Wärmetauschereinheit zum Vorwärmen von Zementrohmehl

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmetauschereinheit zum Vorwärmen von Zementrohmehl mit einem einen Heissgasstrom aufnehmenden Steigrohr, das als Mischraum für das über eine Zuleitung zugeführte Rohmehl mit dem Heissgasstrom dient und in einem Zyklonentstauber mündet, der oben eine Abführleitung, vorzugsweise ein Tauchrohr, zum Abführen des weitgehend vom Rohmehl befreiten Heissgasstromes und unten eine Austrittsleitung für das abgeschiedene Rohmehl aufweist.

[0002] Drehrohröfen sind an und für sich für das Brennen von Zementklinker sehr gut geeignet, doch verlaufen die Vorgänge der Vorwärmung und der Kalzinierung des Rohmehls in einem solchen Drehrohrofen zwangsläufig zu langsam und zu aufwendig, so dass man bestrebt ist, das Vorwärmen und Kalzinieren des Rohmehls möglichst ausserhalb des Drehrohrofens durchzuführen. Zu diesem Zweck werden den Drehrohröfen sogenannte Kalzinatoren vorgeordnet, in denen das vorgewärmte Rohmehl mit Brennstoff gemischt wird, um beim Verbrennen des Brennstoffes dem Rohmehl die für das Austreiben des Kohlendioxids aus der Kalksteinkomponente erforderliche Wärmemenge zuführen zu können. Die heissen Abgase dieser Kalzinatoren werden, wie auch die heissen Ofenabgase, zum Vorwärmen des Rohmehls herangezogen, was eine entsprechende Ausnützung der anfallenden Abwärme erlaubt. Dabei wird dem Heissgasstrom das vorzuwärmende Zementrohmehl zugeführt und mit diesem vermischt, um einen guten Wärmeübergang vom Heissgas auf das Rohmehl zu erhalten. Das mit dem Rohmehl beladene Heissgas wird dann über ein Steigrohr einem Zyklonentstauber als Rohgas zugeführt, aus dem oben über ein Tauchrohr das Reingas abgezogen wird, während das abgeschiedene Rohmehl unten über eine entsprechende Leitung austritt. Selbstvertändlich ist ein rest-IosesAbscheiden des Rohmehlsausdem Heissgas in einem Zyklonentstauber nicht möglich. Wenn daher im folgenden von einem vom Rohmehl gereinigten Heissgasstrom die Rede ist, so wird damit der bis auf einer Restmenge an Rohmehl gereinigte Heissgasstrom verstanden. Da die Vorwärmung in einer solchen Wärmetauschereinheit nicht ausreicht, werden üblicherweise mehrere solcher Wärmetauschereinheiten hintereinander geschaltet, wobei das vom Rohmehl gereinigte Heissgas aus dem bezüglich des Rohmehldurchlaufes nachgeordneten Zyklonentstauber zum Aufwärmen des von einem vorgeordneten Zyklonentstaubers stammenden Rohmehlstromes dient. Zu diesem Zweck ist an das Tauchrohr der Zyklonentstauber jeweils eine Steigleitung angeschlossen, die als Rohgaszuleitung im jeweils vorgeordneten Zyklonentstauber mündet. Die Austrittsleitung dieses Zyklonentstaubers für das abgeschiedene Rohmehl endet üblicherweise als Falleitung in der als Steigleitung ausgebildeten Rohgaszuleitung zu dem vorgeordneten Zyklonentstauber, so dass das Rohmehl stufenweise erwärmt wird.

[0003] Wie sich gezeigt hat, tritt der Wärmeübergang vom Heissgas auf das Rohmehl hauptsächlich im Bereich der Steigrohre auf, wobei eine innige Vermischung zwischen dem Heissgasstrom und dem Rohmehl angestrebt wird. Die Steigrohre bilden demnach Mischräume, in denen diese Mischung vor sich geht. Trotzdem bleibt der Wirkungsgrad der bekannten Wärmetauschereinheiten vergleichsweise gering, so dass mehrere solcher Wärmetauschereinheiten hintereinandergeschaltet werden müssen, um die angestrebten Rohmehltemperaturen zu erreichen.

