Verfahren zum Brennen von Zement oder Kalk im Schachtofen Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zum Brennen von Zement oder Kalk im Schachtofen, das es ermöglicht, den Vor gang im Ofen so zu beeinflussen, dass bei ge ringerem Kohlenverbrauch ein besserer Klin ker als mit den bisher bekannten Verfahren erzeugt wird. Ausserdem kann bei dem neuen Verfahren ohne Nachteil für das Erzeugnis eine billigere, aschenreiche Kohle Verwen dung finden.
Bei Schachtöfen und Gasgeneratoren be steht - im Gegensatz zu Rostfeuerungen und solchen Feuerungen, bei denen Kohle und Luft im Gleichstrom geführt werden - der Nachteil, dass eine bessere Ausnutzung des Brennstoffes nicht durch stärkeres Einblasen von Luft erreicht werden kann.
Während bei den nach dem Gleichstromprinzip arbeitenden Anlagen in einer Änderung des Brennstoff- Luftverhältnisses durch stärkere oder schwä chere Luftzufuhr eine einfache Möglichkeit gegeben ist, nach Wunsch eine oxydierende oder reduzierende Atmosphäre zu erzeugen, liegen die Verhältnisse bei den nach dem Gegenstromprinzip arbeitenden Anlagen, auf die sich das Verfahren nach der Erfindung bezieht, grundsätzlich anders.
So durchwandert bei Schachtöfen das brennstoffhaltige, unter Wasserzusatz gra nulierte Rohmehlgemisch von oben nach unten den Ofen, und die Luft wird im Gegen strom dazu von unten nach oben geblasen. Oberhalb der Brennzone ist stets Kohleüber- schuss vorhanden, also eine reduzierende Atmosphäre. Unterhalb der Brennzone herrscht eine oxydierende Atmosphäre. Durch stärkeres Blasen gelingt es keinesfalls, sauerstoffhaltige Abgase zu erzielen, wie man das von allen andern Ofenanlagen gewohnt ist.
Stärkeres Blasen erzeugt vielmehr Jedig- lich einen schnelleren Feuerfortschritt, denn im Gegensatz zu den Gleichstromfeuerungen, bei denen die Verbrennungsgase heiss ent weichen, wird die Wärme der Verbrennungs gase fast voll wiedergewonnen und damit die frische Kohle vorgewärmt. In dieser Vor wärmzone entsteht aber CO, und man hat sich bisher damit abfinden müssen, kohle oxydreiche Abgase, also eine sehr unvoll kommene Verbrennung in Kauf zu nehmen.
Für den Reaktionsablauf im Schachtofen sind zwei verwandte Reaktionen massgebend: 1. die Boudouardsche Gleichung: C02+C = 2 C0, 2. die Hauenschildsche Gleichung: CaC03+C = 2<B>CO</B> +Ca0.
Wenn eine Granalie aus Rohmehl und Kohle in die Vorwärmzone gelangt, wird sie von den heissen Verbrennungsgasen erhitzt. Die an ihrer Oberfläche sitzende Kohle rea giert genau wie im Gasgenerator nach der Boudouardschen Gleichung.
Es bildet sich CO, denn Sauerstoffüberschuss ist in dieser Zone nicht mehr vorhanden, da auch eine stärkere Luftzufuhr lediglich eine beschleu- nigte Wanderung der Brennzone nach oben, aber keinen Sauerstoffüberschuss in den Ver brennungsgasen zur Folge haben könnte.
Wenn die Granalie mm weiter von der Vorwärmzone in die tiefer gelegene Brenn- zone gelangt, ändern sich die, Verhältnisse. Aus .der Granalienoberfläche ist die Kohle herausgebrannt. Auch das CaCO3 der Gra- nalienoberfläche ist bereits entsäuert und die Oberflächentemperatur kann nach der Ent säuerung rasch ansteigen.
Im Innern der Granalie steigt inzwischen die Temperatur so weit, dass dort die Hauenscbildsche Reaktion zum Ablauf kommt. Das entstehende CO strömt an die heisse Granalierioberfläche und verbrennt dort mit dem in dieser Zone noch vorhandenen 02 zu C02, das dann in der Vorwärmzone, wie oben beschrieben, teil weise wieder zu CO reduziert wird.
Die Hauenschildsche Reaktion in der Brennzone kann quantitativ verlaufen, so fern die Kohle fein gemahlen ist. Man hat früher verschiedentlich mit gemahlener Kohle gebrannt, das Verfahren jedoch als unwirt schaftlich wieder verlassen. In Fachkreisen gilt die Verwendung von gemahlener Kohle der CO-Verluste wegen als unwirtschaftlich.
