ES2927103T3 - Instalación de producción de cemento y procedimiento para la producción de clínker de cemento - Google Patents

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Abstract

La presente invención se refiere a una planta de fabricación de cemento (10) que tiene - un precalentador (12) para precalentar el crudo, - un calcinador (14) para calcinar el crudo precalentado, - un horno (16) con un quemador de horno (28) para quemar la harina cruda para formar escoria de cemento, en el que el horno (16) tiene una entrada de gas de combustión para permitir que un gas de combustión con un contenido de oxígeno de 30% a 75% entre en el horno (16), y - un enfriador (18) para enfriar el clinker de cemento, - donde el calcinador (14) y el horno (16) tienen respectivamente al menos una entrada de combustible (20) para introducir al menos un combustible en el calcinador (14) y el horno (16), donde el calcinador (14) y el horno (16) tienen respectivamente al menos una entrada de gas inerte (64, 68) para dejar entrar respectivamente gas inerte en el calcinador (14) y el horno (16). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Instalación de producción de cemento y procedimiento para la producción de clínker de cemento
La invención se refiere a una instalación de producción de cemento y a un procedimiento para la producción de clínker de cemento, en donde gas inerte se introduce en al menos un proceso de combustión.
Por el estado de la técnica se conoce cómo introducir gas con contenido de oxígeno para la combustión de combustible con contenido de carbono en el horno rotativo tubular o el calcinador de una instalación de producción de cemento. Para reducir la cantidad de gas de escape y poder renunciar a procedimientos de depuración costosos, se conoce por ejemplo por el documento DE 102018206673 A1 el empleo de un gas de combustión lo más rico en oxígeno posible de modo que el contenido de CO2 en el gas de escape sea alto. El documento DE 102018 206 673 A1 desvela la introducción de un gas rico en oxígeno en la zona de entrada de enfriador para el calentamiento previo del gas y enfriamiento del clínker.
En el empleo de gases de combustión enriquecidos con oxígeno que presentan un porcentaje alto de oxígeno de al menos del 30 % al 100 % en el calcinador y el horno pueden formarse temperaturas muy altas. Si estas temperaturas altas aparecen durante un periodo más largo o de manera duradera en la zona cercana a la pared del calcinador, esto puede producir un daño de la pared interior del calcinador. En la aparición de zonas calientes con la harina caliente introducida pueden esperarse también fases de fusión de la harina caliente que va a calcinarse.
Partiendo de todo esto el objetivo de la presente invención es facilitar una instalación de producción de cemento y un procedimiento para producir cemento, en donde quede garantizado un modo de funcionamiento seguro de la línea de horno y al mismo tiempo se obtenga un gas de escape con un alto contenido de CO2. Un objetivo ampliado consiste en cargar en el calcinador la harina cruda calentada previamente distribuida por igual e interactuar con los gases calientes que se forman a consecuencia de la instalación de combustión de calcinador. Un objetivo preferido de la invención consiste en realizar la instalación de combustión de calcinador en forma escalonada mediante la carga precisa de combustibles, gases con contenido de oxígeno y harina cruda caliente de modo que quede garantizado un rendimiento completo de los combustibles cargados, una calcinación completa de las partículas de harina cruda cargadas y el transporte de los porcentajes de sólido a lo largo de la tubería ascendente del calcinador sin que se produzcan sobrecalentamientos en la tubería ascendente y aglomeraciones de las partículas de sólido a lo largo de la tubería ascendente.
Este objetivo se consigue de acuerdo con la invención mediante una instalación de producción de cemento con las características de la reivindicación de dispositivo independiente 1 y mediante un procedimiento con las características de la reivindicación de procedimiento independiente 12. Perfeccionamientos ventajosos resultan de las reivindicaciones dependientes.
Una instalación de producción de cemento comprende según un aspecto de la invención:
- un precalentador para calentar previamente harina cruda,
- un calcinador para calcinar la harina cruda calentada previamente,
- un horno con un quemador de horno, como por ejemplo una lanza de quemador para cocer la harina caliente calcinada para dar lugar a clínker de cemento, en donde el horno presenta una entrada de gas de combustión para dejar entrar un gas de combustión en el horno con un porcentaje de oxígeno del 30 % al 100 %, y
- un enfriador para enfriar el clínker de cemento,
- en donde el calcinador y el horno presentan en cada caso al menos una entrada de combustible para dejar entrar combustible en el calcinador y en el horno.
El calcinador y el horno presentan en cada caso al menos una entrada de gas inerte para dejar entrar gas inerte en el calcinador y el horno respectivamente.
El precalentador de la instalación de producción de cemento comprende preferentemente una multitud de etapas de ciclón con al menos un ciclón en cada caso para separar sólidos de la corriente de gas. Mediante la invención se hace posible hacer funcionar el precalentador con una cantidad de gas claramente más reducida, comparado con una instalación de producción de cemento que emplea aire como gas de combustión. El flujo volumétrico de gases de escape después del precalentador se sitúa por ejemplo en aproximadamente de 0,50 Nm3/kg a 0,90 Nm3/kg de clínker. La relación de la cantidad de carga de harina cruda a gas de escape es por consiguiente más alta que en instalaciones que se hacen funcionar con aire y asciende por ejemplo a 3 kg/kg de sólido a gas, preferentemente de 1,3 kg/kg a 1,9 kg/kg de sólido a gas. En el precalentador la harina cruda cargada en la primera etapa de ciclón, superior se calienta previamente a contracorriente de los gases de escape de horno y recorre a este respecto sucesivamente las etapas de ciclón.
