Anlage und Verfahren zur Herstellung von Zementklinker aus Zementrohmaterial

Die Erfindung betrifft eine Anlage sowie ein Verfahren zur Herstellung von Zementklinker aus Zementrohmaterial, wobei das Zementrohmaterial in einem Vorwärmer vorgewärmt, in einer Calciniereinrichtung vorcalciniert und in einem

Sinterofen fertiggebrannt und schließlich in einem Kühler abgekühlt wird.

Die bei der Zementherstellung in bestimmten Behandlungszonen anfallenden Stäube werden meistens teilweise wieder in den Zementherstellungsprozess zurückgeführt. Es gibt jedoch auch Stäube bzw. Staubarten, die aus verschiedenen Gründen nicht mehr für den Zementherstellungsprozess ausgenutzt werden. Ein besonders typischer Fall ergibt sich dadurch, dass Rohmaterialien und Brennstoffe für die Zementherstellung meistens Bestandteile von Chloriden, Alkalien sowie Schwefelverbindungen aufweisen, die bei den relativ hohen Behandlungstemperaturen leicht flüchtig werden. Hierdurch entstehen die sogenannten Schadstoffkreisläufe, die den Betrieb der Anlage erheblich stören können.

Es ist bekannt, mit Hilfe eines sogenannten Bypasses einen Teil der Abgase des Sinterofens abzuziehen und in einer Kühlzone abzuschrecken, wobei sich die

Schadstoffe an den Staubpartikeln anlagern. Anschließend wird der Staub mit den Schadstoffen abgeschieden.

Aus der DE-A-196 27 660 ist ein Verfahren bekannt, durch das weitgehend alle im Zementherstellungsprozess anfallenden, abgeschiedenen Stäube, insbesondere auch die bisher meist ausgeschleusten Staubanteile von Bypassführungen und/oder anderweitig verworfenen Stäube ebenfalls für die Zementherstellung genutzt werden können.

Es wird dort vorgeschlagen, dass die aus abgezogenen, heißen Behandlungsgasen abgeschiedenen Stäube in einem gesonderten Staubbrennreaktor wärmebehandelt

werden und danach das gebrannte Staubmaterial mit dem im Sinterofen gebrannten Zementklinker in der Kühlzone gemeinsam abgekühlt wird. Bei dem bekannten Verfahren wird als Verbrennungsluft Abluft des Kühlers verwendet, die im Gegenstrom zu den wärmezubehandelnden Stäuben zugeführt wird. Auf diese Weise werden die Stäube einer optimalen Wärmebehandlung unterzogen.

Die an den Stäuben haftenden Schadstoffe werden durch die Wärmebehandlung wieder freigesetzt und gelangen mit dem Abgas nachfolgend in eine separate Kühlzone sowie eine Abscheidezone.

Bei diesem bekannten Verfahren besteht jedoch die Problematik, dass es aufgrund der mit Schadstoffen beladenen Abgase des Staubreaktors zu unerwünschten Anbackungen kommt, bevor die Abgase die Abschreckzone erreichen. Die zweite Problematik besteht darin, dass der Bypassstaub in seiner Zusammensetzung „schwer" brennbar ist und der Drehrohrofen einer doppelten Beanspruchung ausgesetzt ist, nämlich einer Wärmebehandlung des Staubes mit Austreibung von Chlor und dem Brennen des Materials zu Zementklinker. Dies bedeutet, dass das dem Kühler zugeführte Produkt perfekte Klinkerqualität haben muss.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde eine Anlage sowie ein Verfahren zur

Herstellung von Zementklinker aus Zementrohmaterial anzugeben, bei dem die Problematik der Anbackungen durch die Abgase des Staubbrennreaktors weitgehend vermieden werden können und es zusätzlich zu einer Ofenentlastung kommt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8 gelöst.

Die erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von Zementklinker aus

Zementrohmehl besteht im Wesentlichen aus einem Vorwärmer zum Vorwärmen des Zementrohmaterials, einer Calciniereinrichtung zum Vorcalcinieren des vorgewärmten Zementrohmaterials, einem Sinterofen zum Fertigbrennen des

vorcalcinierten Zementrohmaterials zu Zementklinker und einem Kühler zum Abkühlen des heißen Zementklinkers. Zwischen dem Kühler und der Calciniereinrichtung ist eine Tertiärluftleitung vorgesehen, über welche der Calciniereinrichtung Tertiärluft zugeführt wird. Weiterhin ist ein Staubbrennreaktor zur Wärmebehandlung von abgeschiedenen Stäuben vorgesehen, der Mittel zum

Zuführen des Staubes, Mittel zum Zufuhren von Verbrennungsluft und Mittel zum Zuführen von Brennstoff aufweist.

