CN102686964B - 颗粒状固体材料的冷却方法以及这样的连续焙烧设施 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种源自连续焙烧设施的颗粒状固体材料的冷却方法，该设施具有燃料的至少一个可燃烧区域，以焙烧颗粒状材料，其中在所述设施中实现颗粒状材料的焙烧，之后以两个连续的步骤冷却焙烧的所述颗粒状材料的冷却，第一冷却步骤在设施的第一冷却器(2)中实施，而第二冷却步骤在设施的第二冷却器(3)中实施，在该方法中：提供冷空气源(31)以冷却颗粒状材料，所述冷空气源(31)通过吹风直接供应所述第二冷却器(3)，将冷却期间由焙烧的颗粒状材料加热的空气用作用于设施的所述至少一个燃烧区(41，42)的燃烧气体。根据本发明：将由所述第一冷却器(2)和所述第二燃烧器生成的全部气体供往所述焙烧设施的所述至少一个燃烧区，以用作燃烧气体，以这样一种方式调节吹往所述第二冷却器的冷空气的量，即，满足但不超出所述设施的燃烧空气的需求。本发明还涉及这样的设施(1)。

Description

颗粒状固体材料的冷却方法以及这样的连续焙烧设施
技术领域
本发明涉及产生于连续焙烧设施的颗粒状固体材料的冷却方法，以及这样的连续焙烧设施。
本发明对于水泥窑渣的制造具有特定应用但不限于此。
背景技术
在矿物材料的处理行业中，比方说例如水泥窑渣的制造中，材料焙烧的操作，尤其是灰化步骤，通常伴随着材料的冷却，以便使所述材料变得可操作。
通常，此冷却至少通过将冷空气吹在热的材料上而实施。
为了减少设施的能耗，人们寻求回收包含在热的材料中的热量。同样在材料的冷却过程期间，材料中包含的热量被传输给吹过的空气。这样产生的热空气最经常用作用于在焙烧设施中所采用的燃料的燃烧空气。
然而，冷却器的实际性能是使得材料的完全冷却需要总体超出焙烧设施的燃烧空气需求的数量的空气。例如，在生产水泥窑渣的情况下，对于每公斤所生产的材料，当所需要的燃烧空气小于每公斤生产的材料1Nm3时，需要吹大约1.8到2.2Nm3的空气。
超出的空气产生排放流，(或过剩流)其需要过滤设施并且其消耗通风能量。排放流和其一起带走一部分能量，由于所述流的低温，该部分能量难以再利用。不过已知现有技术的设施允许回收包含在此排放流中的一部分能量：文献FR-08/03.050是该技术的一个示例。
在经常用于冷却的技术中，有管状、圆柱状、旋转的冷却器，在其中材料通常与空气流相反而循环，以及格栅式冷却器，当吹送空气在格栅下通过时在冷却器上侧向地置有厚的材料床。
有时，尽管不是经常，冷却通过顺序采用的两种技术而实现。由现有技术同样已知一种在此申请中说明的方法，并且该方法将更充分地进行发展，从而允许通过顺序结合管状冷却器和格栅式冷却器而冷却材料。
材料首先在管状冷却器中冷却，然后在格栅式冷却器中冷却。为了增加管状冷却器处的冷却强度，将水喷在热材料上从而产生水蒸气。此蒸发的水不被用作燃烧气且被单独引导至过滤装置，包含在该蒸气中的热量被损失掉。
在一个这样的设施中，单独的冷空气源供应格栅式冷却器，吹入的冷空气的量相对于该设施所需的燃烧空气的量是过剩的。仅一部分在格栅式冷却器中加热的空气被用作燃烧空气，形成排放流的另一部分需要过滤以及适配的排气装置。
由文献DE 10 2006 026 234或WO 2007 141 307已知的现有技术为水泥窑渣的制造设施。根据文献DE 10 2006 026 234的图2中所示的一个实施例，转炉出口处的颗粒状材料在第一区段中冷却，然后冷却气体通过床式冷却器的第二区段。
第一区段可通过非氧化介质冷却。第二区段通过空气冷却。为了实现能量的节省，此设施具有非氧化介质的回收回路，其由颗粒状材料加热，通向冷却器的第一区段。为此，被加热的非氧化介质通过热交换而被冷却，被过滤以分离粉末，然后被至少部分地引导至冷却器的第一区段，以再次用作非氧化冷却介质。回收回路上的排放管允许将介质的另一部分在过滤后排放到环境中。
