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Verfahren zur Erhöhung des Rekuperationsgrades in Rostkühlern - Dokument DE10019971A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10019971A1 10.01.2002
Titel Verfahren zur Erhöhung des Rekuperationsgrades in Rostkühlern
Anmelder Suer, Ulrich, Dipl.-Ing. (FH), 31547 Rehburg-Loccum, DE
Erfinder Suer, Ulrich, Dipl.-Ing. (FH), 31547 Rehburg-Loccum, DE
DE-Anmeldedatum 24.04.2000
DE-Aktenzeichen 10019971
Offenlegungstag 10.01.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.01.2002
IPC-Hauptklasse F27D 23/00
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung des Rekuperationsgrades und zur Verminderung des Energiebedarfs bei Rostkühlern. Die Ventile die einem Stellantrieb zugeordnet sind, sind hierbei im Wesentlichen in Transportrichtung angeordnet.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Rostkühler der im Oberbegriff des Patentanspruch 1 genannten Art.

Um gute Rekuperationsgrade zu erwirken ist es notwendig, daß das behandelnde Gas möglichst gezielt die Rostfläche und den zu behandelnden Zementklinker durchströmt. Um den Gasvolumenstrom der die Rostfläche und das Zementklinkerbett durchströmt zu beeinflussen, sind nachfolgend aufgeführte Verfahren bekannt.

Durch eine Erhöhung des Rostwiderstandes wird eine Vergleichmäßigung des Gasvolumenstroms erreicht. Eine gezielte Dosierung des Gasvolumenstroms ist mit diesem System nicht möglich.

Bekannt ist die sogenannte Luftbalkentechnik (siehe z. B. DE 33 32 592), bei der der Rostträger nach Art eines Luftkanals ausgeführt ist. Die Rostplatten sind bei diesem System so geformt, daß die Luft nur durch die Gasaustrittsöffnungen in den Zementklinker entweichen kann. Der Gasvolumenstrom wird durch Variation des Gasdruckes im Luftbalken gesteuert. Die Lufbalken müssen aufgrund anderer Randbedingungen, quer zur Förderrichtung angeordnet sein, so daß auch die Variation des Gasvolumenstroms quer zur Förderrichtung erfolgt. Es wird immer nur bei einer Rostreihe der Gasvolumenstrom variiert.

Eine Weiterentwicklung stellt die Integration eines oder mehrerer verstellbarer Gitteranordnungen in den Luftbalken (siehe DE 196 33 969) dar. Diese Gitteranordnung befindet sich in der Regel zwischen Luftbalken und den jeweiligen Rostplatten. Durch Verschieben der Gitteranordnung wird der freie Strömungsquerschnitt verändert und das Gasvolumen variiert. Die Variation des Gasvolumens erfolgt quer zur Förderrichtung. Es sind verhältnismäßig viele Stellantriebe nötig, so daß man diese Technik meistens nur im Einlaufbereich des Rostkühlers anwendet. Das Gasvolumen kann immer nur innerhalb einer oder einer halben Rostreihe variiert werden.

Es sind Anwendungen bekannt, bei denen mehrere Luftbalken an Gaskanäle angeschlossen sind. Zwischen dem Gaskanal und dem Luftbalken befinden sich Drosselklappen. Mit diesen Drosselklappen kann der Druck in den quer zur Förderrichtung angeordneten Luftbalken variiert werden. Dies Verfahren wird häufig im Einlaufbereich angewendet. Die Variation des Gasvolumenstroms erfolgt in mehr oder weniger großen Rostbereichen. Bekannt sind auch Lösungen, bei denen die Luftbalken in der Mitte abgetrennt sind und die Luftbalken von zwei Luftkanälen mit Gas versorgt werden. Mit diesen Systemen ist es möglich das Gasvolumen für die Rostbereiche, die von den entsprechenden Gaskanälen versorgt werden, zu variieren.

Bei den bekannten direkt belüfteten Rostplatten werden einzelne Rostplatten über Gaskanäle mit den Ventilatoren verbunden. Die Variation des Gasvolumens erfolgt über Drosselklappen und/oder über die Änderung der Ventilatorendrehzahl. Dies Verfahren ist aufwendig, so daß meistens nur Teilbereiche des Rostkühlers mit direkt belüfteten Rostplatten ausgerüstet werden.

Neuere Rostkühler verfügen über aerodynamische gesteuerte Ventile. Diese Ventile befinden sich unter den Rostplatten. Der freie Strömungsquerschnitt ist bei diesem Verfahren abhängig vom Gasvolumenstrom. Bei sich ändernden Strömungswiderstand im Zementklinkerbett verändert sich der Strömungsquerschnitt automatisch. Eine gezielte Gasdosierung ist mit diesem System nicht möglich.

