DK141992B - Fremgangsmaade til termisk behandling af et finkornet materiale ved braending af cement i flere trin - Google Patents

Description

(11) FREMLÆGGELSESSKRIFT 1 U 1 992 DANMARK (S” lnt cl·’ c 04 B 7/44 §(21) Ansøgning nr. 1509/76 (22) Indleveret den 51· mar · 1976 (23) Løbedag 51. mar. I976 (44) Ansøgningen fremlagt og fremlæggelsesskriftet offentliggjort den 4. aug · 1 980

DIREKTORATET FOR

PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET (3°) prioritet begæret fra den

21. apr. 1975, 2517552, DE

(71) KXOECKNER—HUMBOItDT—DEUTZ AKTIENGESKT>LSCHAFT, Deutz-Muelheimer-Strasse Ti 1, 5 Koeln 80, DE.

(72) Opfinder: Kunibert Brachthaeuser, An der Schmitten 18, 506 Bensberg, DE: Hubert Ramesohl, MoEnweg 22, 506 Bensberg-Refrath, DE: Klaus Beisner, Holunderweg 9, 5062 Hoffnungsthal, DE: Horst Herchenbach, SleTengebirgs-allee 15, 521 Troisdorf, DE.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Ingeniørfirmaet Hofman-Bang & Boutard._ (54) Fremgangsmåde til termisk behandling af et finkornet materiale ved bræn** ding af cement i flere trin.

Opfindelsen angår en fremgangsmåde af den i krav l’s indledning angivne art.

Ved de traditionelle metoder til termisk behandling af cement-råmel ved brænding af cement forvarmes cementråmelet i en flui-diseringsgas-varmeveksler til ca. 800°C, hvorefter materialet indføres i ovnen, som regel en roterovn. Ved en sådan fremgangsmåde kalcineres cementråmelet i varmeveksleren til 35-4-0^. Dette indebærer, at tilnærmelsesvis halvdelen af roterovnen skal anvendes til færdigkalcinering af materialet, medens ovnens anden halvdel tjener til sintring af materialet. I forvarmeren overføres således kun en lille del af den samlede varmeener- 2 141992 gi til materialet, medens langt den største del af varmearbej-det skal udføres i roterovnen. Ved anlæg med stor ydelse i tidsenheden vil på grund af den ulige fordeling af varmearbej-det i roterovnen dennes termiske virkningsgrad og ydeevne være begrænset. Også holdbarheden af de ildfaste foringssten i ovnens brændezone reducéres betydeligt derved, så at ikke blot investeringsomkostningerne men også udgifterne til vedligeholdelse af roterovnen er uforholdsmæssig store.

Videreudviklingen af moderne varmevekslere og varmeudvekslingsmetoder er baseret på, at man lader råmelpartikleme svæve i den varme gas og kalcinerer disse så vidtgående som muligt i en særskilt præliminær brændezone i svævegas-varmeveksleren, hvorimod materialets sintring gennemføres senere i roterovnen.

En sådan nyere varmeveksler henholdsvis varmeudvekslingsmetode er kendt fra DE-offentliggørelsesskrift 23 24 519. Angående virkemåden af denne kendte varmeveksler med forkalcineringsap-paratur forklares det i publikationen "Zement Data Book",

Bauverlag GmbH, Wiesbaden, 1976, side 355, spalte 1, 2. afsnit: "At det i varmeveksleren indførte cementråmel forkalcineres til 90-96% ved et luftoverskudstal på tilnærmelsesvis 2,05”.

Det fremgår endvidere af "Zement Data Book", at man ved hjælp af et såkaldt "Moment-kalcineringskammer" kan kalcinere råmelet op til 90% (SF-proces).

Ved denne varmeudvekslingsmetode samvirker en konventionel varmeveksler med et kalcineringsapparat med fluidiseret leje (MFC-metode). Ved denne proces afsyres råmelet i den særskilt opvarmede fluidiseringsreaktor, der er indskudt mellem cyklonvarmeveksleren og roterovnen, så at arbejdet i selve roterovnen er begrænset til den egentlige sintringsproces på samme måde som ved "SF-proces-sen", dvs. at mindst 90% af råmelet kalcineres i reaktionen i det fluidiserende leje.

Ved alle cementanlæg af den sidstnævnte type med svævegas-var-meveksler, roterovn og med en mellem disse indskudt supplerende zone til præliminær brænding af materialet forkalcineres cementrå-melet til over 70% og såvidt muligt op til 90-95%, jfr. f.eks. tysk offentliggørelsesskrift 23 44 056.

, 141992 3

Ved de forskellige kendte varmevekslersystemer med forkalcine-ringsindretninger kan det råmel, der indføres i forvarmeren, kalcineres næsten fuldstændigt i den særskilte forbrændezone.