Der Kühler steht mit den Mitteln zum Zuführen von Verbrennungsluft derart in Verbindung, das zumindest ein Teil der Tertiärluft als Verbrennungsluft den

Staubbrennreaktors zugeführt wird und die Mittel zum Zufuhren des Staubes und die Mittel zum Zuführen von Verbrennungsluft derart angeordnet sind, dass die zu behandelnden Stäube und die Verbrennungsluft den Staubbrennreaktor im Gleichstrom durchlaufen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Zementklinker aus Zementrohmaterial wird das Zementrohmaterial in einem Vorwärmer vorgewärmt, in einer Calciniereinrichtung vorcalciniert und in einem Sinterofen fertiggebrannt und schließlich in einem Kühler abgekühlt. Dabei wird Tertiärluft des Kühlers der Calciniereinrichtung zugeführt und abgeschiedene Stäube werden mit Hilfe von

Verbrennungsluft und Brennstoff in einem Staubbrennreaktor wärmebehandelt. Zumindest ein Teil der Tertiärluft wird als Verbrennungsluft dem Staubreaktor zugeführt und die zu behandelnden Stäube und die Verbrennungsluft werden derart zugeführt, dass sie den Staubbrennreaktor im Gleichstrom durchlaufen.

Durch die Maßnahme, dass die zu behandelnden Stäube und die Verbrennungsluft den Staubbrennreaktor im Gleichstrom durchlaufen, wird das Abgas des Staubbrennreaktors nicht mehr durch die im Gegenstrom zugeführten kühleren Stäube abgekühlt. Dadurch verbleiben die Schadstoffe im Abgas und schlagen sich erst in einer nachfolgenden Kühlzone an mitgeführten Staubpartikeln nieder.

Bei der sogenannten „Tertiärluft" handelt es sich um den Teil der Kühlerabluft, der in einem Temperaturbereich von 400 ⁰ C bis 900 ⁰ C liegt und der Calciniereinrichtung zugeführt wird. Es handelt sich um relativ heiße Luft, die als Verbrennungsluft in der Calciniereinrichtung eingesetzt wird. Erfϊndungsgemäß wird ein Teil dieser Tertiärluft abgezweigt und dem Staubbrennreaktor als Verbrennungsluft zugeführt.

Durch das relativ hohe Temperaturniveau der Tertiärluft kann die Wärmebehandlung der Stäube im Staubbrennreaktor in einem Temperaturbereich von HOO ⁰ C bis 1600°C erfolgen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der im Staubbrennreaktor wärmebehandelte Staub wird dem Zementherstellungsprozess wieder zugeführt, wobei der Staub insbesondere dem vorcalcinierten oder dem zu kühlenden Zementrohmaterial zugegeben wird.

Die Calciniereinrichtung ist üblicherweise über eine Mehlschurre mit dem Sinterofen verbunden. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist der Staubreaktor eine Auslass auf, der mit der Mehlschurre in Verbindung steht, so dass der im Staubreaktor wärmebehandelte Staub zusammen mit dem vorcalcinierten Zementrohmaterial über die Mehlschurre in den Sinterofen gelangt.

Im Rahmen der Erfindung ist es aber auch denkbar, dass man den wärmebehandelten Staub im Bereich des Einlaufbereichs des Sinterofens zuführt. Hierbei muss jedoch gewährleistet werden, dass nicht ein Teil der Abgase aus dem Staubbrennreaktor in die Calciniereinrichtung gelangt, wodurch die Kontrolle des gesamten Ofenprozesses durch den hierdurch entstehenden „Kurzschluss" nicht mehr möglich wäre.

Wird der wärmebehandelte Staub des Staubbrennreaktors über die Mehlschurre dem Sinterofen zugeführt, ist eine klare Trennung zwischen den Abgasen der beiden öfen gegeben. Auf diese Weise wird eine Rückführung der Stäube ohne Beeinträchtigung der Betriebsweise der Anlage im Bereich der Calciniereinrichtung ermöglicht.

üblicherweise stammt der wärmezubehandelnde Staub aus einem Bypasssystem, welches einen Teil der Abgase des Sinterofens abzieht und nachfolgend einer Kühlzone und einer Abscheidezone zufuhrt. Der in der Abscheidezone anfallende Staub wird dann dem Staubbrennreaktor zugeführt. Die im Staubbrennreaktor anfallenden Abgase können wahlweise der Kühl- und Abscheidezone des Bypasssystems oder separaten Kühl- und Abscheidezonen zugeführt werden. Außerdem ist denkbar jeweils eine Kühlzone für die abgezweigten Abgase des Sinterofens und die Abgase des Staubbrennreaktors sowie eine gemeinsame Abscheidezone vorzusehen. Im ersten und dritten Fall müsste von Zeit zu Zeit ein

Teil der abgeschiedenen Stäube ausgeschleust werden, damit eine Unterbrechung der Schadstoffkreisläufe stattfindet. Bei der zweiten Variante würde der in der separaten Abscheidezone abgeschiedene Staub des Abgases ausgeschleust und entsorgt werden.

