способ и установка для производства цементного клинкера

Формула изобретения

1. Способ производства цементного клинкера, с помощью которого цементную сырьевую смесь подогревают в подогревателе (1), прокаливают в кальцинаторе (3), включающем верхнюю часть (3а) и нижнюю часть (3b), обжигают в клинкер в обжиговой печи (5) и охлаждают далее в охладителе (7) клинкера, отличающийся тем, что:

- отходящие газы обжиговой печи (5) вводят в верхнюю часть кальцинатора (3а),

- топливо вводят также в верхнюю часть (За) кальцинатора,

- суспензию из отходящего газа/топлива направляют вниз через кальцинатор (3),

- подогретый воздух из охладителя (7) клинкера и подогретую сырьевую смесь из подогревателя (1), вместе или по отдельности, вводят в кальцинатор (3) на участке, расположенном под зоной введения отходящих газов обжиговой печи и топлива,

- подогретый воздух направляют вниз по кальцинатору (3), причем он постепенно смешивается с суспензией из отходящего газа/топлива,

- сырьевая смесь под действием силы тяжести движется вниз вдоль стенки кальцинатора (3), переходя в суспензию в отходящих газах в нижней части (3b) кальцинатора, и

- суспензию из отходящего газа/сырьевой смеси удаляют из нижней части (3b) кальцинатора и перемещают в средства (4) разделения для отделения сырьевой смеси, которую затем направляют в обжиговую печь (5).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отходящие газы обжиговой печи вводят в верхнюю часть (3а) кальцинатора радиально, тангенциально или аксиально.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что топливо вводят в верхнюю часть (3а) кальцинатора вместе с отходящими газами обжиговой печи.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливо вводят отдельно в верхнюю часть (За) кальцинатора.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что топливо вводят аксиально из колошника кальцинатора (3).

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемешанную суспензию отходящего газа и топлива направляют вниз через кальцинатор (3), генерируя пламя в его центральной зоне.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что подогретый воздух из охладителя (7) клинкера и подогретую сырьевую смесь из подогревателя (1) вводят в кальцинатор в виде объединенной суспензии воздух/сырьевая смесь.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что суспензию воздух/сырьевая смесь вводят тангенциально, при этом сырьевая смесь ударяется о стенку кальцинатора и соскальзывает по ней вниз под действием силы тяжести, в то время как воздух образует обертывающую воздушную подушку вокруг пламени, так что воздух постепенно смешивается с суспензией отходящие газы/топливо.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что подогретую сырьевую смесь вводят в кальцинатор (3) на нескольких участках, расположенных вниз по потоку устройства.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что подогретую сырьевую смесь из подогревателя (1) вводят в нижнюю часть (3b) кальцинатора и/или его проходную зону (3с).

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что подогретую сырьевую смесь из подогревателя (1) вводят в кальцинатор вместе с отходящими газами обжиговой печи.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что подогретую сырьевую смесь, которую вводят указанным образом, вводят в поток отходящих газов обжиговой печи сразу после выхода этих газов из обжиговой печи (5).

13. Установка для реализации способа в соответствии с настоящим изобретением, которая включает подогреватель (1), кальцинатор (3), включающий верхнюю часть (3а) и нижнюю часть (3b), обжиговую печь (5) и далее охладитель (7) клинкера, отличающаяся тем, что она включает:

- средства (15) введения отходящих газов обжиговой печи в верхнюю часть кальцинатора (3а),

- средства (13) введения топлива в верхнюю часть (За) кальцинатора,

- средства (11) введения подогретого воздуха из охладителя (7) клинкера в кальцинатор (3) на участке, расположенном под зоной ввода отходящих газов обжиговой печи и топлива,

- средства (17) введения подогретой сырьевой смеси в кальцинатор (3) на участке, расположенном под зоной введения отходящих газов обжиговой печи и топлива,

- средства (6) извлечения суспензии из отходящего газа/сырьевой смеси из нижней части (3b) кальцинатора и ее транспортирования в средства (4) разделения и

- средства (8) транспортирования отделенной сырьевой смеси в обжиговую печь (5).

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к способу производства цементного клинкера; в соответствии с настоящим способом цементную сырьевую смесь подогревают в подогревателе, прокаливают в кальцинаторе, включающем верхнюю часть и нижнюю часть, обжигают в обжиговой печи в клинкер и далее охлаждают в охладителе. Изобретение также относится к установке для осуществления способа.

