Способ охлаждения твердого гранулированного материала и установка непрерывного обжига - RU2557053C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к способу охлаждения твердых гранулированных материалов, поступающих из установки непрерывного обжига, а также к установке непрерывного обжига.

Изобретение имеет определенное применение, но не ограничено только изготовлением клинкера.

В промышленности переработки минеральных материалов, например производстве клинкера, после процессов обжига материалов и, в частности, стадии кальцинирования обычно следует охлаждение материалов, предназначенное для обеспечения возможности их дальнейшей переработки.

Обычно это охлаждение осуществляют, по меньшей мере, продуванием холодного воздуха над горячими материалами.

Для снижения потребления энергии установкой ищут пути рекуперации тепла, содержащегося в горячих материалах. Поэтому во время охлаждения материала тепло от материала передается продуваемому воздуху. Горячий воздух, полученный таким образом, чаще всего используют в качестве воздуха горения для топлива, которое используется в установке обжига.

Однако характеристики современных охлаждающих устройств таковы, что полное охлаждение материалов требует количества воздуха, которое обычно превышает потребности в воздухе горения в установке обжига. Например, в случае производства клинкера требуются около 1,8-2,2 нормального м³ продуваемого воздуха на кг произведенного материала, когда потребность в воздухе горения составляет меньше 1 нормального м³ на кг произведенного материала.

Этот избыток воздуха создает сбросной поток (или избыточный поток), который требует фильтрующего устройства и расхода энергии на вентиляцию. Сбросной поток уносит часть энергии, которую трудно рекуперировать из-за низкой температуры указанного потока. Однако в известном уровне техники представлены устройства, позволяющие возвращать часть энергии, содержавшейся в этом сбросном потоке: FR-08/03.050 является примером этого.

Среди обычно используемых технических средств для охлаждения представлены трубчатые, цилиндрические вращающиеся охлаждающие устройства, в которых материал обычно движется против потока воздуха, и колосниковые охлаждающие устройства, где слой материала размещен сбоку, в то время как продуваемый воздух проходит снизу через решетку.

Охлаждение иногда может, хотя нечасто, осуществляются сочетанием двух устройств, используемых последовательно. Также в известном уровне техники существует способ, представленный в этой заявке, который должен быть разработан дополнительно, чтобы обеспечить возможность охлаждения материалов последовательным соединением трубчатого охлаждающего устройства и колосникового охлаждающего устройства.

Материалы сначала охлаждают в трубчатом охлаждающем устройстве, затем в колосниковом охлаждающем устройстве. Чтобы увеличить интенсивность охлаждения в трубчатом охлаждающем устройстве, на горячие материалы впрыскивают воду, производя таким образом водяной пар. Эту испаренную воду не используют как газ горения и отводят отдельно на фильтрующее устройство, теплота, содержавшаяся в этом паре, теряется.

В таком устройстве единственный источник подает холодный воздух в колосниковое охлаждающее устройство, количество продуваемого холодного воздуха является избыточным относительно потребности установки в воздухе сжигания. Только часть горячего воздуха в колосниковом охлаждающем устройстве используется как воздух сгорания, другая часть, образующая сбросной поток, требует соответствующей фильтрации и средств вентиляции.

В известном уровне техники в DE 102006026234 или WO 2007141307 раскрыты устройства для производства клинкера. Согласно осуществлению, показанному на фиг.2 в DE 102006026234, гранулированные материалы на выходе вращающейся печи охлаждают в первой секции, затем во второй секции охлаждающего устройства в слое, через который проходит охлаждающий газ.

Первая секция может быть охлаждена неокисляющими средами. Вторую секцию охлаждают воздухом. Для сохранения энергии это устройство снабжено контуром рециркуляции неокисляющих сред, нагретых гранулированными материалами, в первой секции охлаждающего устройства. С этой целью горячие неокисляющие среды охлаждают теплообменником, фильтруют для отделения пыли, затем направляют, по меньшей мере, частично в первую секцию охлаждающего устройства, чтобы повторно использовать как неокисляющую охлаждающую среду. Разгрузочная труба контура рециркуляции позволяет сбросить другую часть среды после фильтрации в окружающую среду.

