CN101324400B - 水泥立窑联合机组及其应用方法 - Google Patents

水泥立窑联合机组及其应用方法 Download PDF

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Abstract

水泥立窑联合机组及其应用方法，涉及水泥生产装置及技术。水泥立窑联合机组包括水泥立窑、前置蒸汽锅炉、前置汽轮机发电机组、发生炉煤气清洗设备、燃气轮机发电机组、后置蒸汽锅炉、后置汽轮机发电机组及排烟设施；应用方法包括：生料中增加一倍的煤用量，制得双倍煤干燥生料球；将双倍煤干燥生料球装入活塞式加料斗，送入窑内燃烧与煅烧；调控活塞及液压千斤顶向上推进的速度，将熟料烧成带控制于窑体的上端，使窑体上端烧成带产生大量的发生炉煤气；窑体上端烧成带产生的大量高温发生炉煤气加热前置锅炉以推动前置汽轮机发电机组、燃气轮机发电机组发电及后置锅炉以推动后置汽轮机发电机组发电。

Description

水泥立窑联合机组及其应用方法
技术领域
本发明涉及水泥生产装置及其应用方法，尤其涉及与一种水泥立窑联合机组及其应用方法。
背景技术
现有技术水泥立窑在余热利用方面的不足，究其原因，主要与立窑自身的结构及排放的烟气温度偏低有关。现有技术中，水泥立窑是一种圆筒状的、且其上部为漏斗状的立式煅烧连续化生产装置。燃料和物料均匀混合制成料球，自窑顶进入窑内，料球靠自重自上而下落进，熟料在窑底卸出；燃烧用的空气自窑底及窑的中段鼓入窑内，沿料球间隙逆流而上，从窑顶的烟囱排出。由于燃料和物料自上而下地添加，燃烧自下而上地推进，烧成带的1450℃高温部分位于立窑漏斗部分下的直筒部分，从此处往上，窑内温度骤降，到窑口附近才100～200℃，就是说，从窑口排出的烟气的温度不过100～200℃。这样低的温度，并带有强腐蚀性的烟气难以利用。
发明内容
本发明旨在针对现有技术的上述不足，提供一种物料及燃料自下而上推送、燃烧自上而下进行的一种水泥立窑，还配套设计发生炉煤气发电联合机组，并且还提供水泥立窑生产发生炉煤气供联合机组发电的方法。该水泥立窑联合机组不但烧成的熟料质量高、稳定，而且热能综合利用水平高，综合煤耗大大下降，烟气达标排放。
为了实现上述目的，本发明水泥立窑联合机组及其应用方法采用如下技术方案：
本发明水泥立窑联合机组包括水泥立窑、前置蒸汽锅炉、前置汽轮机发电机组、发生炉煤气清洗设备、燃气轮机发电机组、后置蒸汽锅炉、后置汽轮机发电机组及排烟设施；前置蒸汽锅炉的炉膛入口与水泥立窑的窑体上端口拼装，前置蒸汽锅炉通过蒸汽管与前置汽轮机发电机组连通；发生炉煤气清洗设备的进口与前置蒸汽锅炉的排气口连通；发生炉煤气清洗设备的出口接入燃气轮机发电机组(或内燃机发电机)；燃气轮机发电机组的排烟口接入后置蒸汽锅炉的进气口，后置蒸汽锅炉通过蒸汽管与后置汽轮机发电机组连通；排烟设施与后置蒸汽锅炉的出口连通。
所述水泥立窑的结构包括一立式圆筒的窑体，窑体下端的窑壁设置进风口；在窑体的下端口的下方设置加料车，加料车能左右移动；加料车上安装至少两个竖立的活塞式加料斗，至少两个竖立的所述活塞式加料斗能随加料车一同左右同步移动，所述活塞式加料斗中设置活塞，活塞与液压千斤顶连接，由液压千斤顶推动活塞在活塞式加料斗中升降；在窑体的上端口设置熟料卸出口。
本发明水泥立窑联合机组应用方法，包括：
A、在生料中增加普通立窑正常烧成需要煤量的一倍的煤，燃料与物料拌匀制作成生料球，并干燥，制得双倍煤干燥生料；
