способ и устройство для приготовления цементного клинкера из порошкового цементного сырья

Формула изобретения

1. Способ приготовления цементного клинкера из порошкового цементного сырья, в соответствии с которым свежий исходный материал предварительно нагревают и, возможно, предварительно прокаливают в подогревателе взвеси (1, 3) за счет теплообмена с горячими отходящими газами, причем предварительно нагретый и, возможно, прокаленный материал подвергают окончательному прокаливанию и обжигу в клинкер во вращающейся печи (7), при этом горячий клинкер из вращающейся печи охлаждают в холодильнике (9), а пыль отделяют от отходящих газов из подогревателя в фильтровальном устройстве (11), отличающийся тем, что пыль из фильтровального устройства (11) вводят в конец ввода материала вращающейся печи (7), в направлении, противоположном направлению течения газов печи для снижения температуры газов печи в пределах, приблизительно от 830 до 850°С для обеспечения конденсации солей на поверхности частиц мелкой фильтровой пыли.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что весь объем фильтровой пыли из фильтровального устройства (11) вводят в конец ввода материала вращающейся печи (7) в направлении, противоположном направлению течения газов печи.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что фильтровую пыль вдувают во вращающуюся печь (7) при помощи сжатого газа.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что холодное сырье и/или золу-унос вводят одновременно с фильтровой пылью.

5. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее многоступенчатый подогреватель взвеси (1), кальцинатор (3) с несколькими горелками (4), стояк печи (5), дымовую камеру (6), вращающуюся печь (7) с горелкой (8), холодильник (9) для охлаждения клинкера и фильтровальное устройство (11), отличающееся тем, что также включает средство (17) для ввода пыли из фильтровального устройства (11) в конец ввода материала вращающейся печи (7), в направлении, противоположном направлению течения газов печи для снижения температуры газов печи в пределах, приблизительно от 830 до 850°С для обеспечения конденсации солей на поверхности частиц мелкой фильтровой пыли.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что средство (17) для ввода содержит трубку, которая заканчивается в дымовой камере (6) вращающейся печи или в самой вращающейся печи (7), и проходит практически параллельно продольной оси вращающейся печи.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к способу приготовления цементного клинкера из порошкового цементного сырья, в соответствии с которым свежий сырьевой материал предварительно нагревают и, возможно, предварительно прокаливают в подогревателе взвеси за счет теплообмена с горячими отходящими газами, причем предварительно нагретый и, возможно, прокаленный материал подвергают окончательному прокаливанию и обжигу в клинкер во вращающейся печи, при этом горячий клинкер из вращающейся печи охлаждают в холодильнике, а пыль отделяют от отходящих газов из подогревателя в фильтровальном устройстве. Настоящее изобретение также относится к устройству для осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением.

Обратимся сначала к рассмотрению известных способов и устройств в данной области.

Практически все цементные сырьевые смеси содержат по меньшей мере небольшие количества Сl, К, Na и S или же такие элементы добавляют вместе с вводимым топливом. В зоне обжига печи происходит испарение различных комбинаций таких элементов, например как KCl, NaCl и КОН, тогда как сера присутствует в газообразной форме SО₂. У холодного конца вращающейся печи и в дымовой камере или в стояке печи может происходить конденсация различных солей, которые присутствуют в расплавленном состоянии, если принять во внимание преобладающие температуры, которые составляют 900-1100°С. Может также происходить образование сульфатов. Соли действуют в качестве связующего для неизбежно присутствующей пыли, причем могут образовываться массивные покрытия, которые могут приводить к соответствующему риску блокировки (забивания) стояка печи. Удаление покрытий может вызывать необходимость прерывания работы, причем футеровка может быть повреждена либо в результате реакции с покрытиями, либо в результате механического повреждения, нанесенного в ходе операции чистки.

До настоящего времени обычной практикой является введение предварительно подогретого сырья в стояк обжиговой печи непосредственно после удаления отходящих газов из вращающейся печи, так как это гарантирует захват солей на значительной поверхности сырья вместо стенок (стояка печи). Однако может быть трудно достичь распределения предварительно подогретого сырья в отходящих газах по всей зоне поперечного сечения стояка печи. Причина этого состоит в том, что сырье поступает через спускную трубу от следующего за самым нижним циклона (циклонного уловителя), что не позволяет ему достичь скорости, которая необходима для обеспечения распределения по всей зоне поперечного сечения, которая может иметь ширину несколько метров.

