Wärmetauschereinheit zum Vorwärmen von Zementrohmehl

Abstract

 Eine Wärmetauschereinheit zum Vorwärmen von Zementrohmehl besitzt ein einen Heißgasstrom aufnehmendes 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 ein Tauchrohr (23) zum Abführen des vom Rohmehl weitgehend befreiten Heißgasstromes und unten eine Austrittsleitung für das abgeschiedene Rohmehl aufweist.
Um einen besseren Wärmeübergang vom Heißgas auf das Rohmehl zu erhalten, bildet das Steigrohr (9, 11) einen an den Mischraum (20) nach oben anschließenden Diffusor (21).

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 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.

[0003] 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 restloses Abscheiden des Rohmehls aus dem 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 eine Restmenge an Rohmehl gereinigte Heißgasstrom verstanden. Da die Vorwärmung in einer solchen Wärmetauschereinheit nicht ausreicht, werden üblicherweise mehrere solcher Wärmetauscherein- - heiten 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.

[0004] Wie sich gezeigt hat, tritt der Wärmeübergang vom Heißgas auf das Rohmehl hauptsächlich im Bereich der Steigrohre auf, wobei, um einen entsprechenden Wärmeübergang sicherzustellen, eine innige Vermischung zwischen dem Heißgasstrom und dem Rohmehl erfolgen soll. Die Steigrohre bilden demnach Mischräume, in denen diese Durchmischung vor sich geht. Trotz dieser Durchmischung ist der Wirkungsgrad der bekannten Wärmetauschereinheit_{en v}er- gleichsweise gering, so daß eben mehrere solcher Wärmetauschereinheiten hintereinander geschaltet werden müssen, um die angestrebten Rohmehltemperaturen zu erreichen.

[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 wesentlich günstiger gestaltet werden kann, was zwanssweise einen besseren Wirkungsgrad für die Wärmetauschereinheit mit sich bringt.

[0006] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß das Steigrohr einen an den Mischraum nach oben anschließenden Diffusor bildet. Der Erfindung liegt dabei 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 20⁰ betragen kann, ohne-daß ein Übergang der laminaren Strömung zu einer turbulenten Strömung befürchtet werden muß.

[0007] Um eine gleichmäßige Verteilung des Rohmehls im Heißgasstrom zu erhalten, muß für eine gute Vermischung gesorgt werden, was wiederum entsprechende 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.

[0008] Dem gleichen Zweck dient auch die Maßnahme, die in an sich bekannter Weise 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.

[0009] Wegen des durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen bedingten raschen und innigen Wärmeaustausches kann je Wärmetauschereinheit ein entsprechend höherer Wirkungsgrad erzielt werden, was die Möglichkeit der Einsparung einer der sonst erforderlichen Wärmetauschereinheiten eröffnet.

[0010] 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.

[0011] Das zu behandelnde Rohmehl wird gemäß Fig.1 über eine absperrbare Leitung 1 einem mehrstufigen Wärmetauscher zugeführt, der aus drei Wärmetauschereinheiten 2, 3 und 4 besteht. Das aus der letzten Wärmetauschereinheit 4 austretende, ca. auf 800 bis 850⁰0 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.

[0012] 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 hiefür vorgesehene, übliche Kühler jedoch aus Ubersichtlichkeitsgründen nicht gezeigt ist.

[0013] 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 Brenn_- stoff 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 Zuleitungen 18 und 19 dem Kalzinator 6 zugeführt werden kann.

[0014] Um einen guten Wärmeübergang von Heißgasstrom auf das Rohmehl zu 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 Fallrohr ausgebildete Zuleitung 22 im unteren Drittel des durch das Steigrohr 9, 11 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.

[0015] 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 werden, um die Ausbildung von Rohrkrümmungen zu 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, das als Mischraum für das über eine Zuleitung zugeführte Rohmehl mit dem Heißgasstrom dient und in einem Zyklonentstauber mündet, der oben vorzugsweise ein Tauchrohr 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 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 in an sich bekannter Weise als Fallrohr ausgebildete Zuleitung (22) des Rohmehls im unteren Drittel der Mischraumhöhe mündet.

Zeichnung