Установка вышеуказанного типа для получения цемента широко известна из литературы. Для некоторых установок был специально разработан кальцинатор, использующий топливо с низким содержанием летучих компонентов, такое как нефтяной кокс (petrocoke), в то время как для других установок был специально разработан кальцинатор, предусматривающий низкий уровень выбросов NO_X. Очевидно, что на уровень выбросов NO_X будут впоследствии налагаться еще более строгие ограничения, и что применение топлив с низким содержанием летучих компонентов и в дальнейшем будет выгодно. Таким образом, существует необходимость разработки способа, а также и установки, для производства цемента, одновременно обладающих обоими указанными преимуществами.

Для ограничения уровня выбросов NO_X и для сжигания топлив с низким содержанием летучих компонентов на предприятиях указанного типа разработан ряд методик. Ограничить выбросы NO_X можно как первичными методами, такими как создание соответствующего дизайна оборудования для обжига, надлежащих конструкций кальцинатора и подогревателя, так и вторичными методами, включающими введение посторонних веществ, таких как аммиак и мочевина в соответственно сконструированные участки подогревателя.

Например, в японской патентной заявке No. 155433-1978 описана обжиговая установка типа ILC с низким выбросом NO_X. Эта установка включает камеру сгорания, которая помещена между обжиговой печью и кальцинатором и которая на практике составляет нижнюю часть кальцинатора. Ограничение выброса NO_X достигается введением топлива в камеру сгорания, которая представляет собой так называемую восстановительную зону, в которой происходит сгорание топлива по реакции с NO _X, содержащимся в отходящих газах обжиговой печи, что снижает содержание NO_X. В соответствии с более новыми способами, для ограничения температуры в эту зону может быть введено небольшое количество подогретой сырьевой смеси из подогревателя. Подогретый воздух из охладителя клинкера, а также подогретую сырьевую смесь из подогревателя затем загружают в кальцинатор. В описанной обжиговой установке отходящие газы обжиговой печи подают в нижнюю часть камеры сгорания, заставляя газы, таким образом, двигаться вверх по камере сгорания и далее по кальцинатору. В этом типе кальцинатора сырьевая смесь может быть направлена, таким образом, через главную часть кальцинатора в виде суспензии в газовом потоке, который движется вверх через кальцинатор. Что касается этого типа кальцинатора, то его явным недостатком является невозможность получения низкого выброса NO_X при сгорании в кальцинаторе топлив с низким содержанием летучих компонентов из-за избыточного охлаждения суспензии газ/топливо.

Например, в патенте США No.4014641 и в PCT/DK97/00029 описаны обжиговые установки типа SLC-D. На установках этого типа имеется кальцинатор, который включает камеру, имеющую форму нисходящего газохода, нижний конец которого связан с восходящим газоходом, который далее связан с выходным отверстием для отходящих газов обжиговой печи. Прокаливание по существу протекает в нисходящем газоходе. Большую часть топлива, используемого в кальцинаторе, вводят в направлении оси кальцинатора в верхней его части. Подогретый воздух из охладителя клинкера и подогрнтую сырьевую смесь вводят в тангенциальном направлении в верхнюю часть кальцинатора. Таким образом, в кальцинаторе достигается полное сгорание основной части топлива кальцинатора, и в то же самое время сырая смесь прокаливается в процессе ее прохождения сверху вниз по камере. Суспензию отходящих газов, невыгоревшего топлива и, по меньшей мере, частично прокаленной сырьевой смеси из кальцинатора объединяют в восходящем газоходе с нисходящем потоком отходящих из обжиговой печи газов, сюда также может быть добавлено небольшое количество топлива кальцинатора и небольшое количество подогретой сырьевой смеси. Суспензия из объединенных или перемешанных отходящего газа/материала затем проходит вверх через восходящий газоход, где к ней может быть добавлено любое оставшееся количество сырьевой смеси и подогретого воздуха из охладителя клинкера, которые не были добавлены ранее. Преимуществом этого описанного типа установки является возможность использования топлив с низким содержанием летучих компонентов благодаря специальной модификации кальцинатора, которая позволяет достичь высокой степени полноты сгорания даже в случае таких топлив. Кроме того, образование NO_X в таком кальцинаторе достаточно низок. Однако недостатком этого типа обжиговой установки является то, что может возникнуть необходимость добавления некоторой части непрокаленного сырьевого материала непосредственно в отходящие газы обжиговой печи для борьбы с образованием корок на дымовой камере обжиговой печи и/или на вертикальном канале обжиговой печи. В результате суспензия из отходящего газа/топлива чрезмерно охлаждается, что приводит к ограничению возможностей по снижению NO_X , получаемого в обжиговой печи при использовании топлива с низким содержанием летучих компонентов.

