CN108885059A - 具有单独的携带流式煅烧炉的、用于制造水泥熟料的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造水泥熟料的设备(100、200)，该设备包括至少一个用于由预煅烧的原料粉末(101)烧结水泥熟料的回转炉(113)，至少一个沿气体流动方向连接在回转炉(113)下游的、用于从至少一个回转炉(113)中回收过程热量的热交换器(112)，至少一个用于预煅烧(脱酸)原料粉末(101)的携带流式煅烧炉(102)，至少一个沿材料流动方向连接在回转炉(113)下游的、用于冷却已烧结的水泥熟料的熟料冷却器(105)，其中，设有用于将冷却器废气(104)引导到设备(100、200)中的管路，以用于回收热量。根据本发明规定，携带流式煅烧炉(102)沿材料流动方向设置在热交换器(112)上游。通过这种设置方案，设备可以高的热过量运行，这种热过量可被分离以用于产生电能。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造水泥熟料的设备，该设备具有至少一个用于由预煅烧的原料粉末烧结水泥熟料的回转炉，至少一个沿气体流动方向连接在回转炉下游的、用于从至少一个回转炉中回收过程热量的热交换器，至少一个用于预煅烧(脱酸)原料粉末的携带流式煅烧炉，至少一个沿材料流动方向连接在回转炉下游的、用于冷却已烧结的水泥熟料的熟料冷却器，其中，设有用于将冷却器废气引导到设备中的管路，以用于回收热量。
背景技术
为了从原料粉末(即由含钙的材料和含硅酸盐的脉岩组成的混合物)制造水泥熟料，已知的是，首先将原料粉末输送给煅烧阶段，在该处，首先将原料粉末脱酸。所谓的“脱酸”是，通过在热环境中的处理，将以碳酸钙(CaCO3)形式的含碳酸盐的材料转化成生石灰(CaO)，生石灰基本上由氧化钙(CaO)组成。在这种脱酸中，碳酸钙(CaCO3)在释放二氧化碳(CO2)的情况下转变成氧化钙(CaO)。
将脱酸过程与目前接在脱酸之后的、在回转炉中的烧结阶段分离，能够使在所谓的干燥方法中设置更短的用于过程的回转炉，并且能够利用用于吸热脱酸的回转炉的余热。过去已经证实了如此制造水泥熟料的有效性。而为了保持空气清洁的最新要求需要进一步革新制造过程，在其中，在用于制造水泥熟料的设备的废气中产生的更少的有害氮氧化物气体(NOx)、更少的二氧化碳(CO2)引入自然大气中，并且还可提取用于产生电能的热量，尤其为了在地下运行用于贮存二氧化碳(CO2)的压缩机或者用于将二氧化碳(CO2)液化。
在已知的用于制造水泥熟料的设备中，已知的是，在这种设备的完全确定的位置上从制造过程中提取余热，例如在这种设备的第三和第五旋流器热交换器之间，并且将产生能量的余热和废气在另一预定的位置上引导回设备中。相对于与设备分离地产生能量，从用于制造水泥熟料的设备中任意提取热量的优点是，将在用于制造水泥熟料的设备中已经存在的、能量转化非常强烈的燃烧用于从低价值的二次燃料中产生热量。然而，能从用于水泥熟料的制造过程中分离的热能的量受制于所选择的方法实施方案的自然限制。要从制造过程中提取的能量必须由设备的载体气体携带或者由作为能量负载的待处理的原材料携带。由于高的能量负载，产生的新问题是，氮氧化物气体(NOx)的控制和制成的水泥熟料的质量。传统的过程控制仅仅允许将典型的最大能量负载作为要制造的水泥熟料的包。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供一种用于制造水泥熟料的设备，与至今的用于制造水泥熟料的设备相比，本发明的设备可提供有利于用于产生电能的余热的、更高的能量平衡，其中，不应降低制成的水泥熟料的质量和废气质量。
通过以下方式实现本发明提出的目的，即，携带流式煅烧炉沿材料流动方向设置在热交换器上游。在权利要求1的从属权利要求中给出了用于制造水泥熟料的设备的其它有利的设计方案。
