DE2522598A1

DE2522598A1 - Verfahren zur waermebehandlung von feinkoernigem gut

Info

Publication number: DE2522598A1
Application number: DE19752522598
Authority: DE
Inventors: Wolf Dipl Ing Goldmann; Horst Dipl Chem Dr Ritzmann; Georg Dipl Ing Schepers; Heinz-Werner Thiemeyer
Original assignee: Polysius AG
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1975-05-22
Filing date: 1975-05-22
Publication date: 1977-02-10
Also published as: DK141876A; BR7603085A; SE7603266L; MX3350E; US4035139A; DK140814B; FR2312002B1; FR2312002A1; PT64957B; DE2522598B2; HU171655B; JPS51143021A; YU91876A; ZA761564B; RO76241A; JPS5622824B2; DK140814C; PT64957A; SU637096A3; IT1069365B

Description

P 3213

Polysius AG₃ Neubeckum

Verfahren zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, wie Zementrohmehl, das in einem Vorwärmer durch die heißen Abgase eines Drehrohrofens vorgewärmt und erhitzt und dann im Drehrohrofen fertiggebrannt wird, wobei das Gut im Vorwärmer mehrmals aus dem Gasstrom abgeschieden wird und unter der Wirkung seines Eigengewichts in Form eines dichten Gutstromes in eine tiefer liegende Zone des Vorwärmers gelangt, in der sich wenigstens ein Teil des Gutstromes wieder im entgegengerichteten Gasstrom auflöst, und wobei dem Gutstrom vor seiner Auflösung im Gasstrom Brennstoff in fein verteilter Form zugesetzt wird.

Bei der Herstellung von Zement, Tonerda, Kalk, Magnesit, Dolomit und dergleichen erfolgt die Wärmebehandlung des feinkörnigen Gutes häufig in der Weise, daß das Gut zunächst in einem Vorwärmer mit den heißen Abgasen eines Drehrohrofens vorgewärmt wird, ehe es dann im Drehrohrofen fertiggebrannt bzw. gesintert wird. Dabei muß der größere Teil der Wärmearbeit im Drehrohrofen geleistet werden, während im Vorwärmer nur ein kleinerer Teil der Gesamtwärmeenergie auf das Gut übertragen wird. Diese Verteilung der Wärmearbeit auf Drehrohrofen und Vorwärmer ist im Hinblick auf die höheren spezifischen Investitionskosten des Drehrohrofens nicht optimal.

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Um den Drehrohrofen in Querschnitt und/oder Länge kleiner dimensionieren zu können, hat man schon zwischen dem Vorwärmer und dem Drehrohrofen eine Vorbrennzone angeordnet, in der das vorgewärmte Gut möglichst hoch erhitzt wird. Das besondere Problem bei der Gestaltung einer solchen Vorbrennzone liegt darin, daß eine außerordentlich gleichmäßige Zufuhr des Brennstoffes zum Gut erforderlich ist, um ein überbrennen einzelner Gutteilchen (und alle damit verbundenen Nachteile, wie Anbackungen, Agglomeratbildungen usw.) zu vermeiden.

Bei einem bekannten Verfahren wird diese Vorbrennzone durch eine von Brennern unmittelbar beheizte Wirbelschicht gebildet , aus der das Gut in den Drehrohrofen gelangt. Ein anderes bekanntes Verfahren verwendet eine Brennkammer mit tangentialem Ein- und Austritt von Gut und Brennstoff. Der Nachteil dieser Lösungen liegt in den erheblichen Investitionskosten der Vorbrennzone, durch die ein wesentlicher Teil der am Drehrohrofen ermöglichten Ersparnis wieder verloren geht.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren ist als Vorbrennzone eine Zyklonbrennkammer vorgesehen, der von einem Ventilator ein gesonderter Gasstrom zugeleitet wird, wobei sich die Abgase dieser Zyklonbrennkammer in einer vom Drehrohrofen zum untersten Zyklon des Vorwärmers führenden Leitung mit den Abgasen des Drehrohrofens vereinigen. Das aus dem zweituntersten Zyklon des Vorwärmers ausgetragene Gut und der Brennstoff werden in diese Zyklonbrennkammer gesondert eingeführt. Es bildet sich infolgedessen in dieser Brennkammer eine Flamme aus, deren Wärme teils durch

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Strahlung, teils durch Kontaktberührung auf die einzelnen Gutteilchen übertragen werden muß.

Nachteilig ist bei diesem bekannten Verfahren (abgesehen von dem durch die zusätzliche Verwendung einer Zyklonbrennkammer und der zugehörigen Einrichtungen bedingten anlagentechnischen Aufwand) vor allem die ungünstige Wärmeübertragung von der durch den Brenner in der Zyklonbrennkammer erzeugten Flamme auf die einzelnen Gutteilchen, zumal hierfür nur eine ganz kurze Zeitspanne zur Verfügung steht und ein erheblicher Teil des in die Zyklonbrennkammer eingeführten Gutes sofort vom Gasstrom wieder aus der Kammer ausgetragen wird.

