DK141242B - Fremgangsmåde og anlæg til kalcinering af forvarmet, pulverformet materiale. - Google Patents

Description

1 141242 Nærværende opfindelse angår en fremgangsmåde ved i det mindste delvis kalcinering af et forvarmet pulverformet materiale bestående af eller indeholdende calciumcarbonat, f.eks. cementråmel, ved hvilken det forvarmede råmateriale 5 og det til gennemførelse af kalcineringen nødvendige brændsel indføres og blandes grundigt ved bunden af et kalcineringskammer, hvorpå den herved dannede blanding suspenderes i en centralt op gennem kalcineringskammeret ført strøm af oxygenholdig gas, i hvilken brændslet forbrændes, og råmaterialet kalcineres, 10 hvorefter det således behandlede i gasstrømmen suspenderede materiale ledes ud af kalcineringskammeret opadtil og separeres fra gasstrømmen.

Ved kalcinering skal i denne forbindelse forstås en uddrivning af carbondioxyd fra calciumcarbonat (CaCO^ 15 CaO + C02), som er en endoterm proces. Når råmaterialet er cementråmel, underkastes det en afsluttende varmebehandling efter kalcineringen omfattende en sintring, hvis sintringsprodukt er cementklinker. Denne sintring er en exoterm proces.

Den varmemængde, der er nødvendigt til gennemførelse 20 af cementråmelets omdannelse til cementklinker, tilvejebringes sædvanligvis ved hjælp af brændsel, scan sammen med forbrændingsluft indføres i et forbrændingskammer, og som ved forbrændingen udvikler røggas med høj temperatur. Den varme røggas bringes derpå i kontakt med råmelet, som skal varmebehandles.

25 Den udviklede varme anvendes hovedsageligt til forvarmning og kalcinering af råmelet, idet dettes sintring som nævnt er en exoterm proces. I praksis må der imidlertid tilledes varme for at bringe det kalcinerede materiale op på sintringstemperaturen, hvor sintringen går i gang.

30 Bl.a. på grund af tilstedeværelsen af alkalier i råmelet og de deraf følgende nedenfor nærmere omtalte ulemper er det fordelagtigt at gennemføre forvarmningen og kalcineringen af råmelet ved hjælp af varme gasser fra én varmekilde og igangsættelsen af råmelets sintring ved hjælp af varme gasser fra en 35 anden varmekilde, jvf. f.eks. beskrivelsen til dansk patentansøgning nr. 2605/74 og 2470/74.

Kalcinering af cementråmel ved hjælp af røggasser med høj temperatur er ikke hensigtsmæssig, idet den indebærer stor risiko for lokal og midlertidig overophedning af råmelet.

40 Selv overophedning af kun en del af råmelet gennem et kortere tidsrum kan medføre uddrivning af alkalidampe eller opståen 2 141242 af smelter, som kan give anledning til påbagninger.

Overophedning af råmelet på kalcineringstrinnet kan tillige bevirke en for tidlig igangsætning af kemiske reaktioner, der retteligt skal finde sted på et senere trin af hele processen til fremstilling af cementklinker.

5 F.eks. vil en dannelse af klinkermineraler på det trin i den samlede proces, på hvilket kalcineringen skal finde sted,, medføre et ufordelagtigt forløb af hele processen.

Til tilvejebringelsen af en mindre problemfyldt kalcinering har det således for det første vist sig fordel-10 agtigt at frembringe den til kalcineringen nødvendige varme på det sted, hvor den forbruges, dvs. i råmaterialepartiklernes umiddelbare nærhed. Dette kan realiseres ved, at man ikke bringer råmaterialepartiklerne i kontakt med varme, fra en forbrændingszone kommende afgasser, men fører dem 15 til selve forbrændingszonen. Herved undgås de største temperaturvariationer.

For at sikre en yderligere homogen kalcinerings-proces er det fra beskrivelsen til tysk offentliggørelses-skrift nr. 23 24 519 kendt at sætte finfordelt brændsel til 20 det forvarmede råmateriale, før dette suspenderes i en opadstigende strøm af forbrændingsnærende gas, f.eks. ved at anbringe brændstoftilføringsstedet i materialestrømmen.

Herved sikres en mere homogen blanding af tilført forvarmet råmateriale og brændsel, før disse komponenter tilføres 2^ den forbrændingsnærende gas.