So wird beispielsweise von Koch-Anseln ein sehr starker Rückgang des CO-Verlustes durch Weglassen der Feinanteile unter 4 mm berichtet (Anseln: Der Schachtofen 1952), und Schnittker berichtet im Schachtofen- Ausschuss des VDZ am 18. Juni 1953, dass sich die Zumahlung von Kohle nicht bewährt habe und wieder verlassen worden ist.
Nach der Erfindung wird nun die Bildung von CO gemäss der Boudouardschen Reaktion an der Granalienoberfläche dadurch verhin- i dert und zugleich dieVerwendung fein gemah lener Kohle mit deren verschiedenen, weiter unten angeführten Vorteilen und ohne CO- Verluste dadurch ermöglicht, dass feste Gra- nalien einheitlicher Korngrösse und Gestalt aus Rohmehl und Kohle hergestellt und mit einer brennstofffreien Schale einheitlicher Dicke,
beispielsweise aus Rohmehl oder Klinkerstaub, überzogen werden, wobei der Kohlegehalt des Kerns geringer ist, als der Gleichung CaC03+C = -) CO+CaO (Hauen- schildsche Gleichung), entspricht. Das Auf tragen der Schale muss dabei in einer Weise erfolgen, die eine genaue Überwachung und Regelung aller Faktoren, auch der benötigten zusätzlichen Wassermenge, gestattet.
Ein einfaches Nachpudern der Granalien, wie es gelegentlich angewendet wird, genügt meist nicht, da die Schale die Aufgabe hat, zu ver hindern, dass die Kohle des Kerns schon in der Vorwärmzone mit den heissen Verbren nungsgasen zur Reaktion kommt. Die Schale muss vielmehr eine bestimmte, von den Be triebsbedingungen abhängige Dicke haben, wie im folgenden näher dargelegt ist. Unter dieser Schutzschale ist dann die Verwendung fein gemahlener Kohle ohne Gefahr eines CO- Verlustes möglich.
Infolge der Schutzschale nach der Er findung erhitzen die heissen Verbrennungs gase zunächst nicht die Kohle, sondern geben ihren Wärmeinhalt an diese Schale ab, und die Kohle wird, ohne in der Vorwärmzone mit heissen Verbrennungsgasen in Berührung zu kommen, durch diese hindurch in die oxy dierende Brennzone geschleust, wo sie dann zur Reaktion kommt. Das Gegenstromprinzip ist gewissermassen aufgehoben und ein Zu stand herbeigeführt, als ob die Kohle erst weiter unten in den Ofen eingebracht worden wäre, und zwar um so weiter unten, je dicker die brennstofffreie Granalienschale war. Es entsteht ein ähnlicher Zustand wie bei einer Rostfeuerung.
Stärkeres Blasen wird nun auch nicht mehr ohne weiteres einen schnel leren Feuerfortschritt bewirken; der Feuer fortschritt wird vielmehr weitgehend durch die Schalendicke bestimmt. Es leuchtet ein, dass man durch die Schalendicke die Abgas analyse in die Hand bekommt. Bei dünner Schale wird noch CO auftreten, bei dickerer Schale wird das CO verschwinden, und bei noch dickerer Schale wird schliesslich ein Luft überschuss auftreten.
Wenn man also, zunächst ohne Rücksicht auf den Granaliendurchmesser, die Dicke der Schale bei allen Granalien gleich macht, kann man durch Variieren der Schalendicke jedes beliebige Brennstoffluftverhältnis erzielen und nach der Abgasanalyse auf den günstigsten Wert einstellen. Ein allgemein gültiger Wert für die richtige Schalendicke lässt sich nicht angeben. Er hängt von vielen Faktoren ab, die von Fall zu Fall verschieden sein können, wie Kohlesorte, Rohmehlzusammensetzung, Luftgeschwindigkeit u. a.
Wenn die Granalienschale aus Rohmehl besteht, genügt es jedoch nicht, die Schalen dicke einheitlich und gegebenenfalls beliebig veränderlich zu machen, sondern es muss auch das Verhältnis von Schalendicke und Kerndurchmesser innerhalb gewisser Gren zen bleiben, wie folgende Betrachtung ergibt: Die Kohle kann sich nur dann quantitativ nach Hauenschild umsetzen, wenn genügend CaC03 vorhanden ist. Bei üblichen Verhält nissen liegt die Grenze etwa um 11 Teile Betriebskohle auf 100 Teile Rohmehl.
