CN102057239A - 水泥熟料的制造方法和水泥熟料的制造设备 - Google Patents

水泥熟料的制造方法和水泥熟料的制造设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种在设备中制造水泥熟料的方法，其中所述设备包括：旋转炉（1）；旋风预热器（2），其接收所述旋转炉的烟；通过吹送空气进行冷却的熟料冷却器（4）；至少一个称为第一交换器的交换器（9）。在本发明的方法中：将生料预热，并且在所述旋风预热器（2）中将其脱二氧化碳；将从所述炉子输出的熟料在所述熟料冷却器（4）中冷却，并将在所述熟料冷却器中产生的热空气的、称为二次空气的第一部分（5）引向所述旋转炉（1），以用作燃烧空气；引导在所述熟料冷却器中产生的热空气的、称为三次空气的第二部分（6），将其与所述第一部分分开地输送到所述设备的燃烧燃料的地方；以及，将在所述熟料冷却器中产生的热空气的、称为过剩空气的第三部分（7）引导并输送到至少所述第一交换器（9）中，以回收能量，用于发电。根据本发明，设置第二交换器（10），其与所述三次空气（6）协作，以加热所述第一交换器（9）和所述第二交换器（10）共用的流体回路（12）的接收流体。本发明还涉及一种用于如此制造水泥熟料的设备。

Description

水泥熟料的制造方法和水泥熟料的制造设备
技术领域
本发明涉及在设备中制造水泥熟料的方法，以及用于如此制造水泥熟料的设备。
背景技术
水泥熟料的制造通常使用所谓“干烧”的焙烧方法，在这种方法中，预先研碎的原料在旋转炉中煅烧。为了减少操作的能量需求，在旋转炉的上游和下游加上交换器，其直接回收包含在材料和从炉子输出的烟中的热量。这样，从炉子输出的产品的温度超过1000℃，而从这些交换器中输出的、没有用于焙烧操作的热气流（空气或烟）的温度通常只不过小于350℃。然而，这些气体还包含一定量的热量，其能够占以燃料形式引入设备中的能量的20至30%。
热气体通常用于原料的干燥，其中所述原料用于制造熟料。然而，除了在材料的湿度很高的非常罕见的情况下，仅需要热量的一部分用于干燥操作。热气体的没有使用的部分因此构成了可用的能量。
因此，回收损失的热量用于发电目的是已知的，并且在很多工厂中应用。最常用的方法在于，将热气体引向由管构成的交换器，水在所述管中流动，热量将水转换为用于驱动发电机涡轮的加压蒸汽。考虑到在交换器中的气体的中等温度，能量转换为电能的总效率小。
为了改进交换器的性能，已知用例如戊烷来替代水。尽管有该改进，但效率还是不超过17%，这明显小于传统的热力发电站。
因此，为了显著地改进回收效率，已知一种所谓“废热发电”的方法，该方法借助于燃料的额外提供来升高工作温度。因此，例如，不仅增大了所回收的能量的量，而且还借助于温度的升高改进了转换效率。
由于大部分的水泥设备使用例如煤、石油焦的固体燃料，因此需要有大的燃烧容积，以保证余量燃料的最优燃烧，从而需要有为该目的确定尺寸的、足够大的燃烧室。这种燃烧室的使用另外需要从其中排出灰烬，并且还具有产生更多的NOx气体的缺点。
由例如文档EP-0.492.133和CN 1601214已知这样的水泥设备，在这些设备中，回收燃烧能量以用于发电。
由文档EP-0.045.811已知一种用于回收电力发生装置的锅炉的排出气体的方法，其中所述电力发生装置使用可燃烧材料，如燃油。该文档更具体地涉及对排出气体的处理，该处理在用于制造水泥熟料的设备的预热段实现。
由设备的熟料冷却器所产生的热空气通过管道输送到所述锅炉，以被用作燃烧气体。可燃烧材料，特别地以煤粉的形式，被引入在锅炉的入口附近的区域中的管道内。
发明内容
本发明的目的在于，通过提出一种在设备中制造水泥熟料的方法，以及用于如此制造水泥熟料的设备，来弥补上述的缺陷，其中所述方法和设备允许通过最小化废热发电所必需的燃料摄取量来增大能量回收的效率。
在下文仅示意地而非限制性地给出的描述中说明了其他目的和优点。
本发明首先涉及一种在设备中制造水泥熟料的方法，其中所述设备包括：
- 旋转炉；
- 旋风预热器，其接收所述旋转炉的烟；
- 熟料冷却器，其位于所述旋转炉的出口处，在该冷却器中，熟料通过吹送空气来冷却，生成热空气；
- 至少一个称为第一交换器的交换器，
