Die Erfindung betrifft eine Zementherstellungsanlage mit einem Vorwärmer zum Vorwärmen von Zementrohmehl, einem Calcinator zum Vorcalcinieren des vorgewärmten Zementrohmehls und einem Drehrohrofen zum Brennen des vorcalcinierten Zementrohmehls, wobei der Calcinator eine von den Abgasen des Drehrohrofens durchströmte Steigrohrleitung mit einer Calcinatordüse aufweist.

Für die Zementherstellung sind enorme Brennstoffmengen erforderlich. Man ist daher bestrebt, den Verbrennungsprozess zu optimieren, indem man unter anderem die Zusammensetzung der Ofenabgase analysiert und bei der Steuerung des Verbrennungsprozesses berücksichtigt. Hierdurch können gefährliche Betriebsbedingungen vermieden, Schadstoffe reduziert und die Produktqualität verbessert werden. Auch der Schutz vor Anbackungen ist ein wesentlicher Punkt. Die Gasentnahme erfolgte früher und teilweise auch heute noch über lange, wassergekühlte Lanzen, die seitlich in das Ofeneinlaufgehäuse eingeschoben werden und bis vor die Ofeneinlaufdichtung ragen. Wenngleich dies prozesstechnisch nach wie vor die beste Position ist, sind die Lanzen dort aufgrund der immer höher werdenden thermischen Belastung und dem vermehrten Einsatz von Sekundärbrennstoffen einem hohen Verschleiß ausgesetzt, sodass die Verfügbarkeit immer geringer und der Wartungsaufwand immer höher wird. Man ist daher dazu übergegangen, die Messungen in der sich an das Ofeneinlaufgehäuse anschließenden Gasleitung durchzuführen.

In der WO 2010/049836 AI findet die Gasentnahme im unteren Bereich der Steigrohrleitung des Calcinators statt. Hierzu wird das Gas über einen bündig an die Steigrohrleitung angeschlossenen Gasentnahmestutzen einer Gasanalyseeinrichtung zugeführt. Durch die bündige Anordnung ist zwar der Verschleiß gegenüber den in die Steigrohrleitung hineinragenden Lanzen deutlich geringer, allerdings hat sich auch herausgestellt, dass man dafür eine deutlich höhere Messungenauigkeit in Kauf nehmen muss. Die DE 299 24 941 Ul betrifft eine Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zum Brennen von pulverförmigem Rohmaterial mit einem Zyklonvorwärmer, einem Kalzinator, einem Ofen und einem Kühler, wobei in der Verbindungsleitung zwischen Ofen und Kalzinator ein Analysenmessgerät für die Prozessgase angeordnet ist. Des Weiteren wird in der DE 10 2008 036 088 B4 ein Verfahren zum Betreiben einer Zementanlage mit Vorwärmzone, Kalzinierzone und Sinterzone beschreiben, wobei im Einlaufbereich der Sinterzone, der Kalzinierzone und/oder vor dem Beginn der Vorwärmzone eine Gasanalyse durchgeführt wird.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde die Gasmessung dahingehend zu verbessern, dass die Gasentnahmesonde einerseits einer möglich geringen Verschleißbelastung ausgesetzt ist und andererseits Gasanalysen mit hoher Messgenauigkeit durchgeführt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Gasentnahmesonde an der Calcinatordüse angeordnet, die durch einen düsenartig verengten Abschnitt der Steigrohrleitung gebildet wird, wobei die Gasentnahmesonde zudem bündig mit der Steigrohrleitung abschließt.