Bei höheren Kohlegehalten bleibt Kohle übrig, die direkt mit Luftsauerstoff verbrannt wer den müsste. Der Luftsauerstoff dringt aber nur unvollkommen in das Innere der Granalie ein, und es besteht die Gefahr, dass durch die verbleibende Kohle die Eisenverbindungen unerwünschterweise reduziert werden, was eine Qualitätsminderung bedeutet.
Da nun zum Brennen von Rohmehl insgesamt un gefähr 8 % Kohle verbraucht werden, kommt man im Kern allzuleicht zu einer Überschrei tung der durch die Gleichung gefundenen Grenze, denn im Kern muss ja jetzt die Kohle angereichert werden, damit sie auch zum Brennen der Schale mitausreicht. Kern und Schale dürfen deshalb ein gewisses Gewichts verhältnis nicht unterschreiten, das sich für die jeweiligen Betriebsbedingungen aus der Hauenschildschen Gleichung berechnet. Da die Schalendicke, wie oben geschildert, von andern Faktoren bereits festgelegt ist, darf man auch mit dem Kerndurchmesser nicht beliebig heruntergehen.
Einige Beispielrech- nungen zeigen, dass sich daraus die Forderung nach Mindestgranaliengrösse ergibt, die schon nahe an der Grenze dessen liegen, was man für Schachtöfen noch als tragbar ansieht, um eine gute Klinkerkühlung bei mässiger Ofen höhe zu erzielen.
Dazu kommt, dass die aus ; derHauenschildschenFormel errechnete Zahl einen theoretischen Grenzwert darstellt, der in der Praxis nicht erreicht wird. Wenn die einheitliche Korngrösse sich während des Betriebs variieren lässt, hat man ein einfaches ; Mittel, um für die zufälligen örtlichen Ver hältnisse den günstigsten Erfahrungswert einzustellen.
Es sind bereits Verfahren bekannt, Gra- nalien von einheitlichem Durchmesser herzu-, stellen durch Kombination von Granulier- trommeln mit Siebvorrichtungen oder ein facher durch Verwendung von Granulier- tellern mit einfachem Staurand; bei letzteren lässt sich der Granaliendurchmesser während, des Betriebes leicht ändern.
Zweck der bisher hergestellten Einkorngranalien war lediglich die Erzielung einer guten Luftdurchlässigkeit des Ofeninhaltes. Auch handelte es sich hier bei nicht um Granahen mit einer brennstoff freien Schutzschale.
Für die Verblaserost-Sinterung ist schon ein den Schalengranalien verwandtes Prinzip vorgeschlagen worden. Es sollen dort, um eine entsprechend kurze Brennzone zu er zielen, nur kleine, lockere Krümel aus Roh mehl, Rückgut und Koks hergestellt werden, und es ist eine Nachpuderung dieser kleinen Krümel mit kohlefreiem Rohmehl vorge sehen.
Hier handelt es sich jedoch nicht um feste Granalien mit einheitlicher Korngrösse und Gestalt, sondern um lockere unregel mässige Krümel, die nicht grösser als etwa 5 mm sein dürfen, um den für das Sinterband nötigen Durchmesser zu erzielen.
Das Kenn zeichen der vorliegenden Erfindung ist aber gerade, dass die Aussenschicht ganz regel mässig mit überall gleicher Dicke aufgebracht wird und dass bei Verwendung von Rohmehl schalen solch kleine Granaliendurchmesser, wie sie beim Sinterband gebraucht werden, vermieden werden sollen.
Der beim Mahlen der Kohle erzielte - weiter unten beschrie bene - zonare Reaktionsfortschritt innerhalb einer Granalie von aussen nach innen setzt voraus, dass die Temperaturdifferenzen zwi- sehen Schale und Kern 500 und mehr be tragen, und dies ist bei Granahen unter 5 mm Durchmesser gar nicht möglich. Versuche mit solchen Krümeln im Schachtofen sind bei Verwendung von gemahlener Kohle daher auch negativ verlaufen.
Ebenso ist bereits ausgeführt worden, dass auch wegen der Hauenschildschen Reaktion grössere Grana- lien erstrebt werden müssen. Solche lassen sich nur im Schachtofen, nicht auf dem Sin- terband brennen. Wenn mit dem Nachpudern der Sinterband-Krümel gewisse Verbesserun gen erzielbar sind, so können diese nur Teil erfolge sein, denn der Schaffung optimaler Bedingungen steht die Kleinheit der Sinter- bandkrümel im Wege.
