DK163299B - Fremgangsmaade til varmebehandling af finkornet materiale - Google Patents

Description

i

DK 163299 B

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til varmebehandling af finkornet materiale, specielt til cementfremstilling, med en cyklonforvarmer med flere trin, en roterovn, en køler og en mellem roterovnen og cyklonfor-5 varmeren placeret røggasføring, som nedefra og opefter gennemstrømmes af roterovnens røggas, og som til forbrænding af et tilsætningsbrændstof fra en køler, som er forbundet til roterovnens materialeafgangsside, tilføres tertiær luft i to delstrømme, som føres ind i røggasfø-10 ringen i forskellig højde.

En fremgangsmåde af ovennævnte type til varmebehandling af finkornet materiale, eksempelvis cement, kalk, gips, dolomit, magnesit og andre mineraler, som skal behandles termisk, er kendt under anvendelse af 15 forskellige anlæg. Mens det materiale, som skal behandles, i det ene tilfælde nedefra og opad gennemstrømmer forkalcineringsområdet, der udgår fra røggasføringen, over hele højden i medstrøm med de fra roterovnen kommende røggasser, således at der er et meget langt varme-20 behandlingsområde, tilføres materialet, som skal behandles, i et andet anlæg roterovnen gennem et af røggasføringen dannet kort forkalcineringsområde i modstrøm. I dette tilfælde er røggasføringen udført som en skakt med forholdsvis stort tværsnit, fra hvis øvre del udelukken-25 de røggasserne slipper ud for videreførsel til cyklonforvarmeren.

For at gennemføre forkalcineringen tilsættes roterovnens røggasser overhedet luft, der fremkommer ved afbrænding af et tilsætningsbrændstof med hjælp af ter-30 tiærluft, som udtages fra køleren, der er forbundet til roterovnens materialeafgangsside. I denne forbindelse er det kendt enten at tilføre tertiærluften adskilt fra tilsætningsbrændstoffet i den nedre ende af forkalcine-ringszonen som udgøres af røggasføringen, eller ved 35 hjælp af tertiærluften at foretage afbrænding af tilsætningsbrændstoffet umiddelbart inden deres fælles tilfør-

DK 163299 B

2 sel i røggasføringen, hvorved der er mulighed for at tilslutte flere tertiærluftføringer i forskellig højde på røggasføringen og tilføre hver tertiærluftføring den passende mængde tilsætningsbrændstof.

5 Den kendte fremgangsmåde med afbrænding af til sætningsbrændstof og forkalcinering i medstrøm har forskellige ulemper. Da kalcineringstiden er meget mindre end brændstoffets afbrændingstid, og da opblandingen af tertiærluft og røggas drastisk sænker oxygenets par-10 tialtryk og dermed medfører en ekstra forlængelse af afbrændingstiden, fås der store uoverensstemmelser mellem samtidigheden af afbrændingsprocessen og forkalcine-ringen. Dette forstærkes ved, at der under den samtidige afbrænding og forkalcinering frigøres C02 fra den ter-15 miske nedbrydning, hvorved oxygenkoncentrationen formindskes yderligere og dermed forlænger afbrændingsti- den.

En yderligere ulempe ved medstrømsfremgangsmåden er, at de frigjorte alkalier og halogener transporteres 20 med røggassen til cyklonforvarmeren, hvor de gennem kondensation og mineralisation kan føre til forstoppelse af cyklonen. Dette kan ganske vist forhindres ved anvendelse af et passende stort delafgangsrør, som føres parallelt med forvarmeren, men dette medfører store varme-25 tab.

De ovennævnte beskrevne ulemper er undgået ved de kendte modstrømsfremgangsmåder. Specielt holdes alkali og halogenerne ved disse kendte fremgangsmåder i ovnkredsløbet, hvor de kondenseres på det til roterovnen 30 tilførte forkalcinerede materiale. Derved bliver et røggas bypass-system først krævet ved meget høje belastninger af skadeligt stof.

