Способ и установка для производства цементного клинкера
Способ производства цементного клинкера включает кальцинирование цементной сырьевой смеси в кальцинаторе, содержащем верхнюю зону и нижнюю зону, причем топливо, газообразный продукт горения и сырьевую смесь вводят в верхнюю зону кальцинатора и направляют вниз через кальцинатор. Газообразный продукт горения и сырьевую смесь вводят в кальцинатор в тангенциальном направлении и подвергают вращению, следуя по спиралевидному пути потока, причем, под действием силы тяжести сырьевую смесь, в основном, направляют вниз по стенке кальцинатора. Вращение газообразного продукта горения, по меньшей мере, в нижней зоне кальцинатора подвергают торможению посредством прохождения указанного газообразного продукта горения через крестообразное свободное пространство, образованное смесительным узлом, установленным в указанной нижней зоне кальцинатора, при этом, по меньшей мере, часть газообразного продукта горения и, по меньшей мере, часть сырьевой смеси в нижней зоне кальцинатора отклоняют в направлении к центральной оси кальцинатора. Охарактеризована установка для реализации способа. Технический результат: повышение эффективности обжига сырьевой смеси и эффективности сгорания топлива. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.
Настоящее изобретение относится к способу производства цементного клинкера, при котором цементную сырьевую смесь подвергают кальцинированию в кальцинаторе, содержащем верхнюю зону и нижнюю зону, в котором топливо, газообразный продукт горения и сырьевую смесь вводят в верхнюю зону кальцинатора и направляют вниз через кальцинатор, где газообразный продукт горения и сырьевую смесь тангенциально вводят в кальцинатор и подвергают вращению, следуя по спиралевидному пути потока, причем под действием силы тяжести сырьевую смесь в основном направляют вниз по стенке кальцинатора. Изобретение также относится к установке для осуществления способа.
Установка вышеупомянутого типа для производства цементного клинкера известна из литературы.
Установка печи отдельной линии нисходящего потока (ОПОЛ-НП) известна, например, из патента США №4014641 и WO 97/30003. Этот тип установки содержит кальцинатор, образованный в виде камеры, которая на своем нижнем конце соединена с направленной вверх газовой трубой, также соединенной с выпускным концом печи для отработавших газов. Также из международной заявки PCT/IB01/01296 известна установка печи совмещенной линии нисходящего потока (ОПСЛ-НП), где кальцинатор состоит в основном из одной большой камеры. Общей особенностью для двух типов установок является то, что большую часть топлива, используемого в кальцинаторе, вводят в осевом направлении сверху кальцинатора. Предварительно подогретый воздух из охладителя клинкера и предварительно подогретую сырьевую смесь вводят тангенциально в верхнюю часть кальцинатора. В установке печи типа ОПСЛ-НП отработавшие газы из печи также тангенциально вводят в верхнюю часть кальцинатора, обычно в местоположении над точкой, в которой вводят предварительно подогретый воздух, чтобы установить зону восстановления NOx в самой верхней части кальцинатора. В обоих типах установки топливо, таким образом, сгорает в основном в зоне вокруг центральной оси кальцинатора, в то время как из-за тангенциального способа введения сырьевая смесь и воздух горения будут проходить вниз через кальцинатор по спиралевидному пути, таким образом отбрасывая сырьевую смесь к стенке кальцинатора и заставляя ее соскальзывать вниз по стенке под действием силы тяжести. Вследствие этого, одновременно с процессом кальцинирования, сырьевая смесь эффективно защищает облицовку в кальцинаторе. Преимущества этих известных типов установок состоят в том, что можно использовать топливо с низким содержанием легко испаряемых ингредиентов, и что образование NOx находится на относительно низком уровне. Однако недостатком таких установок печей является то, что оптимальное кальцинирование сырьевой смеси, выпускаемой из кальцинатора, не достигается. Кроме того, отработавшие газы, выходящие из кальцинатора, могут содержать несгоревшее топливо, которое в основном будет находиться в форме СО, что можно отнести за счет того, что воздух горения не смешивается с топливом до степени, требуемой для обеспечения необходимого избытка воздуха по всей площади поперечного сечения кальцинатора.
