EP3283834A1 - ANLAGE ZUR HERSTELLUNG VON ZEMENT MIT VERMINDERTEM AUSSTOß VON SCHADGASEN - Google Patents

ANLAGE ZUR HERSTELLUNG VON ZEMENT MIT VERMINDERTEM AUSSTOß VON SCHADGASEN

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EP3283834A1
EP3283834A1 EP16715553.0A EP16715553A EP3283834A1 EP 3283834 A1 EP3283834 A1 EP 3283834A1 EP 16715553 A EP16715553 A EP 16715553A EP 3283834 A1 EP3283834 A1 EP 3283834A1
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EP
European Patent Office
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reactor
calciner
raw meal
plant
rotary kiln
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16715553.0A
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Inventor
Heiko SCHÜRMANN
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KHD Humboldt Wedag GmbH
Original Assignee
KHD Humboldt Wedag GmbH
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Publication date
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    • F27D17/25—Arrangements for treatment or cleaning of waste gases for removing solid constituents using cyclones

Definitions

  • the invention relates to a plant for the production of cement clinker from raw meal, having at least one calciner for deacidifying the raw meal as viewed in the material flow direction, and at least one rotary kiln for sintering the deacidified raw meal to cement clinker, wherein the deacidified raw meal after passage of the calciner over a Zyklonvoricarmlab in the rotary kiln flows, and wherein a reactor is provided, which is connected upstream of the calciner on the flow path of the exhaust gas of the rotary kiln to the calciner to which a supply line for the exhaust gas of the rotary kiln, and the invention relates to a plant corresponding method for operating such Plant for producing cement clinker from raw meal, comprising at least one calciner for deacidifying the raw meal as viewed in the material flow direction, and at least one rotary kiln for sintering the deacidified raw meal into cement clinker, wherein the dea
  • a mixture of calcareous rock and silicate-containing rock is ground and subjected to a heat treatment in which the lime is formally freed from carbon dioxide (CO 2 ) and burned in lime (CaO) is transferred.
  • the raw meal deacidified by the formal release of CO2 which consists of the originally non-deacidified calcareous rock and of the silicate-containing rock, remains sintered in the heat to various calcium silicate phases.
  • the deacidification and also the sintering of raw meal are endothermic processes that require heat energy for their implementation.
  • This heat energy can be obtained from high quality fuels.
  • the cement plant In addition to the classic, primary fuels such as coal, the cement plant increasingly uses alternative fuels as energy sources for cost reasons, which are often obtained from municipal or industrial waste.
  • the type of thermal treatment mentioned above makes it necessary that the sintering is carried out in a rotary kiln, wherein in the rotary kiln very high temperatures, of at least 1 .450 ° C for a successful sintering of the calcium silicate phases must prevail.
  • very high temperatures of at least 1 .450 ° C for a successful sintering of the calcium silicate phases must prevail.
  • flame temperatures which reach up to 1 .800 ° C.
  • nitrogen occurring in the fuel usually in the form of amines, and also in the combustion air occurring atmospheric nitrogen is burned to nitrogen oxides (NO x ).
  • the nitrogen oxides escape with the exhaust air of the rotary kiln into the free atmosphere, where they are hydrolysed with the humidity to nitric acid (HNO3), nitrous acid (HNO 2 ) and others, be converted acidic nitric oxide hydrates.
  • HNO3 nitric acid
  • HNO 2 nitrous acid
  • the nitric oxides (NO x ) which react with humidity in the air, are the cause of undesirable acid rain, which reduces the natural pH of forest soils and weakens their resistance to disease.
  • various measures are known.
  • German laid-open specification DE 10 2013 006 236 A1 discloses another plant for producing cement clinker, comprising at least one heat exchanger for preheating raw meal, at least one subsequent calciner for calcining the raw meal, at least one rotary kiln for sintering the calcined raw meal, at least one clinker cooler for cooling the sintered cement clinker, where at a combustion device for so-called difficult fuels with unpredictable, but at least with variable igniting and burning behavior is present, which optionally strigweis the difficult fuels in the presence of raw meal, pyrolyzed and / or burns.
  • the combustion device is designed as an upstream pot reactor or gooseneck reactor in reverse U-shape, the gas outlet (5.2) opens above a Tertiär Kunststoff für from clinker cooler into the calciner This is a combustion of lumpy and / or difficult to ignite fuel allows the combustion gases of incomplete combustion in the reactor in the calciner in gaseous form for further combustion.
  • the oxygen required for fuel gasification that is to say the oxygen required for the pyrolysis of fuel to give carbon monoxide (CO) originates from the Kiln inlet chamber (residual oxygen from the kiln firing process) and of existing carbon dioxide CO 2 indirectly via a Boudouard reaction (CO 2 reduction) taking place in the pyrolysis chamber at the fuel C to CO.
  • the oxygen supply is a fixed constant and there is no way to influence the gasification process in terms of temperature and gasification rate.
  • the object of the invention is therefore to improve the control of the gasification of the fuel.
  • the object underlying the invention is achieved in carrying out a method for operating a plant for the production of cement by introducing fresh air into the reactor at at least one point of the reactor, wherein the fresh air preferably comes from a tertiary air line, the recirculation of leads a rotary kiln in material flow direction downstream clinker cooler back into the system.
