CN1134922A - 冷却和生产疏松物料的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生产煅烧疏松物料特别是水泥熟料的方法和设备。其中先煅烧物料后冷却物料。在这种情况下，热物料的冷却由燃料和蒸汽的气化反应来进行，该气化反应从热物料中吸收必需的反应焓。气化反应中产生的燃料气用来煅烧疏松物料。

Description

冷却和生产疏松物料的方法和设备

本发明涉及一种如权利要求1、2前序部分所述的冷却和生产疏松物料的方法和根据权利要求9的一般概念所述的生产锻烧疏松物料特别是水泥熟料的设备。

用于生产锻烧疏松物料，特别是水泥熟料的设备主要由锻烧物料的回转窑和连接其后用于冷却热物料的冷却器构成。

通常，从回转窑落出的热物料由空气冷却至储存和工作温度。由物料传给空气的热量中有75％同空气一道直接返回回转窑用于燃烧。包含在空气中的其余25％的热量，如没有外部利用的可能性，将成为过剩废气排入大气而损失掉了。

本发明的目的是提供一种根据权利要求1、2和9的前序部分所述的冷却或生产疏松物料的方法和设备，利用这种方法和设备，可增加锻烧窑的热回收量。

本发明的目的是由权利要求1、2和9的特征部分来完成的。用带有蒸汽的燃料的气化来冷却热物料，气化反应从热物料中吸收必要的反应焓，气化反应所产生的可燃气体用于锻烧回转窑中的物料，助燃空气由热疏松物料的后期冷却来预热。通过此方法，只利用可用流量的助燃空气就可进行熟料的最终冷却。

气化反应产生的可燃气体，特别是氢和一氧化碳，在回转窑中产生较高的燃烧温度，使熟料质量得以提高，回转窑也可具有较小的尺寸。

本发明的其它实施例是从属权利要求的内容。

本发明的实施例连同本发明的其它优点将通过以下的描述和附图得到更详细的解释。

附图中：

图1是本发明第一个实施例的设备示意图。

图2是本发明第二个实施例的设备示意图。

图3是图2沿III-III线的剖面图。

根据本发明生产锻烧疏松物料的设备的第一个实施例示于附图的图1中。它主要由锻烧物料的窑特别是回转窑1和连接于其后的用于冷却热疏松物料的冷却器2组成。

锻烧后的物料从窑1中落出，至下降筒3，在此由辊式轧碎机4压碎。在下降筒3中有一输送燃料，例如煤的装置(箭头5)，该装置可以是一个气动力装置，也可是一个离心计量装置，这样可保证燃料与热疏松物料的混合。

冷却器2主要由往复炉蓖6组成。在炉蓖上的下层疏松物料7a从给料筒8传至第一个卸料筒9。由辊式轧碎机4压碎了的物料置于下层物料7a之上，作为上层物料7b。上层物料7b同下层物料7a一块传至冷却器的端部2a。在此，上层物料7b通向第二个卸料筒10排出，再循环至给料筒8。下层物料7a的高度由料斗壁面11的底端所限制，料斗壁面11同时也是给料筒8的边界墙。

在冷却器2的第一个区段，有一将蒸汽吹进物料的设备(箭头12)。该区段位于下降筒3的下方，即疏松物料在该区段从锻烧窑中落出，通过辊式轧碎机4，落在下层物料7a的上面。这种情况下，蒸汽较有利地从底下穿过下层物料底7a，蒸汽在下层物料7a中进一步过热，并与上层疏松物料7b以及下降筒3中输送燃料反应，由此产生用作燃气的水煤气。

在冷却器2的第二个接下来的区段中，由一适当的装置(箭头13)提供横向流过上下双层7a、7b的空气。此时，随着物料的进一步冷却，空气被预热，并通过管子14直接进入回转窑1，在回转窑与可燃气体一同燃烧。

然而，本发明并不局限于如图所示的实施例，它也能使用在其它结构的冷却器中。在一个单独的反应器中进行气化反应也是可想而知的。这种的反应器的例子将在下面借助于图2图3详细地描述。

疏松物料的冷却是应用多相水煤气反应而得：

             

由此，在此工艺过程中同时产生所使用的燃料气，气化反应从热物料中吸收的反应焓数值近似为120J/mol。

在该窑烧工艺过程中，利用热疏松材料的这种冷却方式，可使每公斤物料节约热能达100大卡。

更进一步，在白水泥熟料的生产中，利用还原炉气能使水泥的白度增加。

此处所考虑的燃料主要是含烃类比率极不相同的煤，也有油例如重油，其中的含氢量比煤更高。

下式为基本的反应方程式：

      

