CN111527363B - 用于生产水泥熟料或其他矿物产品的方法和设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于生产水泥熟料或其他矿物产品的方法，其中，在窑(2)与热预处理装置(1、3)之间，将加载有至少一种气相的形成循环的物质，特别是碱、氯化物或硫化合物的旁路气体从窑(2)的烟气中分支出来，并且将其余的余留烟气馈送到预处理装置(1、3)。然后，将旁路气体冷却至使物质有意地在冷凝装置(7)的表面上冷凝出来的程度，并且因此物质可以与净化的旁路气体分离地从冷凝装置(7)中排出。然后，将净化的旁路气体加热并且馈送回到余留烟气中，特别是回到在预处理装置(1、3)中流动的余留烟气中。因此，应当设置用于通过冷凝来吸附物质并且从而将物质从旁路气体中去除的冷凝装置。因此，通常不需要并且应当尽可能地避免使用通过旁路气体夹带的窑粉作为可以供物质吸附的载体材料。

Description

用于生产水泥熟料或其他矿物产品的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于生产水泥熟料或其他矿物产品的方法和设备。

背景技术

在水泥熟料生产中，生料在预热器中利用窑和/或可能存在的煅烧炉的烟气进行预热，随后可以在煅烧炉中进行预煅烧，并且最终在窑中进行终烧，即，最终进行煅烧和烧结。

由于越来越多地使用例如常规化石燃料(比如煤、天然气和石油)的替代燃料以及相关代替物，因此越来越多地将氯和其他不期望的物质(特别是碱和硫化合物)引入到水泥熟料的生产工艺中。在水泥熟料的生产过程中，氯和其他物质的循环继而在预热器与窑之间形成并且可能导致相当大的操作问题，这需要进行减轻。这可以通过设置旁路系统来进行，通过该旁路系统，来自窑的、通常仍然很热的在约1100℃至1300℃的一部分烟气可以作为旁路气体在窑与预热器之间、特别是在窑与煅烧炉之间分支出来。在该温度下，形成循环的物质是气态形式的，并且因此其可以通过分支出来的旁路气体有效地从循环中去除。然而，形成循环的物质随后也必须与旁路气体的其他气体成分分离，以便独立于继而净化的旁路气体对该物质进行处理，净化的旁路气体通常在大量烟气后处理之后释放到大气中。对于该分离，生料或窑粉被加以使用，与旁路气体一起排放并且作为用于去除形成循环的物质的载体材料使用。为此，一旦形成循环的物质的温度由于旁路气体在其流过旁路系统时的冷却而下降到相应的冷凝温度以下，形成循环的物质就冷凝在窑粉的颗粒上。然后，加载有形成循环的物质的颗粒可以通过除尘装置从旁路气体中分离出来。这种旁路系统的操作所引起的一个缺点是，作为用于分离形成循环的物质的载体材料使用的窑粉不能用于生产水泥熟料，其结果是因此初始材料和能量以及设备容量损失。此外，包含在净化的旁路气体中的热能也损失了，这是由于特别地其不能用于对预热器和煅烧炉中的窑粉进行热预处理。

DE 197 18 017 C1公开了一种用于生产水泥熟料的方法，在该方法中，部分加载有氯化合物的烟气从窑中分支出来，并且借助于冷凝器来进行净化。净化后的烟气随后被馈送回到窑中或窑入口中。

DE 198 51 646 A1描述了用于热处理特别是水泥生料的方法和装置，其中，该生料在其被传递到窑中之前首先通过材料预热器，然后通过煅烧炉。在这种情况下，在排除气体的同时将材料传递到窑中，而窑的烟气在绕过煅烧炉的同时被馈送到材料预热器。煅烧炉的烟气同样被引入到材料预热器中。在这种情况下还可以设置为，煅烧炉的烟气首先通过冷凝装置，在冷凝装置中，钠和钾从烟气中分离出来。

EP 2 287 126 A1公开了用于生产水泥熟料的方法和设备，其中，在窑与旋风分离器之间，通过探针将尤其加载有氯的旁路气体从窑的烟气中分支出来，并且通过借助于鼓风机供应冷却空气，来将该旁路气体冷却到低于700℃的温度，该温度作为“氯组分”的熔点而给出。在旋风分离器中，旁路气体中所含有的粗颗粒继而被分离并且馈送回到“水泥窑系统”。温度介于400℃至700℃之间的离开旋风分离器的旁路气体随后在高温袋式过滤器中进行过滤，其中，旁路气体中仍然含有的细颗粒被过滤出来并且馈送到集尘器。该细颗粒粉尘旨在加载氯。离开高温袋式过滤器的旁路气体随后可以通过鼓风机馈送回到称为“水泥窑系统”的设备中。WO 2009/110356 A1公开了一种与此相当的方法。

