PL183814B1

PL183814B1 - Urządzenie do wytwarzania klinkieru cementowego

Info

Publication number: PL183814B1
Application number: PL97328727A
Authority: PL
Inventors: Ejnar Jessen
Original assignee: Smidth & Co As F L
Priority date: 1996-03-06
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 2002-07-31
Also published as: EP0885177B1; CZ282798A3; DK26096A; GR3036318T3; DK173476B1; TW434202B; DE69704700T2; RU2175310C2; PL328727A1; JP2000506112A; AU2090597A; CN1156411C; KR19990087575A; KR100450041B1; BR9708010A; CN1212673A; ES2158501T3; CZ290901B6; JP4183278B2; CA2244236C

Abstract

1. Urzadzenie do wytwarzania klin- kieru cementowego zawierajace podgrze- wacz, kalcynator, elementy doprowadzaja- ce paliwo i elementy doprowadzajace gaz zawierajacy tlen do najnizszej strefy kalcy natora oraz piec, znamienne tym, ze dolna czesc kalcynatora (2) jest wyposazona w stale dno (27) oraz elementy (25) dopro- wadzajace male, regulowane ilosci nie kal cynowanego surowca do najnizszej strefy (23) w kalcynatorze (2), zas elementy (21) do- prowadzajace gaz zawierajacy tlen do naj- nizszej strefy (23) kalcynatora (2) sa umieszczone poziomo. Fig.2 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wytwarzania klinkieru cementowego.

W skład znanego urządzenia do wytwarzania klinkieru cementowego wchodzi podgrzewacz, w którym podgrzewa się surowce, kalcynator. w którym kalcynuje się surowce w temperaturze ponad 800°C i gdzie doprowadza się paliwo i gaz zawierający tlen do najniższej strefy kalcynatora, oraz piec, w którym praży się surowce i przetwarza je na klinkier.

W typowym urządzeniu do wytwarzania klinkieru cementowego możliwe jest zastąpienie do 20% paliwa pierwotnego w obrotowym piecu tanim paliwem z odpadów, takich jak gumowe opony, bez pogarszania jakości gotowego wyrobu cementowego.

W normalnych warunkach, maksymalnie 40% całego zapotrzebowania na paliwo urządzenia do wytwarzania cementu jest spalane w piecu do wytwarzania klinkieru, natomiast pozostałe 60% paliwa jest spalane w kalcynatorze. W konsekwencji tego, w zwykłym piecu można zastąpić około 20% z 40% paliwa spalanego w piecu obrotowym, tj. około 8% całego zużycia paliwa, paliwem pochodzącym z odpadów. Z tego względu korzystne byłoby zastąpienie większej części paliwa spalanego w kalcynatorze paliwem odpadowym.

Istnieją jednak pewne ograniczenia co do rodzajów odpadów, jakie można z powodzeniem spalać w kalcynatorze.

Temperatura w kalcynatorze wynosi zazwyczaj od 850°C do 950°C, co oznacza, że nie należy w nim spalać odpadów niebezpiecznych, których składniki szkodliwe trzeba rozkładać i neutralizować podczas spalania, ponieważ wymaga to wyższych temperatur i dłuższych czasów przebywania niż ma to miejsce w kalcynatorze.

Kalcynatory są zazwyczaj urządzeniami typu zawiesinowego, co oznacza, że podgrzane powietrze z chłodnicy lub z pieca płynie kanałem i giętką rurą wygiętą ku dennej części kalcynatora. Jeżeli do kalcynatora doprowadza się odpady zbrylone, takie jak rozdrobnione gumowe opony, to spadają one do wygięcia rury, powodując jej zatkanie. W rezultacie tego kalcynatory z dnem o takim układzie nie nadają się do spalania paliw zbrylonych.

Może również okazać się, że kłopotliwe jest używanie paliwa trudnego do zapalania, np. pewnych gatunków węgla i niskiej zawartości substancji lotnych, ponieważ czas przebywania w kalcynatorze jest stosunkowo krótki, a temperatura stosunkowo niska.

