Устройство и способ снижения выбросов при помоле сырьевой смеси
Изобретение относится к способу снижения выбросов от отработавшего газа и к устройству для снижения выбросов от отработавшего газа. Изобретение включает создание циркуляции отработавшего газа между сырьевой мельницей и холодильником клинкера. В холодильнике клинкера по меньшей мере часть выбросов направляется в цементную обжиговую печь, в которой эти выбросы удаляются за счет выжигания и/или поглощения. Изобретение обеспечивает снижение выбросов загрязняющих веществ в процессе помола сырья. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил.
Область техники
Изобретение относится к способу получения цементного клинкера и, в частности, к фазе помола сырья при производстве цемента. Изобретение в особенности относится к способу снижения выбросов загрязняющих веществ в процессе помола сырья. Изобретение относится также к устройству для осуществления способа.
Уровень техники
В общепринятом процессе производства цемента исходные материалы, необходимые для его получения, сначала смешиваются и подаются в сырьевые мельницы для получения "сырьевой смеси". В мельнице исходный материал измельчается и высушивается и затем подается в обжиговую печь, в которой он нагревается приблизительно до 1500°С для получения клинкера, основного материала, необходимого для производства всех видов цемента. Клинкер затем подается в холодильник, и после охлаждения материал подвергают конечному помолу.
В холодильнике клинкера клинкер охлаждается до температуры приблизительно от 1400°С до 900°С за счет использования системы принудительной или естественной циркуляции наружного воздуха, пропускаемого через клинкер. Определенная часть, в основном около 40-50%, воздуха, использованного на охлаждение клинкера, затем направляется в обжиговую печь для использования в качестве воздуха горения. Так как значительная часть воздуха, проходящего через холодильник, в обжиговой печи не используется, избыток воздуха из холодильника, как правило, выпускается в атмосферу, используется для сушки угля или исходных материалов либо используется в качестве источника воздуха в других частях установки для производства цемента.
В общем сырьевая мельница работает в соответствии с принципом сушки и помола, и в ней на стадии сушки используются нагретые газы, обычно подаваемые в нее с других частей установки, таких как устройство предварительного нагрева и иногда холодильник клинкера.
В США к цементной промышленности предъявляется постоянное требование снижения величины зоны загрязнения вокруг предприятия. В девяностых годах прошлого столетия в ответ на озабоченность по поводу смога и кислотных дождей в промышленность были внедрены новые технологии, такие как горение с низким содержанием NOx, при котором снижаются выбросы окислов азота и мелких частиц. В настоящее время большинство установок для производства цемента снабжены встроенными системами мониторинга выбросов.
Операция помола сырья в промышленности традиционно не находилась в фокусе борьбы с нежелательными выбросами, так как сырьевая мельница в установке для производства цемента просто не является основным источником выбросов. Однако государственные стандарты ограничения выбросов становятся все более и более строгими, и в промышленности в настоящее время обращается внимание на снижение выбросов на участках, ранее не попадавших в поле зрения. В связи с этим было обнаружено, что при помоле исходных материалов может образовываться некоторое количество нежелательных выбросов, включая, среди прочего, летучие органические соединения, метан и окись углерода. Поэтому желательно иметь способ снижения выбросов, образующихся в процессе помола исходных материалов.
Раскрытие изобретения
В изобретении предложен способ снижения выбросов от отработавшего газа, образованного при помоле и сушке смеси цементного сырья, как части процесса производства цемента. Изобретение включает создание циркуляции отработавшего газа между сырьевой мельницей и холодильником клинкера. В холодильнике клинкера по меньшей мере часть выбросов направляется в цементную обжиговую печь, в которой эти выбросы удаляются за счет выжигания и (или) поглощения.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором показана блок-схема варианта реализации изобретения, не отражающая, конечно, реальные размеры.