Горячий воздух на выходе второй секции охлаждающего устройства также фильтруют (циклоном) для отделения пыли, затем нагревают указанным теплообменником и направляют в устройство для использования в качестве газа горения.

Хотя это устройство известного уровня техники позволяет сохранять энергию, его недостатком является то, что оно требует фильтрационных устройств, таких как циклоны, чтобы отделять пыль от горячих газовых сред, полученных в указанных охлаждающих устройствах.

Цель настоящего изобретения состоит в преодолении вышеуказанных недостатков предложением способа охлаждения гранулированных твердых материалов, поступающих из устройства непрерывного обжига, в котором оптимизировано потребление энергии при одновременном снижении количества аппаратов, необходимых в устройстве, а также его стоимости.

В частности, цель этого изобретения состоит в предложении такого способа, в котором в устройстве отсутствует сбросный поток и не требуется фильтрации части воздуха, нагретого в охлаждающем устройстве установки.

Другая цель изобретения состоит также в том, чтобы предложить такую установку.

Другие цели и преимущества этого изобретения должны быть очевидными в последующем описании, которое предоставлено только в целях информации и не направлено на его ограничение.

Изобретение относится к способу охлаждения гранулированных твердых материалов, поступающих из установки непрерывного обжига, имеющей, по меньшей мере, один участок сжигания топлива для обжига гранулированных материалов, в которой выполняют обжиг гранулированных материалов с последующим охлаждением указанных обработанных гранулированных материалов на двух последовательных стадиях, первой стадии, осуществляемой в первом охлаждающем устройстве и второй стадии охлаждения, осуществляемой во втором охлаждающем устройстве, включающему стадии, на которых:

- создают источник холодного воздуха для охлаждения гранулированных материалов, который подводит воздух продувкой непосредственно в указанное второе охлаждающее устройство,

- воздух, нагретый обработанными гранулированными материалами при охлаждении, используют в качестве газа горения для указанного, по меньшей мере, одного участка сжигания.

Согласно способу в соответствии с изобретением:

- все количество газов, произведенных указанным первым охлаждающим устройством и указанным вторым охлаждающим устройством, направляют, по меньшей мере, на один участок сжигания указанной установки для использования в качестве газа горения без фильтрации указанных газов,

- количество холодного воздуха, подаваемого в указанное второе охлаждающее устройство, регулируют так, чтобы обеспечивать, но без избытка, потребности установки в воздухе горения.

Направление всего количества газов, произведенных первым охлаждающим устройством и вторым охлаждающим устройством, и регулировка количества холодного воздуха, подаваемого во второе охлаждающее устройство так, чтобы обеспечить, но без избытка потребность в воздухе горения, позволяет также оптимизировать рекуперацию энергии, содержащейся в горячем материале. Кроме того, эта схема позволяет предотвратить наличие сбросного потока, а также средств вентиляции и устройств фильтрации, связанных с этим сбросным потоком.

Согласно предпочтительному осуществлению температура гранулированных материалов на выходе второго охлаждающего устройства регулируется посредством теплопоглотителя.

При необходимости теплопоглотитель позволяет регулировать температуру материалов на выходе первого охлаждающего устройства.

При необходимости температуру воздуха, выходящего из второго охлаждающего устройства, понижают теплообменником, представляющим собой, по меньшей мере, часть указанного теплопоглотителя, прежде чем ввести воздух, охлажденный указанным теплообменником, в указанное первое охлаждающее устройство в качестве охлаждающего воздуха. Воздух, выходящий из второго охлаждающего устройства, может быть использован полностью как охлаждающийся воздух в первом охлаждающем устройстве.

При необходимости указанный теплопоглотитель может состоять из указанного теплообменника и температура гранулированных материалов на выходе указанного первого охлаждающего устройства определяется регулировкой потока охлаждающей среды указанного теплообменника.

