseinrichtung (48) zur Steuerung/ Regelung der Menge des Abgases des Materialvorwärmers (30) und des Abgases der

Aufbereitungsvorrichtung (34) vor zumindest einer Wärmetauscherstufe (12, 14, 16) zu der Abgasbehandlungsvorrichtung (32) ausgebildet ist.

4. Anlage (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die

Abgasbehandlungsvorrichtung (32) eine Entstaubungseinrichtung (20) umfasst, die dem Oxidationskatalysator (18) vorgeschaltet ist.

5. Anlage (10) nach Anspruch 4, wobei die Entstaubungseinrichtung (20) zumindest eine Hochtemperaturfilterkerze umfasst, die insbesondere eine Beschichtung aus einem katalytisch aktiven Material aufweist.

6. Anlage (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die

Abgasbehandlungsvorrichtung (32) einen Reduktionskatalysator umfasst.

7. Anlage (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die

Abgasbehandlungsvorrichtung (32) einen Wärmetauscher umfasst, der insbesondere stromabwärts des Oxidationskatalysators (18) angeordnet ist.

8. Anlage (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in Strömungsrichtung nach der Abgasbehandlungsvorrichtung (32) zumindest eine Messeinrichtung (46) zum Ermitteln des Schadstoffgehalts vorgesehen ist.

9. Anlage (10) nach Anspruch 8, wobei die Steuerungs-/ Regelungseinrichtung (48) derart ausgebildet ist, dass sie die Menge des Abgases des Materialvorwärmers (30) und der Aufbereitungsvorrichtung (34) in Strömungsrichtung des Abgases vor zumindest einer Wärmetauscherstufe (12, 14, 16) zu der Abgasbehandlungsvorrichtung (32) in

Abhängigkeit der mittels des zumindest einen Messeinrichtung (46) ermittelten

Schadstoffgehalts steuert/ regelt.

10. Anlage (10) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Steuerungs-/ Regelungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie die Menge des Abgases des Materialvorwärmers (30) verringert und die Menge des Abgases der Aufbereitungsvorrichtung (34) in

Strömungsrichtung des Abgases vor zumindest einer Wärmetauscherstufe (12, 14, 16) zu der Abgasbehandlungsvorrichtung (32) erhöht, wenn der mittels der Messeinrichtung (46) ermittelte Schadstoffgehalt einen Grenzwert übersteigt.

11. Verfahren zum Betreiben einer Anlage (10) zur Herstellung von Zement oder Aufbereitung von Erzen mit einer Aufbereitungsvorrichtung (34) zur mechanischen und/oder thermischen Aufbereitung eines Materials und einem in Strömungsrichtung des Materials der Aufbereitungsvorrichtung (34) vorgeschalteten Materialvorwärmer (30), in dem ein Wärmeübergang von dem Abgas der Aufbereitungsvorrichtung (34) auf das Material erfolgt, wobei der Materialvorwärmer (30) zumindest eine Wärmetauscherstufe (12, 14, 16) umfasst ,

dadurch gekennzeichnet, dass

zumindest ein Teil des Abgases der Aufbereitungsvorrichtung (34) in Strömungsrichtung vor zumindest einer Wärmetauscherstufe (12, 14, 16) zu einer

Abgasbehandlungsvorrichtung (32) geleitet wird, wobei in der

Abgasbehandlungsvorrichtung (32) eine Oxidation von Kohlenmonoxid und/ oder organischen Kohlenwasserstoffen und insbesondere eine Entstaubung des Abgases erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Menge an Abgas der Aufbereitungsvorrichtung (34) in Strömungsrichtung vor zumindest einer Wärmetauscherstufe (12, 14, 16) zu der Abgasbehandlungsvorrichtung (32) gesteuert/ geregelt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Schadstoffgehalt des Abgases in

Strömungsrichtung nach der Abgasbehandlungsvorrichtung (32) ermittelt wird und die Menge an Abgas der Aufbereitungsvorrichtung (34) in Strömungsrichtung vor zumindest einer Wärmetauscherstufe (12, 14, 16) zu der Abgasbehandlungsvorrichtung (32) in Abhängigkeit des ermittelten Schadstoffgehalts gesteuert/ geregelt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Menge an Abgas der Aufbereitungsvorrichtung (34), das in Strömungsrichtung vor zumindest einer Wärmetauscherstufe (12, 14, 16) zu der Abgasbehandlungsvorrichtung (32) geleitet wird, erhöht wird, wenn der mittels der Messeinrichtung (46) ermittelte Schadstoffgehalt einen Grenzwert übersteigt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 - 14, wobei in der

Abgasbehandlungsvorrichtung (32) einen Reduktion von Stickoxiden erfolgt.

Description:
Anlage zur Herstellung von Zement oder Aufbereitung von Erzen und Verfahren zum Betreiben einer solchen Anlage

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Zement oder Aufbereitung von Erzen mit einer Abgasbehandlungsvorrichtung, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Anlage.