Durch die bündige Anordnung ist die Gasentnahmesonde einem vergleichsweise geringen Verschleiß ausgesetzt. Außerdem hat sich gezeigt, dass die Messgenauigkeit bei einer bündigen Anordnung an der Calcinatordüse gegenüber einer bündigen Anordnung außerhalb der Düse deutlich höher ist. Dies lässt sich durch die höhere Gasgeschwindigkeit in der Calcinatordüse erklären, wobei die Geschwindigkeit in Wandnähe sogar noch höher als in der Mitte ist. Die üblicherweise relativ raue Innenoberfläche der Steigrohrleitung führt außerdem dazu, dass etwaige dünne, laminare Grenzschichten durch Mikro-Verwirbelungen auflösen und es durch die entstehenden Turbulenzen zu Quervermischungen kommt die eine repräsentative Gasentnahme ermöglichen. Die Erfindung beruht daher auf der synergistischen Wirkung der bündigen Anordnung in Verbindung mit dem Einbauort in der Calcinatordüse. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Gasentnahmesonde im Bereich des kleinsten Querschnitt der Steigrohrleitung angeordnet. Sie kann außerdem entweder horizontal oder schräg in die Steigrohrleitung münden. Bei horizontaler Absaugung ist die Ansaugung von Staub minimal, da sowohl der in der Verbrennungsluft mitgetragene Staub, als auch etwaige im Gegenstrom herabfallende Partikel einen Bewegungsvektor haben, der orthogonal zum Gasabzug gerichtet ist. Bei einer schräg nach unten gerichteten Gasentnahmesonde begünstigt die Schwerkraft das Ausschleusen des pneumatisch abgereinigten Staubes aus der Gasentnahmesonde. Ist sie entgegen nach oben gerichtet, wird der Staubeintrag von Partikeln aus der Verbrennungsluft erschwert, wobei sich das Ausschleusen von Staubabreinigungen schwieriger gestalten.

Die Gasentnahmesonde ist Bestandteil einer Gasentnahmeeinrichtung, die wenigstens eine Filtereinheit aufweist, um den abgesaugten Staub auszutragen. Die Filtereinheit kann dabei axial oder radial zur Gasentnahmesonde vorgesehen werden. Die axiale Anordnung ermöglicht insgesamt eine einfachere Konstruktion und es sind aufgrund der Strömungsverhältnisse weniger Ablagerungen zu erwarten. Auch eine Abreinigung des Sondenrohres ist effektiver als bei einer radialen Filteranordnung. Bei der radialen Anordnung muss man zwar einen etwas ungünstigeren Strömungsverlauf für das angesaugte Gas in Kauf nehmen, jedoch gestaltet sich die Abreinigung einfacher, da die abgereinigten Partikel durch Schwerkraft nach unten und anschließend pneumatisch aus dem Gasentnahmerohr ausgeblasen werden können. Außerdem kann bei einer radialen Anordnung durch eine hintere axiale Öffnung das Gasentnahmerohr bei Bedarf ohne Demontage des Filters „freigestochert" werden. Die Gasentnahmeeinrichtung kann weiterhin ein Kühlsystem zum Kühlen der Gasentnahmesonde und/oder eine Spüleinheit zur Reinigung der Filtereinheit aufweisen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Gasentnahmesonde mit einem sich konisch zur Steigrohrleitung verjüngenden Gasentnahmestutzen ausgestattet. Der Spalt zwischen dem Gasentnahmestutzen und der Gasentnahmesonde setzt sich im Laufe der Zeit mit Partikeln aus der Verbrennungsluft und teilweise entsäuertem Rohmehl zu. Da dieses Material zu Anbackungen führt, ist die Demontage eines konisch ausgebildeten Gasentnahmestutzens deutlich erleichtert, da geringere Reibkräfte auftreten und die Sonde damit mit einem geringeren Kraftaufwand aus dem Stutzen herausgezogen werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Gasentnahmeeinrichtung mit zwei Gasentnahmesonden ausgestattet, sodass eine kontinuierlicher Gasanalyse ermöglicht wird. Außerdem wird die Verfügbarkeit des Gasanalysesystems erhöht.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Zementherstellungsanlage,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer Gasentnahmesonde mit axialem Filter,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung einer Gasentnahmesonde mit radialem Filter,

Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung einer schräg nach unten in das

Steigrohr mündenden Gasentnahmesonde mit Filtereinheit,

Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung einer schräg nach oben in das

Steigrohr mündenden Gasentnahmesonde mit Filtereinheit,

Fig. 6 eine schematische Schnittdarstellung einer Gasentnahmesonde mit konischem Gasentnahmestutzen,

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Gasentnahmeeinrichtung mit

Spüleinheit und Kühlsystem, Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Gasanalysesystems mit einer InLine-Gasanalyseeinrichtung,

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Gasentnahmeeinrichtung mit zwei

Gasentnahmesonden und einer Gasanalyseeinrichtung.

