Способ и устройство для получения цементного клинкера - RU2184710C2
Код документа: RU2184710C2
Описание
Изобретение относится к способу в соответствии с преамбулой п.1 формулы изобретения, а также к устройству в соответствии с преамбулой п.11 формулы изобретения для получения цементного клинкера из порошкового и мелкозернистого сырья.
Различные варианты осуществления способов и устройств вышеназванного типа известны в данной области техники. Исходное сырье или исходная смесь порошковых и мелкозернистых сырьевых компонентов нагревают в многоступенчатом устройстве предварительного нагрева во взвешенном состоянии, обычно в циклонном подогревателе. В этом случае технологический процесс обычно такой, что или все сырье пропускают через подогреватель с верха до основания в общем противотоке с отходящими газами из обжиговой печи и посредством этого предварительно нагревают, после чего это предварительно нагретое вещество затем в значительной степени раскисляют в устройстве предварительной кальцинации, или часть сырья, которое частично или полностью предварительно нагревают, отделяют в нижней ступени циклона, подвергают кальцинации в отдельном предварительном кальцинаторе при подаче топлива и воздуха для горения, а затем вводят с остальным предварительно нагретым сырьем во впускное отверстие обжиговой печи (обычно ротационной обжиговой печи), в первой секции которой предварительно нагретое и предварительно кальцинированное сырье прежде всего подвергают окончательной кальцинации и затем обжигают до клинкера. Горячий клинкер, выходящий из обжиговой печи, затем охлаждают в охлаждающем устройстве посредством холодного воздуха. Отходящие газы, выходящие из подогревателя из его самой верхней ступени, после подходящего охлаждения можно затем освободить от захваченной тонкой пыли в фильтрующем устройстве, и это охлаждение отходящих газов может обычно происходить в специальной охлаждающей колонке и/или в устройстве для измельчения сырьевого вещества (мельнице для сырья).
В большинстве известных конструкций и, в частности, в случаях, когда относительно большую долю порошкового сырья подают в подогреватель, всегда существуют проблемы, потому что относительно большая доля тонкой пыли оседает на фильтрующем устройстве во время отделения пыли из отходящих газов из подогревателя. Действительно сделаны попытки для возврата этой тонкой пыли в смесь сырья, и это может быть сделано, например, в устройстве измельчения сырья или путем подачи этой тонкой пыли из фильтра непосредственно на этап предварительного нагрева. Практика показывает, однако, что эта тонкая пыль и остальное цементное сырье могут быть смешаны только с относительной трудностью, так что типично кальцинация пыли часто возникает в области по меньшей мере между самой верхней ступенью подогревателя и фильтрующим устройством, что является нежелательным, потому что, с одной стороны, фильтрующее устройство слишком сильно загружено и, с другой стороны, происходит изменение состава готового цементного клинкера.
Цель изобретения представляет собой, следовательно, улучшение способа в соответствии с преамбулой п.1 формулы изобретения, а также устройства в соответствии с преамбулой п.11 формулы изобретения, так что тонкая пыль, отфильтрованная из отходящих газов из подогревателя точно так же может быть достаточно подогрета, подвергнута предварительной кальцинации и введена в обжиговую печь, в то время как фильтрующее устройство может быть разгружено в значительной степени по меньшей мере от циркуляции тонкой пыли.
Эта цель достигается в соответствии с изобретением, с одной стороны, (что касается способа) посредством отличительных признаков п.1 формулы изобретения, с другой стороны (что касается устройства) посредством отличительных признаков п.11 формулы изобретения.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения и его дополнительные технические решения являются предметом рассмотрения зависимых пунктов формулы изобретения.
При использовании способа согласно изобретению технологический процесс состоит в том, что разделение частично подогретого сырья осуществляют уже у выпускного отверстия сырья одной из самых верхних ступеней подогревателя, и в этом случае самую большую долю сырья как первую часть всего количества транспортируют с целью дальнейшего подогрева к последующим ступеням подогревателя, в то время как меньшую долю сырья как вторую часть всего количества и всю тонкую пыль из фильтрующего устройства подают совместно в предварительный кальцинатор, пропускают через этот предварительный кальцинатор с верха до основания, направляют в параллельном потоке с воздухом для горения и с подаваемым топливом и тем самым подвергают предварительной кальцинации.
