PL207053B1 - Sposób wypalania klinkieru w obrotowym piecu cementowym - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wypalania klinkieru w obrotowym piecu cementowym.

Proces wypalania klinkieru, stanowiącego główny składnik cementów, przeprowadza się w obrotowych piecach cementowych, poprzez wypalanie materiałów wsadowych w postaci mieszaniny kamienia wapiennego, gliny, łupków oraz innych surowców mineralnych w temperaturach powyżej 1200°C. Materiały wsadowe podawane są od strony tak zwanego zimnego końca pieca. Ponieważ piec obrotowy jest pochylony, dlatego też materiały wsadowe przesuwają się powoli w kierunku gorącego końca pieca, przechodząc w tym czasie szereg reakcji rozkładu i syntezy, prowadząc do zestalenia mieszaniny w formie klinkieru cementowego.

Obrotowe piece cementowe opalane są głównie paliwem stałym w postaci pyłu węglowego, paliwami ciekłymi, a także odpadami. Spalanie paliw kopalnych oraz odpadów przyczynia się do powstawania szeregu zanieczyszczeń, wśród których należy wymienić tlenki siarki, tlenki azotu, tlenek węgla, węglowodory aromatyczne, a także cząstki stałe w formie popiołu lotnego i sadzy. Wymaga to stosowania dodatkowych systemów oczyszczania spalin odlotowych.

Ilość spalanego paliwa w procesie wypalania klinkieru, ze względu na znaczne wymagania energetyczne procesu jest znaczna. Aby obniżyć koszty procesu często stosuje się paliwa pomocnicze w postaci różnego rodzaju odpadów przemysłowych. Ze względu na wysokie temperatury procesu cementowego podczas wypalania klinkieru powstają duże ilości tlenków azotu i z tego też względu rodzaj użytych paliw pomocniczych i ich skład chemiczny ma duże znaczenie zarówno dla wydajności procesu jaki i dla ograniczenia emisji tlenków azotu.

Z polskiego opisu patentowego nr 190916 znany jest sposób wypalania klinkieru, w którym w celu ograniczenia emisji tlenków azotu podczas wypalania klinkieru w obrotowym piecu cementowym, do gorącej części pieca w strefę spalania podaje się katalizator, którym jest proszek ceramiczny uzyskany przez zmielenie zużytych ceramicznych izolatorów elektroenergetycznych. Operację podawania proszku ceramicznego prowadzi się okresowo lub w systemie ciągłym.

Jedną z zalet tej metody jest fakt, że składniki występujące w zużytych izolatorach ceramicznych stanowią składnik cementu i w całości mogą przejść do klinkieru cementowego zwiększając uzysk produktu końcowego oraz powodując jednocześnie bezodpadowe zagospodarowanie bezużytecznych odpadów, w postaci zużytych izolatorów ceramicznych.

Istota sposobu wypalania klinkieru w obrotowym piecu cementowym, według wynalazku, w którym do gorącej części pieca w strefę spalania podaje się w systemie ciągłym lub okresowym sproszkowany materiał odpadowy, polega na tym, że sproszkowany materiał odpadowy stanowi mieszankę żywiczną zawierającą napełniacze mineralne, uzyskaną przez zmielenie odpadowych materiałów żywicznych, którą wdmuchuje się wraz z paliwem bezpośrednio do strefy spalania pieca cementowego w ilości co najmniej 2% masy paliwa używanego do opalania pieca w tym samym czasie.

Korzystnie mieszankę żywiczną zawierającą napełniacze mineralne wdmuchuje się do strefy spalania pieca cementowego w ilości 5% masy wagowych w stosunku do użytego paliwa stałego.

Korzystnie mieszankę żywiczną zawierającą napełniacze mineralne wdmuchuje się do strefy spalania pieca cementowego w ilości 3% masy wagowych w stosunku do użytego paliwa ciekłego.

