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Dokumentenidentifikation DE3705037C2 18.01.1990
Titel Verfahren und Anlage zur Herstellung von Zementklinker nach dem Halbnaßverfahren
Anmelder Krupp Polysius AG, 4720 Beckum, DE
Erfinder Unland, Georg, Dr.-Ing., 4722 Ennigerloh, DE;
Wittwer, Paul, Saint Germain en Laye, Amities, FR
Vertreter Tetzner, V., Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Dr.jur., Pat.- u. Rechtsanw., 8000 München
DE-Anmeldedatum 17.02.1987
DE-Aktenzeichen 3705037
Offenlegungstag 25.08.1988
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 18.01.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.01.1990
IPC-Hauptklasse C04B 7/40
IPC-Nebenklasse C04B 7/43   F27B 7/00   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anlage zur Herstellung von Zementklinker nach dem Halbnaßverfahren, wobei ein mit zusätzlichem Brennstoff versorgter zweistufiger Vorwärmer sowie ein kurzer Drehrohrofen Verwendung findet und Kühlerabluft direkt der Trocknungszone zugeführt wird. Hierdurch ist es auch bei schwankendem Feuchtigkeitsgehalt des Filterkuchens möglich, die Ofenanlage mit gleichbleibendem Entsäuerungsgrad zu betreiben und einen stabilen Ofenbetrieb zu gewährleisten.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1) sowie eine Anlage (gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 6) zur Herstellung von Zementklinker nach dem Halbnaßverfahren.

Ein Verfahren zur Herstellung von Zementklinker nach dem Halbnaßverfahren ist beispielsweise durch "Zement-Kalk-Gips" 1977, S. 369 bis 371, Bild 4, bekannt. Der Filterkuchen wird hierbei in einem Pralltrockner getrocknet und zerkleinert. Das Rohmaterial wird dann in einem zweistufigen Zyklonvorwärmer mit den Abgasen eines Drehrohrofens vorgewärmt und anschließend in einem langen Drehrohrofen zu Klinker gebrannt.

Nachteilig ist bei diesem Verfahren vor allem, daß durch die Verwendung eines nur zweistufigen Zyklonvorwärmers die Entsäuerung des Rohmateriales praktisch ausschließlich im Drehrohrofen erfolgen muß, was zu einer großen Ofenlänge führt. Auf der anderen Seite kann die Zahl der Stufen des Vorwärmers nicht vergrößert werden, da ansonsten die Abgase des Vorwärmers nicht mehr den für die Trocknung des Filterkuchens erforderlichen Wärmeinhalt aufweisen. Um mit den zur Verfügung stehenden Abgasen des zweistufigen Vorwärmers den Filterkuchen ausreichend trocknen zu können, muß bei dem bekannten Verfahren der Filterkuchen verhältnismäßig weitgehend entwässert werden, was einen hohen anlagentechnischen Aufwand für die Filtration erfordert.

Durch Bild 3 (S. 370) der vorstehend genannten Literaturstelle ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Zementklinker nach dem Halbnaß-Verfahren bekannt, bei dem eine vierstufige Vorwärmzone Verwendung findet, die die Abgase der Vorwärmzone mittels einer Hilfsfeuerung erhitzt, ehe sie der Trocknungs- und Zerkleinerungszone zugeführt werden, und bei dem Abluft des Kühlers unter Umgehung der Brenn- und Vorwärmzone der Trocknungszone zugeleitet wird. Nachteilig ist bei diesem Verfahren vor allem die notwendige Hilfsfeuerung für die Abgase der Vorwärmzone.

Gegenstand der DE-OS 29 44 659 ist ferner ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1, bei dem das Gut in der zweistufigen Vorwärmzone nicht nur mit den Abgasen der Brennzone erhitzt, sondern durch zusätzlichen Brennstoff entsäuert wird. Zugleich werden durch diesen der Vorwärmzone zugeführten zusätzlichen Brennstoff die Abgase der Vorwärmzone aufgeheizt, wobei die Steuerung der Brennstoffmenge in Abhängigkeit vom Feuchtegehalt des Aufgabegutes gewählt wird.