因此，根据本发明规定，相对于已知的用于以干燥方法制造水泥熟料的设备，实质上调换了预煅烧和预加热的顺序。在不提取用于产生电能的热的情况下，这种新的方法实施方案不仅成本非常高，而且还改变了在单个设备部件之间的整体热平衡，直至设备不可用。本发明的构思所基于的事实是，利用传统的用于制造水泥熟料的设备的器件产生大量对于制造过程来说多余的热量，使得与在传统的具有热能分离(目前是这种情况)的设备中相比，在电能产生方面的能量平衡明显更强。按照本发明的构思规定，将常常在传统的用于制造水泥熟料的设备中存在的、从熟料冷却器中到煅烧炉的中间的直至上部区域中的所谓的三次空气管路省去，以有利于将全部冷却器废气导出到携带流式煅烧炉的底部中。即，规定，通过将熟料冷却器的不同的废气部分相结合，利用熟料冷却器的全部余热进行预煅烧。至今为止，通常力求以尽可能高的温度将熟料冷却器的废气温度引回过程中，以由此实现高的预热利用效率。这通过将从空间上在回转炉的料斗附近提取的冷却器废气分离(分馏)成三次空气并且通过将这种高热量的废气与在空间上与回转炉料斗远离地提取的低热量的废气分离来实现。空间上与回转炉料斗远离地被提取的冷却器废气通常仅仅还能以低的效率利用，因为该废气的温度很难高于300℃，尽管包含在该废气中的能量足够高。
按照本发明的构思，现在将所有冷却器废气相结合，由此冷却器废气的平均温度低于至今已知的三次空气。随后，将被结合的冷却器废气作为载体空气和热源用于在煅烧炉中预煅烧原料粉末。在此，以冷的方式将原料粉末提供到煅烧炉中。随后离开煅烧炉的废气被冷却，以有利于产生电能。随后，在此一起冷却的原料粉末在与至今为止通常的情况相比更小的热交换器中重新被加热并且以预煅烧的方式提供到回转炉中。
通过以热量过量的方式运行设备能实现，在设备的不同位置上通过热交换器提取热能，并且在没有材料流动或气体流动的情况下通过绕行管路在设备中引导。以有利的方式，设置至少一个用于提取用于产生电能的过程热量的热交换器，所述热交换器从以下组中选择：a)用于在用于从至少一个回转炉中回收过程热量的热交换器的出口处提取用于产生电能的过程热量的热交换器，b)用于从携带流式煅烧炉中提取用于产生电能的过程热量的热交换器，c)用于在携带流式煅烧炉的材料流侧的出口处间接地或直接地提取用于产生电能的过程热量的、作为固体冷却器的热交换器，以及d)用于在除尘器(其设置在连接在携带流式煅烧炉下游的涡流室的燃尽区间之后)的气体流侧的出口处提取用于产生电能的过程热量的热交换器。利用热量过量的过程控制允许，在不同的位置上以热过量的方式进行制造过程，其中，通过在这些位置上的提取，持续地重复降低温度，从而不会产生导致过量地产生氮氧化物气体(NOx)或产生不受控的一氧化碳(CO)量的条件。
虽然在此提出的设备与至今已知的用于制造水泥熟料的设备不同地运行，仍有利的是，具有以管为形式的燃尽区间的涡流室如以涡流室作为鹅颈式反应器的转折点的鹅颈式反应器那样沿材料流动方向和气体流动方向连接在煅烧炉下游。在燃尽区间中，使得在煅烧炉的炉膛中在氧化的条件下可能仍然产生的部分一氧化碳(CO)燃尽。通过燃烧以及通过冷提供的原料粉末的冷却，在煅烧炉中的温度刚好在约950℃至1050℃的范围中，在进行脱酸的窗口中。在该温度窗中，不形成所谓的热氮气，即，不同的氮氧化物(NOx)混合物，由于大气空气在更高的温度下燃烧，产生该氮氧化物气体。与在传统的用于制造水泥熟料的设备中不同，利用来自熟料冷却器的大气的载体空气供给煅烧炉。在传统的用于制造水泥熟料的设备中，载体空气由回转炉废气、低氧(O2少)的且含氮丰富的气体(NOx)组成。由于这种气体成分，这种传统设备的煅烧炉以还原的方式运行。为了避免在煅烧炉中进行完全脱酸并且由此由于吸热的脱酸引起的原料粉末的恒温作用不中断，通过热交换器从煅烧炉中提取热量。该热量可用于产生蒸汽，其中，蒸汽用作用于产生电能的涡轮气体。在此处提出的设备的、以氧化的方式工作的煅烧炉上，连接有具有以管为形式的燃尽区间的涡流室。涡流室和燃尽区间如鹅颈式反应器那样，构造成利用涡流室作为鹅颈式反应器的转折点。该反应器沿材料流动方向并且也沿气体流动方向连接在煅烧炉下游，在反应器中可燃尽来自煅烧炉的炉膛中的燃料残留物。随后，通过旋流器分离从燃尽区间中离开的预煅烧的原料粉末。煅烧炉的热的废气通过热交换器冷却，从而跟着热交换器的通风机可输送废气。被分离的原料粉末同样通过固体冷却器冷却。不仅原料粉末的余热而且废气的余热，都同样用于产生蒸汽，其中，蒸汽用作用于产生电能的涡轮气体。在这一点上，根据本发明的设备的两种可能的实施形式有所区别。
在第一变型方案中，分离的煅烧炉位于回转炉和短的热交换器旁边。在该第一变型方案中规定，在除尘器的气体流侧的出口和用于从至少一个回转炉中回收过程热量的热交换器之间设置机械的提升机构。该提升机构将在连接在携带流式煅烧炉下游的涡流室的燃尽区间之后离开的、预煅烧的原料粉末抬起到之前所述的热交换器中。