Из патентов США N4002420 и 4108593 известны способы и устройства, в которых горячее сырье извлекают из ступени следующего за самым нижним циклона циклонного подогревателя и вводят в отходящие газы на конце ввода материала печи. За счет этого получают понижение температуры газов печи и некоторую конденсацию нежелательных паров, таких как пары щелочи, хлора и серы, что снижает проблему образования покрытий в стояке печи. Однако оказалось, что уменьшение покрытий является недостаточным, что может быть вызвано различными факторами. Одно из объяснений состоит в том, что температура не снижается в достаточной степени и не с такой скоростью, которая требуется для обеспечения конденсации паров на частицах сырья в отходящих газах вместо стенок стояка. Другим объяснением является то, что не достигается достаточная степень однородности распределения сырья по всей зоне поперечного сечения печи, и/или то, что удельная поверхность сырья является недостаточной.

Дополнительный общий недостаток использования предварительно нагретой сырьевой смеси заключается в том, что она часто содержит соли в конденсированной форме, причем при преобладающей температуре такие соли могут приводить к образованию комков частиц, за счет чего снижается эффективная площадь поверхности для захвата солей, которые содержатся в газах печи.

Можно ожидать, что в будущем покрытия в стояке печи будут служить источником основной проблемы, так как тепловая нагрузка печей повышается, что позволяет их сделать короче и устанавливать на двух стойках (опорах) вместо трех.

Задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства для приготовления цементного клинкера, в которых существенно снижены упомянутые выше проблемы, связанные с образованием покрытий в стояке печи.

Это достигнуто за счет указанного во введении способа, который характеризуется тем, что (цементную) пыль из фильтровального устройства вводят в конец ввода материала вращающейся печи, в направлении, которое противоположно направлению потока газов печи. Температура фильтровой пыли (пыли из фильтра) обычно составляет менее 300°С, поэтому она легко может быть введена при помощи сжатого газа в конец ввода материала барабанной обжиговой печи с использованием трубки, которая заканчивается в дымовой камере вращающейся печи или в самой вращающейся печи, и проходит главным образом параллельно продольной оси вращающейся печи.

За счет этого получают существенное снижение покрытий на стенках стояка. Основная причина указанного состоит частично в том, что температура фильтровой пыли ниже температуры предварительно нагретого сырья, что позволяет ей поглощать большее количество теплоты конденсации, и частично в том, что фильтровая пыль образует самую мелкую фракцию сырья, а это означает, что она имеет значительную площадь поверхности, а также частично в том, что фильтровую пыль вводят в направлении, противоположном направлению течения газов печи, что обеспечивает ее равномерное распределение в газах печи по всему поперечному сечению печи.

До настоящего времени стандартной практикой является подмешивание фильтровой пыли в сырьевую смесь ранее ее введения в подогреватель. Извлечение по меньшей мере некоторой части фильтровой пыли и ее введение в конец ввода материала вращающейся печи, как это предлагается в соответствии с настоящим изобретением, будет приводить к умеренному снижению эффективности процесса теплообмена в подогревателе. Однако этот непосредственный недостаток компенсируется тем, что сырье будет иметь лучшее качество порошка в циклонах за счет снижения содержания фильтровой пыли. В результате будет обеспечена меньшая внутренняя циркуляция пыли в подогревателе, что повышает производительность подогревателя, причем можно ожидать также и снижения простоев, вызванных блокировкой циклона. Более того, снижается нагрузка фильтра, выраженная в тоннах пыли в час, накопленной в фильтре, что приводит к получению экономии в устройствах отвода пыли.

