METHOD AND APPARATUS FOR THE HEAT TREATMENT OF FINE-GRAINED MATERIAL, PARTICULARLY OF CEMENTITIOUS MATERIAL

Abstract: 1. Method of heat treating fine-grain material, in particular cement raw material, using a multistage cyclone preheater through which the exhaust gases of a rotary tubular kiln pass, high-sulphur-content fuel being introduced into a precalcination zone disposed in the lowermost region of the cyclone preheater and the entire combustion air required in the precalcination zone being supplied by the rotary tubular kiln, characterised in that the kiln exhaust gases are dedusted before entry into the precalcination zone at exhaust gas temperature and at least a portion of the dust precipitating is discarded.

Description: Verfahren zur Wärmebehanilung von feinkörnigem Gut Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, insbesondere von Zementrohmaterial, unter Verwendung eines von den Abgasen eines Drehrohrofens durchströmten mehrstufigen Zyklonvorwärmers, wobei in eine im untersten Bereich des Zyklonvorwärmers befindliche Vorkalzinationszone hochschwefelhaltiger Brennstoff eingeführt und die gesamte in der Vorkalzinationszone benötigte Verbrennungsluft durch den Drehrohrofen zugeführt wird. Um bei der Zementherstellung den für das Fertigbrennen benötigten Drehrohrofen kleiner dimensionieren und dadurch die Anlagenkosten verringern zu können, ist es bekannt, die Vorwärmung und Vorerhitzung des Gutes vor Aufgabe in den Drehrohrofen nicht ausschliesslich mit den Ofenabgasen durchzuführen, sondern in die heisseste Zone des Vorwärmers zusätzlichen Brennstoff einzuführen. In dieser sog. Vorkalzinationszone wird das Rohmaterial weitgehend kalziniert, wodurch der Drehrohrofen vom grössten Teil dieses endothermen Prozesses entlastet wird. Bei der Weiterentwicklung dieses Vorkalzinationsverfahrens ist man nun in den letzten Jahren im Hinblick auf die steigenden Energiekosten zunehmend dazu übergegangen, im Bereich der Vorkal zinationszone auch minderwertige bzw. AbLall- brennstoffe einzusetzen, beispielsweise ölschiefer, Bleicherde, Säureharz. Dabei hat sich allerdings herausgestellt, dass die Menge der einzusetzenden minderwertigen Brennstoffe durch ihre chemische Zusammensetzung, insbesondere durch einen hohen Schwefelgehalt, stark begrenzt ist. Ein Teil des bei der Verbrennung hochschwefelhaltiger Brennstoffe entstehenden Schwefeldioxids setzt sich in der Sinterzone des Drehrohrofens mit den dort verdampften Alkalien zu Alkalisulfat um. Ein weiterer Teil des Schwefedioxids, das in diesen Reaktionen nicht gebunden wird, kann im Vorwärmer bei Temperaturen von etwa 500 bis 10000C mit CaO bzw. CaC03 zu CaS04 reagieren. Gelangen dann diese vom Rohmehl aufgenommenen Schwefelverbindungen wieder in die Sinter zone des Drehrohrofens, so werden sie dort teilweise erneut verdampft. Auf diese Weise entsteht im Ofen Vorwärmer-System ein Schwefelkreislauf, dessen Schwefelkonzentration ein Vielfaches der Eingangskonzentration ist. Er führt bei Verwendung schwefelreicher Rohmaterialien und Brennstoffe leicht zu überaus störenden Anbackungen und Verstopfungen im Vorwärmer, da eutektische Verbindungen mit niedrigem Schmelzpunkt gebildet werden. Um diesen störenden Schwefelkreislauf zu verringern, ist es bei Brennverfahren ohne Vorkalzination des Rohmateriales bekannt, einen Teil der Ofenabgase vor Einleitung in den Vorwärmer abzuzweigen, mit Frischluft oder Wasser zu kühlen und auf diese Weise die störenden Alkali- und Schwefelverbindungen auszukondensieren (DE-OS 21 61 411, DE-AS 22 55 068, DE-OS 23 45 758). Der abgezweigte und von den Alkali- und Schwefelverbindungen weitgehend befreite Teilgasstrom wird dann entweder verworfen oder einer Vorwärmstufe mit entsprechend niedrigerem Temperaturniveau zugeführt. Es ist weiterhin bekannt, bei einem Verfahren ohne Vorkalzination des Rohmateriales den gesamten Ofenabgasstrom zunächst zu entstauben, den abgeschiedenen Staub sogleich in den Drehrohrofen zurückzuführen, dann zwecks Kondensation der gasförmigen Alkaliverbindungen einen feinkörnigen kalten Feststoff in den entstaubten Ofenabgasstrom einzuführen