AT502256A1 - Verfahren und vorrichtung zum verwerten von alternativen brennstoffen bei der klinker- bzw. zementherstellung - Google Patents

Description

  Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verwerten von alternativen Brennstoffen bei der Klinker- bzw. Zementherstellung.
Alternative Brennstoffe enthalten in der Regel eine Reihe von Elementen, deren Verbrennung zu Produkten führt, welche nur mittels aufwändiger Reinigungsschritte wiederum aus dem Abgasstrom entfernt werden können. Derartige Verbrennungsprodukte, wie beispielsweise Schwefeldioxid, können aber im Zuge der Klinker- und Zementherstellung gefahrlos in das Endprodukt eingebaut werden, sodass neben einer Verwertung von geringerwertigen Brennstoffen gleichzeitig auch die gefahrlose Entsorgung von bei einer konventionellen Verbrennung störenden Verbrennungsprodukten gelingt.

   Alternative Brennstoffe, wie sie beispielsweise von organischen Abfällen gebildet werden, zeichnen sich aber auch durch gegenüber hochwertigen Brennstoffen geringeren Heizwert aus. Mit Brennern, wie sie für das Beheizen des Drehrohrofens bei der Klinkerherstellung eingesetzt werden, müssen Temperaturen von etwa 2000[deg.] C erzielt werden, wobei dies nur unter Zuhilfenahme von hochwertigen Brennstoffen wie gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen sowie ggf. unter Einsatz von Kohlenstaubbrennern gelingt. Derartige Brenner wurden bereits dafür ausgelegt, dass sie eine gewisse Teilmenge an alternativen Brennstoffen zusätzlich verwerten können.

   Bedingt durch den relativ schlechteren Heizwert führen derartige Brennstoffbeimengungen in den Hauptbrennern des Klinkerofens aber häufig auch nur zu unvollständiger Verbrennung und zu Störungen des Flammenbildes des eigentlichen Hochtemperaturbrenners. Alternative Brennstoffe benötigen gegenüber hochwertigen Brennstoffen eine wesentlich längere Verweilzeit in der oxidierenden Brenneratmosphäre, um eine vollständige Verbrennung sicherzustellen. Bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten kann eine derartige Verweilzeit nicht ohne weiteres gewährleistet werden.
Ein wesentlicher Anteil der im Zuge der Klinker- und Zementherstellung aufgewandten Energie wird für das Kalzinieren des Rohmehls verwendet. Das Kalzinieren erfolgt bei gegenüber Klinkertemperaturen wesentlich geringeren Temperaturen und ist in der Regel bei Temperaturen um 850[deg.] C vollständig möglich.

   Der Einsatz von minderwertigen und insbesondere alternativen Brennstoffen im Bereich eines derartigen vergleichsweise niedereren Temperaturniveaus bietet sich theoretisch an. Problematisch ist allerdings der Umstand, dass in Vorkalzinierern unter Verwendung der heissen Verbrennungsgase des Klinkerofens Strömungsgeschwindigkeiten so vorherrschen, dass zwar eine hinreichend lange Verweilzeit bzw. Rückhaltezeit für das im Schwebegasverfahren mitgenommene zu erhitzende Rohmehl, nicht jedoch für eine vollständige Verbrennung von stückigen alternativen Brennstoffen gewährleistet ist.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren zum Verwerten von alternativen Brennstoffen bei der Klinker- bzw. Zementherstellung vorzuschlagen, mit welchem derartige alternative Brennstoffe gefahrlos insbesondere im Bereich von Vorerhitzern bzw.