Согласно осуществлению поглощение тепла может быть выполнено частично посредством испарения воды, впрыскиваемой в указанное первое охлаждающее устройство.

При необходимости поглощение тепла может состоять в указанном испарении воды, впрыскиваемой в указанный первый теплообменник, и температура гранулированных материалов на выходе указанного первого охлаждающего устройства определяется регулировкой потока впрыскиваемой воды.

При необходимости в дополнение к впрыскиваемой воде охлаждающаяся среда первого охлаждающего устройства частично состоит из воздуха, выходящего из указанного второго охлаждающего устройства.

Согласно осуществлению впрыскиваемая вода может быть единственной средой охлаждения, используемой на указанной первой стадии охлаждения в указанном первом охлаждающем устройстве. В этом случае испаренная вода указанного первого охлаждающего устройства смешана, по меньшей мере, с частью горячего воздуха, выходящего из указанного второго охлаждающего устройства до использования влажной воздушной смеси в качестве воздуха горения в указанной установке.

Указанное первое охлаждающее устройство может быть трубчатым охлаждающим устройством, включающим вращающийся цилиндр, в котором циркулирует материал, а второе охлаждающее устройство - колосниковым охлаждающим устройством, в котором толстый слой материалов размещен сбоку на колосниковой решетке с продуваемым воздухом, проходящим через решетку снизу.

Изобретение также относится к установке непрерывного обжига, по меньшей мере, с одним участком сжигания топлива для обжига гранулированных твердых материалов, в которой гранулированные материалы охлаждаются на двух последовательных стадиях, первой стадии охлаждения, осуществляемой в первом охлаждающем устройстве установки, и второй стадии охлаждения, осуществляемой во втором охлаждающем устройстве установки. В указанной установке имеется источник холодного воздуха, подаваемого непосредственно в указанное второе охлаждающее устройство для охлаждения материалов.

Согласно изобретению указанная установка содержит:

- газоходы, позволяющие направлять все количество горячих газов, произведенных указанным первым охлаждающим устройством и указанным вторым охлаждающим устройством, к указанному, по меньшей мере, одному участку сжигания указанной установки без фильтрации указанных газов,

- средства регулировки количества подаваемого холодного воздуха в указанное первое охлаждающее устройство так, чтобы обеспечить, но без избытка потребности в воздухе горения указанной установки.

Согласно осуществлению установка снабжена теплопоглотителем, способным обеспечить и даже регулировать температуру гранулированных материалов на выходе указанного первого охлаждающего устройства.

Теплопоглотитель может включать теплообменник, позволяющий охладить газы, выходящие из второго охлаждающего устройства, до использования газов, охлажденных теплообменником, в указанном первом охлаждающем устройстве в качестве охлаждающего воздуха.

Теплопоглотитель может включать средства для впрыскивания воды в указанное первое охлаждающее устройство.

Изобретение должно быть лучше понято при ознакомлении со следующим описанием, с прилагаемыми фигурами, среди которых:

- фиг.1 представляет первое осуществление способа в соответствии с изобретением на примере устройства в соответствии с изобретением согласно первому осуществлению,

- фиг.2 представляет второе осуществление способа в соответствии с изобретением на примере устройства в соответствии с изобретением согласно второму осуществлению,

- фиг.3 представляет третье осуществление способа в соответствии с изобретением на примере устройства в соответствии с изобретением согласно третьему осуществлению,

- фиг.4 представляет устройство известного уровня техники, в котором охлаждение осуществляют последовательно в первом трубчатом охлаждающем устройстве и втором колосниковом охлаждающем устройстве.

Сначала будет описан пример фиг.4, которая представляет устройство известного уровня техники.

