CN1073054C - 水泥熟料的烧成方法和烧成装置 - Google Patents

水泥熟料的烧成方法和烧成装置 Download PDF

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Abstract

水泥熟料的烧成方法，将预热的水泥原料粉在流化床造粒·烧成炉中造粒·烧成，然后将经过造粒·烧成的熟料送入冷却器中，在该方法中使用流化床造粒·烧成炉一个炉子，以低的热损失高效率地烧成高品质的水泥熟料，将熟料从流化床造粒·烧成炉(14)中通过设在该炉的气体分散板(22)或气体分散板(22)的半径方向延长线上的熟料落下口(26)排出，同时，用闸门(34)调节落下口(26)的开口面积，使流化床(18)的压差保持一定，向与落下口(26)相连的排出溜槽(28)中吹入使熟料分级·冷却的空气，调节吹入空气量，使由落下口(26)吹出的空气流速与通过气体分散板(22)的喷口流入的空气流速不同，使熟料经位于分级·冷却空气吹入位置下方的气密性排出机构(30)导入冷却器(16)中。

Description

水泥熟料的烧成方法和烧成装置
技术领域
本发明是关于使用流化床造粒·烧成炉一个炉子烧成水泥熟料的方法以及实施该方法的烧成装置。
背景技术
水泥熟料一般是按以下所述进行制造，即将石灰石和硅沙等配合、粉碎，制成原料粉，将原料粉预热，将经过预热和部分烧成的原料粉造粒，所得粒料进行烧成，然后冷却，制成水泥熟料。近年来，在制造水泥熟料时往往使用配备有喷流层造粒炉(或流化床造粒炉)和流化床烧成炉两个炉子的烧成装置(例如，参见特开平2-229745)。另外，特开平2-229745中公布的水泥熟料制造装置还配备有一次冷却器和二次冷却器。
此外，近来，在一个流化床炉中完成造粒和烧成的水泥熟料煅烧装置也已见诸报导，例如参见特开昭58-115047。
在特开平2-229745公布的水泥熟料烧成装置中，是于喷流层造粒炉造粒，在流化床烧成炉烧成，用一次流化床冷却装置快速冷却，然后用二次流化床冷却装置冷却并进行热回收。由于使用了喷流层造粒炉和流化床烧成炉两个炉子，可以实现高温烧成，得到极高品质的水泥熟料。但是该装置有一个缺点，即装置数量多，设备运转费用大。因此，人们希望研制出设备紧凑、热量消耗和电力消耗大幅度降低的烧成装置。
另外，特开昭58-115047公布的水泥熟料烧成装置中，将冷却器排气导入到排出溜槽(discharge chute)中，使得烧成炉的排出溜槽内形成多个风速不同的分级区。但是，各导管的通风量取决于压差，随着粒料向下落入排出溜槽的状况而改变，很难控制在规定的风速。另外，一但落入溜槽中，在溜槽内的分散较差，使小粒子返回流化床中的分级效果很不好。
由于上述原因，熟料的粒度分布很宽，故质量低下(小粒子烧成不充分)。此外，流化床内的粒度分布也增大，故颗粒彼此粘附十分严重，容易产生所谓的团聚等不希望发生的现象，如果不充分提高烧成温度，就不能获得高品质的水泥熟料。
发明的说明
本发明是为了解决上述问题而进行的，本发明的目的是，提供可以用炉结构极其简单的设备、以低的设备运行费用烧成得到高品质的水泥熟料的方法和装置。
为了达到上述目的，本发明的水泥熟料烧成方法是，将经过预热的水泥原料粉在流化床造粒·烧成炉中进行造粒、烧成，然后将造粒、烧成的熟料导入冷却器，该方法的特征是，使熟料从流化床造粒·烧成炉中、通过设置在该炉的气体分散板(多孔板)上面或气体分散板上面的半径方向的延长线上的落下口排出，向与该落下口连接的排出溜槽中吹入空气，使熟料分级·冷却，同时调节吹入空气量，特别是分级·冷却用的吹入空气量，使得由落下口吹出的空气流速与通过上述气体分散板的喷口(开孔)流入的空气流速不同，经过位于分级·冷却空气吹入位置下方的气密性排出机构将熟料导入冷却器中。通常，由落下口吹出的空气流速，控制成比通过分散板的开孔流入流化床内的空气流速要小。
