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Title:
SYSTEM AND BURNER LANCE FOR ADDITIONALLY PRODUCING WHITE CEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/197195
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a system for producing a cement clinker for the additional production of white cement, having a rotary kiln (15) for sintering lime-containing and silicate-containing raw meal (35) and optionally additional oxide in order to form the cement clinker (45), wherein a burner lance (25) is provided on the rotary kiln head (40) of the rotary kiln (15) in order to generate the necessary sintering temperature in the rotary kiln (15), and the burner lance (25) reaches into the rotary kiln (15). The system also has at least one line (110) for conducting cooling water (110) into the rotary kiln (15) in order to quench the sintered cement clinker (45) still in the rotary kiln (15). According to the invention, the burner lance (25) has at least one line (110) for conducting cooling water, and the line (110) for conducting cooling water opens in the region between the burner opening and the end of the rotary kiln head (40) and sprays cooling water onto the sintered cement clinker (45). By integrating the burner lance with the cooling water line, the burner lance is cooled and simultaneously the reductive conditions in the rotary kiln can be controlled more easily upon quenching.

Inventors:
SAKSENA, Ravi (Ingendorfer Weg 53, Köln, 50829, DE)
SYBON, André (Oberstraße 135, Köln, 51149, DE)
KNOCH, Alexander (Schiffrather Str. 34, Lohmar, 53797, DE)
Application Number:
EP2019/058168
Publication Date:
October 17, 2019
Filing Date:
April 01, 2019
Export Citation:
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Assignee:
KHD HUMBOLDT WEDAG GMBH (Colonia-Allee 3, Köln, 51067, DE)
International Classes:
F27B7/34; F27B7/38; F27D99/00
Foreign References:
US20050284347A12005-12-29
US6228143B12001-05-08
EP2626628A12013-08-14
EP1932929A12008-06-18
DE2544343B21981-08-06
DE3521587C11989-02-02
US4461465A1984-07-24
US3506250A1970-04-14
DE2041834A11972-01-20
DE1178769B1964-09-24
Other References:
BLANCO-VARELA ET AL., ADV. IN CEMENT RESEARCH, vol. 9, no. 35, July 1997 (1997-07-01), pages 105 - 113
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Claims:
Anlage und Brennerlanze für die weitere Herstellung von Weißzement

P A T E N T A N S P R U C H E

1. Anlage zur Herstellung von Zementklinker für die weitere Herstellung von Weißzement, aufweisend

einen Drehrohrofen (15) zum Sintern von kalkhaltigem und silikathaltigem Rohmehl (35) und gegebenenfalls weiteren Oxiden zu Zementklinker (45), wobei

eine Brennerlanze (25) am Drehrohrofenkopf (40) des Drehrohrofens (15) vorhanden ist zur Erzeugung der notwendigen Sintertemperatur im Drehroh- rofen (15), und wobei die Brennerlanze (25) in den Drehrohrofen (15) hin- einreicht,

und

mindestens eine Leitung (110) zum Führen von Kühlwasser (110) in den Drehrohrofen (15) zum Abschrecken des gesinterten Zementklinkers (45) noch im Drehrohrofen (15),

dadurch gekennzeichnet, dass

die Brennerlanze (25) die mindestens eine Leitung (110) zum Führen von Kühlwasser aufweist, wobei die Leitung (110) zum Führen von Kühlwasser im Bereich zwischen der Brennermündung und dem Ende des Drehrohro- fenkopfes (40) mündet und Kühlwasser auf den gesinterten Zementklinker (45) aufsprüht.

2. Anlage nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

mehr als eine Mündung der Leitung (110) zum Führen von Kühlwasser vor- handen ist, wobei die Mündungen zwischen der Brennermündung und dem Ende des Drehrohrofenkopfes (40) verteilt sind.

3. Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

mindestens eine Leitung (110) zum Führen von Kühlwasser innerhalb der Brennerlanze (25) geführt ist, wobei die Leitung (110) zum Führen von Kühlwasser thermisch leitend mit der Brennerlanze (25) verbunden ist.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

dass die Brennerlanze (25) verfahrbar außerhalb des Drehrohrofengehäu- ses (10) gelagert ist wodurch die Tiefe, mit der die Brennerlanze (25) in den Drehrohrofen (15) hineinreicht, variierbar ist.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Drehrohrofen (15) in einen Klinkerkühler (20) mündet, wobei unterhalb einer Abwurföffnung des Drehrohrofens (15) eine Klappe (50 vorhanden ist, die einen Brecher (55) freigibt oder abdeckt, wobei die Klappe (50) im geöffneten Zustand den aus dem Drehrohrofen (15) abgeworfenen Ze- mentklinker (45) auf den Brecher (55) leitet, und

im geschlossenen Zustand den aus dem Drehrohrofen (15) abgeworfenen Zementklinker (45) in den Klinkerkühler (20) leitet.

6. Anlage nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein Heißgaserzeuger Kühlluft vom Kühlerende zu Heißluft (120) erhitzt und in das Drehrohrofenkopfgehäuse (10) leitet, wo die Heißluft (120) als Se- kundärluft (80) in den Drehrohrofen (15) strömt und als Tertiärluft (85) in durch eine Tertiärluftleitung (90) weitere Anlageteile gelangt.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Regelvorrichtung die Menge des pro Zeiteinheit auf den gesinterten Zementklinker aufsprühen Wassers nach der Temperatur des aus dem Drehrohrofen abgeworfenen Zementklinkers regelt, wobei die Regeltempe- ratur 200°C bis 300°C, bevorzugt etwa 250°C beträgt.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

Kühlerabluft (111 ) aus einem Klinkerkühler (20), der dem Drehrohrofen (15) materialflussseitig nachgeschaltet ist, über einen Heißgaserzeuger (112) auf ca. 300°C bis 350°C erhitzt, der Primärluft (105) der Brennerlanze (25) zu- strömt.

