CN102730997B - 生产水泥熟料的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在按照本发明于预热器内预热水泥生料，然后焙烧和烧结所述预热过的水泥生料来生产水泥熟料的过程中，在焙烧和烧结过程中产生的废气(5)用于预热并随后在SCR催化转化器内被净化。在水泥熟料的生产过程中使用的替代燃料含有含碳臭味物质和/或含氨化合物并预先经过干燥，其中，在干燥操作过程中产生的干燥废气和/或废蒸气冷凝物至少部分被用于所述SCR催化转化器上游的废气骤冷，以及在所述SCR催化转化器上转化所述干燥废气和/或废蒸气冷凝物中的所述含碳臭味物质和/或含氨化合物。

Description

生产水泥熟料的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种通过在热加工装置中预热和焙烧水泥生料来生产水泥熟料的方法和设备，熟料生产过程中产生的废气被用于预热。
背景技术
目前，水泥熟料的烧制几乎毫无例外都是在圆筒形回转窑设备内在约1450℃的温度下进行。烧制所需的能量一般是在主燃烧器内通过燃烧传统的燃料(如煤)来提供的。因成本的原因，传统燃料实际上正逐渐被替代燃料取代。然而，替代燃料的使用导致火焰形状以及窑内的温度分布发生变化，从而增加能源需求，导致相应较高的排气温度。
在通常被建造为逆流气旋热交换器的热交换器内用窑废气加热和煅烧水泥生料，然后再将水泥生料引入窑内。在热交换器塔内，一般在窑入口的上游设有焙烧炉。除了主燃烧器，将燃料供给焙烧炉或供到窑入口处，由此达到高焙烧率，减少了窑内的体积流量并提高了熟料生产量。也可以将生物废物等，例如污泥，用作焙烧炉内的燃料。
公共废水净化操作的污泥在机械脱水后其水分含量按重量计算通常约为70％。然而，引进高湿度和热值相应较低的淤泥(sludge)对焙烧不会有太大作用。相反，可以考虑将引进高湿度的污泥的做法作为污泥处置。在高温下的焙烧炉内，有臭味的物质(如碳和氨类化合物)会发生分解。然而，所述污泥引进会导致废气体积流量增加，因而需要更大尺寸的预热器，或是限制现有设备的生产量。
因此，有利的做法是在添加污泥前先干燥污泥。干燥(蒸气或空气)过程中产生的废气掺有含碳和氨的有臭味的物质，该废气或废蒸气冷凝物(废蒸气冷凝后形成的)的制备能够使用洗涤器和/或生物过滤器来进行。然而，设备的复杂性因而显著增加。因此，WO-2010-124702建议将产生的废气导入熟料冷却器，但是必须考虑这会减少冷却器的输出。US-2005-0274067介绍了将其供应给水泥生产过程，但这种供应给焙烧炉或回转窑的做法会降低熟料生产量。
在EP1930303A1中，原料沼气作为水泥生产的燃料，原料沼气含有大量的氨，其作为氮氧化物的还原剂。
发明内容
因此，本发明的一个目的是使用高水分含量的二次燃料来改善生产水泥熟料的方法和设备，而不要求以复杂的方式净化来自干燥器的多余的废气，而且不限制熟料的生产。
这个目的是通过权利要求1和8的特征达到的。
在本发明的方法中，通过以下方式来生产水泥熟料：在预热器内预热水泥生料并对预热后的水泥生料进行焙烧和烧结，在焙烧和烧结过程中产生的废气用来进行预热，然后在SCR催化转化器中对该废气进行清洁化。在焙烧过程中，使用预先已干燥的含有含碳臭味物质和/或含氨化合物的替代燃料，其中，干燥操作过程中产生的干燥废气和/或废蒸气冷凝物被至少部分用于SCR催化转化器上游的废气骤冷，并在SCR催化转化器上转化干燥废气和/或废蒸气冷凝物中的含碳臭味物质和/或含氨化合物。
用于按照上述方法生产水泥熟料的本发明的设备大体包括：
-替代燃料干燥器，用于干燥含有含碳臭味物质和/或含氨化合物的替代燃料，该干燥器具有用于干燥的替代燃料的第一出口和用于干燥废气的第二出口，所述干燥废气是在干燥操作和/或废蒸气冷凝过程中产生的，
-热加工装置，用于预热和焙烧水泥生料，该热加工装置与替代燃料干燥器的第一出口连接，以便供应干燥的替代燃料和在水泥熟料生产过程中产生的用于预热的废气，以及
-SCR催化转化器，用于净化预热器中使用的废气，为了废气骤冷(exhaust gas quenching)的目的，将替代燃料干燥器的第二出口连接至连接区域，该连接区域引导废气输送到SCR催化转化器。
在10％O2的条件下，烧制水泥熟料所采用的高温会产生约1200mg/Nm3的高浓度的氮氧化物。通过加入含NH3还原剂来进行NOx的还原。17.BImSchV(联邦排放保护法)规定生产水泥熟料的设备燃烧废物时NOx的排放，在10％氧气条件下的NOx阈值为500至200mg/Nm3，具体取决于燃烧热量输出中替代燃料的比例。此范围的较低区域内的阈值一般不能由使用SNCR的传统脱氮方式来达到。