发明内容

本发明的目的在于至少部分地减少由用于生产水泥熟料或其他矿物产品的设备的旁路系统的所述操作引起的所述缺点。

该目的通过本发明的方法并且通过本发明的设备来实现。

一方面，本发明基于这样的思想，即，通过将形成循环的物质在其冷凝于旁路气体所夹带的窑粉颗粒上之前去除，可以将窑粉馈送回到生产水泥熟料或其他矿物产品的工艺中，并且因此不会为此损失形成循环的物质。此外，通过将净化了形成循环的物质的旁路气体馈送回到生产工艺中，仍然可以至少部分地使用其中含有的热能。此外，因此，可以省去用于净化的旁路气体的单独的烟气后处理，这是由于其可以与余留烟气一起进行后处理，即，与源自于窑的烟气的如下部分一起进行后处理，该部分未作为旁路气体分支出来而是馈送到预热器和/或煅烧炉。

因此，提供了一种用于生产水泥熟料或其他矿物产品(例如煅石灰或白云石)的方法，其中，在窑(特别地可以是管状回转窑、竖窑或夹带流的处理装置)与热预处理装置之间，加载有至少一种气相的形成循环的物质(以下简称为“物质”)特别是碱、氯化物或硫化合物的旁路气体从窑的烟气中分支出来，并且其余的余留烟气馈送到预处理装置。然后，通过使用相应的冷却装置，将旁路气体冷却、优选主动地冷却至使物质在冷凝装置的表面上有意地冷凝出来的程度，并且因此可以将物质与净化的旁路气体分离地从冷凝装置中排出。然后，净化的旁路气体馈送回到余留烟气中，特别是回到在预处理装置中或在窑的入口壳体中流动的余留烟气中。因此，应当设置可以专门为此目的设置的冷凝装置，该冷凝装置用于通过冷凝来吸附物质并且从而将物质从旁路气体中去除。因此，无需并且应当优选地尽可能地避免使用由旁路气体所夹带的窑粉作为可以供物质吸附的载体材料。

为了实现物质在冷凝装置的表面上的有意冷凝，可以特别地设置为，主动地对表面进行冷却。此外，冷凝装置的表面可以由冷凝元件形成，该冷凝元件通过其成形(例如以流通式过滤元件的方式(例如以格栅和/或松散填料的形式))来提供用于与旁路气体接触的表面区域，该表面区域尽可能大和/或有助于使已经冷凝出来的液滴凝结或者使已经冷凝出来的物质颗粒过滤。

根据本发明还设置为，对净化的旁路气体进行加热。特别地，可以设置对净化的旁路气体的加热，直到达到与旁路管线的口部区域中的余留烟气的温度大致对应的温度。在这种情况下，可以允许高达例如±50℃的温差。这可以导致馈送回到烟气管线中的净化的旁路气体与那里的余留烟气尽可能好地进行热混合，在加热生粉或窑粉方面这可以具有与预热或煅烧的目的尽可能一致的有利效果。此外，在一些情况下，对净化的旁路气体的加热可以避免在旁路管线的处于冷凝装置下游的部分中形成不期望的冷凝物，否则这可能导致沉积和/或腐蚀问题。

适于执行根据本发明的方法的设备包括至少一个窑、集成在窑的烟气管线中的热预处理装置以及旁路系统，其中，旁路系统包括旁路管线以用于将至少一种气相的形成循环的物质的旁路气体从窑的烟气中分支出来，旁路管线从窑与预处理装置之间的烟气管线中分支出来。在这种情况下，设置为，旁路管线重新进入烟气管线、特别是预处理装置或以承载材料和烟气的方式将窑入口与燃烧室相连接的窑的入口壳体，冷凝装置集成在旁路管线中，并且设置用于将冷凝出来的物质与继而净化的旁路气体分离地排出的器件，其中，冷凝装置具有供物质冷凝出来的表面和/或供已经冷凝出来的物质的液滴或颗粒进行收集的表面。此外，根据本发明的设备包括在冷凝装置下游集成在旁路管线中的加热装置。