在上述方法中，流化床造粒·烧成炉也可以在气体分散板上以同心圆状设置上端突起成山形的山形部件，形成环状流化床。另外，最好是可以调整落下口的开口面积，使流化床压差大致保持在一定范围内。
另外，可分别吹入分级空气和冷却空气以代替吹入分级·冷却空气。
再有，最好是对排出溜槽内的熟料的温度进行检测，依据该温度调节冷却空气量，从而控制熟料的冷却温度。
本发明的水泥熟料烧成装置，是将预热的水泥原料粉在流化床造粒·烧成炉中造粒·烧成，使经过造粒·烧成的熟料在冷却器中冷却的水泥熟料烧成装置，其特征是，在流化床造粒·烧成炉的气体分散板上面或气体分散板上面的半径方向延长线上设置熟料落下口，该熟料落下口通过排出溜槽和气密性排出机构与冷却器相连接，在排出溜槽上连接有用于使熟料分级并进行冷却的分级·冷却空气吹入管。
在该装置中，流化床造粒·烧成炉也可以在气体分散板上以同心圆状设置上端突起成山形的山形部件，形成环状流化床。最好是在熟料落下口附近，设置可以调节该落下口开口面积的闸门。
也可以分别设置分级空气吹入管和冷却空气吹入管代替上述分级·冷却空气吹入管。
优选的结构是，使气体分散板倾斜，在向下倾斜端的半径方向延长线上设置熟料落下口，在熟料落下口与气体分散板中间形成具有多个喷口(开孔)的排出槽部，在该落下口正上方和排出槽部上进行熟料的分级。
在这种情况下，最好是排出槽部的喷口(开孔)直径与气体分散板的喷口(开孔)直径不同。有时，在熟料落下口与空气吹入管之间的排出溜槽上设置用于二次分级的节流阀，或者在熟料落下口附近设置大块排出口。
冷却器的一个优选例子的结构是，在冷却器本体内形成移动层，利用吹入该本体内的冷却空气而产生移动，选择冷却器本体上部的横断面积，使该移动层的上方形成部分流化床。例如，在冷却器本体上部设置颈缩部位，使该部分的空气流速增大，形成部分流化床，消除粒子的偏析。
经过预热的水泥原料粉，被送入流化床造粒·烧成炉的流化床中进行造粒·烧成。造粒·烧成后的熟料，在气体分散板上面侧方的排出槽部位和落下口的上方被吹入排出溜槽内的空气分级，小粒子基本上不会落入排出溜槽内。即，排出溜槽内的粒子不会与流化床中的粒子混合。落入排出溜槽内的粒子，由于冷却空气的作用而有效地被冷却。缩口管的温度降低，因而分散板下面不会产生结皮。
另外，流化床造粒·烧成炉内的粒度分布窄，可以防止团聚，同时还可以提高烧成温度。
附图的简要说明
图1是表示本发明的水泥熟料烧成装置的一个实施例和悬浮预热器的整体系统图。
图2是沿图1中Ⅱ-Ⅱ线的剖面放大图，其中略去了流化床。
图3是表示与图2的实施例相应的变更例的剖面放大图。
图4是沿图1中Ⅳ-Ⅳ线的剖面放大图，其中略去了流化床。
图5是表示本发明装置的另一实施例的剖面图。
图6是沿图5中Ⅵ-Ⅵ线的剖面图，其中略去了流化床。
图7是表示图5中的气密性排出机构的另一例子的剖面示意图。
图8是表示本发明装置的又一例子的剖面示意图。
图9是本发明方法和现有技术方法的粒度分布曲线图(R-R曲线图)。
图10是本发明装置中的流化床及气体分散板周围部分的另一例子的示意说明图。
图11、12是本发明装置中的流化床造粒·烧成炉的改型例的示意说明图。
实施发明的优选方式
下面通过实施例更详细地说明本发明，但本发明不受这些实施例的限制，可以作适当改变后实施。
实施例1
图1所示为本发明的实施例1的水泥熟料烧成装置，图2表示图1沿图1中Ⅱ-Ⅱ线的剖面放大图，图4表示沿图1中Ⅳ-Ⅳ线的剖面放大图。
图1中，10是包含有旋风分离器C1-C4的悬浮预热器，12是烧成炉，14是流化床造粒·烧成炉，16是冷却器。烧成炉12并非必不可少的，也可以不设置。
在悬浮预热器10和烧成炉12中被预热和部分烧成的水泥原料粉，被送入流化床造粒·烧成炉14的流化床18中，在这里由于从下面的冷却器16经过缩口管20和气体分散板22吹来的空气而流态化，与此同时进行造粒·烧成。42是喷射器。