Entre la última y la penúltima etapa de ciclón está dispuesto el calcinador que presenta una tubería ascendente en la que la harina cruda se calienta mediante una instalación de combustión de calcinador que puede constar de uno o varios puntos de combustión. El calcinador presenta preferentemente un dispositivo de abastecimiento de combustible que presenta la entrada de combustible y la entrada de gas inerte. El dispositivo de abastecimiento de combustible está configurado por ejemplo tubular o como abombamiento radial en el tubo ascendente del calcinador. Preferentemente el dispositivo de abastecimiento de combustible desemboca en el tubo ascendente del calcinador de modo que combustible y/o gas inerte se entregan a través del dispositivo de abastecimiento de combustible al tubo ascendente del calcinador. El dispositivo de abastecimiento de combustible representa un espacio de tratamiento térmico que sirve para el calentamiento y adición regulada de combustible en la tubería ascendente.
Ventajosamente la relación sólido-gas en el calcinador es claramente más alta comparada con instalaciones convencionales con aire como oxidador. Aparecen por ejemplo localmente cargas de sólido de más de 2 kg por cada kg de gas, por ejemplo, de 2 kg a 8 kg por cada kg de gas. En el calcinador preferentemente se convierte la mayor parte, más del 60 %, por ejemplo aproximadamente el 80 %, del calor de combustible. Mediante la harina cruda introducida en el extremo inferior del calcinador, a pesar de la concentración de oxígeno inicial del 40-80 % que inicia una combustión intensiva, se da un disipador de calor suficiente que impide un sobrecalentamiento. En el caso de que deba quemarse combustible alternativo en pedazos gruesos, por ejemplo con longitudes de borde de >100 mm, ha de preverse preferentemente una zona inclinada con tiempo de permanencia más prolongado para el combustible. Ejemplos para tales zonas inclinadas son peldaños, rejillas de avance, rejillas de movimiento alternativo u otros dispositivos mecánicos o neumáticos. Estos dispositivos funcionan fungieren por ejemplo como cámaras de combustión, cámaras de combustión previa o sirven únicamente para el secado y calentamiento previo o gasificación parcial de los combustibles cargados. Los combustibles pueden ser de cualquier tipo en cuanto a su distribución de tamaño de grano y su valor calorífico.
La reacción de calcinación discurre por ejemplo bajo presiones parciales de CO2 entre el 10 %-60 % al comienzo del calcinador y hasta del 98 % al final del calcinador. Por consiguiente la reacción de calcinación discurre preferentemente a temperaturas más altas que en la instalación convencional de 700 a 1100 °C, preferentemente de 900-1000 °C.
Con la harina cruda calentada previamente en el precalentador y calcinada en el calcinador se alimenta a continuación al horno. El horno es preferentemente un horno rotativo tubular con un tubo giratorio que puede rotar alrededor de su eje longitudinal que preferentemente está ligeramente inclinado en la dirección de transporte del material que va a quemarse de modo que el material se mueve condicionado por la rotación del tubo giratorio y la gravedad en la dirección de transporte. El horno presenta preferentemente en uno de sus extremos una entrada de material para dejar entrar harina cruda calcinada, calentada previamente, y en su extremo opuesto a la entrada de material presenta una salida de material para dejar salir el clínker quemado hacia el enfriador. En el extremo del horno en el lado de la salida de material está dispuesto preferentemente un cabezal de horno que presenta el quemador de horno para la combustión del material y preferentemente al menos una entrada de combustible para dejar entrar combustible en el horno, preferentemente a través de un quemador de horno y/o a través de una lanza de combustible. El horno presenta preferentemente una zona de sinterización en la que el material se funde al menos parcialmente y en particular presenta una temperatura de 1500 °C a 1900 °C, preferentemente 1450 °C a 1750 °C. La zona de sinterización comprende por ejemplo el cabezal de horno, preferentemente el tercio posterior del horno en la dirección de transporte del material.
El gas de combustión que contiene oxígeno se introduce por ejemplo por completo o parcialmente directamente en el cabezal de horno, en donde el cabezal de horno presenta por ejemplo una entrada de gas de combustión. Preferentemente el gas de combustión se introduce por completo o parcialmente a través de la salida de material del horno en este. El gas de combustión con el que se ha alimentado al horno tiene por ejemplo un porcentaje de oxígeno de más del 30 % al 75 %, preferentemente de más del 95 %. El gas de combustión se compone por ejemplo por completo de oxígeno puro, en donde en este caso el porcentaje de oxígeno en el gas de combustión asciende al 100 %. El quemador de horno puede ser por ejemplo una lanza de quemador. A la salida de material del horno se une preferentemente el enfriador para enfriar el clínker de cemento.
El enfriador presenta un equipo de transporte para transportar el producto a granel en la dirección de transporte a través del espacio para gases refrigerantes. El espacio para gases refrigerantes comprende una primera sección de espacio para gases refrigerantes con una primera corriente de gas refrigerante y una segunda sección de espacio para gases refrigerantes que en la dirección de transporte del producto a granel se une a este con una segunda corriente de gas refrigerante. El espacio para gases refrigerantes está delimitado preferentemente hacia arriba por una cubierta de espacio para gases refrigerantes, y hacia abajo por una rejilla dinámica y/o estática, preferentemente por el producto a granel situado sobre esta. El espacio para gases refrigerantes es en particular todo el espacio del enfriador por el que circula gas refrigerante por encima del producto a granel. La corriente de gas refrigerante fluye a través de la rejilla dinámica y/o estática, en particular a través del equipo de transporte, a través del producto a granel y hacia el espacio para gases refrigerantes. La primera sección de espacio para gases refrigerantes está dispuesta preferentemente en la dirección de flujo del producto a granel que va a enfriarse directamente después de la entrada de enfriador, en particular la salida de material del horno. Preferentemente el clínker cae desde el horno a la primera sección de espacio para gases refrigerantes.