Eine solche Anlage kommt beispielsweise bei der Herstellung von Zementklinker zum Einsatz. Dabei wird das Rohmehl vor dem Einbringen in einen Drehrohrofen in einem in der Regel vier- bis sechsstufigen Zyklonvorwärmer im Gegenstrom zu dem aus dem Drehrohrofen austretenden Abgas vorgewärmt. Dabei wird das Abgas in der Regel auf einen Temperaturbereich in einer Größenordnung von zwischen 250°C und 450°C heruntergekühlt.

In den Verlauf des Abgasstrangs können weitere Vorrichtungen integriert sein, die bevorzugt bei höheren als diesen üblichen Abgastemperaturen (nach Materialvorwärmer) betrieben werden. Bei diesen Vorrichtungen kann es sich insbesondere um solche zur Abgasbehandlung mittels katalytischer und/oder (regenerativer) oxidativer Minderung von Schadstoffen handeln.

Um die für die Schadstoffreduzierung in dem Oxidationskatalysator optimale Temperatur des Abgases zu erzeugen, ist es häufig notwendig, das Abgas nach dem Austritt aus dem Materialvorwärmer zu erwärmen. Dies ist beispielsweise in der WO 2015/189103 AI gezeigt.

Das Erwärmen erfolgt beispielsweise mittels eines Zuheizers z.B. in Form von Brennern oder einer Brennkammer. Dies ist jedoch mit einem erheblichen zusätzlichen baulichen Aufwand verbunden. Zudem sind in entsprechenden Zuheizern regelmäßig nur schnell und leicht ausbrennbare Brennstoffe, wie insbesondere Erdgas oder Öl und unter bestimmten Voraussetzungen auch Kohle, einsetzbar, was mit hohen Kosten für die Brennstoffe einhergeht.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anlage zur Herstellung von Zement oder Aufbereitung von Erzen bereitzustellen, die einen einfachen und kostengünstigeren Aufbau aufweist, wobei die Reduzierung von Schadstoffen in dem Abgas zuverlässig erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Eine Anlage zur Herstellung von Zement oder Aufbereitung von Erzen weist nach einem ersten Aspekt eine Aufbereitungsvorrichtung zur mechanischen und/oder thermischen Aufbereitung eines Materials und einen in Strömungsrichtung des Materials der Aufbereitungsvorrichtung vorgeschalteten Materialvorwärmer auf, in dem ein Wärmeübergang von dem Abgas der Aufbereitungsvorrichtung auf das Material erfolgt, wobei der Materialvorwärmer zumindest eine Wärmetauscherstufe umfasst. Die Anlage umfasst eine Abgasbehandlungsvorrichtung, die mit zumindest einem Teil des Abgases der Aufbereitungsvorrichtung in Strömungsrichtung des Abgases vor zumindest einer Wärmetauscherstufe des Materialvorwärmers verbunden ist.

Eine Aufbereitungsvorrichtung zur mechanischen und/ oder thermischen Aufbereitung eines Materials umfasst insbesondere einen Ofen, beispielsweise zum Brennen von Zementklinker. Die Aufbereitungsvorrichtung umfasst beispielsweise auch - neben einem solchen Ofen, eine Vorrichtung zur Kalzination (Kalzinator) und/oder zur Zugabe von zusätzlichem Brennstoff. Auch Anlagen aus dem Bereich der Mineralindustrie nach ähnlichem Prinzip sind von der Aufbereitungsvorrichtung umfasst. Dabei kann es sich beispielsweise um die Aufbereitung von Erzen im Drehrohrofen mit vorgeschaltetem Wärmetauscher, wie beispielsweise Vanadiumerze oder auch um Kalk- oder Dolomitöfen handeln. Bei dem Material handelt es sich beispielsweise um ein zu bearbeitendes Rohmaterial, wie Zementrohmehl oder zerkleinerte Erze.

Ein Materialvorwärmer umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl von Wärmetauscherstufen, insbesondere Zyklonvorwärmer. Die Wärmetauscherstufen sind vorzugsweise auf unterschiedlichen Höhenniveaus angeordnet, sodass ein an der obersten Wärmetauscherstufe in den Materialvorwärmer aufgegebenes Material schwerkraftbedingt in die darunter angeordneten Wärmetauscherstufen gelangt. Vorzugsweise umfasst der Materialvorwärmer fünf bis sechs Wärmetauscherstufen. Das Material wird in den miteinander verbundenen Wärmetauscherstufen durch das im Gegenstrom durch den Materialvorwärmer strömende Abgas der Aufbereitungsvorrichtung erwärmt und beispielsweise entsäuert. Das erwärmte Material gelangt im Anschluss an den Vorwärmer in die Aufbereitungsvorrichtung. Durch den Wärmetausch zwischen dem Material und dem Abgas der Aufbereitungsvorrichtung verringert sich die Temperatur des Abgases in Strömungseinrichtung des Abgases durch den Materialvorwärmer. Eine Abgasbehandlungsvorrichtung, die mit zumindest einem Teil des Abgases der Aufbereitungsvorrichtung in Strömungsrichtung des Abgases vor zumindest einer Wärmetauscherstufe des Materialvorwärmers verbunden ist, bietet den Vorteil, dass der Abgasbehandlungsvorrichtung zumindest ein Teil eines Abgases zugeleitet wird, das eine höhere Temperatur als das aus dem Materialvorwärmer austretende Abgas aufweist. Eine Erhöhung der Abgastemperatur nach dem Materialvorwärmer ist daher nicht notwendig. Auch ein erhöhter Brenn st off umsatz in der Aufbereitungsvorrichtung zur Erhöhung der Temperatur ist mit einer solchen Anordnung der Abgasbehandlungsvorrichtung und insbesondere bei einer Zuleitung des gesamten Abgases vor zumindest einer Wärmetauscherstufe zu der Abgasbehandlungsvorrichtung nicht notwendig. Durch einen erhöhten Brennstoff umsatz in der Aufbereitungsvorrichtung wird nicht nur die Temperatur des die Aufbereitungsvorrichtung verlassenden Abgases sondern auch die Temperaturen in der Aufbereitungsvorrichtung selbst erhöht. Dies kann unerwünscht bzw. nicht möglich sein, da sich beispielsweise das Material bei höheren Temperaturen in seinen Eigenschaften bezüglich der Handhabung z.B. hinsichtlich der Ansatzbildung oder der Qualität verschlechtert.