在冷却器的第二区段出口处的加热空气也被过滤(通过旋风分离器)以便分离粉末，然后由所述交换器加热并且被引导以便用作用于该设施的燃烧气体。
尽管此设施允许实现能量的节省，但其具有如前述现有技术的缺点，需要诸如旋风分离器的过滤装置以使由所述冷却器产生的加热的介质气体去除粉末。
发明内容
本发明的目的是通过提出一种用于冷却颗粒状固体材料的方法而克服前述缺点，颗粒状固体材料源自连续焙烧设施，该设施的能耗被优化，同时还减少了该设施所需的装备的数量，并且还降低了成本。
更具体地，本发明的目的是提出如下方法，其设施没有排放流且不需要过滤在设施的冷却器中加热的空气的一部分。
本发明的另一个目的是提出一种这样的设施。
本发明的其它目的和优点在以下描述过程中将变得明显，该描述仅用于指示目的且其不用于限制目的。
本发明涉及一种源自连续焙烧设施的颗粒状固体材料的冷却方法，该连续焙烧设施具有燃料的至少一个燃烧区以焙烧颗粒状材料，在其中实现在所述设施中颗粒状材料的焙烧，然后以两个连续的步骤冷却焙烧后的所述材料，第一冷却步骤在该设施的第一冷却器中实施，而第二冷却步骤在该设施的第二冷却器中实施，在该方法中：
-提供冷空气源以冷却颗粒状材料，所述冷空气源通过吹风直接供应所述第二冷却器，
-利用冷却期间由焙烧的颗粒状材料加热的空气作为用于该设施的所述至少一个燃烧区的燃烧气体，
根据按照本发明的方法：
-将所述第一冷却器和所述第二冷却器所产生的全部气体导向所述焙烧设施的该至少一个燃烧区，以用作燃烧气体，而不过滤所述气体，
-以这样一种方式调节吹到所述第二冷却器上的冷空气的量，即，使得其满足但不超过设施的燃烧空气需求。
引导第一冷却器和第二冷却器所产生的全部气体的事实以及以满足但不超过设施的燃烧空气需求的方式调节吹到第二冷却器上的冷空气的量的事实因而允许优化回收包含在热材料中的能量。此外，这些布置允许避免排放流的存在，并因而避免与此排放流相关的通风装置以及过滤装置的存在。
根据一个有利的实施例，通过加热舱来控制第二冷却器出口处的颗粒状材料的温度。
必要时，加热舱允许控制第一冷却器出口处材料的温度。
必要时，通过由所述加热舱的至少一部分构成的交换器降低离开第二冷却器的空气的温度，之后将由所述交换器冷却的空气作为冷却空气引入所述第一冷却器。离开第二冷却器的空气可整体用作对第一冷却器的冷却空气。
必要时，所述加热舱可包括所述交换器并且通过调节所述交换器的冷却流体流量来决定所述第一冷却器出口处的颗粒状材料的温度。
根据一个实施例，加热舱可至少部分地通过在所述第一冷却器中蒸发喷射的水而实施。
必要时，该加热舱可包括在所述第一交换器中喷射的水的所述蒸发，并且通过调节喷射的水的流量来决定所述第一冷却器出口处的颗粒状材料的温度。
必要时，除了喷射的水，到第一冷却器的冷却流体还由流出所述第二冷却器的空气的一部分构成。
根据一个实施例，喷射的水可构成在对所述第一冷却器的所述第一冷却步骤中使用的唯一冷却流体。在此情况下，将所述第一冷却器的蒸发的水与离开所述第二冷却器的加热的空气的至少一部分混合，之后将混合的潮湿空气用作所述设施中的燃烧空气。
所述第一冷却器可能是管状冷却器，其包括材料在其中循环的旋转圆柱体，而第二冷却器为格栅式冷却器，其中厚材料床侧向地置于格栅上，且吹过的空气在格栅下通过。
本发明还涉及一种连续焙烧设施，其包括燃料的至少一个燃烧区，以焙烧颗粒状固体材料，其中颗粒状固体材料以两个连续的步骤冷却，第一冷却步骤在该设施的第一冷却器中实施，而第二冷却步骤在该设施的第二冷却器中实施。所述设施具有直接供应所述第二冷却器以冷却这些材料的冷空气源。
根据本发明，所述设施具有：