La primera sección de espacio de enfriamiento presenta preferentemente una rejilla estática y/o rejilla dinámica que está dispuesta por debajo de la salida de material del horno de modo que el clínker que sale del horno cae condicionado por la gravedad sobre la rejilla estática. Hacia la primera sección de espacio para gases refrigerantes fluye preferentemente de manera exclusiva la primera corriente de gas refrigerante que se acelera por ejemplo mediante un ventilador o caldera cargada a presión u otro dispositivo correspondiente. La segunda sección de espacio para gases refrigerantes se une en la dirección de transporte del producto a granel a la primea sección de espacio para gases refrigerantes y preferentemente se separa mediante tecnología de gases desde la primera sección de espacio para gases refrigerantes mediante un dispositivo de separación. En la segunda sección de espacio para gases refrigerantes preferentemente de manera exclusiva la segunda corriente de gas refrigerante que se acelera por ejemplo mediante al menos un ventilador.
La segunda sección de espacio para gases refrigerantes presenta preferentemente una rejilla dinámica para el transporte del producto a granel a través del espacio para gases refrigerantes. La primera corriente de gas refrigerante que fluye a través de la primera sección de espacio para gases refrigerantes es, por ejemplo, oxígeno puro o un gas con un porcentaje de menos del 35 % en volumen, en particular menos del 21 % en volumen, preferentemente el 15 % en volumen o menos de nitrógeno y/o argón y/o un porcentaje de oxígeno de más del 20,5 %, en particular de más del 30 % al 75 %, preferentemente de más del 95 %. La primera sección de espacio para gases refrigerantes se une preferentemente de manera directa a la salida de material del horno, preferentemente al cabezal de horno del horno de modo que el gas refrigerante se calienta en el enfriador y a continuación fluye hacia el horno rotativo tubular y se emplea como gas de combustión. La segunda corriente de gas refrigerante es por ejemplo aire.
El enfriador presenta preferentemente un dispositivo de separación mediante tecnología de gases de las secciones de espacio para gases refrigerantes unas de otras.
El gas inerte es por ejemplo CO2 o vapor de agua. La alimentación de gas inerte en el calcinador y/o el horno ofrece la ventaja de un retardo, en particular una ralentización, de la combustión de modo que se impide un daño del horno y/o del calcinador.
De acuerdo con una primera forma de realización la entrada de combustible y la entrada de gas inerte están dispuestos de manera independiente la una de la otra y configuran en cada caso una entrada en el horno y/o el calcinador. Por ejemplo la entrada de gas inerte está configurada como entrada anular alrededor de la entrada de combustible. El conducto para conducir el combustible y el gas inerte está configurado por ejemplo como tubo doble, preferentemente como tubos concéntricos con diferentes diámetros. Preferentemente el gas inerte se conduce directamente cerca de la entrada de combustible o del dispositivo de abastecimiento de combustible. Esto permite una alimentación económica del gas inerte costoso.
De acuerdo con una forma de realización adicional la entrada de combustible y la entrada de gas inerte configuran conjuntamente una entrada. El combustible y el gas inerte se alimentan preferentemente hacia un conducto común en cada caso al calcinador o al horno. Esto es menos costoso en cuanto a la construcción y por tanto más económico.
El calcinador y/o el horno presentan de acuerdo con una forma de realización adicional en cada caso una multitud de entradas de gas inerte, en particular para la entrada de gases inertes diferentes. Asimismo es concebible que el calcinador presente una multitud de dispositivos de abastecimiento de combustible, en particular dos o tres dispositivos de abastecimiento de combustible a los cuales está asociada en cada caso una entrada de gas inerte. Los dispositivos de abastecimiento de combustible están distanciados preferentemente unos respecto a otros por la longitud y/o el ancho de la tubería ascendente. Por ejemplo, los dispositivos de abastecimiento de combustible están dispuestos desfasados unos respecto a otros en un ángulo de 0°, preferentemente de 60° a 270° por la sección transversal de la tubería ascendente del calcinador. A este respecto pueden combinarse diferentes tipos de dispositivos de abastecimiento de combustible entre sí y también disponerse de manera diferente.
De acuerdo con una forma de realización adicional el calcinador presenta al menos una entrada de harina cruda para dejar entrar harina cruda en el calcinador que está dispuesto en la dirección de flujo del gas dentro del calcinador aguas arriba de la entrada de combustible y de la entrada de gas inerte. Por ejemplo, la entrada de harina cruda está dispuesta entre dos dispositivos de abastecimiento de combustible o entradas de combustible en el calcinador. Preferentemente al menos una entrada de harina cruda está dispuesta en la dirección de flujo antes de la entrada de combustible. Esto impide un sobrecalentamiento de la harina cruda. La zona de combustión generada por la instalación de combustión de calcinador puede emitir el calor directamente a las partículas de la harina cruda. El gas inerte sirve preferentemente de forma adicional como un disipador de temperatura e impide además el encendido espontáneo del combustible cargado directamente en el quemador o en lanzas de quemador y o en la entrada del dispositivo de abastecimiento de combustible.
El calcinador, de acuerdo con una forma de realización adicional, presenta al menos una, preferentemente dos o varias entradas de harina cruda para dejar entrar harina cruda en el calcinador y en donde al menos una de las entradas de harina cruda, y preferentemente al menos una entrada de combustible está dispuesta en la dirección de flujo del gas dentro de la tubería ascendente de calcinador aguas arriba de la entrada de combustible, en particular aguas arriba del dispositivo de abastecimiento de combustible. Preferentemente al menos una o todas las entradas de harina cruda está dispuesta aguas arriba de una o de todas las entradas de combustible. Por ejemplo, la entrada de harina cruda está dispuesta distanciada con respecto al dispositivo de abastecimiento de combustible en el calcinador.
