CN102472580B - 在装置中制造水泥熔块的方法以及制备水泥熔块的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在装置中生产水泥熔块的方法，包含：第一气旋预热器以及第二气旋预热器，分别用于预热第一部分原材料和第二部分原材料；使用用于燃烧燃料的燃烧气体的预煅烧器，通过预煅烧器释放的烟导向第二气旋预热器，旋转炉具有燃料燃烧器，通过所述旋转炉释放的所述烟导向所述第一气旋预热器；熔块冷却器，吹出的冷却气体穿过旋转炉出口的熔块。根据本发明方法，在预煅烧器中的燃烧气体包含90体积%-100体积%氧。该预煅烧器可以是流化床，流体化气体是燃烧气体。本发明还涉及如此的装置。

Description

在装置中制造水泥熔块的方法以及制备水泥熔块的装置
本发明涉及在装置(facility)中制造水泥熔块(cementclinker)的方法，以及用于制造此类水泥熔块的装置。
制造水泥一般使用加热材料(firedmaterial)，熔块(clinker)，其是由矿物制造，所述主要成分是碳酸钙。
所述熔块的制备包括点火试验(firingoperation)，其产生大量二氧化碳，由所述碳酸钙的分解以及所述操作所需燃料燃烧产生。
制造一吨Portland水泥由此伴有大约530kgCO2从所述加工的材料中排放，以及250至300kgCO2从燃料中排放。二氧化碳以浓度低于30%在烟中释放，所述烟的主要成分是氮。在这些条件下，二氧化碳难分离和螯合。
水泥熔块的制造一般使用所谓的干法加热方法(dryprocessfiringmethod)，其中将预先研磨为粉尘状的原材料在旋转炉中烘焙。为了降低该操作的所需能量，在旋转炉的上游和下游已经加入换热器，直接回收包含在来自炉的材料和烟中的热量。
在上游已发现气旋预热器，其中原材料被在悬浮液中预热，并部分地脱碳酸（decarbonated）。下游，发现熔块冷却器，其中该加热材料被通过低温吹炼空气冷却。
使用干法操作的装置的主要部分包括如下述预热器的燃烧反应器，称为预煅烧器，其中供给装置使用的大比例燃料，和其中包含悬浮物质的碳酸钙实施脱碳酸反应的一大部分。
用于增加在燃烧烟中CO2浓度的一种方法在于防止使用富氧气流与氮稀释燃烧气体，以供给预煅烧器。相对于常规气源，产生的烟体积由此降低，在预煅烧器中该气流变得不足以满足预煅烧器的通风(aeraulic)操作。为了修补这些限制，来自预热器或来自预煅烧器的一部分烟被循环至预煅烧器，导致热消耗的增加。因此，文献EP-1.923.367中已知这样的方法，其中预煅烧器被进料富含氧的气体，并通过循环一部分预煅烧器产生的烟。
一些装置包括两个预热器，一个接收来自炉的烟和在材料发送（routing）至预煅烧器以前一部分待加工材料的烟，另一个接收来自预煅烧器的烟和待加工材料的其它部分的烟。由于预煅烧器接收大部分来自装置的燃料，以及由于材料脱碳酸作用的大部分在预煅烧器中进行，大于75%的二氧化碳包含在来自第二预热器的烟中。
本发明目的在于如上所述类型的装置，即具有两个预热器，显著增加烟中的二氧化碳浓度,该烟来自与预煅烧器相关的第二预热器，以及因此易于大部分该装置中产生的二氧化碳的螯合作用。
更具体地，本发明的目的是提供用于浓缩CO2的装置，而不增加热消耗。
本发明的进一步目的是非实质性地改变一般用于生产水泥熔块的方法。
本发明的进一步目的是非实质性地改变该装置的热消耗以及因此预防在热消耗增加之后螯合二氧化碳伴随着二氧化碳产生的增加。
首先，本发明涉及用于在装置中制造水泥熔块的方法，包含：
-第一气旋预热器以及第二气旋预热器，分别用于预热第一和第二部分原材料，
-使用燃烧气体的预煅烧器，用于燃烧燃料，通过预煅烧器释放的烟导向第二气旋预热器，
-具有燃料燃烧器的旋转炉，通过旋转炉释放的烟导向第一气旋预热器，
-熔块冷却器，吹出的冷却气体穿过旋转炉出口的熔块，其中：
-第一部分原材料在第一气旋预热器中预热，
-第二部分原材料在第二气旋预热器中预热，
-在加热(firing)旋转炉中的预焙烧材料以前,预焙烧在预煅烧器中的第一预热部分原材料以及第二预热部分原材料，并冷却在熔块冷却器中加热材料。
根据本发明方法：
-在预煅烧器中的燃烧气体包含90体积%-100体积%氧，
-预煅烧器是流化床，流体化气体是燃烧气体，
-材料在预煅烧器中预焙烧，不在预煅烧器中循环烟。
进一步任选地采取单独的特征或其组合：
-在引入预热材料至预煅烧器以前，将用于预煅烧器的燃料与预热材料进行混合；
-流体化气体速度低于2m/s;
-材料在预煅烧器中的停留时间(dwelltime)大于1分钟并小于20分钟；