Det er iøvrigt fordelagtigt at foretage kalcineringen af råmaterialet, medens dette er suspenderet i en opadstigende luftstrøm, idet de små lette partikler, som kalcineres hurtigt på grund af deres store overflade/volu-2° men-forhold, føres hurtigt ud af kalcineringszonen, medens de større partikler, som kræver længere opholdstid i kalcineringszonen, accelereres langsommere af luftstrømmen og således forbliver længere tid i kalcineringszonen, også fordi de har større tilhøjelighed til at bevæge sig nedad 22 langs kalcineringszonens vægge, hvor gashastigheden er mindre, og derefter på ny blive suspenderet i den opadstigende gasstrøm. Ved kalcinering i en opadstigende luftstrøm vil der altså med en hensigtsmæssig valgt gashastighed forekomme en naturlig recirkulation af netop det materiale, som 3 141242 det er ønskeligt at få recirkuleret.

Dette betyder imidlertid, at der er to typer materiale, som bliver suspenderet i den opadstigende luftstrøm: recirkuleret materiale og nyindført materiale.

^ Til sikring af mest homogene driftsbetingelser i kalci-neringszonen vil det således være ønskværdigt ikke blot at sikre bedst mulig blanding af nyindført materiale og brændsel, men bedst mulig blanding af nyindført materiale, recirkuleret materiale og brændsel.

10 I det svenske fremlæggelsesskrlft nr. 395.879 omtales en kalcineringsfremgangsmåde og et tilsvarende kalcineringsapparat, ved hvilken der opnås nævnte grundige blanding af de to typer råmateriale og brændsel. Dette sker ved, at det recirkulerede og nytil-15 førte råmateriale falder ned i en ringformet rende ved bunden af et rørformet kalcineringskammer. Denne rende omgiver indføringsstedet for en opadstigende forbrændingsnærende gasstrøm. Da bunden af renden er udstyret med brænd-selstilføringsorganer, vil det tilførte brændsel forgasses 20 ved mødet med det i renden stående varme materiale, som vil blive fluidiseret af og grundigt blandet med det forgassede brændsel. Det fluidiserede materiale vil herved dels "koge" ud i - dels strømme over rendens kant og ud i den opadstigende forbrændingsnærende gasstrøm.

25 Den til grund for opfindelsen liggende opgave går ud på dels at tilvejebringe en forbedret fremgangsmåde af den indledningsvis angivne art, der udviser den grundige homogenisering af råmateriale og brændsel, som er karakteristisk for den i ovennævnte svenske fremlæggelsesskrift omhandlede 30 fremgangsmåde, men udviser en mere sikker og varierbar brændselstilførsel - dels at tilvejebringe et kalcineringsapparat af mere enkel og driftssikker konstruktion.

Denne opgave løses ved en fremgangsmåde af den i indledningen angivne art, som ifølge opfindelsen er ejen-35 dommelig ved, at den grundige blanding af det forvarmede råmateriale og brændslet tilvejebringes ved, at forvarmet råmateriale og brændsel hver for sig indføres på en indad og nedad hældende, ringformet bundplade i kalcineringskammeret 141242 4 i indbyrdes krydsende strømningsretninger, hvorhos det forvarmede råmateriale indføres på et højere liggende niveau end brændslet.

Det har nemlig overraskende vist sig, at man kan 5 tilvejebringe en tilstrækkeligt effektiv forgasning af det tilførte brændsel og en tilstrækkeligt effektiv ophvirvling af råmaterialet i det forgassede brændsel uden anvendelse af en ringformet rende som blandings- og fluidiseringsbeholder, men ved separat indføring af forvarmet råmateriale og brænd-10 sel på en indad og nedad skrånende ringformet bundplade i kalcineringskammeret, når råmaterialet indføres på et højere liggende niveau end brændslet.

Herved eliminerer man risikoen for dannelse af mere eller mindre permanente råmaterialeansamlinger i renden, især 15 i dennes bund og den heraf følgende risiko for tilstopning af brændselstilførselsorganerne i rendens bund, som kan optræde, især i forbindelse med driftsstandsninger.

Endvidere sikres en mere sikker og varierbar brændsels tilføring.

20 Opfindelsen angår endvidere et kalcineringsanlæg til udøvelse af den her omhandlede fremgangsmåde, som omfatter et rørformet kalcineringskammer med opretstående akse, et centralt indløb nederst i kammeret, organer til at lede en strøm af oxygenholdig gas op gennem indløbet, et centralt 25 udløb øverst i kammeret førende til en separator til udskillelse af faste partikler fra gassen, og som er ejendommeligt . ved, at det har en ringformet bundplade, som skråner indefter og nedefter, samt særskilte organer til indføring af råmateriale og brændsel på kalcineringskammerets bund.

