ES2907593T3 - Instalación de producción de clínker y procedimiento de producción de clínker en una instalación de este tipo - Google Patents

Instalación de producción de clínker y procedimiento de producción de clínker en una instalación de este tipo Download PDF

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Abstract

Instalación (1) de producción de clínker que comprende: - un conjunto (2) de precalentamiento, en el que se precalienta materia cruda; - un conjunto (3) de calcinación, en el que se descarbonata, al menos en parte, la materia cruda precalentada; - un horno (4) en el que se cuece la materia cruda precalentada y descarbonatada, al menos en parte; - un enfriador (5) en el que la materia cocida del horno se enfría mediante aire de enfriamiento; instalación en la que el conjunto de calcinación comprende un reactor (8) de calcinación adecuado para la combustión de un combustible sólido denominado alternativo a los combustibles fósiles, concretamente, de materiales que son desechos o también biomasa, estando el reactor (8) de calcinación dispuesto, según el sentido de circulación de los gases, entre, por una parte, el conjunto (2) de precalentamiento y, por otra parte, el horno (4), y estando conectado al enfriador (5) de manera que: - al menos una parte de los humos de combustión del horno (4) atraviesa, al menos en parte, el reactor (8) de calcinación, antes de volver a entrar en el conjunto (2) de precalentamiento, - un flujo gaseoso terciario que comprende, al menos en parte, aire que sale del enfriador (5), atraviesa, al menos en parte, el reactor (8) de calcinación, antes de volver a entrar en el conjunto (2) de precalentamiento, y en la que el reactor (8) de calcinación comprende un sistema de regulación del tiempo de permanencia del combustible sólido alternativo en el reactor (8) de calcinación, comprendiendo la instalación un sistema (13) de ajuste del caudal de flujo terciario, configurado para garantizar, en el reactor (8) de calcinación, un equilibrio entre la alimentación de oxígeno necesario para la reacción de combustión, y la reducción de los NOx producidos en el horno (4).

Description

DESCRIPCIÓN
instalación de producción de clínker y procedimiento de producción de clínker en una instalación de este tipo
La invención se refiere al campo de la producción de cemento y, más precisamente, a un procedimiento de producción de clínker de cemento.
En la Figura 1, se representa de manera esquemática un ejemplo de una instalación 100 clásica para la producción de clínker. La instalación 100 comprende un conjunto 101 de precalentamiento y/o de precalcinación, que comprende, generalmente, un precalentador 102 y un calcinador 103, seguido por un horno 104 de clinkerización y por un enfriador 105. Se alimenta materia cruda en la parte superior del precalentador 102. El precalentador 102 comprende, generalmente, ciclones en serie, atravesados por la materia cruda en donde se precalienta. La materia precalentada pasa a continuación al calcinador 103, en donde, gracias a la elevada temperatura, se descarbonata en gran medida. Por ejemplo, puede preverse un quemador 106 en el calcinador 103. Después, la materia en gran parte descarbonatada entra en el horno 104. Normalmente, el horno 104 es de tipo rotatorio y comprende un quemador 107. La materia se cuece en el horno 104: su descarbonatación continúa, después se transforma la materia en clínker. A continuación, se enfría la materia cocida en el enfriador 105. Para ello, el enfriador 105 comprende una entrada para un fluido de enfriamiento, en general, aire.
El aire recalentado por la materia en el enfriador 105, que contiene oxígeno, puede recuperarse para usarse en diferentes lugares de la instalación 100 para alimentar la combustión. Por ejemplo, una parte de este aire, llamada aire secundario, se recupera para llevarse al horno 104, en la proximidad del quemador 107; otra parte, llamada aire terciario, puede llevarse al calcinador 103, en la proximidad del quemador 106.
Los humos del horno 105 se usan para calentar la materia antes de que esta última entre en el horno 105. Más precisamente, los humos del horno vuelven a entrar en el calcinador 103. Igualmente, se alimentan aire terciario, materia y un combustible en el calcinador 103. Entonces tiene lugar una reacción de combustión en el calcinador 103 en donde se descarbonata, al menos en parte, la materia.
Los quemadores 106 y 107 se alimentan, normalmente, de un combustible cuyas propiedades le permiten quemarse rápidamente una vez inflamado. Más precisamente, las propiedades del combustible se adaptan al tiempo de permanencia impuesto por el diseño y las dimensiones del horno 105 y del precalcinador 103. Así pues, un combustible de este tipo se elige para que este tiempo de permanencia le permita alcanzar su combustión completa antes de que los humos entren en el precalentador 2. De este modo, el combustible se volatiliza completamente, garantizando un buen rendimiento, y solo las cenizas resultantes, de naturaleza mineral, se mezclan con la materia.