-部分或全部燃料的粒径(grainsize)大于或等于1mm；
-收集来自于第二气旋预热器出口处的烟的二氧化碳；
-部分来自第二气旋预热器的烟被用作用于固体燃料的风动输送的流体(pneumatictransportfluid)，和/或作为用于液体燃料的喷射流体(sprayingfluid)或作为在第二预热器中的清洗流体。
本发明还涉及用于制造水泥熔块的装置，包含：
-第一气旋预热器以及第二气旋预热器，分别用于预热第一和第二部分原材料，
-预煅烧器，通过预煅烧器释放的烟导向第二气旋预热器，该预煅烧器具有在第一气旋预热器中预热材料的入口和在第二气旋预热器中预热材料的入口，
-具有燃料燃烧器的旋转炉，通过旋转炉释放的烟导向第一气旋预热器，所述旋转炉具有用于在预煅烧器中烘焙材料的入口，
-于旋转炉出口吹出冷却气体的熔块冷却器。
本发明装置包含用于给预煅烧器供应燃烧气体的设备，燃烧气体包含90体积%-100体积%氧，和其中预煅烧器是流化床，所述燃烧气体是流体化气体。
根据一个实施方案，该装置具有，于预煅烧器上游，用于混合预热材料与燃料的设备。
根据下面的描述以及本发明的实施方案举例说明的附图可以更加清楚地了解本发明。
首先，本发明涉及用于在装置中制造水泥熔块的方法，包含：
-分别用于预热第一部分原材料4和第二部分原材料6的第一气旋预加热器5以及第二气旋预加热器7，
-使用用于燃烧燃料的燃烧气体9的预煅烧器1，通过预煅烧器1释放的烟8导向第二气旋预加热器7，
-具有燃料燃烧器的旋转炉2，通过旋转炉释放的烟18导向第一气旋预加热器5，
-于旋转炉2出口吹出冷却气体的熔块冷却器3。
根据所述方法：
-第一原材料部分4在第一气旋预加热器5中预热，
-第二原材料部分6在第二气旋预加热器7中预热，
-在加热(firing)旋转炉中的预焙烧材料以前预焙烧在预煅烧器1中的第一预热部分原材料41以及第二预热部分原材料61，并冷却在熔块冷却器中加热(fired)原材料。
根据本发明，在预煅烧器1中的所述燃烧气体9具有的氧浓度在90%-100%之间。
有利地，所述预煅烧器1是流化床13，所述流体化气体是燃烧气体。流体化气体的速度可以小于2m/s。
在所述流化床中占优势的低气体速度(velocities)，低于根据现有技术加入(entrained)流体(flow)预煅烧器中的速度，实现预燃烧而不在预煅烧器中循环烟，一般在装置中遭遇所述循环，其中为了螯合CO2以浓缩CO2(即EP1.923.367）。材料在预煅烧器中的停留时间可以大于1分钟并小于20分钟。该停留时间明显地大于现有技术加入流体(entrainedflow)预煅烧器的材料的停留时间。该长的停留时间特别地实现使用具有粒径大于或等于1mm的燃料，与现有技术装置中加入流体(entrainedflow)煅烧器中使用的低得多的粒径的燃料相比，燃料具有较低成本。
用于预煅烧器1的燃料10可以与预热材料混合。更具体地，根据图1中实施例，在引入预热材料61至预煅烧器1中以前，所述燃料10与预热材料第二部分61混合。在引入流化床以前，所述燃料10因此与所述材料混合。
由此，均匀地实施燃烧，所述燃烧产生的热量如在所述材料脱碳酸反应中产生般消耗，使得所述温度保持在所述脱碳酸反应定义范围之内，即数值低于950°C。
引入第二预加热器7的材料第二部分6(粉尘)的量适应于烟的量，使得在所述第二预加热器7中获得合适的通风操作。作为非限制性实施例，原材料的第一部分4代表大约60至70%所述原材料，所述部分原材料6代表30至40%原材料。为了在第一气旋预加热器5中获得令人满意的通风操作，在熔块冷却器3中被加热材料加热的一部分空气可以导入第一气旋预加热器5中，特别地，经由管12导入。
来自烟11的二氧化碳于第二气旋预加热器7出口处被收集。所述二氧化碳浓度大大高于75体积%。
部分来自第二气旋预加热器7的烟11被用作用于固体燃料的风动输送的流体，和/或作为用于液体燃料的喷射流体或作为在第二预加热器7中的清洗流体。
本发明还涉及用于制造水泥熔块的装置，特别地适用于实施所述方法。
该装置包含：
-分别用于预热第一和第二部分原材料6的第一气旋预加热器5以及第二气旋预加热器7，
-预煅烧器1，通过预煅烧器1释放的烟8导向第二气旋预加热器7，该预煅烧器1具有在第一气旋预加热器5中预热的材料的入口20和在第二气旋预加热器7中预热的材料的入口30，
-具有燃料燃烧器的旋转炉2，通过旋转炉2释放的烟18导向第一气旋预加热器5，所述旋转炉2具有用于在预煅烧器1中烘焙的材料的入口20，
-于旋转炉2出口吹出冷却气体的熔块冷却器3。