因此必须使用SCR(催化脱氮)。在这种情况下，SCR催化转化器优选是直接集成在废气管路的中预热器的下游，因为与生产相关的原因，在该位置具有对催化脱氮有利的温度范围。
所述废气还用来在预热器下游干燥原料。但是，之后的温度过低，无法用于进行催化脱氮。由于废气中掺有二氧化硫，硫酸铵将进一步沉积在SCR催化转化器中，这将导致活性的催化转化器中心失活。因此需要一个复杂的传热系统和额外的能源供应。
SCR催化转化器通常被构造为具有约10毫米的非常小开口的蜂窝型或板型催化转化器。预热器下游会出现很高的含尘量，约为70g/Nm3，因此会导致通道堵塞。在相对较高的废气温度下，特别是高于400℃时，(这样的高废气温度经常是由于预热器下游二次燃料高燃烧速率造成的)，与例如350℃的较低温度(使用常规燃料时产生的温度)时的粉尘特性相比，在较高废气温度下会产生较高的粉尘耐久性。由此减少了流动能力并增加了堵塞的危险性。
由于使用干燥操作和/或废蒸气冷凝过程中产生的干燥废气用于SCR催化转化器上游的废气骤冷，因此可以降低SCR催化转化器中的堵塞危险性。此外，供应干燥废气和/或废蒸气冷凝物具有以下好处：在SCR催化转化器中用氧气氧化所含的碳臭味物质，用所含的氨来还原氮氧化物，由此可以减少供给NOx还原反应的氨水的量。
从属权利要求涉及本发明的其它配置。
可以使用的替代燃料包括：在社区或工业废水处理过程中产生的经机械或热处理后的淤泥，其它的工业淤泥或生物废物。在作为燃料供应到热加工装置特别是供应到焙烧炉或窑之前，在替代燃料干燥器内降低二次燃料的水分含量至优选为低于15％，所述干燥器被构造成例如对流和/或接触式干燥器。
来自替代燃料干燥器的废气或废蒸气冷凝物供给SCR催化转化器的上游，以使SCR催化转化器上游的预热器废气的温度降低至280至400℃之间，优选是在330至370℃之间，从而降低SCR催化转化器被堵塞的风险。优选在预热器的最上部的气旋阶段中用来自替代燃料干燥器的废蒸气冷凝物进行所述骤冷，所述预热器具有多个叠置的气旋阶段，因为此种做法可以实现最高的冷却输出。
在SCR催化转化器上，除了用供应作为还原溶液的NH3使NOx转化为N2外，还同时进行烃类的转化(氧化)。由于废气或废蒸气的除去与废气的骤冷的组合，因此不必另外对干燥器产生的废气流进行另外的复杂的净化，而且可以减少用于废气骤冷的新鲜水和/或冷却气体的需要。
优选通过传热器间接地减少污泥干燥所需的能量。为此，干燥替代燃料所需的能量可以从水泥工艺分离出来。该分离出的部分优选是在使用后再次回到各自的废气管路。在这种情况下，干燥所需的热量可以完全或部分地取自例如SCR催化转化器的下游、预热器、窑进口区域或冷却工艺。还可以考虑采用各种能源的混合进行干燥。
附图说明
本发明的其它优点和实施方案将在下面参照描述和附图作更详细的解释。
图1是按照本发明的用于生产水泥熟料的设备的示意图。
具体实施方式
该设备具有热加工装置，其在图中所示的实施方案中，热加工装置包括：预热器1，窑2和冷却器3。预热器1被构造成悬挂式热交换器，具有多个叠置的气旋阶段1a至1d，水泥生料4采取与废气5逆流的方式进行预热，所述废气5是在熟料生产和焙烧过程中产生的。任选的用于对预热后的水泥生料进行培烧的焙烧器2a被进一步布置在预热器1和窑2之间。
水泥生料在窑2中烧制形成水泥熟料，随后在冷却器3内冷却。
离开预热器1的废气5’随后在SCR催化转化器6内被净化，净化的废气5”用于干燥研磨设备(图中未显示)或直接供给工艺过滤器。在预热器1和SCR催化转化器6之间，可以任选地使用用于初步除尘的电过滤器16。
为了提供焙烧所需的至少一部分燃料，还可设置替代燃料干燥器7，藉由此干燥器7来干燥替代燃料8，例如在社区或工业废水处理中产生的经机械或热处理后的淤泥、其它的工业淤泥或生物废物淤泥。优选将替代燃料干燥至水分含量低于15％。替代燃料干燥器7具有用于待干燥的替代燃料8的第一入口7a，用于供应干燥气体9的第二入口7b，用于干燥后的燃料8’的第一出口7c，以及用于干燥废气9’的第二出口7d，所述干燥废气9’是在干燥操作过程中产生的。替代燃料干燥器7例如是由接触式干燥器形成的，其中，通过湿的产品和加热墙之间的接触来供热，所述干燥器7也可以是对流干燥器，其中所需的热能是由气流供应的。
在图示的实施方案中，部分干燥废气9在重复返回到替代燃料干燥器7之前在热交换器10内再循环并受到间接加热。为此所需的能量优选是从水泥工艺中分离出来，特别是可以使用清洁后的废气5”、来自预热器1的废气5′、来自窑入口区域的废气5或来自冷却器3的废气。还可以考虑使用各种能源的混合进行干燥。有利的是，分离的部分在热交换器10内使用后再次返回到各自的废气管路。