Целью настоящего изобретения является разработка способа, а также установки для производства цемента, при котором можно достичь высокой степени полноты сгорания при использовании топлива с низким содержанием летучих компонентов и добиться низкого уровня выбросов NO_X.

Это может быть достигнуто с помощью способа, упомянутого во введении, и отличающегося тем, что:

- отходящие газы обжиговой печи вводят в верхнюю часть кальцинатора,

- топливо вводят также в верхнюю часть кальцинатора,

- суспензию из отходящего газа/топлива направляют вниз через кальцинатор,

- подогретый воздух из охладителя клинкера и подогретую сырьевую смесь из подогревателя, вместе или по отдельности, вводят в кальцинатор на участке, расположенном под зоной введения отходящих газов обжиговой печи и топлива,

- подогретый воздух направляют вниз по кальцинатору, причем по мере его продвижения он постепенно смешивается с суспензией из отходящего газа/топлива,

- сырьевая смесь под действием силы тяжести движется вниз вдоль стенки кальцинатора и образует суспензию в отходящих газах в нижней части кальцинатора, и

- суспензию из отходящего газа/сырьевой смеси удаляют из нижней части кальцинатора и перемещают в средства разделения для отделения сырьевой смеси, которую затем направляют в обжиговую печь.

Таким образом, достигают значительного восстановления NO_X, который подают в кальцинатор вместе с отходящими газами обжиговой печи, достигают высокой степени сгорания топлива, даже если оно содержит низкие концентрации летучих компонентов, и лишь небольшая часть азота превращается в NO_X, который затем отводят в кальцинатор вместе с топливом. Таким образом, можно сформировать зону восстановления NO_X, вводя топливо для кальцинатора в отходящие газы обжиговой печи, содержащие NO_X, при одновременном поддержании высокой температуры горения в пределах от 900 до 1500°С, даже если горение основано на топливах с низким содержанием летучих компонентов. В результате окончательное образование NO_X будет гораздо ниже концентраций, получаемых по ранее описанным методикам в данной области техники. Высокой температуры сгорания достигают благодаря тому, что из-за наличия нисходящего хода в кальцинаторе сырьевая смесь поступает вниз вдоль стенки кальцинатора по существу под действием силы тяжести. Это снижает охлаждение суспензии отходящий газ/топливо в процессе горения топлива. С помощью поддержания высокой температуры сгорания достигают не только низкого результирующего образования NO_X, но и быстрого сгорания топлива, необходимого для устойчивой работы установки. Сырьевая смесь, направляемая вдоль стенки кальцинатора, также защищает эту стенку от воздействия возможных высоких температур, дополнительно снижая, таким образом, интенсивность образования корок на стенке.

Отходящие газы обжиговой печи могут быть введены в верхнюю часть кальцинатора в соответствии с различными имеющимися методиками, как то радиально, тангенциально или аксиально.

Топливо можно подавать в верхнюю часть кальцинатора как вместе с отходящими газами обжиговой печи, так и отдельно от них. Если топливо вводят отдельно, это предпочтительно осуществляют путем введения топлива в верхнюю часть кальцинатора вдоль его оси. Такой аксиальный ввод можно производить как вдоль центральной оси кальцинатора, так и по оси, смещенной в радиальном направлении относительно центральной оси кальцинатора. Однако топливо также можно вводить и радиально, тангенциально или каким-либо иным путем сбоку кальцинатора. Если топливо вводят вместе с отходящими газами обжиговой печи, предпочтительно вводить топливо в отходящие газы обжиговой печи в таком месте, где может быть обеспечен эффективный контакт между топливом и NO_X, находящемся в отходящих газах, чтобы таким образом оптимизировать процесс восстановления NO_X. Предпочтительно это может быть сделано в соответствующем месте до ввода отходящих газов обжиговой печи в кальцинатор.

Перемешанную суспензию отходящих газов обжиговой печи и топлива предпочтительно пропускают сверху вниз по кальцинатору, генерируя пламя в его центральной зоне.