Los combustibles que responden a estos criterios tienen un coste caro. En efecto, son, en general, combustibles fósiles, en forma pulverulenta, gaseosa o líquida. Y la producción de clínker requiere un gran consumo de estos combustibles. En efecto, se estima que hacen falta aproximadamente 100 kg de combustible para producir 1 T de clínker.
Entonces, se conoce usar combustibles denominados alternativos sólidos menos costosos. Los combustibles alternativos sólidos son, concretamente, materiales que son desechos o también biomasa. Pueden mencionarse, por ejemplo, los neumáticos, las piezas de plástico que se encuentran en los automóviles, los lodos de depuración, los desechos de madera y, más generalmente, cualquier desecho procedente de una industria o de un comercio, incluso domésticos.
En comparación con los combustibles fósiles, los combustibles alternativos sólidos están disponibles, en general, en forma basta, con dimensiones que pueden alcanzar 500 mm. Por tanto, son mucho más difíciles de transportar en el estado mediante un flujo gaseoso, ya que son más pesados, y tardan más tiempo en quemarse, concretamente, debido a las dimensiones más importantes de las partículas de los combustibles sólidos alternativos y a una superficie específica menor. Además, en función de sus orígenes, los combustibles bastos alternativos tienen propiedades para la combustión que pueden variar.
Por tanto, uno de los problemas en el uso de los combustibles sólidos alternativos, es usarlos de manera óptima, aprovechando al máximo su poder calorífico y obteniendo su combustión completa en el lugar deseado en una instalación de producción de clínker.
Con el fin de permitir el uso de unos combustibles de este tipo en una instalación 100 de producción de clínker de cemento que responde a los criterios, se conoce poner en práctica una etapa previa de troceado de los combustibles alternativos sólidos, con el fin de hacer que alcancen dimensiones compatibles con su uso. Esta solución no es satisfactoria, ya que la cantidad de energía usada para el troceado y los costes de mantenimiento de los dispositivos de troceado asociados, disminuyen netamente el interés de usar combustibles alternativos.
De este modo, existe una necesidad de usar los combustibles alternativos sólidos en una forma lo más basta posible, limitando los costes de tratamiento de estos combustibles antes de su uso en la instalación de producción de clínker.
Se han propuesto varias soluciones en el estado de la técnica.
Una solución es poner en práctica un reactor complementario, dedicado para la combustión de combustibles alternativos sólidos. En general, el reactor complementario tiene como objetivo quemar completamente los combustibles alternativos antes de que estos últimos alcancen el horno de clinkerización, de manera que solo las cenizas de la combustión, que son de naturaleza mineral, llegan al horno. A continuación, se integran estas cenizas en la materia para formar el clínker.
El documento DE3320670 propone poner en práctica un reactor de este tipo de tipo horno de lecho fluidizado, con el fin de quemar los desechos, en un procedimiento de producción de clínker de cemento.
La solución propuesta en este documento no aporta completa satisfacción, ya que su puesta en práctica tecnológica resulta complicada. Concretamente, la tecnología del lecho fluidizado no permite usar combustibles sólidos de cualquier dimensión, no controlada, y, concretamente, de gran dimensión, como la de los combustibles sólidos alternativos anteriormente mencionados.
El documento DE3218232 propone poner en práctica un reactor para la combustión de desechos, llevándose los humos generados por esta combustión a la entrada del precalentador. Los residuos de la combustión del combustible sólido alternativo se recuperan en un silo, para mezclarse aguas abajo del horno de clinkerización con el clínker y yeso, en proporciones ajustables para obtener cemento. De este modo, igualmente puede ajustarse la calidad del cemento. No obstante, un sistema de este tipo requiere un consumo de energía superior al necesario en el procedimiento clásico, descrito anteriormente, de manera que es más costoso de poner en práctica. En efecto, la cámara de combustión del horno de pirólisis necesita un aporte complementario de energía.
El documento WO01/09548 propone quemar los combustibles alternativos en un compartimento, que comprende un soporte rotatorio que permite regular el tiempo de permanencia de los combustibles. Se envía aire del enfriador al compartimento, con el fin de alimentarlo de oxígeno. Los humos del horno se envían directamente al calcinador, sin pasar por este compartimento.
No obstante, el soporte rotatorio no permite remover suficientemente los combustibles para evitar la aparición de puntos calientes, de manera que pueden aparecer problemas de aprovechamiento.
El documento US-6.626.662 describe un reactor de tipo tambor rotatorio, que permite quemar un combustible alternativo basto. Para ello, el tambor rotatorio se alimenta, por una parte, con aire terciario, es decir, el aire que viene del enfriador, y, por otra parte, con materia cruda y un combustible alternativo. Igualmente, se introduce otro combustible, fácilmente inflamable, en el tambor, con el fin de encender el combustible alternativo. El control de la combustión se realiza haciendo variar la cantidad de materia cruda introducida en el tambor. Los residuos sólidos, que comprenden materia cruda precalcinada, pueden llevarse o bien directamente a la entrada del horno de clinkerización si tienen un tamaño importante, o bien a una ramificación ascendente de un sistema de precalcinación. Por consiguiente, una parte de la materia se usa como medio de control de la combustión del combustible alternativo en el tambor rotatorio.
