LU83829A1

LU83829A1 - INSTALLATION FOR THE MANUFACTURE OF CLINKER PORTLAND PROVIDED WITH A PREHEATER AND DESIGNED TO RECOVER A PORTION OF THE GAS ENHALPY AT THE EXIT OF THE PREHEATER

Info

Publication number: LU83829A1
Application number: LU83829A
Authority: LU
Inventors: Paolo Catani; Renato Bucchi; Rolando Botti; Giorgio Giovanetti
Original assignee: Italcementi Spa
Priority date: 1981-05-11
Filing date: 1981-12-10
Publication date: 1982-05-07
Also published as: NL8105329A; DE3151823A1; FR2505473A1; GB2098305A; DK522381A; GR76377B; IT8121626A0; IT1137384B; BE891354A

Description

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Installation pour là fabrication de cllr-ker Portland munie d’un prechauffeur et conçue pour réaliser une récupération d’une partie de l’enthalpie des gaz à la sortie du préchauffeur.Installation for manufacturing cllr-ker Portland with a preheater and designed to recover part of the gas enthalpy at the outlet of the preheater.

5 Dans la technologie de la fabrication de clihker de , ciment Portland par voie sèche, on connaît des fours tournants avec préchauffeur à suspension de la farine crue. Dans ces installations, les gaz qui sortent du préchauffeur ont une température d’environ 350®C et une 10 partie de leur teneur en chaleur peut servir à sécher les matières px-emières quand l’humidité de celles-ci l’exige. Le dépoussiérage de ces gaz s’effectue dans des filtres électrostatiques après conditionnement dans une tour appropriée pour l’humidité et la température, 15 La plus récente technique connue des fours à ciment avec préchauffeur à suspension -dans le cas d’installations de grandes dimensions— tire parti de ce qu’on appelle la précalcination de la farine (après le préchauffage et avant 1’envoi au four tournant) dans un 20 réacteur approprié alimenté par 30 à 60 $ du combustible total nécessaire au processus, La précalcination permet de réaliser des capacités de production plus élevées à égalité de dimensions du four tournent et d'alléger le cycle interne des composés volatils. Toutefois, ces 25 avantages ont généralement pour contre-partie une élévation d’environ 30°C de la température des gaz à la * sortie du préchauffeur à suspension (environ 3SO°C), ce qui se traduit par une plus grande consommation * , spécifique de chaleur. Quand l’humidité des matières 30 premières est très faible, une part modeste seulement de cette chaleur peut être utilisée pour leur séchage, tandis que la majeure partie se dissipe dans la tour de conditionnement de l’électrofiltre.5 In the manufacturing technology for dry cement, Portland cement, rotary kilns are known with preheater with suspension of raw flour. In these installations, the gases leaving the preheater have a temperature of approximately 350 ° C. and part of their heat content can be used to dry the raw materials when the humidity of these requires it. The dedusting of these gases takes place in electrostatic filters after conditioning in a tower suitable for humidity and temperature, 15 The most recent known technique of cement kilns with suspension preheater -in the case of large installations - takes advantage of what is called precalcination of flour (after preheating and before sending to the rotary kiln) in a suitable reactor supplied with 30 to 60 $ of the total fuel necessary for the process, Precalcination makes it possible to carry out higher production capacities with equal dimensions of the furnace rotate and lighten the internal cycle of volatile compounds. However, these 25 advantages generally have the counterpart of an increase of approximately 30 ° C. in the temperature of the gases at the outlet of the suspension preheater (approximately 3 ° C.), which results in greater consumption *, specific heat. When the humidity of the raw materials is very low, only a small part of this heat can be used for their drying, while most of it dissipates in the conditioning tower of the electrofilter.