und anschliessend diesen Feststoff mit den darauf niedergeschlagenen Alkaliverbindungen abzuscheiden und aus dem System zu entfernen (DE-AS 14 71 371). Schliesslich ist es bei einem Verfahren mit Vorkalzination des Gutes bekannt, die Abgase des Drehrohrofens zwecks Kondensation der in ihnen enthaltenen flüchtigen Stoffe mit kühler Luft abzukühlen, die hierbei kondensierenden flüchtigen Stoffe mit dem Ofenstaub, an dem sie sich anlagern, abzuscheiden und dann das Gemisch von Ofenabgasen und kühler Luft der Vorkalzinationszone als Verbrennungsluft zuzuführen (DE-AS 23 56 740). All diese vorstehend geschilderten bekannten Verfahren sind mit dem wesentlichen Nachteil eines hohen spezifischen Wärmeverbrauches behaftet. Die Abkühlung der heissen Ofenabgase mittels Frischluft, kühler Luft oder Wasser ist zwar zur Kondensation der Alkaliverbindungen notwendig, bringt jedoch eine ganz erhebliche Abwertung der hochwertigen Abgaswärme mit sich und verschlechtert damit beträchtlich den Wirkungsgrad der Vorwärmung bzw. der Vorkalzination des Gutes. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieser Nachteile ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, dass sich unter Beibehaltung der grundsätzlichen Vorzüge der Vorkalzination auch bei Einsatz von hochschwefelhaltigem Brennstoff eine wesentliche Entlastung des Schwefelkreislaufs bei geringem Energiebedarf (niedrigem Wärmeverbrauch) ergibt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Ofenabgase vor Eintritt in die Vorkalzinationszone bei Abgastemperatur entstaubt werden und mindestens ein Teil des anfallenden Staubes verworfen wird. Der Erfindung liegt folgende Erkenntnis zugrunde: Wird die gesamte in der Vorkalzinationszone benötigte Verbrennungsluft durch den Drehrohrofen zugeführt, so ist die Temperatur der Ofenabgase wegen des notwendigen Sauerstoffüberschusses der Ofenabgase deutlich niedriger als bei einem Verfahren ohne Vorkalzination oder als bei einem Vorkalzinationsverfahren unter Verwendung von Kühlerluft. Bei dieser etwas niedrigeren Ofenabgastemperatur liegen nun - wie umfangreiche Versuche bestätigten - die Schwefelverbindungen schon weitgehend als an den Ofenstaub gebundener Feststoff vor, so dass ihre Entfernung aus dem System durch Entstaubung der Ofenabgase möglich ist, ohne dass die Ofenabgase vor dieser Entstaubung abgekühlt werden müssten. Dadurch treten die Ofenabgase mit einem hohen Wärmegehalt in die Vorkalzinationszone ein, was zu einem ausgezeichneten Wirkungsgrad des erfindungsgemässen Verfahrens führt. Der mit dem hochschwefelhaltigen Brennstoff in die Vorkalzinationszone eingebrachte Schwefel reagiert hier fast vollständig mit CaO bzw. CaC03 zu CaSO4 und gelangt mit dem Rohmehl in den Drehrohrofen, wo in der Sinterzone eine Zersetzung (S02-Abspaltung) erfolgt. Das SO2 wird mit dem Ofengas wieder in Richtung zum Vorwärmer transportiert, wobei es im weniger heissen Temperaturbereich des Drehrohrofens mit dem Ofens tau unter Bildung von CaSO4 reagiert. Durch Abscheidung des Staubes aus den Ofenabgasen und vollständige oder teilweise Verwerfung des Staubes werden die Schwefeleinnahmen des Vorwärmers wesentlich gemindert. Dadurch verringert sich der Gehalt an Schmelzphase und die Gefahr einer Ansatzbildung. Es ist auf diese Weise möglich, bei absoluter Betriebssicherheit des Verfahrens hochschwefelhaltige Brennstoffe in grossen Mengen für die Vorkalzination einzusetzen und gleichzeitig einen sehr guten Wirkungsgrad des Verfahrens (d.h. einen niedrigen spezifischen Wärmeverbrauch) zu erzielen. In Fig. 1 ist eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens schematisch veranschaulicht. Sie enthält einen mehrstufigen Zyklonvorwärmer 1, einen Abscheider 2 sowie einen Drehrohrofen 3. Der Zyklonvorwärmer 1 besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus vier übereinander angeordneten Zyklonstufen 4, 5, 6, 7, die in üblicher Weise durch ihre Gas- und Gutleitungen miteinander verbunden sind. Der Drehrohrofen 3 steht über seine Abgasleitung 8 mit dem Abscheider 2 in Verbindung, dessen Abgasleitung 9 die Vorkalzinationszone bildet. Brennstoff wird der