Ahora bien, en el horno, el nitrógeno y sus compuestos, aportados, concretamente, por el aire primario y el aire secundario, e igualmente por el combustible, tienen tendencia a oxidarse y a formar óxidos de nitrógeno (anotados NOx) que son fuertemente contaminantes y cuyas emisiones a la atmósfera están limitadas por la reglamentación. De manera conocida, los NOx contenidos en los humos del horno se reducen en las cámaras de combustión del conjunto de precalcinación.
No obstante, ninguna de las instalaciones del estado de la técnica propone controlar esta reducción.
También se conoce, por el documento US-2009/0283015, un procedimiento y un dispositivo de calcinación convenientes para usar un combustible alternativo en el contexto de la fabricación de clínker de cemento.
En este dispositivo de calcinación del tipo de flujo arrastrado, se alimenta combustible clásico (no basto y no alternativo) a los puntos de inyección designados como 12, proviniendo el aire necesario para la combustión, del aire terciario, proviniendo el flujo de gas de arrastre de los humos del horno, de una instalación de fabricación de clínker de cemento.
Este dispositivo permite, como complemento, funcionar con un combustible alternativo, mediante un tornillo sin fin que atraviesa la pared de un conducto vertical del dispositivo, y alimenta el reactor de calcinación dedicado al combustible alternativo, que comprende una cámara de combustión formada por una pala, sobresaliente de la pared hacia el centro, que forma un obstáculo para el flujo de gas ascendente procedente de los humos del horno. Un sistema de alimentación de aire de combustión, voluntariamente distinto del que garantiza la combustión del combustible clásico (y que usa aire terciario), comprende boquillas, designadas como 19, en el fondo de la pala, destinadas implícitamente a garantizar una determinada fluidización del combustible alternativo en la cavidad que forma la cámara de combustión.
El documento WO2009/156615 describe una instalación de producción de clínker, de manera que, al menos una parte de los humos de combustión del horno, atraviesa, al menos en parte, el reactor de calcinación, antes de volver a entrar en el conjunto de precalentamiento, un flujo gaseoso terciario que comprende, al menos en parte, aire que sale del enfriador, atraviesa, al menos en parte, el reactor de calcinación, antes de volver a entrar en el conjunto de precalentamiento Según las constataciones del Solicitante, debido a las pérdidas de cargas generadas por las boquillas del sistema de alimentación necesario para la fluidización del combustible alternativo, es necesario empujar el aire (mediante uso de ventiladores, sobrepresores; o equivalentes), presentando estos aparatos límites de funcionamiento de temperatura, normalmente del orden de 400 0C, a saber, una temperatura muy inferior a la del aire terciario. En definitiva, un diseño de este tipo impide usar un aire más caliente (tal como el aire terciario) para garantizar la combustión del combustible alternativo. La fluidización necesaria para la combustión del combustible en la cámara, impone, por otro lado, un determinado caudal de funcionamiento, impidiendo cualquier regulación del aire que garantiza la combustión del combustible alternativo y, con vistas a obtener una reducción de los NOx. Un diseño de este tipo tampoco es óptimo, tratándose de la reducción de los NOx producidos por el horno.
Por tanto, existe una necesidad de una nueva instalación de producción de clínker de cemento que use combustibles alternativos, que supere en particular los inconvenientes anteriormente mencionados.
Para ello, un primer objeto de la invención es usar combustibles alternativos sólidos bastos en una instalación de producción de clínker de cemento, controlando su combustión.
Un segundo objeto de la invención es usar combustibles alternativos sólidos bastos en una instalación de producción de clínker de cemento, optimizando los costes energéticos.
Un tercer objeto de la invención es usar combustibles alternativos sólidos bastos en una instalación de producción de clínker de cemento, que aumenta el dominio sobre la aparición de los contaminantes.
Un cuarto objeto de la invención es usar combustibles alternativos sólidos bastos en una instalación de producción de clínker de cemento, optimizando el uso de su poder calorífico.
Un quinto objeto de la invención es usar combustibles alternativos sólidos bastos en una instalación de producción de clínker de cemento que no aumente los costes de producción.
Un sexto objeto de la invención es usar combustibles alternativos sólidos bastos en una instalación de producción de clínker de cemento, que no degrade la calidad del cemento fabricado a partir del clínker obtenido en esta instalación.
