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. Verfahren zur Herstellung von Zementklinker nach
dem Halbnaßverfahren, wobei
a) das naß aufbereitete Rohmaterial durch mechanische
Filtration entwässert wird,
b) der hierdurch erzeugte Filterkuchen in einer
Trocknungszone mittels eines heißen Gasstromes
getrocknet und in einer Zerkleinerungsstufe
zerkleinert wird,
c) das getrocknete und zerkleinerte Gut in einer
zweistufigen Vorwärmzone mit den Abgasen einer
Brennzone erhitzt sowie durch zusätzlichen
Brennstoff entsäuert wird,
d) dann in einer Brennzone unter Umwälzen zu
Klinker gebrannt,
e) und schließlich in einer Kühlzone mittels eines
Luftstromes gekühlt wird,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
f) erhitzte Abluft aus dem Kühler wird unter Umgehung
der Brenn- und Vorwärmzone der
Trocknungszone zugeleitet;
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.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Brennzone kurzer Länge Verwendung
findet.
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.
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.
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.
6. Anlage zur Herstellung von Zementklinker nach dem
Halbnaßverfahren, enthaltend
a) eine Filtrationseinrichtung zur mechanischen Entwässerung
des naß aufbereiteten Rohmateriales,
b) eine von einem Heißgasstrom durchsetzte Einrichtung
(1, 2) zur Trocknung und Zerkleinerung des
Filterkuchens,
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,
d) einen Drehrohrofen (11), in dem das erhitzte Gut
zu Klinker gebrannt wird,
e) einen Kühler zur Kühlung des gebrannten Gutes
mittels eines Kühlluftstromes,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
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;
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.
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.
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.