Es ist schließlich auch ein Verfahren bekannt, bei dem in die vom Drehrohrofen zum Zyklonvorwärmer führende Gasleitung, in die die Gutaustragsleitung der zweituntersten Zyklonstufe einmündet, zusätzlicher Brennstoff sowie Kühlerabluft eingeführt werden- Da dieser Brennstoff sogleich bei seinem Eintritt in die Gasleitung Verbrennungsbedingungen vorfindet, erfolgt die Verbrennung des Brennstoffes weitgehend, bevor der Brennstoff in Berührung mit dem Gut kommt. Um eine ausreichende Wärmeübertragung von den Verbrennungsgasen auf das Gut zu erzielen, muß infolgedessen die zum Zyklonvorwärmer führende Gasleitung verhältnismäßig

lang gemacht werden, was einen erheblichen anlagentechnischen Mehraufwand darstellt. Trotzdem läßt es sich bei diesem Verfahren nicht vermeiden, daß ein beträchtlicher Teil der in dem zusätzlichen Brennstoff enthaltenen Wärmeenergie den Vorwärmer mit den Abgasen verläßt, was die Wärmebilanz beeinträchtigt.

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Die geschilderten Mängel der bekannten Verfahren werden beim Gegenstand einer älteren Anmeldung der Anmelderin dadurch vermieden, daß der Brennstoff dem Gutstrom im Vorwärmer an einer Stelle zugesetzt wird, an der dieser Gustrom erneut in den den Vorwärmer durchströmenden Gasstrom eintritt; die Zugabe des Brennstoffes in fein verteilter Form zum Gutstrom erfolgt dabei, ehe sieh der Gutstrom vollständig im Gasstrom aufgelöst hat.

Es wurde nämlich festgestellt, daß eine weitgehend gleichmäßige Mischung des vorgewärmten Gutes mit dem fein verteilten Brennstoff die wichtigste Voraussetzung dafür ist, daß beim anschließenden Brennvorgang eine große Wärmeenergie auf das Gut übertragen werden kann, ohne daß einzelne Gutteilchen überhitzt werden. Wird nun der Brennstoff dem noch nicht vollständig im Gasstrom aufgelösten Gutstrom zugesetzt, so ist gewährleistet, daß zumindest unmittelbar bei der Zugabe des Brennstoffes noch keine Verbrennungsbedingungen vorliegen. Erst wenn sich anschließend der mit dem Brennstoff gemischte Gutstrom im Gasstrom auflöst, werden durch die dann verringerte Gutkonzentration und durch den erhöhten Sauerstoffzutritt zum Brennstoff Verbrennungsbedingungen geschaffen. Da der Brennstoff dem noch nicht im Gasstrom aufgelösten Gutstrom zugesetzt wird, setzen sich die einzelnen Brennstoffpartikel vorzugsweise unmittelbar an den Gutteilchen fest und werden auf diese Weise bei der Auflösung des Gutstromes gleichmäßig über den ganzen Querschnitt der Gasleitung verteilt. Bei Zugabe von öl als

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Brennstoff werden beispielsweise die einzelnen Gutteilchen mit einem Ölfilm überzogen, ehe Gut und Brennstoff in den Gasstrom gelangen, in dem Verbrennungsbedingungen herrschen. Man erreicht auf diese Weise eine Wärmeerzeugung direkt am Wärmeverbraucher und damit in kürzester Zeit sowie auf kleinster Wegstrecke eine optimale Wärmeübertragung vom Brennstoff auf das Gut.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, in weiterer Ausgestaltung dieses Verfahrens der älteren Anmeldung diejenige Stelle des Vorwärmers zu ermitteln, an der die Brennstoffzugabe am günstigsten ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Brennstoff dem im untersten Teil des Vorwärmers befindlichen Gutstrom zugesetzt wird.

In diesem Bereich liegt nämlich die höchste Konzentration des feinkörnigen Gutes vor. Es ist damit in dieser Zone die beste Gewähr dafür gegeben, daß Brennstoff und Gut zunächst innig gemischt werden, ehe durch den Zutritt von Verbrennungsluft Verbrennungsbedingungen geschaffen werden.

Die Zugabe des Brennstoffes im untersten Teil des Vorwärmers hat den weiteren Vorteil, daß die bei der Verbrennung entstehenden Heißgase den gesamten Vorwärmer durchsetzen müssen und auf diese Weise am besten Gelegenheit haben, ihre Wärmeenergie an das vorzuwärmende Gut abzugeben.