De este modo, según un primer aspecto, la invención propone una instalación de producción de clínker, que comprende:
- un conjunto de precalentamiento, en el que se precalienta materia cruda;
- un conjunto de calcinación, en el que se descarbonata, al menos en parte, la materia cruda precalentada;
- un horno en el que se cuece la materia cruda precalentada y descarbonatada, al menos en parte;
- un enfriador en el que la materia cocida del horno se enfría mediante aire de enfriamiento.
El conjunto de calcinación comprende un reactor de calcinación mediante combustión de un combustible sólido denominado alternativo. Dicho reactor de calcinación está dispuesto, según el sentido de circulación de los gases, entre, por una parte, el conjunto de precalentamiento y, por otra parte, el horno, y está conectado al enfriador de manera que:
- al menos una parte de los humos de combustión del horno, atraviesa, al menos en parte, el reactor de calcinación, antes de volver a entrar en el conjunto de precalentamiento,
- un flujo gaseoso terciario que comprende, al menos en parte, aire que sale del enfriador, atraviesa, al menos en parte, el reactor de calcinación, antes de volver a entrar en el conjunto de precalentamiento.
El reactor de calcinación comprende, además, un sistema de regulación del tiempo de permanencia del combustible sólido alternativo en el reactor de calcinación.
La instalación permite quemar combustibles alternativos sólidos de dimensiones superiores a las de los combustibles sólidos habitualmente usados en el horno o en el conjunto de calcinación, al tiempo que aporta un control sobre la reducción de los NOx contenidos en los humos del horno que atraviesan el reactor de calcinación.
Para ello, un sistema de ajuste del caudal de flujo terciario está configurado para garantizar, en el reactor de calcinación, un equilibrio entre la alimentación de oxígeno necesario para la reacción de combustión y la reducción de los NOx contenidos en los humos del horno.
Por ejemplo, el reactor de calcinación es un horno rotatorio, siendo el sistema de regulación del tiempo de permanencia del combustible sólido alternativo un sistema de regulación de la velocidad de rotación y/o de la pendiente del reactor de calcinación.
El combustible alternativo sólido puede ser un combustible sólido que comprende partículas de las que una dimensión característica es superior a 20 mm, disminuyendo los costes de energía requerida en una operación de troceado.
La instalación puede adaptarse, entonces, fácilmente a diferentes tipos de combustible, además de los combustibles sólidos alternativos bastos.
De este modo, según un modo de realización, el conjunto de calcinación puede comprender, por lo demás, un reactor complementario de calcinación alimentado de un combustible. El reactor complementario de calcinación está dispuesto entre el reactor de calcinación y el conjunto de precalentamiento, de manera que al menos una parte de los humos que salen del reactor de calcinación, atraviesa el reactor complementario de calcinación, antes de entrar en el conjunto de precalentamiento. De este modo, el reactor complementario está particularmente adaptado para usar combustibles clásicos cuando estos están disponibles para el abastecimiento de la instalación.
Según un modo de realización, el conjunto de calcinación igualmente puede comprender un reactor auxiliar de calcinación, alimentado de un combustible, estando el reactor auxiliar conectado al enfriador aguas arriba del reactor de calcinación, de manera que el flujo gaseoso terciario que alimenta el reactor de calcinación, comprende al menos una parte de los humos que salen del reactor auxiliar. Un reactor auxiliar de este tipo permite usar combustibles que son difíciles de inflamar. Según un segundo aspecto, la invención propone un procedimiento de producción de clínker en una instalación, tal como se presentó anteriormente, comprendiendo el procedimiento:
- el precalentamiento de la materia cruda en el conjunto de precalentamiento;
- la descarbonatación de la materia precalentada en el conjunto de calcinación;
- la cocción en el horno de la materia precalentada y descarbonatada;
- el enfriamiento en el enfriador de la materia cocida, efectuándose el enfriamiento con la ayuda de aire de enfriamiento.
El procedimiento comprende, además:
- la alimentación del reactor de calcinación de al menos una parte de los humos del horno y de un flujo gaseoso terciario que comprende al menos una parte del aire de enfriamiento que sale del enfriador;
- la combustión en el reactor de calcinación de un combustible sólido alternativo y la regulación del tiempo de permanencia del combustible sólido alternativo en el reactor de calcinación;
- la recuperación de los humos del reactor de calcinación para alimentar el conjunto de precalentamiento. El combustible alternativo sólido puede ser un combustible sólido que comprende partículas de las que una dimensión característica es superior a 20 mm, o incluso superior a 80 mm.
Se controla el flujo gaseoso terciario que llega al reactor de calcinación, de manera que se obtiene un equilibrio entre la alimentación de oxígeno necesario para la reacción de combustión y la reducción de los NOx producidos en el horno. Otros efectos y ventajas de la invención se desprenderán a la luz de la descripción de modos de realización acompañada por las figuras en las que:
La Figura 1 es un esquema que ilustra una instalación de producción de clínker de cemento, según un modo de realización del estado de la técnica;
La Figura 2 es un esquema que representa una instalación de producción de clínker de cemento, según un primer modo de realización de la invención;
La Figura 3 es un esquema que representa una instalación de producción de clínker de cemento, según un segundo modo de realización de la invención;
La Figura 4 es un esquema que representa una instalación de producción de clínker de cemento, según un tercer modo de realización de la invención;
La Figura 5 es un esquema que representa una instalación de producción de clínker de cemento, según un cuarto modo de realización de la invención.