[0004] Um zu vermeiden, dass Teilchen feinpulvrigen Eisenerzes bei hohen Behandlungstemperaturen aneinander haften bleiben und sich zusammenballen, ist es bekannt (DE-B Nr. 1272324), an der Gutaustragsöffnung eines jeden auf einen in Strömungsrichtung des gasförmigen Strömungsmittels vorhergehenden Zyklon folgenden Zyklons eine durch Gas betriebene Strahlpumpe anzuordnen, deren Fangdüse sich in Strömungsrichtung erweitert und mit ihrem einen geringeren Durchmesser aufweisenden Teil unmittelbar mit der Gutaustragsöffnung des Zyklons und mit ihrem erweiterten Teil mit dem oberen Teil des in der Förderrichtung des Gutes folgenden Zyklons verbunden ist. Durch die Anordnung der Strahlpumpe wird erreicht, dass das pulverförmige Eisenerz wegen der durch die Strahlpumpe erzeugten Saugwirkung in keinem Teil der Anlage zum Stillstand kommt und durch den es tragenden Gasstrom stets in Bewegung gehalten wird, so dass das Sintern und Ausbacken des Materials auch bei hoher Temperatur vermieden wird. Auf Grund der Strahlpumpe wird wiederum eine turbulente Heissgasströmung angestrebt, die das Auseinanderreissen zusammengeführter Materialteilchen unterstützt und die Mischung zwischen dem Heissgasstrom und den Gutteilchen verbessert. Trotzdem bleibt der Wärmeübergang hinter den Erwartungen zurück.

[0005] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu vermeiden und eine Wärmetauschereinheit der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, dass der Wärmeübergang vom Heissgas auf das Rohmehl verbessert und damit ein güngstigerer Wirkungsgrad sichergestellt werden kann.

[0006] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass das Steigrohr einen an den Mischraum nach oben anschliessenden, den Heissgasstrom in eine laminare Strömung überführenden Diffusor bildet.

[0007] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die für ein gutes Vermischen von Heissgas und Rohmehl erforderliche turbulente Gasströmung beruhigt und in eine laminare Strömung übergeführt werden muss, um optimale Reaktionsbedingungen zu schaffen. Durch die Anordnung eines an die Mischkammer angeschlossenen Diffusors kann das Heissgas mit dem Rohmehl nach der raschen und innigen Vermischung in einen streng geordneten Gleichstrom übergeführt werden, in dem der Wärmeaustausch ungestört und rasch vor sich gehen kann. Die durch den Diffusor gewährleistete, eine Wandablösung verhindernde laminare Strömung ist daher tatsächlich als entscheidende Verbesserung gegenüber den herkömmlichen Wärmetauschereinheiten anzusehen. Die Formgebung und Bemessung des Diffusors können in Abhängigkeit von den zu erwartenden Gasmengen und dem Temperaturverlauf mit Hilfe der Bernoullischen Strömungsgleichung schon im voraus sehr gut erfasst werden. So kann auf Grund der gegebenen Verhältnisse angenommen werden, dass der Öffnungswinkel des Diffusors zwischen 12 und 20° betragen kann, ohne dass ein Übergang der laminaren Strömung zu einer turbulenten Strömung befürchtet werden muss.

[0008] Um eine gleichmässige Verteilung des Rohmehls im Heissgasstrom zu erhalten, muss für eine gute Vermischung gesorgt werden, was wiederum entprechende Strömungsgeschwindigkeiten voraussetzt. Da die Austrittsgeschwindigkeit des vom Rohmehl befreiten Heissgasstromes aus dem Zyklonentstauber durch das Tauchrohr den Anforderungen hinsichtlich einer guten Vermischung im allgemeinen nicht entsprechen wird, kann in weiterer Ausbildung der Erfindung das Steigrohr unterhalb des Mischraumes eine in den Mischraum übergehende Düse bilden, die für eine entsprechende Beschleunigung des Heissgasstromes und damit für eine rasche und gute Vermischung des Rohmehls mit dem Heissgas im Mischraum sorgt.

[0009] Dem gleichen Zweck dient auch die Massnahme, die als Fallrohr ausgebildete Zuleitung des Rohmehls im unteren Drittel der Mischraumhöhe münden zu lassen. Das Rohmehl wird nämlich über die Zuleitung dem Heissgas im Gegenstrom zugeführt und vom Heissgas im Gleichstrom mitgerissen. Legt man den Übergangsbereich vom Gegenstrom in den Gleichstrom in das untere Drittel der Mischraumhöhe, so kann eine besonders heftige Durchmischung sichergestellt werden, ohne dass die anschliessende Beruhigung im Diffusor gefährdet wäre.

[0010] Wegen des durch die erfindungsgemässen Massnahmen bedingten raschen und innigen Warmeaustausches kann je Wärmetauschereinheit ein entsprechend höherer Wirkungsgrad erzielt werden, was die Möglichkeit der Einsparung einer der sonst erforderlichen Wärmetauschereinheiten eröffnet.

[0011] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen Fig. 1 eine Anlage zum Herstellen von Zement schematisch im Blockschaltbild, und
Fig. 2 eine erfindungsgemässe Wärmetauschereinheit im vereinfachten Längsschnitt.