9. Brennerlanze (25) zum Einsatz in einer Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, aufweisend

mindestens eine Leitung (110) zum Führen von Kühlwasser, die im Bereich zwischen der Brennermündung und der vorbestimmten Eintauchtiefe in ei- nen Drehrohrofen (15) Mündungen für das Kühlwasser aufweist, durch wel- che das Kühlwasser in etwa seitlicher Richtung aus der Brennerlanze (25) austritt.

Description:
Anlage und Brennerlanze für die weitere Herstellung von Weißzement

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Zementklinker für die weite- re Herstellung von Weißzement, aufweisend einen Drehrohrofen zum Sintern von kalkhaltigem und silikathaltigem Rohmehl und gegebenenfalls weiteren Oxiden zu Zementklinker, wobei eine Brennerlanze am Drehrohrofenkopf des Drehrohro- fens vorhanden ist zur Erzeugung der notwendigen Sintertemperatur im Drehroh- rofen, und wobei die Brennerlanze in den Drehrohrofen hineinreicht, und mindes- tens eine Leitung zum Führen von Kühlwasser in den Drehrohrofen zum Ab- schrecken des gesinterten Zementklinkers noch im Drehrohrofen.

Neben dem bekannten Portlandzement ist ein ähnlicher Zement bekannt, der als sogenannter "Weißzement" seit 1880 hergestellt und verwendet wird. Seit 1931 wird Weißzement von Dyckerhoff in industriellem Maßstab produziert und unter dem Markennamen "Dyckerhoff-Weiß" vertrieben. Weißzement, der inzwischen auch von anderen Herstellern angeboten wird, zeichnet sich durch seine beson- ders helle Farbe aus, wodurch der Weißzement ästhetisch besonders anspre- chend ist. Neuere Erkenntnisse zeigen, dass Weißzement auch einen geringeren Wasseranspruch und eine größere Neigung zur Eigenverdichtung aufweist als herkömmlicher, grauer Portlandzement. Schließlich sei auch die Wärme beim Abbinden geringer als bei üblichen Portlandzementen, so dass sich mit Weißze- ment besonders großvolumige Gusskörper erstellen lassen. Das Potenzial des Weißzements zum Einsatz als Hochleistungszement ist trotz seiner langen Be- kanntheit noch nicht vollständig erforscht und es ist denkbar, dass Weißzement eine Vielzahl von heute noch nicht bekannten Vorzügen aufweist, die diesen Ze- ment für spezielle Anwendungen auszeichnen. Die Herstellung von Weißzement erfordert nicht nur die Auswahl von ausgewähl- ten Rohmaterialien, die frei sind von Zement farblich veränderndem Eisen, Man- gan, Chrom oder Titan, sondern erfordert auch noch die Einhaltung von besonde- ren Herstellungsbedingungen des für die Herstellung von Weißzement erforderli- chen Zementklinkers. Blanco-Varela et al. haben in Adv. in Cement Research, 1997, 9, No. 35, July, 105-113 festgestellt, dass neben Flußspat (CaF) und Gips (CaS0 4 ) das in Rohmaterialien für die Herstellung von grauem Portlandzement ebenfalls vorhandene Eisenoxid (Fe2Ü3) wie ein Flussmittel wirkt und die

Schmelztemperatur der bekannten C-A-S-Phasen im Zementklinker von 1.450°C - 1 470°C auf ca. 1.338°C herabsetzt. Dieser Temperaturunterschied erfordert also bei Abwesenheit oder bei Armut an Eisenoxid im Rohmaterial eine erheblich höhere Temperatur zum Sintern, wodurch sich die Temperatur in einem Drehroh- rofen, der zum Sintern des Zementklinkers verwendet wird, erhöht und wodurch sich der notwendige Energieeinsatz ebenfalls erhöht. Neben dem gegenüber der Herstellung von grauem Portlandzement erhöhten Energieeinsatz und den not- wendigen höheren Temperaturen ist auch noch ein wesentlich intensiveres und rascheres Abschrecken des gesinterten Zementklinkers notwendig, damit sich die erwünschten und farblosen Klinkerphasen bilden. Ohne die rasche Abkühlung bilden sich neben den erwünschten Klinkerphasen andere Feststoffphasen in einem sehr komplexen Phasengemisch, die zu Verfärbungen des Klinkers führen. Diese andere Verfahrensführung führt zu einem gegenüber der Verfahrensfüh- rung zur Herstellung von grauem Portlandzement sehr erheblich gesteigertem Energieeinsatz, weil die sehr intensive und sehr rasche Abschreckung des Ze- mentklinkers dazu führt, dass Wärme aus dem Drehrohrofen nicht in der Weise rekuperiert werden kann, wie es bei der Herstellung von grauem Portlandzement üblich ist. Neben der erforderlichen erhöhten Temperatur und der erforderlichen sehr raschen Abschreckung ist es auch noch notwendig, dass die Atmosphäre beim Sintern hochgradig reduktiv ist. Gerade beim Abschrecken durch Verwen- dung von flüssigem Wasser ist die Aufrechterhaltung der reduktiven Atmosphäre nicht einfach möglich. In der deutschen Auslegeschrift DE 25 44 343 B2 wird ein Verfahren zur Herstel- lung von weißem Zement offenbart. In dieser Druckschrift wird gelehrt, den Ze- mentklinker vom Drehrohrofen auf ein Schaufelrad abzuwerfen. Das Schaufelrad transportiert den heißen Zementklinker an zwei Sprühdüsen vorbei. Aus einer ersten Sprühdüse wird Heizöl auf den noch heißen Zementklinker gesprüht, wo- bei sich das Heizöl erhitzt und entzündet. Dabei wird die reduktive Atmosphäre aufrechterhalten und unmittelbar nach Besprühen mit Heizöl wird der Zementklin- ker mit Wasser besprüht. Das Wasser kühlt den durch das Heizöl in Flammen stehenden Zementklinker. Diese Verfahrensführung ist nicht unproblematisch, weil sich Ruß bei der Verbrennung des Heizöls bilden kann, der sich beim Kühlen mit Wasser auf dem Klinker absetzt und beim späteren Feinmahlen des Zement- klinkers diesen unerwünscht verfärbt. Des Weiteren ist der Einsatz von flüssigem Wasser, das unmittelbar auf den Klinker gesprüht wird, problematisch. Durch Nutzung von flüssigem Wasser zum Abschrecken wird die hydraulische Reaktion, also das Abbinden des Zementklinkers, auf der Oberfläche der nicht zerkleinerten Zementklinkergranalien in Gang gesetzt. Die hohen Qualitätsansprüche an wei- ßen Zement erfordern bei dieser Verfahrensführung eine extrem gute Verfah- renskontrolle, die nicht einfach aufrecht zu erhalten ist.

