устройство для производства цементного клинкера

Формула изобретения

1. Устройство для производства цементного клинкера, содержащее подогреватель, в котором цементное сырье обжигается при температуре более 800^oC и где топливо и содержащий кислород газ подаются в нижнюю зону обжигаемой печи, и калильную печь, в которой сырья прокаливается и преобразуется в клинкер, отличающееся тем, что нижний конец обжиговой печи снабжен неподвижным дном, на котором комковатое топливо, подаваемое в нижнюю зону обжиговой печи, размещается и сжигается, средством для подачи содержащего кислород газа горизонтально в нижнюю зону обжиговой печи и средством для подачи меньшего контролируемого количества необожженного сырья в нижнюю зону обжиговой печи.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что температура в нижней зоне обжиговой печи выше, чем температура в верхней зоне обжиговой печи.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что температура в нижней зоне обжиговой печи выше 1000^oC.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что температура в нижней зоне обжиговой печи поддерживается в пределах 1100 - 1300^oC.

5. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что включает, по меньшей мере, два отверстия в стенке (стенках) обжиговой печи для подачи содержащего кислород газа в нижнюю зону обжиговой печи.

6. Устройство по любому из пп.1 - 5, отличающееся тем, что включает, по меньшей мере, два отверстия в стенке обжиговой печи для подачи содержащего кислород газа в нижнюю зону обжиговой печи, причем отверстия расположены с обеспечением поддержания позитивной эпюры скорости для восходящего потока газа в верхней части нижней зоны.

7. Устройство по любому из пп.1 - 5, отличающееся тем, что внутренний диаметр верхней части обжиговой печи в 1,5 - 2 раза больше внутреннего диаметра нижней зоны.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к устройству для производства цементного клинкера. Устройство состоит из подогревателя, в котором сырье подогревается, обжиговой печи, в которой сырье обжигается при температуре более 800^oC и где топливо и содержащий кислород газ подаются в нижнюю зону обжиговой печи, и калильной печи, в которой сырье прокаливается и преобразуется в клинкер.

В обычном устройстве для производства цементного клинкера до 20% первичного топлива во вращающейся калильной печи можно заменить дешевым топливом из отходов, например из резиновых покрышек, без ущерба для качества конечного цементного продукта.

При нормальной работе, максимум 40% всего топлива, требуемого для цементного завода, сжигается в калильной печи, тогда как остальные 60% сжигаются в обжиговой печи. Вследствие этого, в обычной калильной печи можно заменить лишь приблизительно 20% от 40% топлива, которое сжигается во вращающейся калильной печи, то есть приблизительно 8% от общего количества топлива, заменяемое на отходы. Таким образом предпочтительно, чтобы большая часть топлива, сжигаемого в обжиговой печи, могла быть заменена топливом из отходов.

Однако есть некоторые ограничения по типам отходов, которые могли бы преимущественно сжигаться в обжиговой печи.

Температура в обжиговой печи, обычно, находится в пределах 850-950^oC, что означает, что сжигание опасных отходов не даст какого-либо преимущества, поскольку вредные вещества, содержащиеся в них, должны разлагаться и нейтрализовываться при сгорании, что потребует более высоких температур и большего времени выдержки, чем допустимо для обжиговой печи.

Обжиговые печи обычно бывают подвешенного типа, что влечет за собой то, что подогретый воздух от охладителя клинкера или от калильной печи подается по каналу и гибкой трубе, загнутой к дну обжиговой печи. Если комковатые отходы, такие как резанные резиновые покрышки, подаются в обжиговую печь, они будут падать вниз, в изгиб трубы, что может вызвать ее блокирование. Вследствие этого, обжиговые печи с дном такой конфигурации не пригодны для сжигания комковатых топлив.

Трудно использовать топливо, которое плохо воспламеняется, например, некоторые типы угля с низким содержанием летучих соединений, поскольку время выдержки в обжиговой печи относительно невелико и температура относительно низка.

В заявке на Датский патент N 870/82 (Metallgesellschaft AG) показана обжиговая печь с кипящим слоем, в которой содержащий кислород флюидизирующий/ожижающий воздух подается через дно обжиговой печи и где, кроме того, содержащий кислород вторичный воздух может подаваться горизонтально в область, которая простирается минимум на 1 м выше точки входа флюидизирующего воздуха и вплоть до нижних 30% пространства обжиговой печи. В этой системе, по меньшей мере, 65% топлива, которое используется для покрытия суммарной тепловой потребности, подается в обжиговую печь, и по меньшей мере 10% топлива подается в последующую калильную печь. Благодаря созданию кипящего слоя в обжиговой печи возможно достижение высокой степени обжига даже в случае изменений, относящихся к распределению размера частиц. Однако флюидизация означает, что существенное количество лишнего воздуха подается в систему, и это будет давать неблагоприятный эффект относительно экономии тепла. Фактическое нагнетание флюидизирующего воздуха также требует некоторой дополнительной энергии.

