LU103143B1

LU103143B1 - Materialkühler

Info

Publication number: LU103143B1
Application number: LU103143A
Authority: LU
Inventors: Eike Willms; Constantin Kimmig
Original assignee: thyssenkrupp Polysius GmbH; Thyssenkrupp Ag
Priority date: 2023-06-06
Filing date: 2023-06-06
Publication date: 2024-12-06

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Materialkühler 40, wobei der Materialkühler 40 eine Auflagefläche für das zu kühlende Material aufweist, wobei der Materialkühler 40 eine Auftragsseite zur Einbringung von heißem Material auf die Auflagefläche und eine Austragsseite zur Ausbringung des gekühlten Materials aufweist, wobei der Materialkühler 40 wenigstens eine erste Kühlzone 41 und eine zweite Kühlzone 42 aufweist, wobei die erste Kühlzone 41 an die Austragsseite angrenzend ist, wobei die erste Kühlzone 41 eine Luftzubringung 51 aufweist, wobei die zweite Kühlzone 42 an die erste Kühlzone 41 angrenzend ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kühlzone 42 eine erste Wasserzuführung 52 für Wasser mit mehr als 100 °C aufweist, wobei die erste Wasserzuführung 52 unterhalb der Auflagefläche angeordnet ist.

Description

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Materialkühler

Die Erfindung betrifft einen Materialkühler mit Abdichtung des Sauerstoff-beaufschlagten wärmeren Teilbereichs gegen die Umgebungsluft im kälteren Teilbereichs des

Materialkühlers.

Anlagen, beispielsweise zur Herstellung von Klinker, werden heutzutage beispielsweise im sogenannten Oxyfuel-Verfahren betrieben, also im Idealfall in reinem Sauerstoff.

Dadurch ist das Gas idealisiert am Ende des Prozesses Kohlendioxid (mit Wasserdampf, welcher sehr leicht abgetrennt werden kann und somit die Kohlendioxid-Konzentration am Eintritt einer nachgeschalteten Kohlendioxid-Abtrenneinrichtung nicht senkt. Damit kann das Kohlendioxid in einfacher Weise abgesondert und damit eine Emission vermeiden werden. Insbesondere entfällt dadurch eine aufwändige Trennung insbesondere vom Stickstoff. Somit ist aber jede Nebenluftquelle, also die Möglichkeit des Eindringens von Umgebungsluft in das System möglichst weitestgehend zu vermeiden.

Eine übliche Trennstelle zwischen dem sauerstoffhaltigen Bereich und der

Umgebungsluft findet sich zumeist im Materialkühler, wo eine Kühlung wenigstens am

Ende mit Umgebungsluft erfolgt.

Aus der DE 10 2006 026 234 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kühlen von

Schüttgut bekannt.

Aus der WO 2022 248 384 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von

Zementklinker bekannt.

Üblicherweise werden zur Vermeidung beispielsweise Trenn- oder Leitbleche in den

Materialkühler eingesetzt, um die Gasströme zwischen den verschiedenen Bereichen zu minimieren. Dieses führt aber dennoch zu einer Vermischung und damit zum einem zum

Verlust von wertvollem Sauerstoff sowie zum Eindringen von Stickstoff in den

Innenbereich. Des Weiteren weisen derartige statische Einrichtungen Verschleiß auf.

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Aufgabe der Erfindung ist es, den Eintrag von Nebenluft über den Materialkühler in das

System zu minimieren.

Gelöst wird diese Aufgabe durch den Materialkühler mit den in Anspruch 1 angegebenen

Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.

Der erfindungsgemäße Materialkühler dient zur Kühlung eines thermisch behandelten

Materials, insbesondere eines Schüttgutes, beispielsweise eines Klinkers. Bevorzugt wird der eigentliche thermische Behandlungsvorgang nach dem Oxyfuelprozess durchgeführt, also in einer sauerstoffreichen Atmosphäre. Der Materialkühler weist eine Auflagefläche für das zu kühlende Material auf. Auf der Auflagefläche wandert das zu kühlende Material durch den Materialkühler. Dieses kann aktiv durch ein Förderorgan oder passiv, beispielweise durch schräge Anordnung, erfolgen. Der Materialkühler weist eine

Auftragsseite zur Einbringung von heißem Material auf die Auflagefläche und eine

Austragsseite zur Ausbringung des gekühlten Materials auf. Der Materialkühler weist wenigstens eine erste Kühlzone und eine zweite Kühlzone auf. Die erste Kühlzone ist an die Austragsseite angrenzend. Das gekühlte Material wird aus der ersten Kühlzone somit ausgetragen. Die erste Kühlzone weist eine Luftzubringung auf. Über die Luftzubringung wird beispielsweise und bevorzugt Umgebungsluft zugeführt, um des Material zu kühlen, sodass dieses nach der Entnahme aus dem Materialkühler gehandhabt werden kann.