B、将双倍煤干燥生料球装入活塞式加料斗，从窑体下端口送入窑内并在活塞及液压千斤顶的推动下，自下向上推进，空气自窑体下端的进风口鼓进，生料球在窑内燃烧与煅烧；
C、调控活塞及液压千斤顶向上推进的速度，将熟料烧成带控制于窑体的上端，使烧成带的熟料从窑体上端口的熟料卸出口卸出，并在窑体上端烧成带产生大量的发生炉煤气；
D、窑体上端烧成带产生的大量高温发生炉煤气从窑体上端口吹入前置蒸汽锅炉的炉膛加热前置蒸汽锅炉，前置蒸汽锅炉产生的蒸汽推动前置汽轮机发电机组发电；
E、将发生炉煤气经过前置蒸汽锅炉后送入发生炉煤气清洗设备清洗；
F、清洁的发生炉煤气送入燃气轮机发电机组燃烧，推动燃气轮机发电机组发电；
G、将从燃气轮机发电机组排出的烟气送入并加热后置蒸汽锅炉，后置蒸汽锅炉产生的蒸汽推动后置汽轮机发电机组发电；
H、低温烟气从排烟设施排出。
本发明的机理及操作过程如下：
将活塞式加料斗的活塞下降到最低位，向料斗中装加双倍煤干燥生料球；移动加料车使装满生料球的活塞式加料斗的上端口对准窑体下端口，调节液压千斤顶，使活塞式加料斗中的生料球推举入窑并在窑内上升。生料球从窑体下端口加入向上推进。活塞式加料斗、活塞及液压千斤顶的作用除了加料送料之外，还具有调控燃烧及煅烧状况、排出熟料的功能，适度调控液压千斤顶的推举速度，就能控制生料球在窑内上升的速度，或快、或慢、或停，或降，以实现对燃烧及煅烧状况的调控，调控十分方便。
空气从窑体下端窑壁设置的进风口通过鼓风机吹进窑内，使生料中的燃料燃烧，从下而上发生干燥、预热、分解、固相反应、熟料烧成、发生炉煤气生成过程，调控液压千斤顶的推举速度，控制窑内生料球的燃烧及煅烧状况，使烧成带位于窑体上部呈裸露状态。
空气从窑体下端的进风口鼓进窑内，在上升过程中与煤燃烧，在窑内烧成带的中下部产生大量CO2，氧气用完。在烧成带的上部，由于：①、温度高；②、缺氧；③、双倍煤干燥生料球还有一半的煤没有燃烧，因此，产生以下反应：
CO2+C→2CO
生成大量的CO，生成发生炉煤气。可见，位于窑体上部呈裸露状态的烧成带既是水泥熟料的烧成带，又是发生炉煤气的生成带。本发明的水泥立窑在添加双倍煤生料的情况下，不仅是一个水泥生产装置，又是一个烟气净化、脱硫装置，还是一个发生炉煤气生成装置，这一点，正是本发明的核心。
该水泥立窑内上端保持均衡高温状态，加上可直接观察烧成状况和卸熟料的状况，还可以实施熟料的急速冷却以提高水泥的强度。即时取到熟料样本，便于控制操作，不会发生过烧及欠烧，使熟料质量稳定并提高。根据对烧成状况的直接观察结果，可方便地调节液压千斤顶的上升速度，即时对烧成状况进行针对性的有效调控，克服了传统立窑因烧成带埋于生料层之下“看不见”，烧成带的熟料也埋在下面很长的冷却带需要很长时间之后才能卸出窑外而难于调控烧成状况的弊端。
生料球从该水泥立窑的下部进入后，在窑内下部受热、气化、燃烧、反应，产生氧化物(如SO2、SO3)、钾灰及多种无机盐等，直接参与熟料的烧成成为矿化剂，降低了烧成温度和液相的粘度，提高了水泥强度。挥发物成为烧成的燃料，不再直接从烟囱排出，减少了排出烟气中的有害成分，使本发明最后排出的烟气清洁达标。
活塞推举到最高位后，将另一加满生料球的活塞式加料斗横移到窑体的下端口以替换在前的活塞式加料斗，便完成了一次添加生料球与排卸熟料的循环。