  • Further advantageous embodiments of the process invention are specified in the subclaims 6 to 10.
  • a plant for the production of cement in which at least one supply air line of fresh air is provided at at least one point of the reactor. Further advantageous embodiments of the plant for the production of cement are specified in the subclaims 2 to 5.
  • the tube furnace serves as a gaseous reducing agent for the reduction of NO x , free nitrogen (N 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) again being formed.
  • this is expanded by a fresh air feed, this preferably from a tertiary air line present for heat recuperation.
  • the preheated tertiary air provides plenty of heat energy to safely gasify or even pyrolyze the difficult fuels, with gasification and pyrolysis taking place as an endothermic process.
  • the temperature drop occurring in the endothermic process control is compensated by a stoichiometric with respect to the fuel and with respect to the existing combustion air or oxygen superstoichiometric combustion, which takes place as an exothermic process.
  • the process control is performed autothermally by controlling the fresh air supply.
  • process heat generated by exothermic process steps generates just as much combustion or process heat as is consumed by endothermic process steps that also occur in the process.
  • At least one control loop is provided in which a control device regulates the fresh air supplied to the reactor as a function of one or more of the parameters listed below: average reactor temperature, reactor temperature in the lower region of the reactor, reactor temperature in the upper region of the reactor, NO x emissions, gasification rate, measured as CO concentration.
  • the temperature can be measured in a lower region of the reactor, where an endothermic process takes place, and additionally be measured in an upper region, where an exothermic process takes place.
  • the fresh air can be regulated so that the process control autothermal happens, so just as much heat energy is consumed by the gasification, as in the optionally supported by fresh air or oxygen supply exothermic process control again arises.
  • the purpose of autothermal process management is to supply as little fresh air or oxygen-enriched air as possible, or even pure oxygen (O 2 ), as much as possible without removing the heat necessary for the production of cement clinker. It is not an object of the invention to provide even more heat to the process by an additional focal point between rotary kiln and calciner, but it is an object of the invention to first achieve the highest possible carbon monoxide (CO) concentration with the best possible gasification of the difficult fuels, so by the high carbon monoxide (CO) concentration reduces the unwanted nitrogen oxides (NO x ).
  • the superstoichiometric carbon monoxide (CO) is much easier to oxidize in later process stages by its increased reactivity.
  • the reactor which is connected between the rotary kiln and the calciner, makes it possible to selectively influence the process parameters, such as the stoichiometry of fuel and oxygen (O 2 ) or air, but also the temperature and the flow velocity and thus the residence time of the fuels under the corresponding conditions.
  • the reactor can be designed accordingly.
  • To control the temperature it is provided that water vapor and / or water (H 2 O) is sprayed into the reaction space. The lowering of the temperature, which is actually caused by the accompanying heat and thus energy loss, is necessary in order to maintain the conditions for a Boudouard reaction and to prevent the resulting carbon monoxide (CO) from burning to carbon dioxide (CO 2 ).
  • the heat prevailing in the reactor is absorbed by the deacidification reaction as an endothermic process, whereby also the temperature of the very hot coming from the rotary kiln gases can be lowered.
  • Fig. 1 shows a plant according to the invention for the production of cement clinker with trained as a gooseneck reactor reactor.
  • the preheated raw meal 2 is passed via a line 1 .3 in the foot of the calciner 3, where the raw meal 2 is entrained by originating from a clinker cooler 1 1 tertiary air 4 in a tertiary air 4.1. At this point, the raw meal 2 flows with the otherwise countercurrent gas in the system 1 instead of flowing counter to it.
  • the raw meal 2 from line 1 .3 and the tertiary air 4 from tertiary air line 4.1 pass through the inflow point at the gas outlet 5.2 for the effluent from the reactor 5 of the pollination, pyrolysis and / or combustion of hard-firing fuel 6, the is produced in the plant 1 shown here for the production of cement clinker ZK in a gooseneck reactor.
  • the exhaust gas from the reactor 5 burns in the calciner 3 and generates there a considerable amount of heat, which rises in the taking place there endothermic deacidification reaction.
  • the calciner 3 shown here has a swirl chamber 7 at the end of the calciner 3, where the burn-off gas and any fuel injected into the calciner 3 can completely burn out before the exhaust gas of the calciner 3 is burned into the heat exchanger.
  • Exchanger 1 .1 flows, because in the heat exchanger 1 .1 should happen no material conversion if possible.
  • the raw meal 2 is separated and introduced through a line 1 .5 in the rotary kiln inlet chamber 9, where the raw meal 2 is further heated for sintering in the rotary kiln 8.
  • a flap system 10 is provided, with which the air between Tertiär Kunststoff effet 4.1 and 5 reactor can be divided.
  • the hard-to-ignite fuel 6 is ignited at a focal point in the reactor 5, where it burns only slowly due to its heavy ignitability, strig pyrolyzed in the heat of the rotary kiln exhaust gas.
  • At least one supply air duct 12 for fresh air is provided at at least one point of the reactor 5 above the supply of fuel 6.
  • the preheated Tertiär Kunststoff 4 brings plenty of heat energy in the reactor 5 to safely gasify the difficult fuels there or even pyrolyzed, the gasification and pyrolysis takes place as an endothermic process.
  • the gasification of fuel 6 takes place there in a Boudouard reaction and the reduction of carbon dioxide (CO 2 ) of the exhaust gases of the rotary kiln 8 to carbon monoxide (CO) instead.
  • the temperature drop occurring in the endothermic process control within the reaction path of the reactor 5 on the way between the supply of fuel 6 and the fresh air supply lines 12.1, and 12.2 is compensated by a stoichiometric with respect to the fuel and over-stoichiometric with respect to the existing combustion air or oxygen Combustion, which takes place as an exothermic process.
  • means for Cooling put.
  • the cooling can take place by a raw meal supply via a raw melzutechnisch 1 .6 and by an injection of water vapor or water at this point and possibly at other points that require temperature control.
  • the process control is performed autothermally by regulating the supply of fresh air to the fresh air supply lines 12.1 and 12.2.
  • process heat generated by exothermic process steps generates just as much combustion or process heat as is consumed by endothermic process steps that also occur in the process.
  • the temperature drop through the endothermic gasification reaction before the first fresh air supply 12.1 and before the second fresh air supply 12.2 is by the fresh air supply 12.1. and 12.2 because the carbon monoxide (CO) that has already formed is burnt to carbon dioxide (CO 2 ) in an exothermic process step. It is preferably provided that the fresh air supply to the fresh air supply points 12.1 and 12.2 is just so high that the process in the reactor 5 takes place autothermally.
  • the gas flowing in the descending branch 5.1 of the reactor 5 has a temperature which is unchanged relative to the rotary kiln exhaust gases due to the autothermal process control.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Zementklinker aus Rohmehl, aufweisend einen Calcinator zum Entsäuern des Rohmehls und einen Drehrohrofen zum Sintern des entsäuerten Rohmehls zu Zementklinker, wobei das entsäuerte Rohmehl nach Passage des Calcinators über eine Zyklonvorwärmstufe in den Drehrohrofen strömt, und wobei ein Reaktor vorgesehen ist, der auf dem Strömungsweg des Abgases des Drehrohrofens zum Calcinator dem Calcinator vorgeschaltet ist, zu dem eine Zuleitung für das Abgas des Drehrohrofens führt, und die Erfindung betrifft ein korrespondierendes Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage, aufweisend einen Calcinator und einen Drehrohrofen, wobei das entsäuerte Rohmehl nach Passage des Calcinators über eine Zyklonvorwärmstufe in den Drehrohrofen strömt, Führen der Abgase des Drehrohrofens in einen Reaktor, der auf dem Strömungsweg der Abgase des Drehrohrofens dem Calcinator vorgeschaltet ist, wobei in den Reaktor in Bezug auf die Verweilzeit der Abgase in dem Reaktor überstöchiometrisch Brennstoff zugegeben wird, so dass in den Abgasen enthaltenes Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid reduziert wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens eine Zuluftleitung für die Zuführung von Zuluft, vorzugsweise aus einer Tertiärluftleitung stammend, an mindestens einer Stelle des Reaktors vorgesehen ist. Dadurch lässt sich die dort stattfindende Boudouard-Reaktion besser kontrollieren.

Description

Anlage zur Herstellung von Zement mit
vermindertem Ausstoß von Schadgasen
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Zementklinker aus Roh- mehl, aufweisend in Materialstromrichtung gesehen mindestens einen Calcinator zum Entsäuern des Rohmehls, und mindestens einen Drehrohrofen zum Sintern des entsäuerten Rohmehls zu Zementklinker, wobei das entsäuerte Rohmehl nach Passage des Calcinators über eine Zyklonvorwärmstufe in den Drehrohrofen strömt, und wobei ein Reaktor vorgesehen ist, der auf dem Strömungsweg des Abgases des Drehrohrofens zum Calcinator dem Calcinator vorgeschaltet ist, zu dem eine Zuleitung für das Abgas des Drehrohrofens führt, und die Erfindung betrifft ein zur Anlage korrespondierendes Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage zur Herstellung von Zementklinker aus Rohmehl, aufweisend in Materialstromrichtung gesehen mindestens einen Calcinator zum Entsäuern des Rohmehls, und mindestens einen Drehrohrofen zum Sintern des entsäuerten Rohmehls zu Zementklinker, wobei das entsäuerte Rohmehl nach Passage des Calcinators über eine Zyklonvorwärmstufe in den Drehrohrofen strömt, Führen der Abgase des Drehrohrofens in einen Reaktor, der auf dem Strömungsweg der Abgase des Drehrohrofens zum Calcinator dem Calcinator vorgeschaltet ist, wobei in den Reaktor in Bezug auf die Verweilzeit der Abgase in dem Reaktor überstö- chiometrisch Brennstoff zugegeben wird, so dass in den Abgasen enthaltenes Kohlendioxid (CO2) zu Kohlenmonoxid (CO) reduziert wird.
Zur Herstellung von Zementklinker wird ein Gemisch aus kalkhaltigem Gestein und aus silikathaltigem Gestein vermählen und einer Wärmebehandlung unterzogen, bei welcher der Kalk formell von Kohlendioxid (CO2) befreit und in gebrann- ten Kalk (CaO) überführt wird. In einem weiteren Schritt wird das durch die formelle CO2-Befreiung entsäuerte Rohmehl, das aus dem ursprünglich nicht entsäuerten kalkhaltigem Gestein und aus dem bis hier noch unveränderten silikat- haltigem Gestein besteht, in der Hitze zu verschiedenen Calciumsilikatphasen gesintert.
Die Entsäuerung und auch das Sintern von Rohmehl sind endotherme Prozesse, die zu ihrer Umsetzung Wärmeenergie benötigen. Diese Wärmeenergie kann aus hochwertigen Brennstoffen gewonnen werden. Neben den klassischen, primären Brennstoffen wie beispielsweise Kohle werden im Zementwerk aus Kostengründen in zunehmendem Maße alternative Brennstoffe als Energieträger eingesetzt, welche häufig aus kommunalen oder industriellen Abfällen gewonnen werden.
Die Art der eingangs erwähnten thermischen Behandlung macht es notwendig, dass die Sinterung in einem Drehrohrofen vorgenommen wird, wobei im Drehrohrofen sehr hohe Temperaturen, von mindestens 1 .450°C für eine erfolgreiche Sinterung der Calciumsilikatphasen vorherrschen müssen. Um diese hohen Temperaturen im Drehrohrofen zu erzeugen, ist man auf Flammtemperaturen angewiesen, die bis zu 1 .800°C heranreichen. Bei der hohen Temperatur wird sowohl im Brennstoff vorkommender Stickstoff, meist in Form von Aminen, und auch in der Verbrennungsluft vorkommender Luftstickstoff zu Stickoxiden (NOx) verbrannt. Sofern keine Maßnahmen getroffen werden, die entstandenen Stickoxide zu vermeiden oder zu reduzieren, entweichen die Stickoxide mit der Abluft des Drehrohrofens in die freie Atmosphäre, wo sie durch Hydrolyse mit der Luftfeuchtigkeit zu Salpetersäure (HNO3), salpetriger Säure (HNO2) und anderen, sauer reagierenden Stickoxidhydraten umgewandelt werden. Die mit Luftfeuchtigkeit sauer reagierenden Stickoxide (NOx) sind ursächlich für unerwünschten sauren Regen, der den natürlichen pH-Wert von Waldböden verringert und deren Widerstandskraft gegen Krankheiten schwächt. Um den Ausstoß von Stickoxiden (ΝΟχ) aus Anlagen zur Herstellung von Zement zu verringern, sind verschiedene Maßnahmen bekannt. In der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2013 006 237 A1 wird eine Anlage und ein Verfahren offenbart, in welchem Abgase des Drehrohrofens einer Anlage zur Herstellung von Zement in einen dem Drehrohrofen nachgeschalteten Reaktor, der zwischen Drehrohrofen und Calcinator angeordnet ist, Brennstoff (8) in den Reaktor zugegeben wird. Dabei ist die Menge des zugegebenen Brennstoffes in Bezug auf die Verweilzeit der Abgase in dem Reaktor überstöchiomterisch, so dass in den Abgasen enthaltenes Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid (CO) reduziert wird. Das Kohlenmonoxid (CO) dient als Reduktionsmittel für Stickoxide (ΝΟχ) die im Reaktor unabhängig von der kurzen Verweilzeit im Calcinator chemisch reduziert werden.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2013 006 236 A1 wird eine andere Anlage zur Herstellung von Zementklinker, aufweisend in Materialflussrichtung gesehen mindestens einen Wärmetauscher zum Vorwärmen von Rohmehl, mindestens einen darauf folgenden Calcinator zum Calcinieren des Rohmehls, mindestens einen Drehrohrofen zum Sintern des calcinierten Rohmehls, mindestens einen Klinkerkühler zum Kühlen des gesinterten Zementklinkers, wo bei eine Brennvorrichtung für sogenannte schwierige Brennstoffe mit unvorhersagbarem, zumindest aber mit wechselhaftem Zünd- und Abbrandverhalten vorhanden ist, welche die schwierigen Brennstoffe gegebenenfalls in Gegenwart von Rohmehl verschwelt, pyrolysiert und/oder verbrennt. Nach der dort gelehrten Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennvorrichtung als vorgeschalteter Topfreaktor oder Schwanenhalsreaktor in umgekehrter U-Form ausgestaltet ist, dessen Gasaustritt (5.2) oberhalb einer Tertiärluftleitung vom Klinkerkühler in den Calcinator mündet Dadurch wird eine Verbrennung von stückigem und/oder schwer zündbarem Brennstoff ermöglicht, wobei die Abbrandgase der unvollständigen Verbrennung im Reaktor im Calcinator in gasförmiger Form zur weiteren Verbrennung vorliegen.
In beiden Verfahren stammt der zur Brennstoffvergasung, also der zur Pyrolyse von Brennstoff zu Kohlenmonoxid (CO) notwendige Sauerstoff zum einen aus der Ofeneinlaufkammer (Rest-Sauerstoff aus dem Ofenbrennprozess) sowie von vorhandenem Kohlendioxid CO2 indirekt über einer im Pyrolyseraum stattfinde- nen Boudouard-Reaktion (CO2 Reduktion) am Brennstoff-C zu CO. Dabei ist die Sauerstoffversorgung eine feste Konstante und es besteht keine Möglichkeit, den Vergasungsprozess hinsichtlich der Temperatur und Vergasungsrate zu beeinflussen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Kontrolle der Vergasung des Brennstoffes zu verbessern.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei der Durchführung eines Verfahrens zum Betrieb einer Anlage zur Herstellung von Zement gelöst durch Einführen von Frischluft in den Reaktor an mindestens einer Stelle des Reaktors, wobei die Frischluft vorzugsweise aus einer Tertiärluftleitung stammt, die Reku- perationsluft von einem Drehrohrofen in Materialflussrichtung nachgeschalteten Klinkerkühler zurück in die Anlage führt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Verfahrenserfindung sind in den Unteransprüchen 6 bis 10 angegeben.
Korrespondierend dazu wird eine Anlage zur Herstellung von Zement vorgeschlagen, in welcher mindestens eine Zuluftleitung von Frischluft an mindestens einer Stelle des Reaktors vorgesehen ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Anlage zur Herstellung von Zement sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 angegeben.
Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass zwischen dem Drehrohrofen und dem Calcinator ein gegenüber herkömmlichen Anlagen zur Herstellung von Zement zusätzlicher Reaktor dem Calcinator vorgeschaltet ist, in welchem durch überstöchiometrische Zugabe von Brennstoffen Kohlenmonoxid (CO) entsteht. Das bei der Vergasung und/oder Pyrolyse von mitunter schwierigen Brennstoffen mit unvorhersagbarem Zünd- und Abbrandverhalten entstehende Kohlenmonoxid (CO) und auch das durch eine Boudouard-Reaktion entstehende Kohlenmonoxid (CO) durch die Reduktion von Kohlendioxid (CO2) aus den Abgasen des Dreh- rohrofens dient bei der weiteren Prozessführung als ein gasförmiges Reduktionsmittel für die Reduktion von NOx, wobei wieder freier Stickstoff (N2) und Kohlendioxid (CO2) entsteht.
Gegenüber den aus den Druckschriften DE 10 2013 006 236 A1 und DE 10 2013 006 237 A1 bekannte Verfahren wird hierbei um eine Frischluftzufuhr, diese bevorzugt aus einer zur Wärmerekuperation vorhandenen Tertiärluftleitung, erweitert. Die vorerwärmte Tertiärluft bringt reichlich Wärmeenergie mit, um die schwierigen Brennstoffe sicher zu vergasen oder gar zu pyrolysieren, wobei die Vergasung und Pyrolyse als endothermer Prozess stattfindet. Der bei der endothermen Prozessführung eintretende Temperaturabfall wird kompensiert durch eine in Bezug auf den Brennstoff unterstöchiometrische und in Bezug auf die vorhandene Verbrennungsluft bzw. Sauerstoff überstöchiometrische Verbrennung, die als exothermer Prozess stattfindet. Im Idealfall wird die Prozessführung durch Regelung der Frischluftzufuhr autotherm geführt. Bei der autothermen Prozessführung wird durch exotherme Prozessschritte gerade so viel Verbrennungsoder Prozesswärme entstehende Prozesswärme erzeugt, wie sie durch ebenfalls im Prozess vorkommende Prozessschritte von endothermen Prozessschritten verzehrt wird.
Zur Kontrolle der Prozessführung ist mindestens eine Regelschleife vorgesehen, in welcher eine Regelvorrichtung in Abhängigkeit von einem oder mehr als einem der nachstehend aufgeführten Parameter die dem Reaktor zugeführte Frischluft regelt: mittlere Reaktortemperatur, Reaktortemperatur im unteren Bereich des Reaktors, Reaktortemperatur im oberen Bereich des Reaktors, NOx-Ausstoß, Vergasungsrate, gemessen als CO-Konzentration. Die Temperatur kann in einem unteren Bereich des Reaktors gemessen werden, wo eine endotherme Prozessführung stattfindet, und zusätzlich noch in einem oberen Bereich gemessen werden, wo eine exotherme Prozessführung stattfindet. Unter Berücksichtigung der bei der Prozessführung entstehenden Gasmengen und deren spezifischen Wärmekapazitäten kann die Frischluft so geregelt werden, dass die Prozessführung autotherm geschieht, also gerade so viel Wärmeenergie durch die Vergasung verzehrt wird, wie bei der gegebenenfalls durch Frischluft- oder Sauerstoffzufuhr unterstützten exothermen Prozessführung wieder entsteht. Sinn und Zweck der autothermen Prozessführung ist es, so wenig wie möglich Frischluft oder sauerstoffangereicherte Luft oder gar reinen Sauerstoff (O2) zuzuführen, wie es möglich ist, ohne die für die Herstellung von Zementklinker notwendige Wärme zu entziehen. Es ist nicht Ziel der Erfindung, durch eine zusätzliche Brennstelle zwischen Drehrohrofen und Calcinator dem Prozess noch mehr Wärme zuzuführen, sondern es ist Ziel der Erfindung, zunächst eine möglichst hohe Kohlenmonoxid (CO)-Konzentration unter bestmöglicher Vergasung der schwierigen Brennstoffe zu erreichen, damit durch die hohe Kohlenmonoxid (CO)-Konzentration die unerwünschten Stickoxide (NOx) reduziert werden. Das überstöchiometrisch vorhandene Kohlenmonoxid (CO) ist in späteren Prozessstufen durch seine erhöhte Reaktionsfreudigkeit wesentlich leichter zu oxidieren.
Der zwischen Drehrohrofen und Calcinator geschaltete Reaktor ermöglicht eine gezielte Beeinflussung der Prozessparameter, wie Stöchiometrie von Brennstoff und Sauerstoff (O2) bzw. Luft, aber auch, die Temperatur und die Strömungsgeschwindigkeit und damit die Verweildauer der Brennstoffe unter den entsprechenden Bedingungen. Zur Kontrolle der Strömungsgeschwindigkeit lässt sich der Reaktor entsprechend auslegen. Zur Kontrolle der Temperatur ist es vorgesehen, dass Wasserdampf und/oder Wasser (H2O) in den Reaktionsraum gesprüht wird. Die eigentlich wegen des einhergehenden Wärme- und damit Energieverlustes hervorgerührte Herabsenkung der Temperatur ist aber notwendig, um die Bedingungen für eine Boudouard-Reaktion einzuhalten und um zu verhindern, dass das entstehende Kohlenmonoxid (CO) bis zum Kohlendioxid (CO2) abbrennt. Als alternative und auch als kumulative Möglichkeit zur Kühlung kann auch vorgesehen sein, schon erwärmtes, aber noch nicht entsäuertes Rohmehl in den Reaktor einzublasen. Die im Reaktor vorherrschende Wärme wird durch die Entsäuerungsreaktion als endothermer Prozess aufgenommen, wodurch ebenfalls die Temperatur der sehr heißen aus dem Drehrohrofen stammenden gasen herabgesenkt werden können.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von Zementklinker mit als Schwanenhalsreaktor ausgebildetem Reaktor.
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Anlage 1 zur Herstellung von Zementklinker abgebildet, in welche Rohmehl 2 in den Vorwärmer 1 .1 aufgegeben wird. Das Rohmehl 2 durchläuft die einzelnen Zyklonvorwärmstufen des Vorwärmers 1 .1 von oben nach unten im Gegenstrom der im Vorwärmer 1 .1 aufsteigenden Abluft aus dem Calcinator 3. Im Calcinator 3 wird unter Hinzunahme von Brennstoff Wärme erzeugt, die das Rohmehl 2 entsäuert, also in einer endothermen Reaktion aus dem im Rohmehl 2 enthaltenem Kalk (CaCOs) chemisch formal Kohlendioxid (CO2) entfernt, so dass gebrannter Kalk als Calciumoxid (CaO) übrig bleibt. Angekommen bei Zyklonvorwärmstufe 1 .2 wird das vorerhitzte Rohmehl 2 über eine Leitung 1 .3 in den Fuß des Calcinators 3 geleitet, wo das Rohmehl 2 durch aus einem Klinkerkühler 1 1 stammende Tertiärluft 4 in einer Tertiärluftleitung 4.1 mitgerissen wird. An dieser Stelle fließt das Rohmehl 2 mit dem ansonsten im Gegenstrom strömenden Gas in der Anlage 1 statt, dass es entgegen fließt. Beim gemeinsamen Aufsteigen im Calcinator 3 passieren das Rohmehl 2 aus Leitung 1 .3 und die Tertiärluft 4 aus Tertiärluftleitung 4.1 die Einströmungsstelle am Gasaustritt 5.2 für das aus dem Reaktor 5 einströmende Abgas der Verschwelung, Pyrolyse und/oder Verbrennung von schwer zündendem Brennstoff 6, das in der hier dargestellten Anlage 1 zur Herstellung von Zementklinker ZK in einem Schwanenhalsreaktor erzeugt wird. Das Abgas aus dem Reaktor 5 brennt im Calcinator 3 und erzeugt dort eine erhebliche Wärmemenge, die in der dort stattfindenden endothermen Entsäuerungsreaktion aufgeht. Der hier dargestellte Calcinator 3 weist eine Wirbelkammer 7 am Ende des Calcinators 3 auf, wo das Ab- brandgas und gegebenenfalls in den Calcinator 3 eingedüster Brennstoff vollkommen ausbrennen kann, bevor das Abgas des Calcinators 3 in den Wärme- tauscher 1 .1 strömt, denn im Wärmetauscher 1 .1 soll nach Möglichkeit keine Stoffumsetzung mehr geschehen. Bei Passage der untersten Zyklonwärmetauscherstufe 1 .4 wird das Rohmehl 2 abgetrennt und durch eine Leitung 1 .5 in die Drehofeneinlaufkammer 9 eingeführt, wo das Rohmehl 2 zum Sintern im Drehrohrofen 8 weiter erhitzt wird. Um die Aufteilung der Gasströme in den Calcinator 3 zwischen Tertiärluftleitung 4.1 und Reaktorweg aufzuteilen, ist ein Klappensystem 10 vorgesehen, mit dem die Luft zwischen Tertiärluftleitung 4.1 und Reaktor 5 aufgeteilt werden kann. Der schwer zündende Brennstoff 6 wird an einer Brennstelle im Reaktor 5 gezündet, wo es jedoch aufgrund seiner schweren Entzündbarkeit nur langsam abbrennt, verschwelt oder in der Wärme des Drehofenabgases pyrolysiert.