Это предварительно кальцинированное сырье затем вводят во входное отверстие обжиговой печи, в то время как горячие газы из предварительного кальцинатора подают вместе с отходящими газами из обжиговой печи, то есть, эти отходящие газы, которые подают вместе, поступают совместно в самую низшую ступень устройства предварительного нагрева во взвешенном состоянии, в котором обеспечивают их оптимальный подогрев и частичную кальцинацию или раскисление сырья, которое затем подогревают в подогревателе.
Итак, в соответствии с изобретением, всю тонкую пыль из фильтрующего устройства вводят непосредственно в верхний конец предварительного кальцинатора, в который также вводят одновременно отделенную меньшую долю сырья, уже частично подогретого из одной из самых верхних ступеней подогревателя. Параллельное направление этих веществ вместе с воздухом для горения, подобным образом введенным в этом верхнем конце предварительного кальцинатора, тогда обеспечивает при соответствующей подаче необходимой доли топлива надежную и оптимальную предварительную кальцинацию как второй части всего количества сырья, которое уже предварительно подогрето, так и тонкой пыли из фильтра на пути от верха до основания через предварительный кальцинатор. В процессе этой предварительной кальцинации по меньшей мере происходит спекание или гранулирование основной части всего сырья, так что подаваемая пыль в большей степени или полностью связывается с другим сырьем (второй частью всего количества). Таким образом, по меньшей мере до 100% предварительно кальцинированного сырья, подаваемого из предварительного кальцинатора, затем может быть также введено во впускной канал или в конец впускного канала обжиговой печи. Если фактически очень малая доля пыли этого предварительно кальцинированного сырья уносится отходящими газами предварительного кальцинатора, двигающимися в подогреватель, затем может в значительной степени осесть опять в нижней ступени подогревателя вместе с остальным сырьем, подогреваемым в нем, и подано во входное отверстие обжиговой печи.
В соответствии с изобретением предпочтительно, чтобы вторая часть всего количества, отделенная от всего количества сырья, которое частично подогрето в подогревателе, составляла приблизительно от 10 - 30%. Установление точного процентного отношения зависит от различных факторов, а именно, в основном, от состава сырья из различных компонентов сырья, также от количества тонкой пыли из фильтрующего устройства (и в этом случае, однако, всю тонкую пыль из фильтрующего устройства подают в предварительный кальцинатор) и, от достигнутой или нужной степени кальцинации у входного отверстия обжиговой печи, а также от природы и качества топлива, подаваемого в предварительный кальцинатор, которое может быть любым обычным топливом, т.е. любым твердым, жидким или газообразным топливом, но также по меньшей мере отчасти полученным из отходов топливом (таких, как, например, отработанные автомобильные покрышки, низкосортное топливо, угольные отходы и тому подобное).
Многоступенчатый циклонный подогреватель предпочтительно или как правило используют как устройство предварительного нагрева во взвешенном состоянии. В этом случае разделение частично подогретого сырья (всей смеси измельченного сырья) производят ниже выходного отверстия для сырья самой верхней ступени циклонного подогревателя.
Согласно изобретению технологический процесс состоит в том, что как частично подогретую вторую часть всего количества вещества, так и тонкую пыль из фильтрующего устройства, а также воздух для горения и топливо подают в верхний конец предварительного кальцинатора.
Хотя обычно любой подходящий тип воздуха для горения, в частности предварительно частично подогретый воздух для горения, можно вводить в верхний конец предварительного кальцинатора, в соответствии с предпочтительным вариантом изобретения отходящий воздух из охлаждающего устройства, который подогревают приблизительно от 700 до 900oС, предпочтительно приблизительно от 800 до 850oС подают в предварительный кальцинатор в качестве воздуха для горения в форме третичного воздуха. Оптимальная температура этого третичного воздуха по существу может быть достигнута посредством отвода отходящего воздуха соответственно из горячей области охлаждающего устройства.
Как было указано выше, в соответствии с изобретением по меньшей мере часть топлива в предварительный кальцинатор можно подавать в форме полученного из отходов топлива, а все топливо можно подавать в виде множества частей всего количества.
Также считают предпочтительным, если по меньшей мере тонкую пыль из фильтрующего устройства и топливо вводят в предварительный кальцинатор путем отделения шиберных устройства, например поворотных лопастных шиберов. Естественно, вторую часть всего количества сырья, частично подогретого в подогревателе, можно также подавать подобным образом в предварительный кальцинатор. Может быть также упомянуто в этой связи, что количество третичного воздуха, которое подлежит вводу в предварительный кальцинатор из охлаждающего устройства, можно регулировать соответствующими регулирующими клапанами и тому подобным.