30 I forhold til den kendte teknik udmærker apparatet ifølge opfindelsen sig ved sin enkle konstruktion, sin driftssikkerhed og ved at tilvejbringe særdeles homogene driftsbetingelser, der sikrer en hovedsagelig isotermisk kalcinering uden flammedannelse ved lav temperatur, f.eks. mellem 850 35 og 1000°C.

Bundpladen i kalcineringskammeret, som omgiver indløbet for iltholdig gas, skråner indefter og nedefter. Når råmaterialet indføres på denne bundplade, vil det glide ned ad den skrånende flade, komme i 5 141242 berøring med den oxygenholdige gasstrøm og medrives af denne, hvorved de nederste hvirvler dannes. Brændslet indføres fortrinsvis i retning opad gennem den skrånende bundplade, især radielt indefter i det område, i hvilket råmaterialet 5 indføres, således at brændslet udtømmes opefter i råmaterialet og føres med dette ned ad bundpladen. Herved tilvejebringes særlig god kontakt mellem brændsel og råmateriale.

Hvis der blot findes et enkelt indløb for råmateriale, kan der anvendes en ledeplade til at dele det rå-10 materiale, der udtømmes i retning indad mod den centrale gasstrøm, således at materialet tilføres symmetrisk på begge gasstrømmens sider. Hvis der findes to eller flere indløb for råmateriale, kan disse igen fremføre råmaterialet symmetrisk og tangentielt til den centrale oxygenholdige 15 gasstrøm, for at råmaterialet kan fordeles langs hele gasstrømmens periferi.

Hvis den nedad og indad skrånende bundplade i kalcineringskammeret er glat, vil råmaterialet være tilbøjeligt til at brede sig ud over væggen og glide ned ad denne 20 som et tyndt lag. Visse fordele opnås imidlertid, hvis væggens overflade er udformet med skiftevise bølgetoppe og bølgedale strækkende sig indefter i retning af den centrale gasstrøm, f.eks. radielt eller hovedsageligt tangentielt i forhold til gasstrømmen. De nævnte bølgetoppe og bølgedale 25 Jean tilvejebringes ved, at selve bundpladen gøres bølgeformet, eller en sådan bølgedannelse kan foretages i overfladen af den ildfaste foring, hvormed bundpladen er udstyret.

Som følge af, at overfladen af bundpladen gøres bølgeformet, vil råmaterialet have tendens til at glide i 30 strømme langs bølgedalene fremfor at udbrede sig som et tyndt lag over hele bundpladen. En af fordelene herved er, at når råmaterialet når den centralt opstigende oxygenholdige gasstrøm, vil disse strømme fungere som stråler af råmateriale og trænge ind i gasstrømmen og blandes med denne 35 helt ind til dens inderste kerne. I sammenligning hermed sker der kun en ringe gennemtrængning, når bundpladen er jævn og råmaterialet glider nedad som et tyndt lag, der straks kastes opefter og udefter af gasstrømmen og kun fuldt ud , U1242 Ο blandes med dens indre kerne i denne på et senere trin og da længere op i kalcineringskammeret.

En anden fordel består i, at der, forudsat at brændslet udtømmes radielt indefter fra indløbet for rå-5 materiale og langs en dalbund, vil ske en bedre og mere intim blanding af brændslet og en forholdsvis tyk strøm af råmateriale, hvori brændslet indføres sammenlignet med, hvad der sker, når brændslet udtømmes opad i et tyndt lag råmateriale, som glider ned ad en glat bundplade. Som følge af den intime 10 blanding sker der, når brændslet er flydende såsom olie, eller et fast stof såsom kulmel, straks en stærk udvikling af brændselsgas i selve råmaterialet.

I et roterovnsanlæg, f.eks. et ovnanlæg til brænding af cement, hvori indgår det her omhandlede kalcineringsapparat, 15 kan anlæggets roterovn være forsynet med en streng af cyklonforvarmere, fra hvis næstsidste trins materialeudløb forvarmet råmateriale føres til kalcineringskammeret og hvis sidste trin fungerer som separator for de i det mindste delvis kal-cenerede råmaterialepartikler, som forlader kalcineringskam-20 merets øverste ende suspenderet i afgangsgassen fra kalcineringskammeret. Materialeudløbet fra dette sidste cyklontrin er forbundet med ovnens øverste ende, sådan at det udskilte materiale tilfødes ovnen til brænding i denne.