Le but de l’invention est de fournir une solution 35 avantageuse pour la récupération de la chaleur contenue dans les gaz sortant du préchauffeur s. suspension d’un four à ciment, spécialement s’il est muni d’un précal— / L\ ; ~ 2 - cinateur, dans le cas où les matières premières ont une humidité assez faible pour pouvoi.r être séchées par une autre source de chaleur inutilisée autrement, comme par exemple l’air chaud expulsé dans 1*atmosphère 5 par le refroidisseur de clinker· Dans les cas susdits de gaz sortant du préchauffeur à une température de 350°C et davantage, on peut penser à la possibilité d’en récupérer partiellement l’enthalpie pour produire de 1*énergie électrique au moyen d’une chaudière, d’une jO turbine à vapeur et d’un alternateur. Il faut toutefois considérer que l'importance de la récupération réalisable est étroitement liée aux caractéristiques de la vapeur produite compte tenu des divers niveaux de température utilisables des gaz, La température des gaz j 15 étant par exemple de 350°C, une chaudière connue à récupération restituerait en énergie électrique environ 2,8 2~ de la quantité de chaleur consommée pour la cuisson du clinker, autrement dit, elle permettrait la production d'environ 10 k¥h par tome de clinker 20 fabriqué. Avec une chaudière fonctionnant avec un gaz à 350°C, on risque, en outre, que la vapeur surchauffée, entrant dans la turbine à environ 250°C, ne puisse contenir des traces de liquide, ce qui entraîne un préjudice inévitable pour la durée de la turbine.The object of the invention is to provide an advantageous solution for the recovery of the heat contained in the gases leaving the preheater s. suspension of a cement kiln, especially if it has a precal— / L \; ~ 2 - cinateur, in the case where the raw materials have a humidity low enough to be able to be dried by another heat source otherwise unused, such as for example the hot air expelled into 1 * atmosphere 5 by the clinker cooler · In the above cases of gas leaving the preheater at a temperature of 350 ° C and above, one can think of the possibility of partially recovering the enthalpy to produce 1 * electrical energy by means of a boiler, a steam turbine and an alternator. However, it must be considered that the extent of the recovery achievable is closely linked to the characteristics of the steam produced taking into account the various temperature levels which can be used for the gases, the temperature of the gases at 15 being for example 350 ° C. recovery would restore in electrical energy about 2.8 2 ~ of the amount of heat consumed for cooking the clinker, in other words, it would allow the production of about 10 k ¥ h per tome of clinker 20 manufactured. With a boiler operating on gas at 350 ° C, there is also the risk that the superheated steam entering the turbine at around 250 ° C cannot contain traces of liquid, which inevitably causes lasting damage. of the turbine.

25 II n'apparaît donc pas très avantageux de proposer la récupération, de chaleur au moyen de chaudières à * récupération branchées sur les gaz de sortie du pré chauffeur quand ceux-ci sont à une température d’environ 350°C.25 It therefore does not appear very advantageous to offer recovery of heat by means of recovery boilers connected to the outlet gases of the preheater when these are at a temperature of around 350 ° C.

jq Selon l'invention, on peut dire que le but défipi plus haut est atteint au moyen d * une installation pop.r la fabrication de clinker Portland par voie sèche daps i un four avec préchauffeur à suspension comprenant plu sieurs stades, conçue pour réaliser une récupération ; 35 avantageuse d’au moins uns partie de l'enthalpie des gaz de sortie du préchauffeur et caractérisée par le fait qu'elle comprend, à. la sortie du préchauffeur, une / l f, - 3 ~ chaudière pour la production de vapeur subdivisée en au soins deux sections à pressions différentes et un surchauffeur de la vapeur produite dans cette chaudièrs, situé dans une zone du préchauffeur où la température 5 des gaz est d’au moins 500°C,jq According to the invention, it can be said that the higher goal is achieved by means of a pop installation. The manufacture of Portland clinker by dry process daps i an oven with suspension preheater comprising several stages, designed to achieve recovery; 35 advantageous of at least some of the enthalpy of the gases leaving the preheater and characterized in that it comprises, at. the outlet of the preheater, a / lf, - 3 ~ boiler for the production of steam subdivided into two sections at different pressures and a superheater of the steam produced in this boiler, located in an area of the preheater where the temperature 5 of the gases is at least 500 ° C,