Из Датского патента N 170368 (F.L. Smidth & Co. A/S) известна практика подачи комковатого материала, такого как резанные автомобильные покрышки, в камеру для разложения, которая установлена с соединением с обжиговой печью. Согласно этому патенту, подогретое или частично обожженное сырье подается в камеру для разложения так, что оно нагревает топливо из отходов. Температура, которую необходимо обеспечить в камере для разложения, должна быть достаточно высокой для обеспечения процесса пиролиза, но, с другой стороны, она не должна быть такой высокой, чтобы это привело к грануляции сырья. Горючие газы из камеры для разложения впоследствии поступают в камеру сгорания, которая представляет собой собственно обжиговую печь, и остаточные продукты извлекаются с дна камеры для разложения и могут направляться во вращающуюся калильную печь. Однако использование камеры для разложения, в которой образуется дефицит воздуха, не обеспечивает извлечения такого же количества энергии из отходов в обжиговой печи, какое может быть получено при полном сгорании в условиях подачи достаточного количества кислорода.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства для производства цемента, в котором можно сжигать комковатое топливо в обжиговой печи, в то же время сохраняя возможность увеличения времени выдержки и возможно температуры материала, подаваемого в нижнюю зону обжиговой печи.

Эта задача решается в соответствии с изобретением, благодаря тому, что обжиговая печь снабжена неподвижным дном, таким образом обеспечивая размещение подаваемого в обжиговую печь горючего вещества на дне, и благодаря тому, что содержащий кислород газ подается горизонтально в обжиговую печь через отверстия в нижней зоне обжиговой печи. То, что указанный содержащий кислород газ подается горизонтально, означает, что газ вводится сквозь вертикальные стороны/стенки обжиговой печи, а не через дно.

Таким образом, за счет подачи горючего материала и содержащего кислород воздуха будет возможно образовать камеру сгорания в нижней зоне обжиговой печи, где температура превышает температуру, превалирующую в остальной части обжиговой печи, причем температура поддерживается, предпочтительно, в пределах 1100-1300^oC. Особым преимуществом этой камеры сгорания является то, что она не предъявляет каких-либо требований к подаваемому топливу. Это касается размеров частиц любого комковатого топлива, состава топлива, или теплотворной способности и остаточного продукта сгорания топлива.

Кроме того, будет относительно легко модифицировать существующие установки, поскольку будет необходимо модифицировать лишь дно обжиговой печи и систему подачи воздуха.

Для контроля температуры в нижней зоне важно обеспечить контроль подачи сырья, поскольку подача больших количеств сырья будет понижать температуру вследствие того факта, что обжиг является эндотермическим процессом.

Для обеспечения контролируемой подачи сырья в нижнюю зону, важно обеспечить, чтобы сырье, подаваемое в верхнюю зону в обжиговой печи, не падало через нижнюю зону.

Любое такое падение сырья может быть соответствующим образом предотвращено, благодаря тому, что обеспечивается позитивная и относительно однородная эпюра скорости восходящего воздуха в верхней части нижней зоны обжиговой печи.

Существует множество способов обеспечения позитивной эпюры скорости по всему сечению нижней зоны. Простым способом является подача потока содержащего кислород газа в нижнюю зону таким образом, чтобы в сечении не возникали нисходящие потоки.

В наиболее пригодном варианте воплощения изобретения, в котором содержащий кислород газ вводится и распределяется должным образом, стенка/стенки в нижней зоне обжиговой печи снабжена/снабжены несколькими меньшими отверстиями, в каждое из которых из кольцеобразной камеры подается горячий содержащий кислород газ. В таком варианте, кольцеобразная камера должна быть оснащена лишь одной точкой подачи горячего газа.

Далее изобретение будет описано более подробно со ссылками на чертежи, на которых:

фиг. 1 изображает обычное устройство для производства цемента,

фиг. 2 и 3 изображают вариант выполнения обжиговой печи в устройстве, соответствующем изобретению,

фиг. 4 изображает предпочтительный вариант обжиговой печи в устройстве, соответствующем изобретению,

фиг. 5 изображает профиль скорости газа в камере сгорания 23 по линии 11 на фиг. 4.

На фиг. 1 показано в целом известное устройство для производства цемента. Это устройство состоит из подогревателя 1, который состоит из трех циклонов a, b и c, обжиговой печи 2, после которой установлен отделительный циклон 3, и калильной печи 4, за которой следует охладитель 5.