热预处理装置特别可以是预热器和/或煅烧炉。在这种情况下，预热器可以被认为是指这样一种装置，在该装置中，意图在窑中进行进一步热处理的材料(生粉或窑粉)由源自于窑的烟气来进行热预处理，其中，在预热器中，该材料最初被加热并且仅被煅烧至相对较小的程度(例如最多高达20％或25％或30％)，而在煅烧器中，这种材料再次基于通过源自于窑的烟气的热处理而煅烧至更大的程度(例如高达70％至95％)。

根据本发明的方法的优选实施例，可以设置为，仅在冷凝装置中，主动地对被加载的旁路气体进行冷却。为此，可以设置为，根据本发明的设备的冷凝装置包括用于对旁路气体进行冷却的冷却装置。仅在冷凝装置中对仍然被加载的旁路气体执行冷却(其用于有意地使物质仅吸附在冷凝装置的表面上)可能是足够的，这是由于其通常仅需要旁路气体并且因此气态物质的相对较小的温降，例如，从旁路管线的分支的区域中的约1200℃到600℃至700℃之间的值。因此，也可以建议以绝热的方式在分支与冷凝器之间的至少一部分中形成旁路管线，以便避免物质在冷凝装置之前就已经过度冷却并且因此冷凝到相关的程度，在冷凝装置之前就已冷凝到一定程度，否则这会导致影响旁路管线的该部分的不利效果。这特别地适用于这样的程度，在该程度上，如可以优选地设置的，一个或多个另外的功能部件集成在旁路管线的该部分中。

还可以建议，在馈送到冷凝装置或进入冷凝装置中之前，已经通过相应的冷却装置主动地对被加载的旁路气体进行冷却。为此，根据本发明的设备将具有冷却装置，该冷却装置在旁路管线的分支与冷凝装置之间集成在旁路管线中。通过在将旁路气体馈送到冷凝装置之前已经主动地对旁路气体进行冷却，特别地可以实现的是，被加载的旁路气体在仅略高于物质的冷凝温度的温度下(在许多物质的情况下，该温度优选为物质的最高冷凝温度)流入到冷凝装置中。结果，可以简化冷凝装置的结构设计，这是由于继而只需通过该装置提供少量附加的冷却功能，以便随后引起物质的冷凝。继而，只需通过冷凝装置来提供被动冷却功能(即，仅基于从旁路气体到冷凝装置的材料和从冷凝装置的材料到环境空气的热传递的冷却)而无需主动地向冷凝装置施加冷却剂(特别是冷却气体和/或冷却液体)甚至可能是足够的。因此，仅在馈送到冷凝装置之前主动地对被加载的旁路气体进行冷却。

本发明的方法或本发明设备的使用使得可以并且意图以有利的方式尽可能地免于使用旁路气体中含有的粉尘形式的窑粉来作为用于吸附冷凝出来的物质的载体材料。因此，可以优选地设置为，以如此方式设计方法并且以如此方式形成根据本发明的设备，使得旁路气体在分支的区域中夹带尽可能少的窑粉和/或夹带的窑粉尽可能早地从旁路气体中分离出来，并且特别是在将旁路气体冷却至与物质的冷凝温度接近的温度之前并因此特别是在将旁路气体馈送到冷凝装置之前已经分离出来(“旁路气体除尘”)。

为了实现旁路气体夹带尽可能少的窑粉的效果，可以特别地设置为，通过根据本发明的设备的相应设计和/或相应操作来保持分支中的旁路气体的流速相对较低或尽可能低。例如，可以设置为，旁路气体以0.5m/s至10m/s之间、优选地2m/s至7m/s之间的流速从流过烟气管线的烟气中分支出来。

为了对旁路气体进行除尘，根据本发明的设备可以优选具有例如旋风分离器形式的除尘装置，该除尘装置在旁路管线的分支与冷凝装置之间集成在旁路管线中。如果在旁路管线的处于分支与冷凝装置之间的部分中设置用于主动地对旁路气体进行冷却的冷却装置，则应当优选地设置为除尘装置(如果设置有的话)布置在该冷却装置的上游。因此，一方面可以避免冷却装置暴露于粉尘，并且另一方面可以最大可能程度地避免已经冷凝出来的物质过早吸附在窑粉颗粒上。可以特别优选地设置为，除尘装置集成在旁路管线的分支中或形成该分支。