Fig. 10 eine schematische Darstellung der zu Fig. 9 gehörigen

Gasanalyseeinrichtung.

Die in Fig. 1 dargestellte Zementherstellungsanlage besteht im Wesentlichen aus einem Vorwärmer 1 zum Vorwärmen von Zementrohmehl 7, einem Calcinator 2 zum Vorcalcinieren des vorgewärmten Zementrohmehls, einem Drehrohrofen 3 zum Brennen des vorcalcinierten Zementrohmehls und einem Kühler 4 zum Kühlen des gebrannten Zementklinkers.

Der Vorwärmer ist hier als Schwebegasvorwärmer mit mehreren Zyklonstufen la, lb, lc ausgebildet und wird in bekannter Art und Weise von den Abgasen 8 des Drehrohrofens 3 durchströmt. Der Vorwärmer kann selbstverständlich noch weitere Zyklonstufen, insbesondere 4 bis 5 Zyklonstufen, umfassen.

Der Calcinator weist eine ebenfalls von den Abgasen des Drehrohrofens 3 durchströmte Steigrohrleitung 5 mit einer Calcinatordüse 6 auf, wobei die Calcinatordüse durch einen düsenartig verengten Abschnitt der Steigrohrleitung gebildet wird.

Im Betrieb wird Zementrohmehl 7 im oberen Bereich des Vorwärmers 1 aufgegeben und gelangt nacheinander durch die einzelnen Stufen des Vorwärmers. Das im Zyklon lc abgeschiedene, vorgewärmte Zementrohmehl 7' wird in der Gasleitung des Zyklons lb aufgegeben und weiter vorgewärmt (7") und der Zyklonstufe la zugeführt. Das heiße Zementrohmehl 7" ' wird im unteren Bereich der Steigrohrleitung 5 in den Calcinator 2 aufgegeben: Der feine Anteil des vorgewärmten Zementrohmehls 7' " wird dort durch die heißen Abgase 8 des Drehrohrofens nach oben bis in den Zyklon la getragen. Ggf. wird weiterer Brennstoff dem Calcinator zugeführt, sodass das Rohmehl im Calcinator 2 vorcalciniert wird. Im Zyklon la wird das vorcalcinierte Rohmehl 7' " wieder abgeschieden und gelangt anschließend in den Drehrohrofen 3, wo es zu Zementklinker gebrannt wird. Die erforderliche thermische Energie wird durch Verbrennen von Brennstoff in einem Brenner 9 bereitgestellt. Die dabei entstehenden Abgase 8 verlassen den Drehrohrofen 3 im Gegenstrom zum vorcalcinierten Rohmehl und durchströmen den Calcinator 2 und nachfolgend den Vorwärmer 1. Der gebrannte Zementklinker wird schließlich in Kühler 4 abgekühlt.

Die Gasentnahme erfolgt über eine Gasentnahmesonde 10, die Bestandteil eines Gasanalysesystems ist und in der Calcinatordüse 6 mündet. In den Figuren 2 bis 10 werden verschiedene Ausgestaltungen des Gasanalysesystems gezeigt, wobei anhand der Figuren 2 bis 7 zunächst verschiedene Gasentnahmeeinrichtungen und anhand der Figuren 8 bis 10 unterschiedliche Gasanalyseeinrichtungen näher erläutert werden.

