PL193219B1 - Instalacja piecowa i sposób wytwarzania cementu - Google Patents

Abstract

1. Instalacja piecowa do wytwarzania cementu zawiera- jaca piec, chlodnice, piec do wypalania ze znajdujacym sie za nim odpylaczem cyklonowym, umieszczona w jej górnej czesci komore wypalania z centralnym palnikiem majaca ponizej palnika styczny wlot, przez który wprowadzany jest przewodem goracy gaz z chlodnicy do komory wypalania, przy czym przewód zaopatrzony jest we wlot dla surowej maczki, dolna czesc komory wypalania jest zaopatrzona w polaczenie z piecem do kalcynowania i drugie polacze- nie, kierujace gazy spalinowe z pieca do pieca do kalcyno- wania, znamienna tym, ze wysokosc h 1 - h 2 górnej czesci wewnetrznej przestrzeni komory ………………… 5. Sposób wytwarzania cementu, w którym surowce podgrzewa sie, a nastepnie poddaje co najmniej czescio- wemu kalcynowaniu w komorze wypalania, która jest w górnej czesci zaopatrzona w centralny palnik, w którym surowce, w postaci zawiesiny w goracym gazie z chlodnicy doprowadza sie do komory wypalania przez styczny wlot, czesciowo kalcynowany material przesyla sie z dolnej czesci komory wypalania poprzez polaczenie do pieca do kalcynowania zawiesine gaz-material przesyla sie z pieca do kalcynowania do odpylacza cyklonowego, gdzie prze- prowadza sie rozdzielenia gazu i materialu, i w którym gazy spalinowe z pieca, kieruje sie przez drugi przewód do pieca do kalcynowania, znamienny tym, ze wysokosc………….. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest instalacja piecowa i sposób wytwarzania cementu. Instalacja piecowa zawiera piec do wypalania cementu, chłodnicę, piec do kalcynacji ze znajdującym się za nim cyklonem rozdzielającym i komorę wypalania, która jest zasilana stycznie powietrzem trzeciorzędowym z chłodnicy. Całkowicie lub częściowo wypalony materiał jest odprowadzany z dna komory wypalania do pieca do kalcynacji, do którego uchodzą również gazy spalinowe z pieca.

Jest uznanym faktem to, że wiele korzyści można osiągnąć konstruując strefę kalcynowania wyposażoną w dodatkową komorę wypalania, która jest zasilana wyłącznie powietrzem trzeciorzędowym z chłodnicy.

Instalacja tego rodzaju jest opisana w opisie EP-A-103423. Z tego opisu patentowego znana jest instalacja (SLC-S) do kalcynowania surowców dla cementu, w której dokonano stosownej poprawy w odniesieniu do nieodłącznej trudności uzyskania całkowitego spalenia paliwa, które jest stosowane w piecu do kalcynacji. W instalacji tej surowiec jest podawany po jego wstępnym ogrzaniu do komory wypalania (4), w której jest on kalcynowany w gorącym powietrzu z chłodnicy (2). Powietrze trzeciorzędowe z chłodnicy płynie centralnie ku górze przez dno komory wypalania (4), co oznacza, że występuje przepływ ku górze w środku komory wypalania i przepływ ku dołowi wzdłuż boków komory wypalania. Surowiec podawany jest przy dolnym końcu komory wypalania i rozprowadzany wskutek działania przepływu turbulentnego występującego w poprzek na całej długości komory wypalania.