В соответствии с настоящим изобретением предпочтительно используют весь объем фильтровой пыли, а не только его часть, в качестве средства снижения покрытий за счет подачи пыли в конец ввода материала вращающейся печи, при этом получают существенную сопутствующую выгоду. Так, например, глубокое введение фильтровой пыли в систему печи позволяет облегчить задание химического состава клинкера. Обычно композиция фильтровой пыли претерпевает отклонения в связи с другими составляющими сырья и может, например, иметь чрезмерное содержание извести, например, до 200 фунт/кв.фут. Если фильтровую пыль возвращать в хранилище сырья, как это практиковали ранее, то необходимо обеспечивать эффективное перемешивание, основной задачей которого является поддержание состава сырья, который несколько отличается от того, который необходим для клинкера. Однако если преимущественно вводят весь объем фильтровой пыли в печь, то необходимо только незначительно изменять состав сырья - в соответствии с содержанием золы в топливе - от заданного химического состава клинкера. В этом контексте можно прийти к заключению о неизбежном включении в обогатительную фабрику сырья средств разделения цементного сырья от отходящих газов, которые затем направляют в фильтровальное устройство для окончательного обеспыливания (удаления пыли). В любых случаях использования фильтровального устройства также и для разделения цементного сырья предпочтительным является максимальное практически достижимое использование мельчайших фильтровых фракций для введения во вращающуюся печь.

В соответствии с настоящим изобретением возможно производить введение холодного сырья и/или золу-уноса одновременно с фильтровой пылью.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительный чертеж, на котором показан завод для производства цемента в соответствии с настоящим изобретением.

Завод для производства цемента включает в себя многоступенчатый подогреватель взвеси 1, кальцинатор 3, к горелкам 4 которого поступает топливо, а также воздух для горения через стояк печи 5 и дымовую камеру 6, вращающуюся печь 7, к горелке 8 которой поступает топливо, холодильник для клинкера 9 и фильтровальное устройство 11.

Сырье из помольного цеха 13, который здесь дополнительно не рассматривается, вводится в точку F подогревателя 1, а затем направляется в противотоке относительно горячих отходящих газов из вращающейся печи 7 вниз через подогреватель 1 и кальцинатор 3. Из циклонного сепаратора кальцинатора 3 кальцинированное сырье направляется во вращающуюся печь 7, в которой оно обжигается в цементный клинкер, который затем охлаждается в камере охлаждения 9. Газы печи движутся в противоположном направлении из холодильника 9 через вращающуюся печь 7, в которой они нагреваются и проходят далее вверх через дымовую камеру 6, стояк обжиговой печи 5, кальцинатор 4 и подогреватель 1, и выводятся через систему обжиговой печи при помощи вентилятора 15. В ходе процесса предварительного подогрева не удается избежать того, что часть сырья, а в особенности самая мелкая часть сырья, не эффективно отделенная в циклонах подогревателя, вместо этого увлекается отходящими газами, проходит через вентилятор 15 и, возможно, через помольный цех и накапливается в фильтровальном устройстве 11.

Для исключения упомянутой проблемы образования покрытий в стояке печи 5 в соответствии с настоящим изобретением предлагается вводить пыль из фильтровального устройства 11 в конец ввода материала вращающейся печи 7. Введение (вдувание) фильтровой пыли в конец ввода материала вращающейся печи 7 может быть осуществлено за счет сжатого газа при помощи трубки 17, которая заканчивается в дымовой камере 6 вращающейся печи или в самой вращающейся печи 7 и которая проходит главным образом параллельно продольной оси барабанной обжиговой печи.

В ходе работы завода в соответствии с настоящим изобретением пыль из фильтровального устройства 11 вводится в печь 7 в противотоке с газами печи. Обычно эта пыль охлаждается до температуры менее 300°С, а часто до 100-150°С в фильтровальном устройстве 11, причем она присутствует в количестве, достаточном для надлежащего охлаждения газов печи на конце ввода материала вращающейся печи 7. Введением фильтровой пыли можно управлять для обеспечения оптимального охлаждения газов обжиговой печи в зависимости от того, какие соли присутствуют в газах. Введение фильтровой пыли приводит к снижению температуры газов обжиговой печи на конце ввода материала обжиговой печи 7 от температуры в диапазоне от 900 до 1200°С до температуры ориентировочно от 830 до 850°С, что является температурой декарбонизации для карбоната кальция, основного компонента сырья, в результате чего происходит конденсация солей на поверхности частиц мелкой фильтровой пыли.

Были проведены испытания настоящего изобретения на работающем цементном заводе, причем в результате применения изобретения промежуток между необходимыми операциями очистки стояка удалось увеличить с 8 часов до одной недели.