De acuerdo con una forma de realización adicional la instalación de producción de cemento presenta un equipo de control que está conectado con un equipo de medición de temperatura dentro del calcinador y está configurada de tal modo que controla/regula la cantidad de harina cruda, gas inerte y/o combustible en el calcinador dependiendo de la temperatura determinada del equipo de medición de temperatura. El equipo de medición de temperatura está conectado preferentemente con el equipo de control de tal modo que transmite la temperatura determinada al equipo de control. El equipo de medición de temperatura está dispuesto por ejemplo aguas abajo de uno de los dispositivos de abastecimiento de combustible. El calcinador presenta por ejemplo una multitud de equipos de medición de temperatura que están conectados en cada caso con el equipo de control para transmitir la temperatura determinada. Por ejemplo, a cada dispositivo de abastecimiento de combustible está conectado aguas abajo un equipo de medición de temperatura. Asimismo es concebible que una multitud de equipos de medición de temperatura esté dispuesta distribuida dentro de la tubería ascendente del calcinador preferentemente de manera uniforme.
Por ejemplo, dependiendo de la temperatura se controla la cantidad de combustible en los dispositivos de abastecimiento de combustible individuales. Por ello se ajusta una combustión uniforme y regulada dentro del calcinador con una distribución de temperatura homogeneizada y puede evitarse picos de temperatura que pueden dañar el calcinador o pueden fundir el material.
El equipo de control está configurado por ejemplo de tal modo que compara la temperatura determinada con un valor teórico determinado previamente y en caso de una desviación de la temperatura determinada del valor teórico controla/ regula la cantidad de combustible, la cantidad de gas inerte y/o la cantidad de harina cruda en el calcinador. Si la temperatura determinada superar por ejemplo el valor teórico determinado previamente el equipo de control está configurado de tal modo que reduce la cantidad de combustible, aumenta la cantidad de harina cruda y/o aumenta la cantidad de gas inerte. Si la temperatura determinada no alcanza por ejemplo el valor teórico determinado previamente, el equipo de control está configurado de tal modo que aumenta la cantidad de combustible, disminuye la cantidad de harina cruda y/o reduce la cantidad de gas inerte.
De acuerdo con una forma de realización adicional dentro del calcinador está configurado al menos un estrechamiento de sección transversal de la sección transversal de calcinador. Por ejemplo el calcinador presenta una multitud de estrechamientos de sección transversal en la tubería ascendente. Por ello el flujo dentro de la tubería ascendente se acelera y a continuación se ralentiza de modo que se configuran preferentemente zonas de flujo estabilizado.
Dentro del calcinador, de acuerdo con una forma de realización adicional está dispuesto al menos un elemento conductor para conducir la corriente de gas. Por ello se alcanza preferentemente una mejor mezcla del gas con la harina cruda. Esta función para el control de proceso con altos contenidos de oxígeno y bajos contenidos de nitrógeno tiene un significado especial en el sentido de que mediante la cantidad de gas disminuida en el calcinador debido a la ausencia de porcentajes de nitrógeno, después de la carga del material se produce una alimentación mayor que en instalaciones que se hacen funcionar con aire como oxidante. Por lo tanto, para la capacidad de carga de las partículas es ventajoso cuando el material se distribuye uniformemente por la sección transversal de la tubería ascendente del calcinador. Se impide un descenso de la harina hacia una zona de la tubería ascendente de calcinador situada más profunda aguas abajo. El elemento conductor está configurado por ejemplo como una placa, una caja, un cono y/o una pirámide. Preferentemente dentro de la tubería ascendente está dispuesta una multitud de elementos conductores que están distanciados unos de otros por ejemplo uniformemente. Los elementos conductores están configurados por ejemplo de cerámica o de un material compuesto reforzado con fibra. Los elementos conductores están dispuestos en particular dentro de la tubería ascendente y/o en el dispositivo de abastecimiento de combustible. Preferentemente un elemento conductor está dispuesto en la salida del dispositivo de abastecimiento de combustible hacia la tubería ascendente de modo que la entrada de combustible se conduce hacia la tubería ascendente mediante el elemento conductor. Preferentemente el elemento conductor se extiende desde el dispositivo de abastecimiento de combustible hacia la tubería ascendente. El elemento conductor está configurado y dispuesto por ejemplo de tal modo que conduce el combustible en un ángulo hacia la pared interior del tubo ascendente. Por ejemplo el elemento conductor configura un difusor con una sección transversal que se amplía con respecto al dispositivo de abastecimiento de combustible.
De acuerdo con una forma de realización adicional el calcinador presenta una multitud de dispositivos de abastecimiento de combustible que comprenden en cada caso una entrada de combustible y una entrada de gas inerte y en donde a cada dispositivo de abastecimiento de combustible está asociado un elemento conductor. El dispositivo de abastecimiento de combustible respectivo está dispuesto por ejemplo en el mismo nivel de altura que el elemento conductor o conectado aguas abajo o aguas arriba directamente del elemento conductor. Esto permite una distribución optimizada de la harina cruda y del gas inerte dentro de la tubería ascendente, en particular en la zona del dispositivo de abastecimiento de combustible.
Entre el horno y el calcinador o solo en el calcinador, de acuerdo con una forma de realización adicional está dispuesta una cámara de combustión que presenta una entrada de harina, una entrada de combustible, por ejemplo un dispositivo de abastecimiento de combustible y una entrada de gas inerte. La cámara de combustión presenta por ejemplo una sección transversal redonda o está configurada en forma de ciclón. Asimismo es concebible que la cámara de combustión esté configurada como espacio de reacción de calcinador para la calcinación simultánea de modo que dos calcinadores están conectados en serie o en paralelo. Esto proporciona una regulación del rendimiento de combustible y de la calcinación dentro del calcinador o de los calcinadores.
La invención comprende también un procedimiento para la producción de clínker de cemento que presenta las etapas:: - calentar previamente harina cruda en un precalentador,
- calcinar la harina cruda calentada previamente en un calcinador,
- cocer la harina cruda calentada previamente y calcinada en un horno con un quemador de horno para dar lugar a clínker de cemento, en donde al horno se alimenta con un gas de combustión con un porcentaje de oxígeno del 30 % al 100 %, y
- enfriar el clínker de cemento en un enfriador, en donde al horno y al calcinador se alimenta un combustible. Al horno y al calcinador se alimenta en cada caso un gas inerte.