Grundgedanke der Erfindung ist daher, die Temperatur des der Abgasbehandlungsvorrichtung zuzuführenden Abgases durch eine Zuführung von Abgasen des Materialvorwärmers in Strömungsrichtung vor zumindest einer Wärmetauscherstufe zu erhöhen, ohne dabei verfahrenstechnisch begründete Begrenzungen der Materialtemperaturen in der Aufbereitungsvorrichtung zu verletzen.

Die Abgasbehandlungsvorrichtung ist vorzugsweise in dem Materialvorwärmer angeordnet. Insbesondere wird das gesamte Abgas der Aufbereitungsvorrichtung in Strömungsrichtung des Abgases vor zumindest einer Wärmetauscherstufe des Materialvorwärmers der Abgasbehandlungsvorrichtung zugeführt. Vorzugsweise ist die Abgasbehandlungsvorrichtung zusätzlich mit zumindest einem Teil des Abgases des Materialvorwärmers verbunden, sodass beispielsweise 100% des Abgases des Materialvorwärmers und etwa 0%-50%, vorzugsweise 10%-40%, höchstvorzugsweise 20%-30% des Abgases der Aufbereitungsvorrichtung in Strömungsrichtung vor zumindest einer Wärmetauscherstufe der Abgasbehandlungsvorrichtung zugeführt werden. Insbesondere ist die Abgasbehandlungsvorrichtung mit dem Abgas der Aufbereitungsvorrichtung in Strömungsrichtung vor der ersten Wärmetauscherstufe verbunden, wobei die erste Wärmetauscherstufe, die Wärmetauscherstufe an dem Materialeintritt in den Materialvorwärmer ist.

Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die Abgasbehandlungsvorrichtung über eine Steuerungs-/ Regelungseinrichtung mit dem Abgas der Aufbereitungsvorrichtung in Strömungsrichtung des Abgases vor zumindest einer Wärmetauscherstufe verbunden, wobei die Steuerungs-/ Regelungseinrichtung zur Steuerung/ Regelung der Menge des Abgases der Aufbereitungsvorrichtung vor zumindest einer Wärmetauscherstufe zu der Abgasbehandlungsvorrichtung ausgebildet ist. Die Steuerungs-/ Regelungseinrichtung umfasst beispielsweise eine Strömungseinrichtung, insbesondere eine Klappe, die stromaufwärts der Abgasbehandlungsvorrichtung angeordnet ist. Insbesondere ist eine Strömungseinrichtung in einer Zuführung des Abgases in Strömungsrichtung vor einer Wärmetauscherstufe zu der Abgasbehandlungsvorrichtung angeordnet. Eine solche Steuerungs-/ Regelungseinrichtung ermöglicht eine bedarfsmäßige Steuerung/ Regelung der Menge an Abgas zu der Abgasbehandlungsvorrichtung.

Die Abgasbehandlungsvorrichtung ist gemäß einer weiteren Ausführungsform über die Steuerungs-/ Regelungseinrichtung mit dem Abgas des Materialvorwärmers verbunden und die Steuerungs-/ Regelungseinrichtung ist zur Steuerung/ Regelung der Menge des Abgases des Materialvorwärmers und des Abgases der Aufbereitungsvorrichtung vor zumindest einer Wärmetauscherstufe zu der Abgasbehandlungsvorrichtung ausgebildet. Die Steuerungs-/ Regelungseinrichtung umfasst vorzugsweise eine weitere Strömungseinrichtung, die beispielsweise in einer Zuführung des Abgases des Materialvorwärmers zu der Abgasbehandlungsvorrichtung angeordnet ist. Eine solche Steuerungs-/ Regelungseinrichtung ermöglicht eine bedarfsmäßige Steuerung/ Regelung der Menge an Abgas zu der Abgasbehandlungsvorrichtung, wobei eine entsprechende Aufteilung des Abgases des Materialvorwärmers und des Abgases vor zumindest einer Wärmetauscherstufe möglich ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Abgasbehandlungsvorrichtung einen Oxidationskatalysator. Bei dem Oxidationskatalysator handelt es sich vorzugsweise um einen edelmetallhaltigen Oxidationskatalysator, durch den insbesondere eine Minderung von in dem Abgas enthaltenem Kohlenmonoxid (CO) und organischen Kohlenwasserstoffen (THC) erreicht wird. Zusätzlich oder alternativ ist dem Oxidationskatalysator vorzugsweise ein Reduktionskatalysator nachgeschaltet, durch den insbesondere Stickoxide (NOx) umgewandelt werden. Die Solltemperatur des Abgases beim Eintritt in die Abgasbehandlungsvorrichtung, insbesondere in den Oxidationskatalysator der Abgasbehandlungsvorrichtung, liegt vorzugsweise zwischen 150°C - 650°C, insbesondere zwischen 180°C und 550°C, höchstvorzugsweise zwischen 220°C und 450°C. Bei einer Temperatur unterhalb etwa 150°C ist eine Minderung der Schadstoffe Kohlenmonoxid und/ oder organischer Kohlenwasserstoffe durch den Oxidationskatalysator nicht mehr gewährleistet. Die Zuleitung des wärmeren Abgases vor zumindest einer Wärmetauscherstufe ermöglicht ein zuverlässiges Einhalten eines optimalen Temperaturbereichs in dem Oxidationskatalysator und somit eine zuverlässige Reduktion von Schadstoffen in dem Abgas.