Nun besitzt das im Halbnaßverfahren aufbereitete Rohmaterial im allgemeinen einen in verhältnismäßig weiten Grenzen schwankenden Feuchtigkeitsgehalt. Werden keine besonderen Maßnahmen getroffen, so hat dies zur Folge, daß das Gut je nach dem Feuchtigkeitsgehalt des Rohmateriales mit unterschiedlichem Entsäuerungsgrad in die Brennzone gelangt. Da dies die Stabilität des Ofenganges beeinträchtigen würde, ist bei dem bekannten Verfahren gemäß DE-OS 29 44 659 eine verhältnismäßig komplizierte Regelung des der Vorwärmzone zugeführten zusätzlichen Brennstoffes vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Anlage gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 6 so auszubilden, daß auf besonders einfache Weise gewährleistet ist, daß das Gut - unabhängig vom jeweiligen Feuchtigkeitsgehalt des naßaufbereiteten Rohmateriales - mit annähernd gleichem Entsäuerungsgrad in die Brennzone eintritt, so daß ein stabiler Ofengang gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 6 gelöst.

Erfindungsgemäß wird somit Abluft des Kühlers unter Umgehung der Brenn- und Vorwärmzone der Trocknungszone zugeleitet, wobei die Menge dieser der Trocknungszone zugeführten Kühlerabluft in Abhängigkeit vom Feuchtigkeitsgehalt des der Trocknungszone zugeführten Filterkuchens so eingestellt wird, daß das Gut mit annähernd konstantem Entsäuerungsgrad in die Brennzone gelangt.

Die Ofenanlage wird auf diese Weise mit einem konstanten Entsäuerungsgrad (Vorcalcinationsrate) betrieben. Die in Abhängigkeit von dem schwankenden Feuchtigkeitsgehalt des Filterkuchens notwendigen Änderungen der Wärmezufuhr in der Trocknungszone werden durch Einstellung der der Trocknungszone zugeführten Kühlerabluftmenge vorgenommen. Auf diese Weise wird ein besonders stabiler Ofengang gewährleistet.

Die erfindungsgemäße Verwendung von Kühlerabluft in der Trocknungszone hat ferner den Vorteil, daß die Feuchtigkeit des Aufgabegutes in der Trocknungszone weiter erhöht oder der Wärmeverbrauch bei gegebener Feuchtigkeit des Rohmateriales weiter gesenkt werden kann.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Zeichnung schematisch veranschaulicht.

Die Anlage enthält eine nicht dargestellte Filtrationseinrichtung zur mechanischen Entwässerung des naß aufbereiteten Rohmateriales, weiterhin eine Einrichtung zur Trocknung und Zerkleinerung des Filterkuchens. Die Trocknungseinrichtung besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Schachttrockner 1 und die Zerkleinerungseinrichtung aus einer Einwellen-Hammermühle 2, die an das untere Ende des Schachttrockners 1 angeschlossen ist. Der Schachttrockner 1 führt zu einem Abscheider 3, dem ein Elektroentstauber 4 nachgeschaltet ist.

Die Hammermühle 2 ist an die Abgasleitung 5 eines zweistufigen Zyklonvorwärmers 6 angeschlossen, der aus den Zyklonen 7, 8, 9 und 10 besteht.

In der von einem Drehrohrofen 11 zu den Zyklonen 7, 8 der ersten Stufe des Zyklonenvorwärmers 6 führenden Steigleitung 12 sind Brenner 13, 14 zur Zuführung von zusätzlichem Brennstoff vorgesehen.

Der durch einen Brenner 16 beheizte Drehrohrofen 11 ist an seinem Austragsende mit einem separaten Kühler 15 verbunden.

Eine Kühlerabluftleitung 25, in der ein als Klappe 26 ausgebildetes Einstellorgen vorgesehen ist, führt vom Kühler 15 zur Hammermühle 2. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel mündet diese Kühlerabluftleitung 25 in die Abgasleitung 5 des Zyklonvorwärmers 6 kurz vor der Hammermühle 2 ein; es ist jedoch auch möglich, einen gesonderten Anschluß der Kühlerabluftleitung 25 an die Hammermühle 2 vorzusehen.

Der Drehrohrofen 11 ist als kurzer Drehrohrofen ausgebildet. Das Verhältnis von Länge L zu Durchmesser D liegt zwischen 12 und 17. Die spezifische Durchsatzmenge pro Volumeneinheit des Drehrohrofens liegt zweckmäßig zwischen 1,5 und 2,5 tato/m³.

Vom Kühler 15 führt eine Tertiärluftleitung 30 zu den Brennern 13, 14 des Zyklonvorwärmers 6. Zur Einstellung der Tertiärluftmenge dient eine Klappe 31.