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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich damit durch eine hohe spezifische Leistung (bezogen auf die Abmessungen der Anlage) und einen sehr günstigen Wärmeverbrauch aus.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich bei Schwebegas-Vorwärmern verschiedener Bauart vorteilhaft anwenden. Es kann insbesondere bei Verwendung eines mit mehreren Querschnittsverengungen versehenen Gegenstrom-Schachtvorwärmers eingesetzt werden oder bei Verwendung eines aus mehreren übereinander angeordneten Zyklonen und Wirbelkammern bestehenden Vorwärmers.

Weist der Vorwärmer in seinem unteren Teil eine schurrenartige Schrägfläche auf, längs der das Gut dem Drehrohrofen zugeführt wird, so erfolgt die Zugabe des Brennstoffes zum Gutstrom zweckmäßig im Bereich dieser schurrenartigen Schrägfläche. So kann beispielsweise flüssiger Brennstoff auf den sich längs der schurrenartigen Schrägfläche nach unten bewegenden Gutstrom aufgesprüht werden.

Ein erheblicher Teil des im untersten Bereich des Vorwärmers befindlichen Gutstromes, der sich beispielsweise längs der genannten schurrenartigen Schrägfläche nach unten bewegt, wird in der Übergangszone zum Drehrohrofen von den Abgasen des Drehrohrofens erfaßt, aufgewirbelt und erneut in den unteren Bereich des Vorwärmers zurückgeführt. Indem der dem Gut zugesetzte Brennstoff hier, d.h. zu einem wesentlichen Teil im untersten Bereich des Vorwärmers, verbrennt, wird eine optimale Wärmeübertragung auf das Gut und eine hohe Vorerhitzung des Gutes vor Eintritt in den Drehrohrofen erreicht.

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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 1 und 2 der Zeichnung veranschaulicht.

Die in Fig. 1 dargestellte Anlage zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut enthält einen (nur teilweise dargestellten) Gegenstrom-Schachtvorwärmer 1 sowie einen (gleichfalls nur im Bereich seines Einlaufkopfes veranschaulichten) Drehrohrofen 2. Der Gegenstrom-Sehachtyorwärmer 1 ist mit mehreren übereinander mit Abstand angeordneten QuerSchnittsVerengungen (z.B. 3, 4) versehen und wird von den Abgasen (Pfeile 5) des Drehrohrofens 2 von unten nach oben durchströmt.

Das feinkörnige Gut bewegt sich im Schachtvorwärmer im wesentlichen von oben nach unten und folgt dabei einer durch Pfeile 6 ganz schematisch veranschaulichten Bewegungsbahn. Tritt der Gutstrom beispielsweise längs des oberhalb der Querschnittsverengung 4 befindlichen Trichterteiles 7 in die nächst tiefere Kammer 8 des Schachtvorwärmers, so löst sich der Gutstrom erneut in dem entgegengerichteten Gasstrom (Pfeil 5) auf, wird zum Teil wieder eine gewisse Strecke nach oben mitT-gerissen und dann erneut an der Wand des Schachtvorwärmers abgeschieden. Längs des oberhalb der nächsten Querschnittsverengung 3 befindlichen Trichterteiles 9 gelangt der Gutstrom dann in die unterste Kammer 10 des Vorwärmers, wo sich die geschilderten Vorgänge wiederholen.

Längs einer den unteren Abschluß des Gegenstrom-Schachtvorwärmers 1 bildenden schurrenartigen Schrägfläche 11 wird der in der Kammer 10 abgeschiedene Gutstrom (Pfeil 12) dann dem Drehrohrofen 2 zugeführt.

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Im Bereich dieser schurrenartigen Schrägfläche 11 wird erfindungsgemäß dem Gutstrom (Pfeil 12) Brennstoff (Pfeil 13) in fein verteilter Form zugesetzt, was beispielsweise durch Aufsprühen von flüssigem Brennstoff durch eine oder mehrere Lanzen 14 erfolgen kann.

Ein gewisser Teil (Pfeil 15) des Gutstromes (Pfeil 12) tritt sogleich in den Drehrohrofen 2 ein. Ein großer Teil (Pfeil 16) des Gutstromes (Pfeil 12) wird dagegen im Bereich der Übergangszone zum Drehrohrofen 2 von den Abgasen (Pfeil 5) des Drehrohrofens erfaßt und erneut in die unterste Kammer 10 des Schachtvorwärmers mitgenommen (Pfeil 17).