如图2中所示，在气体分散板22的半径方向延长线上设置有熟料落下口26，在气体分散板22和熟料落下口26之间形成带有多个开孔的排出槽部24，该熟料落下口26通过排出溜槽28和气密性排出机构30与冷却器16连接，在排出溜槽28上连接有分级·冷却空气吹入管32。另外，如图3所示，熟料落下口26也可以设置在分散板22上。
在熟料落下口26的附近，设置有可以调节该落下口26开口面积的闸门34。该闸门34可以由油缸、气缸、发动机汽缸等(图中未示出)驱动而水平方向移动。
排出槽部24的喷口(开孔)直径，最好是与气体分散板22的喷口(开孔)直径不同。采用这样的结构，分散板22上的熟料可以一面进行分级、一面落入落下口26内。
冷却器16可以采用流化床式冷却器或者在移动层上方带有部分流化床的冷却器等。图1和图4示出了后者的一个例子，其中36是冷却空气导入管，38是锥体部，40是冷却空气主管。
导入冷却器16内的空气，由冷却空气导入管36和锥体部38的下部被吹入层内，在冷却器16内形成移动床，被熟料加热的空气发生膨胀，流速增大，在冷却器16内的上部形成部分流化床。详细情况将在下文中参照图5加以说明。实施例2
图5所示为本发明的实施例2的水泥熟料烧成装置，图6表示沿图5中Ⅵ-Ⅵ线的剖面。
本实施例的设备结构为，气体分散板22的上表面呈倾斜状，在向下倾斜端的延长线上设置熟料落下口26，气体分散板22和熟料落下口26之间形成带有多个开孔的排出槽部24，在该落下口的正上方和排出槽部上进行熟料的分级。气体分散板22上表面与水平方向的夹角为5-30度，优选的是5-15度。
在熟料落下口26与空气吹入管32之间的排出溜槽28上设置用于二次分级的闸门部件44，以落下口26的正上方作为一次分级部位46，以闸门部件44的紧邻上方作为二次分级部位48。
另外，在熟料落下口26附近设置大块排出口50，用于排出涂层剥离物(coating peeling)等大块物料。52是闸门34的驱动机构，54是闸门部件44的驱动机构，56是喷燃管。
气密性排出装置30的结构是，一旦颗粒料在内部堆集，由于该颗粒料本身产生的料封作用而阻断通气时，利用压缩空气或机械方法挤出，将颗粒料排出到冷却器16中。
冷却器16的一个具体例子的结构是，冷却器本体上部的横断面积可以被选择，这样，在冷却器本体内具有因吹入冷却空气而形成的移动床58，在该移动床58的上方形成部分流化床60。图5中，在冷却器本体上部设置断面收缩部62，被形成移动床58的熟料加热而膨胀的空气，在该断面收缩部62中流速增大，形成部分流化床60。
由于采用这样的结构，在移动床58的上方形成部分流化床60，使熟料流态化，减少偏折，并且还可以减少空气的偏流。该装置的其它结构和作用与实施例1相同。
在图5中，气密性排出机构30采用L形阀门，但也可以如图7中所示，在排出溜槽28的下端设置回转阀64等阀门，通过调节回转阀64的排出量，使排出溜槽28内积存一定量的粒料，将粒料导入冷却器16内。
实施例3
图8所示为本发明的实施例3的水泥熟料烧成装置。
在本实施例中，分别设置分级空气吹入管66和冷却空气吹入管68。另外，设在脉冲空气管74上的调节阀76与设在排出溜槽28的流化床中的层压差检测器78相连接，通过层压差调节器(图中末示出)将用于测定流化床18的压差的层压差检测器86与设在分级空气吹入管66上的调节阀90和闸门34的驱动机构52相连接。80是熟料制品的温度检测器，82是冷却空气供给管84的调节阀。除此之外的其它结构与实施例1相同。
下面，参照图8对本发明的水泥熟料烧成装置的操作加以说明。