An den Kühler 15 schließt sich eine Entstaubungseinrichtung 32 an. Überschußluft wird über diese Entstaubungseinrichtung 32 mittels eines Ventilators 33 abgeführt.

Die Gastemperatur im Schachttrockner 1 wird mittels einer Temperaturmeßeinrichtung 28 bestimmt. Der Temperaturmeßwert wird einem Stellorgan 29 zugeführt, das die Stellung der in der Kühlerabluftleitung 25 vorgesehenen Klappe 26 beeinflußt.

Zwischen dem Abscheider 3 und dem Zyklonvorwärmer 6 ist eine Fördereinrichtung 27 vorgesehen.

Die Funktion der dargestellten Anlage ist wie folgt:

Der Drehrohrofen 11 wird in üblicher Weise an seinem Austragsende mittels des Brenners 16 beheizt. Er erhält Sekundärluft vom Kühler 15. Die für die Brenner 13, 14 im Zyklonvorwärmer 6 erforderliche Sekundärluft wird über die Tertiärluftleitung 30 zugeführt.

Die Abgase des Drehrohrofens 11 werden in der Steigleitung 12 durch die Brenner 13 und 14 weiter aufgeheizt. Sie durchsetzen nacheinander die beiden Stufen des zweistufigen Zyklonvorwärmers 6 und gelangen dann über die Abgasleitung 5 zur Hammermühle 2 und zum Schachttrockner 1. Eine Entstaubung der Abgase erfolgt im Elektro-Entstauber 4.

Eine mittels der Klappe 26 einstellbare Menge von Kühlerabluft wird vom Kühler 15 über die Kühlerabluftleitung 25 unter Umgehung des Drehrohrofens 11 und des Zyklonvorwärmers 6, der Hammermühle 2 und dem Schachttrockner 1 zugeführt.

Der durch mechanische Entwässerung erzeugte Filterkuchen wird der Hammermühle 2 aufgegeben (Pfeil 17). In der Hammermühle 2 wird der Filterkuchen durch die über die Abgasleitung 5 und die Kühlerabluftleitung 25 zugeführten heißen Gase getrocknet und zerkleinert. Eine Nachtrocknung erfolgt im Schachttrockner 1, durch den das genügend getrocknete und zerkleinerte Rohmaterial mittels der heißen Gase zum Abscheider 3 gefördert wird.

Vom Abscheider 3 gelangt das Rohmaterial über die Fördereinrichtung 27 zum Zyklonvorwärmer 6, wo es den Gasleitungen 18, 19 (die die Zyklone 7 und 9 bzw. 8 und 10 miteinander verbinden) aufgegeben wird (Pfeile 20, 21).

Das in den Zyklonen 9 und 10 abgeschiedene Gut wird in die Steigleitung 12 eingeführt und hier durch die mittels der Brenner 13, 14 aufgeheizten heißen Abgase hoch erhitzt bzw. teilweise entsäuert.

Das in den Zyklonen 7 und 8 anschließend abgeschiedene Gut gelangt in den Drehrohrofen 11 (Pfeile 22, 23), wird dort zu Klinker gebrannt und im Kühler 15 gekühlt.

Der zusätzliche Brennstoff, der über die Brenner 13, 14 dem Zyklonvorwärmer 6 zugeführt wird, dient zur weiteren Erhitzung und teilweisen Entsäuerung des vorgewärmten Gutes sowie zur weiteren Aufheizung der Abgase im Hinblick auf die erforderliche Trocknung des Filterkuchens.

Die Menge der über die Kühlerabluftleitung 25 der Trocknungszone (Schachttrockner 1 mit Hammermühle 2) zugeführten Kühlerabluft wird in Abhängigkeit vom Feuchtigkeitsgehalt des Filterkuchens so eingestellt, daß das Gut mit annähernd konstantem Entsäuerungsgrad in die Brennzone, d. h. in den Drehrohrofen 11, gelangt.

Zu diesem Zweck wird beispielsweise mittels der Temperaturmeßeinrichtung 28 die Temperatur der Heißgase im Schachttrockner 1 gemessen und in Abhängigkeit von diesem Temperaturmeßwert über das Stellorgan 29 die Klappe 26 in der Kühlerabluftleitung 25 eingestellt.

