CN104428397A - 用于在生产水泥的设施中处理生物质的方法和与之相应的设施 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在生产水泥熟料的设施中处理作为燃料的生物质的方法，其中生物质首先通过所述设施的换热器的废气预干燥，和涉及与之相应的生产水泥的设施。本发明建议，在使用前于使用设施中现有换热器的废热的情况下碳化生物质，借此能够利用低热值废热以将生物质处理为高能低成本燃料。

Description

用于在生产水泥的设施中处理生物质的方法和与之相应的设施

本发明涉及在生产水泥熟料的设施中处理作为燃料的生物质的方法，其中生物质首先通过设施换热器的废气预干燥，和涉及与之相应的用于生产水泥的设施。

为了生产水泥熟料，在最普遍进行的方法中首先将生料在第一阶段通过热处理预煅烧和在第二步烧结为熟料相。两个方法步骤都是高度消耗能量的，原因在于形式上从石灰驱除CO₂和烧结形成硅酸钙都与能量吸收有关。

生产水泥熟料所需的热能通过燃烧不同燃料送至过程中。将高品质且高热量的燃料在产生高温的重要位置送至方法中，例如回转炉中的燃烧器，用于在此产生所需高温。在产生高温较为不重要的其它位置，作为产生还原条件，也可以动用较低热值或较低品质的燃料，例如燃烧干燥的生活垃圾、动物尸体、撕裂的汽车轮胎、燃烧溶剂废液或废纸。

对于生产水泥的可变成本的重要成本驱动力是燃料价格。在此，湿燃料比例如预干燥的燃料更好购买。此外，所用的燃料具有在可燃性、热值、湿度、闪点和金属含量和无法通过燃烧销毁的其它有害物质含量方面的不同品质。

为了满足燃料的稳定要求，人们已经转向将例如来自农业的湿润生物质作为燃料用于生产水泥的设施当中。但是，使用作为燃料的生物质并不是没有问题的。首先生物质是湿润的，通常只是难以处理，原因是其具有从轻盈和干燥直至纤维状、沉重和湿润的不稳定特性。因此，人们转而将在生产水泥熟料的设施中用作燃料的生物质预干燥。

根据DE 10 2007 015 089 A1的教导建议，在生产工艺终点获得的水泥熟料生产的余热用于干燥生物质，由此可以将它们作为燃料用于生产水泥的设施中。上述公开中作为特点教导的是，将生物质与完成燃烧的熟料颗粒混合，随后将干燥生物质和水泥熟料的混合物通过筛具彼此分离。通过与强磨蚀性的水泥熟料颗粒混合，生物质在干燥期间就已预粉碎。

但是，由此制备的燃料不具有高热量，原因在于生物质大部分由碳水化合物构成。这意味着，有机质中化学结合了形式水，其在燃烧的情况下吸收大部分燃烧焓。因此，无法通过燃烧生物质达到高温。额外，预干燥的生物质通常是纤维状并因此难以在燃烧器中处理。

在DE 10 2009 052 902 A1中描述了生物质在流化床中的低温热解。根据此处描述的教导，热解在无氧气体中进行并且裂解气可能借助辅助燃料来燃烧。作为裂解气考虑工艺过程的气体。在水泥厂中，可用的工艺过程的气体是含氧的或者其具有高二氧化碳-浓度，其中二氧化碳在用于热解的情况下通过形成一氧化碳起氧化作用。

因此，本发明的任务是进一步建立在生产水泥的设施中处理生物质的方法，其不具有现有技术的缺点。

本发明所基于的任务通过根据权利要求1至8的方法得以解决。与之相应的生产水泥的设施在权利要求9和10中指定。

根据发明预计，生物质首先在使用设施中存在的换热器的废气的情况下预干燥，随后在反应器中碳化，其中为了碳化而使用来自回转炉和煅烧炉的在循环运行中的废气。于是，如此获得的煤类生物质组成部分能够借助其坚硬性轻度研磨，并作为燃料送至生产水泥的设施的煤粉燃烧器中。由此产生的优点是，基于碳化生物质重量，生物质的比热值相比未经处理的生物质有所提高。当然，热值提高的原因在于从碳水化合物形式上驱除水。输入生物质的用于生物质碳化的能量来自否则未使用的低热值的来自换热器的设施废热。因此，根据本发明，将在换热器之一的出口存在的低热值的热引入燃料，其这才能够借此产生高热量的热、也即具有高温的热。