Подогретый воздух из охладителя клинкера и подогретую сырьевую смесь из подогревателя предпочтительно вводят в кальцинатор в виде объединенной суспензии воздух/сырьевая смесь. Более предпочтительно эту суспензию воздух/сырьевая смесь вводить тангенциально, так чтобы сырьевая смесь ударялась о стенку кальцинатора и соскальзывала по ней вниз под действием силы тяжести, в то время как воздух образует обертывающую воздушную подушку вокруг пламени, так что воздух постепенно смешивается с суспензией отходящие газы/топливо.

Альтернативно подогретый воздух из охладителя клинкера и подогретая сырьевая смесь могут быть введены в кальцинатор по отдельности. В случаях, если применяют этот способ, воздух можно вводить аксиально, радиально или любым другим подходящим способом, в то время как сырьевую смесь удобнее вводить через одно впускное отверстие или несколько впускных отверстий, расположенных достаточно равномерно по окружности кальцинатора.

Для регулировки температуры горения внутри кальцинатора и для обеспечения, таким образом, удовлетворительной степени сгорания топлива, что требует значительного времени и высоких температур, как в случае топлива с низким содержанием летучих компонентов, подогретую сырьевую смесь удобнее вводить в кальцинатор на нескольких участках, расположенных вниз по потоку устройства. Таким образом, предпочтительно подогретую сырьевую смесь вводить в нижнюю часть кальцинатора. Сырьевая смесь, вводимая в нижнюю часть кальцинатора, быстро подвергается прокаливанию, снижая, таким образом, температуру до уровня, применяемого в процессе прокаливания.

Дополнительно подогретую сырьевую смесь можно ввести в кальцинатор вместе с отходящими газами обжиговой печи для дополнительного снижения концентрации NO_X , благодаря ее катализирующему действию в реакции превращения NO+СО в N₂+CO₂. Подаваемую таким образом подогретую сырьевую смесь удобнее вводить в поток отходящих газов обжиговой печи сразу после выхода этих газов из обжиговой печи. Вследствие этого сырьевая смесь будет понижать температуру отходящих газов обжиговой печи, снижая, таким образом, вероятность спекания в канале, отводящем отходящие газы обжиговой печи из обжиговой печи в кальцинатор. При таком сценарии суспензию отходящий газ/сырьевая смесь удобнее вводить тангенциально в верхнюю часть кальцинатора, чтобы обеспечить тесный контакт сырьевой смеси со стенкой кальцинатора. В результате количество сырьевой смеси в центральной части зоны восстановления кальцинатора будет достаточно малым, а это означает, что даже при использовании топлив, имеющих низкие концентрации летучих компонентов, может быть достигнута высокая температура, а следовательно, и благоприятные условия для возгорания и восстановления NO_X.

Установка для реализации способа в соответствии с настоящим изобретением включает подогреватель, кальцинатор, включающий верхнюю и нижнюю части, обжиговую печь и охладитель клинкера, и отличается тем, что включает средства введения отходящих газов обжиговой печи в верхнюю часть кальцинатора, средства введения топлива в верхнюю часть кальцинатора, средства введения подоретого воздуха из охладителя клинкера в кальцинатор на участке, находящемся ниже зоны ввода отходящих газов обжиговой печи и топлива, средства извлечения суспензии отходящий газ/сырьевая смесь из нижней части кальцинатора и подачи ее в средства разделения, и средства подачи отделенной сырьевой смеси в обжиговую печь.

Более подробно изобретение будет описано ниже со ссылками на чертеж, на котором изображена установка для реализации способа в соответствии с настоящим изобретением.

На чертеже изображен печной агрегат для производства цементного клинкера. Эта установка включает подогреватель циклонного типа, только последний циклон 1 которого изображен на чертеже, кальцинатор 3 с разделительным циклоном 4, вращающуюся обжиговую печь 5, а также охладитель 7 клинкера. Установка также включает вертикальный канал 9 обжиговой печи для подвода отходящих газов обжиговой печи в кальцинатор 3 и канал 11 для подачи подогретого воздуха из охладителя 7 клинкера в кальцинатор 3. Сырьевую смесь из не изображенной на чертеже установки для перемалывания сырьевой смеси подогревают в подогревателе противотоком с помощью отходящих газов, после чего ее извлекают из подогревателя в циклоне 1 и подают в кальцинатор 3, в котором ее подвергают прокаливанию. Из нижнего выпускного отверстия разделительного циклона 4 прокаленную сырьевую смесь направляют через канал 8 во вращающуюся обжиговую печь 5, в которой ее обжигают до цементного клинкера, который затем охлаждают в охладителе 7 клинкера. Отходящие газы из вращающейся обжиговой печи 5 и кальцинатора 3 вытягивают из кальцинатора 3 через циклон 4 и прогоняют вверх через подогреватель с помощью схематически изображенной воздуходувки 6.