Die Abgasbehandlungsvorrichtung umfasst gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Entstaubungseinrichtung, die dem Oxidationskatalysator vorgeschaltet ist. Bei der Entstaubungseinrichtung handelt es sich beispielsweise um einen Elektrostaubfilter.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Entstaubungseinrichtung zumindest eine Hochtemperaturfilterkerze, die insbesondere eine Beschichtung aus einem katalytisch aktiven Material aufweist. Bei dem katalytisch aktiven Material handelt es sich beispielsweise um V 2 0 5 . Bei der Filterkerze handelt es sich beispielsweise um eine keramische Filterkerze. Insbesondere der Einsatz von Hochtemperaturfilterkerzen mit einer katalytisch aktiven Beschichtung bietet den Vorteil einer Entstaubung bei gleichzeitiger katalytischer Behandlung des Abgases.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Abgasbehandlungsvorrichtung einen Reduktionskatalysator. Beispielsweise ist der Reduktionskatalysator dem Oxidationskatalysator insbesondere direkt nachgeschaltet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Abgasbehandlungsvorrichtung einen Wärmetauscher, der insbesondere stromabwärts des Oxidationskatalysators angeordnet ist. Der Wärmetauscher ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass ein Wärmeübergang zwischen zumindest einem Teil des Abgases auf einen Wärmeträger, wie beispielsweise ein gasförmiges oder flüssiges Medium erfolgt. Die aus der Abgasbehandlungsvorrichtung entnommene Wärmemenge wird beispielsweise zur Verstromung oder Heißwassererwärmung verwertet, insbesondere als alleinige Wärmequelle oder im Verbund mit anderen Wärmequellen, wie beispielsweise der Kühlerabluft. Insbesondere ist der Wärmetauscher zwischen dem Oxidationskatalysator und dem Reduktionskatalysator derart angeordnet, dass er das Abgas auf einen für den Reduktionskatalysator optimalen Temperaturbereich kühlt. Ein Solltemperaturbereich des Abgases beim Eintritt in den Reduktionskatalysator, der auch in Form eines einzelnen Temperaturwerts definiert sein kann, liegt vorteilhafterweise zwischen 150°C und 420°C, vorzugsweise zwischen 180°C und 400°C, besonders bevorzugt zwischen 220°C und 380°C. Dabei muss der Solltemperaturbereich nicht mit den quantitativ definierten Temperaturbereichen übereinstimmen, sondern kann vielmehr auch einen Teilbereich davon darstellen. Die Anordnung des Reduktionskatalysators stromabwärts des Oxydationskatalysators bietet den Vorteil, dass ein für die Reaktionen in dem Reduktionskatalysator genutztes, insbesondere ammoniakhaltiges Reduktionsmittel über eine Zudosiervorrichtung in das Abgas stromabwärts des Oxidationskatalysators eingebracht wird. Dadurch wird vermieden, dass der Oxidationskatalysator mit Abgas, das bereits mit Reduktionsmittel versetzt ist, beaufschlagt wird. Dadurch kann insbesondere vermieden werden, dass das Reduktionsmittel im Oxidationskatalysator verbrannt wird, was die Effizienz einer Oxidation von Kohlenmonoxid und organischen Kohlenwasserstoffen stark reduzieren könnte. Der Reduktionskatalysator ist beispielsweise derart angeordnet, dass er ausschließlich mit dem Abgas des Materialvorwärmers beaufschlagt wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in Strömungsrichtung nach der Abgasbehandlungsvorrichtung zumindest eine Messeinrichtung zum Ermitteln des Schadstoffgehalts vorgesehen. Insbesondere ist die Messeinrichtung zum Ermitteln des Kohlenmonoxidgehalts und/ oder des Gehalts an organischen Kohlenwasserstoffen ausgebildet. Beispielsweise ist die Messeinrichtung dem Oxidationskatalysator nachgeschaltet. Vorzugsweise ist eine weitere Messeinrichtung vorgesehen, die dem Oxydationskatalysator vorgeschaltet ist und mit der Steuerungs-/ Regelungseinrichtung zusammenwirkt. Die Steuern ngs-/ Regelungseinrichtung ist gemäß einer weiteren Ausführungsform derart ausgebildet, dass sie die Menge des Abgases des Materialvorwärmers und/ oder der Aufbereitungsvorrichtung in Strömungsrichtung des Abgases vor zumindest einer Wärmetauscherstufe zu der Abgasbehandlungsvorrichtung in Abhängigkeit der mittels des zumindest einen Messeinrichtung ermittelten Schadstoffgehalts steuert/ regelt.