在除尘期间出现的窑粉的粉尘可以优选地与窑粉混合以馈送到窑，并且因此被回收用于生产水泥熟料或其他矿物产品的工艺。

根据本发明的方法的优选实施例可以设置为，将从冷凝装置中排出的物质挤压成例如丸粒或团块。为此，根据本发明的设备可以包括相应的挤压装置。通过这样的挤压，可以改善和/或促进进一步使用和/或储存(例如沉积在采石场中)或者至少处置被排出的物质。如果对从冷凝装置中排出的物质进行冷却，也可以达到相同的目的。为此，根据本发明的设备可以包括用于对从冷凝装置中排出的物质进行冷却的相应的冷却器。

为了确保经由旁路管线的旁路气体的流量始终足够大，旁路管线上应当存在足够的压差(分支中的压力相较于旁路管线的口部的压力)。为了实现这一点，可以设置为，用于对余留烟气流进行节流的装置在分支与旁路管线的口部之间集成在烟气管线中。替代地或附加地，为此，用于旁路气体的输送装置可以集成在旁路管线中，该输送装置可以优选地采取鼓风机或风扇的形式。

特别是在专利权利要求以及通常解释专利权利要求的说明书中的不定冠词(“一”、“一个”)应当如此理解，而不是意思为“一个”。因此，由此相应指定的部件应当理解为其至少存在一次并且可以存在多次。

附图说明

下面基于附图中所示的示例性实施例更详细地解释本发明，其中：

图1显示根据本发明的用于通过旁路系统生产水泥熟料的设备的示意图。

具体实施方式

图1所示的用于生产水泥熟料的设备包括作为热预处理装置的一部分的预热器1，预热器1又是设备的窑2的烟气管线的一部分。预热器1以已知的方式形成为多级旋风预热器。在预热器中，生粉通过与源自于窑2的烟气进行热交换而进行预热，该窑形成为管状回转窑。预热的材料随后进入煅烧炉3，煅烧炉3又代表热预处理装置的一部分。煅烧炉3同样由源自于窑2的烟气流过。在煅烧炉3中预煅烧至例如90％的煅烧度的生粉(在下文中称为窑粉)在窑2中进行终烧。离开预热器1的烟气进行后处理(例如除尘)并且通过SCR催化剂(未示出)进行脱氮。

在设备的操作期间，可能形成所谓的污染物循环，这是由于一些物质或污染物(例如氯)在窑2中普遍存在的非常高的温度下以气态形式存在，并且因此不与材料(即，这里的水泥熟料)而是与烟气一起从窑中去除。在预热器1中的烟气进行冷却期间，这些物质继而冷凝出来并且吸附在生粉颗粒上，并且因此返回到窑2中，在那里这些物质蒸发并且因此作为烟气的一部分再次从窑2中去除。为了减轻这些污染物循环，设置了旁路系统。该旁路系统包括旁路管线4，旁路管线4在窑的入口5的区域中离开，并且通过旁路管线4将烟气的一部分(例如高达10％)作为旁路气体排放。

分支区域中的旁路气体的温度约为1100℃至1300℃，并且特别是约1200℃。在这些温度下，形成循环的物质处于气态相，并且因此这些物质继而没有相关地吸附在旁路气体所夹带的窑粉颗粒上。结果，窑粉可以有利地在除尘装置6中从旁路气体中分离出来，除尘装置6邻接分支，集成在旁路管线4中并且采用旋风分离器的形式，并且由于在窑粉的颗粒上还没有任何相关的物质吸附，窑粉可以馈送回到煅烧炉3而不会抵消可以实现的污染物循环的减轻。

被除尘但仍加载有物质的旁路气体随后馈送到冷凝装置7，冷凝装置7具有至少一个冷凝元件8，冷凝元件8通过冷却装置12的冷却液体(例如水)来主动地进行冷却，并且被加载的旁路气体穿过和/或围绕冷凝元件8流动。因此，旁路气体冷却到这样的程度(例如，600℃至700℃的温度)，使得形成循环的物质至少在很大程度上冷凝出来，并且吸附在由冷凝元件8形成的表面上并与旁路气体流接触。然后，这些冷凝出来的物质的液滴和/或颗粒可以通过净化装置9从冷凝装置7中去除，该去除例如可以基于将净化气体流(例如压缩空气)施加到冷凝元件8上和/或振动冷凝元件8，并且该液滴和/或颗粒可以被进一步处理，特别是通过冷却器10进行冷却并且通过挤压装置11挤压成团块或丸粒。

可以有利地进一步使用从旁路气体传递到冷凝装置7中的冷却剂的热能，这在图1中由冷却装置12的附加热交换器14来表示。特别地可以设置为，在净化的旁路气体通过进入煅烧炉3的旁路管线4引入到余留烟气流中之前，从冷却剂中提取的热能Q再次馈送到使用冷凝装置7所净化的旁路气体中。可以设置为，在这种情况下，例如由为此设置的燃烧器(未示出)产生的附加热能也引入到净化的旁路气体中，以便实现以下效果，即，当将净化的旁路气体引入到余留烟气中时，净化的旁路气体的温度大致对应于余留烟气在那里的温度。