前置蒸汽锅炉的炉膛入口与水泥立窑的窑体上端口拼装，窑体内生成的高温发生炉煤气从窑体上端口吹入前置蒸汽锅炉炉膛加热前置蒸汽锅炉，前置蒸汽锅炉通过蒸汽管与前置汽轮机发电机组连通，前置蒸汽锅炉产生的蒸汽推动前置汽轮机发电机组发电；发生炉煤气从前置蒸汽锅炉的排气口送入发生炉煤气清洗设备清洗；发生炉煤气清洗设备的出口接入燃气轮机发电机组，清洁的发生炉煤气推动燃气轮机发电机组发电；燃气轮机发电机组的烟气出口与后置蒸汽锅炉的炉膛入口拼装，加热后置蒸汽锅炉，后置蒸汽锅炉通过蒸汽管与后置汽轮机发电机组连通，后置蒸汽锅炉产生的蒸汽推动后置汽轮机发电机组发电；排烟设施与后置蒸汽锅炉的出口连通，低温烟气从排烟设施排出。
本发明同现有技术相比其有益的效果在于：其一，综合利用程度高——①、热能利用程度高，综合煤耗下降，通过添加双倍煤生料，在窑体上端的熟料生成带生成大量发生炉煤气，既是水泥窑，又是煤气发生炉，将发生炉煤气送入本发明的联合机组，使至少两台蒸汽锅炉及两台汽轮机发电机发电.还使至少一台燃气轮机发电机组发电，最后排出的烟气的温度很低，带走的余热很少，煤的发热量除了煅烧熟料之外，余下的几乎全部用来发电，供水泥厂等使用；②生料球从该水泥立窑的下部进入窑内后产生氧化物(如SO2、SO3)、钾灰等及多种无机盐，直接参与熟料的烧成成为矿化剂，降低了烧成温度和液相的粘度，提高了水泥强度。挥发物成为烧成的燃料，不再直接从烟囱排出，减少了排出烟气中的有害成分，使发明最后排出的烟气清洁达标。其二、烧成带位于窑体上端且呈裸露状态，通过液压千斤顶调控煅烧状况，便于直接观察烧成状况，使烧成带温度均匀和卸熟料顺畅，确保生产的安全，能即时对烧成状况进行针对性的有效调控，有利于提高熟料质量，并保持稳定。其三，通过调控液压千斤顶排出熟料，方便、易于控制。其四，生料添加在活塞式加料斗的时候，可控制任意区域的生料粒度、含煤量等等。其五，操作方便，不拘规模，传统立窑的弊端得以克服，便于推广，为焕发水泥立窑的生机创造了条件，必将推动水泥行业的技术进步与全面提高。
附图说明
图1、本发明联合机组连接示意图；
图2、本发明联合机组运行流程示意图；
图3、本发明水泥立窑结构剖面示意图(窑体下端口的活塞式加料斗中活塞及活塞杆处于最高位)；
图4、本发明新烧成带发生炉煤气生成示意图。
图1中：1、水泥立窑，2、前置蒸汽锅炉，3、前置汽轮机发电机组，4、发生炉煤气清洗设备，6、燃气轮机发电机组，7、后置蒸汽锅炉，8、后置汽轮机发电机组，9、排烟设施。
图3、图4中：1、水泥立窑，10、生料球，11、窑体，12、进风口，13、下端口，14、加料车，15、活塞式加料斗，16、活塞，17、液压千斤顶，18、上端口，19、熟料卸出口，20、前置蒸汽锅炉的出口，21、烧成带，22、窑体环形槽，23、活塞环形槽，
具体实施方式
下面，结合附图介绍本发明的具体实施方式。
本发明水泥立窑联合机组包括水泥立窑1、前置蒸汽锅炉2、前置汽轮机发电机组3、发生炉煤气清洗设备4、燃气轮机发电机组6、后置蒸汽锅炉7、后置汽轮机发电机组8及排烟设施9；前置蒸汽锅炉2的炉膛入口与水泥立窑1的窑体11上端口18拼装，前置蒸汽锅炉2通过蒸汽管与前置汽轮机发电机组3连通；前置蒸汽锅炉的出口20连通发生炉煤气清洗设备4的进口；发生炉煤气清洗设备4的出口接入燃气轮机发电机组6；燃气轮机发电机组6的烟气接入后置蒸汽锅炉7的进气口，后置蒸汽锅炉7通过蒸汽管与后置汽轮机发电机组8连通；后置蒸汽锅炉8的出口连通排烟设施9。