-气体导管，其允许将所述第一冷却器和所述第二冷却器所产生的全部热气体导向所述设施的所述至少一个燃烧区，而不过滤所述气体，
-用于以这样一种方式调节吹到所述第二冷却器上的冷空气的量的装置，即，使得其满足但不超过所述设施的燃烧空气需求。
根据一个实施例，该设施具有能够允许控制甚至调节所述第一冷却器出口处的颗粒状材料的温度的加热舱。
加热舱可包括交换器，该交换器允许在将通过第一冷却器的交换器冷却的气体用作冷却空气之前冷却流出第二冷却器的气体。
加热舱可包括用于将水喷入所述第一冷却器的装置。
附图说明
通过阅读伴有附图的以下描述，本发明将更好地理解，附图中：
-图1图示了根据本发明的方法的第一实施例，其在按照第一实施例的根据本发明的设施中实施，
-图2图示了根据本发明的方法的第二实施例，其在按照第二实施例的根据本发明的设施中实施，
-图3图示了按照第三实施例的根据本发明的方法，其在按照第三实施例的根据本发明的设施中实施，
-图4图示了根据现有技术的设施，其中冷却在第一管状冷却器和第二格栅式冷却器中连续实施。
具体实施方式
首先描述图4的示例，其描述了现有技术的设施。
此设施包括具有旋风分离器的预热器20′，其配备燃烧器42′，随后是配备燃烧器41′的转炉10′，用于制造水泥窑渣。颗粒状材料51′被供应至预热器20′。在预热器20′中，这些材料执行一部分脱二氧化碳。材料的脱二氧化碳在转炉10′中继续。热的材料52′从炉子排出并在管状的第一冷却器2′中冷却。离开第一冷却器2′的热的材料53′在第二冷却器3′中冷却。
在第二冷却器2′中，材料通过经由前述的装置7喷射水70来冷却。蒸发的水以引向过滤单元81′的流71′离开第一冷却器。此蒸汽不被重新引向该设施的燃烧区。
第二冷却器3′由冷空气源31相对于设施的燃烧器42′和41′的燃烧空气需求而言过量地供应。由颗粒状材料加热的空气的仅一部分32′被引向设施的燃烧区。第一部分33′被引向转炉10′，气体的第二部分34′被引向预热器20′。过量的空气以排气流80′排出第二冷却器3′，这需要实现通风装置和过滤装置(未图示)。
本发明涉及由连续焙烧设施产生的颗粒状固体材料的冷却方法。此设施具有燃料的至少一个燃烧区41，42，用于颗粒状材料的焙烧，如图1到3所示。
根据该方法，在所述设施中实现颗粒状材料的焙烧，随后以两个连续的步骤实现焙烧过的所述颗粒状材料的所述冷却。冷却的第一步骤在设施的尤其为管型的第一冷却器2中实施，而冷却的第二步骤在设施的尤其为格栅型的第二冷却器3中实施。
根据该方法：
-提供冷空气源31以冷却颗粒状材料，所述冷空气源31通过吹风直接供应所述第二冷却器3，
-利用冷却期间由焙烧的颗粒状材料加热的空气作为用于该设施1的所述至少一个燃烧区41，42的燃烧气体，
根据本发明：
-将由所述第一冷却器2和所述第二冷却器3所产生的全部气体133，134；222，234；334，335导向所述焙烧设施的所述至少一个燃烧区41，42，以用作燃烧气体，
-以这样一种方式调节吹到所述第二冷却器上的冷空气的量，即，使得其满足但不超过所述设施的燃烧空气需求。
有利的是，该方法还通过加热舱6；70提供对第二冷却器3出口处的颗粒状材料的温度的控制。必要时，且尤其如附图的示例所示，加热舱6；70可以这样的方式布置，即，还允许控制第一交换器2出口处的颗粒状材料的温度。
现在将描述图1、2和3的三个示例。
图1描绘了一个实施例，其中加热舱包含交换器6，其加热离开格栅型的第二冷却器3的空气132，之后通过所述交换器6将冷却的空气121导入所述第一冷却器2，其为管状冷却器。
图2描绘了一个实施例，其中加热舱包含在第一冷却器2中喷射的水蒸气70，由第二冷却器产生的热空气与喷射的水一起被用作第一冷却器中的冷却流体。