在所述方法中：
- 将生料预热，并且在所述旋风预热器中将其脱二氧化碳；
- 将从炉子中输出的熟料在所述熟料冷却器中冷却；
- 将在所述熟料冷却器中产生的热空气的、称为二次空气的第一部分引向旋转炉，以用作燃烧空气；
- 引导在所述熟料冷却器中产生的热空气的、由至少等于750℃的温度所限定并称为三次空气的第二部分，并且将其与第一部分分开地输送到设备的燃料燃烧的地方，以用作燃烧空气；
- 将在所述熟料冷却器中产生的热空气的、称为过剩空气的第三部分引导并输送到至少一个第一交换器中，以回收能量，用于发电。
根据本发明，设置了第二交换器，其与三次空气协作，以加热所述第一交换器和所述第二交换器共用的流体回路的接收流体，其中所述第二交换器提取三次空气的能量，从所述第二交换器的上游至下游降低三次空气的温度，而三次空气则在所述第二交换器的下游被用作燃烧空气。
根据一个实施例变型，流体回路的所述流体为呈蒸汽或液体形式的水，第一交换器为蒸汽发生器，所述第二交换器为蒸汽过热器。
本发明还涉及一种用于制造水泥熟料的设备，其包括：
- 旋转炉；
- 旋风预热器，其接收所述旋转炉的烟；
- 熟料冷却器，其设置在所述旋转炉的出口处，在该冷却器中，熟料通过吹送空气来冷却，生成热空气，由所述熟料冷却器如此产生的热空气的、称为二次空气的第一部分被炉子用作燃烧空气；
- 管道，其将由所述熟料冷却器所产生的热空气的、称为三次空气的第二部分输送到所述设备的燃烧区域；
- 管道，其将由所述熟料冷却器产生的热空气的、称为过剩空气的第三部分输送到发电机的称为第一交换器的交换器。
根据符合本发明的设备，输送三次空气的管道与第二交换器在所述燃烧区域的上游协作，流体回路为所述第一交换器和所述第二交换器所共用。
附图说明
参照附图阅读以下描述后，本发明将得到更好的理解。在这些附图中：
图1为根据一个实施例在用于制造水泥熟料的设备中实施的根据本发明的方法的示意图；
图2为根据第二个实施例在用于制造水泥熟料的设备中的根据本发明的方法的示意图；
图3为根据第三个实施例在用于制造水泥熟料的设备中的根据本发明的方法的示意图；
图4为示出了第一和第二交换器以及它们共用的流体回路的细节图。
具体实施方式
本发明涉及一种在设备中制造水泥熟料的方法，其中所述设备包括：
- 旋转炉1；
- 预热器2，其接收所述旋转炉的烟；
- 熟料冷却器4，其位于所述旋转炉1的出口处，在该冷却器中，熟料通过吹送空气而冷却，生成热空气；
- 至少一个称为第一交换器的交换器9；
并且在所述方法中：
- 将生料预热，并且在所述旋风预热器2中将其脱二氧化碳；
- 在所述熟料冷却器4中冷却从炉子输出的熟料；
- 将在所述熟料冷却器中产生的热空气的第一部分5（称为二次空气）引向旋转炉，以用作燃烧空气；
- 引导在所述熟料冷却器中产生的热空气的第二部分6（由至少等于750℃的温度所限定并称为三次空气），并且将其与第一部分分开地输送到设备的燃料燃烧的地方以用作燃烧空气；
- 将在所述熟料冷却器中产生的热空气的第三部分7（称为过剩空气）引导并输送到至少一个第一交换器9中，以回收能量，用于发电。
根据特别地在图1和图2中示出的实施例的变型，并且如在现有技术中所已知的，特别地温度大于或至少等于750℃的所述三次空气6由管道60输送到与所述旋风预热器2的下部连接的一个或多个预煅烧反应器3。这些预煅烧器每个都配有一个或多个燃烧器。
根据本发明，设置第二交换器10，其与三次空气6协作，以加热所述第一交换器9和所述第二交换器10共用的流体回路12的接收流体。
本发明基于，通过在温度大约为250℃至300℃的、置于过剩空气7的路线上的第一交换器9以外，还在设备中加入要在高温（尤其在高于750℃的温度）下工作的第二交换器10，而提高了能量回收的效率。
该第二交换器10提取三次空气6的能量，于是以不使得该空气损失其燃烧气体的特性而因此损失其三次空气品质的比例来降低该空气的温度，其中所述三次空气要么被导向预煅烧器3的燃烧器（如图1或图2），要么被导向炉子1的燃烧器（如图3）。这样，从所述第二交换器10的上游到下游的温度损失能够大约为100℃至150℃。在第二交换器10下游的燃烧空气（即三次空气6）的温度，能够至少等于650℃。