La Figura 1, que representa un estado de la técnica, ya se describió anteriormente.
En las Figuras 2 a 5, se representan cuatro modos de realización de una instalación 1 de producción de clínker de cemento.
De manera clásica, y siguiendo globalmente el sentido de circulación de la materia, la instalación 1 comprende:
- un conjunto 2 de precalentamiento, en el que se precalienta materia cruda y se descarbonata, al menos en parte;
- un conjunto 3 de calcinación, en el que se descarbonata, al menos en parte, la materia cruda precalentada;
- un horno 4 en el que se cuece la materia cruda precalentada y descarbonatada, al menos en parte;
- un enfriador 5 en el que la materia cocida del horno 4 se enfría mediante aire de enfriamiento.
Más precisamente, el conjunto 2 de precalentamiento comprende una pluralidad de ciclones, por ejemplo, cinco, dispuestos en serie, en los que se lleva la materia de ciclón a ciclón mediante un gas portador que viene del conjunto 3 de calcinación. En las Figuras 2 a 5, se ha representado el conjunto 2 de precalentamiento mediante un primer bloque 2a que representa los primeros ciclones, y mediante un segundo bloque 2b que representa el o los últimos ciclones, con el fin de facilitar la descripción que va a seguir.
El horno 4 es, por ejemplo, un horno rotatorio, controlándose el avance de la materia en el horno 4 hasta el enfriador 5 mediante la rotación y/o la inclinación del horno 4. Está previsto un quemador 6 en el horno 4, en el lado opuesto a la llegada de la materia al horno 4. Este quemador está alimentado con un combustible clásico 4a, es decir, con un combustible fósil o con un combustible alternativo en forma líquida o gaseosa, o también con un combustible alternativo sólido tratado de manera que presenta dimensiones características de partículas inferiores a 20 mm. La llama del horno generada por el quemador 6 se alimenta de aire denominado primario, es decir, aire exterior a la instalación inyectado mediante el quemador 6, e igualmente se alimenta con aire denominado secundario, es decir, aire recalentado que sale del enfriador 5.
Para ello, el enfriador 5 comprende una entrada de aire de enfriamiento. Este aire se recalienta mediante la materia cocida y caliente con la que entra en contacto en el enfriador. Con el fin de aprovechar este aire recalentado, este se recupera y se envía en parte al horno 4, como aire secundario. Igualmente, puede enviarse en otra parte al conjunto 3 de calcinación, como aire terciario.
Como se representa en las Figuras 2 a 5, el aire secundario y el aire terciario se toman en el mismo lugar, en este caso en la cubierta de calentamiento, sobre el enfriador 5, de manera que una única envoltura 7 de distribución lleva el aire secundario y el aire terciario. Evidentemente, esto puede ser de otra manera, pudiendo hacerse la toma de aire terciario en un lugar sobre el enfriador 5, en donde el aire de enfriamiento recalentado está menos caliente que para el aire secundario tomado en la cubierta de calentamiento.
Según la invención, el conjunto 3 de calcinación comprende un reactor 8 de calcinación que está dispuesto entre el horno 4 y el precalentador 2, según el sentido de circulación de los humos en la instalación 1, de manera que al menos una parte, y preferiblemente la totalidad, de los humos que salen del horno entran en el reactor 8 de calcinación antes de volver a entrar en el conjunto 2 de precalentamiento.
En lo que sigue, las posiciones de los equipos, y en particular los términos aguas arriba y “aguas abajo” , deberán comprenderse, salvo indicación de lo contrario, con respecto al sentido de circulación de los gases en la instalación 1.
El reactor 8 de calcinación puede comprender un quemador, pero no necesariamente. No obstante, los humos del horno 4 están en general suficientemente calientes, a una temperatura del orden de 1.100 0C, para aportar la energía necesaria para la combustión del combustible sólido alternativo basto en el reactor 8. De este modo, el reciclaje de la energía de los humos del horno 4 en el reactor 8 de calcinación, disminuye los costes de energía de la instalación 1.
El reactor 8 de calcinación igualmente está conectado, directa o indirectamente, a la envoltura 7 de distribución, de manera que se alimenta con un flujo gaseoso denominado terciario, que viene del enfriador 5. Más precisamente, como se explicará más adelante, el flujo gaseoso terciario comprende, al menos en parte, aire terciario. Este flujo terciario aporta el oxígeno necesario para la reacción de combustión.
