Установка для обжига и способ производства цемента

 

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к производству цемента. При производстве цемента в установке по изобретению сырье подвергают предварительному нагреву, а затем по меньшей мере частичному обжигу в обжиговой камере, снабженной в своей верхней части расположенной по центру горелкой. Сырье в обжиговую камеру подают через тангенциальный вход в форме взвеси в горячем газе, поступающем из холодильника. Частично обожженный материал выдают из нижней части обжиговой камеры через соединение в обжиговую печь. Взвесь материала в газе выпускают из обжиговой печи в циклонный сепаратор, в котором происходит разделение газа и твердого материала. Отходящие газы из вращающейся печи направляют в обжиговую печь через вторую трубу. Высота h₁-h₂ верхней части внутреннего объема обжиговой камеры, расположенного между наконечником горелки и верхним краем тангенциального входа, будучи самой верхней точкой поступления горячего газа из холодильника, равна по меньшей мере 1/3D, причем D - диаметр цилиндра высотой h₁-h₂, имеющего объем, равный объему верхней части обжиговой камеры. Высота h₃-h₄ нижней части внутреннего объема обжиговой камеры, расположенной между нижним краем тангенциального входа и выпускным отверстием обжиговой камеры, являющаяся самой нижней точкой поступления горячего газа из холодильника, равна по меньшей мере D. Технический результат: упрощение конструкции установки, обеспечение возможности использовать в зоне обжига топливо с низкой реакционной способностью, такое, как нефтяной кокс и марки угля с низким содержанием газа. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к установке для обжига и способу производства цемента. Установка для обжига включает в себя вращающуюся печь, предназначенную для обжига клинкера, холодильник, обжиговую печь, за которой следуют циклонный сепаратор и обжиговая камера, в которую по касательной поступает третичный воздух из холодильника. Полностью или частично обожженный материал направляют из нижней части обжиговой камеры в обжиговую печь, через которую продувают также отходящие газы из вращающейся печи.

Общепризнанным фактом является возможность достижения ряда преимуществ путем создания зоны обжига, оборудованной дополнительной обжиговой камерой, в которую поступает только третичный воздух из холодильника.

Установка такого типа описана в патенте ЕР-А-103423. В этом патенте описана установка (SLC-C), предназначенная для обжига цементного сырья, в которой должное внимание уделяется трудностям, присущим полному сжиганию топлива, применяемого в обжиговой печи. В этой установке сырье после предварительного нагрева направляют в обжиговую камеру (4), в которой происходит его обжиг в горячем воздухе, поступающем из холодильника (2). Третичный воздух из холодильника поступает снизу по центру дна обжиговой камеры (4), что означает наличие направленного вверх потока в центре обжиговой камеры и направленного вниз потока вдоль стенок обжиговой камеры. Сырье подают с нижнего конца обжиговой камеры и распределяют под воздействием турбулентного потока, наблюдающегося по всей длине обжиговой камеры.

Из патента США 4014041 известна установка для обжига цементного сырья, в которой содержание оксида азота в отходящих газах вращающейся печи уменьшают путем создания в разгрузочной трубе вращающейся печи зоны, в которую подают восстановительный газ. Горячий воздух из холодильника и горячий газ из вращающейся печи направляют по трубе (5) и трубе (13), соответственно, в циклонный нагреватель (14, 15, 16, 17), в котором происходит предварительное нагревание сырья в противотоке с горячим газом из холодильника и из вращающейся печи. На участке разгрузочной трубы вращающейся печи, расположенном ниже подающей трубы (5), идущей от холодильника, путем подачи по трубе (12) создают восстановительные условия. Восстановительные газы образуются в обжиговой печи (8), поскольку объем воздуха, подающийся в обжиговую печь, достаточен для газификации топлива, находящегося в обжиговой печи, но недостаточен для полного сгорания топлива в обжиговой печи (кол. 4, строки 1-5). Недостаток такой установки заключается в невозможности использования в обжиговой печи тех видов топлива, которые с трудом поддаются зажиганию и медленно горят, таких как нефтяной кокс, антрацит и другие марки топлива с низким содержанием газа, поскольку они могут создавать значительное количество коксовых остатков, которые будут осаждаться и поступать во вращающуюся печь, создавая впоследствии проблемы с удалением серы и образованием комков.