根据一个实施例，流体回路12的流体为呈蒸汽或液体形式的水，第一交换器9为蒸汽发生器，第二交换器10为蒸汽过热器。
特别地参照图4的示例，流体回路12的流体，尤其是以高压蒸汽的形式，允许驱动涡轮20及其交流发电机。例如，过剩空气7具有大约为250℃的温度，并且穿过为蒸汽发生器的第一交换器9。由此所产生的蒸汽在回路中继续移动，直至第二交换器10，其中所述第二交换器为蒸汽过热器，其被例如在过热器的上游具有750℃的温度的三次空气6所穿过。在过热器的下游，水蒸汽处于高压（例如350巴），并允许驱动涡轮及其交流发电机。在涡轮的下游并在蒸汽发生器的上游，冷凝器30允许降低压力。
根据一个实施例，设置第三交换器11，以回收能量，并至少部分地输送从旋风预热器中排出的烟8，以使其与所述第三交换器11协作。
特别地，根据一个实施例，旋风预热器的烟8与第三交换器11协作，以加热流体回路的流体。该流体回路可以与所述第一交换器9和所述第二交换器10之间共用的流体回路12是共用的或者不共用的。
参照图3，根据所述方法的另一个实施例，将熟料冷却器4的过剩热空气7与旋风预热器2的烟8在所述第一交换器9的上游混合，从而允许给该交换器提供更大量的热能。
可能地，尤其是在原料潮湿的情况下，在烟8与冷却器的过剩空气7混合之前，至少能够部分地使用旋风预热器2的烟8，以干燥在单元14中的用于生产熟料的原料。
本发明还涉及一种用于制造水泥熟料的设备，其包括：
- 旋转炉1；
- 旋风预热器2，其接收所述旋转炉的烟；
- 熟料冷却器4，其设置在所述旋转炉1的出口处，在该冷却器中，熟料通过吹送空气而冷却，生成热空气，由熟料冷却器4如此产生的热空气的第一部分5（称为二次空气）被所述炉用作燃烧空气；
- 管道60、601、602，其将由所述熟料冷却器所产生的热空气的第二部分6（称为三次空气）输送到设备的燃烧区域；
- 管道70，其将由所述熟料冷却器4所产生的热空气的第三部分7（称为过剩空气）输送到发电机的称为第一交换器的交换器9。
尤其如图1和图2所示，称为三次空气管道的管道70将该空气输送到与所述旋风预热器的下部连接的一个或多个预煅烧反应器3，其中所述预煅烧反应器每个都配有一个或多个燃烧器。
根据在图3中示出的另一个实施例，三次空气的管道60将该空气输送到旋转炉1的燃烧器。
根据符合本发明的设备，输送三次空气6的管道601、602与第二交换器10协作，流体回路12是所述第一交换器9和所述第二交换器10共用的。该设备特别地允许实施根据本发明的方法。
根据所述设备的一个实施例，第一交换器9为蒸汽发生器，而第二交换器10为蒸汽过热器，其如根据图4的示例所示，能够允许产生高压水蒸汽，用以致动涡轮20及其交流发电机。
如根据图1的示例所示，所述设备可具有第三交换器11。从预热器2输出的烟8的至少一部分与所述第三交换器11协作，以回收能量。根据一个替代例，流体回路穿过第三交换器11。该流体回路可以与所述第一交换器9和所述第二交换器10之间共用的流体回路12是共用的或者不共用的。
根据图2的示例，用于排出旋风预热器的烟的管道80与过剩空气7的管道在第一交换器9的上游会合。可能地，该用于排出旋风预热器2的烟8的管道80可在与过剩空气7的所述管道70的会合处的上游与用于干燥原料的单元14协作。
现在描述四个设备示例。第一设备示例为现有技术的设备。示例2、3和4为根据本发明的用于制造熟料的设备的不同变型。
示例1（现有技术）：
所考虑的设备，如现有技术中已知的，为中等规模的、或代表大量现有单元的产能的熟料生产单元，其每天生产5000吨熟料。这种设备生产每千克熟料消耗以燃料形式提供的3000千焦，其中62.8%的燃料在预煅烧器处引入。这样，由预煅烧器中的燃料所产生的功率为108.8兆瓦。
熟料冷却器尤其产生：117000Nm3/h的、890℃的三次空气，其供给预煅烧反应器的燃烧；210000Nm3/h的、245℃的排出空气。旋风预热器的烟的流量为286200Nm3/h，温度为320℃。
位于冷却器的排出空气的路线上的交换器将气体的温度从245℃降低到135℃，并且交换8.6兆瓦的功率。考虑到交换器的流体所可能具有的低温，只要使用适于该低温的流体，电力转换的效率就不超过15%。这样能够产生1.29兆瓦的电力。