为了生物质的碳化有必要的是环境是缺氧的，以防止在碳化过程期间生物质的燃烧。额外，环境温度必须处于预定的温度区间，原因在于否则生物质会热解而不会碳化，其中可燃气体作为热处理产物出现。

因此本发明的设计中预计，来自位于生产水泥的设施中的换热器的废气通过燃烧而除净残余氧，至少应降低氧含量。氧含量的降低能够通过提供超化学计量的燃料的燃烧器而实现，从而用过量燃料去减少存在的氧。于是，如此获得的换热器的还原和缺氧的废气可以用于碳化。只要如此产生的用于碳化的废气温度过高、预期热解而非碳化，则可以将废气添加至冷却水。假设碳化环境不含许多水，则水并不干扰碳化过程，从而碳化导致所产生的碳的水化或部分氧化。

生物质可以通过不同的、位于生产水泥的设施中的换热器的废气而预干燥和碳化。已有利地证明的是，将在气体流动方向存在于生产水泥熟料的设施末段的换热器废气用于生物质的干燥和碳化。为此，引导位于典型生产水泥的设施中的旋风换热器的废气以在反应器中预热生料，其中该废气通过燃烧器和与水混合调节为正确的碳化参数。于是，将碳化反应器的废气引入在气体流动方向的设施开端存在的熟料冷却机，其中在冷却自设施落下的水泥熟料之后将这些冷空气引入设施中，其中视需要燃烧碳化反应器的废气中的裂解气和生物质颗粒。

用于碳化的反应器优选地是对流反应器。在此，预干燥或未预干燥的生物质以粉碎形式与和调节碳化参数的热废气相对流动。

在本发明的优选方案中，根据本发明方法首先将生物质在转筒干燥器中干燥。为了干燥生物质而构成气体循环，该循环利用来自熟料冷却机后部的熟料冷却机废气，在此熟料在很大程度上已冷却，并且在此熟料冷却机废气作为余热具有仅数百摄氏度的对于水泥熟料制备方法常规的并因此不再适于回收的温度。将此处产生的熟料冷却机废气引入回转炉干燥器，并且在干燥生物质时产生的蒸气于离开转筒干燥器后在冷凝器中从循环的冷废气冷凝出来。在转筒干燥器的除去蒸气的废气除去蒸气之后，将在循环中的空气中再次送至熟料冷却机。反之，将离开转筒干燥器的生物质引入对流反应器，在此生物质于对流中碳化。同样在碳化的情况下，通过从基本上由碳水化合物组成的生物质形式上驱除水而构成蒸气。这些蒸气在离开用于碳化的反应器之后引入熟料冷却机的前部，此处这些气体冷却仍然发热的冷却机，并且在此作为次级空气达到回转炉。在此燃烧碳化的废气。

在碳化之后，研磨生物质并送至设施中存在的煤粉燃烧器。在此，作为优选的生物质燃烧位置，将燃烧器设置于回转炉中或将燃烧器设置于煅烧炉中。

优选地，生产水泥的设施中存在的换热器的废气流经用于碳化生物质的对流反应器。

根据下图进一步解释本发明。

经显示：

图1：以本发明第一实施方案进行本发明方法的设施，

图2：以本发明第二实施方案进行本发明方法的设施。

在图1中概述用于生产水泥的本发明设施1，其适于进行在生物质的碳化下生产水泥的方法。从料流方向观察，用于生产水泥的设施1开始于换热器2，经过进入最上方旋风换热器3的相应除尘装置3a从上方向其中引入生料。在料流方向后续跟随的回转炉4的对流废气的对流中预热引入的生料，和在换热器2后接的煅烧炉5中煅烧生料，也即形式上除去CO₂。在此，生料流动至第二低的旋风换热器6中，在此经下降管7落入煅烧炉5的开端，并且生料在此被煅烧炉5后接的回转炉4的上升废气所夹带；在此煅烧炉5通过回转炉进气室9与回转炉4连接。在煅烧炉5中于回转炉4的上升废气中煅烧生料之后，经煅烧的生料在换热器2最下方的旋风换热器6a中与废气分离并通过又一下降管10送至回转炉进气室9，在此生料在回转炉4的上流废气下达到回转炉4本身当中。在回转炉4末段具有熟料冷却机11，其中快速冷却新鲜烧结的熟料，以便通过在冷空气中淬灭将烧结时产生的熟料相而稳定化。在熟料冷却机11存在两个区，其中之一是第一区11a，冷空气自其流过并且吸收带有高温的更大量的热。来自区11a的这些冷空气作为次级空气送至回转炉4，由此将熟料的高废热回收用于生产水泥的过程。来自区11a的加热的冷空气的一部分通过三级空气管道13导入煅烧炉5，由此实现导致低排放性燃烧的分步燃烧。根据本发明，将来自回转炉4的流入煅烧炉5并又流入换热器2的废气经过压缩机14和将废气的一部分排出的控制元件15，引入管线中，在此废气首先通过燃烧器16a除净仍存在的残余氧。在通过燃烧器16a之后，通过注水于位置16b将在循环运行中的换热器2废气冷却至适于碳化的温度，并且在该温度不发生燃料的热解。于是，将如此获得的热废气导入反应器17，在此于对流中于位置17a引入生物材料，其在对流中碳化。然后，在反应器17下端排出的生物炭通过管线17b送至研磨机，并且在研磨后存储或直接送至生产水泥的设施1中的燃烧器。在碳化时出现蒸气，其在离开反应器17之后在冷凝器18冷凝。除去蒸气的反应器17废气经过控制元件19和压缩机20送至熟料冷却机11的前区11a，在此任选将在反应器17产生的裂解气通过熟料冷却再送至回转炉4。