例如：

在利用本发明所提供的方法生产水泥熟料时，熟料形成作用的热首先被用在温度范围近似为1400℃～950℃(1000℃)的吸热气化反应中，此过程中生成的可燃气体直接送到回转窑1，但是其中一部分也可以引入预热塔的预锻烧炉中。

如果可燃气体中可利用的热量不能满足窑烧工艺的需要，另外的热量由常规辅助炉提供。

燃烧所必需的空气由接近850℃的热熟料的后期冷却过程预热。冷却器适当的尺寸设计，可使该冷却过程不产生废气，因此也就大大节约了投资和运行费用。

考虑到材料的热运行寿命，反应器中的一些部件必须被冷却，这些部件可有效地由冷却水来保护，然后，被加热的水又可用来产生蒸汽。

用于气化反应的燃料中所含灰份不影响熟料的化学成份，不必在生料配方中加以考虑。再进二步，更经济的高含硫量的燃料也能用于气化。熟料中的灰份和游离态石灰成份形成了具有水凝特性的混和物。此反应过程可很好地吸收硫并结合成硫酸盐形式。因此，与直接投入燃料相比，锻烧窑内部的硫循环减弱了，同时，熟料中硫酸盐的形成减少了水泥粉末中必须添加的石膏量。

图2、图3表示了根据本发明生产锻烧疏松物料设备的第二个实施例。主要包括用于一个锻烧物料的回转窑21、一个连接于设备下游并用于冷却热物料的冷却器22和一个通过使带蒸汽的燃料气化将热物料预冷的反应器23。气化反应从热物料中吸收必要的反应焓。

在所阐述的实施例中，反应器23作为加大了直径的回转窑的一部分布置在回转窑的出口端，在回转窑21的出口端有一窑罩21a，它构成从窑至冷却器的过渡段。

窑罩21a和连接装置24由常规方法建造。将一个轧碎机布置在连接装置24内，最好是采用辊式轧碎机25，这样可以较为方便地从内部用软化水冷却。当通过旋转叶片门26以达到冷却器22之前，熟料被压碎例如成25mm的颗粒。旋转叶片门26最好也从内部由软化水冷却。

在冷却器22中，已经过预冷的物料进一步被空气冷却。按照通常利用助燃空气的方法，将加热后的冷空气作为二次风27或三次风28应用于本设备中。

在连接装置24内，在紧靠旋转叶片门26的前部，它装有一压力测量装置29，该压力测量装置通过控制装置30可控制冷却器22前两个风扇31a和31b的速度，用这种方法，使得压力测量装置29所在区段内的压力不会升高。

由冷却器22产生的二次风27，在窑罩21a处通过二次风管31引入回转窑21中。二次风管具有双层壁结构，它由软化水冷却。在二次风管31的中心，有一个可适用任何一种燃料的辅助燃烧器32，用于补充气化过程可能产生的燃料的不足。该燃烧器32也用于起动回动窑。

流经二次风管31的二次风温度近似750℃，用于燃烧反应器23中产生的可燃气体。

本实施例所阐述的反应器23的直径大约为回转窑21直径的3倍，该反应器的宽度大约是它直径的五分之一。反应器23的尺寸设计应使得熟料在反应器中有足够长的停留时间以进行气化反应。由于其直径相对较大，大团熟料在反应器23中被压碎，而且使水泥熟料与用于气化过程的煤或其它燃料混合得更好。为有助于这个过程，在反应器中还可安装陶瓷提升装置用于提升水泥熟料。回转窑或反应器装置的转动，不停地将用于气化的燃料和水泥熟料混合。

回转窑21一般是通过至少两个支撑滚柱架来支撑。除此以外，在所阐述的实施例中，反应器23也是通过两个支撑滚柱36a、36b来支撑。

然而，反应器23的尺寸仅应理解成一个例子，它可依燃料的反应性而变化。

反应器23中还安装有螺旋输送管33，用于输送燃料，特别是煤。螺旋输送管也是双壁结构，由软化水冷却，燃料的给料点布置在热物料进入反应器23的入口区。

用于气化过程的饱和蒸汽完全或部分地来自如上所述的各种设备部件的冷却水。

另外，反应器23中还布置有将蒸汽吹进与燃料混合的物料中去的装置34。该装置平行于限定反应器23的壁，它呈板状结构，将其边沿倒角，使得熟料进入反应器的阻力较小。蒸汽最好在反应器23的底部喷出。

如果使用液体燃料或者气体燃料例如甲烷用于气化过程，可使用类似于吹入蒸汽的装置向反应器输送燃料。

用于喷入蒸汽的装置34通常是固定不动的。然而，它也可布置成在回转窑或反应器装置转动方向上来回运动，以达到对气化过程最有效的位置。

在反应器23的下端，有一可关闭的开口23a，当需要较长时间停窑时，从这里通过由虚线示意的传输装置35，将反应器中的熟料输送到冷却器。

当回转窑或反应器启动时，使用位于二次风管31内的辅助燃烧器。如果将燃料/氢的比例调整到与反应器23的气化量相适应的值上，燃烧过程可以在没有辅助燃烧器的情况下进行，在这种情况下，需考虑燃料的消耗、火焰的调节、输送到回转窑中的燃料量以及预锻烧度诸因素。