图3描绘了一个实施例，其中加热舱包含在第一冷却器中喷射的水蒸气，由第二冷却器3产生的热空气不通过第一冷却器2。
在这三种情况下，离开冷却器(第一冷却器和第二冷却器)的全部气体流在该设施中被用作用于焙烧甚至颗粒状材料的灰化的燃烧气体。
因而，图1呈现了一种焙烧设施1，其处理材料51并产生热的颗粒状材料52。其尤其是一种用于生产水泥窑渣的设施，包括具有旋风分离器的预热器20和转炉10。
热的颗粒状材料以两个步骤冷却，首先在为管状冷却器的第一冷却器2中，具有中间温度的离开第一冷却器2的材料53用于供应格栅式第二冷却器3，离开第二冷却器3的材料54具有适于其操作的最终温度。
该设施可包括多个燃烧区，例如转炉10处的燃烧器41和具有旋风分离器的预热器20的预焙烧器(未图示)处的燃烧器42。
第二冷却器3接收冷空气31并产生热空气132，其由交换器6处理，在交换器6中将其一部分热量传递给流体回路61。必要时，此交换器6可构成蒸气发生装置的一部分，与用于能量回收的涡轮机相关。热空气流132的温度可以相当高，并且尤其超过500℃。传递给流体回路61的能量可达到高的产量。
(由交换器6)冷却的热空气121被用于在第一冷却器2中冷却窑渣，第一冷却器2产生热空气122。由交换器6实现的空气132的温度的降低允许改善第一冷却器2中材料的冷却效率。
因而允许实现材料的完全冷却而不增加吹送空气31的量，该量以这样的方式调节，即，满足而不超过设施的燃烧空气需求，且尤其是燃烧区41，42的燃烧空气需求。热空气122被分成两股流133，134，这些流的一股133给燃烧区41供应燃烧空气，而另一股流134给燃烧区42供应燃烧空气。
图2呈现了一种焙烧设施1，其处理材料51并产生热的颗粒状材料52。其尤其为包括具有旋风分离器的预热器20和转炉10的设施，如在水泥窑渣的制造设施中见到的那样。
热的材料52以两个步骤冷却，首先在第一冷却器2中，离开第一冷却器2的材料53供应第二冷却器3。第一冷却器2可为管式，第二冷却器3为格栅式。
焙烧设施1可包括燃料的多个燃烧区41，42，尤其是在转炉10处的燃烧区41，以及在预加热器20的预焙烧器(未示出)处的燃烧区42。第二冷却器3接收冷空气31并产生热空气232，其分成两股流，一股234直接给预加热器20处设施的燃烧区42供应燃烧空气，而另一股211被引导通过第一冷却器2。
根据此示例，水70被喷射在第一冷却器2中，由水的蒸发所消耗的热量允许增大第一冷却器2的效率。因而允许达成对材料的完全冷却而不增加吹在第二冷却器3上的空气31的量，该空气31的量被调节以满足而不超出设施的燃烧空气需求。热的潮湿空气222与流211混合且水蒸气被用作尤其是转炉10处设施的燃烧区41处的燃烧气体。
应注意的是图2的此示例可通过向炉的燃烧区41引导流234且向具有旋风分离器的预热器20的燃烧区42引导流222而改变。
图3呈现了一种焙烧设施1，其处理材料51并产生热的颗粒状材料52。其尤其可为包括具有旋风分离器的预热器20和转炉10的设施。
热的颗粒状材料52以两个步骤冷却，首先在为管状冷却器的第一冷却器2中，具有中间温度离开的材料53用于供应格栅式第二冷却器3，离开第二冷却器3的材料54具有适于其操作的温度。
该设施包括燃料的多个燃烧区41，42，且尤其是具有旋风分离器的预热器20的预焙烧器处的一个燃烧区42和转炉10处的另一个燃烧区41。格栅式的第二冷却器3接纳冷空气31并产生热空气332，热空气332被分成多股流333，334。
其中一股流334给预热器20处的设施的燃烧区42直接供应燃烧空气，而另一股流333被分开引导。
根据此示例，水70由装置7在第一冷却器2中喷射，而由水的蒸发消耗的热允许实现所述第一冷却器2中材料的冷却。在第一冷却器2中，此喷射的水70形成单一的冷却流体并产生水蒸气。源自第一冷却器2具有高温的水蒸气71与空气流333混合，潮湿的混合空气335被用作尤其是燃烧区41处的燃烧气体。