[0012] Das zu behandelnde Rohmehl wird gemäss Fig.1 übereineabsperrbare Leitung 1 einem mehrstufigen Wärmetauscher zugeführt, der aus drei Wärmetauschereinheiten 2, 3 und 4 besteht. Das aus der letzten Wärmetauschereinheit 4 austretende, auf ca. 800 bis 850° C vorgewärmte Rohmehl wird über eine Leitung 5 einem Kalzinator 6 zugeführt, dem zur Erzeugung zusätzlicher Wärmemengen Brennstoff zuleitbar ist. Dieser Brennstoff wird mit dem vorgewärmten Rohmehl im Kalzinator 6 vermischt, so dass die beim Verbrennen des Brennstoffes frei werdende Wärmemenge an das Rohmehl abgegeben werden kann.-Dadurch wird die Entsäuerung des Kalksteins eingeleitet, die beim Erreichen eines Temperaturniveaus von etwa über 900° C beendet wird. Das mit dem heissen Abgasstrom mitgerissene Rohmehl gelangt aus dem Kalzinator-6 in einen Zyklonentstauber 7, von wo es dem Drehrohrofen 8 zugeleitet wird. Das weitgehend von den Feststoffen gereinigte heisse Abgas gelangt aus dem Zyklonentstauber 7 in ein Steigrohr 9, in dem es mit dem aus der Wärmetauschereinheit 3 stammenden Rohmehl vermischt wird. Das mit dem Rohmehl beladene Heissgas mündet in einem Zyklonentstauber 10 der Wärmetauschereinheit 4, von der das vom Rohmehl befreite Heissgas wiederum über ein Steigrohr 11, in der das Heissgas mit dem Rohmehl aus der Wärmetauschereinheit 2 beladen wird, einem Zyklonentstauber 12 der Wärmetauschereinheit 3 zugeleitet wird. Der Vorgang wiederholt sich, bis das abgekühlte Heissgas über ein Gebläse 13 abgeblasen wird.

[0013] Das weitgehend vorkalzinierte Rohmehl aus dem Zyklonentstauber 7 wird im Drehrohrofen 8 auf ca. 1400° C weiter erwärmt, um die chemische Umwandlung der Rohstoffkomponenten zu den Klinkermineralien einzuleiten, welcher Brennvorgang exotherm abläuft. Die gebrannten Zementklinker werden dann in üblicher Weise auf annähernd Umgebungstemperatur abgekühlt, wobei der hierfür vorgesehene, übliche Kühler jedoch aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gezeigt ist.

[0014] Das Abgas aus dem Drehrohrofen 8 wird zumindest teilweise über eine Leitung 14 durch das Gehäuse 15 einer Schlägermühle 16 geleitet, in der der über eine Brennstoffaufgabe 17 zugeführte Brennstoff für den Kalzinator 6 zerkleinert wird. Der zerkleinerte Brennstoff wird vom Ofenabgas erfasst und von unten in den Kalzinator 6 gefördert, wo der Brennstoff in der bereits beschriebenen Weise mit dem Rohmehl aus der Leitung 5 vermischt wird. Die für die Verbrennung des Brennstoffes erforderliche Sauerstoffmenge wird aus dem noch im Ofenabgas enthaltenen Restsauerstoff und vorzugsweise aus dem Sauerstoff der bei der Klinkerkühlung erwärmten Kühlluft gedeckt, die über die Zuleitungen 18 und 19 dem Kalzinator 6 zugeführt werden kann.

[0015] Um einen guten Wärmeübergang von Heissgasstrom auf das Rohmehlzu erhalten, sind die einzelnen Wärmetauschereinheiten nach Fig. 2 in besonderer Weise ausgebildet, und zwar bildet das Steigrohr 9, 11 der einzelnen Wärmetauschereinheiten einen an den Mischraum 20 nach oben anschliessenden Diffusor 21, bevor es tangential im Zyklonentstauber 10, 12 der jeweiligen Wärmetauschereinheit mündet. Das Rohmehl, das über eine als Fallrohrausgebildete Zuleitung 22 im unteren Drittel des durch das Steigrohr 9,11 1 gebildeteten Mischraumes 20 in den Heissgasstrom austritt und mit diesem innig vermischt wird, wird mit dem Heissgasstrom durch den Diffusor 21 geleitet, wo die zunächst turbulente Heissgasströmung beruhigt und in eine laminare Strömung übergeführt wird, die einen besonders guten Wärmeaustausch zwischen dem Heissgas und dem Rohmehl sicherstellt. Aus dem Steigrohr 9, 11 gelangt das mit dem Rohmehl beladene Heissgas in den jeweiligen Zyklonentstauber 10, 12 der entsprechenden Wärmetauschereinheit, wo das Rohmehl abgeschieden und über eine Austrittsleitung abgeführt wird, die bei der Hintereinanderschaltung mehrerer Wärmetauschereinheiten als Zuleitung 22 des Rohmehls in die nachfolgende Wärmetauschereinheit dient. Das vom Rohmehl befreite Heissgas wird über ein Tauchrohr 23 aus dem Zyklonentstauber abgezogen und dient zum Erwärmen des Rohmehls in einer vorgeordneten Wärmetauschereinheit 3. Zu diesem Zweck schliesst das Tauchrohr 23 an ein entsprechend ausgebildetes Steigrohr an, in dem wieder die Zuleitung 22 für das Rohmehl mündet. Um eine für die gleichmässige Verteilung des Rohmehls im Heissgasstrom günstige Strömungsgeschwindigkeit zu erhalten, bildet das Steigrohr 11 unterhalb des Mischraumes 20 eine in den Mischraum übergehende Düse 24, die im Ausführungsbeispiel den Übergang zwischen dem Tauchrohr 23 und dem Mischraum 20 darstellt. Durch die Anordnung der Düse 24 wird eine die Durchmischung von Heissgas und Rohmehl unterstützende Strömung erzeugt, ohne dass dadurch der Wärmeaustausch behindert wird, weil ja im Anschluss an den Mischraum 20 für eine entsprechende Beruhigung der Strömung im Diffusor 21 gesorgt ist. Obwohl in der Zeichnung die Steigrohre 9, 11 vertikal verlaufen, muss ein solcher Verlauf nicht zwingend vorgegeben sein. So könnten beispielsweise die Steigrohre geneigt angeordnet vermeiden und an Bauhöhe zu sparen. Ebenso könnten die Zuleitungen 22 tangential im Mischraum 20 münden.

