CH416432A - Verfahren und Einrichtung für eine fortlaufende Wärmebehandlung von Pulvermaterial, insbesondere Zementrohstoff - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
    Verfahren   und    Einrichtung   für eine fortlaufende Wärmebehandlung von Pulvermaterial,    insbesondere      Zementrohstoff   Es ist    bekannt,      dass   durch    Wärmebehandlung   von    Mineralen      ein      Material   mit neuen    technologischen      Eigenschaften      erzeugt      werden   kann, welches    in   der Natur    nicht      vorhanden   ist.

   Auf diesem Prinzip    beruht   zum Beispiel die    ganze      Zement-   und    Kalkindustrie.   Im    wesentlichen      handelt   es    sich   hierbei um eine Wärmeverarbeitung von Rohstoffen, die    überwiegend      CaCO3      enthalten,   welches bei erhöhter    Temperatur   und unter    Energiezufuhr   zu    Ca0      und   CO,    zerfällt,

        gegebenenfalls   mit    weiteren   Mineralen    neue      Verbin-      dungen      bildet.      Resultierende      Produkte      sind   dann    Ze-      mentklinker   Kalk usw. 



  Vom    Standpunkt   der    Wärmewirtschaft   aus betrachtet, kann dieser Vorgang in 4 Hauptstufen    geteilt   werden: 1.) Das Erwärmen des Rohstoffes von 0 C bis etwa 800 bis 900 . In    diesem      Wärmebereich   handelt es sich um eine    endothermlische      Reaktion,   wobei    die   verbrauchte Wärme    hauptsächlich      zwecks      Erwärmung   des    Rohstoffes   zugeführt    wird,   in    kleinerem      Mass   zwecks    Ersetzung   des    Kaolins   usw.

   Der Wärmeverbrauch    in      dieser   Stufe ist etwa 420    Kcal/kg      Klinker.   



  2.) Der    Zerfall   von    CaCO3   zu    Ca0   und    C0_,   was etwa bei $00 bis    900 C   vor sich geht. Der Wärmeverbrauch ist    etwa   450    Kcal/kg      Klinker.   



  3.) Das    Erwärmen   des Rohstoffes und das Bilden von neuen Mineralen bei Temperaturen bis 1450 C    (Mergeln)      gegebenenfalls   bis 1800 C    (Schmelzen).      In   diesem Fall    handelt   es sich um    eine      endothermische   und    exothermische      Reaktion,      wobei   der    resultierende   Wärmeverbrauch 40    Kcal/kg   von    Klinker,   bzw. 270    Kcal/kg      Schmelze   beträgt. 



  4.) Das    Kühlen   des Klinkers bzw. der    Schmelze   und    Rückgewinnung   ihrer    Wärme.   



  Es ist somit    möglich,   den ganzen    technologischen   Vorgang in mehrere Etappen zu    unterteilen.,   wobei die    jeder   Etappe zugeführte Wärme im    Intervall   verschiedener,    genau   festgelegter Temperaturen    durch   die    physikalischen   und    chemischen      Eigenschaften   des Materials    bestimmt   ist. 



  Der    heutige      Stand   der    Silikatindustrie   wird durch    zwei      Hauptverfahren   vertreten. Es    ist      dies   der    kurze      Drehofen      mit      Wärmevermittler   zum    Vorwärmen   des    Rohstoffes   in der    Zementindustrie   und der Schachtofen 'in der    Kalkindustrie.      Jedoch      nützt   keines der    erwähnten      Verfahren      alle      Möglichkeiten.   aus,

      welche   durch die natürlichen    Etappen   der    Wärmeverteilung   des technologischen    Vorganges   gegeben sind.    Im   Schachtofen verläuft der    ganze   Vorgang    meiner   Stufe, ohne    Möglichkeit,      ihn      in   den    einzelnen   Stadien zu    beeinflussen.      Im   Drehofen mit    Wärmevermittler   verläuft zwar das Vorwärmen    des      Rohstoffes   in einem    selbständigen      Element,

     die    weiteren   zwei    Etappen      verlaufen      jedoch      wieder   in einer Stufe in    direktem      Anschluss.   Die    gesamte   Wärme    wird   dem technologischen Vorgang    wieder   im    Bereich   der    höchsten   Temperatur der    d'r'itten   Stufe zugeführt, wodurch die    Ansprüche   auf die Güte des    Brennstoffes      aussteigen.   