在第二变型方案中，分离的煅烧炉位于高处。从煅烧级中流出的原料粉末通过重力输送被引入用于从至少一个回转炉中回收过程热量的热交换器中。因此，在该第二变型方案中规定，除尘器的气体流侧的出口设置成高于预煅烧的原料粉末进入用于从至少一个回转炉中回收过程热量的热交换器中的入口，从而可省去用于抬起预煅烧的原料粉末的机构、例如提升机构，所述除尘器设置在连接在携带流式煅烧炉下游的涡流室的燃尽区间之后。
附图说明
下面根据以下附图详细解释本发明。其中：
图1示出了根据本发明的用于制造水泥熟料的设备的第一变型方案，
图2示出了根据本发明的用于制造水泥熟料的设备等第二变型方案。
具体实施方式
在图1中绘出了用于制造水泥熟料的设备100的第一变型方案。在该设备100中，原料粉末101的路径以及载体气体和废气的路径与传统的用于制造水泥熟料的设备的原料粉末101、载体气体和废气的典型的路径不同。开始时，在将原料粉末101a提供给煅烧炉102时，在冷状态中将原料粉末101引入煅烧炉102的流化层中。在煅烧炉102中设置炉膛103，该炉膛进一步加热来自沿材料流方向在设备100末端处设置的水泥熟料冷却器105的冷却器废气104。在这种由加热的大气的水泥熟料冷却器废气和炉膛废气组成的氧化的混合物中，原料粉末101大部分脱酸，然而不是完全脱酸。有意识地通过第一热交换器106阻止完全脱酸。如果原料粉末101完全脱酸，则吸热的脱酸反应的恒温作用不会在煅烧炉102中发生，由此可在煅烧炉102的一些区域中形成高的温度峰值，在这些区域之内，根据方法实施方案，可能由于点燃空气而形成氮氧化物气体(NOx)。应有意识地抑制氮氧化物气体(NOx)的形成。与炉膛103的炉膛废气和进入煅烧炉102中的冷却器废气104一起，在煅烧炉102中部分脱酸的原料粉末101引入涡流室107连同邻接于该涡流室的燃尽区间108中。在涡流室中和在燃尽区间中，完全燃尽在煅烧炉102中形成的一氧化碳(CO)和残留燃料，其中，悬浮在涡流室中的原料粉末101以催化的方式辅助一氧化碳(CO)的氧化。在燃尽区间108末端，煅烧炉102的废气和部分脱酸的原料粉末101的路径分离。炉膛废气在除尘器109中与部分脱酸的原料粉末101分离，并且通过热交换器110冷却。从炉膛废气中取得的热量被用于产生水蒸气作为涡轮气体，其中，在此未示出水蒸气的路径。随后，被冷却的、一氧化碳含量低的炉膛废气通过通风机110b或者被导入自然大气中，但又或者被输送给另一用于分离和贮存二氧化碳(CO2)的处理过程。从除尘器109中离开的、部分脱酸的原料粉末101随后被提供到固体冷却器110a中，其中，在此被提取的热量同样用于产生水蒸气作为涡轮气体。在用于制造水泥熟料的设备100的该第一变型方案中，被冷却的原料粉末101被交给在此斗式输送机111形式的升降机，以重新获得为了交给缩短的热交换器112中所需的高度。在热交换器112中，回转炉113(相对于传统的用于制造水泥熟料的设备，仅仅还有具有更少量二次空气114的回转炉113的炉膛废气从回转炉113中逸出)的余热被传递给冷却的且部分脱酸的原料粉末101。在简单的旋流器112a中，原料粉末101被加热并且通过输送管路115被引导到回转炉进入腔116中。与传统设备相比量更少的回转炉废气通过输送管路117流入旋流器112a中。回转炉废气从该处被提供到除尘器118中，并且引导至热交换器119，在热交换器处，从回转炉废气中进一步提取热量以用于产生蒸汽。随后，被冷却的回转炉废气通过通风机120被引导至在此未示出的另一废气处理过程。因为与引导大量二次空气114通过回转炉113的传统设备相比，引导少得多的空气通过回转炉113，所以也在空气中产生更少的以氮氧化物气体(NOx)形式的氮。与在传统设备中相比，在回转炉废气中的氮氧化物气体(NOx)的浓度更高，因为氮氧化物气体(NOx)没有通过大量二次空气114稀释。结果是，氮氧化物气体(NOx)更容易化学反应，例如在此处仅示例性地提到的气体洗涤器中的洗出和中和，或者通过本身已知的在SNCR(选择性非催化还原)催化作用下的反应。
进入回转炉113中的、部分脱酸的原料粉末101在回转炉113中被烧结成水泥熟料，并且沿材料流动方向在回转炉113下游的水泥熟料冷却器105中被急冷以生成水泥熟料相。为了冷却而被吹入水泥熟料冷却器105中的、大气的空气通过热的水泥熟料被加热。被加热的空气的一部分在炉中被使用，剩余部分在除尘器121中被除尘。随后，热的冷却器废气104被引入煅烧炉102中。
在图2中，绘出了与设备100几乎相同的设备200，然而该设备中，煅烧炉102设置在高处。由此，与设备100相比，省去了斗式输送机111，并且从固体冷却器110a中离开的原料粉末101通过重力输送被交给热交换器112。
附图标记列表
