CN1078962A - 制造水泥的方法 - Google Patents

Abstract

介绍了一种制造水泥的方法，其中将磨碎的原料 (生料)在预热旋风分离器中预热，预热过的生料煅 烧，煅烧过的生料在回转窑中灼烧，将在回转窑中形 成的水泥熟料冷却和磨细。此方法的特点在于，用低 品位燃料部分地代替制造水泥用的高品位燃料，低品 位燃料在流化床中气化，生成的气体分成三股分气 流，第一股分气流入回转动的主燃烧炉，第二股送入 回转窑排出的废气流，第三股送入煅烧炉。

Description

本发明涉及制造水泥的方法，在该方法中，将磨碎的原材料（生料）混合物在预热旋风分离器中预热，将预热过的生料煅烧过后，在回转窑中灼烧，将在回转窑中形成的水泥熟料冷却，然后磨细。

水泥是一种无机非金属粉末，它与水混合后自发硬化，并且在硬化后永久地保持固态。各种所谓的标准水泥可区分为硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、矿渣水泥和火山灰质水泥。在德意志联邦共和国制造的标准水泥具有以下的化学成分：CaO 41-67%（重量），SiO₂18-33%，Al₂O₃3-14%，Fe₂O₃0.5-4.5%，MnO 0-0.6%，MgO 0.5-9%，SO₃1-4.5%。

水硬性水泥的制造包括原材料的获得和整理，混合的原材料灼烧生成水泥熟料，可互磨物质的制造，以及水泥熟料和任选的一种或几种可互磨物质及作为固化和硬化控制剂的硫酸钙一起研磨。原材料（石灰石和粘土）在干的状态下研磨以形成生料，在研磨期间用热气体将生料干燥，接着进行加热，然后灼烧生成水泥熟料。根据窑的类型将生料加热大约1到5小时直到约1450℃的灼烧温度，在该温度下保持约10到20分钟。然后将水泥熟料尽可能快地冷却。生料中可能仍含有低于1%的残余水份，当它加热时，在最高约100℃的温度下粘附水被除掉，而吸附和化学结合在粘土中的水则在最高约600℃的温度下除掉。在有SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃存在的情形下，碳酸钙在低至550至600℃的温度下分解，在900℃以上则进行很快。在灼烧期间，混合物的失重约为其干重的35%。在德意志联邦共和国，大约97%的水泥熟料是在倾角为3到4度的回转窑中灼烧。由于窑的倾角和旋转，从上端送入的预热的生料朝向由装在窑的下端的粉化煤或油或气体喷燃管产生的火焰流动。混合物在这一区域内被加热到形成熟料所需的温度1350到1500℃，而火焰的温度是从1800到2000℃。烧过的熟料离开回转窑落入冷却器中，在冷却器中用空气作为冷却流体，将熟料冷却到800到900℃的温度。将冷却过水泥熟料的空气供应给回转窑作为燃烧空气。生料或是在回转窑中或是在分离的预热器中预热，该预热器最好由包含多个旋风分离器的装置构成。由回转窑排出的热的废气从底到顶地流过旋风预热器，在最高一级的旋风分离器之前将干的生料加到废气中。从各个旋风分离器的气体中再次除去干的生料，在下一级旋风分离器之前重新悬浮在气体中。通常，生料在预热器中预热到约800℃。离开最高一级的旋风分离器的废气仍处在300到400℃的温度。生料在旋风分离预热器中可能已部分地被煅烧。在先有技术中，已预热过并且在预热器中略微煅烧过的生料是在一个分离的明火煅烧炉中煅烧，该炉最好设立一个旋风分离器，在其中进行大部分的煅烧操作。将煅烧过的生料供应给回转窑以便烧成熟料。回转窑完成剩余的煅烧。煅烧炉的需热量为灼烧熟料所需总热量的30%至70%。为制得水泥，将水泥熟料单独研磨或与可互磨的物质，例如高炉炉渣、火山灰、油岩或粉煤灰，一起研磨。还向要研磨的熟料中加入用来控制固化和硬化的石膏。