Zweckmäßig wird die Menge der der Trocknungszone über die Kühlerabluftleitung 25 zugeführten Kühlerabluft - unter Berücksichtigung des der Vorwärmzone (über die Brenner 13, 14) zugeführten zusätzlichen Brennstoffes - so bemessen, daß der Filterkuchen in der Trocknungszone auf einen Feuchtigkeitsgehalt von maximal 2%, vorzugsweise maximal 1%, getrocknet wird.

Die Abgase des Zyklonvorwärmers 6 besitzen zweckmäßig eine Temperatur von wenigstens 600°C.

Die Erfindung sei weiterhin anhand eines Beispieles näher erläutert:

Beispiel

Ein nach dem Naßverfahren arbeitendes bestehendes Zementwerk soll auf ein energiesparenderes Verfahren umgebaut werden. Da hierbei minimale Investitionskosten anfallen sollen, wird die bestehende Naßaufbereitung beibehalten. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Umbau wie folgt vorgenommen:

Ausgehend von den bestehenden Naßmühlen und Schlammbehältern wird der Schlamm in kontinuierlich arbeitenden Filtern, z. B. Bandfiltern, kontinuierlich entwässert. Dabei schwankt die Feuchtigkeit je nach Materialbeschaffenheit zwischen 18 und 23%. Durch entsprechend große Auslegung der Filter bzw. durch den Einbau von stand-by-Filtern ist es möglich, daß nach den Filtern kein zusätzlicher Bevorratungsbehälter für Filterkuchen installiert werden muß.

Der so vorgetrocknete Schlamm wird kontinuierlich einem Trockner, beispielsweise einem Steigrohrtrockner, zugeführt. Aufgrund von Materialschwankungen und unterschiedlicher Entwässerung der Filter schwankt die Feuchtigkeit der Filterkuchenaufgabe in den Steigrohrtrockner beispielsweise zwischen 18% (minimal) und 23% (maximal). Die Endtemperatur der Gase nach dem Steigrohrtrockner sollte zur Vermeidung von Taupunktproblemen nicht unter 110°C sinken. Der Steigrohrtrockner erhält deshalb einerseits Ofenabgase von ca. 580°C und wird andererseits über eine gesonderte Leitung mit dem Kühler verbunden. Über diese Leitung werden ca. 350 bis 400°C heiße Gase abgesaugt. Für einen konstanten Betrieb der Anlage soll die Brennstoffmenge im Ofensystem konstant gehalten werden. Schwankungen der benötigten Wärmemenge (bedingt durch die unterschiedliche Feuchtigkeit des Filterkuchens) werden daher durch die vom Kühler dem Steigrohrtrockner zugeführte zusätzliche Heißluftmenge ausgeglichen (hierbei bleiben die dem Drehrohrofen 11 zugeführte Sekundärluftmenge und die den Brennern 13, 14 zugeführte Tertiärluftmenge konstant; die dem Steigrohrtrockner zugeführte Kühlerabluftmenge wird aus der sonst zu entstaubenden Überschußluft des Kühlers entnommen). Verfahrenstechnisch erfolgt dies zweckmäßig so, daß die Temperatur der Heißgase am oberen Ende des Steigrohrtrockners gemessen und in Abhängigkeit hiervon die Klappenstellung in der vom Kühler zum Steigrohrtrockner führenden Kühlerabluftleitung gesteuert wird.

Das im Steigrohrtrockner getrocknete Gut wird über einen Abscheidezyklon einem zweistufigen Vorwärmer aufgegeben. Hier wird das Material weiter vorgewärmt und anschließend einem Calcinator aufgegeben. An dieser Stelle wird Brennstoff zugeführt, um das Material so weit zu entsäuern, daß aus dem entsäuerten Rohmaterial in einem anschließend durchlaufenen, kurzen Drehrohrofen eine Klinkermineralienbildung erfolgen kann. Dabei werden im Vorcalcinator ca. 30% der eingebrachten Brennstoffmenge umgesetzt. Durch die hohe Vorentsäuerung des Materiales kann der Ofen als Kurzofen mit einem Längen-Durchmesser-Verhältnis von ca. 15 ausgebildet werden. Für eine Kapazität von beispielsweise 700 t/d Klinker würde die Ofengröße 50×3,4 m betragen.

Bei einer solchen Anlage ergeben sich die nachstehenden Wärmebilanzen für die Ofenanlage und den Trockner, wobei ein Feuchtigkeitsgehalt des Filterkuchens von 21% angenommen ist (bei einem größeren Feuchtigkeitsgehalt wird dem Trockner Kühlerabluft zugeführt).