Der zugesetzte Brennstoff (Pfeil 13) vermischt sich im Bereich der schurrenartigen Schrägfläche 11 mit dem dort in verhältnismäßig hoher Konzentration vorliegenden Gutstrom. Die Verbrennung dieses Brennstoffes erfolgt dagegen im wesentlichen erst dann, wenn sich dieser Gutstrom erneut im Gasstrom auflöst.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Anlage besteht der dem Drehrohrofen 2 vorgeschaltete, gleichfalls nur in seinem unteren Teil veranschaulichte Vorwärmer 21 aus einer Anzahl von übereinander angeordneten Zyklonen und Wirbelkammern. Die unterste Stufe des Vorwärmers wird durch zwei parallel geschaltete Zyklone 22, 23 gebildet; die folgende Stufe des Vorwärmers 21 enthält einen zentralen Zyklon 24; die nächste Vprwärmerstufe

Zyklonenj weist wieder zwei parallel geschaltete] 25, 2lTauf usw.

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Die Abgase des Drehrohrofens 2 (Pfeile 27) durchsetzen zunächst eine zu den Zyklonen 22, 23 führende Leitung 28. Die beiden Gasteilströme, die die Zyklone 22 und durchsetzen, vereinigen sich dann im zentralen Zyklon 24 usw.

Das aus den Zyklonen 25, 26 abgeschiedene Gut (Pfeile 29) wird in den Zyklon 24 eingetragen, dort erneut abgeschieden, gelangt dann (Pfeile 30) in die Leitung 28, wird von den aufsteigenden Gasen umgelenkt und mit in die Zyklone 22, 23 genommen. Nach Abscheidung in diesen Zyklonen 22, 23 gelangt das vorgewärmte Gut über die Gutaustragsleitungen 31, 32 auf die den unteren Abschluß der Leitung 28 bildende schurrenartige Schrägfläche 33. Dieser Gutstrom (Pfeil 34) teilt sich in der bereits anhand von Fig. 1 erläuterten Weise erneut in zwei Teilströme auf: Der eine Teilstrom (Pfeil 35) gelangt sofort in den Drehrohrofen 2, während der andere Teilstrom (Pfeil 36) nochmals von den Abgasen des Drehrohrofens aufgewirbelt und erneut in die Leitung 28 (ggf. sogar nochmals in die Zyklone 22, 23) eingeführt wird.

über Lanzen 37 wird Brennstoff (Pfeil 38) auf den im untersten Teil des Vorwärmers 1 befindlichen, sich längs der schurrenartigen Schrägfläche 33 abwärts bewegenden Gutstrom aufgesprüht (oder in sonstiger Weise in diesen Gutstrom eingebracht). Es vermischen sich somit auch bei diesem Ausführungsbeispiel Brennstoff und Gut sehr innig miteinander, ehe sich der Gutstrom erneut im Gasstrom auflöst und der Brennstoff an den einzelnen Gutteilchen bzw. in unmittelbarer Nähe dieser Teilchen verbrennt.

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Bei einem Vorwärmer der in Pig. 2 veranschaulichten Art kann der Brennstoff beispielsweise auch im Bereich der Gutaustragsleitungen 3I₅ 32 zugesetzt werden, die die untersten Zyklone 22, 23 mit der ubergangszone zwischen Vorwärmer und Drehrohrofen verbinden.

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Claims

♦ ΛΑ- Patentansprüche

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, wie Zementrohmehl j das in einem Vorwärmer durch die heißen Abgase eines Drehrohrofens vorgewärmt und erhitzt und dann im Drehrohrofen fertiggebrannt wird, wobei das Gut im Vorwärmer mehrmals aus dem Gasstrom abgeschieden wird und unter der Wirkung seines Eigengewichts in Form eines dichten Gutstromes in eine tiefer liegende Zone des Vorwärmers gelangt, in der sich wenigstens ein Teil des Gutstromes wieder im entgegengerichteten Gasstrom auflöst, und wobei dem Gutstrom vor seiner Auflösung im Gasstrom Brennstoff in fein verteilter Form zugesetzt wird, dadurch gekennzeichnet , daß der Brennstoff dem im untersten Teil des Vorwärmers befindlichen Gutstrom zugesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung eines mit mehreren Querschnittsverengungen versehenen Gegenstrom-Schachtvorwärmers.

3· Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung eines aus mehreren übereinander angeordneten Zyklonen und Wirbelkammern bestehenden Vorwärmers.

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4.Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, unter Verwendung eines Vorwärmers, der in seinem unteren Teil eine schurrenartige Schrägfläche aufweist, längs der das Gut dem Drehrohrofen zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff dem Gutstrom im Bereich der schurrenartigen Schrägfläche zugesetzt wird*

5- Verfahren nach Anspruch ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß flüssiger Brennstoff auf den sich längs der schurrenartigen Schrägfläche nach unten bewegenden Gutstrom aufgesprüht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, unter Verwendung eines Vorwärmers, dessen unterste Zyklone über Gutleitungen mit dem Drehrohrofen bzw. mit der Übergangszone zwischen Vorwärmer und Drehrohrofen in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff im Bereich dieser Gutleitungen zugesetzt wird.

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