Inden for denne brændezone overskrides imidlertid den ønskede maximale temperatur ukontrollabelt, så at det risledygtige, pulverformede materiale ved begyndende dannelse af grovere kom og begyndende plasticitet på grund af smeltefasedannelse går over i en uønsket tilstand, ved hvilken en korrekt bortstrømning af det kalcinerede materiale fra den præliminære brændezone og ind i roterovnen ikke længere kan sikres. Dette gælder for alle kalcineringsgrader over 70%. Denne mangel skyldes, at afsyringen af en kalkpartikel hovedsagelig er afhængig af tre parametre: I. Afsyringstemperaturen, II. Partiklens opholdstid i forbrændezonen, III. Partikelstørrelsen.

Man kan kun inden for snævre grænser ændre et industrielt fremstillet råmels komstørrelse og komstørrelsesfordeling. Fremstilling af cementråmel med kun én komstørrelse er ikke mulig. Desuden kan man ikke undgå agglomerationsprocesser i varmeveksleren.

Partiklernes opholdstid på kalcineringstrinnet i en fluidise-ringsgas-varmeveksler kan ikke forlænges mere end op til nogle få sekunder. Melets grove komfraktion kræver imidlertid ved en temperatur på 850-900°C en afsyringstid, der mindst er potens-faktoren 10 dvs. en størrelsesorden længere end disse få sekun der. En recirkulation af de store, endnu ikke afsyrede partikler ville forudsætte disses adskillelse fra det over 800° C varme råmels fine materialefraktion, hvilket ikke er realiserbart af hensyn til energiforbruget.

En høj kalcineringsgrad på over 70% i de kendte systemer med varmvekslere og forkalcineringsindretninger kan således kun opnås ved forøgelse af afsyringstemperaturen op over 900°C, hvorved imidlertid varmespildet med spildgassen bliver uforholdsmæssig stort.

4 141992

Ved den omtalte kendte teknik overskrides som nævnt fastlagte maximale temperaturer for materialet i anlæggets forkalcinerings-del, hvorved materialet som nævnt mister sin risleevne.

Den foreliggende opfindelse har til formål at reducere de specifikke investeringsomkostninger for en roterovn som sintringsovn ved varmebehandling af cementråmel ved en fremgangsmåde af den i krav 1* s indledning angivne art, og at undgå de almindeligt kendte vanskeligheder ved afsyring af cementråmelet i en mellem forvarmeren og roterovnen beliggende zone til præliminær brænding af materialet, nemlig vanskelighederne med at holde materialet i en risledygtig tilstand, i hvilken det uden standsninger hidrørende fra materialepartiklemes sammenklumpning på korrekt vis kan overføres til roterovnen. Disse to formål opnås ved de i hovedkravets kendetegnende del angivne to foranstaltninger. På grund af materialets fortsatte evne til at dispergeres fint i den varme gasstrøm opnås en optimal varmeovergang fra den varme gas til materialepartikleme. Herved undgår man dannelse af klinkermineraler og alkalidampe og risikoen for materialeaflegringer i forkalcineringsapparaturet.

Det forvarmede materiale kan ifølge opfindelsen afsyres svarende til en afsyringsgrad på 60%. Herved opnås en optimering af fordelene ved fremgangsmåden for såvidt som der herved opnås en reduktion af den brændstof mængde, der er nødvendig til gennemførelse af den særskilte præliminære kalcineringsproces, hvorved varmetabene med spildgassen holdes nede og det samlede varmeforbrug i anlægget mindskes.

Ved udførelsesformen ifølge krav 3 opnås følgende fordele: Når ovnens røggas f.eks. indeholder 8-13% oxygen, og når afsyringsgraden i den særskilte kalcineringsproces indstilles på lidt over 50%, vil som regel røggassens oxygenindhold være tilstrækkelig stort til støkiometrisk forbrænding af den nødvendige brændstofmængde, så at tilførsel af supplerende oxygen ikke er nødvendig. Samtidigt aflastes ved denne kalcineringsgrad den exoterme høgtemperaturzone i roterovnen så meget, at holdbarheden af den ildfaste udmuring i denne zone i roterovnen øges væsentlig.

5 141992

Ved den i krav 4 angivne foranstaltning opnås, at forbrændingen af det tilførte brændstof begynder øjeblikkeligt, når påtændings-temperaturen er nået, og at man ikke først skal afvente brændstoffets fordeling i materiale- og gasstrømmen. Forbrændingen begynder tværtimod under materialets fordeling i gasstrømmen.

På grund af denne foranstaltning kan brændingszonen holdes særlig lille og afsyringsgraden tilsvarende eksakt indstilles efter behov.