Las realizaciones y ventajas anteriormente descritas de la instalación de producción de cemento se refieren en correspondencia relativa al procedimiento también al procedimiento para la producción de clínker de cemento.
El gas inerte de acuerdo con una forma de realización adicional se alimenta al calcinador y/o al horno junto con o de manera independiente al combustible y/o a la harina cruda. Por ejemplo, al menos dos gases inertes diferentes se introducen en el calcinador y/o el horno.
De acuerdo con una forma de realización adicional la harina cruda en la dirección de flujo del gas se deja entrar dentro del calcinador antes del combustible y del gas inerte en el calcinador. Por ejemplo al menos una parte de la harina cruda y el combustible se admiten en la dirección de flujo del gas dentro del calcinador antes de un dispositivo de abastecimiento de combustible en el calcinador. Preferentemente la harina cruda presenta una temperatura de 700C a 900 °C en la entrada en el calcinador.
De acuerdo con una forma de realización adicional la temperatura dentro del calcinador se determina y la cantidad de harina cruda, gas inerte y/o combustible, que se alimenta al calcinador se controla/regula dependiendo de la temperatura determinada.
Dentro del calcinador, de acuerdo con una forma de realización adicional se configura una zona de flujo estabilizado mediante al menos un elemento conductor o al menos un estrechamiento de sección transversal de la sección transversal de calcinador.
Descripción de los dibujos
La invención se explica con más detalle a continuación mediante varios ejemplos de realización con respecto a las figuras adjuntas.
Fig. 1 muestra una representación esquemática de una instalación de producción de cemento con un calcinador y un horno de acuerdo con un ejemplo de realización.
Fig. 2 muestra una representación esquemática de un calcinador con una entrada de gas inerte de acuerdo con un ejemplo de realización adicional.
Fig. 3 muestra una representación esquemática de un calcinador con una entrada de gas inerte de acuerdo con un ejemplo de realización adicional.
Fig. 4 muestra una representación esquemática de un calcinador con un elemento conductor de acuerdo con dos ejemplos de realización adicionales.
La Fig. 1 muestra una instalación de producción de cemento 10 con un precalentador 12 de un ramal para el calentamiento previo de harina cruda, un calcinador 14 para calcinar la harina cruda, un horno 16, en particular un horno rotativo tubular para cocer la harina cruda para dar lugar a clínker y un enfriador 18 para enfriar el clínker quemado en el horno 16.
El precalentador 12 comprende una multitud de ciclones 20 para separar la harina cruda procedente de la corriente de gas de harina cruda. A modo de ejemplo el precalentador 12 presenta cinco ciclones 20 que están dispuestos en cuatro etapas de ciclón unas debajo de otras. El precalentador 12 presenta una entrada de material no representada para dejar entrar harina cruda en el nivel ciclones 20 superior del precalentador 12 que comprende dos ciclones. La harina cruda fluye sucesivamente a través de los ciclones 20 de las etapas de ciclón a contracorriente hacia el hornoy/o gas de escape de calcinador y se calienta por ello. Entre la última y la penúltima etapa de ciclón está dispuesto el calcinador 14. El calcinador 14 presenta una tubería ascendente, en particular un tubo ascendente, con al menos una instalación de combustión de calcinador para el calentamiento de la harina cruda de modo que se realiza una calcinación de la harina cruda en el calcinador 14. Además el calcinador 14 presenta una entrada de combustible para la entrada de combustible y una entrada de gas inerte para dejar entrar un gas inerte en la tubería ascendente. El calcinador 14 presenta adicionalmente una entrada de gas de combustión 26 para la entrada de gas que contiene oxígeno de combustión en la tubería ascendente del calcinador 14. El gas de combustión es en particular el gas de escape de horno que está enriquecido con oxígeno. El porcentaje de oxígeno del gas de combustión asciende a como máximo el 85 % entre el horno 16 y el calcinador 14. El gas de escape de calcinador se introduce en el precalentador 12, preferentemente en la penúltima etapa de ciclón y abandona el precalentador 12 detrás de la etapa de ciclón superior como gas de escape de precalentador 22.
En la dirección de flujo de la harina cruda el horno 16 está conectado aguas abajo del precalentador 12 de modo que la harina cruda calentada previamente en el precalentador 12 y calcinada en el calcinador 14 circula hacia el horno 16. La entrada de material/ salida de gas 25 del horno 16 está conectada directamente con la tubería ascendente del calcinador 14 de modo que el gas de escape de horno fluye hacia el calcinador 14 y a continuación hacia el precalentador 12. El horno 16 es a modo de ejemplo un horno rotativo tubular con un tubo giratorio que rota alrededor de su eje longitudinal que está dispuesto en un ángulo ligeramente descendente. El horno 12 presenta en el extremo del lado de la salida de material dentro del tubo giratorio un quemador de horno 28 y una entrada de combustible 30 correspondiente. La salida de material del horno 16 está dispuesta en el extremo del tubo giratorio enfrentado a la entrada de material 25 de modo que la harina cruda dentro del tubo giratorio mediante la rotación del tubo giratorio se transporta en la dirección del quemador de horno 28 y de la salida de material. La harina cruda se quema dentro del horno 16 para dar lugar a clínker de cemento. La zona de sinterización 32 comprende la zona posterior del tubo giratorio, en el lado de la salida de material, preferentemente el tercio posterior en la dirección de flujo de material.
A la salida de material del horno 16 se une el enfriador 18 para enfriar el clínker. El enfriador 18 presenta un espacio para gases refrigerantes 34 en el que el clínker se enfría mediante una corriente de gas refrigerante. El clínker se transporta en la dirección de transporte F a través del espacio para gases refrigerantes 34. El espacio para gases refrigerantes 34 presenta una primera sección de espacio para gases refrigerantes 36 y una segunda sección de espacio para gases refrigerantes 38 que se une en la dirección de transporte F a la primera sección de espacio para gases refrigerantes 36. El horno 16 está conectado a través de la salida de material del horno 16 con el enfriador 18 de modo que el clínker quemado en el horno rotativo tubular 20 cae al enfriador 18.