Сырье в установке падает навстречу потоку горячего газа, исходящего от калильной печи 5 и от охладителя 5, который движется вверх через обжиговую печь 2 и подогреватель 1. Сырье, таким образом, вводится в устройство с верхнего конца подогревателя 1 по каналу 6. Далее сырье направляется в виде взвеси потоком горячего газа в подогревательный циклон, где сырье отделяется из взвеси и направляется по каналу вниз, в более горячий поток газа, который несет сырье в подогревательный циклон b. Таким же образом сырье направляется из циклона b в циклон c. Газ, от которого сырье отделяется в циклоне, отводится по каналу 7 в электростатическое осадочное устройство и затем уходит в трубу.

Пройдя через подогреватель 1, сырье направляется по каналу 8 в обжиговую печь 2, и подогретое сырье обычно подается в область, расположенную непосредственно над дном обжиговой печи.

Обжиговая печь 2 на фиг. 1 является печью типа SLS (обжиговая печь в отдельной линии) и, таким образом, питается обогащенным кислородом воздухом от охладителя по каналу 9. Обжиговая печь типа ILC (обжиговая печь в общей линии) питается горячим воздухом от калильной печи совместно с горячим содержащим кислород воздухом от охладителя. Что касается обжиговой печи в отдельной линии, горячий воздух от калильной печи обходит обжиговую печь и подается непосредственно в подогреватель.

Одна или более горелок 10 обеспечивают повышение температуры в обжиговой печи до уровня приблизительно 850-950^oC, и после того, как сырье обожжено, оно подается в виде взвеси в отделительный циклон 3, в котором обожженное сырье выделяется из взвеси и направляется по каналу 11 в клинкерную печь 4. Горячий газ от обжиговой печи 2 поднимается и выходит из верхней части отделительного циклона 3 и проходит в подогреватель 1. Наконец, обожженное сырье проходит через калильную печь 4, в которой сырье подвергается воздействию температур, превышающих 1400^oC. В результате образуется расплавленная масса, в которой могут формироваться клинкерные минералы. Расплавленная масса с клинкерными минералами агломерируется, после чего готовый клинкер падает в охладитель, где клинкер охлаждается до температуры около 100^oC.

На фиг. 2 и 3 показан вариант выполнения обжиговой печи для устройства, соответствующего изобретению. На фиг. 3 обжиговая печь 2, показанная на фиг. 2, разрезана по линии 1.

Горячий газ подается в обжиговую печь 2 по каналам 21, которые направляют горячий газ горизонтально в обжиговую печь 2 через два отверстия 20, одно из которых можно видеть на фиг. 3. Сырье подается в верхнюю часть обжиговой печи 2 по каналу 8, и под каналом 8 может быть расположен "трамплин" 22, чтобы предотвратить попадание всего сырья в самую нижнюю зону обжиговой печи 2.

Эффективное распределение сырья по площади сечения обжиговой печи либо за счет развертывания "трамплина", либо при помощи другого механизма распределения, который также обеспечит должную взвесь сырья, будет также сводить к минимуму потерю давления в этой части обжиговой печи.

В нижней зоне обжиговой печи сформирована камера сгорания 23, которая питается топливом по каналу 24, и температура в камере сгорания 23 может контролироваться добавлением меньшего количества сырья по каналу 25. Топливо для верхней зоны обжиговой печи подается через одну или более горелок. 10. На дне камеры сгорания 23 расположено неподвижное дно 27. Тот факт, что дно неподвижно, означает, что горючий материал, который подается по каналу 24, может оседать на дне, таким образом формируя постоянное пламя. Дно 27 может иметь такую конфигурацию, что любой остаточный материал может извлекаться путем сгребания или путем выпадения материала через дно, или он может сдуваться в виде взвеси. В этом варианте, отверстие 26 для извлечения остаточного материала расположено под дном 27.

На фиг. 4 изображен другой вариант обжиговой печи для устройства, соответствующего изобретению. В этом варианте, в нижнюю зону обжиговой печи 2 подается горячий газ по каналу 21, при этом горячий газ распространяется по кольцеобразной камере 28 и распределяется по нескольким отверстиям в стенках обжиговой печи.

На фиг. 5 видна эпюра скорости для верхней части нижней зоны в устройстве, подобном показанному на фиг. 4, по линии 11, где содержащий кислород газ подается в камеру сгорания 23 через кольцеобразную камеру 28.

Как видно на графике, скорость позитивна, то есть увеличивается по всей площади поперечного сечения. Если заставить газ вращаться, например, за счет его подачи по касательной, существует риск того, что профиль скорости в центральной зоне станет отрицательным, то есть вектор скорости будет направлен вниз.