在图2中概述设施30，其进行根据本发明的实施方式的方法。该设施与图1设施1的差异是还具有额外的转筒干燥器40。与将生物材料直接提供至反应器17相反，首先在该转筒干燥器40中预干燥生物材料，其中将来自熟料冷却机第二部分11b的熟料冷却机废气保持循环。在干燥时产生的蒸气在该冷凝器41中冷凝，并且将除去蒸气的干燥空气送至熟料冷却机11的后部11b，在此熟料温度具有在这种设施中的熟料的常规温度。在位于熟料冷却机后部的熟料冷却后，将数百度的熟料冷却机废气再次返回转筒干燥器中以干燥其它生物材料。

引用符号列表

1     设施                         14       压缩机

2     换热器                       15       控制元件

3a    除尘装置                     16a      燃烧器

3     旋风换热器                   16b      注水的位置

4     回转炉                       17a      引入生物材料的位置

5     煅烧炉

6     旋风换热器                   17b      用于生物炭的管线

7     下降管                       17       反应器

                                   18       冷凝器

9     回转炉进气室                 19       控制元件

10    下降管                       20       压缩机

11    熟料冷却机

11a   区域                         30       设施

11b   区域                         40       转筒干燥器

                                   41       冷凝器

13    三级空气管道

Claims (10)

1.在从生料生产水泥熟料的设施(1)中处理作为燃料的生物质的方法，所述设施(1)具有回转炉(4)和煅烧炉(5)，和在该方法中所述生物质首先通过所述设施(1)换热器(11)的废气预干燥，其特征在于

在反应器(17)中碳化生物质，其中将在循环运行中的来自回转炉(4)和煅烧炉(5)的废气用于碳化。

2.根据权利要求1的方法，

其特征在于，

在换热器(2)的废气中进行后燃烧(16a)以减少氧含量。

3.根据权利要求1或2中任一项的方法，

其特征在于，

将换热器(2)的废气与水混合用于冷却至需要的碳化温度。

4.根据权利要求1至3中任一项的方法，

其特征在于

将反应器(17)的废气导入位于设施中的熟料冷却机(11)。

5.根据权利要求1至4中任一项的方法，

其特征在于，

反应器(17)中的碳化在对流过程中发生。

6.根据权利要求1至5中任一项的方法，

其特征在于，

在碳化前对生物质进行干燥过程，其中作为干燥反应器优选使用转筒干燥器(40)并且其中为了干燥优选将熟料冷却机废气从熟料冷却机(11)后部(11b)排出，其中熟料在很大程度上已冷却和仅还具有对水泥熟料制备方法常规的温度的余热。

7.根据权利要求1至6中任一项的方法，

其特征在于，

在碳化后研磨生物质。

8.根据权利要求1至7中任一项的方法，

其特征在于，

将碳化的生物质送至炉燃烧器和/或煅烧炉燃烧器。

9.用于生产水泥的设施(1)，其具有用于处理生物质的装置，

其特征在于，

存在反应器(17)，在生产水泥的设施(1)中存在的换热器(2)的循环运行中的废气从其中流过，所述废气来自回转炉(4)和煅烧炉(5)，其中生物质得以碳化。

10.根据权利要求9的设施，

其特征在于，

为了预干燥生物质，在设施(1)中存在干燥装置、优选转筒干燥器(40)，生物质在碳化前仍从其中流过。