La primera sección de espacio para gases refrigerantes 36 está dispuesta por debajo de la salida de material del horno 16 de modo que el clínker cae desde el horno 16 hacia la primera sección de espacio para gases refrigerantes 36. La primera sección de espacio para gases refrigerantes 36 representa una zona de entrada del enfriador 18 y presenta preferentemente una rejilla estática 40 que aloja el clínker que sale del horno 16. La rejilla estática 40 está dispuesta en particular por completo en la primera sección de espacio para gases refrigerantes 36 del enfriador 10. Preferentemente el clínker cae desde el horno 16 directamente a la rejilla estática 40. La rejilla estática 40 se extiende preferentemente por completo en un ángulo de 10° a 35°, preferentemente de 14° a 33°, en particular de 21° a 25° con respecto a la horizontal de modo que el clínker en la dirección de transporte se desliza a lo largo de la rejilla estática 40 sobre esta.
A la primera sección de espacio para gases refrigerantes 36 se une la segunda sección de espacio para gases refrigerantes 38 del enfriador 18. En la primera sección de espacio para gases refrigerantes 36 del enfriador 18 el clínker en particular se enfría a una temperatura de menos de 1000 °C, en donde el enfriamiento se realiza de tal modo que se realiza una solidificación completa de fases líquidas presentes en el clínker en fases sólidas. Al abandonar la primera sección de espacio para gases refrigerantes 36 del enfriador 18 el clínker se presenta preferentemente por completo en la fase sólida y una temperatura de como máximo 1000 °C. En la segunda sección de espacio para gases refrigerantes 38 del enfriador 18 el clínker se enfría adicionalmente, preferentemente a una temperatura de menos de 100 °C. Preferentemente la segunda corriente de gas refrigerante puede distribuirse en varias corrientes de gas parciales que presentan diferentes temperaturas.
La rejilla estática de la primera sección de espacio para gases refrigerantes 36 presenta por ejemplo pasos a través de los cuales un gas refrigerante entra en el enfriador 18 y el clínker. El gas refrigerante se genera por ejemplo mediante al menos un ventilador, soplador o depósito a presión dispuesto por debajo de la rejilla estática 40 de modo que una primera corriente de gas refrigerante 42 fluye desde abajo a través de la rejilla estática hacia la primera sección de espacio para gases refrigerantes 36. La primera corriente de gas refrigerante 42 es por ejemplo oxígeno puro o un gas con un porcentaje del 15 % en volumen o menos de nitrógeno y un porcentaje del 30 % en volumen o más de oxígeno. La primera corriente de gas refrigerante 42 atraviesa el clínker y fluye a continuación hacia el horno 16. La primera corriente de gas refrigerante configura por ejemplo parcialmente o por completo el gas de combustión del horno 16. El alto porcentaje de oxígeno en el gas de combustión produce un gas de escape de precalentador que se compone esencialmente de CO2 y vapor de agua, y presenta la ventaja de que puede prescindirse de procedimientos de depuración costosos conectados aguas abajo para la depuración de gases de escape. Por lo demás, se logra una reducción de las cantidades de gas de proceso de modo que la instalación puede presentar unas dimensiones considerablemente más pequeñas.
Dentro del enfriador 18 el clínker que va a enfriarse se mueve en la dirección de transporte F. La segunda sección de espacio para gases refrigerantes 38 presenta preferentemente una rejilla 44 dinámica, en particular móvil que se une en la dirección de transporte F a la rejilla estática 40. Por debajo de la rejilla dinámica 44 está dispuesta a modo de ejemplo una multitud de ventiladores mediante los cuales la segunda corriente de gas refrigerante 46 se insufla desde abajo a través de la rejilla dinámica 44. La segunda corriente de gas refrigerante 46 es por ejemplo aire.
A la rejilla dinámica 44 de la segunda sección de espacio para gases refrigerantes 38 en la Fig. 1 se une un equipo de trituración 48. Al equipo de trituración 48 se une una rejilla dinámica 50 adicional por debajo del equipo de trituración 48. Preferentemente el clínker frío 52 al abandonar el enfriador 18 presenta una temperatura de 100 °C o menos.
Desde la segunda sección de espacio para gases refrigerantes 38 se evacue por ejemplo aire de salida de enfriador 54 y se conduzca hacia un separador 56, como por ejemplo un ciclón, para separar los sólidos. Los sólidos se alimentan de nuevo a modo de ejemplo al enfriador 18. Al separador 56 está conectado aguas abajo un intercambiador de calor aire-aire 58, de modo que el aire de salida de enfriador se calienta previamente dentro del intercambiador de calor 58 con que se alimenta por ejemplo a un molino para material crudo.
La Fig. 2 muestra un fragmento de una instalación de producción de cemento 10 de acuerdo con la Fig. 1, en donde las zonas no representadas representan por ejemplo elementos iguales y referencias iguales en correspondencia con las de la Fig. 1. El calcinador 14 representado en la Fig. 2 presenta a modo de ejemplo dos dispositivos de abastecimiento de combustible 60. Asimismo es concebible que el calcinador 14 presente únicamente de manera exacta un dispositivo de abastecimiento de combustible 60 o más de dos dispositivos de abastecimiento de combustible 60. Ambos dispositivos de abastecimiento de combustible 60 están instalados separados el uno del otro en la tubería ascendente 62 del calcinador 14. A modo de ejemplo los dispositivos de abastecimiento de combustible 60 están instalados en diferentes niveles de altura en la tubería ascendente 62. A cada dispositivo de abastecimiento de combustible 60 está asociada en cada caso una entrada de combustible 24 y una entrada de gas inerte 64 de modo que se conduce combustible y gas inerte al dispositivo de abastecimiento de combustible 60. Los dispositivos de abastecimiento de combustible 60 están dispuestos a modo de ejemplo desfasados 180° entre sí. Por ejemplo el dispositivo de abastecimiento de combustible presenta un medio para transportar el combustible, como un tornillo sin fin de transporte o un canal inclinado. La carga del o de los combustibles puede realizarse por ejemplo también neumáticamente mediante el transporte con ayuda de un gas inerte.