Den oxygenholdige gasstrøm kan være forvarmet og 25 består fortringsvis af den køleluft, der har været anvendt i en køler, i hvilken det i ovnen brændte materiale køles.

Den brugte køleluft kan anvendes dels til næring af en flamme i ovnen, dels som den oxygenholdige gasstrøm i kalcineringskammeret.

30 I det følgende illustreres opfindelsen nærmere under henvisning til tegningen, hvor figur 1 viser et centralt lodret snit gennem et kalcineringskammer, figur 2, 3, 4 og 5 i snit lagt efter linien 35 II-II i figur 1 viser fire forskellige eksempler på et kalcineringskammer, figur 6 i et snit lagt efter linien VI-VI i figur 1 viser den ændrede udførelsesform ifølge figur 4, og 7 141242 figur 7 delvis i snit viser et driftsdiagram for et ovnanlæg til brænding af cement.

Det i figur 1 viste kalcineringskammer har en cylindrisk væg 1, hvis akse er lodret, samt keglestubformede 5 bund- og topdæksler 2 og 3. Et tilledningsrør 4 for oxygen-holdig gas er forbundet centralt med bunddækslet 2, og et udløbsrør 5 er forbundet centralt med topdækslet 3. Et tilførselsrør 6 for forvarmet, pulverformet råmateriale strækker sig gennem den nederste del af væggen 1, anbragt hovedsagelig 10 med samme vinkel som bunddækslet 2. Alle delene 1-6 incl. er forsynet med en varmeisolerende foring.

Et tilførselsrør 7 for brændslet er ført op gennem bunddækslet 2 radielt indadrettet og ud for røret 6. Hvis det anvendte brændsel er gasformigt eller er flydende såsom 15 olie, kan det tilsættes gennem røret 7 under tryk. Alternativt kan brændstoffet, hvis dette er et fast stof såsom kulmel, presses gennem røret ved hjælp af en snegl, men der kan også anvendes en blanding af to eller flere brændsler.

Den midterste pil forneden i figur 1 angiver strømmen 20 af oxygenholdig gas, som passerer op i kalcineringskammeret, og de krumme pile angiver skematisk de hvirvler, der dannes overalt i kalcineringskammeret 1, og som bevirker, at råmaterialet og brændslet til stadighed bringes i berøring med den centrale gasstrøm. Partikelskyerne i disse hvirvler 25 bliver mindre koncentrerede, efterhånden som hvirvlerne stiger i kammeret. Spidsen og fjeren af de krumme pile er ligeledes antydet i figur 2 og 3. De kalcinerede partikler og de anvendte gasser passerer ud af kammeret gennem røret 5, hvorefter der sker en fraseparering af partiklerne. Den midterste 30 pil foroven i fig. 1 angiver strømningsretningen for blandings gassen, som forlader kalcineringskammeret.

Figur 1 og 2 viser anvendelsen af et enkelt tilførselsrør 6 for råmateriale, og figur 2 viser, hvorledes der kan anvendes en ledeplade 8 til at dele strømmen af råmateriale 35 omkring den centrale gasstrøm. I figur 2 er tilførselsrøret 7 for brændsel vist hovedsagelig skematisk udfor røret 6.

Figur 3 viser et yderligere eksempel, i hvilket der anvendes to tilførselsrør 6, 6' for råmateriale anbragt tangentielt på modstående sider af den centrale gasstrøm. I dette 8 U12A2 tilfælde anvendes der to tilførselsrør 7, 7' for brændsel.

Figur 4 og 6 viser en ændret udførelsesfonn, hvori bundpladen på sin overside er forsynet skiftevis med radielt forløbende bølgetoppe 36 og bølgedale 37. I dette tilfælde 5 udmunder indløbsrøret 7 for brændsel i bunden af en dal 37 radielt indefter i forhold til indløbsrøret 6 for råmateriale, som udmunder i samme dal.

Figur 5 viser en ændret udførelsesform, som adskiller sig fra det i figur 4 viste eksempel ved, at bølgetoppene og 10 bølgedalene 36 og 37 forløber tangentielt til den centrale gasstrøm, og udfor disse er der parvis anbragt indløbsrør for materiale, og diametralt heroverfor er anbragt indløbsrør 6, 7 og 6', 7' for brændsel.