In der Deutschen Patentschrift DE 35 21 587 C2 wird ein ähnliches Verfahren offenbart, wobei das Schaufelrad unterhalb des Drehrohrofenabwurfs deutlich kleiner gehalten ist. Die reduzierende Atmosphäre wird im Drehrohrofen kontrol- liert und die Abschreckung mit Wasser wird durch Einsatz eines Klassierers und eines Brechers nur an feinkörnigem Zementklinker durchgeführt. Dadurch kann der Wassereinsatz stark verringert werden. Durch die vergrößerte Oberfläche beim Zerkleinern wird jedoch der Anteil der hydraulischen Reaktion, die das Ab- binden des Zementklinkers auf der Oberfläche der Zementklinkergranalien in Gang setzt, in unerwünschtem Maße erhöht.

Nach dem Offenbarungsgehalt der US-Patentschrift US 4,461 ,465 wird der frisch gesinterte Zementklinker sogar in ein Wasserbad abgeworfen. Der abgeschreck- te Zementklinker ist also nass. Neben der unerwünscht einsetzenden hydrauli- sehen Reaktion erfordert diese Intensivkühlung auch noch das Trocknen des ab- geschreckten Zementklinkers bevor dieser feingemahlen wird.

Zur Herstellung von weißem Zement wird in dem US-Patent 3,506,250 vorge- schlagen, ein Reduktionsmittel unmittelbar vor Abwurf des Zementklinkers in ei- nen Satellitenkühler auf den noch heißen Zementklinker aufzusprühen. Der Ze- mentklinker soll sodann mit Luft im Satellitenkühler abgekühlt werden. Die Tech- nik der Satellitenkühler ist überholt und mechanisch sehr aufwändig.

In der Deutschen Offenlegungsschrift DE 2 041 834 wird eine Vorrichtung zur Herstellung von weißem Zement offenbart, in welchem Zementklinker in einem durch ein durchlässiges Schott in zwei Sektionen unterteilten Drehrohrofen in einer oberen Kammer zunächst unter stark reduktiven Bedingungen gesintert und anschließend nach Austritt aus der unteren Kammer abgeschreckt wird. Dazu ist vorgesehen, dass aus Düsen Kühlwasser austritt, die in dem Dreh roh rofenkopf- gehäuse angeordnet sind, um den angeworfenen Zementklinker kühlen, indem das Kühlwasser unmittelbar auf den Klinker gesprüht wird. Die Zweiteilung des Drehrohrofens ist problematisch, weil sich die Durchtrittsöffnungen im Betrieb durch zusammengebackene Zementklinkeranhäufungen leicht zusetzen können. In einem solchen Fall kann der Drehrohrofen havarieren.

In der Deutschen Patentschrift DE 1 178 769 wird ein Verfahren zum Brennen von weißem Zement gelehrt. Nach dieser Patentschrift ist es die Idee, in einem am Ende des Drehrohrofens vorliegenden Bereich über ein kombiniertes Rohr zum Eindüsen von Reduktionsmittel und Wasser das Reduktionsmittel und das Wasser in unmittelbarer Nähe zueinander auf die im Drehrohrofen rollende Ze- mentklinkerschüttung aufzusprühen. Dabei sei es wichtig, dass sich die Sprühke- gel des Reduktionsmittels und des Wassers nicht überschneiden. In dieser An- ordnung liegen die Zuleitungsrohre frei im Drehrohrofen und sind dort der che- misch/physikalisch aggressiven Umgebung des Drehrohrofens unmittelbar aus- gesetzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage zur Herstellung von Zementklinker für die weitere Herstellung von Weißzement zur Verfügung zu stellen, die robust und betriebssicher ist. Dabei soll der Zementklinker für die Herstellung von Weißze- ment mit hoher Güte hergestellt werden können.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Brennerlanze die mindestens eine Leitung zum Führen von Kühlwasser aufweist, wobei die Leitung zum Führen von Kühlwasser im Bereich zwischen der Bren- nermündung und dem Ende des Drehrohrofenkopfes mündet und Kühlwasser auf den gesinterten Zementklinker aufsprüht. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen zu Anspruch 1 angegeben. Eine korrespondierende Brennerlanze für eine solche Anlage ist in Anspruch 8 angegeben.

Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass mindestens eine Kühlwasserleitung Teil der Brennerlanze selbst ist. Brennerlanze und Kühlwasserleitung sind inte- griert. Die Brennerlanze stellt also die Flamme zum Heizen des Drehrohrofens zur Verfügung und gleichzeitig stellt sie ein Kühlmedium zur Verfügung. Die Ver- bindung der Brennerlanze mit dem Kühlwasser birgt gleich mehrere Vorteile.

Die Herstellung von weißem Zement erfordert einen deutlich höheren Energie- einsatz als bei der Herstellung von grauem Zement, weil die notwendige Tempe- ratur zum Sintern des Zementklinkers aufgrund des fehlenden Eisenoxids, das bei der Herstellung des grauen Zements durch seine Wirkung als Flussmittel den Sinterprozess unterstützt, nicht vorhanden ist. Der höhere Energieeinsatz bedeu- tet auch eine höhere thermische Last auf den Brenner selbst, der in der Regel durch eine Ummantelung mit einem feuerfestem Material, in der Fachsprache englisch mit "Refractory" bezeichnet, vor der Hitze im Drehrohrofen geschützt ist. Die Kühlung der Brennerlanze erfolgt durch die Primärluft und den Brennstoff, die beide die Brennerlanze selbst durchströmen. Ist nun, wie nach der Erfindung vor- gesehen, eine Kühlwasserleitung als Teil der Brennerlanze selbst vorgesehen, so bewirkt diese mindestens eine Leitung zum Führen von Kühlwasser eine Kühlung der Brennerlanze, so dass die Brennerlanze im Betrieb eine höhere Lebensdauer aufweist.

Das Abschrecken des Zementklinkers noch im Drehrohrofen durch Wasser hat den bekannten Vorteil, dass die reduktive Umgebung im Drehrohrofen selbst besser kontrolliert werden kann als es bei einer Kühlung des Zementklinkers durch atmosphärische Luft außerhalb des Drehrohrofens der Fall ist. Bei Anlagen zur Herstellung von weißem Zement, in denen der Klinker nach Abwurf mit atmo- sphärischer Luft in unmittelbare Berührung kommt, ist es notwendig, ein Redukti- onsmittel, in der Regel Öl, Heizöl oder ein anderes brennbares Medium, auch Gas, als schützendes Reduktionsmittel einzusetzen. Es entsteht also der wider- sinnige Effekt, dass das Reduktionsmittel in der Regel durch Erzeugen von noch mehr Wärme eingesetzt wird in unmittelbarer Nähe zum Kühlmittel. Die Integrati on der Kühlleitung mit der Brennerlanze führt dazu, dass die Brennerlanze über ihre Länge, mit der sie in den Drehrohrofen hineinreicht, in einer durch Wasser- dampf dominierten Atmosphäre steckt. Vor der Brennerlanze herrscht jedoch durch die Kontrolle der Brennerflamme eine reduktive Umgebung. Die Kontrolle der Redox-Bedingungen über den Bereich der Brennerlanze setzt die Brenner- lanze selbst weniger chemischer Aggressivität aus. Schließlich bildet die Was- serdampf-Barriere am Ende des Drehrohrofens eine Trennung zwischen der oxi- dativ wirkenden atmosphärischen Luft und der reduktiven Umgebung innerhalb des so eingestellten Drehrohrofens.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Brenner- lanze mehr als eine Mündung der Leitung zum Führen von Kühlwasser vorhan- den ist, wobei die Mündungen zwischen der Brennermündung und dem Ende des Dreh roh rofenkopfes verteilt sind. Durch diese Anordnung ist es möglich, die Brennerlanze in einer regelrechten Hülle von Kühlwassermündungsöffnungen einzupacken, so dass die Brennerlanze vollständig durch Ausblasen von Wasser in den Endteil des Drehrohrofens in einer stationären Wasserdampfhülle einge- bunden ist.

Es ist möglich, die Leitungen zum Führen von Kühlwasser innerhalb der feuerfes- ten Ummantelung unterzubringen. Dazu wird eine Wasserleitung an der Brenner- lanze ohne feuerfeste Ummantelung angelegt. Danach wird die feuerfeste Um- mantelung, die in der Regel aus einem vergussfähigem Feuerfestmaterial (Refractory) besteht, um die Brennerlanze mit einer entsprechenden Schalung gegossen. Diese sehr einfache und günstige Herstellungsweise eignet sich be- reits zum Einsatz der erfindungsgemäßen Brennerlanze. Als vorteilhafter hat es sich erwiesen, wenn die mindestens eine Leitung zum Führen von Kühlwasser entweder Teil der strömungsführenden Teile der Brennerlanze selbst ist oder mit dieser thermisch leitend verbunden ist. Das Feuerfestmaterial hat als wesentliche Funktion eine sehr schlechte Wärmeleitung. Die Kühlwirkung des Kühlwassers würde also bei Verguss im vergussfähigem Feuerfestmaterial (Refractory) wenig Kühlwirkung auf die Brennerlanze haben. Durch eine thermisch leitende Verbin- dung der Brennerlanze mit der mindestens einen Leitung zum Führen von Kühl wasser würde also die Brennerlanze selbst gekühlt, was dann von besonders großem Vorteil ist, wenn die Brennerlanze verstellbare Luft- und oder Brennstoff- Düsen aufweist. Die Kühlung der Brennerlanze führt zu einer Verlängerung der Lebensdauer des Verstellgestänges.