图3所述水泥立窑1的结构包括一立式圆筒的窑体11，窑体11下端的窑壁设置进风口12；在窑体11的下端口13的下方设置加料车14，加料车14能左右移动；加料车14上安装至少两个竖立的活塞式加料斗15，至少两个竖立的所述活塞式加料斗15能随加料车14一同左右同步移动，所述活塞式加料斗15中设置活塞16，活塞16与液压千斤顶17连接，由液压千斤顶17推动活塞16在活塞式加料斗15中升降；在窑体11的上端口18设置熟料卸出口19。
本发明水泥立窑联合机组应用方法，包括：
A、在生料中增加一倍普通立窑正常用煤量的煤，燃料与物料拌匀制作成生料球，并干燥，制得双倍煤干燥生料球10；
B、将双倍煤干燥生料球10装入活塞式加料斗15，从窑体11下端口13送入窑内并在活塞16及液压千斤顶17的推动下自下向上推进，空气自窑体11下端的进风口12鼓进，生料球10在窑内燃烧与煅烧；
C、调控活塞16及液压千斤顶17向上推进的速度，将熟料烧成带21控制于窑体11的上端，使烧成带21的熟料从窑体11上端口18的熟料卸出口19卸出，并在窑体11上端烧成带21产生大量的发生炉煤气；
D、窑体11上端烧成带21产生的大量高温发生炉煤气从窑体11上端口13吹入前置蒸汽锅炉2的炉膛加热前置蒸汽锅炉2，前置蒸汽锅炉2产生的蒸汽推动前置汽轮机发电机组3发电；
E、将发生炉煤气从前置蒸汽锅炉2的出口送入发生炉煤气清洗设备4清洗；
F、将清洁的发生炉煤气送入燃气轮机发电机组6燃烧，以推动燃气轮机发电机组发电；
G、将从燃气轮机发电机组6排出的烟气送入并加热后置蒸汽锅炉7，后置蒸汽锅炉7产生的蒸汽推动后置汽轮机发电机组8发电；
H、低温烟气从排烟设施9排出。
所述窑体11内壁的直径上部比下部略小，即窑体11内壁呈向上端缩口的圆锥形。可以使生料球10在上升中与窑内周壁保持接触不致发生空隙，保持通风均一。
在液压千斤顶17的作用下，活塞16下降到最低位，可向活塞式加料斗15中装料；活塞16在活塞式加料斗15中上升，可将活塞式加料斗15中的生料球10推举入窑体11。
所述加料车14为轨道轮式。
所述活塞式加料斗15的上端口径与窑体11下端口13内壁的口径一致。
在窑体11下端缘开有窑体环形槽22，所述窑体环形槽22中设置密封圈，使窑体11下端缘与活塞式加料斗15的上端缘保持密封状态。
在活塞16的外壁开有活塞环形槽23，所述活塞环形槽23中设置密封圈，使活塞16外壁与活塞式加料斗15的内壁间保持密封状态。
所述燃料中增加一倍的煤用量是与普通立窑相比，或者说是生产发生炉煤气必须增加的煤用量。
上述的具体实施例仅是本发明的较佳实施方式。需要指出的是，本行业的技术人员在本发明技术方案的指导下，可以做出一些变形与改良，例如，前置蒸汽锅炉2的炉膛与窑体11上端口18的拼装结构、后置蒸汽锅炉7的炉膛与燃气轮机发电机组的烟气排出口的拼装结构、前置蒸汽锅炉2及后置蒸汽锅炉7的具体结构等、以及窑体11外壁的造型及具体安装设置结构，加料车14的具体结构，活塞式加料斗15的具体结构，熟料卸出口19的结构等，这些变形与改良都是本发明保护的范围。

Claims (8)