Anlage einerseits im Bereich des Drehrohrofens 3 (und zwar am nicht dargestellten Austragsende des Drehrohrofens) zugesetzt und andererseits (bei 10) in der von der Abgasleitung 9 gebildeten Vorkalzinationszone. Das Gut wird am oberen Ende des Zyklonvorwärmers 1 (bei 11) aufgegeben. Es durchwandert in bekannter Weise im Gegenstrom zu den heissen Gasen nacheinander die Zyklonstufen 7, 6 und 5, gelangt dann (bei 12) in die Vorkalzinationszone und wird nach Abscheidung im Zyklon 4 über eine Gutleitung 13 in den Drehrohrofen 3 eingetragen. Die Ofenabgase werden über die Abgas leitung 8 zunächst in den Abscheider 2 eingeführt, wo ein grosser Anteil des in den Ofenabgasen enthaltenen Staubes mit dem daran gebundenen SO2 abgeschieden wird. Ein wählbarer Teil des abgeschiedenen Staubes wird verworfen (Pfeil 14), der Rest (Pfeil 15) gelangt mit dem in der Zyklonstufe 4 abgeschiedenen Rohmaterial in den Drehrohrofen 3. Die Erfindung sei weiterhin anhand eines Zahlenbeispieles näher erläutert. Die Anlage arbeitet mit zwei Brennstoffen: In der Hauptfeuerung (Drehrohrofen) wird Heizöl (Heizwert 9800 kcal/kg, Schwefelgehalt 28) eingesetzt und in der Zweitfeuerung (Vorkalzinationszone) schwefelreiches Säureharz (Heizwert 3400 kcal/kg, Schwefelgehalt 17%). Daraus ergibt sich folgender Wärmehaushalt der Anlage, wenn 0,15 kg Staub/kg Klinker verworfen werden: Wärmeeinnahmen: Brennstoff 933 kcal/kg Kl Material 16 " gesamt 949 kcal/kg Kl Wärmeausgaben: Theoretische Wärme 483 kcal/kg K1 Kühlerverluste 113 Mantelverluste 60 Bypassstaubverluste 35 Abgasstaubverluste 8 " n Abgasverluste 222 Unbest. Rest 28 gesamt 949 kcal/kg Kl Die Temperaturen und Mengenströme in der Anlage sind dabei wie folgt: Rohmaterial-Aufgabemenge 1,76 kg/kg Kl Verworfene Staubmenge 0,15 kg/kg Kl Temperatur des verworfenen Staubes 9400C Menge des in den Ofen zurückgeführten Staubes 0,35 kg/kg Kl Brennstoff öl 533 kcal/kg Kl Brennstoff Säureharz 400 kcal/kg Kl Abgasmenge des Vorwärmers 1,72 Nm3/kg Kl Abgas temperatur (Austritt aus Vorwärmer) 3800C Abgastemperatur im Abscheider (vor der Vorkalzinationszone) 9600C Abgastemperatur im untersten Zyklon des Vorwärmers 880"C Temperatur des dem Drehrohrofen zugeführten Gutes 8600C Dadurch, dass 0,15 kg Ofenstaub/kg Klinker verworfen werden, wird die Schwefelbelastung des Vorwärmers stark reduziert und ein störungsfreier Betrieb erreicht. Der Schwefelgehalt im Staub beträgt 17% SO3. Es ergibt sich folgende Schwefelbilanz: Schwefeleinnahmen: Säureharz (400 kcal/kg Kl) 50,00 g SO3/kg Kl öl (533 kcal/kg Kl) 2,77 Rohmaterial 10,00 Gesamt 62,77 g SO3/kg Kl Schwefelausgaben: Klinker 18,18 g SO3/kg Kl verworfener Staub 36,89 Abgas 7,70 Gesamt 62,77 g SO3/kg Kl Bei einer Verwerfung von 0,15 kg Staub pro kg Klinker ergibt sich in der Anlage eine Kreislauf-Konzentration von 75,91 g SO3/kg Kl. Fig.2 zeigt den SO3-Gehalt im Kreislauf und im Klinker jeweils in Abhängigkeit von der Menge des verworfenen Staubes. Man erkennt die bereits durch eine Teilstaubverwerfung erreichte wesentliche Verbesserung.

Claims: Patentansprüche: 1. Verfahren zur Wärmebehandlung von feinkörnigem Gut, insbesondere von Zementrohmaterial, unter Verwendung eines von den Abgasen eines Drehrohr ofens durchströmten mehrstufigen Zyklonvorwär mers, wobei in eine im untersten Bereich des Zyklonvorwärmers befindliche Vorkalzinations zone hochschwefelhaltiger Brennstoff eingeführt und die gesamte in der Vorkalzinationszone be nötigte Verbrennungsluft durch den Drehrohr ofen zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ofenabgase vor Eintritt in die Vorkal zinationszone bei Abgastemperatur entstaubt wer den und mindestens ein Teil des anfallenden Staubes verworfen wird. 2. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Drehrohrofen (3) und dem untersten Zyklon (4) des mehrstufigen Zyklonvorwärmers (1) ein Abscheidezyklon (2) angeordnet ist, dessen zum untersten Zyklon (4) des Vorwärmers (1) führen de Abgasleitung (9) die Vorkalzinationszone bildet.

Inventors: KORTE, BERND, KRAEFT, WILFRIED
Applicants: KRUPP POLYSIUS AG
Application year: 1980
Main classification: C04B7
IPC codes: C04B7