Задачей настоящего изобретения является создание способа, а также установки для производства цементного клинкера, посредством которых достигается высокая эффективность кальцинирования сырьевой смеси, а также высокая эффективность сгорания топлива в кальцинаторе.
Технический результат достигается посредством способа производства цементного клинкера, при котором цементную сырьевую смесь подвергают кальцинированию в кальцинаторе, содержащем верхнюю зону и нижнюю зону, топливо, газообразный продукт горения и сырьевую смесь вводят в верхнюю зону кальцинатора и направляют вниз через кальцинатор, причем газообразный продукт горения и сырьевую смесь вводят в кальцинатор в тангенциальном направлении и подвергают вращению, следуя по спиралевидному пути потока, причем под действием силы тяжести сырьевую смесь в основном направляют вниз по стенке кальцинатора, при этом вращение газообразного продукта горения, по меньшей мере, в нижней зоне кальцинатора подвергают торможению, и одновременно с торможением или после торможения, по меньшей мере, часть газообразного продукта горения и, по меньшей мере, часть сырьевой смеси в нижней зоне кальцинатора направляют к центральной оси кальцинатора.
Таким образом, достигают улучшения эффективности кальцинирования сырьевой смеси и эффективности горения топлива в кальцинаторе. Это происходит вследствие того, что сырьевая смесь и содержащий кислород воздух, находящиеся вблизи стенки кальцинатора, будут таким образом эффективнее смешиваться с более горячими отработавшими газами и топливом, находящимся в центральной зоне кальцинатора, и это означает, что сырьевая смесь поглотит большую часть тепла от отработавших газов, и топливо будет выгорать при входе в контакт с содержащим кислород воздухом.
Технический результат достигается также посредством установки для производства цементного клинкера, содержащей по существу вращательно-симметричный кальцинатор с верхней зоной и нижней зоной, причем кальцинатор содержит средство для введения топлива в верхнюю зону кальцинатора и средство для тангенциального введения газообразного продукта горения и сырьевой смеси в верхнюю зону кальцинатора, при этом он включает смесительное средство для торможения вращения газообразного продукта горения, по меньшей мере, в нижней зоне кальцинатора, и одновременно с торможением или после торможения, для отклонения, по меньшей мере, части газообразного продукта горения и, по меньшей мере, части сырьевой смеси в нижней зоне кальцинатора в направлении к центральной оси кальцинатора.
Смесительное средство содержит ряд внутренних фитингов, выполненных с вертикальными боковыми поверхностями и наклонной лицевой поверхностью. При этом внутренние фитинги выполнены в виде прямоугольных секторов, а вертикальные боковые поверхности и наклонные лицевые поверхности выполнены плоскими.
Предпочтительно, смесительное средство содержит четыре внутренних фитинга, образующих между собой крестообразное свободное пространство.
Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут ясны из последующего подробного описания и чертежей.
Изобретение в дальнейшем будет объяснено более подробно со ссылкой, сделанной на чертежи, на которых:
на фиг.1 изображена установка типа ОПСЛ-НП для осуществления способа согласно изобретению,
на фиг.2 изображена установка типа ОПОЛ-НП для осуществления способа согласно изобретению,
на фиг.3 изображен поперечный разрез предпочтительного варианта осуществления кальцинатора для осуществления способа согласно изобретению, и
на фиг.4 изображен продольный разрез по линии А-А секции кальцинатора, показанной на фиг.3.
На фиг.1 изображена установка печи типа ОПСЛ-НП для производства цементного клинкера. Эта установка содержит циклонный подогреватель, в котором показан только последний циклон 1, кальцинатор 3 с разделительным циклоном 4, барабанную печь 5 и охладитель 7 клинкера. Установка также содержит трубу 9 вертикального стояка печи для направления отработавших газов печи к кальцинатору 3 и трубу 11 для направления предварительно подогретого воздуха от охладителя 7 клинкера к кальцинатору 3. Предварительно подогретая сырьевая смесь отделяется от подогревателя в циклоне 1 и направляется к кальцинатору 3, в котором ее подвергают кальцинированию. После этого от нижнего разгрузочного отверстия разделительного циклона 4 кальцинированная сырьевая смесь направляется по трубе 8 к барабанной печи 5, где ее обжигают в цементный клинкер, который впоследствии охлаждают в охладителе 7 клинкера. Отработавшие газы из барабанной печи 5 и кальцинатора 3 вытягиваются из кальцинатора 3 через циклон 4 и направляются вверх по потоку через подогреватель посредством схематично показанного вентилятора 6.