考虑烟的50%的能量需要用于干燥原料这种情况。位于预热器的烟的路线上的、并处理所剩余的50%的交换器将气体的温度从320℃降低到135℃，并且交换11.5兆瓦的功率。考虑到交换器的流体所可能具有的中等温度，电力转换的效率不超过15%，这样最多能够产生1.73兆瓦的电能。
最大发电的总和为3.02兆瓦。
示例2：
考虑根据本发明的示例1的设备，在该设备中，交换器置于三次空气的路线上，并且将三次空气的温度降低到700℃。引入到预煅烧反应器中的燃料的量必须增大，并且在下文中描述该设备的新的工作条件。
由预煅烧器中的燃料所产生的功率为117.8兆瓦。熟料冷却器现在产生127900Nm3/h的、860℃的三次空气，以及199200Nm3/h的、235℃的排出空气（过剩空气）。旋风预热器的烟的流量为300000Nm3/h，温度为335℃。
位于三次空气的路线上的、将三次空气温度从860℃降低到700℃的交换器（第二交换器）交换8.3兆瓦的功率。位于冷却器的排出空气（过剩空气）的路线上的交换器（第一交换器）将气体的温度从235℃降低到135℃，并交换7.4兆瓦的功率。这两个交换器被连接为使得第二交换器具有流体预热器的功能。高的最大温度允许达到在总功率15.7兆瓦中的28%的转换效率，即4.40兆瓦。
与在示例1中给出的仅在冷却器的排出空气流上回收能量相比，产量增大了3.11兆瓦，并且以燃料来提供的额外能量（即9兆瓦）的边际效率达到34.5%。
示例3：
考虑根据本发明的示例2的设备，在该设备中，旋风预热器的烟的50%被用于干燥原料。
预热器的烟流被一分为二。不用于干燥材料的、150000Nm3/h的第一部分流被引导穿过交换器（第三交换器），并且将气体从335℃降低到135℃，交换13.1兆瓦的功率。所述交换器与其他两个交换器（第一交换器和第二交换器）连接，因此具有28.8兆瓦的总功率。转换效率达到28%，生产8.06兆瓦的电能。
与可回收能量为3.02兆瓦的示例1相比较，以燃料来提供的额外能量（即9兆瓦）的边际效率达到56%。该值与使用固体燃料的现代热力发电站的效率相当。
示例4：
考虑根据本发明的示例2的设备，在该设备中，旋风预热器的烟的50%被用于干燥原料，并且产生105℃的、182000Nm3/h的流量。
这次，预热器的烟的全部都在干燥单元的下游与冷却器的排出空气（过剩空气）混合。因此，具有218℃的、531200Nm3/h的流量。该流体被引导穿过交换器（第一交换器），该交换器将气体的温度从218℃降低到135℃，并且交换17.5兆瓦。
所述交换器（第一交换器）与三次空气的交换器（第二交换器）连接，因此具有25.8兆瓦的总功率。转换效率达到28%，并且生产7.22兆瓦的电能。
与可回收能量为3.02兆瓦的示例1相比较，以燃料来提供的额外能量（即9兆瓦）的边际效率达到46.6%。该值与使用固体燃料的现代热力发电站的效率相当。
自然地，本领域技术人员能够想到其他的实施例，而不因此超出由下文的权利要求所确定的本发明的范围。

Claims (15)

1.一种在设备中制造水泥熟料的方法，其中所述设备包括：
- 旋转炉（1）；
- 旋风预热器（2），其接收所述旋转炉的烟；
- 熟料冷却器（4），其位于所述旋转炉（1）的出口处，在所述冷却器中，熟料通过吹送空气来冷却，生成热空气；
- 至少一个称为第一交换器的交换器（9），
在所述方法中：
- 将生料预热，并且在所述旋风预热器（2）中将其脱二氧化碳；
- 将从所述炉子输出的熟料在所述熟料冷却器（4）中冷却；
- 将在所述熟料冷却器中产生的热空气的、称为二次空气的第一部分（5）引向所述旋转炉（1），以用作燃烧空气；
- 引导在所述熟料冷却器中产生的热空气的、由至少等于750℃的温度所限定并称为三次空气的第二部分（6），并且将其与所述第一部分分开地输送到所述设备的燃烧燃料的地方，以用作燃烧空气；
- 将在所述熟料冷却器中产生的热空气的、称为过剩空气的第三部分（7）引导并输送到至少所述第一交换器（9）中，以回收能量，用于发电，
所述方法的特征在于：