Über die Luftzubringung kann auch ein Gas beispielsweise aus einem Kreislauf zugeführt werden. Das über die Luftzubringung zugeführte Gas weist üblicherweise einen störenden Gasanteil, insbesondere Stickstoff auf. Die zweite Kühlzone ist an die erste

Kühlzone angrenzend. Somit ist die zweite Kühlzone entlang des Materialstromes vor der ersten Kühlzone angeordnet.

Erfindungsgemäß weist die zweite Kühlzone eine erste Wasserzuführung für Wasser mit mehr als 100 °C auf. Die erste Wasserzuführung ist unterhalb der Auflagefläche oder in der auf der Auflagefläche angeordnete Materialschicht angeordnet. Hierbei kann die eine erste Wasserzuführung für flüssiges, heiRes Wasser unter Druck oder für Wasserdampf ausgebildet sein. Eine Zuführung oberhalb von 100 °C ist zielführend um Kondensation im Material zu verhindern. Dieses ist notwendig, um beispielsweise bei Klinker eine

222314P00LU 3/8 LU103143 anschließende und ungewollte Reaktion bei der Lagerung des Produkts zu verhindern.

Vorzugsweise wird das Wasser zwischen 100 und 200 °C zugeführt. Hier ist das

Optimum zwischen Ausnutzung der Wärmeenergie und Vermeidung der Kondensation zu wählen. Bekannt ist eine Direktkühlung der Materialschicht von oben, beispielsweise durch das Aufsprühen von Wasser. Erfindungswesentlich ist aber nun die Aufbringung des Wassers unterhalb oder innerhalb der Materialschicht, wodurch eine Sperrwirkung eben auch in der Materialschicht und nicht nur oberhalb erreicht wird.

Ein wesentliches Merkmal ist die Zuführung des Wassers von unten. Bekannt sind

Aufbringung von oben, beispielsweise auch durch Aufsprühen. In allen diesen Fällen verbleibt aber immer eine Gasschicht innerhalb des Materials, welche nicht durch

Wasserdampf eingenommen wird. Durch das Zuführen von unten wird die Materialschicht durchströmt und somit auch in diesem Bereich somit eine effiziente Gasbarriere geschaffen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Materialkühler eine dritte

Kühlzone auf. Die dritte Kühlzone ist an die zweite Kühlzone angrenzend. Die dritte

Kühlzone ist für den Betrieb mit angereichertem Sauerstoff mit einem Anteil von mehr als 50 Vol.-%, bevorzugt von mehr als 90 Vol.-%, Sauerstoff, also für den sogenannten

Oxyfuel-Prozess, ausgelegt.

Alternativ dazu kann die Sauerstoff-angereicherte Atmosphäre auch erst in einem dem

Materialkühler und damit der zweiten Kühlzone benachbarten Vorrichtung, beispielsweise einem Ofenkopf, gegeben sein. In diesem Fall erfolgt die Abdichtung direkt an der Auftragsseite des Materialkühlers.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die zweite Zone über wenigstens 2 %, vorzugsweise wenigstens 3 %, der Gesamtlänge des Materialkühlers.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die zweite Zone über höchstens 50 %, bevorzugt höchstens 35 %, weiter bevorzugt höchstens 20 %, weiter bevorzugt höchstens 10 %, der Gesamtlänge des Materialkühlers.