In einer sehr besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage zur Her- stellung von Zementklinker für die weitere Herstellung von Weißzement kann vorgesehen sein, dass die Brennerlanze verfahrbar außerhalb eines Drehrohro- fenkopfgehäuses gelagert ist, wodurch die Tiefe, mit der die Brennerlanze in den Drehrohrofen hineinreicht, variierbar ist. Durch diese Verstellbarkeit kann die An- lage in verschiedenen Konfigurationen Zementklinker für grauen Portlandzement oder aber Zementklinker für weißen Zement hersteilen. Ist die Brennerlanze tief in den Drehrohrofen eingeführt, so kann die Brennerlanze in dem Teil des Dreh- rohrofens hinter der Brennermündung den Zementklinker kühlen und gleichzeitig eine Barriere für die reduktive Atmosphäre schaffen. Ist die Brennerlanze jedoch ganz aus dem Drehrohrofen herausgefahren, so kann die Kühlung der Brenner- lanze abgeschaltet werden. Der Zementklinker wird in dieser Konfiguration nicht schon im Drehrohrofen abgeschreckt, sondern in einen den Drehrohrofen materi- alflussseitig folgenden Kühler abgeworfen, wo der Zementklinker mit atmosphäri- scher Luft gekühlt wird. Diese Kühlluft kann sodann zur Rekuperation der Kühler- abwärme als Sekundärluft in den Drehrohrofen geleitet werden oder aber als Ter- tiärluft am Drehrohrofen vorbei in eine dem Drehrohrofen materialflussseitig vor- geschaltete Vorwärm- und Calcinierstufe geleitet werden. Das Zurückziehen der Brennerlanze verlängert damit die verfügbare Drehrohrofenlänge, so dass der Zementklinker zur Herstellung für grauen Zement mit geringerer Temperatur aber etwas längerer Verweilzeit im Drehrohrofen gesintert werden kann.

Für den wahlweisen Betrieb kann es des Weiteren vorgesehen sein, dass der Drehrohrofen in einen Klinkerkühler mündet, wobei unterhalb einer Abwurföff- nung des Drehrohrofens eine Klappe vorhanden ist, die einen Klinkerbrecher freigibt oder abdeckt, wobei die Klappe im geöffneten Zustand den aus dem Drehrohrofen abgeworfenen Zementklinker auf den Klinkerbrecher leitet, und im geschlossenen Zustand den aus dem Drehrohrofen abgeworfenen Zementklinker in den Klinkerkühler leitet.

In einer Konfiguration mit geöffneter Klappe wird der Zementklinker nicht durch den Klinkerkühler geführt. Der Zementklinker zur Herstellung von weißem Ze- mentklinker ist beim Abwurf aus dem Drehrohrofen bereit so stark abgekühlt, die Temperatur beträgt etwa 250°C, dass keine weitere Kühlung vor Zerkleinerung notwendig ist. Zementklinker mit einer Temperatur von 250°C kann problemlos mit einem Brecher vorgebrochen werden. Die Endkühlung kann mit atmosphäri- scher Luft geschehen, wobei der innerbetriebliche Transport über Förderbänder den Zementklinker auf akzeptable Temperaturen zum Einlagern in ein Klinkersilo abkühlt. Ein Transport durch einen Klinkerkühler ist bei der Herstellung von Ze- mentklinker für die weitere Herstellung von Weißzement also nicht unbedingt notwendig.

In der anderen Konfiguration, wenn die Klappe geschlossen ist, wird der noch heiße Zementklinker für die Herstellung von grauem Zement über die geschlos- sene Klappe in den Klinkerkühler geleitet, wo der Klinker mit atmosphärischer Luft gekühlt wird. Die Kühlerabluft kann zur Rekuperation verwendet werden.

In der Konfiguration, in der die Anlage Zementklinker für die Herstellung von wei- ßem Zement herstellt, wird nur sehr wenig Wärme rekuperiert. Für die Erzeugung der für den Drehrohrofen notwendigen Sekundärluft ist es notwendig, dass ein Heißgaserzeuger atmosphärische Luft so weit erhitzt, dass der Drehrohrofen mit der Brennerlanze die notwendige Temperatur zum Unterhalt der Sinterreaktion aufrechterhält. Hierzu kann vorgesehen sein, dass ein Heißgaserzeuger Kühlluft vom Kühlerende oder aus der freie Atmosphäre erhitzt und in das Kühlereinlauf- gehäuse leitet, wo die erhitzte Kühlluft als Sekundärluft in den Drehrohrofen strömt und als Tertiärluft in weitere Anlageteile gelangt. Bei geöffneter Klappe fällt zwar der Zementklinker unmittelbar auf den Brecher. Etwaige Abluft auf dem Drehrohrofen kann aber durch das Kühlergehäuse strömen, wobei durch den Kühler atmosphärische Luft in den Heißgaserzeuger gezogen wird.

In der Konfiguration der Anlage, in der weißer Zement hergestellt wird, ist die Menge des in den Drehrohrofen eingeleiteten Wassers sehr kritisch. Wird zu we- nig Wasser eingeleitet, so bricht die Barriere zwischen atmosphärischer Luft und reduktiver Umgebung in dem Drehrohrofen zusammen. Der Zementklinker wird nicht genug gekühlt, so dass der Zementklinker zur Herstellung von weißem Ze- ment eine nur geringe Qualität hat. Wird hingegen zu viel Wasser auf den Ze- mentklinker gesprüht, so kann der Zementklinker an der Oberfläche eine hydrau- lische Reaktion als Beginn des Abbindens durchlaufen, was die Qualität des Klin- kers herabsetzt. Außerdem wird durch eine zu starke Kühlung die Temperatur im Drehrohrofen unnötig herabgesetzt, was die Energiekosten in die Höhe treibt und die Klinkerausbeute verringert. Es ist deshalb in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass eine Regelvorrichtung die Menge Kühlwasser steu- ert, die pro Zeiteinheit durch die Leitung strömt, die zum Kühlen des Zementklin- kers vorgesehen ist. Die Regelstrecke besteht in diesem Fall aus der Messung der Klinkertemperatur, die vom Drehrohrofen abgeworfen wird über die Wasser- menge, die pro Zeiteinheit in den Drehrohrofen strömt. Als Regeltemperatur eig- net sich Temperaturen im Bereich zwischen 200°C und 300°C mit einer Zieltem- peratur von etwa 250°C. Die Menge Wasser, die notwendig ist, um den Klinker zu kühlen, lässt sich aus der spezifischen Verdampfungsenthalpie von Wasser be- rechnen. Eine Menge on 1 kg Zementklinker mit einer Wärmekapazität von etwa 1 kJ / kg / K (tatsächlich geringfügig weniger) erfordert zur Abkühlung von ca.