Z opisu US-A-4 014 641 znana jest instalacja do kalcynowania surowców cementu, w której ilość tlenków azotu w gazach spalinowych z pieca została zmniejszona przez utworzenie w przewodzie wylotowym z pieca strefy, do której wprowadzany jest gaz redukujący. Gorące powietrze z chłodnicy i gorący gaz z pieca odpowiednio przez przewód (5) i przewód (13) wprowadzane do podgrzewacza (14,15,16,17) cyklonu, w którym surowiec jest podgrzewany w przepływie przeciwprądowym do gorących gazów z chłodnicy i z pieca. W obszarze przewodu wylotowego z pieca, który jest umieszczony poniżej przewodu zasilającego (5) z chłodnicy warunki redukujące wytwarza się wprowadzając przewodem (12) gazy redukujące. Gazy redukujące wytwarzane są w piecu do kalcynacji (8), jako że objętość powietrza wprowadzanego do pieca do kalcynowania jest dostateczna do spowodowania gazyfikacji paliwa w piecu do kalcynacji, ale niewystarczająca do spowodowania całkowitego spalenia paliwa w piecu do kalcynacji (kol.4, wiersze 1-5). Wadą tej instalacji jest to, że paliwa, których zapłon jest utrudniony i które palą się powoli takie jak drobny koks, antracyt, i inne gatunki węgla o niskiej zawartości gazu nie mogą być stosowane w piecu do kalcynacji, ponieważ wytworzyłyby one znaczną pozostałość nie spalonego węgla, która zostałaby wytrącona i wprowadzona do pieca obrotowego, powodując w rezultacie powstanie problemów związanych z usuwaniem siarki i tworzeniem się zbryleń. Z opisu US-A- 5 364 265 znany jest jeszcze inny układ do kalcynowania, w którym emisja NOX ograniczona jest powstawaniem gazów redukujących, mianowicie CO i H2, w komorze wypalania (20). Koks wytworzony w komorze wypalania podczas tego procesu wykazuje całkiem szczególne własności reakcyjne. Jednakże uzyskanie optymalizacji tego sposobu pod względem zapewnienia minimalnej emisji NOX jest stosunkowo trudne, zważywszy, że bardzo nieliczne parametry mogą być regulowane podczas działania. Proces spalania w komorze wypalania zależy całkowicie od pożądanego stopnia kalcynacji surowca. Jednocześnie stopień skomplikowania konstrukcji instalacji jest stosunkowo wysoki. Z międzynarodowego zgłoszenia patentowego Nr PCT/DK97/00029 znany jest sposób zmniejszania emisji NOX z instalacji. Celem tego wynalazku jest zapewnienie sposobu działania instalacji piecowej przy zmniejszonej emisji NOX i jednocześnie zapewnienie alternatywy użycia paliwa o małej reaktywności, takiego jak drobny koks, antracyt, i inne gatunki węgla, przy małej zawartości gazu w strefach o stosunkowo niskiej temperaturze. Cel ten osiąga się regulując ilości doprowadzanego paliwa w trzech różnych strefach, przy czym gazy spalinowe są wprowadzane do jednej strefy z dwu innych stref w sposób zapewniający minimalizację zawartości NO w gazach spalinowych pochodzących ze strefy, do której doprowadzane są gazy z dwu innych stref.

Zadaniem niniejszego wynalazku jest zapewnienie instalacji piecowej i sposobu wytwarzania cementu. Instalacja piecowa ma stosunkowo prostą konstrukcję i może ona korzystnie spalać paliwo o małej reaktywności, takie jak drobny koks, antracyt i inne gatunki węgla przy niskiej zawartości gazu w strefie kalcynowania gdzie temperatura jest zwykle na niskim poziomie.

Zgodnie z wynalazkiem instalacja piecowa do wytwarzania cementu, która zawiera piec, chłodnicę, piec do kalcynacji ze znajdującym się za nim cyklonem rozdzielającym, komorę wypalania zaopatrzoną w jej górnej części w palnik centralny i mającą poniżej palnika styczny wlot, przez który

PL 193 219 B1 doprowadzany jest gorący gaz z chłodnicy do komory wypalania przewodem zaopatrzonym we wlot dla surowca, przy czym dolna część komory wypalania ma połączenie z piecem do kalcynacji i ma drugie połączenie kierujące gazy spalinowe z pieca do pieca do kalcynacji odznacza się tym, że wysokość h1 -h2 górnej części wewnętrznej objętości komory wypalania pomiędzy końcem palnika i górną krawędzią stycznego wlotu, będącą najwyższym punktem wejścia gorących gazów z chłodnicy, wynosi co najmniej 1/3 D, gdzie D stanowi średnicę walca mającego wysokość h1 - h2 i taką samą objętość jak górna część wewnętrznej objętości komory wypalania i że wysokość dolnej części wewnętrznej objętości komory wypalania, h3 -h4, położonej pomiędzy dolną krawędzią stycznego wlotu będącego najniższym punktem wejścia gorących gazów z chłodnicy i wylotem z komory wypalania wynosi co najmniej D.

Zadanie to jest zatem spełnione, gdy komora wypalania jest walcowa przez umieszczenie stycznego wlotu komory wypalania tak, że wysokość górnej części wewnętrznej objętości komory wypalania, h1 -h2, która jest położona poniżej końca palnika i ponad górną krawędzią stycznego wlotu, wynosi co najmniej 1/3 D, a wysokość dolnej części wewnętrznej objętości komory wypalania, h3 -h4 położonej pomiędzy dolną krawędzią stycznego wlotu i wylotem z komory wypalania wynosi co najmniej D. Korzystnie, wysokość górnej części wewnętrznej objętości komory wypalania, h1 -h2 powinna wynosić co najmniej 2/3 D, a wysokość dolnej części wewnętrznej objętości komory wypalania, h3 -h4, powinna wynosić co najmniej 3/2 D.