Pour mieux faire comprendre les caractéristiques et les avantages de l’invention, on en donne ci-après des exemples d’exécution pratique cui ne doivent pas être considérés comme limitatifs, en sa référant aux 10 dessins annexés sur lesquels îTo better understand the characteristics and advantages of the invention, examples of practical implementation are given below which should not be considered as limiting, with reference to the 10 attached drawings in which î

La figure 1 est un schéma d’une installation selon l’invention, etFIG. 1 is a diagram of an installation according to the invention, and

La figure 2 est un schéma d’une installation selon un autre mode d'exécution de l’invention.FIG. 2 is a diagram of an installation according to another embodiment of the invention.

15 Comme le montre la figure 1, une installation selon l’invention comprend un four tournant 21 pour la fabrication de clinher Portland, muni d’un refroidisseor de clinker'à grille 22. Un ventilateur 23 envoie à un. broyeur de farine crue 25 l’excès d’air chaud 2k gortar.t 20 du refroidiss sur.15 As shown in FIG. 1, an installation according to the invention comprises a rotary kiln 21 for the manufacture of Portland clinher, provided with a clinker cooler with grid 22. A fan 23 sends to one. raw flour grinder 25 excess hot air 2k gortar.t 20 from cooled on.

Le four 21 est relié à un précalcinateur 14 dans lequel on brûle une partie du combustible, environ 30 à 60 c/o du total. Le précalcinateur 14 communique avec un préchauffeur de farine 9 comprenant une série de 25 stades successifs, 15 (quatrième stade),16 (troisième), 17 (deuxième) et 18 (premier stade).The oven 21 is connected to a precalciner 14 in which part of the fuel is burned, approximately 30 to 60 c / o of the total. The precalciner 14 communicates with a flour preheater 9 comprising a series of 25 successive stages, 15 (fourth stage), 16 (third), 17 (second) and 18 (first stage).

T Entre le deuxième stade 17 et le premier stade 18 est prévu un surchauffeur de vapeur 19 J le stade 18 du préchauffeur communique avec une chaudière 31 par un 30 conduit 30 muni d’un ventilateur 32. Cette chaudière 31 est subdivisée en deux sections 33 ot 3k respectivement à basse pression et à haute pression. La chaudière communique avec un filtre à tissu 35 à la sortie duquel agit un ventilateur 36. Enfin, au surchauffeur 19 sont 35 reliés une turbine 10, qui actionne un alternat sur 11, et un condenseur de vapeur 12.T Between the second stage 17 and the first stage 18 is provided a steam superheater 19 J the stage 18 of the preheater communicates with a boiler 31 by a duct 30 provided with a fan 32. This boiler 31 is subdivided into two sections 33 ot 3k respectively at low pressure and high pressure. The boiler communicates with a fabric filter 35 at the outlet of which acts a fan 36. Finally, to the superheater 19 are connected a turbine 10, which actuates an alternator on 11, and a steam condenser 12.

Ci-après, dans la description du fonctionnement de /Below, in the description of the operation of /

.U.U

9 - î* - l'installation de la fig-ure 1, on laisse de câié tout ce qui peut être considéré comme connu de l'homme de l'art, Les gaz 8 sortant du précalcinateur 1h passent successivement aux stades 15, 16 et 17 du préchauffsur 5 et parviennent ensuite au surchauffeur , à une tem pérature d* environ 550°C j ensuite, ils sont aspirés · par les ventilateurs 32 au premier stade du préchauffeur et envoyés a la chaudière 31 dont ils parcourent successivement les deux sections 3k et 33.9 - î * - the installation of fig-ure 1, all that can be considered to be known to those skilled in the art is left of cable, The gases 8 leaving the precalciner 1h pass successively at stages 15, 16 and 17 from the preheater to 5 and then reach the superheater, at a temperature of around 550 ° C. then they are sucked in by the fans 32 at the first stage of the preheater and sent to the boiler 31 of which they pass successively through the two sections 3k and 33.