В соответствии с изобретением также считают предпочтительным, если температуру кальцинации подогретого и предварительно кальцинированного сырья у входного канала или в конце входного канала обжиговой печи ограничивают максимально приблизительно от 850 до 900oС. Эта мера должна прежде всего обеспечить, чтобы остальную кальцинацию или раскисление подогретого или предварительно кальцинированного сырья выполнять в первой ступени обжиговой печи, которая предпочтительно сконструирована в виде вращающейся обжиговой печи. Так как переход от конечной кальцинации к началу спекания (клинкерообразования) обычно происходит очень быстро, вышеупомянутая мера надежно предотвращает от возникновения закупорки соответствующими перегретыми частями сырья входного отверстия обжиговой печи и, возможно, нижних частей труб или нижних секций подогревателя.
Это изобретение объясняют подробно ниже со ссылками на устройство для получения цементного клинкера, которое иллюстрируют чертежом. На единственном чертеже это устройство показано схематически.
Это устройство включает многоступенчатое устройство предварительного нагрева во взвешенном состоянии в форме циклонного подогревателя 1 с четырьмя циклонными ступенями, расположенными, по существу, одна над другой, а именно нижняя циклонная ступень 1а, вторая нижняя циклонная ступень 1b, третья нижняя циклонная ступень 1с и самая верхняя циклонная ступень 1d. Весь подогреватель или циклонные ступени от 1а до 1d связаны одна с другой в основном обычным способом посредством труб для газа и сырья так, чтобы все сырье или всю сырьевую смесь, подаваемую на самую верхнюю циклонную ступень 1d в соответствии со стрелкой 2, можно было достаточно подогреть в обычном противотоке между сырьем (сплошные стрелки) и поднимающимися отходящими газами обжиговой печи (прерывистые стрелки).
Обжиговая печь расположена ниже по течению от циклонного подогревателя 1 по отношению к потоку сырья (сплошные стрелки), и эта обжиговая печь предпочтительно, как проиллюстрировано, представляет собой вращающуюся обжиговую печь 3, изготовленную и эксплуатируемую обычным способом. Часть сырья направляют, как будет объяснено подробней, в отдельный предварительный кальцинатор 4, в котором его подвергают предварительной кальцинации воздухом для горения и подаваемым топливом, и затем вместе с остальным сырьем, подогретым и частично кальцинированным в циклонном подогревателе 1, его подают во входной канал или конец входного канала 3а вращающейся обжиговой печи 3. В области этого конца входного канала 3а подогретое и предварительно кальцинированное сырье затем сначала подвергают окончательной кальцинации и затем обжигу с образованием цементного клинкера. Горячий цементный клинкер выпадает из ротационной обжиговой печи 3 в конце выходного отверстия 3в и попадает в соответствующее охлаждающее устройство или охлаждающее клинкер устройство, в котором, как показано прерывистыми стрелками, его охлаждают посредством охлаждающего воздуха.
Отходящие газы, покидающие подогревающее устройство 1 из верхней циклонной ступени 1d подают по трубе 6 отходящих газов и, необязательно, через вентилятор 7 после достаточного охлаждения в фильтрующее устройство, которое предпочтительно представляет собой электростатический фильтр 8. Любое необходимое охлаждение отходящих газов из подогревателя может быть выполнено способом, который известен сам по себе и поэтому не показано в отдельной охлаждающей колонке и/или в установке для измельчения сырья. Тонкую пыль (из цементного сырья), выносимую отходящими газами из устройства предварительного нагрева осаждают в этом электростатическом фильтре 8.
Устройство разделения 9 с двумя ответвляющимися каналами 9а и 9b связано с одной из самых верхних ступеней подогревателя, в частности, с самой верхней ступенью 1d подогревателя или циклона у ее нижнего выходного отверстия 1d' для сырья. Один ответвленный канал 9а соединен посредством первой трубы 10 разделения сырья с газовой трубой 11, идущей из второй нижней циклонной ступени 1b к третьей нижней циклонной ступени 1с (и таким образом к следующим одна за другой нижним циклонным ступеням 1с, 1b и 1а), в то время, как другой ответвленный канал 9b связан посредством второй трубы 12 разделения сырья с верхним концом (концом входного канала) 4а предварительного кальцинатора 4. Устройство разделения 9 располагают и конструируют или регулируют так, чтобы посредством первой трубы 10 разделения сырья основную часть всего количества частично подогретого сырья можно было направить к последующим нижним ступеням циклонного подогревателя, в то время как посредством второй трубы 12 разделения сырья меньшую часть сырья вводят в верхний конец 4а предварительного кальцинатора 4, и эта меньшая часть сырья во второй трубе 12 разделения сырья может составлять диапазон приблизительно от 10% до 30%, как уже упомянуто выше.