Реализация изобретения
Основное устройство или части устройства, служащие для реализации предлагаемого в изобретении способа, описаны в несколько общих терминах со ссылкой на блок-схему, представленную на фигуре. Понятно, что фигура не отображает всю установку для производства цемента (например, среди других важных компонент обычной установки для производства цемента не показано устройство предварительного нагрева), и задачей ее является главным образом представление контура сырьевая мельница/холодильник клинкера, в котором заключена сущность настоящего изобретения.
В соответствии с настоящим изобретением имеется установка помола исходных материалов виде сырьевой мельницы 1, в которой подготавливается сырье, используемое в процессе производства цемента. Показаны также обжиговая печь 31 и холодильник 2 клинкера, которые в терминах направления потока материала в установке для производства цемента расположены ниже по потоку сырьевой мельницы 1.
Основное отличительное свойство изобретения заключается в том, что для обработки выбросов из сырьевой мельницы по меньшей мере часть отходящих газов с нее направляется в холодильник 2 клинкера. С холодильника 2 клинкера значительная часть отходящих газов затем направляется в обжиговую печь 31, в которой выбросы уничтожаются, например, путем выжигания в высокотемпературной обжиговой печи и (или) поглощения материалами, проходящими в ней тепловую обработку. Дополнительное отличительное свойство настоящего изобретения заключается в том, что предпочтительно существует циркуляция отходящего газа между сырьевой мельницей 1 и холодильником 2 клинкера.
Минимальные температуры, необходимые для выжигания выбросов из сырьевой мельницы, лежат в диапазоне приблизительно 800-850°С. Ясно, что температуры, имеющие место в обжиговой печи при производстве цемента, существенно превосходят этот минимум и, следовательно, подходят для выжигания выбросов.
Что касается отличительного свойства циркуляции, то часть воздуха, поступающего в холодильник 2 клинкера, выходит в виде отработавших газов через трубопровод 32. Эти отработавшие газы нагреты приблизительно до 250°-330°С и сначала направляются по выходному трубопроводу 32 холодильника клинкера в систему улавливания пыли, такую как циклон 3, так что пыль может быть повторно использована как часть пиропроцесса при производстве цемента. Включенный последовательно с холодильником вытяжной вентилятор 11 обеспечивает регулировку давления в кожухе обжиговой печи. Обеспыленные отработавшие газы холодильника направляются в качестве сушильного газа в сырьевую мельницу 1 по трубопроводам 32 и 33. Если отработавшие газы холодильника не обеспечивают достаточный нагрев загрузки сырья, может быть использовано дополнительное тепло от других источников, имеющихся в установке, таких как устройство предварительного нагрева сырьевой мельницы (не показано), или тепло, введенное от внешних источников.
Сырье, поданное в мельницу 1, то есть уголь, сырой известняк, создает большую теплообменную поверхность, понижающую температуру газов, поступающих в мельницу. Загрузка помолотого сырья захватывается газами и направляется по выходному трубопроводу 4 в пылесборник 6, представляющий собой, например, тканевый фильтр или электростатический осадитель. Охлажденные газы (приблизительно до 90°С) отделяются от продукта и направляются по выходному трубопроводу 7 пылесборника к мельничному вентилятору 12, с которого первая часть (обычно приблизительно от 10 до 90%) очищенных газов затем направляется по трубопроводу 7 в холодильник 2 клинкера, в котором она смешивается с наружным воздухом, поступающим в холодильник по одному или нескольким трубопроводам 9 и превращающимся в охлаждающий воздух, в то время как вторая часть газов возвращается обратно в сырьевую мельницу 1 по возвратному трубопроводу 10 как добавка к отработавшим газам из холодильника клинкера. При необходимости эти рециркулирующие газы могут быть подогреты встроенным, как вариант, в линию источником 13 тепла до возвращения в сырьевую мельницу 1.