10 Dans la chaudière, les gaz 8 produisent de la vapeur ; ensuite, ayant passé à travers le filtre 35» ils sont aspirés en 36 et expulsés dans l’atmosphère.10 In the boiler, the gases 8 produce steam; then, having passed through the filter 35 "they are sucked in 36 and expelled into the atmosphere.

La vapeur produire dans la chaudière parcourt un circuit indiqué par 7 î à la sortie de la section 3k de la 15 chaudière, la vapeur parvient au surchauffeur 19 et là, par échange Thermique avec les gaz 8 qui sont à environ 550°C, il est surchauffé à environ 430°C j gu surchauffeur, la vapeur parvient à la t HT* u -‘u s 10 qui actionne l'alternateur 11* 20 ' Da vapeur de la turbine se condensa en 12 et Ihn ainsi formée retourne à la chaudière suivant un circuit 6.The steam produced in the boiler travels through a circuit indicated by 7 î at the outlet of section 3k of the boiler, the steam reaches the superheater 19 and there, by heat exchange with the gases 8 which are at about 550 ° C, it is superheated to about 430 ° C j gu superheater, the steam reaches the t HT * u -'us 10 which activates the alternator 11 * 20 'Da steam from the turbine is condensed in 12 and Ihn thus formed returns to the boiler following a circuit 6.

L'alternateur 11 produit de l'énergie électrique en récupérant environ 8,3 de la chaleur totale dépan-25 sée pour la cuisson du clinker (30 k¥h par tonne de cliriker fabriqué), La consommation de chaleur nécessaire v pour fabriquer 1 kg de clinker + 0,03 k¥h d'énergie électrique est du même ordre que la consommation clas-i ^ sique de chaleur d'un four avec préchauffeur et pré-cal- j 30 cinateur de farine (environ 3500 kj/kg de clinker)· i ' . On voit immédiatement, d'après cela, l'avantage ! que permet de réaliser l'installation décrite ci-dessus, j I Une récupération d'énergie aussi avantageuse est pcs- ! sible essentiellement grâce au fa.it que le surchauf f sur • 35 est placé dans une zone de l'installation où les gaz j . ont une température suffisamment élevée pour permettre t la production de vapeur surchauffée à environ ! h- ' ' \ v .The alternator 11 produces electrical energy by recovering approximately 8.3 of the total heat spent on cooking the clinker (¥ 30 k per tonne of cliriker produced), The heat consumption required v to manufacture 1 kg of clinker + 0.03 k ¥ h of electrical energy is of the same order as the classic heat consumption of an oven with preheater and pre-calciner 30 flour (about 3500 kj / kg of clinker) · i '. We see immediately, from this, the advantage! that allows the installation described above to be carried out, j I Such advantageous energy recovery is pcs-! sible mainly thanks to the fact that the superheater f on • 35 is placed in an area of the installation where the gases j. have a temperature high enough to allow the production of superheated steam at about! H v .