Это устройство, предназначенное для изготовления клинкера, включает циклонный теплообменник 20', снабженный горелкой 42', за которым следует вращающая печь 10', снабженная горелкой 41'. Гранулированные материалы 51' подают в циклонный теплообменник 20'. В циклонном теплообменнике 20' проходит частичная декарбонатация материалов. Декарбонатация материалов продолжается во вращающейся печи 10'. Горячие материалы 52' удаляют из печи и охлаждают в первом трубчатом охлаждающем устройстве 2'. Горячие материалы 53', выходящие из первого охлаждающего устройства 2', охлаждают во втором охлаждающем устройстве 3'.

В первом охлаждающем устройстве 2' материалы охлаждают впрыском воды 70 посредством средства 7. Испаренную воду удаляют из первого охлаждающего устройства потоком 71', направляющимся к фильтрационному устройству 81'. Этот пар не вводят повторно в участки сжигания устройства.

Во второе охлаждающее устройство 3' подают холодный воздух из источника 31' в избыточном количестве относительно воздуха горения необходимого для горелок 42' и 41' устройства. Только часть 32' воздуха, нагретого гранулированными материалами, направляют в участки сжигания устройства. Первую часть 33' направляют во вращающуюся печь 10', вторую часть 34' газов направляют в циклонный теплообменник 20'. Избыток воздуха удаляют сбросным потоком 80' из второго охлаждающего устройства 3', для которого требуется создание средств вентиляции и фильтрующего устройства (не показано).

Изобретение относится к способу охлаждения твердых материалов, гранулированных, выходящих из установки непрерывного обжига. В этой установке имеется, по меньшей мере, один участок сжигания 41, 42 топлива для обжига гранулированных материалов, такой как показан на фиг.1-3.

Согласно способу обжиг гранулированных материалов выполняют в указанной установке, затем указанное охлаждение указанных обработанных гранулированных материалов в двух последовательных стадиях. Первую стадию охлаждения осуществляют в первом охлаждающем устройстве 2 установки, в частности, трубчатого типа, и вторую стадию охлаждения осуществляют во втором охлаждающем устройстве 3 установки, в частности, колосникового типа.

Согласно способу:

- создают источник холодного воздуха 31 для охлаждения гранулированных материалов, указанный источник холодного воздуха 31 непосредственно подводит воздух продувкой в указанное второе охлаждающее устройство,

- воздух, нагретый обработанными гранулированными материалами при охлаждении, используют в качестве газа горения для указанного, по меньшей мере, одного участка сжигания 41, 42 устройства 1.

Согласно изобретению:

- все количество газов: 133, 134; 222, 234; 334, 335, произведенных указанным первым охлаждающим устройством 2 и указанным вторым охлаждающим устройством 3, направляют на, по меньшей мере, один участок сжигания 41, 42 указанной установки для обжига для использования в качестве газа горения,

- количество холодного воздуха, подаваемого в указанное второе охлаждающее устройство, регулируют так, чтобы обеспечивать, но без избытка, потребности в воздухе горения установки.

Предпочтительно способ также может обеспечить регулирование температуры гранулированных материалов на выходе указанного второго охлаждающего устройства 3 посредством теплопоглотителя 6; 70. При необходимости и как представлено примерами на фигуре, в частности, теплопоглотитель 6; 70 может быть устроен таким образом, чтобы также позволить регулировать температуру гранулированных материалов на выходе первого теплообменника 2.

Теперь будут описаны три примера фиг.1, 2 и 3.

Фиг.1 описывает осуществление, в котором теплопоглотитель представляет собой теплообменник 6, который охлаждает воздух 132, выходящий из второго охлаждающего устройства 3 колосникового типа, до введения воздуха 121, охлажденного указанным теплообменником 6, в указанное первое охлаждающее устройство 2 трубчатого типа.

Фиг.2 описывает осуществление, в котором теплопоглотитель представляет собой испаряющуюся воду 70, впрыскиваемую в первое охлаждающее устройство 2, горячий воздух, получаемый во втором охлаждающем устройстве, используют в качестве охлаждающей среды в первом охлаждающем устройстве совместно с впрыскиваемой водой.