   Vorkalzinierern eingesetzt werden können, wobei insbesondere sichergestellt werden soll, dass eine entsprechende Verweilzeit für die gewünschte Umsetzung auch bei stückigem Brennstoff gesichert ist. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemässe Verfahren im wesentlichen darin, dass die alternativen Brennstoffe in Reaktoren für das Vorerhitzen und/oder Vorkalzinieren von Rohmehl in einer von den Brennern des jeweiligen Reaktors gesonderten Brenneinrichtung eingesetzt und zumindest teilweise verbrannt werden, worauf eine ggf. vollständige Verbrennung im Inneren der Reaktoren mit dem dem Brenner des Reaktors in überstöchiometrischer Menge zugeführten VerbrennungsSauerstoff vorgenommen wird. In Vorkalzinierern bzw.

   Vorerhitzern sind zumeist Brenner beispielsweise für Petrolkoks oder andere Brennstoffe wie Erdgas oder Erdöl vorgesehen, welche gemeinsam mit der in einen derartigen Reaktor eingebrachten Tertiärluft eine entsprechend rasche Verbrennung auch bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten und damit eine entsprechende Erhitzung zum Zwecke des Vorkalzinierens von Rohmehl gewährleisten. Dadurch, dass nun für die alternativen Brennstoffe, für welche eine längere Verweilzeit in der Atmosphäre des Vorerhitzers bzw.

   Vorkalzinierers gefordert wird, eine gesonderte Brenneinrichtung vorgese hen ist, lässt sich diese Brenneinrichtung an die jeweiligen Bedürfnisse des alternativen Brennstoffs anpassen, wobei eine entsprechende Verweilzeit und insbesondere auch der entsprechende Sauerstoffbedarf für eine zumindest teilweise Verbrennung bei hohen Temperaturen gesondert eingestellt werden können und ein bereits zumindest teilweise verbranntes Produkt in den Reaktorraum ausgestossen werden kann, welches dann innerhalb der relativ kurzen zur Verfügung stehenden Zeit parallel zu dem im Schwebezustand gehaltenen zu kalzinierenden Rohmehl umgesetzt werden kann.

   Eine Reihe von gasförmigen Verbrennungsprodukten, welche nicht unmittelbar in die Atmosphäre ausgestossen werden dürfen, können bei dieser Gelegenheit vom heissen Rohmehl adsorbiert werden bzw. chemisch gebunden werden, sodass mit der Nutzung der Energie aus der Verbrennung gleichzeitig auch eine entsprechende Reinigung der Verbrennungsabgase vorgenommen werden kann, was zu einer Schadstofffreien Emission von Verbrennungsprodukten alternativer Brennstoffe führen kann. Verbrennungsrückstände kommen mit dem Rohmehl in den Klinkerofen und können dort mineralisiert werden.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Verwerten von alternativen Brennstoffen bei der Klinker- bzw. Zementherstellung umfasst einen Klinkerofen und einen Reaktor mit Brennern zum Vorerhitzen und Kalzinieren des Rohmehls. An einen derartigen Reaktor werden in der Regel Leitungen für Verbrennungsluft bzw.

   Sauerstoff in Form einer Tertiärluftleitung angeschlossen, wobei zumeist vorerhitzte Verbrennungsluft eingesetzt wird. Die Zufuhr der Tertiärluft erfolgt üblicherweise in dem Ausmass, welches der berechneten stöchiometrischen Menge für die Verbrennung des eingesetzten Brennstoffes in den Brennern zuzüglich eines geringen Überschusses entspricht. Erfindungsgemäss ist die Vorrichtung nun dahingehend weitergebildet, dass eine gesonderte Brenneinrichtung mit einem Zwangsförderer für alternative Brennstoffe, wie z.B. einem Schieber oder einer Förderschnecke, vorgesehen ist und im Inneren des jeweiligen Reaktors mündet.

   Alternative Brennstoffe, wie sie erfindungsgemäss eingesetzt werden können, zeichnen sich zumeist durch Grobkörnigkeit, Klumpigkeit und relativ hohen Agglomerationsgrad aus, wobei derartige Brennstoffe mit üblichen Brennern gar nicht ohne weiteres verbrannt werden können, da die zur Verbrennung erforderliche Zeit nicht zur Verfügung steht. Dadurch, dass aber nun die gesonderte Brenneinrichtung einen Zwangsförderer für derartige alternative Brennstoffe aufweist, können diese Brennstoffe in dem gewünschten Ausmass in eine Brennkammer bzw. eine Brennplattform geleitet werden und dort genau diejenige Zeit erhitzt und vorumgesetzt werden, welche erforderlich ist um sicherzustellen, dass bei einem weiteren Einschieben bzw.

   Fördern von alternativen Brennstoffen lediglich das bereits zumindest teilweise verbrannte Produkt der alternativen Brennstoffe in den turbulenten Strömungsverlauf im Inneren des Vorkalzinierers ausgestossen wird. Das Ausstossen derartiger Produkte kann zu allem Überfluss die Turbulenz erhöhen und dadurch die Verweilzeit weiter verbessern, wodurch eine entsprechend bessere Energieausbeute auch für die den anderen Brennern zugeführten Brennstoffe erzielt wird. Mit Vorteil ist die erfindungsgemässe Ausbildung so getroffen, dass die gesonderte Brenneinrichtung mit gesonderter Verbrennungsluft bzw. Sauerstoffleitungen verbunden ist.

   Auf dieser Weise kann unterschiedlichen alternativen Brennstoffen und unterschiedlichen Verweilzeiten in optimaler Weise Rechnung getragen werden, wobei vor allen Dingen sichergestellt werden kann, dass der gewünschte Grad an zumindest partieller Verbrennung der alternativen Brennstoffe erreicht wird, bevor diese in den Heissgasstrom des Vorkalzinierers eingestossen werden.
In besonders einfacher Weise kann die Ausbildung hierbei so getroffen sein, dass die gesonderte Brenneinrichtung als oben offene in den jeweiligen Reaktor ragende Kammer ausgebildet ist, deren Boden und/oder Wand Durchbrechungen für Anschlüsse für Verbrennungssauerstoff aufweist, wobei mit Vorteil der Boden der gesonderten Brenneinrichtung schaufeiförmig in das Innere des Vorerhitzers und/oder Kalzinators ragt.

   Mit Rücksicht auf den Umstand, dass derartige Reaktoren, wie sie zum Vorerhitzen und/oder Vorkalzinieren zum Einsatz gelangen, zumeist rohrför ig bzw. zylindrisch ausgebildet sind, kann mit Vorteil die Ausbildung auch so getroffen sein, dass der Boden der gesonderten Brenneinrichtung ringförmig ausgebildet ist, wobei vorzugsweise eine Mehrzahl von in den Reaktor bzw. den Vorkalzinierer hineinragenden Brenneinrichtungen in Umfangsrichtung und/oder in Höhenrichtung des Reaktors verteilt angeordnet ist.

   Durch alle diese Massnahmen kann unterschiedlichen alternativen Brennstoffen in besonders einfacher Weise Rechnung getragen werden, wobei es sogar möglich ist, in verschiedenen Ebenen des Reaktors unterschiedliche alternative Brennstoffe einzusetzen, um auf diese Weise ein weites Spektrum an Entsorgungsmöglichkeiten für andere Zwecke nicht brauchbare alternative Brennstoffe zu bieten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

   In dieser zeigen Fig.l eine schematische Teilansicht eines Klinkerofens mit vorgeschalteten Aggregaten wie Vorerhitzern und Vorkalzinierern und Fig.2 ein Detail eines Vorkalzinierers, wobei die Darstellung in Fig.2 eine vergrösserte Darstellung des Bereichs A der Fig.l darstellt.
In Fig.l ist mit 1 ein Klinkerofen bezeichnet, an dessen dem Klinkerkühler 2 benachbarten Ende ein Brenner 3 ersichtlich ist. Im Drehrohrofen fällt die Gastemperatur von 1500 bis etwa 900[deg.] C am Aufgabeende des Drehrohrofens 1 ab, wobei die heissesten Temperaturen in der Nähe des Brenners 3 erzielt werden und teilweise über 2000[deg.] C liegen können.

   Die heiss aus dem Aufgabeende 20 abgezogenen Gase durchströmen einen Vorkalzinierer 4, gelangen in eine Wirbelkammer 5 und nachfolgend in eine Reihe von Zyklonschwebegasvorerhitzern 6, 7 und 8, bevor sie über die Leitung 9 entsprechend dem Pfeil 10 durch ein Gebläse abgezogen werden. Dem Vorkalzinierer 4 wird über Leitungen 11 Brennstoff zu Düsen 12 zugeführt, wobei die für die Verbrennung erforderliche Luft über einen Tertiärluftanschluss 13 eingebracht wird. Das zu kalzinierende Material wird im Vorkalzinierer 4 im Schwebezustand gehalten, wobei Gasströmungsgeschwindigkeiten von mehr als 10 m/sec durchaus nicht ungewöhnlich sind.

   Der Brennstoff, welcher den Düsen 12 zugeführt wird, muss entsprechend rasch verbrennen. um innerhalb der kurzen Verweilzeit im Inneren des Vorkalzinierers wirksam werden zu können, wobei hier beispielsweise Kohlestaub und im Speziellen Petrolkoks als Brennstoff in Betracht kommt. Ebenso können naturgemäss hochwertige Brennstoffe wie Erdgas und Erdöl verheizt werden.
Der Teilbereich A in der Wand 14 des Vorkalzinierers 4 ist nun in Fig.2 vergrössert dargestellt. Die Wand weist eine Durchbrechung 15 auf, durch welche ein Schneckenförderer 16 hindurchgeführt ist. Der Schneckenförderer ist im Inneren einer schaufeiförmigen Brennkammer 17 angeordnet, wobei der Antrieb des Schneckenförderers schematisch mit M bezeichnet ist.

   Die Brennkammer verfügt über eine gesonderte Verbrennungsluftzuleitung 18 und entsprechende Düsen 19, über welche Verbrennungsluft in die Brennkammer 17 eingestossen wird. Der Förderer eignet sich dazu, relativ grobkörnigen alternativen Brennstoff mit der gewünschten Geschwindigkeit in die Brennkammer einzutragen, wobei die Verweilzeit in der Brennkammer nun unabhängig ist von der axial der Brennkammer benachbart vorherrschenden Strömungsgeschwindigkeit des Gases.

   In der Brennkammer 17 kann der alternative Brennstoff die gewünschte Zeit zurückgehalten werden, bis er aufgrund der vorherrschenden hohen Temperaturen und des auf den jeweiligen alternativen Brennstoff bemessenen zugeführten Sauerstoffs das Ausmass der gewünschten teilweisen Verbrennung erreicht hat, sodass er durch weiteres Einschieben von alternativen Brennstoffen über die Förderschnecke 16 über den Rand der Brennkammer 17 in den achsnahen Bereich des Vorkalzinierers 4 ausgestossen werden kann.

   In diesem Bereich wird er von den heissen Verbrennungsabgasen der anderen Brenner und des Drehrohrofens entsprechend mitgerissen, wobei ein gewisses Mass an Turbulenz erzielt werden kann, wodurch die Verweilzeit wiederum geringfügig erhöht werden kann.
Der alternative Brennstoff kann somit ebenso wie der Primärbrennstoff, welcher über die Düsen 12 zugeführt wird, bis zum Austritt aus dem Vorkalzinierer weitestgehend vollständig verbrannt werden, sodass an dieser Stelle Temperaturen von 850 bis 900[deg.] C erzielt werden können, welche für eine weitestge hend vollständige Umsetzung von CaC03in CaO und C02ausreichen.

   Je nach alternativem Brennstoff kann eine derartige Brennkammer 17 in verschiedener axialer Höhe des Vorkalzinierers 4 und in verschiedenen Positionen am Umfang des Vorkalzinierers 4 angeordnet sein, sodass bei gleichzeitig unterschiedlicher Fördergeschwindigkeit für den jeweiligen alternativen Brennstoff und bei unterschiedlicher Sauerstoffversorgung der jeweiligen Brennkammern 17 jeweils eine optimal an den jeweiligen alternativen Brennstoff angepasste Fahrweise möglich ist.

   Insbesondere eignet sich diese Einrichtung dazu, um mittelfeines bis mittelgrobes Material ebenso wie thixotrope alternative Brennstoffe zu verbrennen, wobei das aufgrund des geringeren Heizwertes erzielbare geringere maximale Temperturniveau für den gewünschten Zweck, nämlich das Vorkalzinieren, durchaus ausreicht.
Ein Vorkalzinierer verbraucht üblicherweise bis zu 60 % des gesamten thermischen Energiebedarfs einer Zementklinkeranlage, wobei der Einsatz von minderwertigen alternativen Brennstoffen mit entsprechend hohem Aschenanteil bzw. unverbrennbaren oder unverbanntem Anteil an dieser Stelle des Verfahrens nicht zuletzt deshalb unproblematisch ist, da derartige Rückstände in den Zementklinkerofen gelangen können und dort mineralisiert werden können.

   Insgesamt gelingt es, die für derartigen alternativen Brennstoff erforderliche wesentlich längere Rückhaltezeit für eine sinnvolle Verbrennung zu gewährleisten und derartige Brennstoffe in der gewünschten Dosierung einzubringen, wobei nachträgliche Modifikationen an bestehenden Anlagen mit nur geringem konstruktiven Aufwand verbunden sind.

Claims (7)

P a t e n t a n s p r ü c h e :

1. Verfahren zum Verwerten von alternativen Brennstoffen bei der Klinker- bzw. Zementherstellung, dadurch gekennzeichnet, dass die alternativen Brennstoffe in Reaktoren für das Vorerhitzen und/oder Vorkalzinieren von Rohmehl in einer von den Brennern des jeweiligen Reaktors gesonderten Brenneinrichtung eingesetzt und zumindest teilweise verbrannt werden, worauf eine ggf. vollständige Verbrennung im Inneren der Reaktoren mit dem dem Brenner des Reaktors in überstöchiometrischer Menge zugeführten Verbrennungssauerstoff vorgenommen wird.

2. Vorrichtung zum Verwerten von alternativen Brennstoffen bei der Klinker- bzw. Zementherstellung mit einem Klinkerofen und einem Reaktor mit Brennern zum Vorerhitzen und Kalzinieren des Rohmehls und wenigstens einer Zuleitung für Verbrennungsluft bzw. -Sauerstoff, dadurch gekennzeichnet, dass eine gesonderte Brenneinrichtung mit einem Zwangsförderer für alternative Brennstoffe, wie z.B. einem Schieber oder einer Förderschnecke, vorgesehen ist und im Inneren des jeweiligen Reaktors mündet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gesonderte Brenneinrichtung mit gesonderter Verbrennungsluft bzw. Sauerstoffleitungen verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gesonderte Brenneinrichtung als oben offene in den jeweiligen Reaktor ragende Kammer ausgebildet ist, deren Boden und/oder Wand Durchbrechungen für Anschlüsse für Verbrennungssauerstoff aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden der gesonderten Brenneinrichtung schaufeiförmig in das Innere des Vorerhitzers und/oder Kalzinators ragt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden der gesonderten Brenneinrichtung ringförmig ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von in den Reaktor bzw. den Vorkalzinierer hineinragenden Brenneinrichtungen in Umfangsrichtung und/oder in Höhenrichtung des Reaktors verteilt angeordnet ist.

Wien, am 11.August 2005

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Dr. <EMI ID=9.1> M. Haffner