Die Steuerungs- / Regelungseinrichtung ist gemäß einer weiteren Ausführungsform derart ausgebildet, dass sie die Menge des Abgases des Materialvorwärmers verringert und die Menge des Abgases der Aufbereitungsvorrichtung in Strömungsrichtung des Abgases vor zumindest einer Wärmetauscherstufe zu der Abgasbehandlungsvorrichtung erhöht, wenn der mittels der Messeinrichtung ermittelte Schadstoffgehalt einen Grenzwert übersteigt. Der Grenzwert des Schadstoffgehalts im Abgas stromabwärts der Abgasbehandlungsvorrichtung beträgt beispielsweise für Kohlenmonoxid 50 mg/m 3 i.N.tr. 10% 02 und für Kohlenwasserstoffe 10 mg/m 3 i.N.tr.10% 02, wobei i.N.tr. für im Normalzustand trocken steht und der Normalzustand bei 273 K und 1,013 bar definiert ist. Übersteigt der Schadstoffgehalt den Grenzwert zumindest einer der Schadstoffe, ist dies ein Hinweis darauf, dass die Temperatur an dem Eintritt des Abgases zu der Abgasbehandlungsvorrichtung, insbesondere an dem Oxydationskatalysator, zu gering ist. Um die Temperatur zu erhöhen, wird die Menge an Abgas der Aufbereitungsvorrichtung vor zumindest einer Wärmetauscherstufe erhöht, wobei gleichzeitig die Menge an Abgas stromabwärts des Wärmetauschers zu der Abgasbehandlungsvorrichtung verringert wird. Beispielsweise wird die Menge an Abgas zu der Abgasbehandlungsvorrichtung stufenweise eingestellt. Unterschreitet der Schadstoffgehalt den Grenzwert, wird beispielsweise 100% des Abgases des Materialvorwärmers und etwa 0%-50%, vorzugsweise 10%-40%, höchstvorzugsweise 20%-30% des Abgases vor zumindest einer Wärmetauscherstufe der Abgasbehandlungsvorrichtung zugeführt. Der übrige Anteil des Abgases vor zumindest einer Wärmetauscherstufe wird der nachfolgenden Wärmetauscherstufe zugeführt. Übersteigt der Schadstoffgehalt den Grenzwert, wird beispielsweise 100% des Abgases vor zumindest einer Wärmetauscherstufe der Abgasbehandlungsvorrichtung zugeführt. Insbesondere wird die gesamte Menge des Abgases vor zumindest einer Wärmetauscherstufe der Abgasbehandlungsvorrichtung für einen vorbestimmtes Zeitintervall zugeführt, wobei im Anschluss an das Zeitintervall die Menge an Abgas vor zumindest einer Wärmetauscherstufe auf 0%-50%, vorzugsweise 10%-40%, höchstvorzugsweise 20%-30% reduziert wird, wobei vorzugsweise 100% des Abgases nach dem Materialvorwärmer der Abgasbehandlungsvorrichtung zugeführt wird. Eine solche temporäre Zufuhr von 100% des Abgases vor zumindest einer Wärmetauscherstufe ermöglicht ein Aufheizen der Abgasbehandlungsvorrichtung über einen bestimmten Zeitraum.

Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Herstellung von Zement oder Aufbereitung von Erzen mit einer Aufbereitungsvorrichtung zur mechanischen und/oder thermischen Aufbereitung eines Materials und einem in Strömungsrichtung des Materials der Aufbereitungsvorrichtung vorgeschalteten Materialvorwärmer, in dem ein Wärmeübergang von dem Abgas der Aufbereitungsvorrichtung auf das Material erfolgt, wobei der Materialvorwärmer zumindest eine Wärmetauscherstufe umfasst. Zumindest ein Teil des Abgases der Aufbereitungsvorrichtung wird in Strömungsrichtung vor zumindest einer Wärmetauscherstufe zu einer Abgasbehandlungsvorrichtung geleitet.

Die mit Bezug auf die Anlage zur Herstellung von Zement oder Aufbereitung von Erzen beschriebenen Vorteile und Erläuterungen treffen in verfahrensmäßiger Entsprechung ebenfalls auf das Verfahren zum Betreiben einer solchen Anlage zu.