1. Wärmebilanz der Gesamtanlage (einschließlich Trockner)


2. Wärmebilanz des Trockners


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Herstellung von Zementklinker nach dem Halbnaßverfahren, wobei
    1. a) das naß aufbereitete Rohmaterial durch mechanische Filtration entwässert wird,
    2. b) der hierdurch erzeugte Filterkuchen in einer Trocknungszone mittels eines heißen Gasstromes getrocknet und in einer Zerkleinerungsstufe zerkleinert wird,
    3. c) das getrocknete und zerkleinerte Gut in einer zweistufigen Vorwärmzone mit den Abgasen einer Brennzone erhitzt sowie durch zusätzlichen Brennstoff entsäuert wird,
    4. d) dann in einer Brennzone unter Umwälzen zu Klinker gebrannt,
    5. e) und schließlich in einer Kühlzone mittels eines Luftstromes gekühlt wird,
  2. gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    1. f) erhitzte Abluft aus dem Kühler wird unter Umgehung der Brenn- und Vorwärmzone der Trocknungszone zugeleitet;
    2. g) die Menge dieser der Trocknungszone zugeleiteten Kühlerabluft wird in Abhängigkeit vom Feuchtigkeitsgehalt des der Trocknungszone zugeführten Filterkuchens sowie mit Hilfe von Meß- und Stelleinrichtungen im Sinne eines annähernd konstanten Entsäuerungsgrades für das Brennzonen-Aufgabegut eingestellt.
  3. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Brennzone kurzer Länge Verwendung findet.
  4. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L) und der Durchmesser (D) der Brennzone so bemessen werden, daß das Verhältnis L/D zwischen 12 und 17 liegt.
  5. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchsatzmenge und das Volumen der Brennzone so bemessen werden, daß sich eine spezifische Durchsatzmenge pro Volumeneinheit der Brennzone zwischen 1,5 und 2,5 tato/m³ ergibt.
  6. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der der Trocknungszone zugeführten Kühlerabluft unter Berücksichtigung des der Vorwärmzone zugeführten zusätzlichen Brennstoffes so bemessen wird, daß der Filterkuchen in der Trocknungszone auf einen Feuchtigkeitsgehalt von maximal 2%, vorzugsweise maximal 1%, getrocknet wird.
  7. 6. Anlage zur Herstellung von Zementklinker nach dem Halbnaßverfahren, enthaltend
    1. a) eine Filtrationseinrichtung zur mechanischen Entwässerung des naß aufbereiteten Rohmateriales,
    2. b) eine von einem Heißgasstrom durchsetzte Einrichtung (1, 2) zur Trocknung und Zerkleinerung des Filterkuchens,
    3. c) einen zweistufigen Zyklonvorwärmer (6) zur Erhitzung des getrockneten und zerkleinerten Gutes mit den Abgasen eines Drehrohrofens (11) sowie zur Entsäuerung des Gutes mit zusätzlichem Brennstoff,
    4. d) einen Drehrohrofen (11), in dem das erhitzte Gut zu Klinker gebrannt wird,
    5. e) einen Kühler zur Kühlung des gebrannten Gutes mittels eines Kühlluftstromes,
  8. gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    1. f) der Kühler (15) ist mit der Einrichtung (1, 2) zur Trocknung und Zerkleinerung des Filterkuchens über eine den Drehrohrofen (11) und den Vorwärmer (6) umgehende Kühlerabluftleitung (25) verbunden;
    2. g) in der Kühlerabluftleitung (25) ist ein Einstellorgan (Klappe 26) vorgesehen, das in Abhängigkeit vom Feuchtigkeitsgehalt des der Trocknungs- und Zerkleinerungseinrichtung (1, 2) zugeführten Filterkuchens über Meß- und Stelleinrichtungen (28, 29) einstellbar ist.
  9. 7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein kurzer Drehrohrofen (11) vorgesehen ist, bei dem das Verhältnis von Länge (L) zu Durchmesser (D) zwischen 12 und 17 liegt und/oder dessen spezifische Durchsatzmenge pro Volumeneinheit des Drehrohrofens zwischen 1,5 und 2,5 tato/m³ liegt.
  10. 8. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Trocknung des Filterkuchens durch einen Schachttrockner (1) und die Einrichtung zur Zerkleinerung des Filterkuchens durch eine an das untere Ende des Schachttrockners angeschlossene Einwellen-Hammermühle (2) gebildet wird.






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