Хотя показана мельничная система с двумя вентиляторами (вытяжной вентилятор 11 холодильника и мельничный вентилятор 12), должно быть понятно, что при желании может быть использована система с тремя вентиляторами, что влечет за собой последовательное введение как еще одного или нескольких циклонов (не показаны) для удаления сырьевой смеси из газового потока, так и третьего мельничного вентилятора между местом выгрузки материала из сырьевой мельницы и входом пылесборника 6. Преимущества системы с тремя мельничными вентиляторами заключаются в том, что с точки зрения управления систему с тремя вентиляторами легче регулировать, и, что более важно, она может дать возможность использования намного меньшего пылесборника 6.
Как было показано, при нормальной работе установки для производства цемента приблизительно 40-50% охлаждающего воздуха (для более старых холодильников типично меньшее количество) направляется от холодильника в обжиговую печь, находящуюся выше по потоку холодильника, и остальная часть отводится в атмосферу. В соответствии с настоящим изобретением большая часть или предпочтительно весь оставшийся воздух, не направляемый в обжиговую печь, возвращается в сырьевую мельницу, что удерживает ее выбросы в замкнутом контуре системы сырьевая мельница/холодильник клинкера, хотя небольшая часть такого воздуха может быть направлена в другие процессы, протекающие в установке для производства цемента, такие как горение (не показано), в котором выбросы могут быть использованы. Очевидно, что отведение в атмосферу основной части выбросов, содержащих отработавшие газы холодильника, не соответствует настоящему изобретению.
Процентная доля содержащих выбросы газов, которые действительно будут направлены из холодильника в обжиговую печь, по сравнению с выводом в качестве отработавших газов через трубопровод 32, в большой степени зависит от местоположения, в котором эти газы вводятся в холодильник. Как общее правило, чем ближе вводятся газы к месту 2а загрузки материала в холодильник (по сравнению с местом 2b выгрузки материла из холодильника), тем больше процентная доля таких газов будет направлена в обжиговую печь. Можно понять, что ситуация может осложниться, если отработавшие газы сырьевой мельницы вводятся в холодильник в нескольких местах между входом 2а и выходом 2b.
При выключении сырьевой мельницы важно, чтобы отработавшие газы из холодильника оставались где-то в преимущественно замкнутом контуре для постепенной продувки системы выбросов сырьевой мельницы. В этом случае холодильник клинкера будет полностью работать как охладитель циркулирующей среды за счет перекрытия трубопровода 33 и перенаправления отработавших газов из трубопровода 32 в трубопровод 15. При этом газы проходят через охлаждающее устройство 16, которым может быть, например, теплообменник, снижающий температуру газов до величины, пригодной для повторного введения в холодильник клинкера. Во внештатных или аварийных ситуациях небольшое количество отведенных газов может быть направлено через вспомогательный пылесборник 17 и затем отведено в воздух.
Хотя настоящее изобретение описано в нескольких вариантах реализации, специалистами в данной области техники могут быть предложены различные изменения и модификации. Предполагается, что настоящее изобретение охватывает такие изменения и модификации, как подпадающие под рамки приложенной формулы изобретения.
1. Способ снижения выбросов от отработавшего газа, образованного при помоле и сушке смеси цементного сырья как части процесса производства цемента, при выполнении которого:
вводят по меньшей мере первую часть выбросов, содержащих отработавший газ, освобожденный от захваченного продукта помола цементного сырья в сырьевой мельнице, в холодильник клинкера, в котором отработавший газ вместе с наружным воздухом действует как охлаждающий газ, предназначенный для охлаждения цементного клинкера, подаваемого из обжиговой печи, и
затем направляют по меньшей мере некоторую часть содержащего выбросы охлаждающего газа из холодильника в обжиговую печь для удаления в ней выбросов.
2. Способ по п.1, в котором перенаправляют по меньше мере часть содержащего выбросы охлаждающего газа, не направленного в обжиговую печь, обратно в сырьевую мельницу с целью использования в качестве сушильного газа для смеси цементного сырья.
3. Способ по п.2, в котором перенаправляют вторую часть отработавшего газа из сырьевой мельницы обратно в сырьевую мельницу с целью использования в качестве сушильного газа для смеси цементного сырья.
4. Способ по п.3, в котором перенаправленный газ подогревают перед вводом в сырьевую мельницу.