Figur 7 viser kalcineringskammeret i et anlæg 15 til brænding af cement. Anlægget har en roterende tromlekøler 9, som er udstyret med planetariske kølerrør 10, der udtømmer det færdigbehandlede materiale i et nedløb 11.

Den i køleren 9 anvendte køleluft passerer gennem en kappe 12, hvorefter den opdeles, således at en del bevæger sig 20 i den med pilen 13 angivne retning gennem røret 4 ind i kalcineringskammeret 1, medens en anden del tager den med pilen 14 angivne retning ind i en roterovn 15, hvori der brændes cementklinker, som forlader ovnen 15 og falder gennem kappen 12 ned i køleren 9.

25 Ovnen 15 er forsynet med en cyklonforvarmerstreng, i hvilken en nedre cyklon 16 ikke udgør nogen del af selve forvarmeren. Den nævnte cyklon 16 er gennem et stigrør 17 forbundet med en cyklon 18, der igen gennem et stigrør 19 er forbundet med en cyklon 20, fra hvilken spildgassen passerer 30 gennem et rør 20', en blæser 21, et filter 22 og videre gennem et aftræk 23 til det fri. Cyklonerne 18 og 20 danner selve forvarmeren.

Råmaterialet tilledes anlægget gennem et nedløb 24 og et rør 26, hvori der findes en doseringsventil 25, og 35 materialet forvarmes på sædvanlig måde, idet det passerer gennem stigrøret 19, og efter at være blevet separeret i cyklonen 20 gennem en sluseventil 27 og et rør 28 ind i stigrøret 17, 9 141242 hvori der sker en yderligere forvarmning af materialet, før det underkastes en separation i cyklonen 18. Det forvarmede råmateriale passerer til kalcineringskammeret gennem røret 6, som har en sluse 29.

5 Det i det mindste delvist kalcinerede råmateriale, som findes suspenderet i den gas, som forlader kalcineringskammeret gennem røret 5, udskilles af gassen i cyklonen 16 og passerer gennem en sluse 30 og et rør 31 ind i kappen 32 og herfra ind i ovnen 15 for brænding. Ovnen fyres ved 10 hjælp af en flamme 33 fra et brænderrør 34. Afgasserne fra ovnen kan føres gennem en rørledning 35 til anvendelse i for·* varmeren.

Claims (6)

1. Fremgangsmåde ved i det mindste delvis kalcinering af et forvarmet, pulverformet materiale bestående af eller indeholdende CaCO^, ved hvilken det forvarmede råmateriale og det til gennemførelse af kalcineringen nødvendige brændsel indføres og 5 blandes grundigt ved bunden af et kalcineringskammer, hvorpå den herved dannede blanding suspenderes i en centralt op gennem kal-cineringskammeret ført strøm af oxygenholdig gas, i hvilken brændslet forbrændes, og råmaterialet kalcineres, hvorefter det således behandlede i gasstrømmen suspenderede materiale ledes ud 10 af kalcineringskammeret opadtil og separeres fra gasstrømmen, kendetegnet ved, at den grundige blanding af det forvarmede råmateriale og brændslet tilvejebringes ved, at forvarmet råmateriale og brændsel hver for sig indføres på en indad og nedad hældende, ringformet bundplade i kalcineringskammeret i indbyrdes 15 krydsende strømningsretninger, hvorhos det forvarmede råmateriale indføres på et højere liggende niveau end brændslet.

2. Fremgangsmåde i henhold til krav 1, kendetegnet ved, at brændslet udtømmes opefter gennem nævnte bundplade.

3. Fremgangsmåde i henhold til krav 2, kendetegnet 20 ved, at brændslet indføres opad gennem bundpladen og radielt indefter, således at det møder den langs bundpladen indførte materialestrøm.

4. Fremgangsmåde i henhold til krav 1-3, kendetegnet ved, at råmaterialet bringes til at glide ned ad 25 bundpladen i berøring med gasstrømmen langs en eller flere bølgeformede render, som er tilvejebragt i bundpladen.

5. Fremgangsmåde i henhold til krav 3 og 4, kendetegnet ved, at råmaterialet indføres i en rende, op gennem hvis bund brændslet føres.

6. Kalcineringsanlæg til udøvelse af fremgangsmåden i henhold til et eller flere af kravene 1-5, omfattende et rørformet kalcineringskammer med opretstående akse, et centralt indløb nederst i kammeret, organer til at lede en strøm af oxygen-