Fig. 2 zeigt einen Abschnitt der Calcinatordüse 6. Man erkennt, dass die Wandung der Steigrohrleitung von innen nach außen durch eine feuerfeste Innenwandung 5 a, mehrere Isolationsschichten 5b und eine aus Stahl bestehende Außenwandung 5c gebildet wird. Die Gasentnahmesonde 10 ist über einen Gasentnahmestutzen 1 1 horizontal zur vertikalen Steigleitung angeordnet, wobei die Gasentnahmesonde 10 bündig an die Steigrohrleitung angeschlossen ist. Sie schließt mit der inneren Wandung 5a ab, sodass sie nicht in den Strom des Abgases 8 hinragt. Die Gasentnahmeeinrichtung weist ferner eine Filtereinrichtung 13 auf, die im dargestellten Ausführungsbeispiel axial zur Gasentnahmesonde 10 angeordnet ist. In der Filtereinheit 13 wird das im Bereich der Calcinatordüse 6 abgesaugte Abgas 8 von mitgeführtem Staub gereinigt und über eine vorzugsweise beheizte Gasleitung 14 einer Gasanalyseeinrichtung zugeführt.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist eine radial angeordnete Filtereinheit 15 vorgesehen. Die axiale Anordnung gemäß Fig. 2 zeichnet sich durch eine einfachere Konstruktion und es sind auch durch die axial gerichteten Strömungsverhältnisse weniger Ablagerungen zu erwarten. Des Weiteren ist eine axial gerichtete Abreinigung für die Gasentnahmesonde 10 effektiver. Auch die Konstruktion einer etwaigen Beheizung der freiliegenden Bereiche von der Gasentnahmesonde 10 bis zur abführende Gasleitung 14 sind gegenüber der radialen Anordnung gemäß Fig. 3 konstruktiv einfacher zu verwirklichen.

Die radiale Anordnung gemäß Fig. 3 zeichnet sich zwar durch einen etwas ungünstigeren Strömungsverlauf für das angesaugte Abgas 8 aus, erleichtert jedoch die Abreinigung der Filtereinheit 15, da hierbei die abgereinigten Partikel durch die Schwerkraft nach unten fallen und dort pneumatisch ausgeblasen werden können. Weiterhin ist es möglich durch eine hintere, axiale Öffnung (16) die Gasentnahmesonde „freizustochern", ohne dass dabei der Filter entfernt werden muss.

In den Figuren 4 und 5 sind zwei Ausführungsbeispiele mit schräg ausgerichteten Gasentnahmestutzen 17, 18 dargestellt, sodass die in den Gasentnahmestutzen gehalterten Gasentnahmesonden 10 entsprechend schräg in die Steigrohrleitung 5 münden. Bei einer horizontalen Absaugung gemäß den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 und 3 ist eine minimale Ansaugung von Staub zu erwarten, da sowohl der in dem Abgas mitgetragene Staub, als auch etwaige im Gegenstrom von oben herabfallende Partikel, einen Bewegungsvektor aufweisen, der orthogonal zum Gasabzug ausgerichtet ist.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 mündet die Gasentnahmesonde schräg nach unten in die Steigrohrleitung 5 und begünstigt dadurch die Schwerkraftausschleusung des pneumatisch abgereinigten Staubes aus der Gasentnahmesonde. Ist die Gasentnahmesonde 10 dagegen schräg nach oben gerichtet (Fig. 5) wird der Staubeintrag von Partikeln aus der Verbrennungsluft erschwert. Dafür muss allerdings in Kauf genommen werden, dass das Ausschleusen von Staub bei Abreinigungen schwieriger ist.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 ist ein konischer Gasentnahmestutzen 19 zur Befestigung einer entsprechend konisch ausgebildeten Gasentnahmesonde 20 dargestellt. Die äußere konische Form des Gasentnahmestutzen 19 erleichtert die Demontage der Gasentnahmesonde 20 bei Wartungsarbeiten erheblich. Der Spalt zwischen dem Gasentnahmestutzen 19 und der Gasentnahmesonde 20 wird sich im Laufe der Zeit mit Partikeln aus der Verbrennungsluft und teilweise entsäuertem Rohmehl zusetzen. Außerdem neigt dies Material zu Anbackungen, sodass die Gasentnahmesonde nur noch mit erhöhtem Kraftaufwand herausgezogen werden kann. Durch die konische Form des Gasentnahmestutzens 19 treten bei der Demontage jedoch geringere Reibungskräfte auf, sodass die Gasentnahmesonde mit entsprechend geringerer Krafteinwirkung aus den Stutzen herausgezogen werden kann.