El reactor 8 de calcinación comprende una llegada 8a para un combustible. De conformidad con la invención, se trata de un combustible sólido alternativo basto. Por “basto” se designa, en este caso, una granulometría superior a la de los combustibles sólidos usados habitualmente. Concretamente, un combustible sólido alternativo basto comprende, en este caso, partículas de las que al menos una dimensión característica es superior o igual a 20 mm (milímetros), y preferiblemente superior o igual a 80 mm. Las partículas del combustible sólido alternativo basto inyectadas en el reactor 8 de calcinación pueden alcanzar dimensiones características del orden de 500 mm, de manera que una eventual operación previa de troceado, implica costes muy netamente inferiores con respecto a las operaciones de troceado mencionadas en la introducción para el estado de la técnica.
El reactor 8 de calcinación comprende, además, un sistema de regulación del tiempo de permanencia del combustible sólido alternativo basto: el tiempo de permanencia se regula de manera que el combustible se consume totalmente, de manera que solo los residuos minerales caen al horno 4 y se mezclan con la materia.
Según un modo de realización particular, que es el de las figuras, el reactor 8 de calcinación es un horno rotatorio. Entonces, el tiempo de permanencia del combustible puede regularse mediante dos parámetros: la inclinación del reactor 8 y la velocidad de rotación. La alimentación de combustible sólido alternativo basto en el reactor 8 de calcinación se hace, entonces, preferiblemente en el lado más alto, de manera que el combustible tiene toda la longitud del reactor 8 de calcinación para consumirse y que solo lleguen cenizas al punto más bajo del reactor 8 de calcinación, antes de caer al horno 4 de clinkerización.
El sistema de regulación del tiempo de permanencia del combustible, permite adaptar el tiempo de permanencia, concretamente, en función de la naturaleza del combustible sólido alternativo basto proporcionado. En efecto, el combustible sólido alternativo basto puede tener diferentes orígenes y, por tanto, propiedades para la combustión que son diferentes en función de los lotes. El tamaño de las partículas que constituyen el combustible sólido alternativo igualmente puede variar en función de los orígenes. Por tanto, es ventajoso poder regular el tiempo de permanencia en el reactor 8 de calcinación, con el fin de obtener siempre la combustión completa del combustible alternativo basto.
Preferiblemente, el caudal de flujo terciario se ajusta de manera que se obtiene un equilibrio entre la alimentación de oxígeno necesario para la reacción de combustión y la necesidad de reducir los NOx producidos en el horno 4.
En efecto, las condiciones en el horno 4 son favorables para la aparición de los NOx, fuertemente contaminantes. Con el fin de reducir los NOx, y evitar adicionalmente su aparición en el reactor 8 de calcinación, se controla la cantidad de oxígeno que llega por el flujo terciario.
Preferiblemente, los humos del horno 4 y el flujo de aire terciario se mezclan aguas arriba o en la entrada del reactor 8 de calcinación, de manera que el mecanismo de reducción de los NOx de los humos que salen del horno 4, se controla mediante el caudal de flujo terciario. De este modo, se limita ventajosamente la cantidad de NOx que sale de la instalación 1. La regulación de la proporción del flujo terciario que alimenta el reactor 8 de calcinación es tal, que el combustible alternativo se somete en el reactor a las altas temperaturas de los humos que provienen del horno, con el fin de provocar, en primer lugar, al menos la volatilización parcial del combustible alternativo, en atmósfera reductora, y, de este modo, la liberación de productos de pirólisis (que provienen del combustible alternativo) que se recombinan mediante reacción con el NO para transformarse en N2 y que garantizan, de este modo, la reducción de los NOx.
A continuación, se garantiza la combustión del combustible alternativo en este mismo reactor 8 de calcinación, mediante el oxígeno que proviene del aire terciario. El reactor 8 de calcinación permite, de este modo, combinar a la vez el control de la combustión de un combustible sólido alternativo basto y el control de la reducción de los NOx contenidos en los humos del horno 4.
Para ello, la instalación comprende un sistema 13 de ajuste del caudal de flujo terciario, que puede comprender registros regulación y/válvulas, con el fin de controlar la proporción de aire terciario que llega al reactor 8 de calcinación.
Este sistema 13 de ajuste está configurado para garantizar, en el reactor de calcinación, una atmósfera ligeramente reductora que permite a la vez una combustión correcta de los combustibles alternativos sólidos, y la reducción de los NOx producidos por el horno.
Ahora van a describirse en detalle cuatro modos de realización de la invención.
Según un primer modo de realización ilustrado en la Figura 2, el flujo terciario comprende únicamente aire terciario, estando el reactor 8 de calcinación directamente conectado a la envoltura 7 de distribución.