Из патента США 5,364,265 известна другая система обжига, в которой выброс NО_x ограничивают путем формирования в обжиговой камере (20) восстановительных газов, например СО и H₂. Образующийся в обжиговой камере в ходе этого процесса кокс обнаруживает вполне явную реакционную способность. Однако оптимизация этого способа относительно затрудняет сведение к минимуму выбросы NO_x, поскольку в ходе процесса удается контролировать очень мало параметров. Процесс горения в обжиговой камере полностью зависит от нужной степени обжига сырьевой смеси. В то же время относительно сложна конструкция устройства.

Из международной патентной заявки PCT / DK97/00029 известен способ уменьшения интенсивности выбросов NO_x, одновременно представляющий возможность использования топлива с низкой реакционной способностью, такого как нефтяной кокс, антрацит и другие марки угля с низким содержанием газа в зонах с относительно низкой температурой. Эта задача достигается путем регулирования подачи топлива в трех различных зонах с подачей отходящих газов в одну зону из двух других зон способом, позволяющим свести к минимуму содержание NO в газах, отходящих из зоны, в которую отходящие газы вдувают из двух других зон.

Задачей изобретения является создание установки для обжига и способа производства цемента. Установка для обжига имеет относительно упрощенную конструкцию и позволяет успешно использовать в зоне обжига топливо с низкой реакционной способностью, такое как нефтяной кокс, антрацит и другие марки угля с низким содержанием газа.

Согласно настоящему изобретению предлагается установка для обжига для производства цемента, причем указанная установка содержит вращающуюся печь, холодильник, обжиговую печь, за которой следует циклонный сепаратор, и обжиговую камеру, снабженную в своей верхней части расположенной в центре горелкой, особенностью которой является расположенное ниже горелки тангенциальное входное отверстие, через которое по трубе, ведущей от холодильника к обжиговой камере, поступает горячий газ, причем указанная труба снабжена входным отверстием для сырьевой смеси, в то время как в нижней части обжиговая камера снабжена соединением с обжиговой печью, а второе соединение направляет отходящие газы из вращающейся печи в обжиговую печь; отличается тем, что высота h₁-h₂ верхней части внутреннего объема обжиговой камеры, расположенного между наконечником горелки и верхним краем тангенциального входа, будучи самой верхней точкой поступления горячего газа из холодильника, равна по меньшей мере 1/3D, причем D - диаметр цилиндра высотой h₁-h₂, имеющего объем, равный объему верхней части обжиговой камеры; а также тем, что высота h₃-h₄ нижней части внутреннего объема обжиговой камеры, расположенной между нижним краем тангенциального входа и выпускным отверстием обжиговой камеры, являющаяся самой нижней точкой поступления горячего газа из холодильника, равна по меньшей мере D.

Эта задача достигается, когда обжиговая камера имеет цилиндрическую форму, путем размещения тангенциального входа таким образом, что высота h₁-h₂ размещения верхней части внутреннего объема обжиговой камеры, расположенного ниже наконечника горелки и выше верхнего края тангенциального входа, равна по меньшей мере 1/3D, а высота h₃-h₄ нижней части внутреннего объема обжиговой камеры, расположенной между нижним краем тангенциального входа и выпускным отверстием обжиговой камеры, равна по меньшей мере D. Предпочтительно высота h₁-h₂ верхней части внутреннего объема обжиговой камеры должна равняться по меньшей мере 2/3D, а высота h₃-h₄ нижней части внутреннего объема обжиговой камеры должна равняться по меньшей мере 3/2D.

Это приводит к образованию в районе тангенциального входа для сырьевой взвеси зоны с высокой температурой и низким содержанием сырья. В свою очередь это обеспечит улучшение характеристик зажигания и горения дешевых и бедных газами марок угля.