Ein weiterer Nachteil, der zuvor genannten Verfahren, zum Stand der Technik, ist die Schwierigkeit, einen geschlossenen Regelkreis aufzubauen. Es gehört zum Stand der Technik, die Zementklinkertemperatur im Rostkühler mittels Wärmebildkameras, Infrarot- Meßsystemen oder Radar zu messen. Die so ermittelten Temperaturwerte können nicht oder nur schwierig zur gezielten Dosierung der Gasbeaufschlagung herangezogen werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren nach der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art zu schaffen, welches es ermöglicht, daß behandelnde Gas mit wenig Stellorganen so zu dosieren, daß ein hoher Rekuperationsgrad bei nur geringem Energieaufwand erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß unterhalb der Rostfläche Regelventile vorgesehen sind, wobei jeweils ein Teil dieser Ventile einem Stellantrieb zugeordnet ist und die diesem Stellantrieb zugeordneten Regelventile im wesentlichen parallel zur Transportrichtung angeordnet sind. Die Ventile unterhalb der Rostfläche stellen einen veränderlichen Vorschaltwiderstand dar, welcher zu dem Rostwiderstand zu addieren ist. Bei Anordnung der Ventile eines Stellantriebes in Transportrichtung kann das Gasvolumenstrom mit wenigen Stellantrieben besser den jeweiligen Betriebsbedingungen angepaßt werden.

Ein Schnitt durch das Zementklinkerbett, quer zur Transportrichtung, ergibt große Unterschiede in der Zusammensetzung des Zementklinkers. Durch den Drehofen erfolgt eine Entmischung des Zementklinkers. Der feinkörnige Zementklinker wird auf der belasteten Seite des Ofens und der grobkörnige Zementklinker auf der unbelasteten Seite abgeworfen. Es entsteht ein bestimmtes Zementklinkerprofil bezüglich der Temperatur, Korngröße und der damit verbundenen, spezifischen Wärmekapazität. Dies Zementklinkerprofil erstreckt sich aufgrund der Transportbewegung in abgeschwächter Form durch den gesamten Rostkühler. Es entsteht ein parabelförmiger Isothermenverlauf mit dem Zentrum im Einlaufbereich. Durch die Variation des Gasvolumenstroms parallel zur Kühlertransportrichtung ist es möglich, den parabelförmigen Isothermenverlauf zu stauchen. Der Isothermenabbstand wird größer. Die Temperaturdifferenzen im Zementklinker und im behandelden Gas werden, auf eine bestimmte Fläche bezogen, kleiner als bei bekannten Verfahren. Die Vermischung von Kühlgas hoher Temperaturdifferenz verringert sich. Die Gastemperatur steigt. Es wird weniger Kühlgas und Energie benötigt.

Fig. 1 zeigt ein typisches Anwendungsbeispiel. Die Rostfläche besteht aus Rostplatten (1). Rostplatten die nebeneinander angeordnet sind bezeichnet man als Rostreihe (2). Die Anordnung von Rostplatten in Transportrichtung wird als Rostbahn (3) bezeichnet. Unter den Rostplatten (1) befinden sich Ventile (4), Drosselklappen (4) oder Schieber (4). Das behandelnde Gas strömt aus dem unteren Kühlergehäuse durch die Ventile (4) in die Rostplatten (1). Das untere Kühlergehäuse ist in Kammern (5) aufgeteilt, in denen unterschiedlicher Gasdruck herrscht. Der Kammerdruck im Einlaufbereich (6) ist am größten und nimmt zum Auslaufende (7) hin ab. Der Zementklinker wird in Transportrichtung (8) vom Einlauf (6) zum Auslaufende (7) transportiert. Die Ventile (4) einer Rostbahn (3) sind jeweils mit einem Stellantrieb (9) gekoppelt. Es ist eine Situation gezeigt, bei der alle Ventile ganz geöffnet sind. Die Isothermen (10) weisen eine schmale und lange Parabelform auf.

Fig. 2 zeigt anhand eines typischen Anwendungsbeispiels die Wirkungsweise der Variation des Gasvolumenstroms in Kühlertransportrichtung (8). Die in der Kühlermitte befindlichen Stellantriebe (11) sind so geschaltet, daß die ihnen zugeordneten Ventile ganz geöffnet sind. Die äußeren Stellantriebe (12) sind so geschaltet, daß die jeweiligen Ventile fast ganz geschlossen sind. Auf diese Weise ist es leicht möglich, die Isothermenform abzuflachen. Die Temperaturdifferenzen im Zementklinker und im behandelnden Gas werden, auf eine bestimmte Fläche bezogen, kleiner und die Gastemperatur steigt.

Fig. 3 zeigt eine besonders zweckmäßige Anwendung der Erfindung. Um den Investitionsaufwand zu reduzieren, ist nur der sogenannte Heißbereich mit dem System "Ventilansteuerung in Transportrichtung" ausgestattet.