Das Schaleverfahren kann selbstverständ lich mit solchen Kohlefeinheiten durchge führt werden, wie sie bei Zementschachtöfen allgemein üblich sind (Feinkohle unter 6 mm). Ein besonderer Vorteil besteht aber darin, dass man unter dem Schutz der verhältnis mässig dicken Schale jetzt auch fein gemah lene Kohle verwenden kann, ohne dass ein CO-Verlust auftritt.
Bisher galt die Verwen dung von gemahlener Kohle wegen der CO- Verluste als unwirtschaftlich. Sie bietet aber anderseits folgende erhebliche Vorteile, von denen bei dem Verfahren nach der Erfindung Gebrauch gemacht werden kann: 1. Bei ungemahlener Kohle entsteht um jedes Kohlenkorn herum ein Aschenrest, der lokal die Rohmehlzusammensetzung ändert und verdirbt. Bei gemahlener Kohle entsteht eine homogene Aschenverteilung, die bei der Einstellung der Rohmehlzusammensetzung bereits berücksichtigt werden kann.
Bisher war der Aschenfehler einer der Hauptgründe, weshalb Schachtofenklinker dem Drehofen klinker nicht ebenbürtig sein konnte. Durch die Kohlenzumahlung wird dieser Nachteil beseitigt. Es entsteht sogar der Vorteil, dass man zu unbeschränkter Verwendung von billiger, aschenreicher Kohle übergehen kann.
Das kohlenhaltige Kernmehl muss selbst verständlich anders im Kalk eingestellt wer den als das Schalenmehl, so dass sich nach dem Brennen für beide Teile der richtige Kalksättigungsgrad ergibt.
z. Bei ungemahlener Kohle kommt es häufig vor, dass Kohlenkörper von dicht ge sintertem Klinker umschlossen werden, ehe sie Gelegenheit haben zu verbrennen. Die weitere Verbrennung wird unmöglich, denn es kann auch später in der Kühlzone keine Verbrennungsluft mehr hinzutreten. Die Kohle bleibt unverbrannt und reduziert den Klinker in der Umgebung. Neben dem schon unter Ziffer 1 genannten Aschenfehler sind diese Reduktionserscheinungen hauptsäch lich dafür verantwortlich, dass bisher der Schachtofenklinker dem Drehofenklinker gegenüber nicht als ebenbürtig gilt.
In solch reduziertem Klinker entsteht sekundärer freier Kalk, und ein daraus erzeugter Zement hat minderwertige Eigenschaften. Im Gegen satz dazu verbleibt fein gemahlene Kohle nicht in gesintertem Klinker, denn sie ist ja nicht auf Luftzutritt angewiesen, sondern verbrennt primär mit CaC03 zu CO, und diese Reaktion ist bereits abgelaufen, bevor die Sintertemperatur erreicht wird. Die gefürch teten Reduktionserscheinungen bleiben aus, wie in Grossversuchen nachgewiesen werden konnte.
3. Ein weiterer, zunächst nicht erwarteter und bisher noch unbekannter Vorteil der gemahlenen Kohle hat sich bei mehrwöchigen Grossversuchen ergeben. Bei grober Kohle tritt eine äussere Sehwindung der Granalien bis zu 40q/, ein, die zur Bildung eines Rand spaltes im Ofen und damit zu ungleichmässi ger Luftverteilung führt. Bei gemahlener Kohle ist die äussere Brennschwindung wesentlich geringer. Es bildet sich nämlich zuerst auf der Oberfläche der Granalien eine feste Klinkerhaut, die als Gerüst dient.
Bei dem nachfolgenden Durchbrennen des Kerns schwindet diese Haut nicht mehr, und durch das Schwinden des Kernmaterials bilden sich innere Hohlräume. Den charakteristischen Verlauf dieses Prozesses kann man beob achten, wenn man heisse Granalien in ver schiedenen Brennstadien aus der Brennzone holt und schnell abkühlt. Bei gemahlener Kohle zeigt sich eine Zonenbildung.
Im ersten Stadium findet man Granahen, deren Ober fläche etwa 1 mm stark gesintert ist, darunter findet sich eine Zone aus gelbem, entsäuertem Schwachbrand von etwa 1/2 mm Dicke, dann folgt der kohlehaltige, unentsäuerte Kern, der im Innern sogar die charakteristischen Farben zeigt, die bei 400 bis 500 auftreten. Im weiter fortgeschrittenen Brennstadium wandern die Zonen von aussen nach innen, bis die Durchsinterung erreicht ist. Vorwärm-, Kalzinier- und Sinterzone sind also in die Granalien selbst verlegt.