Изобретение включает также в себя способ производства цемента в установке, являющейся предметом изобретения, согласно которому сырье подвергают предварительному нагреву и затем подвергают по меньшей мере частичному обжигу в обжиговой камере, снабженной в своей верхней части расположенной по центру горелкой; сырье в обжиговую камеру подают через тангенциальный вход в форме взвеси в горячем газе, поступающем из холодильника; частично обожженный материал выдают из нижней части обжиговой камеры через соединение в обжиговую печь, а взвесь материала в газе выпускают из обжиговой печи в циклонный сепаратор, в котором происходит разделение газа и твердого материала, и в котором отходящие газы из вращающейся печи направляют в обжиговую печь через вторую трубу, отличающийся тем, что высота h₁-h₂ верхней части внутреннего объема обжиговой камеры, расположенного между наконечником горелки и верхним краем тангенциального входа, будучи самой верхней точкой поступления горячего газа из холодильника, равна по меньшей мере 1/3D, причем D - диаметр цилиндра высотой h₁-h₂, имеющего объем, равный объему верхней части обжиговой камеры; а также тем, что высота h₃-h₄ нижней части внутреннего объема обжиговой камеры, расположенной между нижним краем тангенциального входа и выпускным отверстием обжиговой камеры, являющаяся самой нижней точкой поступления горячего газа из холодильника, равна по меньшей мере D.

Температура в верхнем объеме обжиговой камеры находится в пределах 1100-1400^oС.

Первичный воздух вдувают в обжиговую камеру (3) через горелку (16).

Произведение доли в процентах вдуваемого в обжиговую камеру первичного воздуха от теоретически необходимого для полного сгорания угля объема воздуха на скорость вдувания угля (м/с) в обжиговую камеру равно по меньшей мере 500% м/с.

Далее изобретение описано более подробно со ссылкой на чертежи, на которых: на фиг.1 показан пример установки для обжига, являющийся предметом настоящего изобретения; и на фиг.2 детально показан вариант реализации обжиговой камеры, являющейся предметом настоящего изобретения.

На фиг.1 показана установка для обжига, предназначенная для производства цементного клинкера. Установка состоит из вращающейся печи 1, в которой происходит обжиг клинкера при температуре в пределах 1300-1500^oС, и из обжиговой печи 2 и обжиговой камеры 3, в которых температура составляет не менее 800^oС, а в некоторых зонах может достигать 1400^oС. В некоторых случаях обжиговая печь 2 может быть представлена только вертикальной трубой, восстающей из вращающейся печи 1. За вращающейся печью 1 находится холодильник 4 для клинкера, горячий воздух из которого направляют по трубе 5 в зону обжига, обозначенную позициями 3, 2 и 8. В обжиговую печь 2 горячие отходящие газы из вращающейся печи 1 поступают по трубе 6, а горячие отходящие газы, смешанные с частично обожженным материалом из обжиговой камеры 3 - по трубе 7.

Из обжиговой печи 2 обожженный материал направляют по трубе 8 в форме взвеси в циклонный сепаратор 9. В циклонном сепараторе 9 взвесь материала в газе разделяют на поток обожженного материала и поток горячего газа. Подвергнутое обжигу сырье направляют по трубе 10 во вращающуюся печь 1, а горячий газ направляют по трубе 11 в устройство предварительного нагрева взвеси.

Предварительно нагретое сырье направляют вниз, в зону обжига, по двум трубам 14А и 14В. В случае необходимости предварительно нагретое сырье направляют также в верхнюю части обжиговой печи 2 по трубе, не показанной на чертеже. Труба 14В подает сырье в отходящие газы вращающейся печи 1, переносящие сырье в обжиговую печь 2. Труба 14а подает сырье в трубу 5 для третичного воздуха с целью дальнейшего переноса в обжиговую камеру 3.