W rezultacie uzyskuje się utworzenie przestrzeni o wysokiej temperaturze i małej zawartości surowców nad stycznym wlotem zawiesiny surowców. Zapewnia to lepszy zapłon i charakterystykę spalania tańszych i ubogich w gaz gatunków węgla.

Wynalazek obejmuje również sposób wytwarzania cementu w instalacji według wynalazku, w którym surowce podgrzewa się i następnie poddaje co najmniej częściowej kalcynacji w komorze wypalania, która w górnej części zaopatrzona jest w centralny palnik, i w którym surowce do komory wypalania doprowadza się przez styczny wlot w postaci zawiesiny w gorącym gazie z chłodnicy, częściowo kalcynowany materiał podaje się z dolnej części komory wypalania przez połączenie do pieca do kalcynacji, zawiesinę gaz/ materiał przesyła się z pieca do kalcynacji do cyklonu rozdzielającego, w którym dokonuje się rozdzielenia gazu i materiału i w którym gazy spalinowe z pieca kieruje się do pieca do kalcynacji przez drugi przewód, i który odznacza się tym, że wysokość h1 -h2 górnej części wewnętrznej objętości komory wypalania pomiędzy końcem palnika i górną krawędzią stycznego wlotu, będąca najwyższym punktem wejścia gorących gazów z chłodnicy, wynosi co najmniej 1/3D, gdzie D stanowi średnicę walca mającego wysokość h1 -h2 i taką samą objętość jak górna część wewnętrznej objętości komory wypalania i tym, że wysokość dolnej części wewnętrznej objętości komory wypalania, h3 - h4, położonej pomiędzy dolną krawędzią stycznego wlotu, będącej najniższym punktem wejścia gorących gazów z chłodnicy i wylotem z komory wypalania (3) wynosi co najmniej D. Wynalazek zostanie teraz opisany bardziej szczegółowo w odniesieniu do

Figura 1, która przedstawia przykład wykonania instalacji piecowej według wynalazku i

Figura 2, która przedstawia szczegółowy przykład wykonania komory wypalania według wynalazku.

Na fig. 1 przedstawiona jest instalacja piecowa do wytwarzania klinkieru cementowego. Instalacja składa się z pieca 1, w którym wypalany jest klinkier w zakresie temperatur 1300 - 1500°C, i pieca do kalcynowania 2 oraz komory wypalania 3, w których temperatura wynosi, co najmniej 800°C, a w niektórych obszarach może osiągać nawet 1400°C. W niektórych przypadkach piec do kalcynowania 2 może składać się wyłącznie z przewodu pionowego prowadzącego od pieca 1. Za piecem 1 znajduje się chłodnica 4 klinkieru, z której gorące powietrze prowadzone jest przewodem 5 do strefy kalcynowania, do której należą 3, 2 i 8. Piec do kalcynowania 2 jest zasilany gorącymi gazami spalinowymi z pieca 1 przez przewód 6, a gorące gazy spalinowe są mieszane z częściowo kalcynowanym materiałem z komory wypalania 3 przez przewód 7

Materiał kalcynowany z pieca do kalcynowania 2 jest prowadzony w zawiesinie przewodem 8 do odpylacza cyklonowego 9. W odpylaczu cyklonowym 9 zawiesina gaz/ materiał jest rozdzielana na strumień materiału kalcynowanego i strumień gorącego gazu. Kalcynowany materiał surowy jest kierowany przewodem 10 do obrotowego pieca 1, a gorący gaz jest kierowany przewodem 11 do podgrzewacza zawiesiny.

Podgrzany materiał surowy jest kierowany w dół do strefy kalcynowania dwoma przewodami 14A i 14B. Jeśli to potrzebne, podgrzany materiał surowy może również być doprowadzany do górnej części pieca do kalcynowania 2, przewodem nie pokazanym. Przewód 14B doprowadza materiał surowy do gazów spalinowych z pieca 1 powodując przenoszenie materiału surowego do pieca do wy4

PL 193 219 B1 palania 2. Przewód 14A kieruje materiał surowy do przewodu 5 powietrza trzeciorzędowego powodując przenoszenie materiału do komory wypalania 3.

Cały strumień materiału surowego jest rozdzielany w sposób kontrolowany pomiędzy dwa przewody 14A i 14B, a w szczególnych okolicznościach może być pożądane na przykład przerwanie przepływu w jednym z przewodów. W instalacji tej paliwo może być spalane w piecu do wypalania 2 za pomocą palnika 15, w komorze wypalania 3 za pomocą palnika 16, a w piecu 4 za pomocą palnika 17.