В соответствии с настоящим изобретением отходящие газы обжиговой печи вводят в верхнюю часть 3а кальцинатора 3 одновременно или сразу после того, как, по меньшей мере, основная часть топлива была введена в кальцинатор. В показанном варианте воплощения изобретения топливо вводят в кальцинатор 3 через горелку 13, вставленную аксиально в колошник кальцинатора 3, в то время как отходящие газы обжиговой печи вводят через впускной канал 15, который открывается тангенциально в боковую часть верхней части 3а кальцинатора. Следовательно, сгорание топлива, вводимого в кальцинатор 3 через горелку 13, начинается в атмосфере, состоящей из отходящих газов обжиговой печи с низким содержанием кислорода. В результате образуется зона восстановления, в которой NO_X, поступающий вместе с отходящими газами обжиговой печи, реагирует с топливом, снижая концентрацию NO_X.

В кальцинаторе ниже по потоку после зоны восстановления, имеющей определенную длину, в кальцинатор 3 тангенциально поступает подогретый воздух из охладителя 7 клинкера через канал 11. Основную часть подогретой сырьевой смеси из подогревателя вводят в кальцинатор, как показано стрелкой 17, вместе с подогретым воздухом из охладителя. Благодаря тангенциальному направлению ввода подогретая суспензия воздух/сырьевая смесь будет течь вниз через лежащую ниже зону горения, следуя спиральному ходу, при этом сырьевая смесь ударяется о стенку кальцинатора, после чего смесь соскальзывает вдоль этой стенки под действием силы тяжести, в то время как подогретый воздух обволакивает пламя в центральной части кальцинатора, так что воздух постепенно смешивается с суспензией отходящий газ/топливо. В результате количество сырьевой смеси в центральной части зоны горения кальцинатора будет достаточно малым, а это означает, что даже при использовании топлив, имеющих низкие концентрации летучих компонентов, может быть достигнута высокая температура, а следовательно, и высокая степень сгорания топлива. Сырьевую смесь, которая соскальзывает вниз по стенке кальцинатора, прокаливают, аккумулируя тепло, получаемое в центральной части зоны горения кальцинатора, и, таким образом, эта смесь служит в качестве теплозащитного фильтра, который защищает стенку кальцинатора от высоких температур, превалирующих в зоне горения.

В нижней части 3b кальцинатора сырьевая смесь образует суспензию в нисходящем потоке отходящих газов, что способствует ее дальнейшему прокаливанию, а также снижению температуры отходящих газов. Далее суспензия отходящий газ/сырьевая смесь поступает через проходную зону 3с в разделительный циклон 4, в котором сырьевую смесь отделяют от отходящих газов и транспортируют через нижнее выпускное отверстие циклона 4 во вращающуюся обжиговую печь 5.

Для регулировки температуры в зоне горения и для обеспечения одновременного снижения температуры отходящих газов на выходе из кальцинатора в нижнюю часть 3b кальцинатора или в его проходную зону Зс может быть введено небольшое количество подогретой сырьевой смеси, как это показано стрелкой 19.

Небольшое количество подогретой сырьевой смеси из подогревателя может быть дополнительно введено в поток отходящих газов обжиговой печи сразу после их выхода из вращающейся обжиговой печи 5, что показано стрелкой 21. В таком случае эта сырьевая смесь будет понижать температуру отходящих газов обжиговой печи, снижая, таким образом, вероятность спекания в канале 9. Также, благодаря своему каталитическому действию, эта сырьевая смесь будет дополнительно снижать концентрацию NO_X в кальцинаторе 3. В этом случае суспензию отходящий газ/сырьевая смесь вводят тангенциально в верхнюю часть кальцинатора, чтобы сырьевая смесь оказывалась в близком контакте со стенкой кальцинатора. В результате количество сырьевой смеси в центральной части зоны восстановления кальцинатора будет достаточно малым, а это означает, что даже при использовании топлив, имеющих низкие концентрации летучих компонентов, может быть достигнута высокая температура, а следовательно, и благоприятные условия для возгорания и восстановления NO_X.