1.水泥立窑联合机组，其特征是：包括水泥立窑(1)、前置蒸汽锅炉(2)、前置汽轮机发电机组(3)、发生炉煤气清洗设备(4)、燃气轮机发电机组(6)、后置蒸汽锅炉(7)、后置汽轮机发电机组(8)及排烟设施(9)；前置蒸汽锅炉(2)的炉膛入口与水泥立窑(1)的窑体(11)上端口(18)拼装，前置蒸汽锅炉(2)通过蒸汽管与前置汽轮机发电机组(3)连通；发生炉煤气清洗设备(4)的进口与前置蒸汽锅炉(2)的排气口连通；发生炉煤气清洗设备(4)的出口接入燃气轮机发电机组(6)；燃气轮机发电机组(6)的排烟口接入后置蒸汽锅炉(7)的进气口，后置蒸汽锅炉(7)通过蒸汽管与后置汽轮机发电机组(8)连通；排烟设施(9)与后置蒸汽锅炉(8)的排烟出口连通；
所述水泥立窑(1)的结构包括一立式圆筒的窑体(11)，窑体(11)下端的窑壁设置进风口(12)；在窑体(11)的下端口(13)的下方设置加料车(14)，加料车(14)能左右移动；加料车(14)上安装至少两个竖立的活塞式加料斗(15)，至少两个竖立的所述活塞式加料斗(15)能随加料车(14)一同左右同步移动，所述活塞式加料斗(15)中设置活塞(16)，活塞(16)与液压千斤顶(17)连接，由液压千斤顶(17)推动活塞(16)在活塞式加料斗(15)中升降；在窑体(11)的上端口(18)设置熟料卸出口(19)。
2.根据权利要求1所述的水泥立窑联合机组，其特征是：所述窑体(11)内壁的直径上部比下部小，即窑体(11)内壁呈向上端缩口的圆锥形。
3.根据权利要求1所述的水泥立窑联合机组，其特征是：所述加料车(14)为轨道轮式。
4.根据权利要求1所述的水泥立窑联合机组，其特征是：所述活塞式加料斗(15)的上端口径与窑体(11)下端口(13)内壁的口径一致。
5.根据权利要求1所叙述的水泥立窑联合机组，其特征是：在窑体(11)下端缘开有窑体环形槽(22)，所述窑体环形槽(22)中设置密封圈。
6.根据权利要求1所叙述的水泥立窑联合机组，其特征是：在活塞(16)的外壁开有活塞环形槽(23)，所述活塞环形槽(23)中设置密封圈。
7.水泥立窑联合机组应用方法，其特征是，包括：
A、在生料中增加普通立窑正常烧成需要煤量的一倍的煤，燃料与物料拌匀制作成生料球，并干燥，制得双倍煤干燥生料球(10)；
B、将双倍煤干燥生料球(10)装入活塞式加料斗(15)，从窑体(11)下端口(13)送入窑内并在活塞(16)及液压千斤顶(17)的推动下自下向上推进，空气自窑体(11)下端的进风口(12)鼓进，生料球(10)在窑内燃烧与煅烧；
C、调控活塞(16)及液压千斤顶(17)向上推进的速度，将熟料烧成带(21)控制于窑体(11)的上端，使烧成带(21)的熟料从窑体(11)上端口(18)的熟料卸出口(19)卸出，并使窑体(11)上端烧成带(21)产生大量的发生炉煤气；
D、窑体(11)上端烧成带(21)产生的大量高温发生炉煤气从窑体(11)上端口(13)吹入前置蒸汽锅炉(2)的炉膛加热前置蒸汽锅炉(2)，前置蒸汽锅炉(2)产生的蒸汽推动前置汽轮机发电机组(3)发电；
E、前置蒸汽锅炉(2)排出温度低的发生炉煤气，送入发生炉煤气清洗设备(4)清洗；
F、将清洁的发生炉煤气送入燃气轮机发电机组(6)燃烧，以推动燃气轮机发电机组发电；
G、将从燃气轮机发电机组(6)排出的烟气送入并加热后置蒸汽锅炉(7)，后置蒸汽锅炉(7)产生的蒸汽推动后置汽轮机发电机组(8)发电；
H、离开后置蒸汽锅炉的低温烟气从排烟设施(9)排出。
8.根据权利要求7所叙述的水泥立窑联合机组应用方法，其特征是：所述燃料中增加一倍的煤用量即生产发生炉煤气必须增加的煤用量。
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