Både medstrøms- og modstrømsfremgangsmåderne har dog den ulempe, at den tilstræbte fuldstændige afbræn-35 ding af tilsætningsbrændstoffet med hjælp af den fra køleren tilførte tertiærluft i røggasføringen, der for-

DK 163299 B

3 løber mellem roterovnen og cyklonforvarmeren, forhindres af den på samme tidspunkt og i samme område foregående kalcinering, idet denne kalcineringsproces udelukker, at der opstår temperaturer over 820-840°C. Adskilles ved 5 den kendte fremgangsmåde kalcineringen fra tilsætningsbrændstoffets afbrænding, optræder der høje temperaturer på over 1600°C. Ved disse temperaturer dannes i røggassen NO, som ved røggassens efterfølgende afkøling reagerer med oxygenoverskuddet, som forefindes for at opnå 10 en fuldstændig afbrænding af tilsætningsbrændstoffet, og der dannes skadelige nitrogenoxider. Disse miljøbelastende kvælstof oxider (NO ) kan kun isoleres ved en kost- x bar røggasrensning.

Formålet med foreliggende opfindelse er at for-15 bedre den i indledningen beskrevne fremgangsmåde til varmebehandling af finkornet materiale under bibeholdelse af modstrømsfremgangsmådens fordele, således at for-kalcineringen foregår med mindst muligt energiforbrug selv ved anvendelse af brændstof af dårlig kvalitet, 20 uden fare for at der opstår skadelige stoffer, specielt giftige nitrogenoxider, så der med opnåelse af en høj termisk virkningsgrad kan undgås en kostbar efterbehandling af røggasserne.

Med henblik på løsning af denne opgave er frem-25 gangsmåden ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at tilsætningsbrændstoffet udelukkende tilføres tertiærluftens nedre delstrøm således, at der førend den anden delstrøms indtræden foregår en understøkiometrisk forbrænding, at der af tertiærluftens anden delstrøm bevirkes 30 en fuldstændig forbrænding af tilsætningsbrændstoffet i den øvre del af røggasføringen, og at det materiale, der skal behandles, tilføres røggasføringen ovenfor tertiærluftens anden delstrøm efter afslutningen af den fuldstændige forbrænding af tilsætningsbrændstoffet.

35 Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen adskilles tilsætningsbrændstoffets afbrænding fra forkalcinerin-

DK 163299 B

4 gen, således at begge disse processer kan gennemføres med passende termodynamiske og kemisk-mineralogiske krav. Forkalcineringsprocessen forløber i røggasføringens øvre del, dvs. i den egentlige forkalcineringszone, 5 uden påvirkning fra tilsætningsbrændstoffets forbrænding. Da kalcinationstiden er meget mindre end tilsætningsbrændstoffets afbrændingstid, kan volumenet beregnet til forkalcinering i røggasføringen gøres mindre. Adskillelsen af forbrændingsprocessen fra forkalcinerin-10 gen afkorter også tilsætningsbrændstoffets afbrændingstid, og ifølge opfindelsen finder der først ufuldstændig forbrænding sted. Der opstår ingen nitrogenoxid (NO) ved denne i begyndelsen ufuldstændige forbrænding af tilsætningsbrændstofferne, så den senere fremkomst af skadeli- 15 ge nitrogenoxider (NO ) er forhindret. Idet den til x fuldstændig forbrænding nødvendige resterende tertiærluft ledes ind i røggas føringens øvre del dog neden for tilførslen for det materiale, der skal behandles, står tilsætningsbrændstoffets samlede energi til rådighed i 20 røggas føringens øvre del, således at der inden for et kort tidsnam foretages en velberegnet forkalcinering, der er fuldstændig adskilt fra forbrændingsprocessen.

Det er et yderligere træk ved opfindelsen at det forkalcinerede materiale fra cyklonforvarmerens 25 sidste trin tilføres røggasføringens nedre del neden for den tertiærluftsdelstrøm, der indeholder tilsætningsbrændstof. Dermed falder det forkalcinerede materiale ned i røggas føringens nedre del i modstrøm med de flygtige skadestoffer indeholdt i røggassen fra roterovnen, 30 således at i det mindste en del af disse skadestoffer kondenserer på det forkalcinerede materiale. Skadestofferne kan følgelig hverken slå sig ned på tilsætningsbrændstoffets partikler og forhindre færdigbrændingen eller føres ind i cyklonforvarmeren gennem røggasførin-35 gen.