Ein solcher Klinker hat zuletzt eine sehr charakteristische, rosen- blütenartige Struktur, an der sofort erkannt werden kann, dass er mit gemahlener Kohle gebrannt worden ist. Er besteht aus inein- andersteckenden Schalen, die durch Hohl räume getrennt sind.
Ein mit solch porösen Granalien geführ ter Ofen hat eine wesentlich günstigere Luft verteilung, denn einerseits ist die Randspalt bildung geringer, anderseits hat der Klin- kerstock selbst infolge der gebildeten Hohl räume eine bessere Luftdurchlässigkeit. Es lässt sich eine höhere Leistung und bessere Klinkerqualität bei geringerem Kohlenver brauch erzielen. Dieser poröse Klinker ist auch leichter mahlbar.
Bei ungemahlener Kohle lässt sich die Zonenbildung innerhalb der Granalien nicht beobachten. Auch schwindet die Granalie äusserlich stark und ist weit weniger porös. Es ist klar erkennbar, dass der Ofenbetrieb mit gemahlener und mit ungemahlener Kohle auf zwei grundsätzlich verschiedenen Pro zessen beruht, wobei der Betrieb mit gemah lener Kohle erst nach dem Verfahren gemäss der Erfindung wirtschaftlich und vorteilhaft zu gestalten ist.
Bei einer andern Durchführungsform des Verfahrens wird zweckmässig die Granalien- schale statt aus Rohmehl aus fertig gebrann tem Klinkermehl, also Rückgut, hergestellt. Hierdurch lassen sich die engen Grenzen für die Granaliengrösse vorteilhaft erweitern; denn die Verhältnisse beim Brennen ändern sich dann folgendermassen:
Da das Klinker- mehl schon entsäuert ist und der Wärme aufwand zum Erhitzen der Schale weit gehend in der Kühlzone zurückgewonnen wird, entsteht für die Schale kein wesent licher Wärmeverbrauch, und es tritt die Ge fahr nicht ein, dass der Kohlegehalt des Kerns übersteigert werden muss, um die Schale mit- zubrennen. Die Bedenken, zu etwas kleineren Granalien überzugehen, fallen dann weg, ja es können so kleine Granalien verwendet wer den, dass sie sich nicht nur für den Schacht ofen, sondern auch für das Sinterband eignen.
Es ist zwar bekannt, bestimmte Korn fraktionen des fertig gebrannten Ofengutes auszusieben und erneut einzugranulieren. Hierdurch wird eine Herabsetzung der Brenn- schwindung im Ofen und dadurch eine gleich mässigere Luftverteilung und Verbrennung erreicht. Die CO-Verluste konnten mit diesem Verfahren zwar etwas verringert, aber nicht beseitigt werden. Dies ist erst durch das Auf granulieren von Rückgut als Äussenschale möglich.
Zur Herstellung der Schalengranalien kann man sich bekannter Methoden be dienen, z. B. kann man durch eine Kombina tion von Granuhertrommel und Siebvorrich tung Einkorngranalien erzeugen, die in einer nachgeschalteten Granuliervorrichtung mit einer Schale versehen werden. Besonders vor teilhaft ist jedoch die Verwendung eines Granuliertellers mit zwei konzentrischen Staurändern. Der Granulierteller hat den Vorteil, dass die Granaliengrösse während des Betriebes verändert werden kann, und dass ohne weitere Hilfseinrichtungen Einkorn granalien entstehen.
Im innern Staurand werden die Korngranalien erzeugt und fallen, sobald sie ihre richtige Grösse erreicht haben, in den äussern Staurand. Dort wird die ge wünschte Menge Schalenmehl zugeführt und unter entsprechendem Wasserzusatz auf granuliert.
Zusammenfassend lassen sich also mit dem Verfahren nach der Erfindung beim Zementbrennen im Schachtofen folgende Vor teile erzielen: 1.<B>-</B>Vollkommene Verbrennung, dadurch Kohlenersparnis bis zu 30%; 2. Vermeidung des Aschefehlers im Klin ker; 3. Hochwertiger Klinker kann mit asche- reicher Kohle erzeugt werden; 4. Vermeidung von minderwertigem, re duziertem Klinker; 5. Steigerung der Ofenleistung; 6. Leichtere 12ahlbarkeit des Klinkers.