为了确保旁路管线4中的旁路气体的流量和流速始终是足够的，在冷凝装置7的下游并且在将热能Q引入净化的旁路气体中的位置的上游，将鼓风机或风扇形式的输送装置13集成在旁路管线4中。在这种情况下，输送装置13不仅确保旁路气体在旁路管线4中的足够大的流量，而且由于由此引起的净化的旁路气体的压缩，还导致净化的旁路气体的温度升高。例如，净化的旁路气体在进入输送装置时的温度可以为约600℃，由于输送装置的压缩其可以升高至约800℃。

附图标记表：

1 预热器/热预处理装置

2 窑

3 煅烧炉/热预处理装置

4 旁路管线

5 窑的入口

6 除尘装置

7 冷凝装置

8 冷凝元件

9 用于净化冷凝装置的装置

10 冷却器

11 挤压装置

12 冷却装置

13 输送装置

14 冷却装置的热交换器

Claims (15)

1.一种用于生产水泥熟料或其他矿物产品的方法，其中，在窑(2)与热预处理装置(1、3)之间，将加载有至少一种气相的形成循环的物质的旁路气体从所述窑(2)的烟气中分支出来，并且将其余的余留烟气馈送到所述热 预处理装置(1、3)，其中，将所述旁路气体冷却至使所述形成循环的物质在冷凝装置(7)的表面上冷凝出来的程度，并且随后将所述形成循环的物质与继而净化的所述旁路气体分离地从所述冷凝装置(7)中排出，其中，将净化的所述旁路气体引入到所述余留烟气中，其特征在于，对净化的所述旁路气体进行加热。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述冷凝装置(7)中，主动地对被加载的所述旁路气体进行冷却。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在馈送到所述冷凝装置(7)之前，主动地对被加载的所述旁路气体进行冷却。

4.根据前述权利要求1-2之一所述的方法，其特征在于，在0.5m/s至10m/s之间的流速下，将所述旁路气体分支出来。

5.根据前述权利要求4所述的方法，其特征在于，在2m/s至7m/s之间的流速下，将所述旁路气体分支出来。

6.根据前述权利要求1-2之一所述的方法，其特征在于，在馈送到所述冷凝装置(7)之前，对被加载的所述旁路气体进行除尘。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将在除尘期间出现的材料馈送到所述窑(2)中。

8.根据前述权利要求1-2之一所述的方法，其特征在于，对从所述冷凝装置(7)中排出的物质进行挤压。

9.根据前述权利要求1-2之一所述的方法，其特征在于，对从所述冷凝装置(7)中排出的物质进行冷却。

10.一种用于生产水泥熟料或其他矿物产品的设备，所述设备具有窑(2)、热预处理装置(1、3)和旁路系统，所述热预处理装置集成在所述窑(2)的烟气管线，其中，所述旁路系统包括旁路管线(4)以用于将加载有至少一种气相的形成循环的物质的旁路气体从所述窑(2)的烟气中分支出来，所述旁路管线在所述窑(2)与所述预处理装置(1、3)之间从所述烟气管线中分支出来，其中，所述旁路管线(4)进入所述烟气管线，具有供气态物质在其上冷凝出来的表面的冷凝装置(7)集成在所述旁路管线(4)中，并且设置用于将所述物质与净化的所述旁路气体分离地从所述冷凝装置(7)中排出的器件，其特征在于，加热装置在所述冷凝装置(7)的下游集成在所述旁路管线(4)中。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述冷凝装置(7)包括用于对所述旁路气体进行冷却的冷却装置(12)。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，冷却装置在所述旁路管线(4)的分支与所述冷凝装置(7)之间集成在所述旁路管线(4)中。

13.根据权利要求10-12之一所述的设备，其特征在于，除尘装置(6)在所述旁路管线(4)的分支与所述冷凝装置(7)之间集成在所述旁路管线(4)中。

14.根据权利要求10-12之一所述的设备，其特征在于，用于所述旁路气体的输送装置(13)集成在所述旁路管线(4)中。

15.根据权利要求10-12之一所述的设备，其特征在于，所述旁路管线(4)以绝热的方式形成在所述分支与所述冷凝装置(7)之间的至少一部分中。

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