La Fig. 2 muestra por lo demás que al quemador de horno 28 está asociada una entrada de combustible 30 y una entrada de gas inerte 68 de modo que se conduce combustible y gas inerte hacia el quemador de horno 28. La entrada de combustible 24, 30 y la entrada de gas inerte 64, 68 están configuradas por ejemplo de manera independiente entre sí o está configurada como una entrada común en el calcinador 14 o el horno 16. El gas inerte es por ejemplo CO2 o vapor de agua. El gas inerte puede servir tanto como medio de transporte como para influir en el encendido o control del proceso de combustión.
La entrada de harina cruda 70 en el calcinador 14 se forma en la Fig. 2 a modo de ejemplo mediante la salida de sólidos de la penúltima etapa de ciclón. La entrada de harina cruda 70 está dispuesta por ejemplo entre los dos quemadores de calcinador 60. Como alternativa la harina cruda puede cargarse preferentemente en cada caso por debajo de la zona de combustión individual aguas abajo de las entradas de combustible 30. Una posibilidad adicional del abastecimiento de harina cruda y combustible consiste en que se utilice una cámara de combustión dispuesta en paralelo a la tubería ascendente del calcinador para entregar combustible y harina simultáneamente en una zona pobre de oxígeno. Preferentemente el combustible se carga de manera central en una cámara de combustión dirigida hacia abajo. En torno al abastecimiento de combustible sobre un perímetro radial o en el perímetro de la cámara de combustión cilíndrica el abastecimiento de la harina cruda se realiza de tal modo que el combustible se reviste de una cortina de harina. En el extremo inferior de la cámara de combustión esta se une a la tubería ascendente del calcinador orientada hacia arriba. El combustible revestido de harina se carga en el flujo de calcinador rico en oxígeno y allí se enciende. El calor se agota directamente mediante la reacción de calcinación de la harina cruda.
El calcinador 14 presenta a modo de ejemplo un equipo de medición de temperatura 66 para determinar la temperatura dentro del calcinador 14. La instalación de cemento 10 comprende por lo demás un equipo de control 72 que está conectado con el equipo de medición de temperatura de tal modo que el equipo de medición de temperatura 66 transmite la temperatura determinada al equipo de control 72. El equipo de control 72 está conectado con la entrada de combustible 24, la entrada de harina cruda 70 y/o la entrada de gas inerte 64 y configurado de tal modo que controla /regula la cantidad de combustible, harina cruda y/o gas inerte en el calcinador 14 dependiendo de la temperatura determinada.
La Fig. 3 muestra un ejemplo de realización adicional de un calcinador 14 de las Fig. 1 y 2, en donde las mismas referencias representan los mismos elementos. La tubería ascendente 62 del calcinador 14 presenta una multitud de diferentes superficies de sección transversal. Los dispositivos de abastecimiento de combustible 60 del calcinador 14 están instalados a modo de ejemplo sin desfase angular en el mismo lado de la tubería ascendente 62, pero en niveles de altura diferentes. En la dirección de corriente del gas dentro de la tubería ascendente 62 a cada dispositivo de abastecimiento de combustible 60 está conectada aguas arriba y/o aguas abajo en cada caso una entrada de harina cruda 70 preferentemente de manera directa. La entrada de combustible 24 y la entrada de gas inerte 64 está dispuesta en cada caso en el dispositivo de abastecimiento de combustible 60 del calcinador 14, en particular a la misma altura que el dispositivo de abastecimiento de combustible 60 respectivo.
Los estrechamientos de sección transversal proporcionan una mezcla equilibrada dentro de la tubería ascendente y producen por consiguiente una homogeneización de la combustión y de la distribución de temperatura en dirección longitudinal y transversal de la tubería ascendente del calcinador.
En la Fig. 4 se muestra un fragmento de un calcinador 14, en donde las mismas referencias representan los mismos elementos. El calcinador 14 presenta un elemento conductor 73 que está instalado en la representación izquierda a modo de ejemplo dentro de la tubería ascendente 62, y en la representación derecha a modo de ejemplo en el dispositivo de abastecimiento de combustible 60 en la forma especial de un tubo de llamas.
En la representación izquierda el elemento conductor 73 está dispuesto de tal modo que provoca un estrechamiento de la sección transversal de la tubería ascendente 62. El elemento conductor 73 está configurado en particular en forma de placa, en forma de cámara o en forma de caja y en la pared interior de la tubería ascendente 62 , y a modo de ejemplo está instalado a la misma altura y enfrentado al dispositivo de abastecimiento de combustible 60.
En la representación derecha el elemento conductor 73 presenta a modo de ejemplo la forma de un difusor, en donde la sección transversal del elemento conductor 73 se aumenta en la dirección de flujo del combustible. El elemento conductor 73 está instalado en el dispositivo de abastecimiento de combustible 60, en particular en la abertura del dispositivo de abastecimiento de combustible 60 hacia la tubería ascendente 62 y permite en particular una introducción precisa del combustible en la tubería ascendente 62. Asimismo es concebible que el elemento conductor 73 termine a ras de la tubería ascendente y no se adentre en esta, de modo que se permite una entrada uniforme combustible en la tubería ascendente 62.
El elemento conductor 73 está configurado por ejemplo de una cerámica resistente a alta temperatura o un material compuesto reforzado con fibra.