Method for burning cement or lime in the shaft furnace The invention relates to a method for burning cement or lime in the shaft furnace, which makes it possible to influence the process in the furnace so that a better clinker than with ge lower coal consumption the previously known method is generated. In addition, cheaper, ash-rich coal can be used in the new process without detriment to the product.
In shaft furnaces and gas generators there is - in contrast to grate furnaces and furnaces in which coal and air are conducted in direct current - the disadvantage that better utilization of the fuel cannot be achieved by blowing in more air.
While the systems that work according to the co-current principle provide a simple way of creating an oxidizing or reducing atmosphere as desired by changing the fuel-air ratio through stronger or weaker air supply, the ratios in the systems working according to the counter-current principle are to which the method according to the invention relates, fundamentally different.
In shaft furnaces, for example, the fuel-containing raw meal mixture, granulated with the addition of water, travels through the furnace from top to bottom, and the air is blown from bottom to top in countercurrent. Above the combustion zone there is always a surplus of coal, ie a reducing atmosphere. There is an oxidizing atmosphere below the burn zone. With stronger blowing it is by no means possible to achieve oxygen-containing exhaust gases, as one is used to from all other furnace systems.
Rather, stronger blowing leads to faster progress of the fire, because in contrast to direct current firing, in which the combustion gases escape hot, the heat from the combustion gases is almost fully recovered and the fresh coal is thus preheated. In this preheating zone, however, CO is produced, and so far one has had to put up with the risk of carbon-oxide-rich exhaust gases, i.e. very imperfect combustion.
Two related reactions are decisive for the course of the reaction in the shaft furnace: 1. Boudouard's equation: C02 + C = 2 C0, 2. Hauenschild's equation: CaC03 + C = 2 CO + Ca0.
When a granule made of raw meal and coal enters the preheating zone, it is heated by the hot combustion gases. The carbon on its surface reacts exactly like in the gas generator according to Boudouard's equation.
CO is formed because there is no longer any excess oxygen in this zone, as a stronger air supply could only result in an accelerated upward migration of the combustion zone, but not result in an excess of oxygen in the combustion gases.
If the granule reaches a further mm from the preheating zone into the lower-lying combustion zone, the conditions change. The coal has burned out of the granule surface. The CaCO3 on the surface of the granules is also already deacidified and the surface temperature can rise rapidly after deacidification.
In the interior of the granule the temperature rises so far that Hauenscbild's reaction takes place there. The resulting CO flows to the hot granulation surface and burns there with the 02 still present in this zone to form CO 2, which is then partially reduced to CO in the preheating zone, as described above.
Hauenschild's reaction in the combustion zone can proceed quantitatively as long as the coal is finely ground. In the past, ground coal was used on various occasions, but the process was abandoned as uneconomical. Experts consider the use of ground coal to be uneconomical because of the CO losses.
For example, Koch-Anseln reports a very strong decrease in CO loss due to the omission of fines below 4 mm (Anseln: Der Schachtofen 1952), and Schnittker reported to the VDZ Schachtofen Committee on June 18, 1953 that the co-grinding was taking place of coal has not proven itself and has been abandoned again.
According to the invention, the formation of CO according to the Boudouard reaction on the surface of the granules is prevented and at the same time the use of finely ground charcoal with its various advantages listed below and without CO losses is made possible by making solid granules more uniform Grain size and shape made from raw meal and coal and with a fuel-free shell of uniform thickness,
for example from raw meal or clinker dust, the carbon content of the core being lower than the equation CaCO 3 + C = -) CO + CaO (Hauenschild equation). The shell must be carried on in a way that allows precise monitoring and control of all factors, including the additional amount of water required.
A simple re-powdering of the granules, as it is occasionally used, is usually not enough, since the shell has the task of preventing the carbon in the core from reacting with the hot combustion gases in the preheating zone. Rather, the shell must have a certain thickness depending on the operating conditions, as explained in more detail below. Finely ground coal can then be used under this protective shell without the risk of CO loss.
As a result of the protective shell according to the invention, the hot combustion gases do not initially heat the coal, but give off their heat content to this shell, and the coal is, without coming into contact with hot combustion gases in the preheating zone, through this into the oxidizing Burning zone, where it then comes to reaction. To a certain extent, the countercurrent principle is abolished and a state is brought about as if the coal had only been introduced further down into the furnace, and the further down, the thicker the fuel-free granule shell was. The situation is similar to that of a grate furnace.