5. Способ по п.2, в котором для удаления захваченного помолотого сырья из отработавшего газа используют тканевый фильтр.
6. Способ по п.2, в котором в сырьевой мельнице используют две вентиляторные установки.
7. Способ по п.2, в котором в сырьевой мельнице используют три вентиляторные установки.
8. Способ снижения выбросов от отработавшего газа, образованного при помоле и сушке смеси цементного сырья как части процесса производства цемента, при выполнении которого
вводят по меньшей мере часть отработавшего газа, освобожденного от захваченного продукта помола цементного сырья, в холодильник клинкера, в котором отработавший газ вместе с наружным воздухом действует как охлаждающий газ, предназначенный для охлаждения цементного клинкера, подаваемого из обжиговой печи;
после чего направляют по меньшей мере некоторую часть содержащего выбросы охлаждающего газа из холодильника в обжиговую печь для удаления содержащихся в охлаждающем газе выбросов; и
перенаправляют по меньше мере часть содержащего выбросы охлаждающего газа, не направленного в обжиговую печь, обратно в сырьевую мельницу с целью использования в качестве сушильного газа для смеси цементного сырья.
9. Устройство для снижения выбросов от отработавшего газа, образованного при помоле и сушке смеси цементного сырья как части процесса производства цемента, содержащее
обжиговую печь для производства горячего цементного клинкера, имеющую край, через который из обжиговой печи выгружают клинкер и подают воздух горения в обжиговую печь, в которой поддерживается температура, достаточная для выжигания выбросов сырьевой мельницы;
холодильник клинкера, расположенный с возможностью приема клинкера из обжиговой печи и подачи воздуха горения в обжиговую печь;
сырьевую мельницу, в которой смесь цементного сырья перемалывается и высушивается, и из которой выходит неочищенный газовый поток, содержащий захваченное помолотое и высушенное цементное сырье и нежелательные выбросы из сырьевой мельницы, образующиеся при помоле сырьевой смеси;
выходной трубопровод сырьевой мельницы, сообщающийся с сырьевой мельницей и приспособленный для передачи неочищенного газового потока от сырьевой мельницы;
пылесборник, сообщающийся с выходным трубопроводом сырьевой мельницы с возможностью приема неочищенного газового потока от сырьевой мельницы, отделения смеси цементного сырья и отвода газового потока, содержащего нежелательные выбросы;
е) выходной трубопровод пылесборника, сообщающийся как с пылесборником, так и с холодильником клинкера с возможностью приема содержащего выбросы газового потока из пылесборника и направления по меньшей мере первой части содержащего выбросы газового потока в холодильник клинкера, из которого по меньшей мере некоторая доля от указанной по меньшей мере первой части содержащего выбросы газового потока отходов направляется в обжиговую печь для удаления в ней выбросов.
10. Устройство по п.9, содержащее возвратный трубопровод, сообщающийся с выходным трубопроводом пылесборника и сырьевой мельницей с возможностью приема второй части содержащего выбросы газового потока отходов и направления этой второй части в сырьевую мельницу.
11. Устройство по п.10, содержащее источник тепла, служащий для нагревания второй части содержащего выбросы газового потока отходов до температуры, пригодной для сушки сырьевой смеси в сырьевой мельнице.
12. Устройство по п.9, в котором пылесборник представляет собой тканевый фильтр.
13. Устройство по п.9, содержащее по меньшей мере один циклон, установленный в линию с выходным трубопроводом сырьевой мельницы и расположенный между сырьевой мельницей и пылесборником и сообщающийся как с первой, так и со вторым для удаления по меньшей мере части сырьевой смеси из газового потока.
14. Устройство по п.9, где нежелательные выбросы включают летучие органические соединения, метан и СО.
15. Устройство по п.9, где первая часть содержащего выбросы газового потока отходов, направляемая в холодильник клинкера, включает от приблизительно 10% до приблизительно 90% содержащего выбросы газового потока отходов.