Также важно, что труба 13 для пыли с установленным поворотным лопастным шибером, соединена также с верхним концом 4а предварительного кальцинатора 4, для того чтобы ввести всю тонкую пыль из электростатического фильтра устройства 8 в предварительный кальцинатор 4 сверху, и совместно или параллельно со второй трубой 12 разделения сырья выполнять то же самое для меньшей части сырья из самой верхней ступни 1d циклонного подогревателя.
Труба 15 третичного воздуха, выходящая из охлаждающего устройства 5, а также по меньшей мере одна подающая топливо труба, предпочтительно по меньшей мере две такие подающие топливо трубы 16а и 16b также соединены с этим верхним концом 4а предварительного кальцинатора, регулирующий клапан 15а предпочтительно может быть размещен в трубе 15 третичного воздуха, а подходящие дозирующие или шиберные устройства, например поворотные лопастные шиберы 17, в случае свободно текущего топлива могут быть размещены в каналах 16а и 16b подачи топлива. Таким способом подогретый воздух для горения в виде третичного воздуха может быть подан в верхний конец 4а предварительного кальцинатора 4 посредством трубы 15 третичного воздуха, а также существует возможность подачи одного типа топлива или множества различных типов топлива, по меньшей мере из которых некоторые представляют собой, например, топливо, полученное из отходов подходящим способом и в подходящем количестве.
Как можно видеть из чертежа, нижний конец или конец выходного канала 4b предварительного кальцинатора 4 соединен посредством трубы 18 для смеси предварительно кальцинированного сырья и отходящих газов с концом 3а выходного отверстия вращающейся обжиговой печи 3 или кожуха 3с входного отверстия, расположенного перед концом 3а входного канала, с которым также соединено выходное отверстие 1а' нижней ступени 1а циклонного подогревателя.
Предварительный кальцинатор 4 может обычно иметь любую подходящую конструкцию, которая обеспечивает, чтобы во время предварительной кальцинации этот предварительный кальцинатор 4 мог обрабатывать часть всего количества сырья, причем тонкая пыль из фильтрующего устройства и воздух для горения направляют в параллельном потоке с верха до основания (согласно сплошным и прерывистым стрелкам). В частности, подходящим для этого является предварительный кальцинатор 4, который, по существу, содержит вертикальную колонну 19 кальцинации, внутренность которой имеет по меньшей мере одно сужение или уменьшение ее поперечного сечения по высоте колонны. В варианте изобретения, проиллюстрированном на чертеже, показаны три таких сужения 19а на подходящих расстояниях одно от другого по высоте. Посредством размера, числа и расположения этих уменьшений поперечного сечения или сужений 19а колонны можно влиять самым целесообразным способом на поток взвеси сырье/газ через колонну 19 кальцинации и, следовательно, на степень кальцинации, которая может быть достигнута в этой колонне кальцинации. Фактически, эти сужения 19а колонны вызывают турбулентность, которая обеспечивает улучшенный теплообмен между сырьем и газом. Должно быть также отмечено, что горячие газы от горения или горячий воздух для горения, другими словами третичный воздух, как известно, являются относительно вязкими и поэтому обычно очень трудно смешиваются с подаваемой тонкой пылью, а также с остальным подаваемым сырьем. Из-за турбулентности, вызванной в колонне 19 кальцинации сужениями 19а, смешение между этим сырьем (включая тонкую пыль) и третичным воздухом может быть заметно улучшено, причем таким образом также облегчается равномерная предварительная кальцинация всего подаваемого сырья. Этот кальцинатор 4 может быть расположен подходящим образом и, главным образом, с экономией пространства параллельно с подогревателем 1, и в этом случае колонна 19 кальцинации может быть заметно меньших размеров в отношении диаметра и высоты, чем подогреватель 1.
Смесь предварительно кальцинированного сырья и отходящих газов после кальцинации проходит через трубу 18 прежде всего в кожух 3с входного канала вращающейся обжиговой печи 3, в которой предварительно кальцинированное сырье по меньшей мере в значительной степени спеченное или гранулированное оседает из отходящих газов после кальцинации и проходит в собственно входное отверстие вращающейся обжиговой печи (конец входного канала 3а). Отходящие газы после кальцинации, которые не содержат этого предварительно кальцинированного сырья, увлекаются отходящими газами из обжиговой печи, выходящими от конца 3а входного канала вращающейся обжиговой печи, как показано прерывистыми стрелками, вверх в трубу 20 для отходящих газов из обжиговой печи и поступают в нижнюю циклонную ступень 1а подогревателя 1, а предварительно нагретое сырье, выходящее из второй нижней циклонной ступени 1b, также поступает в эту трубу 20 для отходящих газов из обжиговой печи, так что его переносят с собой поднимающиеся отходящие газы в нижнюю циклонную ступень 1, и тем самым происходит интенсивный теплообмен с отходящими газами (из предварительного кальцинатора 4 и вращающейся обжиговой печи 3), которые еще являются относительно горячими. Для того чтобы предотвратить беспрепятственное падение предварительно нагретого сырья, введенного в эту трубу 20 отходящих газов из обжиговой печи, вниз в кожух 3с входного канала, может быть предусмотрен дроссель в точке 20а у нижнего конца трубы 20 отходящих газов из обжиговой печи, как показано на чертеже. В любом случае сырье, проходящее через подогреватель 1 полностью от верха до основания не только в основном предварительно сильно нагревают, но и определенную долю его также уже предварительно кальцинируют. В зависимости от уровня этой степени кальцинирования доли сырья, прошедшего через подогреватель 1, или для приспособления к определенным рабочим условиям сырье, выходящее из нижнего выходного отверстия 1а' для сырья в нижней циклонной ступени 1а подогревателя, можно либо вводить непосредственно по трубе 21 для сырья в конец входного канала 3а вращающейся обжиговой печи 3 (вместе с предварительно кальцинированным сырьем из трубы 18) или по другой трубе 22 для сырья, связанной с трубой 18, его можно сначала ввести вместе со смесью предварительно кальцинированного сырья и отходящих газов, выходящих из предварительного кальцинатора 4. В последнем случае сырье, предварительно нагретое в подогревателе 1, можно сначала смешать со смесью отходящих газов после кальцинации и предварительно кальцинированным сырьем, прежде чем предварительно нагретое и кальцинированное сырье введут, до некоторой степени в виде сырьевой смеси, в конец 3а входного канала вращающейся обжиговой печи 1. Для того чтобы можно было использовать обе возможности труб (труб 21 и 22 для сырья), можно также разместить подходящее отклоняющее средство или регулировочный клапан 23 ниже выходного отверстия 1а' нижней циклонной ступени 1а.
Имеется также возможность обеспечить работу подогревателя 1 у его нижнего конца, т.е., в частности, в области трубы 20 отходящего газа из обжиговой печи в восстановительной атмосфере, для того чтобы уменьшить выделение NOx в отходящий газ из устройства предварительного нагрева. В этом случае свежий воздух можно вводить, например, в соединение между концом 3а входного канала вращающейся обжиговой печи и кожухом входного канала 3с.
Из описания устройства, которое иллюстрируют схематически на чертеже, можно видеть, что способ в соответствии с изобретением, которое описано выше, можно осуществить с большим преимуществом а этом устройстве. В заключение следует также упомянуть в этой связи, что все количество топлива или топлив, которое необходимо для получения спеченного цементного клинкера из цементного сырья, распределяют необходимым образом в горелку 3d вращающейся обжиговой печи 3 и на подачу топлива (трубы 16а и 16b подачи топлива).
Реферат
Изобретение относится к производству цементного клинкера из порошкового и мелкозернистого сырья с использованием циклонного подогревателя, предварительного кальцинатора, обжиговой печи и охлаждающего устройства. Для того чтобы тонкую пыль, отфильтрованную из отходящих газов из подогревателя, можно было также надежно предварительно нагревать, предварительно кальцинировать, затем подвергать обжигу с образованием цементного клинкера в обжиговой печи, после первой ступени подогревателя меньшую часть всего количества сырья отделяют и подают совместно со всей тонкой пылью из фильтрующего устройства к верхнему концу устройства предварительного кальцинатора и эту смесь пропускают через предварительный кальцинатор с верха до основания, направляют параллельно с воздухом для горения и с подаваемым топливом, тем самым подвергая предварительной кальцинации, и затем вводят во входное отверстие обжиговой печи. Технический результат - улучшение качества получаемого клинкера. 2 с. и 17 з.п.ф-лы, 1 ил.