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Kühlzone ist für den Betrieb mit einem Gemisch aus Kohlendioxid und Sauerstoff ausgebildet, wobei die Summe aus Sauerstoff und Kohlendioxid mehr als 80 Vol.-% beträgt. Auch dieses entspricht dem Oxyfuel-Verfahren, wobei zusätzlich Kohlendioxid (zumeist aus dem Abgas) zurückgeführt wird. Und so der Gasstrom erhöht wird, um den in reinem Sauerstoff fehlenden Stickstoff zu ersetzen und so die Tragfähigkeit des

Gasstromes mit herkömmlichen Verfahren vergleichbar einzustellen. Beispielswiese kann daher das Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlendioxid entsprechend zu 1:5 gewählt werden, analog dem Sauerstoffanteil in der Luft unter Berücksichtigung weiterer

Gasbestandteile.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Materialkühler eine vierte

Kühlzone auf. Die vierte Kühlzone ist an die zweite Kühlzone angrenzend. Die vierte

Kühlzone weist eine Kohlendioxid-Zufuhr auf. Insbesondere kann das Kohlendioxid über einen Kohlendioxidauslass und eine Tertiärluftleitung beispielsweise einem Calcinator zugeführt werden. Zusätzlich oder alternativ kann der Kohlendioxidauslass mit der

Kohlendioxid-Zufuhr verbunden sein, das Kohlendioxid also rezirkuliert werden. Das

Kohlendioxid muss daher kein reines Kohlendioxid sein, sondern insbesondere im Falle des rezirkulierten Kohlendioxids kann dieses weitere Stoffe enthalten.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Materialkühler eine fünfte

Kühlzone auf. Die fünfte Kühlzone ist an die vierte Kühlzone angrenzend. Die fünfte

Kühlzone weist eine zweite Wasserzuführung für Wasser mit mehr als 100 °C auf. Die zweite Wasserzuführung ist unterhalb der Auflagefläche oder in der auf der Auflagefläche angeordnete Materialschicht angeordnet. Hierbei kann die zweite Wasserzuführung für flüssiges Wasser unter Druck oder für Wasserdampf ausgebildet sein. Eine Zuführung oberhalb von 100 °C ist zielführend um Kondensation im Material zu verhindern. Dieses ist notwendig, um beispielsweise bei Klinker eine anschließende und ungewollte Reaktion beider Lagerung des Produkts zu verhindern. Vorzugsweise wird das Wasser zwischen 200 und 400 °C zugeführt. Da sich eine weitere Kühlzone anschließt, kann hier Wasser mit deutlich höherer Temperatur verwendet werden.

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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Materialkühler eine siebente

Kühlzone auf. Die siebente Kühlzone ist an die vierte Kühlzone angrenzend. Die siebente

Kühlzone ist für den Betrieb mit angereichertem Sauerstoff mit einem Anteil von mehr als 50 Vol.-%, bevorzugt von mehr als 90 Vol.-%, Sauerstoff ausgelegt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Materialkühler eine sechste

Kühlzone auf. Die sechste Kühlzone ist an die fünfte Kühlzone angrenzend. Die sechste

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die dritte Kühlzone einen

Gasablass auf. Der Gasablass ist mit der Kohlendioxid-Zufuhr und/oder einem Calcinator insbesondere über eine Tertiarluftleitung verbunden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der ersten Kühlzone und der zweiten Kühlzone eine erste mechanische Gastrenneinrichtung angeordnet. Hierbei weist die erste mechanische Gastrenneinrichtung vorzugsweise einen ausreichenden

Abstand zum Material auf der Auflagefläche auf, um Verschleiß zu verhindern. Auch zwischen weiteren Kühlzonen können analog zusätzliche weitere mechanische

Gastrenneinrichtungen angeordnet sein.

Selbstverständlich ist es möglich, die erfindungsgemäßen Ausführungsformen mit Trenn- oder Leitblechen nach dem Stand der Technik zu kombinieren. Hierdurch wird die ungewollte Vermischung natürlich weiter verringert.

Nachfolgend ist der erfindungsgemäße Materialkühler anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 erstes Beispiel

Fig. 2 zweites Beispiel

Fig. 3 drittes Beispiel

Fig. 4 viertes Beispiel

Fig. 5 fünftes Beispiel

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Fig. 6 sechstes Beispiel

In Fig. 1 ist ein erstes Beispiel gezeigt. Es handelt sich beispielsweise um eine Anlage zur Herstellung von Klinker aus Kalkstein. Die Anlage weist einen Vorwärmer 10, einen

Calcinator 20, einen Drehrohrofen 30 und einen erfindungsgemäßen Materialkühler 40 auf, wobei der Stoffstrom vom Vorwarmer 10 über den Calcinator 20 und den