     Dieser   Stand    ist   durch die    gegenwärtige   technologische Höhe    gegeben,   da    bisher   nicht ein    Verfahren   

 <Desc/Clms Page number 2> 

 zu    wirkungsvollerer      Meisterung   der    Wärmebehand-      lung   im Bereich des    Zerfalles   von    CaCO3      bekannt   war. 



  Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das zuvor aufgezeigte Problem    d'er      Wärmeverarbeitung   von    Pulvermaterial,   insbesondere von    Zementrohstoff,   zu lösen. 



  Demgemäss    bettifft   die    Erfindung      ein:      Verfahren   für eine fortlaufende    Wärmebehandlung   von    Pulver-      material,      insbesondere   von    Zementrohstoff,      wobei   die    natürlichen   Stadien der    Wärmeunterteilung   des technologischen    Verlaufes      ausgenützt   werden, welche aus der Vorwärme-,    Dissozi'ations-   und    Sinterungs-   bzw.

      Schmelzstufe   bestehen, und wobei für die    niedrigeren   Stufen auch    minderwertigerer      Brennstoff   verwendet    werden      kann.   



  Dieses    Verfahren      zeichnet      -sich      erfindungsgemäss   dadurch aus, dass der Pulverrohstoff in einer Anordnung    verarbeitet      wird,      welche      aus   selbständigen Funktionsstufen für    Vorwärmen,      Dissoziation   und    Sinte-      rung   bzw.

      Schmelzen   besteht, wobei jede Stufe    mit   der erforderlichen    Wärmemenge   im    günstigsten      Wärme-      intervall   versorgt werden kann, wobei    Abfallwärme   der folgenden    Stufen      ausgenützt      wird.   



  Die    Erfindung   betrifft weiterhin eine Einrichtung zur Durchführung dieses    Verfahrens,      welche   sich dadurch    auszeichnet,   dass    die      Dissoziationsstufe   aus einer    Dissoziations'kolonne   besteht,    welche      innen      eine      Isolationsverkleidung   besitzt und an    deren.      Anfang   eine    Brennkammer   vorgesehen ist,    in      welcher   sich ein Brenner mit einer    Brennstoffzufuhr   befindet, und einem    Abscheider   am Ende der Kolonne. 



  Das Wesen dieser    Erfindung   besteht    also      darin,   dass der ganze technologische Vorgang in    drei      selb-      ständige   Stufen. unterteilt wird, nämlich: 1. Die    Vorwärmstufe,   wo der Rohstoff bis auf die    Dissoziationstemperatur,   d.    h.   auf 800-900 C, erwärmt wird. 



  2. Die    Dissoziationsstufe,   wo    @es   zu keiner weiteren    wesentlichen   Temperaturerhöhung des    Rohstoffes   kommt und die zugeführte Wärme für das    Zersetzen   von    CaCO3      verwendet   wird. 



  3. Die    Sinteru@ngs-   bzw.    Schmelzstufe,   wo    'sich      schon   die    kristallinische   Struktur, des    resultierenden   Materials    bildet.   



  Diese drei Stufen. entsprechen der    Verteilung   der einzelnen Zonen, zum Beispiel von langen Zementdrehöfen    (Vorwärmezone,      Dissoziationszone   -und    Sin-      terungszone).      Während   die Anwendung    eines      Wärme-      vermittlers   für    Vorwärmung   des    Rohmaterials      be-      kanntlich   eine Verkürzung der    Drehöfen   bis auf die    Hälfte      ermöglichte   (Ersetzung der    Vorwärmezone   durch den Wärmevermittler), sowie eine Herabsetzung des    kalorischen   Aufwandes um 30-40 %,

   ermöglicht das    erfindungsgemässe      technologische      Verfahren   eine weitere    Verkürzung   um die    Diasoziationszone,      ge-      gebenenfalls   ihre    Abschaltung      und      Ersetzung      durch   eine andere, mehr    w'irtschafth@che      Anordnung.   