- 设置第二交换器（10），其与所述三次空气（6）协作，以加热所述第一交换器（9）和所述第二交换器（10）共用的流体回路（12）的接收流体，其中所述第二交换器（10）提取所述三次空气的能量，从所述第二交换器（10）的上游到下游降低所述三次空气的温度，而所述三次空气则在所述第二交换器（10）的下游被用作燃烧空气。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述流体回路（12）的所述流体为呈蒸汽或液体形式的水，所述第一交换器（9）为蒸汽发生器，所述第二交换器（10）为蒸汽过热器。
3.如上述权利要求1或2所述的方法，其中，所述设备包括与所述旋风预热器（2）的下部连接的一个或多个预煅烧反应器（3），每个预煅烧反应器（3）都配有一个或多个燃烧器；并且其中，输送所述三次空气（6）至所述预煅烧反应器。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，设置第三交换器（11），以回收能量，并且至少部分地输送从所述旋风预热器（2）输出的烟（8），以与所述第三交换器（11）协作。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述旋风预热器（2）的烟（8）与所述第三交换器（11）协作，以加热流体回路的流体，其中所述流体回路与所述第一交换器（9）和所述第二交换器（10）之间共用的所述流体回路（12）是共用的或者不共用的。
6.如上述权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在所述第一交换器（9）的上游将所述熟料冷却器（4）的过剩热空气（7）与所述旋风预热器（2）的烟（8）混合。
7.如权利要求6所述的方法，其中，在所述烟（8）与所述冷却器的过剩空气（7）混合之前，至少部分地将所述旋风预热器（2）的烟（8）用于在单元（14）中干燥用于生产熟料的原料。
8.如上述权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，燃烧空气，即所述三次空气（6），在所述第二交换器（10）下游的温度至少等于650℃。
9.一种用于制造水泥熟料的设备，其包括：
- 旋转炉（1）；
- 旋风预热器（2），其接收所述旋转炉的烟；
- 熟料冷却器（4），其设置在所述旋转炉（1）的出口处，在该冷却器中，熟料通过吹送空气来冷却，生成热空气，其中由所述熟料冷却器（4）如此产生的热空气的、称为二次空气的第一部分（5）被所述炉子用作燃烧空气；
- 管道（60；601；602），其将由所述熟料冷却器（4）所产生的热空气的、称为三次空气的第二部分（6）输送到所述设备的燃烧区域；
- 管道（70），其将由所述熟料冷却器（4）所产生的热空气的、称为过剩空气的第三部分（7）输送到发电机的称为第一交换器的交换器（9），
所述设备的特征在于，所述输送三次空气（6）的管道（60）在所述燃烧区域的上游与第二交换器（10）协作，流体回路（12）为所述第一交换器（9）和所述第二交换器（10）共用的。
10.如权利要求9所述的设备，其中，一个或多个预煅烧反应器（3）与所述旋风预热器（2）的下部连接，每个预煅烧反应器（3）都配有一个或多个燃烧器，所述三次空气（6）的管道将所述空气输送到所述预煅烧反应器。
11.如权利要求9或10所述的设备，其中，所述第一交换器（9）为蒸汽发生器，所述第二交换器（10）为蒸汽过热器。
12.如上述权利要求9至11中任一项所述的设备，其具有第三交换器（11），并且在所述设备中，从所述旋风预热器（2）输出的烟（8）的至少一部分与所述第三交换器（11）协作，以回收能量。
13.如权利要求12所述的设备，其中，流体回路穿过所述第三交换器（11），所述回路与所述第一交换器（9）和所述第二交换器（10）之间共用的所述流体回路（12）是相同的或者不同的。
14.如上述权利要求9至11中任一项所述的设备，其中，用于排出所述旋风预热器（2）的烟（8）的管道（80）与所述过剩空气（7）的管道在所述第一交换器（9）的上游会合。
15.如权利要求14所述的设备，其中，所述用于排出所述旋风预热器（2）的烟（8）的管道（80）在与所述过剩空气（7）的管道（70）的会合处的上游与用于干燥原料的单元（14）协作。
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