应注意的是图3的此示例可通过向转炉10的燃烧区41引导流334且向预热器的燃烧区42引导潮湿的空气流335而改变。
应注意的是图2的实施例可通过提供根据图1的实施例的交换器6以在图2的示例的空气流211被引入第一冷却器2之前对其进行冷却而改变。
当然，也可设想其它的实施例而不脱离由所附权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (17)

1. 一种源自连续焙烧设施(1)的颗粒状材料的冷却方法，所述连续焙烧设施(1)具有燃料的至少一个燃烧区(41,42)以焙烧所述颗粒状材料，在其中实现在所述设施中颗粒状材料的焙烧，然后以两个连续的步骤冷却焙烧后的所述材料，第一冷却步骤在所述设施的第一冷却器(2)中实施，而第二冷却步骤在所述设施的第二冷却器(3)中实施，在该方法中：
-提供冷空气源(31)以冷却颗粒状材料，所述冷空气源(31)通过吹风直接供应所述第二冷却器(3)，
- 利用冷却期间由焙烧的颗粒状材料加热的空气作为用于所述设施(1)的所述至少一个燃烧区(41 , 42)的燃烧气体，
其特征在于：
- 将由所述第一冷却器(2)和所述第二冷却器(3)所产生的全部气体(133, 134 ; 222, 234; 334, 335)导向所述焙烧设施的所述至少一个燃烧区(41 , 42)以用作燃烧气体而没有所述气体的过滤，
- 以这样一种方式调节吹到所述第二冷却器(3)上的冷空气(31)的量，即，使得其满足但不超过所述设施(1)的燃烧空气需求；
且其中，
－ 通过交换器(6)控制所述第二冷却器(3)出口处的颗粒状材料(54)的温度并控制所述第一燃烧器(2)的出口处的材料(53)的温度，且在通过所述交换器(6)将冷却空气(121)引入所述第一冷却器(2)中作为冷却空气之前通过所述交换器(6)降低所述第二冷却器(3)的离开空气(132)的温度，或者备选地，
－ 通过在所述第一冷却器(2)中喷射水以及在所述第一冷却器(2)中喷射的水(70)的蒸发来控制所述第二冷却器(3)出口处的颗粒状材料(54)的温度。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一冷却器为管状冷却器，所述第二冷却器为格栅式冷却器。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过所述交换器(6)控制所述第二冷却器(3)出口处的颗粒状材料(54)的温度并控制所述第一燃烧器(2)的出口处的材料(53)的温度，且在通过所述交换器(6)将冷却空气(121)引入所述第一冷却器(2)中作为冷却空气之前通过所述交换器(6)降低所述第二冷却器(3)的离开空气(132)的温度。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二冷却器(3)的离开空气(132)被全部用作所述第一冷却器(2)的冷却空气。
5. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述交换器(6)将其热量的一部分传递给流体回路(61)，所述交换器(6)为蒸气发生装置的一部分，与用于回收能量的涡轮相联。
6. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过在所述第一冷却器(2)中水的所述喷射以及在所述第一冷却器(2)中喷射的水(70)的蒸发来控制所述第二冷却器(3)出口处的颗粒状材料(54)的温度。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过调节所述喷射的水(70)的流量来决定所述第一冷却器(2)出口处的颗粒状材料的温度。
8. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，除了喷射的水(70)，第一冷却器(2)的冷却流体还包括离开所述第二冷却器(3)的空气的一部分(211)。
9. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，除了喷射的水(70)，第一冷却器(2)的冷却流体还包括离开所述第二冷却器(3)的空气的一部分(211)。
10. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述喷射的水(70)构成在所述第一冷却器(2)的第一冷却步骤中使用的唯一的冷却流体。
11. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述喷射的水(70)构成在所述第一冷却器(2)的第一冷却步骤中使用的唯一的冷却流体。
12. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，将所述第一冷却器(2)的蒸发的水(71)与离开所述第二冷却器(3)的加热的空气的至少一部分(333)混合，之后将混合的潮湿空气(335)用作所述设施(1)中的燃烧空气。
13. 一种连续焙烧或灰化设施(1)，包括燃料的至少一个燃烧区(41,42)，以焙烧颗粒状材料，其中所述颗粒状材料以两个连续的步骤冷却，第一冷却步骤在设施的第一冷却器(2)中实施，而第二冷却步骤在设施的第二冷却器(3)中实施，所述设施(1)具有用于直接供应所述第二冷却器(3)以冷却材料的冷空气源(31)，其特征在于，所述设施包括：
- 气体导管，其允许将所述第一冷却器(2)和所述第二冷却器(3)所产生的全部热气体(133, 134 ; 222, 234 ; 334, 335)导向所述设施(1)的所述至少一个燃烧区(41，42)，而不过滤所述气体，
- 用于以这样一种方式调节吹到所述第二冷却器(3)上的冷空气的量的装置，即，使得其满足但不超过所述设施的燃烧空气需求;
并且其中所述设施包括：
－ 交换器(6)，其能够允许控制以及甚至调节所述第二冷却器(3)的出口处颗粒状材料的温度，所述交换器(6)使得可以在将由所述交换器冷却的气体(121)用于所述第一冷却器(2)作为冷却空气之前冷却从所述第二冷却器(3)离开的气体(132)，和/或
－ 用于将水喷进所述第一冷却器(2)的装置(7)，其能够允许控制甚至调节所述第二冷却器(3)的出口处颗粒状材料的温度。
14. 根据权利要求13所述的设施，其特征在于，所述第一冷却器为管状冷却器，所述第二冷却器为格栅式冷却器，由所述冷空气源(31)供应。
15. 根据权利要求13所述的设施，其特征在于，所述设施具有能够允许控制甚至调节所述第二冷却器(3)的出口处的颗粒状材料的温度的所述交换器(6)，所述交换器(6)允许在将由交换器(6)冷却的气体(121)给所述第一冷却器(2)用作冷却空气之前冷却离开所述第二冷却器(3)的气体(132)。
16. 根据权利要求13或14所述的设施，其特征在于，所述设施具有用于在所述第一冷却器(2)中喷射水的所述装置(7)，能够允许控制甚至调节所述第二冷却器(3)的出口处的颗粒状材料的温度。
17. 根据权利要求15所述的设施，其特征在于，用于将水喷射到所述第一冷却器(2)中的所述装置(7)能够允许控制，以及甚至调节所述第二冷却器(3)的出口处所述颗粒状材料的温度。
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