     In   der    Zeichnung      ist   das erfindungsgemässe Verfahren anhand von schematisch    dargestellten   Ausführungsbeispielen    einer      Einrichtung   zur    Erzeugung   von    Schmelzzementen   veranschaulicht, wobei    diese   Ausführungsbeispiele sich im wesentlichen durch die    ver-      wendete      Schmelzstufe      unterscheiden.   Es zeigen:

      Fig.   1 eine    Einrichtung   mit    einem   elektrischen    Widerstandsofen,      Fig.   2    eine      Einrichtung   mit    einer      Schmelzkammer,   welche mit    :hochwertigem   Brennstoff betrieben    wird,      und      Fig.   3 eine    Einrichtung   mit einem    Drehofen.   



  In    Fig.   1 ist das    prinzipielle   Schema des Verfahrens einer    fortlaufenden      Wärmeverarbeitung   dargestellt, wobei der technologische Vorgang der Verarbeitung von    Schmelzzementen   angegeben ist. Für die    Vorwärmestufe   ist ein    Wärmevermittler   1 beliebiger Bauart vorgesehen.

   Die    Dissoziationsstufe      besteht   aus einer    Dissoziationskolonne   2,    welche      eigentlich      ein,   mit    einer      inneren      Isolationsverkleidung      versehenes,   Rohr ist, welches    mit   einem üblichen    Abscheider   3 endet, der    glzichfalls   eine Isolationsverkleidung besitzt. Am Anfang    der      Dissoziationskolonne   2 ist eine    Verbrennungskammer   4 angeordnet, in welcher    sich   ein Brenner 5    mit   der Brennstoffzufuhr 6 befindet.

   Die dritte Stufe, d. h. die    Schmelzstufe,   wird in diesem Fall durch    einen   elektrischen    Widerstandsofen   7 gebildet. Der Zementrohstoff    wird   in    Pulverform   mittels eines Förderers    8in      den      Wärmevermittler   1 geliefert, durchquert diesen und wird fortlaufend bis auf die    Dissoziationstemperatur      erwärmt.      In      diesem      Zustand   kommt er über einen geeigneten Verschluss 9 (z.

   B. über einen Schneckenförderer oder über    Schwing-      klappen)   n die    Dissozi@atio:askofonne   2, wo er durch heisse Rauchgase    erfasst   und in    Richtung   des    Ab-      scheiders   3 mitgeführt wird.

   Auf diesem Weg kommt es zu einer intensiven Wärmevermittlung zwischen den Gasen und den Pulverteilchen, derart, dass bei geeignet    bemessener   Länge der    Dissoziation:äkolonne   2 und    richtig   gewählter    Brennstoffmenge   ein    voll'stän-      diges   Zerlegen von    CaCO3      zustandekommt,   wobei die Temperatur der Gase und des Rohstoffes praktisch    ausgeglichen   wird (sog.    gleichströmige      Wärme-      verm'ittiLl   g). Der vorgewärmte und    dissoziierte   Rohstoff kommt dann in den elektrischen Widerstandsofen 7, in welchem er auf die    Schmelztemperatur   erhitzt wird.

   Der geschmolzene Zement kommt dann in einen geeigneten Kühler 10, in    we'l'chem   er durch    einen      Luftstrom   auf die erwünschte Temperatur abgekühlt wird. Die gewonnene Wärmeenergie wird dann    mittels   der erwärmten Luft über die Leitung 11 in den    Wärmeprozess   zurückgeführt.

   Die Rauchgase aus dem    Abscheider   3    strömen   weiter in den    Wärmevermittler   1, wo sie    als   Wärmeträger bei dem schon    erwähnten   Vorwärmen des Rohstoffes dienen, und von hier über eine Rohrleitung 12 in eineng eeigneten, in    Fig.   1    nicht   gezeichneten    'Staubabscheider.   Zwecks    allfä      H@igen   Nachwärmens der    Gase   ist am Eintritt in den Wärmevermittl'er 1 ein    kleiner   Hilfsbrenner 13 vorgesehen. 



  Die    Vorteile   der Wärmewirtschaft sind bei    dieser      Anordnung   zweifellos    vorhanden;      wenn   wir in Betracht    ziehen,      dass      wir   in der    Dissoziationsstufe,   in welcher der    kalorische      Wärmeverbrauch   im ganzen 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 Vorgang der grösste ist,    praktisch   die    gesamte   Wärme der Rauchgase    ausnützen,   von deren Verbrennungstemperatur bis zur    Dissoziationstemperatur.      In   Anbetracht dessen, dass es sich um eine    einfache,   stationäre    Anordnung   handelt,

   welche leicht sehr wirksam    isoliert   werden kann, sind die Wärmeverluste in der Umgebung dieser Stufe    minimal,      ordnungsmässig   10    Kcal/kg      Klinker      bzw.      Schmelze,   so dass der Wirkungsgrad dieser Stufe    ün   Bereich der    erwähnten   Temperatur ungefähr 90 %    beträgt.   Die Ansprüche an die Güte    des   Brennstoffes sind dabei wesentlich    niedriger   als bei üblichen Rotationsöfen, weil es nicht nötig ist, in dieser    Stufeeine      Siterungstemperatur   des Rohstoffes von 1450 C zu erzielen.

      Im   nachfolgenden elektrischen Ofen entstehen schon keine weiteren Verbrennungsprodukte und    somit   kein Wärmeverlust in den Gasen, so dass die Wärmeverluste auf Vermittlungsverluste    beschränkt   bleiben, welchen man durch geeignete Isolation auch dieser stationären Anordnung gut begegnen    kann.   Die üblichen Verluste von stationären    Wärmevermirtl'em      betragen   heute 20-30    Kcal/kg   Klinker und bleiben    unverändert.   Wärmeverluste    in   die Umgebung derzeitiger moderner    Drehöfen      sind   etwa 200-300    Kcal/kg   Klinker.

   Bei der    beschriebenen   Anordnung kann    man   deren Herabsetzung unter 100    Kcall/kg      Klinker   in Betracht ziehen. 



  Im    Hinblick   auf die    Konstruktion   ist es    ersichtlich,   dass die    Anordnung      die   Möglichkeit bietet, den Drehofen zu vermeiden    und.   ihn    durch   eine einfache, stationäre Anordnung zu    ersetzen,      welche   in    Erzeugung   und    Beschaffungskosten   weniger    anspruchvoll   ist. Dabei kann auf    Grund   bisheriger    Forschungsarbeiten   erwartet werden, dass die aus der    Schmelze   gewonnenen    Zemente   eine grössere Festigkeit haben werden, als übliche Zemente, die auf übliche Art aus    Klinker   erzeugt werden. 



  Gemäss    Fig.   2    kann   das    erwähnte      Verfahren   zur Erzeugung von Schmelzzementen bei Anwendung von    fossilem      Brennstoff   hoher Güte auch ohne    Benutzung   elektrischer Energie    durchgeführt      werden.   Die Vorwärme- und    Dissozi'ationsstufe   bleibt in diesem Fall dieselbe wie im    vorangehenden.   An den unteren    Teil   der    Dissoziationskoilonne      schliesst   sich eine Schmelzkammer 14 an,

      in   deren unteren Teil ein oder mehrere    Brermer   15    münden.   Der    vorgewärmte   und dissoziierte Rohstoff wird dann aus dem    Abscheider   der    Dissoziationskolonne   direkt in die    Zuführrohrleitung   16 für den Brennstoff geliefert, durch welche er zusammen mit dem    Brennstoff   in die    Schmelzkammer   14 zugeführt wird.

   Hier werden die    einzelnen   Rohstoffteilchen    durch   die hohe Temperatur    der   Verbrennungsprodukte rasch auf die Schmelztemperatur    erhitzt,   werden    zusammen      geschmolzen      unkt      sinken   in    den      unteren      Teil   der    Schmelzkammer,   von wo sie wieder, wie im vorherigen Fall, in den    Kühler      geführt      werden.   



     Schliesslich   kann man gemäss    Fig.   3 dieses Verfahren auch zur    Erzeugung   von üblichem Zementklinker    derart   verwenden,    dass   hinter die    Dissoziations-      kolonne   ein    kurzer      Drehofen   17 eingeschaltet    Wird,   von einem Verhältnis    L/D      von      etwa   1:3 bis 1:

  6, oder aber eine andere geeignete    Sintezvorrichtung.      In      die-      sein   Fall    wird   in den    Drehofen   17 lediglich die im    Bereich   der benötigten    Temperaturen   für    das   Sintern    erforderliche   Wärme zugeführt. Rauchgase werden aus dem Drehofen 17 durch die    Rohrleitung   18    in   die    Dissoziationskolonne   2 überführt, wo    wieder   durch einen Hilfsbrenner der    erforderliche      Teil   der Wärme zugeführt    wird.   



  In allen    beschriebenen      Eierrichtungen   kommt somit eine    fortschreitende   Wärmebehandlung des Pulverstoffes in selbständigen    Funktionsstufen      zustande,   von welchen jede genau mit der    erforderlichen   Wärmemenge in dem    günstigsten      Wärmeintervall   versorgt werden kann, so dass es mit    Erfolg   möglich ist, in den niedrig    eren   Stufen    minderwertigen      Brennstoff   zu verwenden, wobei die ganze    Anordnung   oder deren wesentlicher Teil aus    stationären      Elementen      besteht,

     welche in der Erzeugung und in    Beschaffungskosten   weniger anspruchsvoll sind.    Ausser      kalorischer   Ersparnisse werden auch die    Erzeugungs-   und    Beschaf-      fungskosten      herabgesetzt.   Aus dem Wesen der Anordnung ist    ersichtlich,

        dass   mit    Rücksicht   auf    die      Möglichkeit   einer direkten    Wärmesteuerung   jeder Erzeugungsstufe    Voraussetzungen   für eine    volle      Auto-      matisation   des Erzeugungsvorganges gegeben sind und    somit   auch eine    Herabsetzung   des Arbeitsaufwandes. 



  Ungeachtet dessen,    d      a:ss   in der Beschreibung lediglich ein Verfahren für die Zementerzeugung    erwähnt   wurde, kann dieses    Verfahren      in   allen    Fällen      einer   Wärmeverarbeitung von Pulverstoff ähnlichen Charakters verwendet    werden,   wie zum Beispiel für Kalk USW.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren für eine fortlaufende Wärmebehand- lung von Pulvermaterial, insbesondere von Zementrohstoff, wobei die natürlichen Stadien der Wärmeunterteilung des technologischen Verlaufes ausgenützt werden, welche aus der Vorwärme-, Dissoziations- und Sinterungs- bzw.

   Schmelzstufe bestehen und wobei für die niedrigeren Stufen auch mied @erwerbigerer Brennstoff verwendet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulverrohstoff in einer Anordnung verarbeitet Wird, welche aus selbständigen Funktions- stufen für Vorwärmen, Dissoziation und Sinterung bzw. Schmelzen besteht, wobei jede Stufe mit der erforderlichen Wärmemenge im günstigsten Wärmeinterv a' versorgt werden kann, wobei Abfallwärme der folgenden Stufen ausgenützt Wird.

   II. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Dissoziationsstufe aus einer Dissozi'ationskolonne (2) besteht, weiche innen eine Isolationsverkleidung besitzt und an deren Anfang eine Brennkammer (4) vorgesehen ist, in welcher sich ein Brenner (5) mit einer Brennstoffzufuhr (6) befindet, und einem Ab- scheider (5) am Ende der Kolonne. <Desc/Clms Page number 4> UNTERANSPRÜCHE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulverrohstoff, insbesondere Zementrohstoff aus der Vorwärmestufe einer Disso- ziationskolonne (2) zugeführt wird, wo er durch heisse Rauchgase erfasst und in Richtung gegen einen Abscheider (3) mitgerissen wird, wobei es zu einer inten- siven Wärmeübertragung zwischen den Gasen und den Staubteilchen kommt,

   worauf der Rohstoff weiter in einen elektrischen Ofen (7) geführt wird, aus welchem der geschmolzene Stoff in einen geeigneten Kühler (10) kommt, wo er durch einen Luftstrom auf die gewünschte Temperatur abgekühlt wird und die hier rückgewonnene Wärmeenergie mittels der erwärmten Luft über eine Rohrleitung (11) in den Wärmeprozess zurückgeleitet Wird. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgewärmte und dissoziierte Pulverrohstoff bei Anwendung hochgradiger Brennstoffe ohne Anwendung elektrischer Energie aus einem Abscheider der Dissoziationskolonne direkt in eine Brennstoffzufuhrle roung (16) geführt wird, über welche er zusammen mit dem Brennstoff in eine Schmelzkammer (14) im unteren Teil der Dissoziationsstufe gelangt,

   von wo er in einen Kühler geleitet wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Rohstoff aus der Dissoziations- kolonne durch einen kurzen Drehofen (17) von einem Verhältnis L/D gleich 1:3 bis 1:6 oder durch eine andere Sintervorrichtung geführt wird.