根据本发明，所述装置包含用于供应燃烧气体至预煅烧器1的设备90，该燃烧气体包含90%-100体积%氧。
所述预煅烧器1是流化床13，所述燃烧气体9是流体化气体。该装置可以具有，预煅烧器1上游，用于混合预热材料与燃料的设备100。
根据图1实施例，管12可用来输送一部分通过熔块冷却器3中加热材料加热的空气，至第一气旋预加热器5，使得在第一预加热器5中保持足够的流(flow)。
现详细描述根据本发明意图的实施例。
用于制造上述的熔块的装置是中型的熔块生产装置，具有很多现有设备的容量，每天生产4000吨熔块，每小时270吨的原材料输出。
根据该实施例的一个优选实施方案，所述操作描述如下。
所述装置消耗3200kJ/kg熔块，其是正常消耗数值。燃料是油焦。
在炉中，消耗35.2%燃料，其与59,670Nm3/小时的在熔块冷却器中产生的"第二面积"空气于1180°C燃烧。
所述产生的烟导入供应有63.7%粉尘的五-气旋级预热器(第一预加热器5)，即172t/小时。来自冷却器的400℃热空气流量为76,830Nm3/小时也经由所述管12导入所述第一预加热器5。循环在所述第一预加热器5中的总气体能够使得提供材料与气体质量比率为0.8kg/kg成为可能，并获得合适的通风操作。于280°C释放来自所述预热器的烟。
所述材料在预煅烧器1中脱碳酸，其在流化床中操作，接收64.8%的燃料。通过98%纯氧实施燃烧，同时充当用于所述流化床的流体化气体。所述氧气流速是22,000Nm3/小时。
所述烟流率，通过燃料的燃烧和通过材料脱碳酸作用产生，即64,000Nm3/小时，被导入气旋预热器(第二气旋预加热器7)接收36.3%的粉尘，即98t/hr。材料与烟的质量比率是0.8kg/kg，确保合适的通风操作和最佳热交换。于300°C，烟留置于第二预加热器7。通过所述第二预加热器7释放的烟的组成是(按体积)：
-CO2：86.5%，
-N2：1.0%
-O2：2.9%
-H2O：9.6%
该烟包含每千克的熔块0.651kg的CO2，即75.1%在所述加热(firing)车间中产生的总量，即浓缩形式输出108,500kg/小时CO2。水缩合后CO2含量至多95.7%。
当然，本发明进一步实施方案可由本领域技术人员所预见，而未脱离下文权利要求所定义的本发明范围。

Claims (5)

1.在装置中制造水泥熔块的方法，包含：
-第一气旋预热器（5）以及第二气旋预热器（7），分别用于预热第一部分原材料（4）和第二部分原材料（6），
-使用用于燃烧燃料的燃烧气体（9）的预煅烧器（1），通过所述预煅烧器（1）释放的烟（8）导向所述第二气旋预热器（7），
-旋转炉(2)具有燃料燃烧器，通过所述旋转炉(2)释放的烟(18)导向所述第一气旋预热器(5)，
-熔块冷却器（3），吹出的冷却气体穿过所述旋转炉（2）出口的熔块，
其中：
-第一部分原材料（4）在第一气旋预热器（5）中预热，
-第二部分原材料（6）在第二气旋预热器（7）中预热，
-在旋转炉（2）中的预焙烧材料以前，用所述燃料和所述燃烧气体（9）预焙烧在预煅烧器（1）中的第一预热部分原材料（41）以及第二预热部分原材料（61），并冷却在所述熔块冷却器（3）中的加热材料，
其特征在于：
-在预煅烧器（1）中的燃烧气体（9）包含90体积%-100体积%氧，
-预煅烧器（1）是流化床（13），流体化气体是燃烧气体，流体化气体速度是小于2m/s，
-在所述预煅烧器（1）中燃烧的所述燃料的粒径部分或全部地大于或等于1mm，
-所述第一部分原材料（4）和第二部分原材料（6）被在所述预煅烧器(1)中预焙烧，没有在所述预煅烧器(1)中循环烟，所述材料在所述预煅烧器中的停留时间大于1分钟和小于20分钟，为了在来自第二气旋预热器（7）的烟中浓缩二氧化碳，二氧化碳浓度大于75体积%。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在引入所述第二预热部分原材料(61)至所述预煅烧器(1)中以前，将用于预煅烧器(1)的燃料(10)与所述第二预热部分原材料(61)混合。
3.根据权利要求1或2的方法，其中于第二气旋预热器(7)的出口收集来自烟(11)的二氧化碳。
4.根据权利要求1或2的方法，其中通过在所述熔块冷却器(3)中加热材料加热的一部分空气导入所述第一气旋预热器(5)。
5.根据权利要求1或2的方法，其中一部分来自第二气旋预热器（7）的烟（11）被用作用于固体燃料的风动输送的流体，和/或作为用于液体燃料的喷射流体或作为在第二预热器（7）中的清洗流体。
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