100 设备
101 原料粉末
102 煅烧炉
103 炉膛
104 冷却器废气
105 水泥熟料冷却器
106 热交换器
107 涡流室
108 燃尽区间
109 除尘器
110 热交换器
110a 固体冷却器
110b 通风机
111 斗式输送机
112 热交换器
112a 旋流器
113 回转炉
114 二次空气
115 输送管路
116 回转炉进入腔
117 输送管路
118 除尘器
119 热交换器
120 通风机
121 除尘器
200 设备
Claims (7)
1.一种用于制造水泥熟料的设备(100、200)，所述设备包括：
-至少一个用于由预煅烧的原料粉末(101)烧结水泥熟料的回转炉(113)；
-至少一个沿气体流动方向连接在所述回转炉(113)下游的、用于从所述至少一个回转炉(113)中回收过程热量的热交换器(112)；
-至少一个用于预煅烧(脱酸)原料粉末(101)的携带流式煅烧炉(102)；
-至少一个沿材料流动方向连接在所述回转炉(113)下游的、用于冷却已烧结的水泥熟料的熟料冷却器(105)，其中，设有用于将冷却器废气(104)引导到所述设备(100、200)中的管路，以用于回收热量；
其特征在于，
所述携带流式煅烧炉(102)沿材料流动方向设置在所述热交换器(112)上游。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，从用于将冷却器废气(104)引导到设备中用于回收热量的管路从冷却器引导至携带流式煅烧炉(102)的底部。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，设有至少一个用于提取用于产生电能的过程热量的热交换器(106、110、110a、119)，所述热交换器从以下组中选出：
-用于在用于从所述至少一个回转炉(113)中回收过程热量的热交换器(112)的出口处提取用于产生电能的过程热量的热交换器(119)；
-用于从携带流式煅烧炉(102)中提取用于产生电能的过程热量的热交换器(106)；
-用于在携带流式煅烧炉(102)的材料流侧的出口处间接地或直接地提取用于产生电能的过程热量的、作为固体冷却器(110a)的热交换器；
-用于在除尘器(109)的气体流侧的出口处提取用于产生电能的过程热量的热交换器(110)，该除尘器设置在连接在携带流式煅烧炉(102)下游的涡流室(107)的燃尽区间(108)之后。
4.如权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，具有以管为形式的燃尽区间(108)的涡流室(107)如同以涡流室(107)作为鹅颈式反应器的转折点的鹅颈式反应器那样沿材料流动方向和气体流动方向连接在携带流式煅烧炉(102)下游。
5.如权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征在于，在除尘器(109)的气体流侧的出口之间设置机械的提升机构，该除尘器设置在连接在携带流式煅烧炉(102)下游的涡流室(107)的燃尽区间(108)之后，所述机械的提升机构用于将预煅烧的原料粉末(101)抬起到用于从所述至少一个回转炉(113)中回收过程热量的热交换器(112)中。
6.如权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，除尘器(109)的气体流侧的出口设置成高于预煅烧的原料粉末(101)进入用于从所述至少一个回转炉(113)中回收过程热量的热交换器(112)中的入口，从而省去抬起预煅烧的原料粉末(101)的机构，该除尘器设置在连接在携带流式煅烧炉(102)下游的涡流室(107)的燃尽区间(108)之后。
7.如权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，
-在用于从所述至少一个回转炉(113)中回收过程热量的热交换器(112)下游连接通风机(120)，其中，在热交换器(112)和通风机(120)之间在中间连接热交换器(119)，和/或
-在除尘器(109)的气体流侧的出口下游连接通风机(110b)，所述除尘器设置在连接在携带流式煅烧炉(102)下游的涡流室的燃尽区间(108)之后，其中，在除尘器(109)和通风机(111)之间在中间连接热交换器(110)。
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