Ansprüche

1. Wärmetauschereinheit zum Vorwärmen von Zementrohmehl mit einem einen Heissgasstrom aufnehmenden Steigrohr (9, 11), das als Mischraum (20) für das über eine Zuleitung (22) zugeführte Rohmehl mit dem Heissgasstrom dient und in einem Zyklonentstauber (10, 12) mündet, der oben eine Abführleitung, vorzugsweise ein Tauchrohr (23), zum Abführen des vom Rohmehl weitgehend befreiten Heissgasstromes und unten eine Austrittsleitung für das abgeschiedene Rohmehl aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steigrohr (9, 11) einen an den Mischraum (20) nach oben anschliessenden, den Heissgasstrom in eine laminare Strömung überführenden Diffusor (21) bildet.

2. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steigrohr (9,11) unterhalb des Mischraumes (20) eine in den Mischraum (20) übergehende Düse (24) bildet.

3. Wärmetauschereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die als Fallrohr ausgebildete Zuleitung (22) des Rohmehls im unteren Drittel der Mischraumhöhe mündet.

Claims

1. A heat-exchanger unit for preheating ground raw material for making cement, comprising a riser pipe (9, 11) which receives a hot gas stream and serves as a mixing chamber (20) for mixing the hot gas stream with the ground raw material, which is supplied by a supply duct (22), said pipe opening into a cyclone dust-collector (10, 12), which is provided at its top with a discharge duct, preferably an immersed pipe (23), for delivering the hot gas stream from which most of the ground raw material has been removed, and is provided at the bottom with a duct for the discharge of the ground raw material which has been collected, characterized in that the riser pipe (9, 11) constitutes a diffuser (21), which adjoints the mixing chamber (20) at its top and transforms the hot gas stream into a laminar stream.

2. A heat-exchanger unit according to claim 1, characterized in that the riser pipe (9, 11) constitutes, below the mixing chamber (20), a nozzle (24) which merges into the mixing chamber (20).

3. A heat-exchanger unit according to claim 1 or 2, characterized in that the duct (22) for supplying the ground raw material consists of a downpipe and opens in the lower one-third of the height of the mixing chamber.

Revendications

1. Echangeur thermique pour le préchauffage de farine crue de ciment comportant un tube montant (9, 11) qui reçoit un courant de gaz chaud, qui sert de chambre de mélange (20) entre la farine crue amenée par un tuyau d'amenée (22) et le courant de gaz chaud et débouche dans un dépoussiéreur à cyclone (10, 12) qui présente dans le haut un tuyau d'évacuation, de préférence un tube plongeur (23), pour l'évacuation du courant de gaz chaud débarrassé dans une large mesure de farine crue, et présente dans le bas un tuyau de sortie pour la farine crue séparée, caractérisé par le fait que le tube montant (9, 11 ) forme un diffuseur (21 ) se raccordant à la chambre de mélange (20) vers le haut et convertissant le courant de gaz chaud en un écoulement laminaire.

2. Echangeur thermique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le tube montant (9,11 ) forme, en dessous de la chambre de mélange (20), une buse (24) rejoignant la chambre de mélange (20).

3. Echangeur thermique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le tuyau (22) d'amenée de farine crue, conçu sous forme de tube descendant, débouche dans le tiers inférieur de la hauteur de la chambre de mélange.

Zeichnung