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

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Die im Fig. 1 dargestellte Anlage zur Herstellung von Zementklinker aus

Zementrohmaterial 1 besteht im Wesentlichen aus einem Vorwärmer 2 zum

Vorwärmen des Zementrohmaterials, einer Calciniereinrichtung 3 zum Vorcalcinieren des vorgewärmten Zementrohmaterials Ia, einem Sinterofen 4 zum

Fertigbrennen des vorcalcinierten Zementrohmaterials Ib zu Zementklinker und einem Kühler 5 zum Abkühlen des heißen Zementklinkers Ic.

Zwischen dem Kühler 5 und der Calciniereinrichtung 3 ist eine Tertiärluftleitung 6 vorgesehen, über welche der Calciniereinrichtung Tertiärluft zugeführt wird.

Das Zementrohmaterial 1 wird im oberen Bereich des Vorwärmers 2 aufgegeben und durchläuft den Vorwärmer im Gegenstrom zu den durch den Vorwärmer strömenden Abgasen des Sinterofens 4.

Das vorgewärmte Zementrohmaterial Ia wird dann der Calciniereinrichtung 3 zugeführt, um dort unter Zugabe von Brennstoff über den Brenner 7 und Tertiärluft über die Leitung 6 vorcalciniert zu werden. Auch die Calciniereinrichtung 3 wird zweckmäßigerweise von den Abgasen des Sinterofens 4 durchströmt.

In einem Zyklon 3a wird das vorcalcinierte Zementrohmaterial Ib von den Abgasen getrennt und gelangt über eine Mehlschurre 8 und einen Ofeneinlauf 4a in den Sinterofen 4. Der Sinterofen 4 ist zweckmäßigerweise als Drehrohrofen ausgebildet der über einen an seinem Ausgang angeordneten Brenner 9 befeuert wird.

Der im Sinterofen gebrannte heiße Zementklinker Ic gelangt schließlich in den Kühler 5 und wird dort abgekühlt. Die beim Kühlen entstehende heiße Kühlluft wird als Tertiärluft über die Leitung 6 der Calciniereinrichtung 3 zugeführt.

Die im Zementrohmaterial enthaltenen Schadstoffe, wie Chloride, Alkalien und

Schwefelverbindungen werden bei den im Sinterofen vorherrschenden Bedingungen freigesetzt und mit dem Abgas in den Calcinator 3 geführt. Dort kühlt sich das Abgas ab, so dass sich die Schadstoffe am Zementrohmaterial kondensieren. Um diesen Schadstoffkreislauf zu unterbrechen, ist es allgemein bekannt, einen Teil der Abgase des Sinterofens über einen sogenannten Bypass abzuzweigen.

Auch bei dem dargestellten Ausfuhrungsbeispiel wird ein Teil 10 der Abgase des Sinterofens 4 im Bereich des Ofeneinlaufs 4a abgezweigt und nachfolgend einer Kühlzone 11 und einer Abscheidezone 12 zugeführt. In der Kühlzone 11 wird das Abgas „abgeschreckt", so dass es zu einer Kondensation der Schadstoffe an den mitgeführten Staubpartikeln kommt. In der Abscheidezone 12 wird dann die

Gasphase von den Staubpartikeln mit den angelagerten Schadstoffen getrennt. Die dabei entstehende Gasphase 13 wird beispielsweise über einen Abluftkamin ausgeschleust. Die abgeschiedenen Stäube 14 werden einem Staubbrennreaktor 15 zugeführt.

Der Staubbrennreaktor 15 wird vorzugsweise ebenfalls als Drehrohrofen ausgebildet. Er weist Mittel 16 zum Zufuhren der abgeschiedenen Stäube 14, Mittel 17 zum Zuführen von Verbrennungsluft und Mittel 18 zum Zuführen von Brennstoff auf, wobei dem Staubbrennreaktor zumindest teilweise Sekundärbrennstoffe aufgegeben werden können. über eine Abzweigung in der Tertiärluftleitung 6 steht der Kühler 5 mit den Mitteln 17 zum Zuführen von Verbrennungsluft in Verbindung. Auf diese Weise wird dem Staubbrennreaktor 15 ebenfalls Tertiärluft zugeführt. Die Mittel 16 zum Zuführen der abgeschiedenen Stäube 14 und die Mittel 17 zum Zuführen von Verbrennungsluft sind derart angeordnet, dass die zu behandelnden Stäube 14 und die Verbrennungsluft den Staubbrennreaktor 15 im Gleichstrom durchlaufen.