Drehrohrofen 30 in den Materialkühler 40 geführt wird. Der Gasstrom geht vom

Drehrohrofen 30 über den Calcinator 20 in den Vorwärmer. Drehrohrofen 30, Calcinator 20 und Vorwärmer 10 sind für den Betrieb nach dem Oxyfuelverfahren, also mit (technisch) reinem Sauerstoff ausgelegt und werden so betrieben. Der Materialkühler weist eine erste Kühlzone 41 auf, welche durch eine Luftzubringung 51 mit kühler

Umgebungsluft versorgt wird und so das Material, den benannten Klinker, nahe der

Umgebungstemperatur abkühlt. Um somit den sauerstoffreichen Bereich von der

Umgebungsluft zu trennen, weist der Materialkühler eine zweite Kühlzone 42 auf, in welche von unten unter Druck stehendes Wasser mit beispielsweise 150 °C über eine erste Wasserzuführung 52 zugeführt wird, wodurch eine sichere, einfache und verschleißfreie Trennung zwischen dem sauerstoffreichen Bereich und der

Umgebungsluft geschaffen wird.

Insoweit sind alle im Folgenden diskutierten Beispiele gleich.

Das erste Beispiel weist eine direkte Sauerstoffzufuhr in den Drehrohrofen 30, beispielsweise über den Ofenkopf auf. Da die Verbrennung in (technisch) reinem

Sauerstoff sehr heiß ist, kann auf eine Vorwärmung des Sauerstoffs verzichtet werden.

Fig. 2 zeigt ein zweites Beispiel, wo der Sauerstoff nicht direkt in den Drehrohrofen 30 gegeben wird, wie im ersten Beispiel, sondern zunächst über eine Sauerstoffzufuhr 53 in eine dritte Kühlzone 43 geleitet und dort vorgewärmt und vorgewärmt aus der dritten

Kühlzone 43 in den Drehrohrofen geführt wird. Die dritte Kühlzone 43 ist direkt angrenzend an die zweite Kühlzone 42 angeordnet.

In Fig. 3 ist ein drittes Beispiel gezeigt, bei der eine vierte Kühlzone 44 angrenzend an die zweite Kühlzone 42 angeordnet ist. Der vierten Kühlzone 44 wird über eine

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Kohlendioxid-Zufuhr 54 Kohlendioxid zugeführt. Der Sauerstoff wird auch im dritten

Beispiel wie im ersten Beispiel direkt dem Drehrohrofen 30 zugeführt.

Das in Fig. 4 gezeigte vierte Beispiel unterscheidet sich vom dritten Beispiel dadurch, dass angrenzend an die vierte Kühlzone 44 eine fünfte Kühlzone 45 mit einer zweiten

Wasserzuführung 55 angeordnet ist. Dadurch wird verhindert, dass das Kohlendioxid aus der vierten Kühlzone 44 in den Drehrohrofen 30 gelangt. Vielmehr wird das Kohlendioxid über eine Tertiärluftleitung direkt dem Calcinator 20 zugeführt, um dort einen größeren

Volumenstrom zu erzeugen und somit die Tragfähigkeit für das Material im Gasstrom zu erhöhen.

Das in Fig. 5 gezeigte fünfte Beispiel unterscheidet sich von dem dritten Beispiel dadurch, dass an die vierte Kühlzone 44 eine siebente Kühlzone 47 angrenzend angeordnet ist, wobei der siebenten Kühlzone 47 über eine Sauerstoffzufuhr 57 (technisch) reiner

Sauerstoff zugeführt wird, dieser dort vorgewärmt und dann dem Drehrohrofen 30 zugeführt wird. Das Kohlendioxid aus der vierten Kühlzone 44 wird wie im vierten Beispiel über eine Tertiärluftleitung dem Calcinator 20 zugeführt.

Fig. 6 zeigt ein sechstes Beispiel, welches sich vom vierten Beispiel dadurch unterscheidet, dass der Materialkühler 40 einen an die fünfte Kühlzone 45 angrenzende sechste Kühlzone 46 aufweist, wobei der sechsten Kühlzone 46 über eine

Sauerstoffzufuhr 56 (technisch) reiner Sauerstoff zugeführt, dort vorgewärmt und dann dem Drehrohrofen 30 zugeführt wird.