Figura 2 pokazuje szczegółowy przykład wykonania komory wypalania 3 według wynalazku, gdzie surowiec jest doprowadzany z przewodu 14A przewodem 5 powietrza trzeciorzędowego do komory wypalania 3.

W tym przypadku wewnętrzna przestrzeń reaktora komory wypalania ma kształt cylindryczny. Jednakże, kształt górnej przestrzeni reaktora nie jest podyktowany żadnymi szczególnymi wymogami, z wyjątkiem tego, że wielkość powierzchni przekroju musi być dostateczna w odniesieniu do przekroju palnika w celu uzyskania pożądanej charakterystyki przepływu. Górną część wewnętrznej przestrzeni komory wypalania stanowi część, która jest położona nad wlotem przewodu powietrza trzeciorzędowego i na fig. 2 wysokość tej sekcji wynosi h1 - h2. Wysokość dolnej części wewnętrznej przestrzeni komory wypalania wynosi h3 - h4, i rozciąga się od wlotu przewodu powietrza trzeciorzędowego do wylotu, który jest umieszczony w dolnym końcu komory wypalania. Doświadczenia wykazały, że h1 -h2 musi być większa niż 1/3 D, gdzie Djest średnicą sekcji górnej, gdy jak w niniejszym przypadku ma ona kształt cylindryczny i, że dolna część musi być większa niż 3/2 D zanim możliwe będzie uzyskanie kombinacji podniesionej temperatury, czasu retencji i mieszanki, która zwiększy wydajność wypalania paliwa z niedoborem gazu, które jest doprowadzane przez palnik 16.

Gdy, tak jak w przypadku urządzeń konwencjonalnych, przewód zasilania surową mączką jest umieszczony na najwyższym z możliwych poziomów w komorze wypalania, w zasadzie powoduje to, że węgiel o małej zawartości substancji lotnych nie będzie spalany w górnej trzeciej części komory, co oznacza, że temperatura utrzymywana jest na poziomie około 800-900°C. W efekcie temperatura na wylocie rośnie z powodu zwiększonego spalania w tym miejscu. W rezultacie temperatura na wylocie może osiągać aż 1200°C, co może powodować zbrylanie ze względu na zawartość surowej mączki.

Z powodu niskiego położenia, w którym umieszczony jest wlot powietrza trzeciorzędowego, strefy mieszania i zapłonu będą tworzyć się w górnej części komory wypalania, która wolna jest od surowej mączki. Silny strumień powietrza pierwszorzędowego przechodzący przez palnik wytwarza schemat przepływu zilustrowany na fig. 2, w którym występuje pionowa cyrkulacja w centralnej części komory wypalania. Zważywszy, że powietrze trzeciorzędowe z chłodnicy i surowa mączka zawieszona w strumieniu powietrza są doprowadzane stycznie, surowa mączka jest wypychana pod działaniem zawirowań na boki komory wypalania, i jako że pionowa cyrkulacja ma miejsce w centralnej części komory wypalania, zawartość surowej mączki w górnej części komory wypalania pozostaje na niskim poziomie. Wpływ schematu przepływu będzie polegał na wytworzeniu w górnej części komory wypalania mieszanki gazowej, której część bierze udział w tym momencie lub we wcześniejszym etapie w procesie spalania, i której część stanowi gaz zawierający tlen bezpośrednio z przewodu powietrza trzeciorzędowego. Mieszanka ta wywołuje zapłon wprowadzanego zimnego paliwa.