Nach dem Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine Zuluft- leitung 12 für Frischluft an mindestens einer Stelle des Reaktors 5 oberhalb der Zufuhr von Brennstoff 6 vorgesehen ist. Die vorerwärmte Tertiärluft 4 bringt reichlich Wärmeenergie in den Reaktor 5 ein, um die schwierigen Brennstoffe dort sicher zu vergasen oder gar zu pyrolysieren, wobei die Vergasung und Pyrolyse als endothermer Prozess stattfindet. Neben der Vergasung von Brennstoff 6 findet dort in einer Boudouard-Reaktion auch die Reduktion von Kohlendioxid (CO2) der Abgase des Drehrohrofens 8 zu Kohlenmonoxid (CO) statt. Der bei der endothermen Prozessführung eintretende Temperaturabfall innerhalb der Reaktionsstrecke des Reaktors 5 auf dem Weg zwischen der Zufuhr von Brennstoff 6 und den Frischluftzuleitungen 12.1 , und 12.2 wird kompensiert durch eine in Bezug auf den Brennstoff unterstöchiometrische und in Bezug auf die vorhandene Verbrennungsluft bzw. Sauerstoff überstöchiometrische Verbrennung, die als exothermer Prozess stattfindet.
Um zu verhindern, dass die Vergasung„überschießt" oder die Reduktion von Kohlendioxid (CO2) in den Abgasen des Reaktors aufgrund zu hoher Temperatur auf Seite des Kohlendioxids und nicht auf Seite des Kohlenmonoxids liegt, ist nach einer Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, Mittel zur Kühlung einzu- setzen. Die Kühlung kann stattfinden durch eine Rohmehlzufuhr über eine Roh- melzuleitung 1 .6 und über eine Eindüsung von Wasserdampf oder Wasser an dieser Stelle und ggf. an weiteren Stellen, die einer Temperaturregelung bedürfen.
Im Idealfall wird die Prozessführung durch Regelung der Frischluftzufuhr an den Frischluftzuleitungen 12.1 und 12.2 autotherm geführt. Bei der autothermen Prozessführung wird durch exotherme Prozessschritte gerade so viel Verbrennungsoder Prozesswärme entstehende Prozesswärme erzeugt, wie sie durch ebenfalls im Prozess vorkommende Prozessschritte von endothermen Prozessschritten verzehrt wird.
Um die Vergasung und die dort stattfindende Boudouard-Reaktion im Reaktor 5 zu kontrollieren, wird bevorzugt am Fuß des Reaktors 5 Brennstoff 6 oder ein schwieriger Brennstoff eingeführt, der in den Drehrohrofenabgasen aus Drehrohrofen 8 beginnt, zu vergasen. Der Temperaturabfall durch die endotherme Vergasungsreaktion vor der ersten Frischluftzufuhr 12.1 und vor der zweiten Frischluftzufuhr 12.2 wird durch die Frischluftzufuhr 12.1 . und 12.2 kompensiert, weil dort das bereits entstandene Kohlenmonoxid (CO) zu Kohlendioxid (CO2) in einem exothermen Prozessschritt verbrannt wird. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Frischluftzufuhr an den Frischluftzufuhrstellen 12.1 und 12.2 gerade so hoch ist, dass der Prozess im Reaktor 5 autotherm stattfindet. Das im absteigenden Ast 5.1 des Reaktors 5 strömende Gas hat durch die autotherme Prozessführung eine gegenüber den Drehrohrofenabgasen unveränderte Temperatur.
B E Z U G S Z E I C H E N L 1 S T E
Anlage 5.1 absteigender Ast
Vorwärmer 5.2 Einströmungsstelle / Gasaustritt
Zyklonwärnnetauscherstufe
6 Brennstoff
Leitung
7 Wirbel kammer
Zyklonwärnnetauscherstufe
8 Dreh roh rofen
Leitung
9 Drehrohrofeneinlaufkammer
Rohmehlzufuhr
10 Klappensystem
Rohmehl
11 Klinkerkühler
Calcinator
12 Zuluftleitung
Tertiärluft
12.1 Frischluftzufuhr
Tertiärluftleitung
12.2 Frischluftzufuhr
Reaktor
ZK Zementklinker

Claims

Anlage zur Herstellung von Zement mit
vermindertem Ausstoß von Schadgasen
P A T E N T A N S P R Ü C H E
Anlage (1 ) zur Herstellung von Zementklinker (ZK) aus Rohmehl (2), aufweisend in Materialstromrichtung gesehen mindestens einen Calcinator (3) zum Entsäuern des Rohmehls (2), und mindestens einen Drehrohrofen (8) zum Sintern des entsäuerten Rohmehls (2) zu Zementklinker (ZK), wobei das entsäuerte Rohmehl (2) nach Passage des Calcinators (3) über eine Zyklonvorwärmstufe (1 .1 ) in den Drehrohrofen (8) strömt, und wobei ein Reaktor (5) vorgesehen ist, der auf dem Strömungsweg des Abgases des Drehrohrofens (8) zum Calcinator (3) dem Calcinator (3) vorgeschaltet ist, zu dem eine Zuleitung für das Abgas des Drehrohrofens (8) führt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Zuluftleitung (12) für die Zuführung von Frischluft an mindestens einer Stelle des Reaktors (5) vorgesehen ist.