1 400°C auf ca. 250°C etwa 1 kg * 1.000 K * 1 kJ / kg / K ca. 1 MJ Wärme auf (grobe Überschlagsrechnung). Wasser hat eine spezifische Verdampfungsent- halpie von 2.400 kJ / kg (grober Wert), also 2,4 MJ / kg. Um dem Zementklinker 1 MJ Wärme für 1 kg Zementklinker zu entziehen, bedarf es also 400 ml Wasser, die Verdampft werden müssen. Sofern eine Thermolyse des Kühlwassers auftritt verringert sich der Wasseranspruch zur Kühlung des Zementklinkers sehr erheb- lich, weil die Thermolyse des Wassers stark endotherm ist. Eine Thermolyse ist von daher sogar erwünscht, weil die Thermolyse des Kühlwassers zum Einen dem Zementklinker Wärme entzieht und im Bereich der Flamme der Brennerlan- ze durch Rückreaktion Wärme rekuperiert.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, Luft aus einem dem Drehrohrofen folgenden Klinkerkühler zu entnehmen, insbesondere aus dem hinteren Teil, in dem die Kühlerabluft um die 100°C bis 150°C beträgt. Diese nur noch geringe Wärmemengen tragende Kühlerabluft wird mit einem Heißgaser- zeuger auf ca. 300°C bis 350°C erwärmt und dem Gehäuse der Brennerlanze als zusätzliche Primärluft zugeführt. Diese Anordnung ermöglicht, dass die Brüden, die bei der Wasserkühlung entstehen, aus dem Drehrohrofen abgezogen werden können, ohne dass dadurch dem Drehrohrofen die notwendige Zuluftmenge fehlt, die für den Betrieb des Wärmetauschers und des dem Drehrohrofen folgenden Calcinators als Trägerluft gebraucht wird. Die durch das Kühlen des Klinkers mit Wasser (Wasserquenchen) entstehenden Brüden können am Ofen köpf abgezo- gen werden und belasten so nicht den Ofenprozess, trotzdem kann genug Ver- brennungsluft über den Hauptbrenner zugeführt werden. Durch die vorgewärmte Luft kann am Hauptbrenner mit weniger oder ggf. sogar ganz ohne Stützbrenn- stoffe wie Erdgas oder Erdöl gearbeitet werden. Zwar wird auch im Heißgaser- zeuger zusätzlicher Brennstoff verfeuert, durch die Optimierung der Brennräume und die räumliche Trennung aber mit einer verbesserten Gesamteffizienz. Bei geeigneter Prozessführung könnte im Heißgaserzeuger auch ein aschereicher, aber zündwilliger Brennstoff wie Braunkohlenstaub verbrannt werden, die Asche würde dann über einen Zyklon abgeschieden, bevor die Heißgase dem Prozess zugeführt werden. Während des Betriebs der Anlage zur Herstellung von Weiß- zement (sog. Weißzement-Betrieb) ist das Brennerkühlrohr thermisch weniger belastet, so dass durchaus mit relativ heißer Luft gearbeitet werden kann. Im Be- triebs der Anlage zur Herstellung von Grauzement (Grauzement-Betrieb) kann das Kühlrohr über eine geringe Menge Umgebungsluft, die durch geeignet di- mensionierte Öffnungen in die Leitung eingesaugt wird, effizient gekühlt werden.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Abbildung eines Drehrohrofenkopfgehäuses mit links anschließen- dem Drehrohrofen, Teil eines Kühlers und erfindungsgemäßer Brenner- lanze in einer ersten Konfiguration zur Herstellung von Zementklinker für die weitere Herstellung von Weißzement,

Fig. 2 eine Abbildung eines Drehrohrofenkopfgehäuses mit links anschließen- dem Drehrohrofen, Teil eines Kühlers und erfindungsgemäßer Brenner- lanze in einer zweiten Konfiguration zur Herstellung von Zementklinker zur Herstellung von grauem Zement,

Fig. 3 eine Ausgestaltung des Drehrohrofenkopfgehäuses mit Heißgaserzeu- ger, der dem Brennergehäuse als Primärluft zugeführt wird.