W duńskim zgłoszeniu patentowym nr 870/82 (Metallgesellschaft AG) ujawniono kalcynator ze złożem fluidalnym, w którym powietrze fluidyzujące zawierające tlen doprowadza się w dennej części kalcynatora, i w którym ponadto powietrze wtórne zawierające tlen można doprowadzać poziomo do obszaru, który rozciąga się od poziomu minimum 1 metra nad miejscem wlotowym powietrza fluidyzującego aż do dolnych 30% kalcynatora. W systemie

183 814 tym co najmniej 65% paliwa używanego do pokrycia całkowitego zapotrzebowania na ciepło doprowadza się do kalcynatora i co najmniej 10%o tego paliwa doprowadza się do znajdującego się obok pieca. Wytwarzając w kalcynatorze złoże fluidalne można osiągnąć wysoki stopień kalcynacji, nawet w przypadku zmian w rozkładzie wielkości cząstek. Jednakże fluidyzacja oznacza, że do kalcynatora dochodzi znacząca ilość fałszywego powietrza, co ma niekorzystny wpływ na gospodarkę energią cieplną. Rzeczywiste doprowadzanie powietrza fluidyzującego wymaga również pewnego doprowadzenia energii.

Z duńskiego opisu patentowego nr 170368 znana jest praktyka doprowadzania materiału zbrylonego takiego jak rozdrobnione opony samochodowe do komory rozkładowej połączonej z kalcynatorem. Według tego opisu podgrzany lub częściowo kalcynowany surowiec doprowadza się do komory rozkładowej w celu podgrzania paliwa odpadowego. Temperatura, jaką należałoby osiągnąć w komorze rozkładowej, musi być na tyle wysoka, żeby zapewnić możliwość realizacji procesu pirolizy, ale z drugiej strony, nie może ona być na tyle wysoka, żeby nastąpiła granulacja surowca. Gazy spalinowe z komory rozkładowej płyną następnie do komory spalania, którą jest sam kalcynator, a produkty resztkowe odprowadza się z dna komory rozkładowej i można je transportować do pieca obrotowego. Jednakże zastosowanie komory rozkładowej, w której występuje deficyt powietrza, nie daje możliwości uzyskania takiej samej ilości energii z odpadów w kalcynatorze, jaką można uzyskać w przypadku pełnego spalania w warunkach wystarczającej ilości doprowadzanego tlenu.

Celem wynalazku jest zapewnienie urządzenia do wytwarzania klinkieru cementowego, w którym możliwe jest spalanie w kalcynatorze paliwa zbrylonego, z równoczesnym zachowaniem możliwości zwiększania czasu przebywania surowca i ewentualnie temperatury materiału doprowadzanego do najniższej strefy kalcynatora.

Urządzenie do wytwarzania klinkieru cementowego zawierające podgrzewacz, kalcynator, elementy doprowadzające paliwo i elementy doprowadzające gaz zawierający tlen do najniższej strefy kalcynatora oraz piec, według wynalazku charakteryzuje się tym, że dolna część kalcynatora jest wyposażona w stałe dno oraz elementy doprowadzające małe, regulowane ilości nie kalcynowanego surowca do najniższej strefy w kalcynatorze, zaś elementy doprowadzające gaz zawierający tlen do najniższej strefy kalcynatora są umieszczone poziomo.

Korzystnie najniższa strefa kalcynatora zawiera co najmniej dwa otwory umieszczone w bokach kalcynatora.

Korzystnie wewnętrzna średnica górnej części kalcynatora jest 15-2 razy większa niż wewnętrzna średnica najniższej strefy.

Według wynalazku kalcynator wyposażono w stałe dno, co umożliwia osadzanie się doprowadzanego do kalcynatora materiału palnego na dnie. Zawierający tlen gaz doprowadza się do kalcynatora poziomo, otworami w najniższej strefie kalcynatora. Poziome doprowadzanie gazu zawierającego tlen oznacza, że gaz jest wprowadzany przez pionowe ściany boczne kalcynatora, a nie przez dno.

Tak więc doprowadzając materiał palny i powietrze zawierające tlen umożliwia się powstawanie komory spalania w najniższej strefie kalcynatora, w której temperatura przewyższa temperatury w pozostałych częściach kalcynatora, przy czym temperaturę utrzymuje się, korzystnie, w zakresie 1100-1300°C. Zaletą takiej komory spalania jest zwłaszcza to, że nie ma żadnych wymagań co do doprowadzanego do niej paliwa. Dotyczy to zarówno wielkości zbrylonego paliwa, jak i jego konsystencji, wartości kalorycznej i pozostałości po spalaniu.

Również modyfikacja istniejących urządzeń jest stosunkowo prosta do przeprowadzenia, ponieważ konieczna jest tylko modyfikacja dna kalcynatora i systemu zasilania powietrzem.

W celu regulowania temperatury w najniższej strefie istotne znaczenie ma zapewnienie możliwości regulowania doprowadzania do niej surowców, ponieważ doprowadzenie dużej ilości surowców obniża temperaturę ze względu na to, że kalcynacja jest procesem endotermicznym.