(1)由层压差检测器86测定流化床18的层压差，控制闸门34的驱动机构52，使层压差保持一定，通过闸门34的开度进行控制，使层内的粒子滞留时间为一定。还可以用调节阀90对层压差进行微调。另外，也可以不改变闸门的开度，通过层内温度来控制排出量(排出量随着粒径而改变)。
(2)由温度检测器72测定排出溜槽28内的熟料温度，控制设在冷却空气吹入管68上的调节阀70，使该温度(一次冷却温度)保持在1100℃以下。
(3)由层压差检测器78测定排出溜槽28内的两点之间的层压差，当该检测位置上存在熟料(压差大)时，打开脉冲空气管74的调节阀76，由气密性排出机构30排出熟料，当检测位置上不存在熟料(压差小)时，关闭调节阀76，停止熟料的排出。这样做是为了使排出溜槽28中的料封高度大致保持一定。
(4)调节阀90是用于分级控制的，由气密性排出机构30的取样装置88取样，当熟料的粒径较大时，切断来自层压差检测器86的控制作用，将分级空气吹入管66的调节阀90关小，减小分级空气量，当取出的熟料样品粒径较小时，增大调节阀90的开度，增加分级空气量。
(5)由温度检测器80测定冷却器16出口的熟料制品的温度，调节冷却空气供给管84的阀门82，控制冷却器16内的二次冷却温度。
图9是表示使用图8所示的本发明装置和以往的装置(从图8所示装置中去掉分级排出机构)进行试验的结果的粒度分布图(R-R曲线图)。横轴表示粒径，纵轴表示残留量。
由图9可以看出，采用以往的方法时，粒度分布曲线的斜率N较小(N=2.5-4)，粒径不一致，另外，由其它的大量试验确定，平均粒径的标准偏差σdp50(50％重量通过粒径(dp50)的标准偏差)较宽，为0.3-0.4。相比之下，由图9可以看出，采用本发明的方法时，N值比较大(N=4.5-5)，粒径一致，另外，由其它大量试验确定，平均粒径的标准偏差σdp50较窄为0.1-0.15。
下表1表示使用图8所示的本发明装置和特开平2-229745中图1所示的2炉型现有技术装置制造水泥熟料时的性能比较。由表1可以看出，采用本发明方法时，装置数量(流化层数)少，因而热量消耗和电力消耗降低。
                            表1
以往的方法 本发明的方法
    生产率(t/d)     200     200
热消耗(kcal/kgcl)     800     700
电力消耗(KWH/tcl)     30     20
    设备费(％)     100     80
上述实施例中，原料粉和燃料都是从流化床的侧面供给的，但也可以象图10所示那样从流化床18的下面供给。另外，如图11、12所示，流化床造粒·烧成炉的结构也可以是，在气体分散板上以同心圆状设置上端突起成山形的山形部件，形成环状流化床。如图12中所示，该山形部件也可以在其中央部位具有与气体分散板同心的凹部。
以上，对于将分级排出机构设置成一个系列的情况作了说明，但在炉子大型化的情况下，也可以将分级排出机构设置成多个系列。
工业上的应用
本发明由于采用上述结构，可以获得下列结果。
(1)可以精确地控制粒径，因而流化床造粒·烧成炉内的粒径分布较窄，虽然是一个炉子的结构，也可以实现1450℃以上的烧成，从而可以得到高品质的制品。因此，不需要特开平2-229745中所述的流化床烧成炉，另外，冷却器中没有偏折，提高了热回收效率。
(2)由于在排出槽部和落下口正上方进行分级，小粒子基本上不会落入排出溜槽中(溜槽内的粒子不会与层内粒子混合)。因此，使用流化床造粒·烧成炉可以减少燃料，在排出溜槽中的冷却效率也非常好。
(3)由于在排出溜槽内快速冷却(例如急冷至1100℃以下)，排出溜槽堵塞和热损失都很少，不需要特开平2-229745中所述的一次冷却器。另外，特开平2-229745所述的装置，为了防止造粒炉排出溜槽和烧成炉排出溜槽的堵塞，必须进行水冷却和空气冷却，因此热损失大，对产品质量也产生不良影响。