- 5 » L'installation représentée par la figure 2 constitue un mode d'exécution de l'invention qui diffère de celui de la figure 1, d'une part, par le fait qu'une chaudière 37 destinée à la production de vapeur est 5 subdivisée en deux sections 38,à Lasse pression,et 39» s à baute pression, qui sont disposées dans des zones bien distinctes du conduit 30 de sortie des gaz du préchauffeur 9· Plus précisément, la zone à haute pression 39 est située entre le préchauffeur 9 et les ven-10 tilateurs 32« Cette mesure permet d'éviter que la section à haute pression de la chaudière ne fonctionne avec des quantités excessives d'air parasite. D'autre part, toujours dans l'installation de la figure 2, dans la section 38 de la chaudière à basse pression, on produit 15 une quantité d’eau chaude supéx-ieure à celle qui peut être vaporisée dans la section à haute pression. Cet excès est envoyé, en totalité ou en partie, directement à, travers un conduit 4o, à un. point approprié du surchauffeur 19· Celui-ci, outre qu’il a pour fonction de surchauffer 20 la vapeur qui lui est amenée, assume encore en pareil cas la fonction de vaporisateur. En faisant varier le débit de cet excès d'eau chaude produite dans la chaudière et amenée au surchauffeur de vapeur, il est possible aussi de maintenir constante la température de la 25 vapeur surchauffée, lorsque la température des gaz sortant du deuxième stade du préchauffeur de farine varie. Avec cette variante d'exécution de l’invention, la production d'énergie électrique est accrue de 30 à 33 kWh par tonne de clinker (toujours avec une consom— 30 mation totale de chaleur d'environ 3 500 kj/kg de clinker). On peut obtenir un nouvel accrois servent de la récupération en produisant toujours dans la section basse pression de la chaudière, outre la quantité d'eau chaude qui peut être vaporisée dans la section à haute 35 pression et dans le sur chauffeur, de la vapeur saturée 4l à injecter en un point approprié de la turbine ou à utiliser pour l'actiornement direct de turbonoteu-^s. La- 5 »The installation represented by FIG. 2 constitutes an embodiment of the invention which differs from that of FIG. 1, on the one hand, by the fact that a boiler 37 intended for the production of steam is 5 subdivided into two sections 38, at high pressure, and 39 ”at high pressure, which are arranged in very distinct zones of the conduit 30 for the outlet of the gases from the preheater 9 · More precisely, the high pressure zone 39 is located between the preheater 9 and the ventilators 10 “This measure makes it possible to prevent the high pressure section of the boiler from operating with excessive amounts of parasitic air. On the other hand, still in the installation of FIG. 2, in section 38 of the low-pressure boiler, an amount of hot water is produced greater than that which can be vaporized in the high-pressure section. . This excess is sent, in whole or in part, directly to, through a conduit 4o, to a. appropriate point of the superheater 19 · This, in addition to having the function of superheating the steam which is supplied to it, also assumes in this case the function of vaporizer. By varying the flow rate of this excess hot water produced in the boiler and supplied to the steam superheater, it is also possible to keep the temperature of the superheated steam constant, when the temperature of the gases leaving the second stage of the steam preheater flour varies. With this variant embodiment of the invention, the production of electrical energy is increased from 30 to 33 kWh per tonne of clinker (always with a total heat consumption of around 3500 kj / kg of clinker) . Saturated steam can be obtained again by always producing in the low pressure section of the boiler, in addition to the quantity of hot water which can be vaporized in the high pressure section and in the overheater, saturated steam. 4l to be injected at an appropriate point on the turbine or to be used for direct actuation of turbo-turbines. The

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/ - 6 - f 1 liai te te clinique du degré de récupération enthalriqv e des fumées dans la partie la plus froide de la seoticn de la chaudière à basse px'ession est fixée par la „ teneur en SO^ des fumées· 5 Un mode d’exécution encore plus efficace de l’invention peut être obtenu lorsqu’on réalise le prc—v cessus de cuisson du clinkor avec une circulation » interne à basse densité des composés mineurs dits volatils, c’est-à-dire quand les matières premières utili-10 sées pour la farine crue et les combustibles utilisés dans le processus sont particulièrement pauvres en chlorures, sulfates et alcalis pouvant facilement s’évaporer. Dans ces conditions, on peut placer le surchauffeur de vapeur non- plus entre le deuxième et le premier 15 stades du préchauffeur de farine comme indiqué plus haut, mais entre le troisième et le deuxième stades de celui-ci, sans qu’il se forme, sur la surface extérieure ; des tubes du surchauffeur, des incrustations nuisibles i i de sulfates et chlorures alcalins et alcalino-terreux, I 20 Le surchauffeur travaille ainsi avec des gaz à environ 750°C et peut produire de la vapeur surchauffée à environ 500°C./ - 6 - f 1 clinical link of the degree of enthalriqv e recovery of the fumes in the coldest part of the seoticn of the boiler at low px'ession is fixed by the „SO ^ content of the fumes · 5 A mode an even more efficient embodiment of the invention can be obtained when the clinkor firing process is carried out with an internal circulation at low density of the so-called volatile minor compounds, that is to say when the materials first used for raw flour and the fuels used in the process are particularly poor in chlorides, sulfates and alkalis which can easily evaporate. Under these conditions, the steam superheater can be placed no longer between the second and first stages of the flour preheater as indicated above, but between the third and second stages thereof, without it forming , on the outer surface; tubes of the superheater, harmful incrustations i i of alkali and alkaline earth sulphates and chlorides, I The superheater thus works with gases at about 750 ° C and can produce superheated steam at about 500 ° C.