借助于如上所述的反应器，热物料在进入冷却器前已被预冷，这样所有使用在冷却器中的空气均可用作设备其它部分的二次风或三次风，因此没有多余的热量散发到大气中。用这种方法，大约能节省75-100kcal/kg的热量。更进一步，它还可能利用过滤器和清洁装置来处理那些过去被排入大气的空气。在反应器中产生的气体(CO＋H₂)与二次风相遇时的温度为1000℃，而此时，二次风约为750℃。因此火焰温度很容易达到2300℃～2500℃。高的火焰温度使燃烧过度更容易控制，而且使保护烧结区的衬里所必需的熟料的表面硬化更容易控制。

利用燃料的高温分解，可使燃烧物料即水泥熟料到达反应器时立刻冷却，因此温度在几分钟内下降了250℃，气化反应继续进行，直到温度接近950℃～1000℃。

由于近250℃的骤冷，水泥熟料的水凝特性大大改善，其结果是提高了水泥质量。

使用在气化反应中的燃料灰份不在生料成份中加以考虑，这些灰份形成了熟料的填充物。因此含有高灰份的烟煤和褐煤同具有高挥发份的煤一样可以使用。供给反应器23的燃料不需干燥或破碎，可以5-10mm的颗粒投入进去。

由于骤冷，硫酸钙和碱金属类硫酸盐的分解比在正常的冷空气中要少，它们大量地留在了熟料中，结果，锻烧窑中的硫的问题得到了简化，因此，可使用含硫量较高的燃料。气化燃料中的硫以硫化钙形式留在了熟料中。

使用本发明的反应器，可在任何回转窑中生产的水泥熟料和一般的灰水泥熟料，由于气化反应中存在高还原性气体CO和H₂，因此大大增加了水泥的白度。

由于水的化学分解，在回转窑或预热器中只产生很少量的氮气。根据气化燃料的这一特质，可使气体的用量减少10至14％，从而节约了能量。

Claims (15)

1.一种冷却热疏松物料特别是水泥熟料的方法，其特征是这种冷却是通过燃料和水蒸汽的气化反应来进行的，所述的气化反应从热疏松物料中吸收必要的反应焓。

2.一种生产锻烧疏松物料特别是水泥熟料的方法，其中所述的物料首先被锻烧，然后被冷却，其特征是：

a.热物料由燃烧和水蒸汽的气化反应来冷却，所述的气化反应从热物料中吸收了必需的反应焓；

b.所述物料利用气化反应中产生的可燃气体来锻烧。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是所述气化反应产生水煤气。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是用于锻烧所必需的助燃空气由热物料的后期冷却来预热。

5.如权利要求4所述的方法，其特征是所述后期冷却中使用的全部空气都可被利用。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征是所述气化反应使用的是含有一定比例的烃的燃料。

7.如权利要求2所述的方法，其特征是由设备零部件的冷却水产生蒸汽。

8.如权利要求1或2所述的方法，其特征是所述燃料是由气动力或机械方式输入热疏松物料中。

9.一种生产锻烧疏松物料特别是水泥熟料的设备，它包含有：

a.一个锻烧疏松物料的窑，特别是一回转窑(1；21)，

b.一个连接在设备下游处的、用于冷却所述热疏松物料的冷却器(2；22)，

其特征为，它还包括：

c.一个用于将燃料输送到要冷却的热疏松物料中的装置(箭头5；33；)，

d.一个用于将蒸汽吹进已与燃料混合的热物料中，使产生从热物料中吸收必需反应焓的气化反应的装置(箭头12；34)。

10.如权利要求9所述的设备，其特征是它包括一个具有所述输送燃料装置(33)和所述吹入蒸汽装置(34)的反应器(23)。

11.如权利要求10所述的设备，其特征是所述窑为回转窑(21)，所述反应器(23)与回转窑连接并固定以防转动。

12.如权利要求10所述的设备，其特征是所述窑为回转窑(21)，所述反应器(23)为回转窑的一部分，并具有加大了的直径。

13.如权利要求12所述的设备，其特征是所述反应器(23)安装在紧靠回转窑出料端前的位置。

14.如权利要求9所述的设备，其特征是所述吹蒸汽的装置(34)为板式结构。

15.如权利要求10所述的设备，其特征是所述燃料的给料点布置在热物料进入反应器(23)的进口区段上。

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