Endelig opnås ved udførelsesformen ifølge krav 5» at den samlede mængde brændstof tændes inden brændstoffets indføring i materialestrømmen, så at brændingszonen kan udformes vidtgående uafhængigt af materialestrømmen. På denne måde sikres en jævn og styret forbrænding med en særlig god udnyttelse af brændstoffet, hvorved den ønskede delvise kalcinering af cementråmelet fremmes.

I det følgende forklares opfindelsen nærmere ved hjælp af tegningen, hvor fig. 1 skematisk, dels set fra siden og delvis i lodret snit viser en udførelsesform for et anlæg til udøvelse af fremgangsmåden, og fig. 2 en anden udførelsesform for anlægget.

I fig. 1 ses materialetilførselsendepartiet af en i forhold til anlæggets øvrige dele i formindsket målestok vist roterovn 1 med et materialeindløbskammer 2, i hvilket udmunder en materialetilførselsledning 3 fra en nederste cyklon 4 i en varmeveksler, der foruden den viste cyklon indbefatter flere over hinanden anbragte og i serie koblede cykloner, der dog ikke er vist på tegningen. Fra cyklonen 4 fører en røggasledning 5 til varmevekslerens øvrige cyklonforvarmetrin. Cyklonen 4 er forbundet med roterovnen 1 ved hjælp af en fra denne hovedsagelig lodret opad rettet røg gasledning 6, i hvilken udmunder en materialetilførselsledning 7 og en brændstoftilførselsledning 9, der fortrinsvis udmunder i røggasledningen 6 gennem en eller flere dyser, der er placeret oven for det sted, hvor materialetilførselsledningen 7 udmunder i røggasledningen 6, der har et parti, som udvider sig opadtil og tjener som foroxidationskammer 8, mod hvilket brændstoftil- 6 141992 førselsdysernes mundinger er rettet skråt nedad, d.v.s,, modsat gasstrømmen op gennem røggasledningen 6. I stedet for kun én nederste cyklon 4 kan der findes flere symmetrisk placerede cykloner.· I så tilfælde har røggasledningen 6 i stedet for kun én til cykloner 4 ledende rørkrumning et til cyklonernes antal svarende antal rørforgreninger.

I det følgende forklares fremgangsmåden ifølge opfindelsen ved hjælp af fig„ 1.

Fra roterovnen 1 passerer røggassen ind i materialeindløbskammeret 2, hvorfra røggassen strømmer op gennem røggasledningen 6 og ind i varmevekslerens første, nederste cyklon 4. Det materiale, der skal brændes, indføres gennem ledningen 7 i røggasledningen 6 neden for brænderne 9. Materialet kan efter ønske tilføres gennem kun én eller flere ledninger, ud for hvis munding der er anbragt fordelingsorganer til jævn fordeling af materialestrømmen i gasstrømmen. Som fordelingsorganer kan f.eks. anvendes prelplader eller prelgitre.

f

Det i gasstrømmen jævnt, og fint fordelte materiale føres af gassen opad i røggasledningen 6 og når i form af en kontinuerlig, jævn strøm bestående af materiale og gas ind i brændingszonen i højde med brænderdyseåbningernes plan. Brænderdyserne er som nævnt rettet skråt nedad mod materiale- og gasstrømmen, så at der sikres en god indtrængning af brændstoffet i nævnte strøm. Nedadtil er brændingszonen eksakt afgrænset ved brænderplanet,. medens brændingszonens afgrænsning opadtil opnås ved passende indstilling af flammen. På grund af foroxidationsrummets enkle form kan der tilvejebringes fordelagtige brændingsbetingelser, under hvilke materialepartiklerne hver især med sikkerhed kun én gang passerer brændingszonen, så at man er i stand til eksakt at indstille det forvarmede materiales afsyringsgrad på den tilstræbte værdi mellem 50 og 70%, fortrinsvis 60%.

Fremgangsmåden er dog også anvendelig i forbindelse med den i fig. 2 viste brændingsanordning indskudt mellem roterovnen 1 og den materialet forvarmende varmeveksler. Også her står roterovnens materialeindløbsende gennem en fra denne til at begynde med lodret opad førende røggasledning 6 i forbindelse med cyklonen 7 141992 4. I fig· 2 udmunder materialetilførselsrøret 7 i røggasledningen 6 oven for brænderdyser 9, idet den lodrette afstand mellem det niveau, på hvilket brændstoffet indføres gennem dyserne 9» og det sted, hvor materialet tilføres gennem ledningen 7, vælges så stor, at intet gennem materialeledningen 7 i røggasledningen 6 indført materiale kan nå ned til brændezonen. På denne måde kan der opnås en eksakt ønsket indstilling af det forvarmede materiales afsyringgrad.