Stronger blowing will no longer easily bring about faster fire progress; the progress of the fire is largely determined by the thickness of the shell. It makes sense that the exhaust gas analysis can be handled by the thickness of the shell. If the shell is thin, CO will still appear, if the shell is thicker the CO will disappear, and if the shell is even thicker, there will ultimately be excess air.
If you make the thickness of the shell the same for all granules, initially regardless of the granule diameter, you can achieve any desired fuel-air ratio by varying the shell thickness and set it to the most favorable value after the exhaust gas analysis. A generally valid value for the correct shell thickness cannot be given. It depends on many factors, which can vary from case to case, such as type of coal, raw meal composition, air speed and the like. a.
If the granule shell consists of raw meal, however, it is not sufficient to make the shell thickness uniform and, if necessary, variable as required, but the ratio of shell thickness and core diameter must also remain within certain limits, as the following observation shows: The coal can only then be Convert quantitatively according to Hauenschild if enough CaC03 is available. Under normal conditions, the limit is around 11 parts of working coal per 100 parts of raw meal.
With higher coal contents, there is coal left over that would have to be burned directly with atmospheric oxygen. However, the oxygen in the air penetrates the interior of the granules only imperfectly, and there is a risk that the iron compounds are undesirably reduced by the remaining coal, which means a reduction in quality.
Since a total of around 8% coal is now used to burn raw meal, it is all too easy to exceed the limit found by the equation, because the coal must now be enriched in the core so that it is also sufficient for burning the shell . The core and shell must therefore not fall below a certain weight ratio, which is calculated for the respective operating conditions from Hauenschild's equation. Since the shell thickness, as described above, is already determined by other factors, the core diameter must not be reduced at will.
Some example calculations show that this results in the requirement for a minimum granule size, which is already close to the limit of what is still considered acceptable for shaft furnaces in order to achieve good clinker cooling at a moderate furnace height.
On top of that the out; The number calculated using the Haauenschild formula represents a theoretical limit value that is not reached in practice. If the uniform grain size can be varied during operation, you have a simple one; Means to set the most favorable empirical value for the random local conditions.
Processes are already known for producing granules of uniform diameter, by combining granulating drums with sieve devices or, more simply, by using granulating plates with a simple storage rim; with the latter, the granule diameter can easily be changed during operation.
The purpose of the single grain granules produced up to now was merely to achieve good air permeability of the furnace contents. Also, these were not grenades with a fuel-free protective shell.
A principle related to shell granules has already been proposed for the sintering of the rusted rust. In order to aim for a correspondingly short burning zone, only small, loose crumbs of raw flour, return material and coke are to be made there, and these small crumbs are to be re-powdered with carbon-free raw meal.
However, these are not solid granules with a uniform grain size and shape, but rather loose, irregular crumbs which must not be larger than about 5 mm in order to achieve the diameter required for the sintering belt.
However, the characteristic of the present invention is that the outer layer is applied quite regularly with the same thickness everywhere and that when using raw meal shells such small granule diameters as are used in the sintering belt should be avoided.
The zonal progress of the reaction achieved when grinding the coal - described below - within a granule from the outside to the inside assumes that the temperature differences between the shell and core are 500 and more, and this is not at all with granules below 5 mm in diameter possible. Attempts with such crumbs in the shaft furnace were therefore negative when using ground coal.
It has also already been stated that because of the Hauenschild reaction, larger granules must be sought. These can only be fired in the shaft furnace, not on the sintered belt. If certain improvements can be achieved by re-powdering the crumbs of the sintered belt, these can only be partially successful, because the small size of the crumbs of the sintered belt stands in the way of creating optimal conditions.
The shell process can, of course, be carried out with such coal fineness as are common in cement shaft kilns (fine coal less than 6 mm). A particular advantage, however, is that, under the protection of the relatively thick shell, finely ground coal can now also be used without a loss of CO.
So far, the use of ground coal was considered uneconomical because of the CO losses. On the other hand, however, it offers the following considerable advantages, which can be used in the method according to the invention: 1. With unground coal, an ash residue is formed around each grain of coal, which locally changes and spoils the raw meal composition. With ground coal, a homogeneous ash distribution results, which can be taken into account when setting the raw meal composition.
So far, the ash defect was one of the main reasons why the shaft furnace clinker could not be on a par with the rotary kiln clinker. This disadvantage is eliminated by paying for coal. There is even the advantage that you can move on to unlimited use of cheap, ash-rich coal.