Einen besonderen Vorteil bringt die Temperaturerfassung an verschiedenen Meßpunkten (13) im Kühler mit sich. Vorteilhafterweise sollten diese Meßpunkte (13) in einem Kühlerquerschnitt senkrecht zur Transportrichtung (8) angeordnet sein. Auf diese Weise kann ein Temperatursollwert vorgegeben werden und mit dem an den Temperaturmeßstellen (13) ermittelten Temperaturistwerten (15) verglichen werden. Eine Abweichung des Sollwertes (14) vom Istwert (15) hätte ein Nachregeln (16) des jeweiligen Stellantriebes (9) zur Folge.

Eine weitere Optimierung bringt die Verknüpfung der Meßwerte mit den Ventilatoren und den Stellantrieben mit sich. An dem Meßpunkt der höchsten Temperatur (17) werden die diesem Meßpunkt zugeordneten Ventile ganz geöffnet. Die Temperatur an diesem Meßpunkt wird über die Drehzahl der Ventilatoren geregelt. Bei zu hohen Klinkertemperaturen wird die Drehzahl der Ventilatoren erhöht, wodurch der Gasdruck im unteren Kühlergehäuse ansteigt und so mehr Gas den Zementklinker durchströmt. Bei zu niedrigen Temperaturen am Meßpunkt der höchsten Temperatur wird die Ventilatorendrehzahl reduziert.

Da die Regulation des Gasvolumens mittels Ventilen erhebliche Drosselverluste mit sich bringt, eine Regulation jedoch notwendig ist um hohe Rekuperationsgrade zu erzielen, ist das oben beschriebene Verfahren gut geeignet, bei geringen Drosselverlusten einen hohen Rekuperationsgrad zu erzielen.

Fig. 5 zeigt einen Rostkühler mit einem sogenannten statischen Einlauf. Dieser Bereich (18) besteht nur aus feststehenden Rostplatten. Unter dem Ofenauslaufende kommt es leicht zu unerwünschten Klinkeranhäufungen, den sogenannten Schneemännern. Um dieser Gefahr zu begegnen ist es zweckmäßig, diesen Teil (18) des Rostkühlers mit möglichst viel Kühlgas zu versorgen, so daß angesteuerte Ventile in diesem Bereich unzweckmäßig sind.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Einsparpotential. Es werden jeweils die Ventile zweier Rostbahnen von einem Stellantrieb angesteuert.

Fig. 7 zeigt, die Ausgestaltung der Erfindung für herkömmliche Rostkühler. Aus praktischen Erwägungen sind nur die Rostplatten der festen Rostreihen mit Ventilen versehen.

Wie Fig. 8 zeigt, ist es auch möglich, die Ventile einer Rostbahn mit dem Stellantrieb einer anderen Rostbahn zu koppeln. Die Ausrichtung der einem Stellantrieb zugeordneten Ventile in Transportrichtung bleibt jedoch im Wesentlichen erhalten.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Kühlen von Zementklinker in einem Rostkühler, bestehend aus einem Kühlergehäuse, einer Rostfläche, welche von Kühlgas durchströmt wird, Ventilen (4), Schiebern (4) oder Gitteranordnungen (4), mit welchen der Kühlgasvolumenstrom dosiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiervorrichtungen, die von einem Stellantrieb angesteuert werden, im Wesentlichen in Transportrichtung angeordnet sind.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiervorrichtungen (4) einer oder mehrerer Rostbahnen (3) durch einen Stellantrieb angesteuert werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Dosiervorrichtungen anderer Rostbahnen von einem Stellantrieb angesteuert werden, der einer oder mehreren anderen Rostbahnen zugeordnet ist.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur die festen Rostplatten mit Dosiervorrichtungen versehen sind.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teilbereich der Rostfläche mit Dosiervorrichtungen bestückt ist, die Zuordnung dieser Dosiervorrichtungen zu den Stellantrieben im Wesentlichen jedoch in Kühlertransportrichtung erfolgt.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansteuerung der Stellantriebe ein Regelkreis aufgebaut wird, bei welchem die Temperatur als Regelgröße eingeht.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur an bestimmten Meßpunkten (13) im Rostkühler ermittelt wird, um den Betriebszustand der dem jeweiligen Meßpunkten zugeordneten Dosiervorrichtungen zu regeln.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Rostkühlers ein Regelkreis aufgebaut wird, bei welchem die Temperatur als Regelgröße eingeht, und bei welchem der Regelkreis so aufgebaut ist, daß die Dosiervorichtung am Meßpunkt der höchsten Temperaturabweichung ganz geöffnet ist und an diesem Meßpunkt die Temperatur über die Drehzahl der Ventilatoren geregelt wird.






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