El reactor 8 de calcinación está seguido, aguas abajo en el sentido de circulación de los gases, por una envoltura 9 llamada cuello de cisne, en la que se continúa la calcinación de la materia bajo el efecto del calor residual en los gases que atraviesan el cuello 9 de cisne. Eventualmente, como se representa en la Figura 2, puede llevarse aire terciario al cuello 9 de cisne, con el fin de alimentar la combustión. El sistema 13 de ajuste permite regular la proporción de aire terciario dirigida a la entrada del reactor 8 de calcinación, y la proporción restante dirigida aguas abajo, por ejemplo, un poco más lejos en el reactor 8 de calcinación, o incluso aguas abajo del reactor 8 de calcinación, tal como, por ejemplo, en el cuello 9 de cisne, y como se representa en la Figura 2.
Más precisamente, materia que sale del primer bloque 2a del precalentador 2 se pone en suspensión en el flujo gaseoso ascendente que circula en el cuello 9 de cisne. Esta materia se transporta mediante los humos y gas que vienen del horno 4 y del reactor 8 de calcinación, hasta el segundo bloque 2b del precalentador 2. Después, se envía la materia a la entrada del horno 4 de clinkerización.
Según un segundo modo de realización ilustrado en la Figura 3, con respecto al primer modo de realización, el conjunto 3 de calcinación comprende un reactor 10 complementario de calcinación, entre el reactor 8 de calcinación y el cuello 9 de cisne. De este modo, los humos que salen del reactor 8 de calcinación entran, al menos en parte, y preferiblemente de manera entera, en el reactor complementario 10, atraviesan el cuello 9 de cisne y entran en el precalentador 2. El reactor complementario 10 comprende, concretamente, una entrada 10a para un combustible clásico, como se definió anteriormente. Igualmente, puede preverse una llegada de aire terciario en el reactor complementario 10 para alimentar la combustión. Por tanto, este reactor complementario 10 permite consumir combustibles clásicos cuando estos están disponibles para completar el aporte de energía necesario para alcanzar el nivel pretendido de descarbonatación de la materia.
Según un tercer modo de realización ilustrado en la Figura 4, con respecto al primer modo de realización, el conjunto 3 de calcinación comprende un reactor auxiliar 11, conectado a la envoltura 7 de distribución, aguas arriba del reactor 8 de calcinación según el sentido de circulación de los gases. Un quemador 12 permite inflamar un combustible que alimenta en 11a al reactor auxiliar 11.
Por ejemplo, cuando el combustible disponible es difícil de inflamarse, concretamente, porque contiene poca materia volátil, es preferible encender el combustible en un reactor auxiliar 11 dedicado de este tipo, en el que la energía y la cantidad de oxígeno contenido en el aire terciario que llega por la envoltura 7 de distribución, que son necesarios para la combustión, se aportan para garantizar una combustión estable y dominada.
Los gases que salen del reactor auxiliar 11, mezcla de los humos de combustión y del aire terciario, forman entonces el flujo gaseoso terciario que se envía a la entrada del reactor 8 de calcinación, en donde se mezcla con los humos del horno 4.
Como para el primer modo de realización, los humos que salen del reactor 8 de calcinación atraviesan un cuello 9 de cisne, transportando la materia que va a calcinarse, después llegan al precalentador 2 en donde precalientan la materia antes de salir de la instalación 1.
Según un cuarto modo de realización, ilustrado en la Figura 5, la instalación comprende un reactor complementario 10 de calcinación, según el segundo modo de realización, y un reactor auxiliar 11 de calcinación, según el tercer modo de realización, con el fin de combinar sus efectos y ventajas.
La instalación 1 de producción de clínker de este modo descrita, ofrece una gran flexibilidad en el uso de los combustibles. En efecto, en función de la naturaleza y del origen de los combustibles disponibles para la instalación 1, pueden ponerse en práctica los diferentes reactores 8, 10 y 11, adaptando las proporciones de los diferentes combustibles y de materia que llegan a los reactores 8, 10 y 11, en función de las necesidades de energía.
La instalación 1 de este modo descrita permite, concretamente, usar combustibles sólidos alternativos en forma basta en un procedimiento de fabricación del clínker de cemento, sin etapa previa de troceado del combustible, de manera eficaz, gracias, concretamente, al control del tiempo de permanencia del combustible en el reactor 8 de calcinación, y gracias al uso de los humos del horno 4 de clinkerización y del aire terciario del enfriador 7.
La instalación 1 permite, además, limitar el recurso a una etapa de limpieza para retirar los NOx contenidos en los humos del horno. En efecto, la posición del reactor 8 de calcinación en el trayecto de los humos del horno 4, en combinación con el control del aporte de oxígeno al reactor 8 de calcinación, crea condiciones adecuadas para obtener una reacción de reducción de los NOx.
De este modo, la cantidad de energía consumida por la instalación 1 se aumenta poco, incluso nada, mediante la introducción de combustibles sólidos alternativos bastos. Se aprovecha eficazmente el poder calorífico de los combustibles sólidos alternativos bastos. Se disminuyen los costes de producción de clínker.