因为水泥熟料是在很高温度下制造的，所以用比较高品名的燃料将回转窑加热，此燃料还具有因灰分较低而对生料的成分改变甚小的优点。低品位、高灰分的燃料难以使用，因为它的热值太低，而且它的波动的高灰分含量会将水泥的质量改变到不再符合标准中规定的质量要求的程度。另外，低品位的燃料常常有高含量的伴生物质，这些物质不能进入水泥中，或者只能部分地进入。最后，在回转窑中灼烧和在煅烧窑中煅烧形成了氮的氧化物，必须从废气中除掉它们。

本发明的目的之一是提供一种制造水泥的方法，该方法可以使用低品位的燃料，而且产生的废气中基本上不含污染性气体，例如氮的氧化物、烃类和一氧化碳。

本发明的目的在用低品位的燃料部分地代替用来制造水泥的高品位燃料方面得到了实现，这种低品位的燃料在流化床中气化，所形成的气体分成三股分气流，第一股供应给回转窑的主燃烧炉，第二股通往由回转窑中排出的废气流，第三股通往煅烧炉。在制造水泥中用的高品位的燃料，即，在回转窑和在煅烧炉中使用的燃料，是油、气和/或净热值＞4000千卡/千克的高品位的煤。根据本发明，这些燃料尽可能地用低品位燃料代替，例如生物体、废木材、化学工业废料、废轮胎和纸张。这些低品位燃料最好是在流化床中气化。在流化床中形成的固体气化残余物从反应器底部或以飞尘的形式排出。在反应器底部收集到的灰分的碳含量很低。飞尘很细，而且由于高硅含量而具有极高的活性。根据本发明，一部分由气化产生的气体在回转窑中的主燃烧炉里燃烧，从而代替一部分在已知方法中要送入旋转窑中的高品位燃料。第二部分气流与离开回转窑的废气流混合。第三部分气流送入煅烧炉中代替常用的高级燃料。送入到离开回转窑的废气中的气体对于氮的氧化物起着还原剂的作用，因为在800到1100℃的温度下氮的氧化物被NH₃、CO和H₂等物质在氧存在下还原成氮。气体中剩余的可燃烧组分将在煅烧阶段烧掉。

显然，本发明的方法的优点是，在制造水泥时也可以使用低品位燃料，而且其使用方式使低品位燃料燃烧生成的污染物不会进入大气或水泥。本发明方法的另一优点在于不需要独立的废气脱氮化操作。最后，在很多情形里气化残余物也可以作为制造水泥的原材料使用，因为它们的含碳量少于2%重量。

根据本发明，业已发现用低品位燃料代替50到70%的高品位燃料特别有利。这样的操作最为经济。

同样根据本发明，低品位的燃料是在循环的流化床中气化。在此情形下将燃料送入无内部固定物的反应器中，并且以多股气流的形式向其中另外送入气化所需的空气。在温度为750至1000℃的反应器中，低品位燃烧自动转化成可燃烧的物质。离开反应器的气流所夹带的固体粒子在与气体空间相连的分离器中，最好是在旋风分离器中，与气体空间分离，经过循环管线再循环到反应器中。由反应器的底部连续地取出一部分气化残余物，而预除尘的可燃气体则离开旋风分离器。气体在反应器中以2到12米/秒的速度流动。反应器内气一固悬浮体的密度由底部到顶部减小，在底部处在50和500千克/立方米之间，在顶部则为0.5到10千克/立方米。这意味着反应器有相当大的固体填充量，它起着储热器的作用，使恒定的气化条件得以实现，并且确保从底部取出的气化残余物的碳含量很低。

根据本发明的另一特点，送入回转窑中的燃烧空气和送入流化床中的气化空气在熟料冷却器中预热。这一措施造成了整个工艺的有利的能量平衡。

根据本发明的又一特点，由低品位燃料气化产生的气体被冷却到70至400℃，而且在至少一个旋风分离器和/或至少一个静电过滤器以及/或至少一个袋滤器中除尘。在某些情形下已经发现，气化产生出的气体最好是在进一步使用之前先除尘。

根据本发明，还使除尘过的气体在70至400℃的温度下与氧化钙和/或氢氧化钙反应。在此情形下几乎所有的HF和HCl以及一部分H₂S和SO₂将与钙化合物反应，形成相应的盐。