将干燥废气9′的其它部分引入到通向SCR催化转化器的连接区域，用于废气骤冷的目的。在这种情况下，预热器1的最上部的气旋阶段1d尤为适宜。如果干燥器的废气9′为废蒸气的形式，首先供给冷凝器11，将在此情况下产生的废蒸气冷凝物12引入到通向SCR催化转化器的连接区域，用于废气骤冷的目的。然而也可以想象到，干燥废气或废蒸气冷凝物12可被引入到连接预热器1和SCR催化转化器6的废气管路中。视需要而定，除了抽出干燥器的废气9′或废蒸气冷凝物12外，可能还需要在SCR催化转化器6的上游另外供给新鲜水或冷却气体13，用于进行废气骤冷。
还可以在此区域供给含氨还原剂14以还原氮氧化物。可以通过干燥器气体9’或废蒸气冷凝物12中的含氨化合物来部分地减少所述含氨还原剂。
用燃料15来操作窑，该燃料可以被干燥的燃料8’全部或部分取代。在替代燃料干燥器7内干燥过的燃料8’还可以供给预热器1、窑2和/或焙烧器2a的入口区。

Claims (11)

1.通过在预热器内预热水泥生料(4)以及对所述预热过的水泥生料(4)进行焙烧和烧结来生产水泥熟料的方法，在所述焙烧和烧结过程中产生的废气(5)用于预热并随后在SCR催化转化器(6)内被净化，在所述焙烧和烧结过程中使用替代燃料(8)，所述替代燃料(8)含有含碳臭味物质和/或含氨化合物并预先经过干燥，在干燥操作过程中产生的干燥废气(9’)和/或废蒸气冷凝物(12)至少部分地被用于所述SCR催化转化器(6)上游的废气骤冷，并且在所述SCR催化转化器(6)上转化所述干燥废气和/或废蒸气冷凝物(12)中的含碳臭味物质和/或含氨化合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述替代燃料(8)被干燥至水分含量低于15％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SCR催化转化器(6)对氮氧化物进行还原，并对烃类进行氧化。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SCR催化转化器(6)上游的废气的温度通过所述废气骤冷降低至280℃至400℃之间。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SCR催化转化器(6)上游的废气的温度通过所述废气骤冷降低至330℃至370℃之间。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，除了抽出的干燥废气(9’)外，还额外供给新鲜水或冷却气体(13)用于废气骤冷。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从水泥工艺中分离出干燥所述替代燃料(8)所需的能量。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，间接传递用于干燥所述替代燃料(8)所需的能量。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法生产水泥熟料的设备，其包括：
替代燃料干燥器(7)，用于干燥含有含碳臭味物质和/或含氨化合物的替代燃料(8)，所述替代燃料干燥器具有用于干燥的替代燃料(8’)的第一出口(7c)和用于干燥废气(9’)的第二出口(7d)，所述干燥废气(9’)是在干燥操作过程中产生的；
热加工装置，用于预热和焙烧水泥生料，所述热加工装置与所述替代燃料干燥器(7)的第一出口(7c)连接，以便供给干燥后的替代燃料(8’)，在焙烧过程中产生的废气(5)用于预热；以及
SCR催化转化器(6)，用于净化离开预热器(1)的废气(5’)，所述替代燃料干燥器(7)的第二出口(7d)连接连接区域，用于废气骤冷的目的，所述连接区域将用于预热器(1)的所述废气(5’)引导到所述SCR催化转化器(6)。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述替代燃料干燥器(7)包括用于传热的对流或接触式干燥器。
11.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述预热器(1)具有多个叠置的气旋阶段，所述替代燃料干燥器的第二出口(7d)连接到最上部的气旋阶段(1d)。
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