В показанном варианте осуществления топливо вводят в кальцинатор 3 через горелку 13, которая расположена так, чтобы топливо можно было вводить по оси сверху кальцинатора 3, в то время как отработавшие газы из барабанной печи 5 можно было вводить через впускную трубу 15, которая выпускает их в тангенциальном направлении в верхнюю зону За кальцинатора. Поэтому горение топлива, введенного в кальцинатор 3 через горелку 13, первоначально происходит в атмосфере, состоящей из отработавших газов печи с низким содержанием кислорода. Это приводит к образованию восстановительной зоны, в которой NOx, подаваемый вместе с отработавшими газами печи, взаимодействует с топливом, таким образом снижая уровень NOx.
В некоторой точке еще ниже по потоку в кальцинаторе, после прохождения восстановительной зоны соответствующей длины, от охладителя 7 клинкера вводят предварительно подогретый воздух через трубу 11, которая выпускает его в тангенциальном направлении в кальцинатор 3. Основную часть предварительно подогретой сырьевой смеси из подогревателя вводят в кальцинатор 3, как обозначено, по стрелке вместе с воздухом из охладителя. Из-за тангенциального способа введения суспензия охлаждающего воздуха/сырьевой смеси будет проходить вниз через последующую зону выгорания топлива по спиралеобразному пути, посредством чего сырьевая смесь отбрасывается к стенке кальцинатора, где после этого она соскальзывает вниз по стенке кальцинатора под действием силы тяжести, в то время как воздух из охладителя клинкера охватывает пламя в центральной части кальцинатора так, что он постепенно смешивается с суспензией отработавшего газа/топлива. В результате, количество сырьевой смеси в центральной части зоны выгорания топлива кальцинатора будет очень маленьким, и это означает, что высокой температуры, и таким образом, высокой степени выгорания топлива, можно достигнуть при использовании топлива, имеющего низкое содержание легкоиспаряемых ингредиентов. Сырьевая смесь, которая соскальзывает вниз по стенке кальцинатора, кальцинируется посредством накопления тепла от центральной зоны выгорания топлива кальцинатора, и она, таким образом, служит теплозащитным экраном, защищающим стенку кальцинатора от высоких температур, которые преобладают в зоне выгорания топлива.
В нижней зоне 3b кальцинатора сырьевая смесь суспендируется в направленном вниз по потоку отработавших газов, что приводит к дальнейшему кальцинированию сырьевой смеси и понижению температуры отработавшего газа. Суспензия отработавшего газа/сырьевой смеси впоследствии направляется через переходную секцию 3с к разделительному циклону 4, в котором сырьевая смесь отделяется от отработавших газов и направляется к барабанной печи 5 через нижнее разгрузочное отверстие циклона 4.
Для того, чтобы управлять температурой в зоне выгорания топлива и гарантировать одновременное понижение температуры выпуска отработавших газов из кальцинатора, можно вводить меньшее количество предварительно нагретой сырьевой смеси в нижнюю зону 3b кальцинатора или в переходную секцию 3с, как показано пунктирной стрелкой. Небольшое количество предварительно нагретой сырьевой смеси из подогревателя можно дополнительно вводить в поток отработавшего газа печи сразу после того, как последний был выпущен из барабанной печи 5, как показано пунктирной стрелкой. В результате, температура отработавшего газа печи понизится, таким образом уменьшая потенциальные проблемы налипания в трубе 9. Из-за своего каталитического эффекта эта сырьевая смесь также вызывает дальнейшее уменьшение уровня NOx в кальцинаторе 3.