(4)由于不需要流化床烧成炉和一次冷却器，因而可以大幅度减少建设费用、热消耗、电力消耗，设备操作也十分简便。
(5)因缩口管温度低，因而在流化床造粒·烧成炉的分散板下面不会形成结皮。
(6)在分散板向下倾斜的场合、排出槽的喷口与分散板的喷口直径不同的场合、以及排出溜槽上设置用于二次分级的节流阀的场合，进一步提高了分级效率。
(7)在控制排出溜槽中冷却温度的场合、调节冷却风量和落下口面积的场合、以及在落下口附近设置大块排出口的场合，可以将分级粒径、冷却温度保持一定，因而设备运行稳定。
(8)选择冷却器上部的横断面积、以使流化床冷却器的层上部流态化的场合，可进一步降低热消耗，使冷却器小型化。
(9)即使装置大型化，分级性能也不会改变，容易实现设备大型化。

Claims (15)

1、水泥熟料的烧成方法，其中，将经过预热的水泥原料粉在流化床造粒·烧成炉中进行造粒·烧成，然后将造粒·烧成的熟料导入冷却器中，其特征是，使熟料从流化床造粒·烧成炉中通过设置在该炉的气体分散板上面或气体分散板上面的半径方向的延长线上的落下口排出，向与该落下口连接的排出溜槽中吹入空气，用于使熟料分级、冷却，同时调节吹入空气量，使由落下口吹出的空气流速与通过上述气体分散板的喷口流入的空气流速不同，经过位于分级·冷却空气吹入位置下方的气密性排出机构将熟料导入冷却器中。
2、权利要求1所述的水泥熟料烧成方法，其特征是，在流化床造粒·烧成炉的气体分散板上，以同心圆状设置上端突起成山形的山形部件，形成环状流化床。
3、权利要求1所述的水泥熟料烧成方法，其特征是，调整落下口的开口面积，使流化床压差大致保持在一定范围内。
4、权利要求1所述的水泥熟料烧成方法，其特征是，分别吹入分级空气和冷却空气，以代替吹入分级·冷却空气。
5、权利要求1所述的水泥熟料烧成方法，其特征是，对排出溜槽内的熟料的温度进行检测，依据该温度调节冷却空气量，从而控制熟料的冷却温度。
6、水泥熟料的烧成装置，其中将预热的水泥原料粉在流化床造粒·烧成炉中造粒·烧成，使经过造粒·烧成的熟料在冷却器中冷却，其特征是，在流化床造粒·烧成炉的气体分散板上面或气体分散板上面的半径方向延长线上设置熟料落下口，该熟料落下口通过排出溜槽和气密性排出机构与冷却器相连接，在排出溜槽上连接有用于使熟料分级并进行冷却的分级·冷却空气吹入管。
7、权利要求6所述的水泥熟料烧成装置，其特征是，在流化床造粒·烧成炉的气体分散板上，以同心圆状设置上端突起成山形的山形部件，以形成环状流化床。
8、权利要求6所述的水泥熟料烧成装置，其特征是，在熟料落下口附近，设置可以调节该落下口开口面积的闸门。
9、权利要求6所述的水泥熟料烧成装置，其特征是，代替上述分级·冷却空气吹入管，分别设置分级空气吹入管和冷却空气吹入管。
10、权利要求6所述的水泥熟料烧成装置，其特征是，使上述分散板的上表面倾斜，在向下倾斜端的半径方向延长线上设置熟料落下口，在分散板与熟料落下口之间形成具有多个喷口的排出槽部，在该落下口正上方和排出槽部上进行熟料的分级。
11、权利要求10所述的水泥熟料烧成装置，其特征是，上述排出槽部的喷口直径与上述气体分散板的喷口直径不同。
12、权利要求6所述的水泥熟料烧成装置，其特征是，在熟料落下口与空气吹入管之间的排出溜槽上设置用于二次分级的节流部件。
13、权利要求6所述的水泥熟料烧成装置，其特征是，在熟料落下口附近设置大块排出口。
14、权利要求6所述的水泥熟料烧成装置，其特征是，在冷却器本体内形成的移动层，利用吹入该冷却器本体内的冷却空气而产生移动，选择冷却器本体上部的横断面积，使该移动层的上方形成部分流化床。
15、权利要求14所述的水泥熟料烧成装置，其特征是，在冷却器本体上部设置断面收缩部。
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