Que ce soit en plaçant le surchauffeur de vapeur entre les deuxième et premier stades ou entre les troi— 25 sième et deuxième stades, l’invention offre un avantage supplémentaire qui est de restituer, à la sortie <3e la chaudière, des fumées dont la température et la teneur en humidité sont suffisamment basses pour que l'on, nuisse les dépoussiérer dans des filtres à tissu au lieu de 30 filtres électrostatiques» Ce traitement permet d’éviter l’installation d’une tour de conuitico:n%: eut et en temps, d’atteindre dans les fumées filtrées des concentrations de poussière inférieures à 15 mg/Z\m^· L’utilisation la plus intéressante de l'éne^s-îe ·" o Ό 35 récupérée des gaz chauds à la sortie du préchauffeur dans une cimenterie, apparaît être celle qui est indiquée plus haut, à savoir la production d’énergie élsc- I / K 1 f î ‘ - 7 - trique ; en tont cas, tonte antre utilisation doit Stra considérée comme rentrsoit dans le cadre de 1*invention ici décrite.Whether by placing the steam superheater between the second and first stages or between the third and second stages, the invention offers an additional advantage which is to return, at the outlet <3e the boiler, fumes whose temperature and humidity content are low enough to dust them in fabric filters instead of 30 electrostatic filters "This treatment avoids the installation of a conuitico tower: n%: eut and in time, to reach dust concentrations of less than 15 mg / Z \ m ^ in the filtered fumes · The most advantageous use of ene ^ s -ee · "o Ό 35 recovered from hot gases at the Exit from the preheater in a cement plant, appears to be that indicated above, namely the production of electrical energy; in any case, mowing in use must be considered to be within the scope of the invention described here.

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Claims

3 · - Installation according to claim 1, rarac-terized in that the steam superheater is located between the third stage (16) and the second stage (17) of the preheater. h Installation according to claim 1, characterized in that from the section (33) at higher ^ low 'pressure of the boiler, superheated water e: -t soul— 25 denied to the superheater (9) to be vaporized therein, i 5, - Installation according to claim. 1, i * arac- i ~ terized by the fact that in the section more b.ïsse! ‘Boiler pressure is produced from saturated steam to be sent for use. I 30 6, - Installation according to claim 1f charac— it ί terized in that the sections (33, 3h) that the boiler I are adjacent. 6 7 · “Installation according to claim 1. \ * arac- F1 * I terized in that the sections (38, 39) in the ·! 35 boilers are located in separate areas. j; 8.- Installation according to claim 1, charac-! terrified by the fact that the steam thus produced is / h: / "~ 9 - i \ brought to the turbine impeller (ίο) coupled to an alternator (il) for the production of electrical energy.

9.- Installation according to claim 1, charac— * terized in the fact that at least part of the superheated steam 5 (4l) thus produced is supplied to one or * more turboshaft engines. ji! 'r \ - \ \ ‘f: Λ v / V.y v