In Figur 1 ist eine Abbildung eines Drehrohrofenkopfgehäuses 10 mit links an- schließendem Drehrohrofen 15, Teil eines Klinkerkühlers 20 und erfindungsge- mäßer Brennerlanze 25 in einer ersten Konfiguration zur Herstellung von Ze- mentklinker für die weitere Herstellung von Weißzement dargestellt. In dieser hier dargestellten, ersten Konfiguration ist die verfahrbar gelagerte Brennerlanze 25 maximal aus dem Drehrohrofen 15 herausgezogen. Dabei ist die Brennerlanze 25 durch das Drehrohrofengehäuse 10 hindurchgeführt und ragt in den Drehroh- rofen 15 hinein. Die aus der Brennerlanze heraustretende Flamme 30 erzeugt im Drehrohrofen 15 eine Temperatur von ca. 1.450°C bei der das im Drehrohrofen rollende, calcinierte Rohmehl 35 auf dem Weg von links nach rechts zum Dreh- rohrofenkopf 40 zu Zementklinker gesintert wird. In dieser Konfiguration fällt das zu Zementklinker 45 gesinterte, calcinierte Rohmehl 35 auf eine Klappe 50, die einen darunter angeordneten Brecher 55 abdeckt. Dieser Brecher 55 ist in dieser hier dargestellten, ersten Konfiguration ohne Funktion. Der durch den Drehrohro- fen 15 abgeworfene, noch heiße Zementklinker rutscht durch die als Einlauf- schurre wirkende Klappe 50 auf ein rechts im Klinkerkühler 20 anschließendes Kühlrost 60, wo der Zementklinker 45 durch von unten durch den Kühlrost 60 hindurchströmende, atmosphärische Luft 65 gekühlt wird. Die erhitzte Kühler- abluft 70 strömt entgegen der durch Pfeil 75 angezeigten Materialflussrichtung in Richtung des Dreh roh rofenkopfes 40, wo die heiße Kühlerabluft 70 einerseits in den Drehrohrofen 15 als Sekundärluft 80 einströmt oder als Tertiärluft 85 in einen hier nicht dargestellten Calcinator durch die Tertiärluftleitung 90 strömt. Eine hier im Drehrohrofenkopfgehäuse 10 vorhandene Zuluftleitung 95 ist in dieser hier dargestellten Konfiguration ohne Funktion. In die Brennerlanze 25 strömt von au- ßen ein: Brennstoff 100 und atmosphärische Primärluft 105 zur Erzeugung der heißen Flamme 30. Weitere Leitungen 110 zum Führen von Kühlwasser sind in dieser Konfiguration ebenfalls ohne Funktion. In dieser hier dargestellten Konfigu- ration arbeitet die Anlage zur Herstellung von Zement wie eine gattungsgemäße Anlage zur Herstellung von Zementklinker, wobei von der Gesamtanlage hier nur die die Erfindung betreffenden Anlagenteile gezeigt sind.

In Figur 2 ist die identische Anlage zur Herstellung von Zementklinker in einer hier dargestellten, zweiten Konfiguration gezeigt. Anders gegenüber der Konfigu- ration in Figur 1 ist hier zunächst die offene Klappe 50, die so gestellt ist, dass aus dem Drehrohrofen 15 herausfallender Zementklinker 45 unmittelbar auf einen Brecher 115, der den hier bereits auf ca. 250°C abgeschreckten und erkalteten Zementklinker 45 zerkleinert. Unterhalb des Brechers 115 ist ein für die Erfindung nicht wesentliches Förderband angeordnet, das den gebrochenen Zementklinker 45 abtransportiert. Gegenüber der Konfiguration in Figur 1 ist in dieser Darstel- lung die Brennerlanze 25 weitest möglich über ihre verfahrbare Lagerung in den Drehrohrofen 15 hineingeführt. Die Leitungen 110 zum Führen von Kühlwasser sind gegenüber der Anlagenkonfiguration in Figur 1 mit Wasser beaufschlagt. Dieses Wasser erfüllt mehrere Funktionen. Eine erste Funktion ist die Kühlung der Brennerlanze, die hier weit in dem Drehrohrofen 15 steckt, und von daher einer hohen thermischen Last ausgesetzt ist. Eine zweite Funktion ist das Ver- sprühen des Kühlwassers auf das noch ca. 1.400°C bis 1.450°C heiße, calcinier- te Rohmehl 35, das sich im Sinterprozess zu Zementklinker 45 befindet. Für die Herstellung von Zementklinker für die weitere Herstellung von Weißzement ist es wichtig, auf Rohmaterialien zurückzugreifen, die besonders arm an Eisen (Fe), Mangan (Mn), Chrom (Cr) und Titan (Ti) sind. Durch die zuvor genannte Armut liegt der Schmelzpunkt des Rohmehls deutlich, nämlich um ca. 100 K, höher. Beim Abschrecken des sinternden Rohmehls kristallisiert das Rohmehl zu den im Bereich der Zementwissenschaft bekannten C, A und S-Phasen. Diese Kristalli- sation erfordert eine sehr rasche Abkühlung, damit in dem sehr komplexen Pha- sendiagramm des erhitzen Rohmehls 35 keine anderen Phasen bei höherer Temperatur entstehen, die anderenfalls, bei langsamerer Abkühlung, durch ther- modynamische Kontrolle nicht zu den erwünschten C-, A- und S-Phasen führen. Die rasche Abkühlung des Rohmehls 35 unterbindet ein Kristallisieren der sich thermodynamisch bei anderen Temperaturen ausbildenden Phasen im erwünsch- ten Zementklinker 45, die einerseits nicht die hydraulischen Eigenschaften des Zementklinkers 45 zeigen und auch den Zementklinker 45 verfärben könnten. Beim Kontakt des Kühlwassers mit dem sehr heißen Rohmehl 35 / Zementklinker 45 verdampft das Wasser sofort. Durch die Präsenz der katalytisch hochwirksa- men Rohmehl- 35 und/oder Zementklinker 45-Granalien kann es auch passieren, dass das Kühlwasser eine Thermolyse unter Spaltung des Wassers zu molekula- rem Wasserstoff und Sauerstoff durchläuft, was neben der reinen Wasserver- dampfung mit einer sehr hohen Wärmekapazität, dem Rohmehl 35 / dem Ze- mentklinker 45 weitere erhebliche Wärme entzieht. Es ist zwar bekannt, dass Wasser erst ab Temperaturen oberhalb von 2.000°C eine merkliche Thermolyse durchläuft. In Gegenwart von katalytisch wirksamen Materialien kann die Thermo- lyse durch die Absenkung der Aktivierungsenergie zur Thermolyse aber auch schon bei 900°C stattfinden. Durch die Thermolyse entsteht Knallgas, also ein Wasserstoff (H 2 ) - Sauerstoff (0 2 )-Gemisch. Dieses Knallgas wird durch die vor- erhitzte Heißluft 120, die in das Drehrohrofenkopfgehäuse 10 durch eine Leitung 125 geleitet wird, stark verdünnt und in den Bereich der Flamme 30 der Brenner- lanze 25 geweht. Im Bereich der Flamme 30 kann das Knallgas wie in einer Knallgasflamme auch wieder zu Wasser reagieren oder mit dem Brennstoff eine komplexe Folge von Redoxreaktionen als Verbrennungsreaktion durchlaufen. Da das Gas im Drehrohrofen 25 durch die Flamme 30 der Brennerlanze 25 sehr heiß ist, wird aber die durch die Verdampfung des Kühlwassers aufgenommene Wär- me dem Prozess durch Rekuperation nicht wieder zugeführt. Der im Bereich des Drehrohrofens 15 zwischen dem Drehrohrofenkopf 40 und der Flamme 30 befind- liche Wasserdampf verdrängt die von außen aus dem Kühler anstehende atmo- sphärische und kalte Luft. Somit bildet der Wasserdampf hier eine Barriere zwi- schen den durch die Verbrennungsführung in der Flamme 30 eingestellten reduk- tiven Flammenabgasen, die sich tiefer im Drehrohrofen befinden, und der atmo- sphärischen Außenluft im Klinkerkühler 20. Die durch die Leitung 125 zugeführte Heißluft 120 ist bereits durch die Vorerhitzung mit einer entsprechenden Flamme sauerstoffarm und strömt durch die Thermik im Drehrohrofen 15 vor allem am oberen Rand des Drehrohrofens 15 in den Drehrohrofen 15 hinein. Ein Teil der erhitzen Heißluft 120 strömt als Tertiärluft 85 in die Tertiärluftleitung 90.