Neben den abgeschiedenen Stäuben 14 wäre es auch denkbar, einen Teil des vorgewärmten Zementrohmaterial Ia über eine Leitung 19 dem Staubbrennreaktor 15 zuzuführen. Weiterhin kann über Mittel 20 zusätzlich, sauerstoffreiche Verbrennungsluft und über Mittel 21 weiterer Staub in den Staubbrennreaktor eingetragen werden.

Im Rahmen der Erfindung ist es auch denkbar, die im Staubbrennreaktor 15 zu behandelnden Stäube zunächst in einem zusätzlichen Vorwärmer 22 vorzuwärmen.

In der Zeichnung ist dieser Vorwärmer 22 gestrichelt eingezeichnet. Wahlweise ist es denkbar, dass der dem Ofensystem entnommene Bypassstaub „online" aufgegeben wird und damit bereits vorgewärmt ist.

Der Staubbrennreaktor 15 weist einen Auslass 15a auf, der wahlweise mit dem

Sinterofen 4 über Leitungen 23 und/oder 24 oder mit dem Kühler über eine Leitung 25 in Verbindung steht. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Auslass 15a über die Leitung 23 mit der Mehlschurre 8 verbunden, so dass der im Staubbrennreaktor wärmebehandelte Staub zusammen mit dem vorcalcinierten Zementrohmaterial Ib über die Mehlschurre in den Sinterofen 4 gelangt. Wird der

Auslass 15a mit dem Ofeneinlass 4 verbunden, muss sichergestellt werden, dass die Abgase 26 des Staubbrennerreaktors 15 nicht in den Ofeneinlauf 4a und von dort in den Calcinator 3 und den Vorwärmer 2 gelangen.

Das Abgas 26 wird in einer zweiten Kühlzone 27 „abgeschreckt", wodurch es zu einer Kondensation der Schadstoffbestandteile an dem mitgeführten Staubpartikeln kommt. In einer nachgeschalteten zweiten Abscheidezone 28 wird das Abgas in eine Gasphase 29 und Staub 30 getrennt. Die Gasphase 29 kann dann zusammen mit der Gasphase 13 abgeleitet werden. Der mit Schadstoffen belastete Staub 30 wird zweckmäßigerweise verworfen. Es ist aber denkbar, das zumindest ein Teil dieses

Staubes 30 nochmals dem Staubbrennreaktors 15 zugeführt wird.

In Fig. 2 ist eine Anlage gemäß einem zweiten Ausfuhrungsbeispiel dargestellt, die sich im Wesentlichen nur durch das Bypasssystem und die Behandlung der Abgase des Staubbrennreaktors 15 unterscheiden.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden nicht zwei separate Abscheidezonen, sondern ist eine gemeinsame Abscheidezone 31 vorgesehen. Der Teilstrom 10 des Abgases des Sinterofens 4 wird somit in der Kühlzone 11 und der gemeinsam Abscheidezone 31 behandelt. Das Abgas des Staubbrennreaktors kann entweder auch der Kühlzone 11 und nachfolgend der gemeinsamen Abscheidezone 31 oder über

eine separate Kühlzone 27 der Abscheidezone 31 zugeführt werden. Der in der gemeinsamen Abscheidezone 31 abgeschiedenen Staub 14 wird wiederum dem Staubbrennreaktor 15 zugeführt, während die Gasphase 13, 29 abgeleitet wird. Um jedoch die Schadstoffkreisläufe zu unterbrechen, muss ein Teil 14a der abgeschiedenen Stäube 14 von Zeit zu Zeit ausgeschleust werden.

Die Wärmebehandlung der Stäube 14 im Staubbrennreaktor 15 erfolgt vorzugsweise in einem Temperaturbereich von HOO ⁰ C bis 1600°C, wobei die Verweilzeit der Stäube im Staubbrennreaktor zwischen 5 und 30 Minuten beträgt. Der Staubbrennreaktor 15 wird zweckmäßigerweise über die Temperatur und/oder den

Sauerstoffgehalt am Auslass 15a des Staubbrennreaktors gesteuert.

Die oben beschriebenen Anlagen und das Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass die beim Zementherstellungsprozess anfallenden Stäube sehr effizient und wirtschaftlich wieder in den Zementherstellungsprozess zurückgeführt werden können, wobei gleichzeitig auch Schadstoffe, wie Chloride und Alkalien, ausgeschleust werden.