Korzystnie mieszankę żywiczną zawierającą napełniacze mineralne uzyskuję się ze zużytych lub wadliwie wyprodukowanych urządzeń elektroenergetycznych.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest zwiększenie wydajności procesu wypalania klinkieru w obrotowym piecu cementowym, przy jednoczesnej utylizacji odpadów ż ywicznych.

W sposobie wedł ug wynalazku wykorzystuje się odpad ż ywiczny jako dodatkowe ź ródł o energii do procesu oraz wykorzystuje się znaną metodę katalitycznej redukcji tlenków azotu za pomocą tlenku węgla, obecnego w strefie płomienia w znacznych stężeniach, w obecności składników obecnych w proszku, uzyskanego ze spalenia odpadów ż ywicznych.

Żywice epoksydowe posiadają najczęściej napełniacze mineralne w postaci SiO2, AI2O3, ponadto często Fe2O3, używane jako barwnik. W praktyce stosowane są dodatki napełniacza w ilości przekraczającej 50% wagowych w sumarycznej mieszance (w zastosowaniach elektotechnologicznych jest to 64-67%). Rolą napełniacza mineralnego w mieszankach żywicznych jest minimalizacja skurczu żywicy podczas jej utwardzania oraz zapewnienie odpowiedniej struktury o podwyższonych własnościach mechanicznych. Zastosowanie napełniacza obniża również koszt mieszanki. Proszek uzyskany ze zmielenia odpadów żywicznych ma zatem silne własności katalityczne, a ze względu na obecność

PL 207 053 B1 związku organicznego w postaci żywicy epoksydowej jest materiałem palnym, stanowiącym dodatkowe źródło ciepła.

Katalityczny rozkład tlenków azotu odbywa się według następującej reakcji redukcji:

Fe2Oi,Al2^3 ,SiO2

NO + CO -> N-> + CO₇ t

Dzięki wprowadzeniu, rozdrobnionych materiałów żywicznych z napełniaczami mineralnymi do gorącego końca pieca następuje spalenie osnowy żywicznej oraz występuje dodatkowy katalityczny rozkład tlenków azotu i niższa jest ich koncentracja w spalinach przepływających przez instalację oczyszczania spalin, co przyczynia się do sprawniejszego jej funkcjonowania jak również do ograniczenia emisji tlenków azotu do atmosfery.

Dodatkową zaletą metody jest fakt, że składniki występujące w napełniaczach mineralnych stanowią składnik cementu i w całości mogą przejść do klinkieru cementowego zwiększając uzysk produktu końcowego oraz powodując jednocześnie bezodpadowe zagospodarowanie bezużytecznych odpadów, w postaci odpadów żywicznych.

Sposób według wynalazku jest objaśniony na przykładzie realizacji w oparciu o rysunek, przedstawiający schematycznie piec cementowy do wypalania klinkieru wraz z układami: podawania rozdrobnionego materiału żywicznego materiału do tego pieca oraz odprowadzania spalin, w którym wynalazek może znaleźć zastosowanie.

Do zimnego końca 1 cementowego pieca obrotowego 2 podaje się wsad z zasobników materiałów surowych 3. Na skutek nachylenia pieca 2 pod pewnym kątem do poziomu, materiały wsadowe w postaci mieszaniny kamienia wapiennego, materiałów ilastych oraz innych surowców mineralnych, przesuwają się powoli w kierunku gorącego końca 4 pieca 1, w którym to końcu podawane jest za pomocą palnika 5 paliwo w postaci pyłu węglowego. Jednocześnie do gorącego końca 4 pieca 2 podaje się materiał rozdrobniony w postaci proszku uzyskanego ze zmielonych odpadów żywicznych.