根据本发明，已经发现，最好是利用从除尘前或与含钙化合物反应前的气体中抽取的热量将已除尘的或已与CaO和或Ca（OH）₂反应的气体重新加热。

最后，根据本发明，从燃烧的气体中取出第四股气流，用来对熟料冷却器排出的废气加热。利用这一措施，由熟料冷却器导出的废气的温度可以从400℃上升到600至700℃之间，结果产生高级能量。

Schweizer、Herbert和L

ffler在“水泥、石灰、石膏”1991年第44版217-220页中公开了一种用气体燃烧灼烧CaCO₃的方法，该气体燃料是由低品位燃料（树皮、残木、纤维素质纤维）在循环的流化床中气化制得的，在该文中还建议，可以用循环流化床中气化产生的气体代替一部分回转窑中的主燃料来制造水泥。但是，本领域的技术人员不可能从Schweizer、Herbert和L

ffler的文章推导出本发明的方法，因为该文不包含关于在制造水泥的工艺中必须怎样具体地使用由低品位燃料气化产生的燃料气的任何信息。另外，德国专利公报2，411，672公开了一种从含氧的燃烧废气中除掉氮的氧化物的方法，其中氮的氧化物是在H₂、CO和/或烃类存在或不存在下用NH₃在705至1095℃下选择性地还原，这一事实没有能引导本领域的技术人员提出本发明的方法，因为该文献未曾提出应当用低品位燃料气化产生的燃料气使在水泥生产中已形成的废气脱氮。

后面将参照示于附图中的工艺流程图更详细地解释本发明的研究内容。

粉碎的木材废料储放在储仓1中作低品位燃料使用，它通过管线2离开储仓1并且与在管线3中引入的气化空气混合。此空气一燃料混合物经过管线4流到反应器6，在反应器6中保持一个循环的流化床。由管线3引入的气化空气的一部分由管线5送入反应器6的底部。燃料在反应器6中由于来自管线4和5的气流而流态化。供应给反应器6的空气的体积应该计算成使得在气化反应中消耗的氧的体积比为使低品位燃料完全燃烧成CO₂和H₂O所需的氧的体积低30%至60%。这意味着空气比λ是从0.4到0.7。在反应器6中保持气化温度为750到950℃。

在反应器底部收集的气化残余物含有约2%重量的碳，经由管线7从反应器6中抽出。气一固悬浮体由管线8引入旋风分离气9中，基本上所有被夹带出反应器6的尘状固体粒子都在其中与气体分离。在旋风分离器9中收集到的固体经由管线10循环到反应器6中。由于固体的循环，经由管线7抽出的气化残余物的碳含量很低，而且在某些情形下（取决于对水泥规定的质量要求）与水泥生产中使用的生料混合。

含尘气体由管线46送入冷却器11中，在其中冷却到200到400℃。在冷却器中使用空气作为冷却流体，空气经由管线12送入冷却器11，在已被加热后将它经由管线29送入热交换器49，用来在那里将在管线20中流动的纯化过的气体加热。已被用来对纯化气体重新加热过的空气从管线53离开热交换器49。

将已冷却的含尘气体由管线47送入掺尘反应器13中，该反应器经由管线14送入CaO和/或Ca（OH）₂。钙化合物与至少一部分污染物HF、HCl、CO₂和H₂S反应，将反应形成的盐从掺尘反应器13送入与管线10相连的管线15。结果是，在掺尘反应器13中形成的固体进入反应器6。离开掺尘反应器13的气体由管线16流入旋风分离器17，然后由管线18流入静电过滤器19。气体在以上两装置中被除尘，收集在旋风分离器17和静电过滤器19中的粉尘被送入管线15中。除过尘的气体的净热值约为1450千卡/标准立方米，含有可燃烧的组分CO、H₂和CH₄，由管线20离开静电过滤器19，在被加热后分成三股分气流21、22和50。

分气流21被送入回转窑23的主燃烧炉，在其中通过在约1500℃下的燃烧操作制得水泥熟料。为了保持回转窑23中的燃烧温度约为1500℃，经由管线24向回转窑的燃烧炉供应高品位燃料，即天然气或燃油。经由管线25从回转窑23中取出水泥熟料并且在用空气作为冷却流体的熟料冷却器26中冷却。所述的空气经由管线27流入熟料冷却器26中并在其中被加热，然后将一部分空气由管线28送入回转窑23中作为燃烧气，另一部分由管线3送入反应器6作为气化空气，还有一部分则由管线51送入煅烧炉38作为燃烧空气。