Dla zapewnienia regulacji doprowadzania surowców do najnizszej strefy istotne znaczenie ma zapewnienie, żeby surowce doprowadzane do najwyższej strefy kalcynatora nie spadały do strefy najniższej.

183 814

Każdemu takiemu opadaniu surowców można odpowiednio zapobiegać zapewniając dodatni i stosunkowo równomierny profil prędkości powietrza płynącego ku górze w najwyższej części dolnej strefy kalcynatora.

Istnieje wiele sposobów zapewnienia dodatniego profilu prędkości w całym przekroju poprzecznym najniższej strefy. Prostym sposobem jest zapewnienie, żeby zawierający tlen gaz wpływał do najniższej strefy w taki sposób, żeby nie pojawiały się w przekroju poprzecznym przepływy skierowane ku dołowi.

W konkretnym, odpowiednim do tego celu przykładzie wykonania wynalazku, w którym zawierający tlen gaz doprowadza się i rozprowadza w odpowiedni sposób, w boku/bokach w najniższej strefie kalcynatora znajduje się kilka małych otworów, do których doprowadza się z pierścieniowej komory zawierający tlen gaz. W takim układzie tylko pierścieniowa komora musi być wyposażona w jeden pojedynczy punkt zasilający gorącym gazem.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania uwidoczniono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia typowe urządzenie do wytwarzania cementu, fig. 2 i 3 - przykład wykonania kalcynatora w urządzeniu według wynalazku, fig. 4 - korzystny przykład wykonania kalcynatora w urządzeniu według wynalazku, a fig. 5 - profil prędkości gazu w komorze spalania na linii II z fig. 4.

Na fig. 1 przedstawiono powszechnie znane urządzenie do wytwarzania cementu. W jego skład wchodzi podgrzewacz 1 składający się z trzech podgrzewających cyklonów a, b i c, kalcynator 2, obok którego jest zainstalowany cyklon rozdzielający 3 oraz piec 4, za którym jest chłodnica 5.

Surowce opadają w dół w urządzeniu, płynąc w przeciwprądzie do gorącego gazu z pieca 4 i chłodnicy 5, który porusza się ku górze przez kalcynator 2 i podgrzewacz 1. Zatem surowce doprowadza się do urządzenia w najwyższym końcu podgrzewacza 1 kanałem 6. Następnie surowce są transportowane w stanie zawieszonym w gorącym strumieniu gazu do cyklonu a w podgrzewaczu 1, gdzie oddziela się materiał od zawiesiny i kieruje kanałem w dół do jeszcze bardziej gorącego strumienia gazów, który niesie surowiec do cyklona b w podgrzewaczu 1. W podobny sposób transportuje się surowce z cyklonu b do cyklonu c. Gaz, od którego w cyklonie a został oddzielony surowiec, jest odchylany kanałem 7 do elektrostatycznego urządzenia strącającego, a następnie odprowadzany do komina.

Po przepłynięciu surowca przez podgrzewacz 1, płynie on kanałem 8 do kalcynatora 2, a podgrzany surowiec doprowadza się normalnie natychmiast nad dno kalcynatora 2.

Pokazany na fig. 1 kalcynator 2 jest urządzeniem typu SLC (Seperate Line Calciner kalcynator w oddzielnej linii) i z tego względu jest zasilany tylko powietrzem bogatym w tlen, doprowadzanym z chłodnicy kanałem 9. Kalcynator typu iLC (In-line calcinerkalcynator w linii) jest zasilany gorącym powietrzem z pieca wraz z gorącym powietrzem zawierającym tlen, pochodzącym z chłodnicy. O ile chodzi o kalcynator typu SLC, gorące powietrze z pieca jest przepuszczane bocznikowo obok kalcynatora i doprowadzane bezpośrednio do podgrzewacza.

Jeden lub więcej palników 10 zapewniają, że temperatura w kalcynatorze 2 podnosi się do poziomu około 850-950°C, a po kalcynowaniu surowców transportuje się je w stanie zawiesiny przez cyklon rozdzielający 3, w którym kalcynowany surowiec oddziela się od zawiesiny i kieruje kanałem 11 do pieca 4 do produkcji klinkieru. Gorące gazy z kalcynatora 2 unoszą się ku wylotowi w górnej części cyklonu rozdzielającego 3 i przepływają do podgrzewacza 1. Na końcu kalcynowany surowiec przepływa przez piec 4, w którym działają na niego temperatury powyżej 1400°C. W rezultacie powstaje stopiona masa, w której mogą uformować się minerały klinkierowe. Stopiona masę z surowcami klinkierowymi zbryla się, a następnie gotowy klinkier spada do chłodnicy, gdzie ochładza się go do poziomu około 100°C.

Na fig. 2 i 3 widać przykład wykonania kalcynatora 2 do urządzenia według wynalazku. Na fig. 3 pokazano kalcynator 2 w przekroju płaszczyzną l-I z fig. 2.

Gorące gazy doprowadza się do kalcynatora 2 elementami 21, którymi są kanały kierujące gorące gazy poziomo do kalcynatora 2 dwoma otworami 20, z których jeden pokazano na fig. 3. Surowce doprowadza się do górnej części kalcynatora 2 kanałem 8 i pod kanałem 8

183 814 można zamontować element 22 w kształcie skoczni narciarskiej zapobiegający opadaniu wszystkich surowców do najniższej strefy kalcynatora 2.

Sprawne rozprowadzanie surowców w polu przekroju poprzecznego kalcynatora 2. dzięki elementowi 22 w kształcie skoczni narciarskiej albo innemu mechanizmowi rozprowadzania, zapewniającemu stworzenie odpowiedniej zawiesiny surowców, minimalizuje również straty ciśnienia w przekroju tej części kalcynatora 2.

W najniższej strefie 23 kalcynatora 2 formuje się komora spalania, zasilana paliwem przez kanał 24, przy czym temperaturę w komorze spalania można regulować dodając przez element 25 w postaci kanału małą ilość surowców. Do górnej strefy kalcynatora 2 doprowadza się paliwo poprzez jeden lub więcej palników 10. W dolnej części komory spalania jest stałe dno 27. Fakt, iż dno jest stałe, oznacza, że materiał palny, doprowadzany kanałem 24, może swobodnie osadzać się na dnie, w wyniku czego powstaje ustalone spalanie. Dno 27 można skonfigurować w taki sposób, aby pozostałości spalania można było usuwać, poprzez skrobanie albo opadanie materiału przez dno lub wdmuchiwanie go w zawiesinę. W tym przykładzie wykonania pod dnem 27 jest otwór 26 do wyciągania materiałów resztkowych.

Na fig. 4 przedstawiono inny przykład wykonania kalcynatora 2 do urządzenia według wynalazku. W tym przykładzie wykonania najnizsza strefa 23 kalcynatora 2 jest zasilana gorącymi gazami poprzez element 21 w postaci kanału, który za pośrednictwem pierścieniowej komory 28 rozprowadza gorące gazy kilkoma otworami 20 w bokach kalcynatora 2.

Na fig. 5 pokazano profil prędkości do najwyzszej części najniższej strefy 23 w urządzeniu podobnym do pokazanego na fig. 4, w miejscu oznaczonym linią II, gdzie gorący gaz zawierający tlen doprowadza się do komory spalania pierścieniową komorą 28.

Jak wyraźnie widać na figurze, prędkość jest dodatnia, tj. skierowana ku górze wzdłuz całego pola przekroju poprzecznego. Jeżeli w komorze wymusza się wirowanie gazu, na przykład doprowadzając go stycznie, istnieje ryzyko, że profil prędkości w strefie centralnej zmieni się na ujemny, tj. prędkość będzie skierowana w dół.

183 814

Profil prędkości gazu Poziom II


				- - - -	- - - - n		i i 1- i i
						1


				_ _ _ _	_____		-
							--
							-
	1		I				--
l 1 -H-j	1 t f ¹ * / t I -j——	. , - - r - - 1 1 1 i i i		--

o co

CO

O

CD

CO

O

CM o

CM co

CM

CO

CD

CM [s/ui] nze6 oso>jpdjd współrzędna X [% średnicy] r- o o

Fig. 5

183 814

Fig. 4

183 814

Fig.2

Fig. 3

183 814

Fig- 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie do wytwarzania klinkieru cementowego zawierające podgrzewacz, kalcynator, elementy doprowadzające paliwo i elementy doprowadzające gaz zawierający tlen do najniższej strefy kalcynatora oraz piec, znamienne tym, że dolna część kalcynatora (2) jest wyposażona w stałe dno (27) oraz elementy (25) doprowadzające małe, regulowane ilości nie kalcynowanego surowca do najniższej strefy (23) w kalcynatorze (2), zaś elementy (21) doprowadzające gaz zawierający tlen do najniższej strefy (23) kalcynatora (2) są umieszczone poziomo.
2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że najniższa strefa (23) kalcynatora (2) zawiera co najmniej dwa otwory (20) umieszczone w bokach kalcynatora (2).
3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wewnętrzna średnica górnej części kalcynatora (2) jest 15-2 razy większa niż wewnętrzna średnica najniższej strefy (23).