CH642733A5 - Staubfeuerungsverfahren fuer einen prozessofen. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Staubfeuerungsverfahren, im folgenden auch kurz Staubfeuerung genannt, für einen Prozessofen, wie er insbesondere zur Herstellung von Zementklinker oder ähnlichem Prozessgut, z. B. Kalk oder Blähton, verwendet wird.

Für den Energieverbrauch von Prozessöfen ist die Flammenausbildung von wesentlichem Einfluss. Für einen niedrigen Wärmeverbrauch ist ein schneller Ausbrand mit günstiger Wärmeübertragung durch eine kurze und heisse Flamme erforderlich. Neben anderen Faktoren sind wichtige Grössen hierfür: Primärluftanteil, Sekundärluft- und Primärlufttemperatur sowie Ein-blasimpulsverhältnisse. Der Primärluftanteil soll möglichst klein und die Temperaturen für Primär- und Sekundärluft möglichst gross sein. Die Einblasgeschwindigkeit und die Drallkomponente des Ofenbrennens sollen im optimalen Bereich frei wählbar sein.

Bislang sind für Kohlenstaubfeuerungen folgende Verfahren bekannt:

1. Indirekte Feuerung

2. Direkte Feuerung

3. Halbdirekte Feuerung mit und ohne zusätzliches Filter.

Bei der indirekten Feuerung wird die Kohlen-Mahltrocknungsanlage völlig unabhängig von der Ofenfeuerung betrieben. Bei diesem Verfahren können zwar die massgebenden Einflussfaktoren für die Flammenausbildung unabhängig von der Mahltrocknungsanlage optimiert werden. Es ist jedoch ein gesondertes Filter zur Reinigung der staubhaltigen Mühlenabluft und ein Zwischen-Vorratsbehälter für die gemahlene, trockene Kohle erforderlich. Damit ist dieses Verfahren hinsichtlich Kohlenstaubexplosionen und -bränden gefährdet ; ausserdem sind die Kosten für die notwendigen Investitionen, die Wartung und den Unterhalt hoch.

Bei der direkten Feuerung wird die gesamte kohlenstaubhalti-ge Mühlenabluft in den Prozessofen geblasen. Es ergeben sich erheblich kleinere Investitionskosten, da zum Beispiel ein gesondertes Filter zur Reinigung der staubhaltigen Mühlenabluft und ein Zwischen-Vorratsbehälter für die gemahlene, trockene Kohle entbehrlich sind. Infolge der Abwesenheit dieser Zwischenaggregate und notwendigen Zwischenabschritte ist die Gefahr von Kohlenstaubexplosionen und -bränden wesentlich herabgesetzt. Nachteiligerweise treten jedoch hohe Primärluftanteile auf. Demnach sind optimale Einblasimpulsverhältnisse am Ofenbrenner nicht zu erzielen.

Bei der halbdirekten Feuerung wird die kohlenstaubhaltige Mühlenluft in einem Zyklon vorentstaubt. Ein Teil dieser Luft wird als Umluft zurück ins Mühlensystem geführt und dient als zusätzliche Trägerluft in der Mühle, während der Rest zusammen mit dem im Zyklon abgeschiedenen Kohlenstaub in den Ofen geblasen wird. Bei hoher Kohlenfeuchte und bei niedrig temperierter Mühlenbeheizung ergibt sich aus der Trocknung eine grössere Abluftmenge als der erforderlichen Trägerluftmenge entspricht. Es muss in diesen Fällen daher entweder eine hohe Primärluftmenge in Kauf genommen oder ein zusätzliches Filter installiert werden. Damit ergeben sich Nachteile wie bei der direkten und indirekten Feuerung. So behindert eine hohe Primärluftmenge die Optimierung der Einblasimpulsverhältnisse am Ofenbrenner und ein zusätzliches Filter bedeutet zusätzliche Investitionskosten und eine erhöhte Gefahr für Kohlenstaubexplosionen und -brände.

Aus dem Cement-Data-Book, 1. Auflage 1976, Bauverlag GmbH, Wiesbaden und Berlin, Seite 296, Fig. 10.18, ist eine halbdirekte Feuerung bekannt, die als Staubfeuerung für einen Prozessofen, insbesondere zur Herstellung von Zementklinker, eine Kohlenmahltrocknung aufweist und eine Mühlenabluftführung über Abschei der zur Einführung in Staubbrenner des Prozessofens besitzt, wobei die Abscheiderabluft mindestens zum Teil als Primärluft und gegebenenfalls auch als Mühlenumluft verwendet wird und bei der das Prozessgut in einem Prozessgutkühler mittels Gebläseluft gekühlt und die Kühlerabluft mindestens zum Teil als Sekundärluft für die Staubbrenner und gegebenenfalls zusätzlich auch als Trocknungsluft für die Mahltrocknung oder als Aufheizungs- oder Kühlluft verwendet wird. Nach diesem Stand der Technik wird aber ein gegebener Überschussanteil aus der Abscheiderabluft ebenfalls einem zusätzlichen Filter aufgegeben, nämlich über ein Filter in die Atmosphäre abgegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Kleinhaltung des Primärluftanteils zur Flammgestaltung den Überschussteil aus der Abscheiderabluft wieder in den Prozess einzubinden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Teilmenge der Abscheiderabluft in den Prozessgutkühler eingeleitet wird. Dadurch kann die Kühlerabluft den Wärmegehalt der Sekundärluft erhöhen und sich der Gesamtwärmeverbrauch bei der Herstellung von Prozessgütern verringern lassen, wobei ausserdem die Aufstellung einer Entstaubungsanlage für die überschüssige Abluft vermeidbar wird. Zusätzlich kann die Verwendung von Kohle hohen Feuchtigkeitsgehalts erleichtert werden.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Teilmenge der Abscheiderabluft in den vorderen, d. h. den heissen Teil des Prozessgutkühlers, insbesondere eines Klinkerkühlers, eingeleitet; der Restkohlenstaub kann sich in dieser heissen Zone entzünden, so dass er nicht nur den Wärmegehalt der Sekundärluft erhöhen, sondern auch als Staub weitgehend beseitigt werden kann.

In jedem Falle kann die Teilmenge der Abscheiderabluft durch einen Prozessgutkühler-Rost in den Prozessgutkühler eingeleitet werden; dazu wird die Teilmenge üblicherweise unter dem Rost des Prozessgutkühlers, insbesondere des Klinkerkühlers, einge-blasen.

Zur Mahltrocknung kann in allen Fällen heisses Ofenabgas verwendet werden, das auch als Prozessofenabgas bezeichnet wird und beispielsweise Inertgas ist, das sonst vernichtet oder anderweitig verwendet würde.

Schliesslich eignet sich das erfindungsgemässe Verfahren ganz allgemein für Mischfeuerungen mit Zusatzbrennstoff. So ist insbesondere eine reine Kohlenfeuerung nicht erforderlich, sondern auch eine Mischfeuerung aus Kohle und anderen Brennstoffen möglich.

Beim Betrieb des erfindungsgemässen Verfahrens kann der Anteil der Primärluftmenge für den Ofenbrenner unabhängig

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vom Mahltrocknungssystem und der Kohlenfeuchte auf das für eine optimale Verbrennung notwendige Mindestmass beschränkt und gleichzeitig die verbleibende Restmenge an Mühlenabluft verhätnismässig umweltschonend ohne eine gesonderte Filteranlage und energiesparend eingesetzt werden.

Hinzu kommt noch, dass durch das Fehlen eines Kohlenstaub-Zwischenbehälters sowie der Filteranlage und durch die Möglichkeit, ohne wärmewirtschaftliche Einbussen die dazugehörige Mahltrocknungsanlage auch bei hohen Kohlenfeuchten mit geringen Heisslufttemperaturen zu fahren und zu inertisieren, bei dem erfindungsgemässen Verfahren eine hohe Sicherheit gegen Kohlenstaubexplosionen und -bränden gewährleistet wird und auch hohe Kohlefeuchten durch die weitgehende Verwendung der Abfallwärme des Ofens und/oder des Klinkerkühlers problemlos überwunden werden können.

Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich anhand der beiliegenden Figur beispielsweise erläutern, in der eine nach dem erfindungsgemässen Verfahren arbeitende Vorrichtung schematisch dargestellt ist. Die dort abgebildete Vorrichtung beinhaltet insbesondere einen Zementofen mit Klinker-Schubrostkühler.

Die in einer Kohlenmühle 1 getrocknete und gemahlene Kohle wird in einem Hochleistungszyklon 2 abgeschieden und über ein Abschlussorgan 3 in den Primärluftstrom bzw. einen Teilluftstrom der Primärluft 4 eingeschleust.

Die für die Trocknung und als Trägerluft benötigte Gas- bzw. Luftmenge wird mit einem Systemgebläse 5 durch die Kohlenmühle 1 und den Hochleistungszyklon 2 gesaugt. Als Fördermedium und Trocknungsmedium vor der Kohlenmühle 1 werden entweder heisse Kühlerabluft durch die Kühlerabluftleitung 6 bzw. heisse Ofenkopfluft durch die Ofenkopfluftleitung 7, Ofenabgas durch die Ofenabgasleitung 8, Heissgas aus einer Brennkammer 9 oder Kombination von Kühlerluft, Ofenkopfluft, Ofenabgas und Heissgas verwendet, wobei zur Regelung die Kühlerabluftklappe 10, die Ofenluftklappe 11, die Ofenabgasklappe 12 und die Brennkammerklappe 13 bzw. die Kaltluftklappe 30 verwendet werden und die staubhaltige Heissluft in einem Zyklon 14 vorgereinigt wird. Die im Hochleistungszyklon 2 vorentstaubte kohlenstaubhaltige Mühlenabluft wird hinter dem Systemgebläse 5 aufgeteilt und kann sowohl zum Primärluftgebläse 15, zum Mühleneinlauf über die Verbindungsleitungsklap-pe 19 durch die Verbindungsleitung 18 oder zu einem Kühlluftgebläse 16 des Klinkerkühlers 17 gefördert werden. Die Anteile der verschiedenen Mengen können je nach den Erfordernissen des Mühlensystems, der Kohlenfeuchte und der Flammenausbildung optimiert und im Bereich von jeweils 0-100 % einreguliert werden. Dazu dienen die Verbindungsleitungsklappe 19, die Kühlluftzufuhrklappe 20 und die Hilfsklappe 21, sowie die Primärluftklappe 22 und die Kaltluftzumischerklappe 23.

Mit der Bezugsziffer 38 ist die Teilmenge der im Hochleistungszyklon 2 vorentstaubten, kohlenstaubhaltigen Mühlenabluft gekennzeichnet, die über die Kühlluftzuführklappe 20 und

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das Kühlluftzuführgebläse 34 in den Klinkerkühler 17 gefördert wird.

Durch diese Verstellmöglichkeiten kann der Anteil der Primärluft beliebig gesenkt werden und es können die verschiedensten Brennerdüsen 24 und Kombinationsfeuerungen z.B. mit Zusatzbrennstoff 36 eingesetzt werden, ohne dass auf die Kohlenfeuchte und die Verhältnisse bei der Mahltrocknungsanlage Rücksicht genommen werden muss.

So kann insbesondere bei hohen Kohlenfeuchten ein höherer Anteil von Mühlenabluft in den Klinkerkühler geblasen werden. Die Einblasung erfolgt zum Beispiel mit einem Kühlluftgebläse 16, wie es in der Figur abgebildet ist, oder aber, wie es in der Figur nicht abgebildet ist, direkt in eine der Kühlkammern 31. Die Kühlkammern im vorderen, heissen Teil des Prozessgutkühlers sindmit den Bezugszeichen 31', 31" und31"' gekennzeichnet, die im hinteren Teil mit den Bezugszeichen 31"" und 31'"". Die Einblasung kann aber auch auf mehrere Kühlluftgebläse 16 aufgeteilt werden oder sogar mit einem separaten Kühlluftzufuhrgebläse 34 in eine oder mehrere Kühlluftkammern 31 bzw. direkt in den Heissluftteil des Klinkerkühlers 37 über den Rost 25 gefördert werden. Vorzugsweise jedoch wird in die dem Heissluftteil des Klinkerkühlers 37 nächstliegenden Kühlluftkammern 31 eingeblasen. Dadurch kann die thermische Wärme der Mühlenabluft optimal ausgenutzt werden. Ausserdem wird der in der Mühlenabluft noch enthaltene Restkohlenstaub beim Durchtritt durch die heisse Klinkerschicht entzündet und somit thermisch nutzbar. Die überschüssige Kühlerabluft wird über die Abluftlei-tung 32 dem Abluftentstauber 27 zugeführt, wo sie entstaubt wird. Mit Hilfe des Abluftgebläses 28 und der Regelklappe 29 wird die Abluft in Abhängigkeit vom Ofenkopfdruck ins Freie gefördert.

Bei dem eben beschriebenen Verfahren wird die gesamte Abluftwärme, also sowohl die thermische Wärme als auch die im Restkohlenstaub der Abluft befindliche Wärme, im Gegensatz zum indirekten Verfahren zurückgewonnen. Ausserdem wird infolge der Verbrennung des Restkohlenstaubgehaltes kein Kohlenfilter mehr benötigt. Dies bedeutet eine erhebliche Einsparung und Erhöhung der Betriebssicherheit. Auch gelangt somit kein Kohlenstaub mehr in die freie Atmosphäre, so dass das Verfahren wesentlich umweltfreundlicher ist als die bislang bekannten Verfahren. Es wird auch keine Zwischenbunkerung von Kohlenstaub erforderlich, so dass die Gefahr von Kohlenstaubbränden und -explosionen erheblich reduziert ist. Insgesamt gesehen sind selbstverständlich die Investitions-, Wartungsund Betriebskosten geringer.

Im Gegensatz zum direkten und halbdirekten Verfahren ist die Primärluftmenge frei wählbar. Damit ist eine Optimierung der Flamme möglich und die Primärluftmenge kann erheblich kleiner gehalten werden. Das ergibt Brennstoffeinsparungen, die bei hohen Kohlefeuchten bis zu ca. 0,42 GJ/t Klinker betragen können.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Staubfeuerungsverfahrenfür einen Prozessofen, insbesondere zur Herstellung von Zementklinker, mit Kohlemahltrocknung und Mühlenabluftführung über Abscheider zur Einführung in Staubbrenner des Prozessofens, wobei die Abscheiderabluft mindestens teilweise als Primärluft verwendet und wobei das Prozessgut in einem Prozessgutkühler mittels Gebläseluft gekühlt und die Kühlerabluft mindestens teilweise als Sekundärluft für die Staubbrenner verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Teilmenge (38) der Abscheiderabluft in den Prozessgutkühler (17) eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilmenge (38) der Abscheiderabluft in den vorderen Teil des Prozessgutkühlers (17), z. B. die Kühlkammern (31', 31", 31"') eingeleitet wird, welche in dessen heissem Teil liegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitung der Teilmenge (38) der Abscheiderabluft durch einen Prozessgutkühler-Rost (25) erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Mahltrocknung ein über eine Abgasleitung (8) eingespeistes Ofenabgas verwendet wird.

5. Anwendung des Staubfeuerungsverfahrens nach Anspruch 1 in Mischfeuerungen mit Zusatzbrennstoff (36).