Весь поток сырьевых материалов распределяется контролируемым образом между двумя трубами 14А и 14В, а в особых обстоятельствах может оказаться желательным, например, прервать поток, идущий по одной из труб. В данном устройстве топливо можно сжигать в обжиговой печи 2 посредством горелки 15, в обжиговой камере - посредством горелки 16 и во вращающейся печи 1 - посредством горелки 17.

На фиг.2 детально показан вариант реализации обжиговой камеры 3, являющейся предметом настоящего изобретения, в котором сырьевую смесь из трубы 14А подают в обжиговую камеру 3 по трубе 5 для третичного воздуха.

В этом случае внутренний реакционный объем обжиговой камеры имеет цилиндрическую форму. Однако форму верхнего реакционного объема не устанавливают никакие специальные требования, за исключением того, что площадь поперечного сечения должна быть по сравнению с площадью поперечного сечения горелки достаточной для того, чтобы получить нужные расходные характеристики. Верхней частью внутреннего объема обжиговой камеры является та часть, которая расположена над входом трубы третичного воздуха, и на фиг.2 высота этого участка равна h₁-h₂. Высота нижней части внутреннего объема обжиговой камеры равна h₃-h₄, а она простирается от входа трубы третичного воздуха до выхода, расположенного в нижнем конце обжиговой камеры. Опыт показывает, что величина h₁-h₂ должна превышать 1/3D, причем D - диаметр верхней секции, когда она, как в настоящем случае, имеет цилиндрическую форму, и что нижняя часть должна иметь высоту более 3/2D до того, как станет возможным добиться сочетания повышенной температуры, времени нахождения и состава смеси, позволяющего повысить эффективность сгорания бедного газом топлива, поданного через горелку 16.

В случае, если подобно обычным предприятиям короб для подачи сырьевой смеси располагается на как можно более высоком уровне в обжиговой камере, это в основном ведет к тому, что в верхней трети камеры не сгорает уголь с низким содержанием летучих, что означает, что температура поддерживается на уровне порядка 800-900^oС. Зато температура на выходе повышается из-за усиления горения в этой части, в результате температура на выходе может достигать 1200^oС, что может привести из-за присутствия сырьевой смеси к образованию комков.

Из-за низкого расположения входа для третичного воздуха в верхней части обжиговой камеры образуется зона смешивания и зажигания, свободная от сырьевой смеси. Продувка первичного воздуха через горелку ведет к образованию структуры потока, показанной на фиг.2, при которой происходит вертикальная циркуляция в центральной части обжиговой камеры. В случае, если третичный воздух из холодильника и взвешенная в воздушном потоке сырьевая смесь поступают сбоку, вихревое воздействие отбрасывает сырьевую смесь к боковой стенке обжиговой камеры, и в результате вертикальной циркуляции в центральной части обжиговой камеры содержание сырьевой смеси в верхней части обжиговой камеры будет оставаться на низком уровне. Влияние структуры потока приведет к образованию в верхней части обжиговой камеры газовой смеси, часть которой будет участвовать в этот момент времени или на предыдущем этапе в процессе горения, а часть представлена кислородосодержащим газом, поступающим непосредственно по трубе для третичного газа. Эта смесь ускоряет сгорание поступающего холодного топлива. Обнаружено, что расход угля в обжиговой камере экспериментальной установки можно уменьшить благодаря применению способа, являющегося предметом настоящего изобретения, приблизительно на 17%, что можно приписать повышению эффективности горения угля.

Отсюда следует, что горение в обжиговой камере осуществляется всегда при содержании кислорода менее 21%. Это оказывает благоприятное воздействие на образование NO_x, содержание которого может быть несколько ниже. Однако наиболее важным фактором, от которого зависит образование NO_x, является повышение температуры. Установлено, что в установке, являющейся предметом настоящего изобретения, коэффициент преобразования, который может быть достигнут в отношении преобразования азота в топливе в NO_x, должен составить при сжигании антрацита и нефтяного кокса всего 25%. Для сравнения укажем, что в обычной обжиговой печи в случае применения нефтяного кокса коэффициент преобразования может достигнуть 65%. Это означает, что выброс NO в установке, являющейся предметом настоящего изобретения, уменьшается более чем на 50%.