Die Menge an Abgas der Aufbereitungsvorrichtung in Strömungsrichtung vor zumindest einer Wärmetauscherstufe zu der Abgasbehandlungsvorrichtung wird gemäß einer ersten Ausführungsform gesteuert/ geregelt. Eine solche Steuerung/ Regelung erfolgt beispielsweise manuell oder automatisch.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Schadstoffgehalt des Abgases, insbesondere in Strömungsrichtung nach der Abgasbehandlungsvorrichtung, ermittelt und die Menge an Abgas der Aufbereitungsvorrichtung in Strömungsrichtung vor zumindest einer Wärmetauscherstufe zu der Abgasbehandlungsvorrichtung in Abhängigkeit des ermittelten Schadstoffgehalts gesteuert/ geregelt. Die Menge an Abgas der Aufbereitungsvorrichtung, die in Strömungsrichtung vor zumindest einer Wärmetauscherstufe zu der Abgasbehandlungsvorrichtung geleitet wird, wird gemäß einer weiteren Ausführungsform erhöht, wenn der mittels der Messeinrichtung ermittelte Schadstoffgehalt einen Grenzwert übersteigt. Beispielsweise wird die Menge an Abgas in Strömungsrichtung vor zumindest einer Wärmetauscherstufe zu der Abgasbehandlungsvorrichtung stufenweise in Reaktion auf einen ermittelten Schadstoffgehalt eingestellt. Vorzugsweise wird die Menge an Abgas vor zumindest einer Wärmetauscherstufe zu der Abgasbehandlungsvorrichtung temporär, insbesondere für einen bestimmten Zeitraum von beispielsweise acht Stunden erhöht und anschließend wieder verringert.

In der Abgasbehandlungsvorrichtung erfolgt gemäß einer weiteren Ausführungsform in der Abgasbehandlungsvorrichtung eine Oxidation von Kohlenmonoxid und/ oder organischen Kohlenwasserstoffen und eine Entstaubung des Abgases. Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt in der Abgasbehandlungsvorrichtung eine Reduktion von Stickoxiden.

Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegende Figur näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anlage zur Herstellung von Zement oder Aufbereitung von Erzen mit einem Materialvorwärmer und einer Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Die Anlage 10 umfasst eine Aufbereitungsvorrichtung 34 zur thermischen und/ oder mechanischen Aufbereitung von Materialien und einen in Strömungsrichtung des Abgases der Aufbereitungsvorrichtung 34 sich an diese anschließenden Materialvorwärmer 30. Bezogen auf die Durchlaufrichtung des Materials, wie beispielsweise Zementrohmehl beziehungsweise Zementklinker, ist der Aufbereitungsvorrichtung 34 der Materialvorwärmer 30 nachgeschaltet. Der Materialvorwärmer 30 umfasst eine Mehrzahl von Wärmetauscherstufen 12, 14, 16 in Form von Zyklonvorwärmern. Beispielhaft sind in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 drei Wärmetauscherstufen angeordnet, wobei die erste Wärmetauscherstufe 12 mit dem Abgas der Aufbereitungsvorrichtung 34 verbunden ist und das Abgas der ersten Wärmetauscherstufe 12 in die zweite Wärmetauscherstufe 14 eintritt. Das aus der ersten Wärmetauscherstufe 12 austretende vorgewärmte Rohmaterial 38 wird in die Aufbereitungsvorrichtung 34 eingeleitet und nach der Aufbereitung in einem sich an die Aufbereitungsvorrichtung 34 anschließenden Kühler 36 gekühlt.

Das vorzuwärmende Rohmaterial 44 wird in die dritte Wärmetauscherstufe 16 eingeleitet, die in Strömungsrichtung des Abgases der Aufbereitungsvorrichtung 34 hinter der zweiten Wärmetauscherstufe 14 angeordnet ist. Beispielsweise ist zwischen zwei Wärmetauscherstufen des Materialvorwärmers 30 ein nicht dargestellter Kalzinator zur Entsäuerung des vorgewärmten Rohmaterials vor dem Eintritt in die Aufbereitungsvorrichtung 34 angeordnet. Der Materialvorwärmer 30 umfasst beispielsweise eine höhere Anzahl von Wärmetauscherstufen, insbesondere weisen moderne Anlagen etwa fünf oder sechs Wärmetauscherstufen auf.

Das Rohmaterial 44 durchläuft den Materialvorwärmer 30 im Gegenstrom zu dem Abgas der Aufbereitungsvorrichtung 34 und wird somit durch das Abgas erwärmt. In dem Materialvorwärmer 30 wird das Zementrohmehl in mehreren Stufen von dem aus dem Drehrohrofen stammenden Abgas 28 durchströmt und mitgerissen und anschließend in einem Zyklon der jeweiligen Wärmetauscherstufe wieder aus dem Abgasstrom separiert. Der Zyklonvorwärmer weist wie üblich einen vertikalen Aufbau auf, so dass das Rohmaterial, soweit es von dem Abgasstrom mitgerissen wird, primär entgegen der Schwerkraftrichtung bewegt wird und nach der Separierung in den Zyklonen schwerkraftbedingt zur nächsten Wärmetauscherstufe fällt. Andere übliche Arten der Vorwärmung, wie beispielsweise gestufte Verweilzeitreaktoren, sind ebenfalls möglich.