Da der aus dem Drehrohrofenkopf 40 herausfallende Zementklinker 45 durch die Wasserkühlung auf ca. 250°C abgekühlt ist, ist eine Kühlung mit atmosphärischer Luft nicht notwendig und der frische Zementklinker kann sofort durch die offene Klappe 50 auf den Brecher zur Zerkleinerung fallen.

Nach der hier vorgestellten Integration der Wasserzuführung in den Drehrohrofen mit der Brennerlanze ist es möglich, dass der Bereich zwischen Drehrohrofenkopf 40 und Flamme 30 der Brennerlanze 25 recht lang wird, nämlich im Bereich bis zu 15 m, wobei die hohe thermische Last auf die Brennerlanze 25 durch das Kühlwasser in der Leitung 110 verringert wird. Andererseits profitiert die Stabilität der Zuleitung von Wasser durch die Integration in die Brennerlanze 25. Auf diese Weise lässt sich gegenüber dem Stand der Technik, insbesondere gegenüber der Verfahrensführung in der Deutschen Patentschrift DE 1 178 769 eine verlän- gerte Kühlzone aufbauen. Dadurch ist es wiederum möglich, auf die Zufuhr von Reduktionsmittel in den Bereich der Kühlung zu verzichten, weil der Wasser- dampf in dem verlängerten Drehrohrofenabschnitt zwischen Dreh roh rofen köpf 40 und der Flamme 30 der Brennerlanze 25 eine Oxidation durch stöchiometrisch überschüssigen Sauerstoff, wie er in atmosphärischer Luft vorhanden ist, verhin- dert. Der möglicherweise durch Thermolyse entstandene Sauerstoff (0 2 ) wird durch den stöchiometrisch aus dem Kühlwasser vorhandenen Wasserstoff (H 2 ) maskiert.

In Figur 3 ist eine Ausgestaltung der Anlage zur Herstellung von Zementklinker für die weitere Herstellung von Weißzement dargestellt, in welcher zusätzlich zu den in Figur 2 dargestellten Merkmalen eine Leitung für Kühlerabluft 1 1 1 vorge- sehen ist, die aus dem hinteren Teil eines Klinkerkühlers stammt. Diese Luft hat eine Temperatur zwischen ca. 100°C und 150°C und wird durch einen Heißgas- erzeuger 1 12 auf eine Temperatur von ca. 300°C bis 350°C gebracht und als er- hitzte Kühlerabluft 1 13 der Primärluft 105 zugeführt. Dabei kann die Zuführung der erhitzte Kühlerabluft 1 13 der Primärluft unmittelbar zugeführt werden oder aber in das Brennerlanzengehäuse eingeströmt werden, wo es sich am Ende des Gehäuses mit der Flamme vermischt. Die zusätzliche Einspeisung der erhitzte Kühlerabluft 1 13 in die Primärluft des Brennrs hat als technischen Vorteil, dass die Brüden aus dem Drehrohrofen abgezogen werden können, ohne dass die abgezogene Luftmenge die notwendige Trägerluft für einen dem Drehrohrofen folgenden Calcinator verringert.

B E Z U G S Z E I C H E N L I S T E Drehrohrofenkopfgehäuse 80 Sekundärluft

Drehrohrofen 85 Tertiärluft

Klinkerkühler 90 Tertiärluftleitung Brennerlanze 95 Zuluftleitung

Flamme 100 Brennstoff

Rohmehl 105 Primärluft

Drehrohrofenkopf 110 Leitung (Kühlwasser) Zementklinker 111 Kühlerabluft

Klappe 112 Heißgaserzeuger Brecher 113 erhitzte Kühlerabluft Kühlrost 115 Brecher

atmosphärische Luft 120 Heißluft

Kühlerabluft 125 Leitung (Luft) Pfeil, Richtung