Okazało się, że zużycie węgla w komorze wypalania urządzenia eksperymentalnego może zostać zredukowane o współczynnik wynoszący około 17% po przeprowadzeniu procesu zgodnie z niniejszym sposobem i można to zapewne przypisać zwiększonej wydajności spalania węgla. W rezultacie spalanie w komorze wypalania prowadzone jest zawsze przy zawartości tlenu wynoszącej mniej niż 21% O2. Wywiera to korzystny wpływ na tworzenie się NOX, które będzie na nieco niższym poziomie. Jednakże wzrost temperatury stanowi najbardziej znaczący czynnik wpływający na tworzenie NOx. Stwierdzono zatem, że w instalacji według wynalazku współczynnik konwersji w znaczeniu przekształcania azotu z paliwa w NOX, który można osiągnąć przy spalaniu antracytu i drobnego koksu, jest tak niski jak 25%. Porównując, tradycyjny piec do wypalania może mieć współczynnik konwersji dla drobnego koksu tak wysoki jak 65%. Wskazuje to, że emisja NO w instalacji według wynalazku została zmniejszona o współczynnik wynoszący ponad 50%.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Instalacja piecowa do wytwarzania cementu zawierająca piec, chłodnicę, piec do wypalania ze znajdującym się za nim odpylaczem cyklonowym, umieszczoną w jej górnej części komorę wypalaPL 193 219 B1 nia z centralnym palnikiem mającą poniżej palnika styczny wlot, przez który wprowadzany jest przewodem gorący gaz z chłodnicy do komory wypalania, przy czym przewód zaopatrzony jest we wlot dla surowej mączki, dolna część komory wypalania jest zaopatrzona w połączenie z piecem do kalcynowania i drugie połączenie, kierujące gazy spalinowe z pieca do pieca do kalcynowania, znamienna tym, że wysokość h1 -h2 górnej części wewnętrznej przestrzeni komory wypalania (3) pomiędzy końcówką palnika (16) i górną krawędzią stycznego wlotu stanowiącą najwyższy punkt wejścia gorącego gazu z chłodnicy (4), stanowi co najmniej 1/3 D, gdzie D jest średnicą walca mającego wysokość h1 -h2 i taką samą objętość jak górna część wewnętrznej przestrzeni komory wypalania (3) i tym, że wysokość dolnej części wewnętrznej przestrzeni komory wypalania (3), h3 - h4, położonej pomiędzy dolną krawędzią stycznego wlotu będąca najniższym punktem wejścia gorącego gazu z chłodnicy (4) i wylotem z komory wypalania (3), stanowi co najmniej D.
2. 2. Instalacja piecowa do wytwarzania cementu według zastrz. 1, znamienna tym, że wysokość górnej części h1 -h2 stanowi co najmniej 2/3 D.
3. 3. Instalacja piecowa do wytwarzania cementu według zastrz. 1, znamienna tym, że wysokość dolnej części h3 -h4 stanowi co najmniej 3/2 D.
4. 4. Instalacja piecowa do wytwarzania cementu według zastrz. 1, znamienna tym, że palnik (16) w górnej części komory wypalania jest umieszczony, w ten sposób, że powietrze pierwszorzędowe jest doprowadzane przez ten palnik.
5. 5. Sposób wytwarzania cementu, w którym surowce podgrzewa się, a następnie poddaje co najmniej częściowemu kalcynowaniu w komorze wypalania, która jest w górnej części zaopatrzona w centralny palnik, w którym surowce, w postaci zawiesiny w gorącym gazie z chłodnicy doprowadza się do komory wypalania przez styczny wlot, częściowo kalcynowany materiał przesyła się z dolnej części komory wypalania poprzez połączenie do pieca do kalcynowania zawiesinę gaz-materiał przesyła się z pieca do kalcynowania do odpylacza cyklonowego, gdzie przeprowadza się rozdzielenia gazu i materiału, i w którym gazy spalinowe z pieca, kieruje się przez drugi przewód do pieca do kalcynowania, znamienny tym, że wysokość h1 -h2 górnej części wewnętrznej przestrzeni komory wypalania (3) pomiędzy końcówką palnika (16) i górną krawędzią stycznego wlotu stanowiącą najwyższy punkt wejścia gorącego gazu z chłodnicy, stanowi co najmniej 1/3 D, gdzie D jest średnicą walca mającego wysokość h1 -h2 i taką samą objętość jak górna część wewnętrznej przestrzeni komory wypalania i tym, że wysokość dolnej części wewnętrznej przestrzeni komory wypalania (3), h3 -h4, położonej pomiędzy dolną krawędzią stycznego wlotu będąca najniższym punktem wejścia gorącego gazu z chłodnicy (4) i wylotem z komory wypalania (3), stanowi co najmniej D.
6. 6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że temperatura w górnej przestrzeni komory wypalania (3) jest w zakresie 1100 - 1400°C.
7. 7. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że temperatura w górnej przestrzeni komory wypalania (3) jest w zakresie 1100 - 1400°C.
8. 8. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że powietrze pierwszorzędowe jest wprowadzane przez palnik (16) do komory wypalania (3).
9. 9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że iloczyn zawartości procentowej powietrza pierwszorzędowego doprowadzanego do komory wypalania (3) w zależności od wymaganej stechiometrycznej objętości powietrza dla spalanego węgla, i szybkości doprowadzania węgla do komory wypalania (3), mierzonej w m/s, wynosi co najmniej 500% · m/s.