Claims (8)

  1. REIVINDICACIONES
    i. instalación (1) de producción de clínker que comprende:
    - un conjunto (2) de precalentamiento, en el que se precalienta materia cruda;
    - un conjunto (3) de calcinación, en el que se descarbonata, al menos en parte, la materia cruda precalentada;
    - un horno (4) en el que se cuece la materia cruda precalentada y descarbonatada, al menos en parte;
    - un enfriador (5) en el que la materia cocida del horno se enfría mediante aire de enfriamiento; instalación en la que el conjunto de calcinación comprende un reactor (8) de calcinación adecuado para la combustión de un combustible sólido denominado alternativo a los combustibles fósiles, concretamente, de materiales que son desechos o también biomasa, estando el reactor (8) de calcinación dispuesto, según el sentido de circulación de los gases, entre, por una parte, el conjunto (2) de precalentamiento y, por otra parte, el horno (4), y estando conectado al enfriador (5) de manera que:
    - al menos una parte de los humos de combustión del horno (4) atraviesa, al menos en parte, el reactor (8) de calcinación, antes de volver a entrar en el conjunto (2) de precalentamiento, - un flujo gaseoso terciario que comprende, al menos en parte, aire que sale del enfriador (5), atraviesa, al menos en parte, el reactor (8) de calcinación, antes de volver a entrar en el conjunto (2) de precalentamiento,
    y en la que el reactor (8) de calcinación comprende un sistema de regulación del tiempo de permanencia del combustible sólido alternativo en el reactor (8) de calcinación,
    comprendiendo la instalación un sistema (13) de ajuste del caudal de flujo terciario, configurado para garantizar, en el reactor (8) de calcinación, un equilibrio entre la alimentación de oxígeno necesario para la reacción de combustión, y la reducción de los NOx producidos en el horno (4).
  2. 2. Instalación (1) según la reivindicación 1, en la que el reactor (8) de calcinación es un horno rotatorio, siendo el sistema de regulación del tiempo de permanencia del combustible sólido alternativo, un sistema de regulación de la velocidad de rotación y/o de la pendiente del reactor (8) de calcinación.
  3. 3. Instalación (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el conjunto (2) de precalentamiento comprende al menos un precalentador de ciclones.
  4. 4. Instalación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el conjunto (3) de calcinación comprende, por lo demás, un reactor complementario (10) de calcinación alimentado de un combustible, estando el reactor complementario (10) de calcinación dispuesto entre el reactor (8) de calcinación y el conjunto (2) de precalentamiento, según el sentido de circulación de los gases, de manera que al menos una parte de los humos que salen del reactor (8) de calcinación atraviesa el reactor complementario (10) de calcinación, antes de entrar en el conjunto (2) de precalentamiento.
  5. 5. Instalación (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el conjunto (3) de calcinación comprende, por lo demás, un reactor auxiliar (11) de calcinación, alimentado de un combustible, estando el reactor auxiliar (11) conectado al enfriador(5) aguas arriba del reactor (8) de calcinación, según el sentido de circulación de los gases, de manera que el flujo gaseoso terciario que alimenta el reactor (8) de calcinación comprende al menos una parte de los humos que salen del reactor auxiliar (11).
  6. 6. Procedimiento de producción de clínker en una instalación (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el procedimiento:
    - el precalentamiento de la materia cruda en el conjunto (2) de precalentamiento;
    - la descarbonatación de la materia precalentada en el conjunto (3) de calcinación;
    - la cocción en el horno (4) de la materia precalentada y descarbonatada;
    - el enfriamiento en el enfriador de la materia cocida, efectuándose el enfriamiento con la ayuda de aire de enfriamiento;
    comprendiendo el procedimiento, además:
    - la alimentación del reactor (8) de calcinación, de al menos una parte, de los humos del horno (4) y de un flujo gaseoso terciario que comprende al menos una parte del aire de enfriamiento que sale del enfriador (5);
    - la combustión en el reactor (8) de calcinación de un combustible sólido alternativo y la regulación del tiempo de permanencia del combustible sólido alternativo en el reactor (8) de calcinación; - la recuperación de los humos del reactor (8) de calcinación para alimentar el conjunto (2) de precalentamiento;
    - el control del flujo gaseoso terciario que llega al reactor (8) de calcinación, de manera que se obtiene un equilibrio entre la alimentación de oxígeno necesario para la reacción de combustión y la reducción de los NOx producidos en el horno (4).
  7. 7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que el combustible alternativo sólido es un combustible sólido que comprende partículas de las que una dimensión característica es superior a 20 mm.
  8. 8. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que el combustible alternativo sólido es un combustible sólido que comprende partículas de las que una dimensión característica es superior a 80 mm.
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