Фиг.3 описывает осуществление, в котором теплопоглотитель представляет собой испаряющуюся воду 70, впрыскиваемую в первое охлаждающее устройство, горячий воздух, получаемый во втором охлаждающем устройстве 3, не пропускают через первое охлаждающее устройство 2.

В этих трех случаях все количество газообразных потоков, выходящих из охлаждающих устройств - первого охлаждающего устройства и второго охлаждающего устройства, используют в установке в качестве газа сжигания для обжига и даже кальцинирования гранулированных материалов.

Кроме того, фиг.1 представляет установку 1 обжига, которая обрабатывает материал 51 и производит горячие гранулированные материалы 52. В частности, это установка для производства клинкера, включающая циклонный теплообменник 20 и вращающуюся печь 10.

Горячий гранулированный материал охлаждают на двух стадиях, сначала в первом охлаждающем устройстве 2, которое является трубчатым охлаждающим устройством, материал 53, выходящий из первого охлаждающего устройства 2 с промежуточной температурой, подают во второе колосниковое охлаждающее устройство 3, материал 54 выходит из второго охлаждающего устройства 3 с конечной температурой, совместимой с дальнейшими технологическими операциями.

Устройство может включать несколько участков сжигания, таких как, например, горелка 41 во вращающейся печи 10 и горелка 42 на устройстве предварительной кальцинации (не показано) циклонного теплообменника 20.

Второе охлаждающее устройство 3 получает холодный воздух 31 и производит горячий воздух 132, который подают в теплообменник 6, в котором он передает часть своей теплоты системе циркуляции среды 61. При необходимости этот теплообменник 6 может быть частью устройства производящего пар, связанного с турбиной для рекуперации энергии. Температура потока горячего воздуха 132 может быть довольно высокой и, в частности, более 500°С. Использование энергии, переданной системе циркуляции среды 61, может достигать высокого выхода.

Горячий воздух 121, охлажденный теплообменником 6, используют для охлаждения клинкера в первом охлаждающем устройстве 2, которое производит горячий воздух 122. Понижение температуры воздуха 132, выполняемое теплообменником 6, позволяет улучшить эффективность охлаждения материалов в первом охлаждающем устройстве 2.

Это позволяет достигнуть полного охлаждения материала, не увеличивая количество продуваемого воздуха 31, которое регулируют таким образом, чтобы покрыть, но без избытка потребности установки в воздухе для горения и, в частности, потребности в воздухе горения участков сжигания 41, 42. Горячий воздух 122 разделен на два потока 133, 134, при этом поток 133 обеспечивает участок сжигания 41 воздухом горения, а поток 134 обеспечивает участок сжигания 42 воздухом горения.

Фиг.2 представляет устройство обжига 1, которое обрабатывает материал 51 и производит горячий гранулированный материал 52. Это может быть, в частности, устройство, включающее циклонный теплообменник 20 и вращающуюся печь 10, такое как встречается в установках по производству клинкера.

Горячий материал 52 охлаждают на двух стадиях, сначала в первом охлаждающем устройстве 2, материал 53, выходящий из первого охлаждающего устройства 2, подают во второе охлаждающее устройство 3. Первое охлаждающее устройство 2 может быть трубчатого типа, второе охлаждающее устройство 3 - колосникового типа.

Устройство обжига 1 может включать несколько участков сжигания 41, 42 топлива, в частности участок сжигания 41 во вращающейся печи 10 и участок сжигания 42 в печи предварительной кальцинации (не показана) устройства предварительного нагрева 20. Второе охлаждающее устройство 3 получает холодный воздух 31 и производит горячий воздух 232, который разделен на два потока, поток 234 непосредственно подают вместе с воздухом горения на участок сжигания 42 устройства предварительного нагрева 20, тогда как другой поток 211 пропускают через первое охлаждающее устройство 2.