Die in der Fig. 1 dargestellte Anlage dient beispielsweise der Herstellung von Zementklinker, der in einer Aufbereitungsvorrichtung 34 in Form eines Drehrohrofens aus Zementrohmehl, gebrannt wird. Dazu wird das fein vermahlene Zementrohmehl, das organische Bestandteile umfasst, in heiße Brenngase die aus dem Drehrohrofen und aus einem optional vorhandenen Kalzinator stammen, dispergiert, wobei die organischen Bestandteile aus dem Zementrohmehl ausgetrieben und unvollständig verbrannt werden.

Zwischen der zweiten Wärmetauscherstufe 14 und der dritten Wärmetauscherstufe 16 ist eine Abgasbehandlungsvorrichtung 32 angeordnet, sodass das Abgas der zweiten Wärmetauscherstufe 14 in die Abgasbehandlungsvorrichtung 32 geleitet wird. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 32 umfasst einen Katalysator, insbesondere einen Oxidationskatalysator 20, und eine Entstaubungseinrichtung 18, die dem Katalysator vorgeschaltet ist. Bei der Entstaubungsvorrichtung 18 handelt es sich beispielsweise um einen Hochtemperaturstaubfilter oder einen Elektrostaubfilter. Ein Hochtemperaturstaubfilter umfasst beispielsweise zumindest eine Hochtemperaturfilterkerze mit einer Beschichtung aus einem katalytisch aktiven Material. Der in der Entstaubungsvorrichtung 18 aus dem Abgas gefilterte Staub 26 wird in die erste Wärmetauscherstufe 12 eingeleitet.

Der Oxidationskatalysator 20 dient einer oxidativen Minderung von Schadstoffen in dem Abgas der Aufbereitungsvorrichtung 34. Insbesondere wird durch den Oxidationskatalysator 20 eine Minderung von in dem Abgas enthaltenem Kohlenmonoxid (CO) und organischen Kohlenwasserstoffen (THC) erreicht.

Das in der Abgasbehandlungsvorrichtung 32 entstaubte und schadstoffgeminderte Abgas wird anschließend in die dritte Wärmetauscherstufe 16 geleitet und verlässt im Anschluss an diese als Abgas 22 den Materialvorwärmer 30.

Stromabwärts der Abgasbehandlungsvorrichtung 32 ist eine Messeinrichtung 46 angeordnet, die einen Schadstoffgehalt des Abgases, insbesondere Kohlenmonoxid und/ oder organische Kohlenwasserstoffe, ermittelt.

Des Weiteren sind die mit den unterbrochenen Pfeilen dargestellten Leitungen vorgesehen, die der Zuführung des Abgases der zweiten Wärmetauscherstufe 14 zu der dritten Wärmetauscherstufe 16 und der Zuführung des Abgases 22 des Materialvorwärmers 30 zu der Abgasbehandlungsvorrichtung 32 dienen. Des Weiteren umfasst die Anlage 10 eine Steuerungs/ Regelungseinrichtung 48, die mit der Messeinrichtungen 46 in Verbindung steht. Die Steuerungs-/ Regelungseinrichtung 48 ist mit einer ersten Strömungseinrichtung 40 und einer zweiten Strömungseinrichtung 42 verbunden. Die Strömungseinrichtungen 40, 42 sind beispielsweise in der Leitung zu der Abgasbehandlungsvorrichtung 32 angeordnete Klappen zum Steuern/ Regeln der Strömungsmenge an Abgas zu der Abgasbehandlungsvorrichtung 32. Die erste Strömungseinrichtung 40 ist in dem Abgas des Materialvorwärmers 32 angeordnet, wobei mittels der ersten Strömungseinrichtung 40 die Menge an Abgas 22 des Materialvorwärmers 30 zu der Abgasbehandlungsvorrichtung 32 einstellbar ist. Die zweite Strömungseinrichtung 42 ist in dem Abgas der zweiten Wärmetauscherstufe 14 angeordnet, wobei mittels der zweiten Strömungseinrichtung 42, die Menge an Abgas von der zweiten Wärmetauscherstufe 14 zu der Abgasbehandlungsvorrichtung 32 einstellbar ist.

Ein Solltemperaturbereich des Abgases beim Eintritt in den Oxidationskatalysator, der auch in Form eines einzelnen Temperaturwerts definiert sein kann, liegt vorteilhafterweise zwischen 150°C - 650°C, insbesondere zwischen 180°C und 550°C, höchstvorzugsweise zwischen 220°C und 450°C. Dabei muss der Solltemperaturbereich nicht mit den quantitativ definierten Temperaturbereichen übereinstimmen, sondern kann vielmehr auch einen Teilbereich davon darstellen. Eine Temperatur außerhalb des angegebenen Solltemperaturbereichs resultiert in einer geringen oder gar keiner Schadstoffreduktion mittels des Oxidationskatalysators 20.

Die Steuerungs-/ Regelungseinrichtung 48 ist derart ausgebildet, dass sie den Abgasstrom zu der Abgasbehandlungsvorrichtung 32 in Abhängigkeit der mittels des Messeinrichtung 46 ermittelten Schadstoffgehalts steuert/ regelt. Beispielsweise wird bei einem mittels der Messeinrichtung 46 ermittelten Schadstoffgehalt, der einen bestimmten Grenzwert übersteigt, die Strömungseinrichtung 42 derart eingestellt, dass die Menge an Abgas der zweiten Wärmetauscherstufe 14 zu der Abgasbehandlungsvorrichtung 32 erhöht wird. Beispielsweise wird bei einer Erhöhung der Menge an Abgas von der zweiten Wärmetauscherstufe 14 zu der Abgasbehandlungsvorrichtung 32 die Menge an Abgas 22 des Materialvorwärmers 30 zu der Abgasbehandlungsvorrichtung verringert. Unterschreitet der Schadstoffgehalt einen bestimmten Grenzwert, wird die Menge an Abgas 22 des Materialvorwärmers 30 zu der Abgasbehandlungsvorrichtung 32 erhöht, wobei beispielsweise gleichzeitig zu Menge an Abgas der zweiten Wärmetauscherstufe 14 zu der Abgasbehandlungsvorrichtung 32 verringert wird.

In der Abgasbehandlungsvorrichtung 32 ist beispielsweise ein in Fig. 1 nicht dargestellter Reduktionskatalysator zur Reduktion von Stickoxiden angeordnet.

Im Betrieb der Anlage 10 ist ein möglicher Grenzwert des Schadstoffgehalts stromabwärts der Abgasbehandlungsvorrichtung 32 beispielsweise für Kohlenmonoxid 50 mg/m 3 i.N.tr.10% 02 und für Kohlenwasserstoffe 10 mg/m 3 i.N.tr.10% 02. Bei einer Überschreitung des Grenzwertes wird das Abgas der Aufbereitungsvorrichtung 34 in Strömungsrichtung des Abgases vor zumindest einer Wärmetauscherstufe 12, 14, 16, insbesondere vor der letzten Wärmetauscherstufe und dem Austritt aus dem Materialvorwärmer 30, der Abgasbehandlungsvorrichtung 32 zugeführt. Eine Überschreitung des Grenzwertes lässt darauf schließen, dass der Oxidationskatalysator nicht in dem optimalen Temperaturbereich betrieben wird, insbesondere bei einer zu geringen die Temperatur. Die Zuführung von Abgas der zweiten Wärmetauscherstufe 14 zu der Abgasbehandlungsvorrichtung 32 ermöglicht einen Verzicht auf eine zusätzliche Erwärmung des Abgases 22 im Anschluss an den Materialvorwärmer 30. Unterschreitet der Schadstoffgehalt einen bestimmte Grenzwert ist es möglich, das Abgas 22 des Materialvorwärmers 30 der Abgasbehandlungsvorrichtung 32 zuzuführen, insbesondere die Menge an Abgas 22 des Materialvorwärmers 30 zu der Abgasbehandlungsvorrichtung 32 zu erhöhen.

Die Steuerung / Regelung der Menge an Abgas 22 des Materialvorwärmers 30 und des Abgases der zweiten Wärmetauscherstufe 14 zu der Abgasbehandlungsvorrichtung 32 erfolgt insbesondere stufenweise. Übersteigt der mittels der Messeinrichtung 46 ermittelte Schadstoffgehalt einen bestimmten Grenzwert, werden die Strömungseinrichtungen 40, 42 beispielsweise derart eingestellt, dass das gesamte Abgas der zweiten Wärmetauscherstufe 14 der Abgasbehandlungsvorrichtung 32 zugeleitet wird, wobei kein Abgas 22 des Materialvorwärmers 30 der Abgasbehandlungsvorrichtung 32 zugeleitet wird. Unterschreitet der Schadstoffgehalt einen bestimmten beispielsweise zweiten Grenzwert, wird die Menge an Abgas der zweiten Wärmetauscherstufe 14 verringert, sodass etwa 10% des Abgases der zweiten Wärmetauscherstufe 14 und bis zu 100% des Abgases des Materialvorwärmers 30 der Abgasbehandlungsvorrichtung 32 zugeführt werden.

Es ist ebenfalls denkbar, der Abgasbehandlungsvorrichtung 32 unabhängig von dem ermittelten Schadstoffgehalt periodisch, in bestimmten Zeitabständen, etwa 5% - 50%, vorzugsweise 10% - 40%, insbesondere 10-30% des Abgases der zweiten Wärmetauscherstufe 14 zuzuführen. Eine periodische Zufuhr des gesamten Abgases der zweiten Wärmetauscherstufe 14 zu der Abgasbehandlungsvorrichtung 32 über ein bestimmtes Zeitintervall ist ebenfalls denkbar. Bezugszeichenliste

10 Anlage

12 erste Wärmetauscherstufe

14 zweite Wärmetauscherstufe

16 dritte Wärmetauscherstufe

18 Entstaubungseinrichtung

20 Katalysator

22 Abgas des Materialvorwärmers

24 Abgas des Abgasbehandlungsvorrichtung

26 Abgeschiedener Staub der Entstaubungsvorrichtung

28 Abgas der Aufbereitungsvorrichtung

30 Materialvorwärmer

32 Abgasbehandlungsvorrichtung

34 Aufbereitungsvorrichtung

36 Kühler

38 vorgewärmtes Rohmaterial

40 Zuführung des Abgases des Materialvorwärmers

42 Zuführung des Abgases der zweiten Wärmetauscherstufe

44 Rohmaterial

46 Messeinrichtung

48 Steuerungs-/ Regelungseinrichtung