2. Anlage (1 ) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Frischluft aus einer Tertiärluftleitung (4.1 ) stammt, die Rekuperationsluft von einem dem Drehrohrofen (8) in Materialflussrichtung nachgeschalteten Klinkerkühler (1 1 ) zurück in die Anlage führt.
3. Anlage (1 ) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelvorrichtung vorgesehen ist, welche in Abhängigkeit von einem oder mehr als einem der nachstehend aufgeführten Parameter die dem Reaktor (5) zugeführte Frischluft regelt: mittlere Reaktortemperatur, Reaktortemperatur im unteren Bereich des Reaktors, Reaktortemperatur im oberen Bereich des Reaktors, NOx-Ausstoß, Vergasungsrate, gemessen als CO- Konzentration.
4. Anlage (1 ) nach einem der vorstehend genannten Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wasser- oder Wasserdampfzufuhr in den Reaktor (5) und/oder eine Zufuhr von sauerstoffangereicherter Luft oder von reinem Sauerstoff vorgesehen ist.
Anlage (1 ) nach einem der vorstehend genannten Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Zufuhr (1 .
6) von erwärmtem, aber noch nicht durch den Calcinator geströmtem Rohmehl (2) in den Reaktor (5) vorgesehen ist.
Verfahren zum Betrieb einer Anlage (1 ) zur Herstellung von Zementklinker aus Rohmehl (2), aufweisend in Materialstromrichtung gesehen
- mindestens einen Calcinator (3) zum Entsäuern des Rohmehls (2), und
- mindestens einen Drehrohrofen (8) zum Sintern des entsäuerten Rohmehls (2) zu Zementklinker (ZK), wobei das entsäuerte Rohmehl (2) nach Passage des Calcinators (3) über eine Zyklonvorwärmstufe (1 .1 ) in den Drehrohrofen (8) strömt,
- Führen der Abgase des Drehrohrofens (8) in einen Reaktor (5), der auf dem Strömungsweg der Abgase des Drehrohrofens (8) zum Calcinator (3) dem Calcinator (3) vorgeschaltet ist, wobei
- in den Reaktor (5) in Bezug auf die Verweilzeit der Abgase in dem Reaktor (5) überstöchiometrisch Brennstoff (6) zugegeben wird, so dass in den Abgasen enthaltenes Kohlendioxid (CO2) zu Kohlenmonoxid (CO) reduziert wird, gekennzeichnet durch
- Einführen von Frischluft in den Reaktor (5) an mindestens einer Stelle des Reaktors (5), wobei die Frischluft vorzugsweise aus einer Tertiärluftleitung (4.1 ) stammt, die Rekuperationsluft von einem dem Drehrohrofen (8) in Materialflussrichtung nachgeschalteten Klinkerkühler (1 1 ) zurück in die Anlage (1 ) führt.
7. Verfahren zum Betrieb einer Anlage (1 ) zur Herstellung von Zementklinker nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine Regelung der dem Reaktor (5) zugeführten Frischluft in Abhängigkeit von einem oder mehr als einem der nachstehend aufgeführten Parameter: mittlere Reaktortemperatur, Reaktortemperatur im unteren Bereich des Reaktors, Reaktortemperatur im oberen Bereich des Reaktors, NOx-Ausstoß, Vergasungsrate, gemessen als CO-Konzentration.
8. Verfahren zum Betrieb einer Anlage (1 ) zur Herstellung von Zementklinker nach Anspruch 5 bis 7, gekennzeichnet durch eine Wasser- und/oder Wasserdampfzufuhr und/oder durch eine Zufuhr von sauerstoffangereicherter Luft oder von reinem Sauerstoff in den Reaktor (5) an mindestens einer Stelle.
9. Verfahren zum Betrieb einer Anlage (1 ) zur Herstellung von Zementklinker nach Anspruch 5 bis 8, gekennzeichnet durch mindestens eine Zufuhr von erwärmtem, aber noch nicht durch den Calcina- tor geströmtem Rohmehl durch eine Zufuhrleitung (1 .6)
Verfahren zum Betrieb einer Anlage (1 ) zur Herstellung von Zementklinker nach Anspruch 5 bis 8,
gekennzeichnet durch eine autotherme Prozessführung, bei der die vom Prozess aufgenommene Wärme zur endothermen Vergasung von Brennstoff zu Kohlenmonoxid (CO) ausgeglichen wird durch die vom Prozess abgegebene Wärme bei der Verbrennung von Kohlenmonoxid (CO) zu Kohlendioxid (CO2)
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