На фиг.2 показана установка печи типа ОПОЛ-НП для производства цементного клинкера. Эта установка также содержит циклон, в котором показан только последний циклон 1, кальцинатор 23 с верхней зоной 23а и нижней зоной 23b, барабанную печь 5 и охладитель 7 клинкера. Установка также содержит трубу 11 для переноса предварительно подогретого воздуха из охладителя 7 клинкера к кальцинатору 23. Предварительно подогретая сырьевая смесь отделяется от подогревателя в циклоне 1 и перемещается вместе с воздухом от охладителя 7 клинкера к кальцинатору 23, в которой она подвергается кальцинированию. Суспензию сырьевой смеси и газа затем вводят в направленную вверх газовую трубу 29, в которой они смешиваются с отработавшими газами из барабанной печи 5. Смешанная суспензия затем направляется к разделительному циклону 4, откуда обожженная сырьевая смесь направляется через трубу 8 к барабанной печи 5, в которой она обжигается в цементный клинкер, впоследствии охлаждаемый в охладителе 7 клинкера. Отработавшие газы из барабанной печи 5 и кальцинатора 23 вытягиваются через циклон 4 и затем направляются вверх через подогреватель посредством схематично показанного вентилятора 6.
В показанном примере топливо вводят в верхнюю зону 23а кальцинатора 23 через горелку 13, которая установлена так, чтобы вводить топливо по оси в верхнюю часть кальцинатора 23, в то время как предварительно подогретый воздух из охладителя 7 клинкера вводят через трубу 11, и этот воздух выпускается тангенциально в верхнюю зону 23а кальцинатора 23. Основную часть предварительно нагретой сырьевой смеси из подогревателя вводят в кальцинатор 23, как показано стрелкой, вместе с воздухом из охладителя. Как в случае варианта осуществления, показанного на фиг.1, суспензия охлаждающего воздуха и сырьевой смеси, из-за тангенциального способа введения, будет проходить вниз через кальцинатор 23, проходя по спиралевидному пути, посредством чего сырьевая смесь будет отбрасываться к стенке кальцинатора, где после этого она соскальзывает по стенке кальцинатора под действием силы тяжести, в то время как воздух из охладителя клинкера охватывает пламя в центральной части кальцинатора так, что он постепенно смешивается с топливом. В результате, количество сырьевой смеси в центральной части зоны выгорания топлива кальцинатора будет очень маленьким, и это означает, что можно достигнуть высокой температуры и, таким образом, высокой степени выгорания топлива. Сырьевая смесь, которая соскальзывает вниз по стенке кальцинатора, кальцинируется за счет накопления тепла от центральной зоны выгорания топлива кальцинатора, и таким образом, она служит теплозащитным экраном, защищающим стенку кальцинатора от высоких температур, которые преобладают в зоне выгорания топлива.
Из нижней зоны 23b кальцинатора 23 суспензия кальцинированной сырьевой смеси и газа впоследствии вводится в направленную вверх газовую трубу 29, в которой она смешивается с отработавшими газами из барабанной печи 5. В газовой трубе 29 кальцинирование какой-либо не полностью кальцинированной сырьевой смеси может быть завершено, а топливо можно также вводить через не показанную горелку. Затем смешанная суспензия направляется, как предварительно было отмечено, к разделительному циклону 4 от того места, где кальцинированная сырьевая смесь направляется к барабанной печи 5 по трубе 8.
Каждая из установок, показанных на фиг.1 и 2, содержит смесительный блок 10 для улучшения уровня кальцинирования сырьевой смеси, а также повышения эффективности выгорания топлива в кальцинаторе 3, 23. Этот смесительный блок 10 установлен в нижней зоне 3b, 23b кальцинатора 3, 23 в области, схематично определяемой на фиг.1 и 2 пунктирной окружностью. Блок 10 сформирован так, что его функцией прежде всего является торможение вращения отработавших газов в нижней зоне 3b, 23b кальцинатора 3, а во вторую очередь, одновременно с торможением или после торможения, направление газообразного продукта горения и сырьевой смеси к центральной оси кальцинатора 3, 23. Результатом будет сильно улучшенная смесь сырьевой смеси и содержащего кислород воздушного потока, сконцентрированная на очень близком расстоянии от стенки кальцинатора, и более горячих отработавших газов и топлива в центральной зоне кальцинатора, что позволяет сырьевой смеси поглотить большее количество тепла от отработавших газов и гарантирует более высокую интенсивность выгорания топлива при взаимодействии с содержащим кислород воздухом.
На фиг.3 и 4 показан предпочтительный вариант осуществления смесительного блока 10, установленного в кальцинаторе 3, 23 согласно изобретению. На фиг.3 смесительный блок 10, как видно, содержит четыре внутренних фитинга 31, одинаково сформированных, как прямоугольные сектора, и образующих между собой свободное пространство, имеющее форму креста. Внутренние фитинги, как лучше всего показано на фиг.4, выполнены с вертикальными боковыми поверхностями 33 и наклонной лицевой поверхностью 35. Фитинги 31 изготовлены из металла, который защищен внутренней облицовкой. Боковые поверхности 33 обеспечивают эффективное торможение вращения газового потока, в то время как лицевые поверхности 35 обеспечивают перемещение газа, а также сырьевой смеси в направлении центральной оси кальцинатора, таким образом принудительно обеспечивая большую эффективность смешивания.
1. Способ производства цементного клинкера, при котором цементную сырьевую смесь подвергают кальцинированию в кальцинаторе, содержащем верхнюю зону и нижнюю зону, причем топливо, газообразный продукт горения и сырьевую смесь вводят в верхнюю зону кальцинатора и направляют вниз через кальцинатор, газообразный продукт горения и сырьевую смесь вводят в кальцинатор в тангенциальном направлении и подвергают вращению, следуя по спиралевидному пути потока, причем под действием силы тяжести сырьевую смесь, в основном, направляют вниз по стенке кальцинатора, отличающийся тем, что вращение газообразного продукта горения, по меньшей мере, в нижней зоне кальцинатора подвергают торможению посредством прохождения указанного газообразного продукта горения через крестообразное свободное пространство, образованное смесительным узлом, установленным в указанной нижней зоне кальцинатора, при этом, по меньшей мере, часть газообразного продукта горения и, по меньшей мере, часть сырьевой смеси в нижней зоне кальцинатора отклоняют в направлении к центральной оси кальцинатора.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отклонение, по меньшей мере, части газообразного продукта горения и, по меньшей мере, части сырьевой смеси осуществляют приблизительно одновременно с торможением или после него.
3. Установка для производства цементного клинкера, содержащая по существу вращательно-симметричный кальцинатор с верхней зоной и нижней зоной, причем кальцинатор содержит средство для введения топлива в верхнюю зону кальцинатора и средство для тангенциального введения газообразного продукта горения и сырьевой смеси в верхнюю зону кальцинатора, отличающаяся тем, что она включает смесительный узел, установленный в нижней зоне кальцинатора с образованием крестообразного свободного пространства для торможения вращения газообразного продукта горения посредством прохождения указанного газообразного продукта горения через него и отклонения, по меньшей мере, части газообразного продукта горения и, по меньшей мере, части сырьевой смеси в нижней зоне кальцинатора в направлении к центральной оси кальцинатора.
4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что смесительный узел обеспечивает отклонение, по меньшей мере, части газообразного продукта горения и, по меньшей мере, части сырьевой смеси приблизительно одновременно с торможением или после него.
5. Установка по п.3, отличающаяся тем, что смесительный узел содержит ряд внутренних фитингов, выполненных с вертикальными боковыми поверхностями и наклонной лицевой поверхностью.
6. Установка по п.3, отличающаяся тем, что вертикальные боковые поверхности и наклонные лицевые поверхности выполнены плоскими.
7. Установка по п.3, отличающаяся тем, что внутренние фитинги выполнены в виде прямоугольных секций круга.
8. Установка по п.3, отличающаяся тем, что смесительный узел содержит четыре внутренних фитинга, образующих между собой крестообразное свободное пространство.