Lista de referencias
10 instalación de producción de cemento
12 precalentador
14 calcinador
16 horno
18 enfriador
20 ciclón
22 gas de escape de precalentador
24 entrada de combustible del calcinador
25 entrada de material en el horno
26 entrada de gas de combustión del calcinador
28 quemador o lanza de quemador del horno
30 entrada de combustible del horno
32 zona de sinterización
34 espacio para gases refrigerantes
36 primera sección de espacio para gases refrigerantes
38 segunda sección de espacio para gases refrigerantes
40 rejilla estática
42 primera corriente de gas refrigerante
44 rejilla dinámica
46 segunda corriente de gas refrigerante
48 equipo de trituración
50 rejilla dinámica 50
52 clínker frío
54 aire de salida de enfriador
56 separador
58 intercambiador de calor
60 dispositivo de abastecimiento de combustible
62 tubería ascendente del calcinador
66 equipo de medición de temperatura
64 entrada de gas inerte
68 entrada de gas inerte en el horno
70 entrada de harina cruda en el calcinador
72 equipo de control
73 elemento conductor

Claims (16)

REIVINDICACIONES
1. Instalación de producción de cemento (10), que presenta:
- un precalentador (12) para calentar previamente harina cruda,
- un calcinador (14) para calcinar la harina cruda calentada previamente,
- un horno (16) con un quemador de horno (28) para cocer la harina cruda con el fin de dar lugar a un clínker de cemento, en donde el horno (16) presenta una entrada de gas de combustión para dejar entrar un gas de combustión en el horno (16) con un porcentaje de oxígeno del 30 % al 100 %, y
- un enfriador (18) para enfriar el clínker de cemento,
- en la que el calcinador (14) y el horno (16) presentan en cada caso una entrada de combustible (24) para dejar entrar combustible en el calcinador (14) y en el horno (16),
caracterizada por que
el calcinador (14) y el horno (16) presentan en cada caso una entrada de gas inerte (64, 68) para dejar entrar gas inerte en el calcinador (14) y en el horno (16) respectivamente.
2. Instalación de producción de cemento (10) según la reivindicación 1, en la que la entrada de combustible (30, 24) y la entrada de gas inerte (64, 68) están dispuestas separadas una de la otra y forman cada una de ellas una entrada.
3. Instalación de producción de cemento (10) según las reivindicaciones 1 o 2, en la que la entrada de combustible (30, 24) y la entrada de gas inerte (64, 68) configuran juntas una entrada.
4. Instalación de producción de cemento (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en la que el calcinador (14) y/o el horno (16) presentan cada uno de ellos una multitud de entradas de gas inerte (64, 68).
5. Instalación de producción de cemento (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en la que el calcinador (14) presenta al menos una entrada de harina cruda (70) para dejar entrar harina cruda en el calcinador (14), que en la dirección de flujo del gas dentro del calcinador (14) está dispuesta aguas arriba o aguas abajo de la entrada de combustible (24) y de la entrada de gas inerte (64).
6. Instalación de producción de cemento (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en la que el calcinador (14) presenta al menos dos entradas de harina cruda (62) para dejar entrar harina cruda en el calcinador (14) y en donde al menos una de las entradas de harina cruda (62) está dispuesta en la dirección de flujo del gas dentro del calcinador (14) aguas arriba de la entrada de combustible (24).
7. Instalación de producción de cemento (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la instalación de producción de cemento (10) presenta un equipo de control (72), que está conectado a un equipo de medición de temperatura (66) dentro del calcinador (14) y que está configurado de tal modo que controla/regula la cantidad de harina cruda, de gas inerte y/o de combustible en el calcinador (14), dependiendo de la temperatura determinada del equipo de medición de temperatura (66).
8. Instalación de producción de cemento (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en la que dentro del calcinador (14) está configurado al menos un estrechamiento de sección transversal de la sección transversal de calcinador.
9. Instalación de producción de cemento (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en la que dentro del calcinador (14) está dispuesto al menos un elemento conductor para conducir la corriente de gas y/o el combustible.
10. Instalación de producción de cemento (10) según la reivindicación 9, en la que el calcinador (14) presenta una pluralidad de dispositivos de abastecimiento de combustible (60), que comprenden cada uno de ellos una entrada de combustible (24) y una entrada de gas inerte (64), y en donde a cada dispositivo de abastecimiento de combustible (60) está asociado un elemento conductor.
11. Instalación de producción de cemento (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en la que entre el horno (16) y el calcinador (14) está dispuesta una cámara de combustión que presenta una entrada de harina cruda, una entrada de combustible y una entrada de gas inerte.
12. Procedimiento para producir un clínker de cemento, que presenta las etapas de:
- calentar previamente harina cruda en un precalentador (12),
- calcinar la harina cruda calentada previamente en un calcinador (14),
- cocer la harina cruda calentada previamente y calcinada en un horno (16) con un quemador de horno (28) para dar lugar a clínker de cemento, en donde el horno (16) es alimentado con un gas de combustión con un porcentaje de oxígeno del 30 % al 100 % y
- enfriar el clínker de cemento en un enfriador (18),
en el que el horno (16) y el calcinador (14) son alimentados con un combustible, caracterizado por que
el horno (16) y el calcinador (14) son alimentados con un gas inerte.
13. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que el gas inerte, junto con o separado del combustible, es alimentado al calcinador (14) y/o al horno (16).
14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 12 o 13, en el que se deja entrar la harina cruda en el calcinador (14), en la dirección de flujo del gas dentro del calcinador (14), antes del combustible y del gas inerte.
15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 12 a 14, en el que se determina la temperatura dentro del calcinador y la cantidad de harina cruda, de gas inerte y/o de combustible con que se alimenta al calcinador (14) se controla/regula dependiendo de la temperatura determinada.
16. Procedimiento según una de las reivindicaciones 12 a 15, en el que dentro del calcinador (14) se configura una zona de flujo estabilizado, mediante un elemento conductor o un estrechamiento de sección transversal de la sección transversal de calcinador.
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