PL174814B1

PL174814B1 - Piec obrotowy do wytwarzania klinkieru cementowego

Info

Publication number: PL174814B1
Application number: PL93307141A
Authority: PL
Inventors: Eric R. Hansen; James R. Tutt
Original assignee: Ash Grove Cement Co; Cadence Environmental Energy
Priority date: 1992-07-14
Filing date: 1993-07-09
Publication date: 1998-09-30
Also published as: US5454715A; HU9500122D0; AU4671593A; CZ2195A3; NZ254561A; EP0649509A1; BR9306724A; HUT69890A; JPH07509688A; BG99420A; WO1994002792A2; WO1994002792A3; US5569030A; SK5695A3; US5451255A; CA2139874A1; KR950702694A; EP0649509A4; PL307141A1

Abstract

1. Piec obrotowy do wytwarzania klinkieru cemento- wego, zawierajacy obrotowy zbiornik majacy konce dolny i górny, przy czym w dolnym koncu znajduje sie palenisko, a z nim sasiaduje strefa klinkierowania, zas w górnym koncu jest wylot gazów, a z nim sasiaduje strefa suszenia surow- ców mineralnych, natomiast pomiedzy nimi jest usytuowa- na srodkowa strefa kalcynowania, przy czym piec w górnym koncu jest polaczony z instalacja odpylajaca strumienia ga- zów piecowych przeplywajacych od strefy klinkierowania przez strefe kalcynowania i strefe suszenia, znamienny tym, ze zawiera zespól regulacyjny strumienia gazów pieco- wych, który posiada okno (93) usytuowane w zbiorniku (17), od którego odchodzi do wnetrza zbiornika (17) upusto- wa rura wlotowa (94), zakonczona powyzej przewidywane- go poziomu surowca mineralnego (12), przy czym ze zbiornikiem (17) jest szczelnie polaczona nieruchoma pier- scieniowa komora (92), usytuowana w obszarze okna (93) osiowo wzdluz dlugosci zbiornika (17) i polaczona przeplywowo dla gazu z oknem (93), zas z pierscieniowa ko mora(92) sa polaczone wentylatory (40,60,260) o zmiennej predkosci, regulujace cisnienie w pierscieniowej komorze (92) i wymuszajace przeplyw gazu w upustowej rurze wylo- towej (94) i przez okno (92). F l G . 1 PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazkujest piec obrotowy do wytwarzania klinkieru cementowego. Wynalazek dotyczy zwłaszcza pieca obrotowego do produkcji klinkieru cementowego techniką mokrą lub suchą.

W powszechnie stosowanym przemysłowym procesie produkcji cementu, etapy suszenia, kalcynowania i klinkierowania surowców do produkcji cementu polegają na przepuszczaniu silnie rozdrobnionych surowców, łącznie z minerałami wapiennymi, krzemem i aluminium, przez

174 814 rozgrzany, pochylony piec obrotowy. Konwencjonalny suchy lub mokry proces polega na prażeniu całego surowca i przebiega w rozgrzanym obracającym się cylindrze, zazwyczaj określanym “piecem obrotowym”. Zazwyczaj średnica pieca obrotowego tego typu wynosi od 3,6 do 4,5 m a długość 120 do 210 m, przy czym całość konstrukcjijest pochylona w taki sposób, że w miarę obracania się pieca, surowce, doprowadzone do jego górnej części, przemieszczają się pod wpływem grawitacji do jego “gorącej” części dolnej, gdzie przebiegają końcowe procesy klinkierowania i skąd klinkier cementowyjest w końcu odprowadzany na zewnątrz w celu schłodzenia a następnie dalszej obróbki. Temperatura gazów w gorącej strefie klinkierowania pieca wynosi od około 1300°C do około 1600°C. W górnej części tak zwanych pieców mokrych, do której są doprowadzane surowce, temperatura gazów piecowych wynosi od 250°C do 350°C. Nieco wyższe temperatury gazów występują w górnej części pieców tak zwanych suchych.

Generalnie, doświadczeni specjaliści z tej dziedziny techniki uważają, że proces produkcji cementu w piecach obrotowych przebiega w kilku etapach w miarę przemieszczania się surowca z chłodniejszego końca, w których jest doprowadzany surowiec, do gorącego końca dolnego, w którym z pieca jest odprowadzany gotowy wyrób. W miarę przemieszczania się surowca mineralnego w dół pieca działa na niego coraz wyższa temperatura. Zatem w górnej części pieca, w której temperatury gazów piecowych są najwyższe, doprowadzone surowce mineralne są najpierw suszone, następnie przemieszczają się ku gorętszej strefie kalcynowania, a w końcu przesuwają się do tej strefy pieca, w której temperatury gazów piecowych są najwyższe, czyli do strefy klinkierowania, znajdującej się w sąsiedztwie gorącego końca pieca. Strumień gazów piecowych płynie w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu surowców mineralnych, a mianowicie ze strefy klinkierowania, poprzez pośrednią strefę kalcynowania, a następnie do strefy suszenia i wylatująprzez górny koniec pieca do instalacji odpylającej. Przepływ gazów piecowych można w pewnym stopniu regulować za pomocą wentylatora wyciągowego umieszczonego w strumieniu gazów wylotowych.

Strefę suszenia i wstępnego ogrzewania w procesie prażenia określa się jako tę część pieca, w której odbywa się wymiana ciepła pomiędzy gazami piecowymi a surowcem mineralnym z intensywnością umożliwiającą odprowadzenie z tego surowca zawartej w nim wilgoci. W strefie suszenia, surowiec mineralnyjest ogrzewany do temperatury około 815°C, przy której rozpoczyna się kalcynacja węglanów (uwalnia się z nich dwutlenek węgla). W celu ułatwienia wymiany ciepła w strefie suszenia, ogrzewania wstępnego, znajdują się w niej kurtyny łańcuchowe. W miarę doprowadzania surowców i przemieszania się ich w dół strefy suszenia, łańcuchy obracają się w sposób ciągły pomiędzy strefą gorących gazów piecowych a strefą surowca mineralnego przenosząc pomiędzy nimi ciepło.

Jednąz wad stosowania konwencjonalnych długich pieców tego typu do produkcji cementujest powstawanie w nich dużych ilości pyłów wytwarzanych w strefie suszenia pieca i ich przenoszenie się do strumienia gazów piecowych. Przeciętnie 7-10% (ale bywa również, że 17%) surowców doprowadzonych w procesie suchym jest z powrotem odprowadzanych ze strefy suszenia w postaci pyłu. Duże straty surowca wskutek pylenia związane z produkcją klinkieru cementowego metodą mokrą lub suchą stawiają operatorów pieców tego typu przed trudnym problemem nieefektywności ekonomicznej w porównaniu z producentami cementu stosującymi nowszych konstrukcyjnie pieców ze wstępnym ogrzewaniem i wstępnym kalcynowaniem. Wysokie straty na pylenie wiążą się nie tylko ze spadkiem sprawności wykorzystania surowców odzysk pyłówjest ograniczony ze względu na ich zanieczyszczenie lotnymi solami pierwiastków alkalicznych - ale również z wyższymi nakładami inwestycyjnymi na instalację do odpylania gazów i spadkiem sprawności zużycia energii. Każda tona surowców stracona w postaci pyłów oznacza stratę znacznych ilości energii zużytej na suszenie. Ponadto użytkowników takich pieców obciążają koszty manipulacji i usuwania powstałych pyłów.

Inną wadą z punktu widzenia producentów cementu w konwencjonalnych piecach tego typu w porównaniu z piecami ze wstępnym ogrzewaniem i wstępnym kalcynowaniem jest problem obróbki lotnych soli metali alkalicznych. W miarę przemieszaczania się surowca mineralnego w dół pieca w kierunku stref bardziej gorących, sole takich metali alkalicznych jak

174 814 siarczany potasowe i sodowe, znajdujące się w surowcu mineralnym, przechodząw stan lotny do strumienia gazów piecowych i przepływają w postaci dymów alkalicznych do chłodniejszych stref pieca, zwłaszcza do strefy suszenia, w której powstają duże ilości pyłów. Tam skraplają się na cząstkach pyłu i albo opadają na surowiec, albo też wypływają z pieca wraz z gazami i sąwychwytywane przez instalację odpylającą. W pyle z pieca tego typu znajdująsię tak znaczne ilości skroplonych soli metali alkalicznych, że uniemożliwiająjego zawrócenie do procesu - zbyt duże zwiększenie zawartości alkalicznego pyłu w surowcu mineralnym może zakłócić równowagę cyrkulacyjnąsoli tego typu i spowodować niedopuszczalne zwiększenie alkaliczności wyrobu.

Podczas prażenia cementu w piecach tego typu istnieje znaczna recyrkulacja soli alkalicznych z wsadu mineralnego do strumienia gazów piecowych, a następnie z powrotem do wsadu. W warunkach równowagi, kiedy sole alkaliczne są odprowadzane z pieca w takim samym tempie, w jakim są doprowadzane z paliwami i surowcami, szacuje się, że sprawność ich wychwytywania wynosi 90%. Wewnętrzna obróbka dużych ilości soli alkalicznych podczas procesu prażenia stanowi znaczne obciążenie energetyczne procesu. Duże ilości ciepła, znajdującego się w bardziej gorących strefach pieca (gdzie jest ono najbardziej potrzebne), traci się tylko na przeprowadzenie soli alkalicznych w stan gazowy. Ciepło to można odzyskać w gorszej postaci podczas skraplania w strefach o niższych temperaturach, gdzie nie jest potrzebny jego nadmiar. Konfiguracja pieców z ogrzewaniem wstępnym i kalcynowaniem wstępnym umożliwia zainstalowanie przewodów upustowych dla substancji alkalicznych, którymi można odprowadzić część gazów z tymi związkami przed ich zanieczyszczeniem pyłem, co nie tylko zmniejsza obciążenie całego procesu substancjami alkalicznymi, ale zapewnia również odzyskiwanie produktu silnie wzbogaconego w lotne sole alkaliczne. Dotychczas nie było możliwości skonstruowania przewodu upustowego dla substancji alkalicznych w konwencjonalnych piecach do prażenia techniką mokrą i suchą. Ostatnio pojawiły się informacje o możliwości modyfikacji konwencjonalnych długich pieców pod kątem bezpieczniejszego ekologicznie i korzystnego ekonomicznie wykorzystania odpadowych paliw stałych.

Urządzenia do modyfikowania długich pieców pod kątem spalania w nich paliw stałych, korzystnie paliw z odpadów stałych, jako paliw dodatkowych, w działających piecach do produkcji cementu, ujawniono w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki o numerach 4 930 965; 5 078 594; oraz 5 083 516, na które bezpośrednio powołano się w niniejszym dokumencie.

Zarówno na świecie jak w Stanach Zjednoczonych istnieje duża liczba długich pieców do produkcji cementu. Opracowanie pieca obrotowego zmniejszającego straty pylenia oraz umożliwiającego lepsze sterowanie obróbką wewnętrzną substancji alkalicznych w długim piecu do produkcji cementu umożliwiłoby przedsiębiorcom eksploatującym piece tego typu skuteczne konkurowanie z tymi, którzy posiadaj ąpiece wstępnym ogrzewaniem i/lub wstępnąkalcynacją.

Piec obrotowy do wytwarzania klinkieru cementowego według wynalazku zawiera obrotowy zbiornik mający końce dolny i górny, przy czym w dolnym końcu znajduje się palenisko, a znim sąsiaduje strefa klinkierowania, zaś w górnym końcu jest wylot gazów, a z nim sąsiaduje strefa suszenia surowców mineralnych. Pomiędzy nimi jest usytuowana środkowa strefa kalcynowania, przy czym piec w górnym końcu jest połączony z instalacjąodpylającą strumienia gazów piecowych przepływających od strefy klinkierowania przez strefę kalcynowania i strefę suszenia.

Piec obrotowy według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera zespół regulacyjny strumienia gazów piecowych, który posiada okno usytuowane w zbiorniku, od którego odchodzi do wnętrza zbiornika upustowa rura wlotowa mająca długość sięgającąpowyżej przewidywanego poziomu surowca mineralnego. Ze zbiornikiemjest szczelnie połączona nieruchoma pierścieniowa komora usytuowana w obszarze okna osiowo wzdłuż długości zbiornika i połączona przepływowo dla gazu z oknem, zaś z pierścieniową komorą są połączone wentylatory o zmiennej prędkości, regulujące ciśnienie w pierścieniowej komorze i wymuszające przepływ gazu w upustowej rurze wylotowej i przez okno.

174 814

Z pierścieniową komorą jest połączony zespół wtryskowy powietrza, którego dysza jest usytuowana przy zakończeniu upustowej rury wylotowej w ustalonych położeniach kątowych zbiornika względem pierścieniowej komory.

Wentylator jest sterowanym wentylatorem wyciągającymi gazy piecowe ze zbiornika poprzez pierścieniową komorę.

Zespół regulacyjnyjest usytuowany na długości zbiornika przed strefą suszenia względem kierunku przepływu gazów piecowych.

Zespół regulacyjny zawiera przewód strumienia gazów upustowych rozciągający się od pierścieniowej komory do wylotu gazu w górnym końcu zbiornika.

Pierścieniowa komora posiada wlot powietrza z zaworem dławiącym.

Zbiornik posiada okno usytuowane w jego strefie kalcynowania stanowiące wlot paliwa stałego.

Wentylator jest sterowanym wentylatorem wciągającym powietrze do zbiornika poprzez pierścieniową komorę i zwiększającym poziom tlenu w zbiorniku.

Pierścieniowa komoraj est połączona przepływowo za pośrednictwem przewodu z komorą chłodzenia.

Piec obrotowy według wynalazku umożliwia zmniejszenie strat na pylenie podczas produkcji w nim cementu metodąmokrąlub suchą. Zapewnia także zmniejszenie zawartości substancji alkalicznych w pyle powstającym podczas produkcji cementu w długich piecach oraz zwiększenie wydajności i sprawności ekonomicznej produkcji klinkieru metodą mokrą i suchą.

Piec obrotowy do produkcji klinkieru według wynalazku umożliwia regulację przepływu w nim gazów poprzez odprowadzenie gazów piecowych i/lub doprowadzenie powietrza przez okna wlotowe w ścianach obrotowego pieca do strumienia płynącego wewnątrz gazu w ściśle określonych miejscach leżących wzdłuż pieca.

Piec obrotowy według wynalazku może stanowić modyfikację konwencjonalnych pieców do prażenia metodąmokrą lub suchą, przy czym zapewnia większą sprawność wykorzystania surowców podczas produkcji klinkieru cementowego.

W piecu obrotowym według wynalazku możliwejest odprowadzanie z niego części gazów piecowych w miejscu znajdującym się przed strefą suszenia surowców mineralnych, w stosunku do kierunku przepływu gazów. Dzięki odprowadzeniu części gazów piecowych ze strefy kalcynowania, a dokładniej z miejsca znajdującego się przed strefąsuszenia surowców mineralnych (a dokładniej w sekcji kurtyny łańcuchowej), patrząc w kierunku przepływu gazów, a za najbardziej gorącymi częściami strefy kalcynowania, uzyskuje się istotne zmniejszenie ilości wytwarzanych pyłów i strat w strefie suszenia. Zmniejszone straty pylenia wynikająnie tylko ze zmniejszonych prędkości przepływu gazów piecowych w strefie suszenia, ale również z powiększenia się samej strefy suszenia. Skutkiem odprowadzenia części gorących gazów piecowych jest wydłużenie strefy suszenia - dostarczany surowiec będzie miał większą wilgotność w strefie kurtyny łańcuchowej pieca, co skutecznie zmniejszy w tej strefie powstawanie pyłu.

Niniejszy sposób i urządzenie, polegające na zastosowaniu przewodu upustowego można również wykorzystać łącznie ze znanymi w technice sposobami i urządzeniami do spalania paliw stałych, zwłaszcza palnych odpadów stałych, stosowanych jako paliwa uzupełniające w piecach tego typu.

Korzystnie, instalacja upustowajest skonstruowana w sposób umożliwiający odprowadzenie co najmniej około 10% gorących gazów piecowych w miejsce znajdującym się przed strefą suszenia/wstępnego ogrzewania surowca mineralnego. Gazy płynące przewodem upustowym chłodzi się, na przykład mieszając je z powietrzem z otoczenia, i albo zawraca do strumienia gazów piecowych przed instalacją odpylającą, wyposażoną, na przykład, w filtr elektrostatyczny, albo kieruje do niezależnej instalacji odpylającej.

Stwierdzono, że 10% zmniejszenie natężenia przepływu gazów piecowych przez strefę suszenia powoduje zmniejszenie średniej prędkości w strefie suszenia o około 20% w wyniku

174 814 łącznego efektu zmniejszenia masy i temperatury. Dzięki zmniejszeniu prędkości znacznie maleje ilość pyłu porywanego przez płynący gaz i przenoszonego do górnej, wylotowej części pieca. Zmniejszenie strat na pylenie umożliwia odpowiednie zmniejszenie ilości surowców do wytworzenia tej samej ilości klinkieru. Oczywiście, zmniejszone straty pylenia oznaczają również zmniejszoną ilość pyłu, który musi usunąć producent oraz zmniejszenie obciążenia instalacji odpylającej.

W zalecanym przykładzie wykonania, niniejszy wynalazek zapewnia poprawę konstrukcji konwencjonalnych długich pieców obrotowych do wytwarzania klinkieru metodą mokrą lub suchą. Poprawa ta polega na skonstruowaniu w piecu obrotowym, w miejscu znajdującym się przed strefą suszenia surowców mineralnych, w stosunku do kierunku przepływu gazów, okna upustowego oraz urządzeń zapobiegających wypływaniu surowca mineralnego przez wspomniane okno podczas prażenia. Na obrotowym piecu znajduje się pierścieniowa komora, współosiowa z oknem i połączona z nim przepływowo. Komora ta jest połączona z urządzeniem wytwarzającym w niej podciśnienie, umożliwiającym odprowadzenie co najmniej części strumienia gazów piecowych przez wspomniane okno do wspomnianej pierścieniowej komory.

Zastosowanie urządzenia upustowego według wynalazku w długich piecach, znacznie usprawnia proces wytwarzania cementu. Działanie urządzenia upustowego według wynalazku umożliwia niezależną, do pewnego stopnia, pracę strefy suszenia względem pozostałej części procesu. Zapotrzebowanie energetyczne procesu kalcynowaniajest na tyle małe, że powstaje pewna nadwyżka energetyczna w strefie przejściowej pomiędzy strefą kalcynowania, a strefą suszenia/wstępnego ogrzewania, którą można wykorzystać do suszenia/ogrzewania wstępnego. Dzięki odprowadzeniu pewnej części gazów piecowych z pieca przez przewód upustowy z pominięciem strefy suszenia i ogrzewania wstępnego, ilość energii doprowadzana do strefy suszenia/ogrzewania wstępnegojest bardziej dostosowana do zapotrzebowania energetycznego procesu w tej strefie. W konsekwencji zmniejsza się ilość gazów przepływających przez tę strefę, a to z kolei zmniejsza prędkość płynących przez nią gazów. W rezultacie następuje zmniejszenie ilości surowca porywanego przez strumień gazów i wylatującego z pieca wraz z nimi w postaci pyłu cementowego. Skutkiem zmniejszenia prędkości strumienia gazów w strefie suszenia podczas pracy układu upustowego jest 40-75% zmniejszenie ilości pyłu wyrzucanego z pieca i traconego, co zwiększa ekonomiczność procesu.

Przedmiot wynalazkujest ukazany w przykładach wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia schemat pieca obrotowego według niniejszego wynalazku, w widoku z boku, w częściowym przekroju, na którym zaznaczono przepływ strumienia surowców mineralnych ku dołowi przez strefę suszenia, kalcynowania i klinkierowania, oraz przepływ w piecu gorących gazów ku górze, a także ukazano instalację upustową, przez którą odprowadza się część gorących gazów piecowych, fig. 2 - instalację upustową pieca obrotowego z fig. 1, w przekroju poprzecznym i w powiększeniu, fig. 3 - instalację upustową w innym rzucie z fig. 2, na którym widać część obrotowego pieca, fig. 4 - schemat pieca obrotowego według niniejszego wynalazku z instalacjąupustowąoraz układem doprowadzania paliwa stałego do strefy kalcynowania, w widok z boku, w częściowym przekroju, fig. 5 - piec obrotowy w przekroju poprzecznym, z wyrwaniem ukazującym w przekroju zalecany przykład wykonania instalacji wentylującej, fig. 6 - strefę przejściową pomiędzy pierścieniowąkomorą a piecem obrotowym z fig. 5 w innym rzucie, fig. 7 i 8 przedstawiaj ą inne przykłady wykonania pieców obrotowych, w rzutach podobnych do rzutów pokazanych na fig. 1 i 4, fig. 9 - schemat pieca obrotowego do produkcji cementu według wynalazku, fig. 10-12 - schematy długich pieców zmodyfikowanych według niniejszego wynalazku.

Na fig. 1 przedstawiono długi piec obrotowy 10 do przetwarzania surowców mineralnych 12 na klinkier cementowy 14. Piec 10 składa się z pochylonego obrotowego zbiornika 17 i urządzeń (nie pokazanych) do obracania zbiornika 17 wokółjego wzdłużnej osi. Surowce mineralne 12 doprowadza się z ich magazynu 18 i ładuje do wlotu 20, znajdującego się w górnym końcu 22 obrotowego zbiornika 17. W miarę obracania się zbiornika 17 surowce mineralne 12 przemieszczają się pod działaniem grawitacji przez strefę ich suszenia i wstępnego ogrzewa174 814 nia 24, strefę kalcynowania 26 i strefę klinkierowania 28, a następnie opuszezzyąpiec w postaci cementu klinkierowego 14 w dolnej części 30 zbiornika 17 i wpadajądo komory chłodzenia 16.

Paliwo z podajnika 34 miesza się z powietrzem do spalania 36, wstępnie ogrzanym podczas przepływu przez komorę chłodzenia 16, po czym spala się je w palniku 32 w strefie klinkierowania 28 obrotowego zbiornika 17. Dla poprawy sprawności transportu ciepła z gorących gazów piecowych, przepływających przez strefę suszenia i wstępnego ogrzewania 24 do surowców mineralnych 12, używa się zespołu łańcuchów lub podobnej konstrukcji (nie pokazanej). Łańcuchy rozgrzane przez gorący strumień gazów transportują ciepło podczas obracania się zbiornika 17 do złoża mineralnego 12. Gorące strumienie gazów 90 i 138, powstające w wyniku spalania paliwa w palniku 32 w strefie klinkierowania 28, płyną ku górnemu końcowi 22 obracającego się zbiornika 17, w wyniku istnienia podciśnienia wytwarzanego przez wentylator końcowy 40. Po wypłynięciu przez górny koniec 22 zbiornika 17, strumień gazów piecowych 13 8 jest kierowany do instalacji odpylającej 46 z elektrofiltrem lub innym urządzeniem do oczyszczania gazów, gdzie oddzielony od niego pył jest odprowadzany do zbiornika 52, a strumień powietrza o dopuszczalnej z ekologicznego punktu widzenia czystości, jest odprowadzany kominem 50 do atmosfery.

Pokazana konfiguracja poszczególnych zespołów instalacji doprowadzającej surowiec oraz instalacji oczyszczania gazów piecowych w górnej części 22 zbiornika 17 jest dobrze znana specjalistom z tej dziedziny techniki. Na fig. 1 i 4 części tych instalacji pokazano schematycznie w celu zilustrowania ich związku i współpracy podczas pracy pieca obrotowego 10. Rozumie się samo przez się, że w piecach zmodyfikowanych według niniejszego wynalazku można zastosować różnorodne instalacje do doprowadzania surowców oraz do oczyszczania gazów piecowych.

Ponadto na fig. 1 pokazano instalację upustową 54 gazów piecowych przeznaczoną do odprowadzania części strumienia gazów piecowych ze zbiornika 17 podczas prażenia. W wyniku j ej działania powstaje strumień gazów upustowych 64, który dopływa przewodem 62 do strumienia gazów piecowych w przewodzie wylotowym 42 po jego wypłynięciu górnym końcem 22 zbiornika 17. W skład instalacji upustowej 54 wchodzi urządzenie wyciągowe 56 połączone przepływowo ze strumieniem gazów piecowych 90 w zbiorniku 17 oraz z przewodami upustowymi 58,62 za pomocąwentylatora upustowego 60. Instalacja wyciągowa 56 jest usytuowana w tym miejscu wzdłuż osi zbiornika 17, zgodnie z kierunkiem przepływu gazów piecowych, w którym znajduje się strefa suszenia i wstępnego ogrzewania 24. Można ją umieścić w punkcie zestrojonym pozycyjnie ze strefą kalcynowania 26, albo bardziej korzystnie, w punkcie odpowiadającym wylotowemu (zgodnie z kierunkiem przepływu gazów piecowych) końcowi strefy kalcynowania 26. Urządzenie wyciągowe 56 można umieścić na zbiorniku 17 w punkcie znajdującym się pomiędzy zespołem łańcuchów (nie pokazanym) w strefie suszenia i wstępnego ogrzewania 24, a wylotową częścią strefy kalcynowania 26. Zaleca się instalowanie urządzenia wyciągowego 56 w dowolnym miejscu pomiędzy zespołem łańcuchów (nie pokazanym) w strefie suszenia i wstępnego ogrzewania 24, a środkiem zbiornika 17 - funkcjonalnie pomiędzy zespołem łańcuchów w strefie suszenia i wstępnego ogrzewania 24 a najbardziej gorącymi częściami strefy kalcynowania 26. Najbardziej korzystnie, urządzenie wyciągowe 56 można umieszczać w tym punkcie zbiornika 17, który znajduje się w odległości około jednej średnicy pieca obrotowego 10 przed zespołem łańcuchów w strefie suszenia i wstępnego ogrzewania 24, zgodnie z kierunkiem przepływu strumienia gazów.

Podczas pracy pieca instalacja upustowa 54 służy do odciągania części strumienia gazów piecowych ze zbiornika 17 celem zmniejszenia prędkości (i masy) gazów piecowych płynących w strefie suszenia i wstępnego ogrzewania 24, a tym samym zmniejszenia ilości pyłu wylatującego górnym końcem 22 zbiornika 17 podczas pracy pieca. Gazy płynące instalacją upustową 64 ponownie mieszająsię z głównym strumieniem gazów piecowych w miejscu znajdującym się ze strefą suszenia i wstępnego ogrzewania 24 ale przed piecowąinstalacją odpylania 46. Skutkiem zmniejszenia prędkości gazów piecowych w strefie suszenia i wstępnego ogrzewania 24 jest znacznie zmniejszenie strat pylenia podczas produkcji cementu. Zmniejszone straty pylenia

174 814 podnoszą sprawność produkcji klinkieru cementowego nie tylko dzięki zmniejszeniu stosunku surowiec/produkcja klinkieru, ale również dzięki zwiększeniu sprawności energetycznej.

Szczegółowo instalację upustową54 pokazano na fig. 2 i 3. Urządzenie wyciągowe 56 jest umieszczone na zbiorniku 17 w takim miejscu wzdłuż jego osi przed strefą suszenia, że podczas pracy piecajest w stanie odprowadzać od 10 do około 35% strumienia gazów piecowych. Jak widać na fig. 2, urządzenie wyciągowe 56 składa się z wyłożonej materiałem ogniotrwałym pierścieniowej komory 92 połączonej przepływowo z wnętrzem zbiornika 17 za pomocą rury dolotowej 94 i okna upustowego 93 w ścianie zbiornika 17. Dolna część pierścieniowej komory 92 jest wydłużona w taki sposób, że powstaje zsyp 98 do zbierania pyłu, kierujący pył piecowy do przewodu 112, a następnie przez dwupołożeniowy zawór 114 i elastyczny przewód 116 do kolektora pyłu 110. W pierścieniowej komorze 92 znajduje się również szczelnie zamykany otwór serwisowy 115, przez który w razie konieczności naprawy lub czyszczenia można dostać się do okna upustowego 93 i upustowej rury wlotowej 94. Upustowa rura wlotowa 94 dochodzi do zbiornika 17 od okna 93, co zapobiega startom materiału mineralnego 12 przez okno 93. Korzystnie, długość upustowej rury wlotowej 94 jest dobrana tak, że jest minimalna, ale jednocześnie podczas obracania się pieca dochodzi do znajdującego się w nim materiału, co zapobiega ucieczce materiału przez okno 93. Rura wlotowa korzystnie jest perforowana, dzięki czemu optymalizuje się reprezentatywną próbkę gazu piecowego podczas pracy pieca. Ma to bardzo duże znaczenie zwłaszcza w przypadku monitorowania/analizowania w celu oceny sprawności spalania w piecu ponieważ eliminuje zakłócanie wyników przez związki organiczne znajdujące się w strumieniu gazów piecowych wylatującym z obrotowego zbiornika podczas pracy pieca.

Jak najlepiej widać na fig. 3, wewnętrzny koniec 122 upustowej rurywlotowej 94 jest ścięty pod pewnym kątem w wyniku czego pole przekroju poprzecznego otworu 124 w rurze wlotowej 94 jest większe niż pole przekroju poprzecznego samej rury. Upustowa rura wlotowa jest usytuowana w taki sposób, żeby otwór 124 był skierowany ku strefie suszenia surowca mineralnego 24, co również najlepiej widać na fig. 3, aczkolwiekjego orientacja niejest czynnikiem krytycznym.

Strumień upustowy powstaje w wyniku odprowadzenia co najmniej części strumienia gazów piecowych z obrotowego zbiornika 17 przez rurę wlotową 94 i okno 93, a następnie do pierścieniowej komory 92 w wyniku działania podciśnienia (w stosunku do ciśnienia w obrotowym zbiorniku 17) wytwarzanego przez wentylator upustowy 60 i/lub wentylator końcowy 40. Upustowy strumień gorących gazów 64 wypływa z pierścieniowej komory 92, również w wyniku istnienia podciśnienia wytwarzanego przez wentylator upustowy 60 i lub wentylator końcowy 40, przewodem upustowym 58, gdzie miesza się z powietrzem z otoczenia doprowadzanym przez sterowany ręcznie lub automatycznie zawór dławiący 74 umożliwiający regulację ilości powietrza z otoczenia dopływającego do przewodu powietrznego 68. Korzystnie, wymiary przewodów upustowych 58 i powietrznego 68 oraz zaworu dławiącego 74 sądobrane w taki sposób, żeby stosunek objętości powietrza w otoczenia, płynącego przewodem powietrznym 68, do objętości strumienia gazu upustowego 64 wynosił od około 1:1 do około 5:1. Korzystnie, ze względu na utrzymywanie możliwie małego natężenia przepływu w przewodzie upustowym 58, stosunek ten powinien być mały (co wiąze się z wyższątemperaturą gazów upustowych). W celu regulacji stosunku ilości powietrza z otoczenia do gazów upustowych można regulować położenie zaworu 74 dławiącego powietrze oraz działanie wentylator 60, co umożliwia sterowanie wysokością temperatury powstającej mieszaniny powietrza z otoczenia z gazami upustowymi, odsysanej za pomocąwentylatora 60, najej wlocie do przewodu 42 gazów wylotowych z pieca w punkcie znajdującym się za strefą suszenia. Opcjonalnie, istnieje możliwość co najmniej częściowego oczyszczenia strumienia gazów upustowych, schłodzonych za pomocą powietrza z otoczenia, ze znajdujących się w tej mieszaninie lotnych składników alkalicznych poprzez ich wytrącenie z niego przed ponownym zmieszaniem gazów upustowych z głównym strumieniem gazów piecowych. Intensywność chłodzenia wynika głównie z granicznych wartości temperatury roboczej materiałów, zjakich jest wykonana instalacja upustowa, oraz z konieczności regulacji kondensacji składników alkalicznych w strumieniu upustowym. W razie konieczności zastosowania we174 814 ntylatora upustowego (może go nie być w przypadku kiedy wentylator końcowy 40 jest w stanie wymusić wystarczający strumień gazów upustowych przez urządzenie wyciągowe i przewody upustowe), ogranicznikiem temperatury gazów upustowych są zazwyczaj graniczne wartości robocze temperatury z punktu widzenia odporności wentylatora. Zazwyczaj wentylatorami przemysłowymi nadającymi się do tego są wentylatory mogące pracować w temperaturach nie przekraczających 426°C. Istnieje jednak możliwość zakupu wentylatorów do pracy w wyższych temperaturach, ale za znacznie wyższe ceny. Korzystnie, w celu minimalizacji nawarstwiania się skroplonych soli alkalicznych, gazy upustowe trzeba chłodzić w pierścieniowej komorze do temperatury poniżej 760°C. Zazwyczaj w pierścieniowej komorze pojawiają się pewne przecieki (a tym samym chłodzenie) powietrza, czego nie da się uniknąć, ponieważ są związane z charakterem uszczelnienia pomiędzy komorą a obracającym się zbiornikiem.

Przenikanie powietrza w obszarze przejściowym pomiędzy stacjonarną pierściemowąkomorą 92 a zewnętrznąpowierzchnią obrotowego zbiornika 17 minimalizuje się za pomoc ^odpowiedniego uszczelnienia 128. W jego skład wchodzą pierścienie uszczelniające 130, 131 zamontowane na obrotowym zbiorniku 17 w pobliżu, odpowiednio, wlotowej i wylotowej strony okna upustowego 93. Pierścienie te ślizgająsię (i uszczelniają) po odpowiednich powierzchniach uszczelniających 132, 133 na stacjonarnej pierścieniowej komorze 92. Pierścienie uszczelniające 130, 131 oraz powierzchnie uszczelniające 132, 133 znajdują się, odpowiednio, na powierzchni pieca i pierścieniowej komory.

Takie rozwiązanie umożliwia maksymalne chłodzenie powietrzem zewnętrznej powierzchni 19 obrotowego zbiornika 17. Korzystnie, pierścienie uszczelniające 1^^,131 sąosadzonew taki sposób, że pomiędzy nimi a zewnętrznąpowierzchnią 19 obrotowego zbiornika 17 powstaje pewna szczelina powietrza 136. Podobnie, powierzchnie uszczelniające 132,133 na stacjonarnej komorze 92 są zamontowane' w taki sposób, że szczelina powietrza izoluje je od bezpośredniego działania strumienia gazów upustowych.

Części instalacji upustowej, takiejak upustowa rura wlotowa 94, pierścieniowa komora 92 oraz przewód 58 powinny być wykonane z materiałów odpornych na surowe warunki termiczne, w jakich pracuje cała instalacja upustowa. Temperatura gazów upustowych na ich wlocie do stacjonarnej komory 92 może wynosić nawet 982°C. W związku z tym upustowa rura wlotowa 94 oraz stacjonarna komora 92 są zazwyczaj wykonywane ze stali walcowanej na gorąco. Komora 92 i przewód upustowy 58 są wyłożone materiałem ogniotrwałym. Powierzchnie uszczelniające 132, 133 na pierścieniowej komorze 92 powinny podczas pracy pieca zapewniać odpowiednio szczelne sprzężenie z pierścieniami uszczelniającymi 130,131 osadzonymi na obrotowym piecu zbiornika 17. Powierzchnie 132, 133 można wykonać, na przykład, z grafitu, dzięki czemu podczas obracania się obrotowego zbiornika 17 są w stanie szczelnie współpracować z pierścieniami uszczelniającymi 130,131.

Dzięki odprowadzeniu według niniejszego wynalazku upustowego strumienia gazów z pracującego w procesie mokrym lub suchym obrotowego pieca uzyskuje się wiele zalet z punktu widzenia procesu produkcji cementu. Po pierwsze, jak już wspomniano wcześniej, upuszczenie pewnej ilości gazów zmniejsza masę, a zatem i prędkość, gazów piecowych przepływających przez strefę suszenia 24. Przyczynia się to co najmniej na dwa sposoby do zmniejszenia straty pylenia, a mianowicie zmniejsza się ilość energii doprowadzanej do strefy suszenia, co wydłuża strefę suszenia, w której znajdują się zespoły łańcuchów - im bardziej wilgotnyjest surowiec mineralny w obszarze, w którym znajdują się łańcuchy, tym mniejsza jego skłonność do pylenia. Ponadto, a być może bardziej bezpośrednio, upuszczenie pewnej ilości gazów przed strefą suszenia 24 zmniejsza prędkość przez nią gazów piecowych, a tym samym zmniejsza możliwość porywania przez nie pyłu i unoszenia go w kierunku wylotu z pracującego pieca.

Ponadto upuszczany strumień gazów można wykorzystać do regulacji temperatury głównego strumienia gazów wylatujących przez górny koniec 22 zbiornika 17. Instalację upuszczającą 54 według niniejszego wynalazku można również wykorzystać do usuwania substancji alkalicznych z procesu produkcji cementu. Składniki alkaliczne przechodzą w stan gazowy w strefie kalcynowania i klinkierowania. Bez instalacji upuszczającej lotne składniki alkaliczne,

174 814 znajdujące się w gazach piecowych, kondensująna cząstkach pyłu w strefie suszenia pieca i albo spadają z powrotem do wsadu mineralnego, albo też zanieczyszczają pył piecowy wylatując z pieca wraz z gazem piecowym w takiej ilości, że nie można go później dodawać z powrotem do surowca mineralnego do produkcji cementu. Instalacja upuszczająca umożliwia operatorowi pieca nie tylko zmniejszenie strat pylenia, ale również zmniejszenie zawartości substancji alkalicznych w pyle wylatującym z pieca powstającym podczas stosowania upustu. Ponadto gazy upustowe można oczyszczać usuwając z nich co najmniej część substancji alkalicznych przed ponownym zmieszaniem gazów upustowych z głównym strumieniem gazów piecowych przed wlotem do piecowej instalacji odpylającej. Pył o dużej zawartości substancji alkalicznych, oddzielony od schłodzonego strumienia gazów upustowych można gromadzić i używać jako źródło substancji alkalicznych (soli potasu, sodu i innych lotnych soli metali szlachetnych).

Na fig. 4 pokazano inny przykład instalacji upustowej 154 zawierającej kolektor spalin 76 (na przykład urządzenie cyklonowe). Kolektor spalin 76 można z powodzeniem wykorzystać do oczyszczania gazów silnie zanieczyszczonych substancjami alkalicznymi; na przykład, możnaje oczyszczać w oczyszczaczu spalin 82 do zagęszczania odpowiednich substancji alkalicznych. Usunięcie lotnych składników alkalicznych z instalacji upustowej 154 zmniejsza ilości tych substancji w pyle piecowym usuwanym ze strumienia gazów wylotowych za pomocą instalacji odpylającej 46. Czysty, nie zawierający substancji alkalicznych, pył można z powodzeniem wykorzystać, mieszając go z surowcem mineralnym 12 i wraz z nim doprowadzać z powrotem do zbiornika 17. W związku z tym przewidziano zespół transportu pyłu 84, który doprowadza oczyszczony pył ze zbiornika 52 do, na przykład, zasobnika 18 z surowcem mineralnym.

Na fig. 4 pokazano schematycznie w jednym z zalecanych przykładów wykonania pieca obrotowego według niniejszego wynalazku urządzenie 86, albo podobne, doprowadzające paliwo stałe do strefy kalcynowania 26 albo do wylotowych części strefy klinkierowania 28 oknem 86 w zbiorniku 17. Sposoby i urządzenia do odprowadzania paliw stałych, a zwłaszcza paliw z odpadów stałych są ujawnione w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki o numerach 4 930 965,4 969 407,4 850 290, 5 078 594 i 5 083 516 do których odnosi się niniejszy opis.

Instalację upustową 54 według niniejszego wynalazku, przeznaczoną do długich pieców, można z powodzeniem zastosować, łącznie z opisanymi i zastrzeżonymi w tych patentach urządzeniami, do zapewnienia optymalnej regulacji sprawności produkcji cementu w długich piecach pracujących metodą mokrą lub suchą istotnie, należy się spodziewać, że opisana powyżej technika upuszczania w połączeniu z najnowszymi osiągnięciami technicznymi w dziedzinie spalania substancji palnych pochodzących z odpadów, stanowiących paliwo dodatkowe, nie tylko umożliwi operatorom takich pieców przedłużenie ich żywotności ale też pozwoli na skuteczne konkurowanie na rynku z producentami cementu stosującymi bardziej sprawne pod względem zużycia paliwa instalacje do wstępnego ogrzewania i wstępnego kalcynowania.

Na fig. 5 i 6 pokazano zalecane urządzenie wyciągowe 156 według niniejszego wynalazku, zainstalowane na obrotowym zbiorniku 17 w sposób umożliwiający podczas pracy pieca formowanie strumienia upustowego poprzez upuszczanie części gazów piecowych w miejscu znajdującym się przed strefą suszenia surowca mineralnego. Urządzenie wyciągowe 156 posiada wyłożoną materiałem ogniotrwałym komorę 92, połączoną przepływowo z przestrzenią wewnętrzną obrotowego zbiornika 17 (z ogniotrwałą wykładziną 16) za pośrednictwem wlotowej rury upustowej 94 i okna upustowego 93 (fig. 60) w zbiorniku 17. Dolna część pierścieniowej komory 92 jest wydłużona w taki sposób, że powstaje zsyp 98 do zbierania pyłu, kierujący pył piecowy do kolektora pyłu (nie pokazanego). W pierścieniowej komorze 92 znajduje się również szczelnie zamykany otwór serwisowy 115, przez który w razie konieczności naprawy lub czyszczenia można dostać się do okna upustowego 93 i upustowej rury wlotowej 94. Upustowa rura wlotowa 94 dochodzi do obrotowego cylindra 17 od okna 93, co zapobiega startom materiału mineralnego 12 przez okno 93.

W pierścieniowej komorze 92 znajduje się wylot gazów upustowych 118 z dławicą 120 do regulacji przepływu gazów pomiędzy komorą 92 a kanałem upustowym 58. Komora 92 jest

174 814 wyłożona materiałem ogniotrwałym 126 i skonstruowana w taki sposób, że można w niej zamontować zawór dławiący 174, przez który wpływa do niej mieszanina gazów piecowych z chłodzącym je powietrzem. Zawór dławiący 174 jest ulokowany na komorze 92 naprzeciwko wylotu gazów upustowych 118, co umożliwia optymalizację chłodzenia gazów piecowych wylatujących ze zbiornika 17 i wpływających do pierścieniowej komory 92.

Z komorą 92 jest połączony zespół wtryskowy powietrza 140 umieszczony w położeniu umożliwiającym wtryskiwanie sprężonego powietrza 142 (621-759kPa) dyszą 144 do okna 93 i upustowej rury wlotowe 94 w ściśle określonych chwilach, w których okno 93 i wlotowa rura upustowa 94 znajdują się naprzeciwko dyszy 144. Podczas pracy pieca zespół wtryskowy powietrza 140 jest używany okresowo do oczyszczania okna 93 i upustowej rury wlotowej ze skondensowanych na nich substancji alkalicznych bez zakłócania przebiegu procesu produkcji cementu. Zespół wtryskowy powietrza 140 do oczyszczania okna 93 i upustowej rury wlotowej ze skondensowanych na nich substancji alkalicznych można zastąpić · albo używać łącznie z przemysłowym działkiem kaliber 8 (nie pokazanym) z nabojami cynkowymi nr 4.

Przenikanie powietrza w obszarze przejściowym pomiędzy stacjonarną pierścieniową komorą 92 a zewnętrznąpowierzchnią obrotowego zbiornika 17 minimalizuje się za pomoc ąodpowiedniego uszczelnienia 228, najlepiej widocznego na fig. 6. W jego skład wchodzi tuleja uszczelniająca 148 osadzona za pomocą elementów dystansowych 150 na powierzchni 19 obrotowego zbiornika 17 w taki sposób, że powstaje otwarta, pierścieniowa przestrzeń 152, umożliwiająca radiacyjne i konwekcyjne chłodzenie osiowej części powierzchni 19 obrotowego zbiornika 17 otoczonego na obwodzie pierścieniową komorą 92. Uszczelnienie 228 składa się ponadto z uszczelnienia płytkowego 154 zamontowanego na przeciwległych krawędziach bocznych 96, 97 pierścieniowej komory 92 i ślizgającego się szczelnie po tulei uszczelniającej 148. Uszczelnienie płytkowe można wykonać z jednej lub kilku zachodzących na siebie warstw płytek ze stali nierdzewnej lub miękkiej. Do kierowania strumienia powietrza do pierścieniowej szczeliny powietrznej 152 w celu zapewnienia równomiernego chłodzenia powierzchni 19 obrotowego zbiornika 17 można zastosować jeden lub więcej wentylatorów przemysłowych.

Na fig. 7 pokazano schematycznie piec obrotowy 10 w innym przykładzie wykonania, któryjest wyposażony w pierwsze urządzenie wyciągowe 156 usytuowane w sposób umożliwiający upuszczanie -strumienia gazów piecowych przewodem 58 w wyniku istnienia podciśnienia wytwarzanego przez wentylator końcowy 40. Kanał upustowy 58 ukształtowano w sposób minimalizujący osadzanie się w nim pyłów z urządzenia wyciągowego. Urządzenie to jest usytuowane wzdłuż · osi pieca w punkcie znajdującym się w odległości jednej średnicy pieca przed zespołem łańcuchów (nie pokazanym). Na piecu obrotowym 10 znajduje się również drugie urządzenie wyciągowe 256 połączone przepływowo z zaworem dławiącym powietrze 262 za pośrednictwem wentylatora 260 i wlotowego kanału powietrza dodatkowego 258. Podczas pracy pieca, do strumienia gazów piecowych 90 jest doprowadzana ściśle określona ilość powietrza dodatkowego regulowana zaworem 262, i ewentualnie wentylatorem 260. W rezultacie powstaje silnie wzbogacony w tlen strumień gazu 91, co ułatwia utlenianie węglowodorów ulatniających się za drugim urządzeniem wyciągowym 256. W urządzeniu wyciągowym 156 znajduje się urządzenie do czyszczenia rury wlotowej 141, używane podczas pracy pieca od czasu do czasu w reakcji na wykrywane zmniejszenie objętościowego natężenia przepływu gazów upustowych z pieca płynących kanałem 58. Każde z urządzeń wyciągowych 156,256 jest wyposażone w dławicę co umożliwia pracę pieca z jednym z nich, żadnym lub dwoma.

Figura 8 jest podobna do fig. 7 i ilustruje działanie długiego pieca obrotowego 1Ό z pierwszym urządzeniem wyciągowym 156 i drugim urządzeniem wyciągowym 256, regulującymi dopływ strumienia powietrza dodatkowego do urządzenia doprowadzającego paliwo 86 stałe lub podobne do strefy kalcynowania 26 przez okno 88 w obrotowym zbiorniku 17. Drugie urządzenie wyciągowe 256jest połączone przepływowo z chłodnicąklinkieru 16 zapomoc ąprzewodów powietrza dodatkowego 256, 258 i wentylatora 260. Podczas pracy pieca, wstępnie ogrzane w chłodnicy klinkieru 16 powietrze jest doprowadzane do strumienia gazów piecowych 90, w wy12

174 814 niku czego powstaje silnie wzbogacony w tlen strumień gazów 91 podtrzymujący palenie stałych substancji palnych używanych jako dodatkowe paliwo zasilające piec przez okno 88.

Upustowy strumień gazów piecowych jest odprowadzany z ich głównego strumienia a następnie ze zbiornika 17 za pomocąpierwszego urządzenia wyciągowego 156 w wyniku działania wentylatorów końcowego 40 i upustowego 60, co zmniejsza prędkości gazów w strefie suszenia 24 i zmniejsza obciążenie piecowej instalacji odpylającej.

Na fig. 8 pokazano urządzenie wyciągowe 256 umieszczone w takim miejscu wzdłuż długości zbiornika 17, które znajduje się w najbardziej gorącej części strefy kalcynowania 26, albo w jej pobliżu. Znacznie wyższe temperatury gazów piecowych w tym miejscu wymagają starannego doboru o konstrukcji tych części urządzeń wyciągowych, na które działają gazy piecowe. Uważa się, na przykład, że temperatury gazu piecowego mogłyby być na tyle wysokie, że żywotność okna i rury wlotowej w układzie pokazanym na fig. 2-3 i 5-6, byłyby bardzo małe. W takiej sytuacji można zastosować okna o innej konstrukcji w połączeniu z konstrukcją opisanej tu i zilustrowanej komory. I tak, do doprowadzania odpadów stałych do strefy spalania pracującego pieca cementowego można zastosować, na przykład, zespół opisany i pokazany na fig. 2 opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 984 983, na który powołuje się niniejszy opis, w połączeniu z pierścieniowąkomorąwedług niniejszego wynalazku, stanowiącą część urządzenia wyciągowego lepiej przystosowanądo montowania w tych punktach wzdłuż pieca, w których mogłyby być zbyt wysokie temperatury gazów piecowych (z punktu widzenia żywotności materiałów) dla opisanej tu konstrukcji rury wlotowej.

Zastosowanie urządzenia wyciągowego według niniejszego wynalazku w celu zwiększenia możliwości regulacji strumienia gazów piecowych w piecach do produkcji cementu metodą metodą mokrą lub suchą, ma wiele zalet dla operatora, nie tylko w kategoriach zmniejszenia strat pylenia i kontroli zawartości lotnych substancji alkalicznych, ale również w kategorii istotnych korzyści, wynikających ze zwiększonej wydajności produkcji klinkieru i większej sprawności zużycia surowców i energii. Istniejąpoważne bodźce ekonomiczne zachęcające do modyfikowania długich pieców według niniejszego wynalazku. Jak pokazano na fig. 1,4,7 i 8, upustowy strumień gazów piecowych można wykorzystać na wiele sposobów - nawet bez konieczności stosowania rozwiązań alternatywnych dodatkowo zwiększających sprawności dzięki wykorzystaniu spalania w środkowej części pieca oraz doprowadzania powietrza dodatkowego.

Na fig. 9 przedstawiono proste schematy podstawowych zespołów używanych do kierowania przepływem gazów piecowych w konwencjonalnym piecu obrotowym do produkcji cementu metodą mokrą lub suchą. Gazy piecowe płyną z palnika 32 do góry wzdłuż zbiornika 17 w wyniku istnienia podciśnienia wytwarzanego za pomocą wentylatora końcowego 40, po czym wylatują do piecowej instalacji odpylającej 46 (lub alternatywnego układu do oczyszczania gazów) i dalej na zewnątrz kominem 50.

Na fig. 10-12 przedstawiono proste schematy trzech sposobów sterowania i regulowania przepływem gazów piecowych. Sposób jaki powinien wybrać operator, jest podyktowana częściowo stanem i osiągami pieca obrotowego, najakim ma być zamontowana instalacja upustowa. Być może lepszym punktem wyjściowym do analizy byłaby ocena stanu i wydajności istniejącej piecowej instalacji odpylającej (na przykład elektrofiltrów). Podczas analizy istniejącej instalacji odpylającej, należy wziąć pod uwagę wpływ na osiągi zwiększonej objętości w wyniku chłodzenia powietrznego (zakładając zawrócenie strumienia upustowego do głównego strumienia gazów piecowych w punkcie znajdującym się przed instalacją odpylającą) oraz zmniejszenie obciążenia strumienia gazów pyłami, których należy się pozbyć. Przyjmując zatem 10%o upustu, jeżeli strumień upustowy jest schładzany powietrzem w proporcji dwóch części powietrza na każdą część strumienia gazów upustowych, ponowne zmieszanie strumienia upustowego ze strumieniem głównym powoduje 20% wzrost obciążenia objętościowego instalacji odpylającej. Należy zauważyć, że podczas wstępnej pracy instalacji prototypowej, 10%o wzrost objętości był więcej niż kompensowany zmniejszeniem obciążenia pyłami do 1/2 tej wartości (ze względu na zmniejszone prędkości gazów w strefie suszenia), co w efekcie poprawiało osiągi netto dzięki elektrofiltrom.

174 814

Na fig. 10 przedstawiono sposób obróbki gazów piecowych zalecany pod warunkiem pewności, że istniejąca instalacja odpylająca nie wymaga modernizacji w związku z przewidywanym wyposażeniem pieca w instalację upustową. Sposób wykorzystania gazów upustowych przedstawiona schematycznie na fig. 10 zakłada, że do upuszczania gazów ze strumienia głównego zostanie zastosowane urządzenie wyciągowe 156 i wentylator końcowy 60. Gaz upustowy przepuszcza się przez przeznaczony do tego wysoko wydajny kolektor pyłów 77. Jedną z zalet tego sposobujest to, że operator pieca musi usuwać tylko stosunkowo niewielką ilość stężonych substancji alkalicznych. Następną jego zaletą jest oczywiście zmniejszenie ilości pyłów powstających w piecu (tj. zmniejszone obciążenie instalacji odpylającej) oraz zmniejszona zawartości substancji alkalicznych, co umożliwia zawrócenie pyłów wraz z surowcami do pieca. Natomiast wadą tego sposobu są wysokie nakłady inwestycyjne oraz konieczność podjęcia kroków gwarantujących, że temperatura gazów na wylocie z pieca będzie utrzymywała się powyżej punktu rosy.

Przedstawiony na fig. 11 sposób obróbki gazów upustowych wymaga najmniejszych nakładów kapitałowych. Strumień gazów upustowych jest odprowadzany z głównego strumienia gazów piecowych do urządzenia wyciągowego 156 w wyniku działania podciśnienia wytwarzanego za pomocą wentylatora końcowego 40. Wymiary przewodu są dobrane w taki sposób, żeby różnica ciśnień umożliwiała upuszczenie co najmniej 10% gazów piecowych. W tym przypadku nie jest potrzeby oddzielny wentylator. Kanał upustowy jest ukształtowany w sposób minimalizujący osadzanie się pyłów i w związku z brakiem wentylatora może w nim być wyższa temperatura. Zaletami wariantu pokazanego na fig. 11 jest najtańsza konstrukcja, oraz możliwość obniżenia temperatury gazów na wylocie poniżej temperatury rosy, a następnie jej podniesienia powyżej temperatury rosy poprzez powrotne zmieszanie gazów upustowych z głównym strumieniem gazów piecowych w miejscu znajdującym się przed piecową instalacją odpylającą. Przedstawiona na fig. 11 konstrukcja urządzenia wyciągowego zapewnia znaczne zmniejszenie obciążeniem pyłem, ale równocześnie powoduje znaczne zwiększenie zawartości substancji alkalicznych (w procentowych udziałach wagowych) w pyle piecowym.

Na fig. 12 przedstawiono schemat przedstawiający najbardziej ekonomiczny sposób wykorzystania gazów upustowych w przypadku nadmiernego obciążenia istniejącej instalacji odpylającej (elektrofiltr) długiego pieca, który ma być wyposażony w upust. Strumień gazów upustowychjest odprowadzany z głównego strumienia gazów piecowych za pomocą urządzenia wyciągowego 156 i pod działaniem wentylatorów upustowego 60 i końcowego 40. Następnie strumień upustowy jest kierowany do odpylacza cyklonowego 78, w wyniku czego, przed ponownym zmieszaniem go ze strumieniem -głównym przed' wlotem do piecowej instalacji odpylającej 46, oczyszcza się go z większości substancji alkalicznych. Podobnie jak w przypadku instalacji upustowej o konstrukcji przedstawionej na fig. 11, upust z fig. 12 umożliwia utrzymanie temperatury gazów wylotowych na poziomie mniejszym od temperatury rosy. Natomiast w odróżnieniu od procesu przedstawionego na fig. 11, proces pokazany schematycznie na fig. 12 umożliwia silne stężenie wytrąconych z gazów substancji alkalicznych oraz, w związku z tym, zmniejszenie łącznej zawartości pyłów piecowych w instalacji odpylającej 46. Przedstawiony na fig. 12 sposób obróbki gazów upustowych umożliwia zawrócenie pyłu piecowego do surowców mineralnych doprowadzanych do pieca i ponowne jego przetworzenie bez pogorszenia jakości klinkieru.

Jak wcześniej wspomniano, w strefie suszenia i ogrzewania wstępnego 24 korzystnie sązawieszone kawałki łańcucha pełniące rolę wewnętrznego elementu intensyfikującego wymianę ciepła. Zawieszone kawałki łańcucha wychwytująrównież pewnączęść obecnych w procesie lotnych soli alkalicznych (np. K2SO4) do czasu osiągnięcia równowagi i utworzenia wewnętrznego obiegu lotnych składników, w którym składniki te wypływająz procesu z takąsamąwydajnością, z jaką dopływają do niego z paliw i surowców. Wewnętrzny obieg soli alkalicznych może być przyczynąpoważnych problemów eksploatacyjnych, takichjak pierścieniowe nawarstwianie się materiału w piecu. Przepływ części gorących składników - lotnych wokół zawieszonych łańcuchów zmniejsza intensywność obiegu wewnętrznego, a tym samym poprawia działanie pieca ob14

174 814 rotowego 10. Podczas działania instalacji upustowej 54, płynący w niej gazjest odciągany przed gazem wpływającym turbulentnie do układu łańcuchów. W rezultacie w gazie płynącym przewodem 62 gazów upustowych jest stosunkowo mało zawieszonych cząstek stałych, ale gaz ten zawiera lotne składniki alkaliczne i inne - co jest celem stosowania instalacji upustowej 54.

Po zmieszaniu gazu upustowego z gazem wylotowym ze strefy suszenia i wstępnego ogrzewania 24 przed jego wlotem do instalacji odpylającej 46, energia cieplna gazu upustowego zapewnia, że temperatura całej mieszaniny jest wyższa od temperatury punktu rosy, nawet w przypadku kiedy temperatura samego gazu wylotowego jest równa lub mniejsza od temperatury punktu rosy.

W przewodzie 62 gazów upustowych dopuszcza się monitorowanie CO i THC w celu zapewnienia zgodności z ograniczeniami na CO i THC, pod warunkiem, że niebezpieczne odpady spala się wyłącznie w piecu, a nie w żadnym miejscu za wylotem z pieca, patrząc w kierunku przepływu gazów (tj. za instalacją upustową) oraz że w instalacji upustowej 54 odprowadza minimum 10% gazów wylotowych z pieca obrotowego 10. Racjonalnym uzasadnieniem monitorowania w przewodzie 62 gazów upustowych jest wykluczenie przez bocznik zakłócania emisji THC z surowców innego pochodzenia niż z paliwa. W długich piecach surowiec ogrzewa się w strefie suszenia i wstępnego ogrzewania 24 do temperatury wystarczającej do odparowania zawartych w nim węglowodorów. Węglowodory powstające w procesie ogrzewania znajdująsię w gazach wylotowych z pieca obrotowego. Instalacją upustową 54 odprowadza się część gazu z pieca obrotowego przedjego dolotem do strefy suszenia i wstępnego ogrzewania 24. W związku z tym gazy te nie biorą udział w procesie ogrzewania surowców. Zatem monitorowanie gazów upustowych daje prawdziwe informacje o gazach pochodzących z procesu spalania i nie jest zakłócane przez węglowodory z surowców.

Produkcję cementu metodą mokrąw piecu obrotowym 10 ograniczają dwa czynniki: prędkość gazów piecowych w strefie suszenia i wstępnego ogrzewania 24 powodująca straty pylenia oraz obciążenie termiczne w strefie prażenia. Czynniki te ograniczają nieuchronnie ilość energii cieplnej, którą można doprowadzić do pieca obrotowego 10 z przeznaczeniem do podgrzania surowca. Instalacja upustowa 54 według niniejszego wynalazku umożliwia minimalizację pierwszego z tych czynników ograniczających. W związku z ograniczeniami narzucanymi przez drugi z tych czynników, instalacja upustowa 54 jest wykorzystana do zmniejszenia prędkości strumienia gazów piecowych w strefie suszenia i wstępnego ogrzewania 24, nawet przy znacznie wyższej energii doprowadzanej do procesu.

Ograniczający wpływ obciążenia termicznego w strefie kalcynowania 26 rozwiązano w wyniku zastosowania nowoczesnych technologii spalania paliw, w tym paliw pochodzących z odpadów stałych, w środku pieca. Korzystnie, urządzenie doprowadzające paliwo 86 według niniejszego wynalazku można zastosować w połączeniu ze znanymi piecami obrotowymi opisanymi w technice, umożliwiając doprowadzanie do strefy kalcynowania 26 pracującego pieca obrotowego 10 stałych materiałów palnych, stanowiących dodatkowe paliwo w procesie produkcji cementu. Zastosowanie instalacji upustowej 54 według niniejszego wynalazku w konwencjonalnych piecach obrotowych w połączeniu z najnowszymi technikami spalania w środkowej części pieca umożliwia zwiększenie wydajności produkcji klinkieru o 40%, z jednoczesnym zwiększeniem sprawności energetycznej i sprawności przerobu surowców, a jednocześnie bez pogarszania jakości klinkieru. Istotnie, szacunkowy wzrost wydajności długiego pieca obrotowego o 40% dzięki zastosowaniu instalacji upustowej według niniejszego wynalazku w połączeniu ze spalaniem paliw stałych w środkowej części pieca, jest ograniczony tylko w wyniku chłodzenia głównego płomienia w piecu obrotowym 10 przez przepływ dużych ilości trzeciorzędnego powietrza niezbędnego do podtrzymywania spalania w środkowym obszarze pieca obrotowego 10 (w strefie kalcynowania 26 lub co najmniej w pewnym miejscu ze strefą klinkierowania 28). Ograniczenie to można wyeliminować umieszczając instalację upustową54 według niniejszego wynalazku w takim miejscu wzdłuż pieca obrotowego 10, że dodatkowe powietrze dopływa do strumienia gazów piecowych w punkcie znajdującym się za strefą klinkierowania 28, ale przed (w stosunku do kierunku przepływu gazów) strefą kalcynowania 26.

174 814

Oczywiście warunkiem zastosowania instalacji upustowej 54 według wynalazku do doprowadzania powietrza do pieca obrotowego 10 jest sprzężenie pierścieniowej komory 92 z zespołem wytwarzającym w niej nadciśnienie względem tej części strumienia gazów piecowych, do której ma być doprowadzone powietrze.

Z analizy niniejszego wynalazku wynika, że instalację upustową54 (jak również zawór powietrza 74) można umieścić w takim miejscu wzdłuż pieca, które znajduje się na początku strefy kalcynowania 26 (gdzie temperatura gazów wynosi 982°C lub mniej). Takie rozwiązanie ułatwia utlenianie węglowodorów ulatujących z surowców mineralnych bez pogarszania termicznej sprawności procesu.

Jak z tego wynika, ciśnienie w pierścieniowej komorze 92 można zmieniać albo w celu regulowania dofpyyvu powietrza do strumienia gazów piecowych, albo do wywoływania przepływu w instalacji upustowej 54, w zależności od potrzeby w danej chwili przebiegu procesu, w celu optymalizacji sprawności działania pieca.

Niniejszy wynalazek szczegółowo opisano i przedstawiono na pewnych zalecanych przykładach wykonania, ale istnieją możliwości wprowadzenia w nich zmian i modyfikacji bez odchodzenia od jego istoty opisanej w załączonych poniżej zastrzeżeniach patentowych.

174 814

STAN TECHNIKI

FIG. 9 ³²

156

FIG 12

174 814

FIG. F

174 814

L-O

112

174 814

'GIF

CD

174 814

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Piec obrotowy do wytwarzania klinkieru cementowego, zawierający obrotowy zbiornik mający końce dolny i górny, przy czym w dolnym końcu znajduje się palenisko, a z nim sąsiaduje strefa klinkierowania, zaś w górnym końcujest wylot gazów, a z nim sąsiaduje strefa suszenia surowców mineralnych, natomiast pomiędzy nimi jest usytuowana środkowa strefa kalcynowania, przy czym piec w górnym końcu jest połączony z instalacją odpylającą strumienia gazów piecowych przepływających od strefy klinkierowania przez strefę kalcynowania i strefę suszenia, znamienny tym, że zawiera zespół regulacyjny strumienia gazów piecowych, który posiada okno (93) usytuowane w zbiorniku (17), od którego odchodzi do wnętrza zbiornika (17) upustowa rura wlotowa (94), zakończona powyżej przewidywanego poziomu surowca mineralnego (12), przy czym ze zbiornikiem (17) jest szczelnie połączona nieruchoma pierścieniowa komora (92), usytuowana w obszarze okna (93) osiowo wzdłuż długości zbiornika (17) i połączona przepływowo dla gazu z oknem (93), zaś z pierścieniowąkomorą (92) sąpołączone wentylatory (40,60,260) o zmiennej prędkości, regulujące ciśnienie w pierścieniowej komorze (92) i wymuszające przepływ gazu w upustowej rurze wylotowej (94) i przez okno (92).
2. Piec obrotowy według zastrz. 1, znamienny tym, że z pierścienową komorą (92) jest połączony zespół wtryskowy powietrza (140), którego dysza (144) jest usytuowana przy zakończeniu upustowej rury wylotowej (94) w ustalonych położeniach kątowych zbiornika (17) względem pierścieniowej komory (94).
3. Piec obrotowy według zastrz. 1, znamienny tym, że wentylator (40,60) jest sterowanym wentylatorem wyciągającym gazy piecowe ze zbiornika (17) poprzez pierścieniowąkomorę (92).
4. Piec obrotowy według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół regulacyjnyjest usytuowany na długości zbiornika (17) przed strefą suszenia (24) względem kierunku przepływu gazów piecowych.
5. Piec obrotowy według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół regulacyjny zawiera przewód (62) strumienia gazów upustowych (64), rozciągający się od pierścieniowej komory (92) do wylotu gazu w górnym końcu (22) zbiornika (17).
6. Piec obrotowy według zastrz. 1, znamienny tym, że pierścieniowa komora (92) posiada wlot powietrza z zaworem dławiącym (174).
7. Piec obrotowy według zastrz. 1, znamienny tym, że zbiornik (17) posiada okno (88) usytuowane w jego strefie kalcynowania (26), stanowiące wlot paliwa stałego.
8. Piec obrotowy według zastrz. 1, znamienny tym, że wentylator (60, 260) jest sterowanym wentylatorem wciągającym powietrze do zbiornika (17) poprzez pierścieniową komorę (92) i zwiększającym poziom tlenu w zbiorniku (17).
9. Piec obrotowy według zastrz. 8, znamienny tym, że pierścieniowa komora (92) jest połączona przepływowo za pośrednictwem przewodu (256) z komorą chłodzenia (16).
10. Piec obrotowy według zastrz. 8, znamienny tym, że zbiornik (17) posiada okno (88), usytuowane w jego strefie kalcynowania (26), stanowiące wlot paliwa stałego.

* * *