The carbonaceous kernel meal must of course be set differently in the lime than the shell meal, so that the right degree of lime saturation results for both parts after burning.
z. With unground coal, it often happens that coal bodies are enclosed in densely sintered clinker before they have the opportunity to burn. Further combustion becomes impossible because combustion air cannot enter the cooling zone later either. The coal remains unburned and reduces the clinker in the area. In addition to the ash defect already mentioned under item 1, these reduction phenomena are mainly responsible for the fact that up to now the shaft furnace clinker is not considered to be equal to the rotary kiln clinker.
Secondary free lime is produced in such reduced clinker, and a cement made from it has inferior properties. In contrast, finely ground coal does not remain in the sintered clinker because it does not depend on air access, but primarily burns with CaC03 to form CO, and this reaction has already taken place before the sintering temperature is reached. The dreaded reduction phenomena do not occur, as was shown in large-scale tests.
3. Another advantage of ground coal, which was initially not expected and as yet unknown, has emerged in large-scale tests lasting several weeks. In the case of coarse coal, the granules show an outer curvature of up to 40q /, which leads to the formation of an edge gap in the furnace and thus to an uneven distribution of air. In the case of ground coal, the external combustion shrinkage is significantly lower. First of all, a solid clinker skin forms on the surface of the granules, which serves as a framework.
When the core is subsequently burned through, this skin no longer shrinks, and internal cavities are formed as a result of the shrinkage of the core material. The characteristic course of this process can be observed when hot granules are taken out of the firing zone in different firing stages and cooled quickly. Zones are formed in the case of ground coal.
In the first stage one finds granahs, the surface of which is about 1 mm thick sintered, underneath there is a zone of yellow, deacidified weak fire about 1/2 mm thick, then follows the carbon-containing, non-deacidified core, which even has the characteristic colors inside shows that occur at 400 to 500. In the more advanced stage of firing, the zones migrate from the outside inwards until sintering is achieved. Preheating, calcining and sintering zones are therefore located in the granules themselves.
In the end, such a clinker has a very characteristic, rose-flower-like structure, from which one can immediately recognize that it was burned with ground coal. It consists of interlocking shells that are separated by hollow spaces.
A furnace with such porous granules has a much more favorable air distribution because, on the one hand, there is less edge gap formation and, on the other hand, the clinker stick itself has better air permeability due to the cavities formed. A higher output and better clinker quality can be achieved with lower coal consumption. This porous clinker is also easier to grind.
In the case of unmilled coal, the formation of zones within the granules cannot be observed. The granules also shrink strongly on the outside and are far less porous. It can be clearly seen that the furnace operation with ground and unground coal is based on two fundamentally different processes, the operation with ground coal only being made economical and advantageous according to the method according to the invention.
In another embodiment of the method, the granule shell is expediently made from completely burned clinker meal, ie returned material, instead of raw meal. In this way, the narrow limits for the granule size can advantageously be expanded; because the conditions during firing then change as follows:
Since the clinker flour has already been deacidified and the heat required to heat the shell is largely recovered in the cooling zone, the shell does not consume any significant amount of heat and there is no risk of the coal content of the core having to be exceeded to burn the bowl with it. The concerns about switching to somewhat smaller granules are then eliminated; granules so small can be used that they are not only suitable for the shaft furnace but also for the sintering belt.
It is known to sieve out certain grain fractions from the finished kiln and to granulate them again. This reduces the combustion shrinkage in the furnace and thus a more even distribution of air and combustion. The CO losses could be reduced somewhat with this process, but not eliminated. This is only possible by granulating returned goods as an outer shell.
To produce the shell granules you can use known methods be such. B. one can produce single grain granules through a combina tion of Granuhertrommel and Siebvorrich device, which are provided with a shell in a downstream granulating device. However, the use of a granulating plate with two concentric retaining edges is particularly advantageous. The granulating plate has the advantage that the granule size can be changed during operation and that single granules are produced without additional auxiliary equipment.
The grain granules are produced in the inner edge of the reservoir and, as soon as they have reached their correct size, fall into the outer reservoir edge. There the desired amount of peel flour is added and granulated with the appropriate addition of water.
In summary, the following advantages can be achieved with the method according to the invention when burning cement in a shaft furnace: 1. <B> - </B> Complete combustion, thereby saving coal up to 30%; 2. Avoidance of the ash defect in the clinker; 3. High-quality clinker can be produced with ash-rich coal; 4. Avoidance of inferior, reduced clinker; 5. Increase in furnace performance; 6. Easier availability of the clinker.