Формула изобретения

1. Установка для обжига для производства цемента, содержащая вращающуюся печь (1), холодильник (4), обжиговую печь (2), за которой расположен циклонный сепаратор (9), и обжиговую камеру (3), снабженную в своей верхней части расположенной в центре горелкой (16), причем ниже горелки выполнено тангенциальное входное отверстие, через которое по трубе (5), ведущей от холодильника (4) к обжиговой камере (3), поступает горячий газ, при этом труба (5) снабжена входным отверстием (14А) для сырьевой смеси, в то время как в нижней части обжиговая камера (3) снабжена соединением (7) с обжиговой печью (2), а второе соединение (6) направляет отходящие газы из вращающейся печи (1) в обжиговую печь (2), отличающаяся тем, что высота h₁-h₂ верхней части внутреннего объема обжиговой камеры (3), расположенного между наконечником горелки и верхним краем тангенциального входа, будучи самой верхней точкой поступления горячего газа из холодильника, равна по меньшей мере 1/3D, причем D - диаметр цилиндра высотой h₁-h₂, имеющего объем, равный объему верхней части обжиговой камеры, причем высота h₃-h₄ нижней части внутреннего объема обжиговой камеры, расположенной между нижним краем тангенциального входа и выпускным отверстием обжиговой камеры (3), являющаяся самой нижней точкой поступления горячего газа из холодильника, равна по меньшей мере D.

2. Установка для обжига для производства цемента по п. 1, отличающаяся тем, что высота h₁-h₂ верхней части, равна по меньшей мере 2/3D.

3. Установка для обжига для производства цемента по п. 1, отличающаяся тем, что высота h₃-h₄ нижней части, равна по меньшей мере 3/2D.

4. Установка для обжига для производства цемента по п. 1, отличающаяся тем, что горелка (16) в верхней части обжиговой камеры (3) размещена таким образом, чтобы пропускать через горелку первичный воздух.

5. Способ производства цемента в установке по п. 1, в котором сырье подвергают предварительному нагреву и затем по меньшей мере частичному обжигу в обжиговой камере (3), снабженной в своей верхней части расположенной по центру горелкой (16), сырье в обжиговую камеру (3) подают через тангенциальный вход в форме взвеси в горячем газе, поступающем из холодильника (4), частично обожженный материал выдают из нижней части обжиговой камеры через соединение (7) в обжиговую печь (2), а взвесь материала в газе выпускают из обжиговой печи (2) в циклонный сепаратор (9), в котором происходит разделение газа и твердого материала и в котором отходящие газы из вращающейся печи (1) направляют в обжиговую печь (2) через вторую трубу (6), отличающийся тем, что высота h₁-h₂ верхней части внутреннего объема обжиговой камеры (3), расположенного между наконечником горелки и верхним краем тангенциального входа, будучи самой верхней точкой поступления горячего газа из холодильника, равна по меньшей мере 1/3D, причем D - диаметр цилиндра высотой h₁-h₂, имеющего объем, равный объему верхней части обжиговой камеры, причем высота h₃-h₄ нижней части внутреннего объема обжиговой камеры, расположенной между нижним краем тангенциального входа и выпускным отверстием обжиговой камеры (3), являющаяся самой нижней точкой поступления горячего газа из холодильника, равна по меньшей мере D.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что температура в верхнем объеме обжиговой камеры находится в пределах 1100-1400^oС.

7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что первичный воздух вдувают в обжиговую камеру (3) через горелку (16).

8. Способ по п. 5, отличающийся тем, что произведение доли в процентах вдуваемого в обжиговую камеру первичного воздуха от теоретически необходимого для полного сгорания угля объема воздуха на скорость вдувания угля (м/с) в обжиговую камеру равно по меньшей мере 500% м/с.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2