En udførelsesform for et anlæg til gennemførelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen er efterfølgende beskrevet med henvisning til tegningen, hvor

DK 163299B

5 fig. 1 skematisk viser en samlet fremstilling af anlægget, og fig. 2 en forstørret gengivelse af røggasføringen med de nødvendige tilslutninger til beskrivelse af 5 forkalcineringsfremgangsmåden.

Fig. 1 viser et anlæg til varmebehandling af finkornet materiale, der omfatter en roterovn 1 og en flertrinscyklonforvarmer 2, hvori det finkornede materiale, som skal behandles, tilføres gennem en materiale-10 tilførsel 3. I udførelsesformen omfatter cyklonforvarmeren 2's første trin to parallelkoblede cykloner 2a, der som andet trin er placeret efter en passende dimensioneret cyklon 2b. Fra denne cyklon 2b føres det allerede forvarmede materiale ind i en cyklon 2c, der 15 følgelig danner tredje trin, og i fortsættelse af den er der påny som fjerde trin en cyklon 2d.

Roterovnen 1, der er forsynet med en passende drivanordning, opvarmes med hovedbrændstof, der sammen med tilsætning af primærluft tilføres gennem en hoved-20 brænder 4. Røggasserne forlader roterovnen 1 i den over for liggende ende gennem en røggasføring 5, der er udført som en skakt, hvori der foretages en forkalci-nering af det materiale, der skal behandles, og hvorfra røggasserne indføres i den sidste cyklon 2d i fler-25 trinscyklonforvarmeren 2.

Det i roterovnen l behandlede materiale føres efter sin afgang fra roterovnen ind i en køler 6, der i udførelsesformen er udført som en slags roterrør med egen drivanordning. Fra denne køler 6 tilføres roter-30 ovnen 1 den som sekundær luft benævnte luft, der er opvarmet ved varmeveksling med det behandlede materiale.

En delstrøm af denne sekundærluft er afgrenet, og den føres parallelt med roterovnen 1. Denne fra afkølingen af det behandlede materiale opvarmede luft benævnes som 35 tertiærluft, og den tilføres røggasføringen 5 gennem en tertiærluftføring 7. Som vist i fig. 1 er denne

DK 163299 B

6 tertiærluftføring 7 inden røggasføringen 5 opdelt i luftføringer 7a og 7b, der er tilsluttet røggasføringen 5 i forskellig højde.

Ud fra det i fig. 2 viste forstørrede udsnit af 5 anlægget i fig. l er efterfølgende beskrevet forkalcine-ringen i cyklonforvarmeren 2 af det forvarmede materiale inden dettes indføring i roterovnen 1.

Til gennemførelse af den f orkalcinering, som finder sted i den øvre del af røggasføringen 5, tilføres 10 den luftføring 7a, som munder ud i den nedre del af røggasføringen 5, tilsætningsbrændstof gennem en i fig. 2 vist tilførselsføring 8. Denne tilførselsføring 8 er placeret så langt fra udmundingen af luftføringen 7a i røggasføringen 5, at forbrændingsprocessen i 15 hovedsagen er tilendebragt, inden røggasserne indføres i røggasføringen 5. Forholdet mellem den gennem luftføringen 7a strømmende tertiærluft og det gennem tilførselsføringen 8 tilførte tilsætningsbrændstof er valgt, således at der foregår en understøkiometrisk forbræn-20 ding. Følgelig opnår gasserne, der uden oxygenoverskud indføres i røggasføringen 5, en temperatur mellem 1100 og 1300°C. Ved at temperaturen ligger tilstrækkeligt under den kritiske temperatur på 1600°C samt ved fraværet af overskudsoxygen, forhindres dannelsen af nitrogenoxid 25 (NO). Forbrændingsområdets længde i luftføringen 7a er afstemt med tilsætningsbrændstoffets afbrændingstid.

Ved brug af fast brændstof og i afhængighed af de deraf opståede slagger tilsluttes et slaggeafløb 9. Slaggerne kan enten bortledes til en ikke vist slaggemodtag-30 ningsbeholder eller til ovnindløbskammeret la, som det er antydet i fig. 2.

De med en pil viste røggasser overføres fra ovnindløbet la til underdelen i røggasføringen 5 og blander sig med røggasserne fra tilsætningsbrændstoffets 35 ufuldstændige forbrænding fra luftføringen 7a. Denne røggasblanding tilføres i den øvre del af røggasføringen

DK 163299 B

7 5 tertiærluftens anden del gennem luftføringen 7b, som vist med en pil i fig. 2. Følgelig foretages tilsætningsbrændstoffets fuldstændige forbrænding i den øvre del af røggasføringen 5. De med tre pile i den øvre 5 del af røggasføringen 5 antydede røggasser indeholder følgelig tilsætningsbrændstoffets totale energi, uden at den kritiske temperatur på 1600°C opnås ved denne forbrænding. Dannelsen af nitrogenoxid (NO) er følgelig med sikkerhed forhindret. Tilsætningsbrændstoffets for-1 o brænding foretages således uden påvirkning fra det materiale, som skal behandles, således at forbrændingsprocessen kan styres direkte.

Det fra det tredje trin i cyklonen 2c kommende forvarmede materiale indføres i den varme røggas i den 15 øvre del af røggas føringen 5 som vist i fig. 2. Denne indføring sker i et område af røggas føringen 5, som har formindsket strømningstværsnit, således at de varme røggassers dermed forhøjede strømningshastighed medbringer materialet, og det tilføres det fjerde trin, cyklon 20 2d, i cyklonforvarmeren 2. Gennem materialets ind strømning sammen med den varme røggas følger en forkal-cinering, der forsætligt er adskilt fra tilsætningsbrændstoffets forbrænding, og som på grund af den meget korte kalcinationstid er tilendebragt, inden materialet 25 indføres i cyklonen 2d. Forkalcineringszonen 5a er følgelig dannet af den øvre del af røggasføringen 5 med formindsket tværsnit.

I cyklon 2d adskilles det forvarmede og forkal-cinerede materiale fra røggassen og tilføres gennem en 30 materialeføring 10 til røggasføringen 5's nedre del, nærmere bestemt under mundingen af luftføringen 7a, som det er vist med den optrukne pil i fig. 2. Røggasføringen har også i dette område et reduceret strømningstværsnit. Derved kommer det nedfaldne materiale, 35 der er i modstrøm med røggasserne, i nær kontakt med røggassen, således at de i denne indeholdte alkalier og

Claims (2)

10 PATENTKRAV

1. Fremgangsmåde til varmebehandling af finkornet materiale, specielt til cementfremstilling, med en cyklonforvarmer (2) med flere trin, en roterovn (1) og en køler (6) samt med en mellem roterovnen og cyklonforvar- 15 meren placeret røggasføring (5), som nedefra og opefter gennemstrømmes af ovnens røggas, og som til forbrænding af et tilsætningsbrændstof fra en køler, som er forbundet til roterovnens materialeafgangsside, tilføres tertiærluft i to delstrømme (7a, 7b), som føres ind i røg-20 gasføringen i forskellig højde, kendetegnet ved, at tilsætningsbrændstoffet udelukkende tilføres tertiærluftens nedre delstrøm, således at der førend den anden delstrøms indtræden foregår en understøkiometrisk 25 forbrænding, at der af tertiærluftens anden delstrøm bevirkes en fuldstændig forbrænding af tilsætningsbrændstoffet i den øvre del af røggasføringen, og at det materiale, der skal behandles, tilføres 30 røggasføringen (5) oven for tertiærluftens anden delstrøm efter afslutningen af den fuldstændige forbrænding af tilsætningsbrændstoffet.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det forkalcinerede materiale, der 35 kommer ud af cyklonforvarmerens sidste trin (2d), i modstrøm indføres i røggas føringens (5) nedre del neden DK 163299 B 9 for den tertiærluftdelstrøm, som indeholder tilsætningsbrændstof.