Bezugszeichen 10 Vorwärmer 20 Calcinator

Drehrohrofen

Materialkühler 30 41 erste Kühlzone 42 zweite Kühlzone 43 dritte Kühlzone 44 vierte Kühlzone

222314P00LU 8/8 LU103143 45 fünfte Kühlzone 46 sechste Kühlzone 47 siebente Kühlzone 51 Luftzubringung 52 erste Wasserzuführung 53 Sauerstoffzufuhr 54 Kohlendioxid-Zufuhr 55 zweite Wasserzuführung 56 Sauerstoffzufuhr 57 Sauerstoffzufuhr

Claims

222314P00LU 1/2 LU103143 Patentansprüche

1. Materialkühler (40), wobei der Materialkühler (40) eine Auflagefläche für das zu kühlende Material aufweist, wobei der Materialkühler (40) eine Auftragsseite zur Einbringung von heißem Material auf die Auflagefläche und eine Austragsseite zur Ausbringung des gekühlten Materials aufweist, wobei der Materialkühler (40) wenigstens eine erste Kühlzone (41) und eine zweite Kühlzone (42) aufweist, wobei die erste Kühlzone (41) an die Austragsseite angrenzend ist, wobei die erste Kühlzone (41) eine Luftzubringung (51) aufweist, wobei die zweite Kühlzone (42) an die erste Kühlzone (41) angrenzend ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kühlzone (42) eine erste Wasserzuführung (52) für Wasser mit mehr als 100 °C aufweist, wobei die erste Wasserzuführung (52) unterhalb der Auflagefläche oder in der auf der Auflagefläche angeordnete Materialschicht angeordnet ist.

2. Materialkühler (40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialkühler (40) eine dritte Kühlzone (43) aufweist, wobei die dritte Kühlzone (43) an die zweite Kühlzone (42) angrenzend ist, wobei die dritte Kühlzone (43) für den Betrieb mit angereichertem Sauerstoff mit einem Anteil von mehr als 50 Vol.- %, bevorzugt von mehr als 90 Vol.-%, Sauerstoff ausgelegt ist.

3. Materialkühler (40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialkühler (40) eine dritte Kühlzone (43) aufweist, wobei die dritte Kühlzone (43) an die zweite Kühlzone (42) angrenzend ist, wobei die dritte Kühlzone (43) für den Betrieb mit einem Gemisch aus Kohlendioxid und Sauerstoff ausgebildet ist, wobei die Summe aus Sauerstoff und Kohlendioxid mehr als 80 Vol.-% beträgt.

4. Materialkühler (40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialkühler (40) eine vierte Kühlzone (44) aufweist, wobei die vierte Kühlzone (44) an die zweite Kühlzone (42) angrenzend ist, wobei die vierte Kühlzone (44) eine Kohlendioxid-Zufuhr (54) aufweist.

5. Materialkühler (40) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialkühler (40) eine fünfte Kühlzone (45) aufweist, wobei die fünfte Kühlzone (45) an die vierte Kühlzone (44) angrenzend ist, wobei die fünfte Kühlzone (45)

222314P00LU 2/2 LU103143 eine zweite Wasserzuführung (55) für Wasser mit mehr als 100 °C aufweist, wobei die zweite Wasserzuführung (55) unterhalb der Auflagefläche oder in der auf der Auflagefläche angeordnete Materialschicht angeordnet ist.

6. Materialkühler (40) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialkühler (40) eine siebente Kühlzone (47) aufweist, wobei die siebente Kühlzone (47) an die vierte Kühlzone (44) angrenzend ist, wobei die siebente Kühlzone (47) für den Betrieb mit angereichertem Sauerstoff mit einem Anteil von mehr als 50 Vol.-%, bevorzugt von mehr als 90 Vol.-%, Sauerstoff ausgelegt ist.

7. Materialkühler (40) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialkühler (40) eine sechste Kühlzone (46) aufweist, wobei die sechste Kühlzone (46) an die fünfte Kühlzone (45) angrenzend ist, wobei die sechste Kühlzone (46) für den Betrieb mit angereichertem Sauerstoff mit einem Anteil von mehr als 50 Vol.-%, bevorzugt von mehr als 90 Vol.-%, Sauerstoff ausgelegt ist.

8. Materialkühler (40) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Kühlzone (43) einen Gasablass aufweist, wobei der Gasablass mit der Kohlendioxid-Zufuhr (54) und/oder einem Calcinator verbunden ist.

9. Materialkühler (40) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Kühlzone (41) und der zweiten Kühlzone (42) eine erste mechanische Gastrenneinrichtung angeordnet ist.