用来制造水泥的生料最初是储放在储仓30中，将其悬浮在管线52的废气流中，该废气流由热交换旋风分离器31经由管线32流入热交换旋风器33中。已在管线32和热交换旋风分离器33中预热过的生料收集在旋风分离器33中，然后经由管线34送入热交换旋风分离器31中。为此，生料被夹带经由管线36从热交换旋风分离器35排出的废气中。当生料在管线34中传送和在热交换旋风分离器31中停留期间被进一步加热。收集到的生料经由管线37送入热交换器35。送入管线37中的生料悬浮在从煅烧炉38经管线48排出的废气中，煅烧炉38由旋风分离器构成。收集在热交换旋风分离器35中的预热过的生料由管线39送入煅烧炉38，从回转窑23引出的热的废气经由管线40通到管线39。预热过的生料在煅烧炉38中煅烧，随后收集并且由管线41送入回转窑23，在其中实际完成灼烧过程。

分气流22与从回转窑23排出的管线40中的废气混合。此混合过程造成了废气的显著的脱氮化。第三股分气流沿管线50流到煅烧炉38中，在其中与自管51导出的预热空气一起燃烧。生料由于此燃烧过程产生的热量而被煅烧。在煅烧炉38和管线40中，脱氮进行到NOx含量减少至少90%的程度，从约2000毫克NO₂/标准立方米减少到约200毫克NO₂/标准立方米。分气流22在管线40中温度＜1100℃的某处被混合。从回转窑导出的管线40中的废气仍含有1.5%到10%的氧。因为在管线22中引出的燃料气含有从0.6到2克的NH₃/标准立方米而且要还原100毫克NO₂需要约40毫克NH₃，所以为进行脱氧反应所需的气体数量可以根据连续测量在管线22中的分气流的NH₃含量来控制。与NH₃一起供入的其它的还原剂主要包括CO和H₂，它们在煅烧阶段与自管线50导出的分气流一起燃烧。在煅烧炉中也无新的NOx形成。

离开预热旋风分离器33的废气由管线42流入旋风分离器43并在其中除尘。粉尘由管线44送入预热旋风分离器33中。已经除尘、冷却、脱硫和脱氮的废气自管线45离开工厂。

Claims (8)

1、一种制造水泥的方法，其中将磨碎的原料(生料)在预热旋风分离器中预热，预热过的生料煅烧，煅烧过的生料在回转窑中灼烧，将在回转窑内形成的水泥熟料冷却并且磨细，该方法的特点在于，用低品位的燃料部分地代替用来制造水泥的高品位燃料，低品位燃料在流化床中气化，所形成的气体分成三股分气流，将第一股气流送入回转窑的主燃烧炉，第二股送入回转窑排出的废气流中，第三股送入煅烧炉中。

2、根据权利要求1的一种方法，其特点在于，用低品位燃料代替50%至70%的高品位燃料。

3、根据权利要求1到2的一种方法，其特点在于，在循环流化床中将低品位燃料气化。

4、根据权利要求1到3的一种方法，其特点在于，送入回转窑中的燃烧空气和送入流化床中的气化空气在熟料冷却器中预热。

5、根据权利要求1到4的一种方法，其特点在于，由低品位燃料气化产生的气体被冷却到从70到400℃的温度，在至少一个旋风分离器和或至少一个静电过滤器以及或至少一个袋滤器中除尘。

6、根据权利要求1到5的一种方法，其特点在于，除过尘的气体在70至400℃的温度下与CaO和或Ca（OH）₂反应。

7、根据权利要求1到6的一种方法，其特点在于，已经除尘或已经与CaO和或Ca（OH）₂反应的气体用从除尘前或与含钙化合物反应前的气体中抽取的热量加热。

8、根据权利要求1到7的一种方法，其特点在于，从气体中分出第四股分气流将其燃烧，并用来将流态化的熟料冷却器的废气加热。

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