Die Gasentnahmeeinrichtung gemäß Fig. 7 weist neben der Gasentnahmesonde und der Filtereinheit weiterhin ein Kühlsystem 21 zur Kühlung der Gasentnahmesonde 10 auf. Die Filtereinheit 13 kann darüber hinaus mit einer Rückspüleinheit 22 zur zyklischen Reinigung der Filtereinheit ausgestattet sein. Selbstverständlich können auch die anderen Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren 2 bis 6 mit einem entsprechenden Kühlsystem 21 und einer Rückspüleinheit 22 ausgestattet werden.

Das in Fig. 8 gezeigte In-Line-Gasanalysesystem weist einen Gasanalysator 24 auf. Das zu analysierende Gas wird über die Gasentnahmesonde 10 mittels einer Gasfördereinheit 23, beispielsweise einer Pumpe aus der Calcinatordüse 6 entnommen und im Gasanalysator 24, der auch die Filtereinheit 13 enthält, analysiert. Das analysierte Gas verlässt das Gasanalysesystem über einen Gasausgang 25.

Weiterhin besteht die Möglichkeit ein Gasanalysesystem mit mehreren, insbesondere zwei Gasentnahmesonden 10, 10' vorzusehen, die jeweils mit einer Filtereinheit 13, 13' in Verbindung stehen (siehe Fig. 9). Das zu analysierende Gas wird mit einer der beiden Gasentnahmesonden 10, 10' aus der Calcinatordüse entnommen, gefiltert und über die ggf. beheizte Gasleitung 14, 14' einem Gasanalysator 26 zugeführt. Durch das optionale zweite Gasentnahmesystem wird eine kontinuierliche Gasanalyse ohne Unterbrechung des Messsignals ermöglicht. Auch die Verfügbarkeit des Gasanalysesystems wird dadurch erhöht. Das von der ausgewählten Gasentnahmesonde 10, 10' aus der Calcinatordüse 6 entnommene Gas wird gefiltert und über die ggf. beheizte Gasleitung 14, 14' dem Gasanalysator 26 zugeführt. Durch das optionale zweite Gasentnahmesystem wird eine kontinuierliche Gasanalyse ohne Unterbrechung des Messsignals möglich.

In Fig. 10 ist das Gasanalysesystem der Fig. 9 näher dargestellt. Die mit den beiden Gasentnahmesonden 10, 10' verbundenen Gasleitungen 14, 14' können zunächst über eine Umschalteinheit 27 ausgewählt werden. Das von dem ausgewählten Gasentnahmesystem entnommene Gas wird in der beheizten Gasleitung 14 bzw. 14' über die Gasfördereinheit 23 zu einer Gasaufbereitungseinheit 28 geführt und dort für den Gasanalysator 26 konditioniert. Im Gasanalysator 26 erfolgt dann die eigentliche Analyse.

Für ein unverfälschtes Messergebnis ist die in Fig. 7 dargestellt Rückspüleinheit 22 erforderlich. Dies bedeutet, dass die Gasleitung zum Gasanalysator 26 während eines Reinigungsvorganges unterbrochen ist und ein sicheres Analyseergebnis erst dann wieder geliefert werden kann, wenn das Spülgas das System vollkommen verlassen hat, wobei dieser Vorgang durchaus einige Minuten dauern kann. Während dieser Zeit kommt dann die zweite Gasentnahmesonde zum Einsatz, um ein kontinuierliches Analyseergebnis zu erreichen. Die Abreinigungsintervalle der beiden Gasentnahmesonden werden daher aufeinander abgestimmt. Ein weiterer Vorteil besteht außerdem darin, dass auch dann, wenn eine Gasentnahmesonde in sonstiger Art und Weise gewartet oder ausgetauscht werden muss, immer die andere Gasentnahmesonde weiterhin zur Gasanalyse zur Verfügung steht. Bei Verwendung von zwei Gasentnahmesonden kann die Gasanalyse in drei verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden, wobei entweder nur die Sonde 1 oder nur die Sonde 2 oder beide Sonden alternierend betrieben werden.