W warunkach przemysłowych proszek żywiczny, uzyskany ze zużytych odpadów żywicznych podaje się do pieca 2 okresowo lub w systemie ciągłym. Przy okresowym podawaniu proszku żywicznego, odpady żywiczne z napełniaczami mineralnymi gromadzone są w zasobniku zużytych materiałów 6, skąd przesyła się je do urządzenia rozdrabniającego 7, w którym odpady rozdrabnia się w celu otrzymania proszku żywicznego. Proszek żywiczny przesyła się następnie za pomocą podajnika 8 w pobliże gorącego końca 4 pieca 2 i za pomocą dysz 9 wdmuchuje się go bezpośrednio w strefę spalania pieca. Ilość proszku żywicznego dozowanego do pieca w ciągu godziny powinien przekraczać 2% masy pyłu węglowego używanego do opalania pieca w tym samym czasie.

W systemie ciągłym podawania proszku żywicznego do gorącego końca 4 pieca 2, proszek żywiczny wprowadza się najpierw do zasobnika pyłu węglowego 10, a następnie do pieca za pomocą palników 5. Ilość proszku żywicznego w stosunku do pyłu węglowego znajdującego się w zasobniku pyłu węglowego 10 wynosi co najmniej 2% wagowych. Do zasobnika 10 proszek żywiczny wprowadza się albo bezpośrednio z urządzenia rozdrabniającego 7 albo z młyna węglowego 11, w którym jednocześnie miele się węgiel dostarczany z zasobnika węgla 12 oraz odpady żywiczne, dostarczane z zasobnika 6.

Niezależnie od sposobu dostarczania proszku żywicznego do gorącego końca 4 pieca 2, mieszanka paliwowa (wraz z osnową żywiczną) ulega spalaniu z wytworzeniem w początkowej części płomienia znacznych koncentracji (do kilku procent) tlenku węgla CO, dzięki któremu następuje redukcja tlenków azotu wewnątrz pieca w obecności dostarczonych wraz z paliwem składników katalitycznych obecnych w proszku mineralnym w formie AI2O3, SiO2, Fe2O3. Wszystkie te składniki przechodzą do klinkieru.

W warunkach doświadczalnych, jako paliwo w eksperymencie zastosowano olej opałowy o wartości opałowej ok. 40000 kJ/kg. Zastąpiono 10% (wagowo) paliwa stosowanego proszkiem żywicznym (wartość opałowa 10000 kJ/kg), który wprowadzono w strefę spalania. Pozwoliło to na zaoszczędzenie ok. 2.5% kosztownego paliwa olejowego, zastąpionego odpadem, zachowując ten sam efekt energetyczny procesu.

PL 207 053 B1

Wykaz oznaczeń na rysunku

1. zimny koniec pieca;

2. cementowy piec obrotowy;

3. zasobnik materiałów surowych;

4. gorą cy koniec pieca;

5. palnik;

6. zasobnik zuż ytych izolatorów;

7. urzą dzenie rozdrabniają ce;

8. podajnik proszku ż ywicznego;

9. dysza;

10. zasobnik pyłu węglowego;

11. młyn węglowy;

12. zasobnik węgla.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wypalania klinkieru w obrotowym piecu cementowym, w którym do gorącej części pieca w strefę spalania podaje się w systemie ciągłym lub okresowym sproszkowany materiał odpadowy, znamienny tym, że sproszkowany materiał odpadowy stanowi mieszankę żywiczną zawierającą napełniacze mineralne, uzyskaną przez zmielenie odpadowych materiałów żywicznych, którą wdmuchuje się wraz z paliwem bezpośrednio do strefy spalania w ilości, co najmniej 2% masy paliwa używanego do opalania pieca w tym samym czasie.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszankę żywiczną zawierającą napełniacze mineralne wdmuchuje się do strefy spalania pieca cementowego w ilości 5% masy wagowych w stosunku do użytego paliwa stałego.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszankę żywiczną zawierającą napełniacze mineralne, wdmuchuje się do strefy spalania pieca cementowego w ilości 3% masy wagowych w stosunku do użytego paliwa ciekłego.
4. 4. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że mieszankę żywiczną, zawierającą napełniacze mineralne uzyskuje się ze zużytych lub wadliwie wyprodukowanych urządzeń elektroenergetycznych.