Согласно этому примеру воду 70 впрыскивают в первое охлаждающее устройство 2, тепло, потребляемое на испарение воды, позволяет повысить эффективность первого охлаждающего устройства 2. Это позволяет достигнуть полного охлаждения материала, не увеличивая количество воздуха 31, подаваемого во второе охлаждающее устройство 3, которое регулируют так, чтобы покрыть, но без избытка потребности установки в воздухе горения. Смесь горячего влажного воздуха 222, состоящую из потока 211 и водяного пара, используют в качестве воздуха горения, в частности, на участке сжигания 41 вращающейся печи 10 устройства.

Следует отметить, что этот пример фиг.2 может быть изменен направлением потока 234 на участок сжигания 41 печи и потока 222 на участок сжигания 42 устройства предварительного нагрева циклонного теплообменника 20.

Фиг.3 представляет устройство обжига 1, которое обрабатывает материал 51 и производит горячий гранулированный материал 52. Оно может быть, в частности, устройством, включающим циклонный теплообменник 20 и вращающуюся печь 10.

Горячий гранулированный материал 52 охлаждают на двух стадиях: сначала в первом трубчатом охлаждающем устройстве 2 материал 53, выходящий с промежуточной температурой, подают во второе колосниковое охлаждающее устройство 3, материал 54 выходит из второго охлаждающего устройства 3 с температурой, позволяющей дальнейшие технологические операции.

Устройство включает несколько участков сжигания 41, 42 топлива и, в частности, 42 в печи предварительной кальцинации (не показана) циклонного теплообменника 20 и другой 41 во вращающейся печи 10. Второе колосниковое охлаждающее устройство 3 получает холодный воздух 31 и производит горячий воздух 332, который разделен на несколько потоков 333, 334.

Поток 334 непосредственно подают вместе с воздухом горения на участок сжигания 42 устройства предварительного нагрева 20, тогда как другой поток 333 направляют отдельно.

Согласно этому примеру воду 70 впрыскивают с помощью 7 в первое охлаждающее устройство 2 и тепло, потребляемое на испарение воды, позволяет выполнить охлаждение материала в указанном первом охлаждающем устройстве 2. В первом охлаждающем устройстве 2 эта впрыскиваемая вода 70 составляет единственную среду охлаждения и производит водяной пар. Водяной пар 71 с высокой температурой, выходящий из первого охлаждающего устройства 2, смешивают с потоком воздуха 333, влажную воздушную смесь 335 используют как газ горения, в частности, на участке сжигания 41.

Следует отметить, что этот пример фиг.3 может быть изменен направлением потока 334 на участок сжигания 41 вращающейся печи 10 и потока влажного воздуха 335 на участок сжигания 42 устройства предварительного нагрева.

Следует отметить, что осуществление фиг.2 может быть изменено оснащением теплообменником 6 согласно осуществлению фиг.1 для охлаждения потока воздуха 211 в примере фиг.2 до его введения в первое охлаждающее устройство 2.

Естественно, могут быть рассмотрены другие осуществления, не выходящие за рамки объема притязаний, определенных представленной далее формулой изобретения.

Реферат

Изобретение относится к способу обжига гранулированных материалов с использованием установки (1) непрерывного обжига, содержащей по меньшей мере один участок (41, 42) сжигания топлива, в которой выполняют обжиг с последующим охлаждением на двух последовательных ступенях: на первой ступени охлаждения в первом охлаждающем устройстве (2) и на второй ступени охлаждения во втором охлаждающем устройстве (3). При осуществлении способа подводят холодный воздух из источника холодного воздуха (31) для охлаждения гранулированных материалов продувкой непосредственно во второе охлаждающее устройство (3), а воздух, нагретый обработанными гранулированными материалами при охлаждении, используют в качестве газа горения для по меньшей мере одного участка (41, 42) сжигания топлива установки (1). Причем все количество горячих газов из первого (2) и второго (3) охлаждающих устройств направляют на по меньшей мере один участок (41, 42) сжигания топлива для использования в качестве газа горения без их фильтрации. А количество холодного воздуха (31), подаваемого во второе охлаждающее устройство (3), регулируют с обеспечением потребности установки (1) в воздухе для горения, причем без избытка. Изобретение оптимизирует потребление энергии. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула