CN1780799A - 用于预热颗粒或粉末材料的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于在旋风预热器(1)中预热颗粒或粉末材料(例如水泥生料或相似材料)的方法和设备，所述旋风预热器包括至少两个旋风分离级，每个级都包括提升管(2a，2b，2c，2d)和旋风分离器(1a，1b，1c，1d)。该方法的特征在于，从废气流动方向上观察，送入至少一个旋风分离级的部分材料被引入提升管的第一部分，且从最高450℃被加热到至少550℃，而且送入同一旋风分离级的剩余材料被引入所述提升管的最后部分。结果，作为排放物从水泥设备预热器中排放的SO2的量减少，而不会同时增加能量消耗。

Description

用于预热颗粒或粉末材料的方法和设备
本发明涉及一种用于在旋风预热器中预热颗粒或粉末材料例如水泥生料或相似材料的方法，所述旋风预热器包括至少两个旋风分离级，每个级都包括提升管和旋风分离器。
本发明还涉及一种用于实施该方法的设备(plant)。
在水泥工业中，在炉中将水泥生料烧成水泥熟料之前使用所谓的旋风预热器预热水泥生料是常规操作，然后在熟料冷却器中冷却水泥熟料。通常，使用包括四至六个旋风分离级的旋风预热器。生料被引入第一旋风分离级，根据逆流原理，通过直接与来自炉的热废气接触而被加热。这种预热器通常可由专利文献中得知，EP 0 455 301中提供了一个实例。
用于水泥生产工艺的原料通常含有硫化物，例如具有硫化铁矿(FeS2)的形式，在预热器中的加热过程期间，其将与氧气反应形成SO2，形成的SO2夹带在由预热器排出的废气流中。SO2是通过例如FeS2主要在300～550℃的温度下部分氧化形成的。在传统的包括具有五个旋风分离级的预热器的水泥生产设备中，含硫化物的原料形成SO2通常在第二个旋风分离级内发生，第二个旋风分离级在上下文中被定义为包括用于来自第三旋风分离器和第二旋风分离器的废气的排放管，在所述第三和第二旋风分离器中原料通常从300～350℃被加热至约500℃。
由EP 1 200 176已知一种方法，在废气的流动方向上观察，通过该方法，经煅烧的生料在紧邻形成SO2之后的位置被引入废气中。原则上，该已知方法的实施令人满意，但是其主要缺点是需要相对大量的资金成本，用于辅助加工设备和额外的操作费用，主要用于能源。
另外，由AT 390 249已知一种方法和一种设备，通过该方法和设备部分或全部生料被引入高温区，因此获得与SO2更大的结合能力，或者通过来自炉体系的较热区域的热气来调节被供给含SO2废气的低温覆盖区(overlying area)的温度。该已知技术的缺点是它将不可避免地导致离开预热器的废气温度升高，因此需要消耗更多的能量。
本发明的目的是提供一种预热颗粒或粉末材料的方法和设备，通过所述方法和设备可以减少上述缺点。
本发明的目的通过序言部分所提及的类型的方法实现，所述方法的特征在于，在废气的流动方向上观察，一部分被送入至少一个旋风分离级中的材料被引入提升管的第一部分，并从最高450℃被加热到至少550℃，而且，被送入同一旋风分离级的剩余材料被引入所述提升管的最后部分。
结果，作为排放物从水泥设备预热器中排放的SO2的量减少，而能量消耗不会同时增加。这是由于以下原因：通过仅将一部分材料引入提升管的第一部分，为热区提供足够的热量盈余，以使得形成的SO2与生料中天然存在的CaO和CaCO3反应，分别用于形成CaSO4和CaSO3及CO2；以及再加入剩余材料，以使特定旋风分离级的排放温度下降至与以常规方式操作预热器相等的温度水平。提交本专利申请的申请人研究发现，在高于550℃的温度下SO2在CaO和CaCO3上的吸收程度显著增大，而且如果在于后续的预热器旋风分离器中分离废气和原料之前将废气/生料悬浮物的温度升至最高550℃，则基本上所有由原料中的硫化物氧化形成的SO2都能够被原料CaO和CaCO3吸收。
随温度而变化的SO2的形成很大程度上取决于水泥生料的组成。在实际操作中，分析生料将构成确定生料最成本有效的初始温度的基础，所述生料在一个单独的旋风分离级内在一个和同一工艺步骤中必须被加热到至少550℃。随时间变化的CaO和CaCO3吸收SO2的吸收程度或能力也取决于温度。在特定工艺步骤中，废气和生料的停留时间是生料必须加热至的最低温度的主要决定因素。通常，最佳初始温度为300～450℃，而生料在工艺步骤中必须加热至的温度通常为550～700℃。
通常，从最高450℃的前一旋风分离级排放的所有生料在旋风分离级中可以被加热至最低550℃。在常用的包括五个旋风分离级的旋风预热器中，从第三旋风分离级流入第二旋风分离级的废气的温度将处于约700℃的水平，因此，所述废气通常不含用于将所有生料从最高450℃加热到至少550℃的足够能量。为此，来自炉或另一高温区的废气可以被引入特定的旋风分离级，或者可以基于旋风分离级中的烧结(firing)而实现。但是，以前已经注意到，两种方案都将提高离开预热器的废气温度，从而对热量节约产生不利影响。
优选在一个单独的工艺步骤中只将一部分生料从最高450℃加热到最低550℃。更具体地，优选根据从第三旋风分离级流入第二旋风分离级的废气的温度和体积调整在一个单独的工艺步骤中从最高450℃被加热到最低550℃的生料的量。这可以通过分离生料流来实现。在本发明的第一优选实施方案中，从第一旋风分离器中排出的生料能够被分离成至少两个支流，一个支流以常规方式在第三旋风分离器的废气出口上方的位置被引入第二旋风分离级的提升管中，而第二流体在紧邻第二旋风分离器中的气体入口前方的位置被引入该提升管中。
在第二替代实施方案中，送入旋风预热器中的生料可以分离成至少两个支流，其中一个支流以常规方式在第一旋风分离级中被预热，然后在紧邻第三旋风分离器的废气出口上方的位置被引入第二旋风分离级的提升管中，而第二个支流绕开第一旋风分离级，在紧邻第二旋风分离器中的气体入口前方的位置被引入第二旋风分离器的提升管。在该实施方案中，与优选实施方案相比，热消耗可能会略高。
在第二旋风分离级中，两个实施方案都将提供具有相对高温的第一区，其中发生SO2的形成和吸收，并提供第二区，在该区预热剩余部分的生料，以使温度降至正常水平。以这种方式能够除去大量由于生料中的硫化物成分而形成的SO2，而不会提高废气的温度和热消耗。除上述以外的实施方案及其组合是可以想到的且应认为被本发明申请所涵盖。
如上所述，在特定的工艺步骤中，废气以及生料在给定温度下的停留时间是决定存在的CaO和CaCO3在该时间范围内吸收SO2的能力的因素。在常规构造的旋风预热器中，例如在第二旋风分离级中的废气的停留时间将会相当短，经常是0.5～1秒，而生料的停留时间通常略长，经常是平均约10秒。为了增大生料和废气的悬浮物在将生料从最高450℃加热到最低550℃的工艺步骤中的停留时间这一特定目的，由此为发生所需化学反应保证充分的良好混合，可以将提升管或连接后续工艺步骤和特定工艺步骤中的旋风分离器的管道延长并形成例如鹅颈的形式，其包括向上引导的第一部分、弯曲部分以及连接至工艺步骤的旋风分离器的向下引导的第二部分。在第二实施方案中，提升管或所述管道的直径可以增加超过其长度的至少一部分。
用于实施本发明方法的设备包括具有至少两个级的旋风预热器，每个级都包括提升管和旋风分离器，其特征在于，其包括用于在一个旋风分离级内在一个和同一工艺步骤中将部分材料从最高450℃加热到至少550℃的装置。
本发明设备的其他特征可从后面的详细描述、权利要求书和附图中明显得知。
下面参考附图更加详细地描述本发明，其中：
图1表示本发明设备的第一优选实施方案，
图2表示本发明设备的第二替代实施方案，
图3表示图1所示实施方案的局部细节，
图4表示图2所示实施方案的局部细节，
图5表示图3所示局部细节的替代实施方案。
图1和图2表示用于生产水泥熟料的炉设备的两个大致相同的实例。所示两个炉设备都是ILC型，但是本发明还可以与SLC型或其他设备联用作为这些设备的组合。
每个所示设备都包括带有四个旋风分离器1a，1b，1c和1d的旋风预热器1，其中1a是第一旋风分离器、1b是第二旋风分离器、1c是第三或紧挨最后的旋风分离器、1d是第四或最后一个旋风分离器。这些旋风分离器串联连接并经由提升管或气体管道2a，2b，2c和2d被供给气体/生料悬浮物。这样，所述设备包括四个旋风分离级，其中第一旋风分离级由提升管2a和旋风分离器1a构成，第二旋风分离级由提升管2b和旋风分离器1b构成，第三旋风分离级由提升管2c和旋风分离器1c构成，第四旋风分离级由提升管2d和旋风分离器1d构成。
所述设备还包括煅烧炉3，煅烧炉3包括用于经物料出口6引入来自最后一个旋风分离器1d的预热生料的开孔9，且开孔9与分离用旋风分离器4、旋转炉5和熟料冷却器7相连。所述设备还包括用于引导炉废气进入煅烧炉3的炉提升管10和用于引导来自熟料冷却器7的预热空气进入煅烧炉3的管道11。来自未示出的生料设备的生料经由管道13进入预热器1，在预热器中与废气逆流预热，然后在旋风分离器1d处从预热器中排出，被导入煅烧炉3，在那里被煅烧。然后被煅烧的生料从分离用旋风分离器4的底部出口经由管道8进入旋转炉5，在炉5中被烧成水泥熟料，而后在熟料冷却器7中冷却。来自旋转炉5和煅烧炉3的废气经旋风分离器4从煅烧炉3中抽出，借助于示出的风扇14向上经过预热器。
根据本发明，被导入第二旋风分离级的提升管2b中的部分生料从最高450℃被加热至最低550℃，而余下的材料然后被引入所述提升管的最后部分，以使与CaO和CaCO3反应的SO2的量增加，其中CaO和CaCO3天然存在于生料中用于形成CaSO4和CaSO3，由此减少从水泥设备的预热器中以排放物形式排放的SO2的量。
在实际操作中，优选相对于从第三旋风分离级流入第二旋风分离级中的废气的温度和体积来调节在工艺步骤中从最高450℃加热至最低550℃的生料的量。由图1和2所示的实施方案明显可知，这可以通过分离生料流而实现。
在图1所示的第一优选实施方案中，借助于分流阀门(splitter gate)15或类似机构将从第一旋风分离器1a排出的生料分离成至少两个支流，一个支流以常规方式经管道15a在第三旋风分离器1c中的废气出口上方的位置被引入第二旋风分离级的提升管2b的第一部分中，而第二支流经管道15b在紧邻第二旋风分离器1b中的气体入口前方的位置被引入第二旋风分离级的提升管2b的最后部分中。
在图2所示的第二替代实施方案中，送入旋风预热器1中的生料被分流阀16或类似机构分离成至少两个支流，其中一个支流以常规方式经由管道16a被导入第一旋风分离级的提升管2a中并被预热，然后经由第一旋风分离器1a在紧邻第三旋风分离器1c的废气出口上方的位置被引入第二旋风分离级的提升管2b的第一部分中，而第二个支流经16b绕开第一旋风分离级2a，1a，并在紧邻第二旋风分离器1b中的气体入口前方的位置被引入第二旋风分离级的提升管2b中。
借助于本发明的上述两个实施方案，能够在提升管2b的下部实现具有相对高温的第一区，其中发生SO2的形成和吸收，并提供另一区，其中剩余部分的生料被预热，以使温度降至正常水平。
在一些现有的用于生产水泥熟料的炉设备中，第一旋风分离级包括两个所谓的成对旋风分离器。这种情况下，明显可以利用成对旋风分离器之间发生的生料的分离。这样，来自其中一个成对旋风分离器的生料可以经由管道15a在紧邻第三旋风分离器1c中的废气出口上方的位置被引入第二旋风分离级的提升管2b的第一部分中，而来自第二成对旋风分离器的生料在紧邻第二旋风分离器1b中的气体入口前方的位置被引入第二旋风分离级的提升管2b的最后部分中。第二成对旋风分离器可以有利地放置在较高的位置，以使来自该旋风分离器的生料可被导入也处于较高位置的提升管2b中。
除上述以外的实施方案及其组合是可以想到的，且应该认为被本发明申请所涵盖。
图3和图4示出如何将提升管或管道2b构造成鹅颈的形式，其包括向上引导的第一部分、弯曲部分以及连接至旋风分离器1b的向下引导的第二部分，目的是增加生料和废气的悬浮物在第二旋风分离级的提升管2b中的停留时间。因此，能够优化废气和生料在热区的停留时间，从而实现所述化学过程。通常，优选构造提升管2b，使得停留时间以3～5的系数延长。
图5示出如何在不显著增大预热器塔1的总建筑高度的情况下增加高温SO2还原区中的停留时间。在所示实施方案中，提升管2b向上、向下、再向上延伸。来自旋风分离器1a的部分材料恰好在旋风分离器1c后面被引入提升管2b中，而来自1a的剩余部分材料在2b的U型弯曲部分后面被引入。提升管2b中的一些悬浮材料不可避免地在提升管2b的U型弯曲部分底部被分离出来。但是，如图所示，可以简单地将该材料引入提升管2c中。热模拟表明，由于提升管2b中的额外分离，生成单位质量熟料消耗的总能量会减少。
本发明不限于仅用于示例目的而示出的实施方案，因此允许构造落在本发明范围内的所示实施方案的各种替代方案组合。

Claims (8)

1.用于在旋风预热器(1)中预热颗粒或粉末材料例如水泥生料或相似材料的方法，所述旋风预热器包括至少两个旋风分离级，每个级都包括提升管(2a，2b，2c，2d)和旋风分离器(1a，1b，1c，1d)，该方法的特征在于，从废气的流动方向上观察，送入至少一个旋风分离级中的部分材料被引入提升管的第一部分，且从最高450℃被加热到至少550℃，而且送入同一旋风分离级中的剩余材料被引入所述提升管的最后部分。
2.权利要求1的方法，其特征在于在剩余材料被引入所述提升管的最后部分之前，引入所述提升管第一部分的部分材料从300～450℃被加热至550～700℃。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于由第一旋风分离器(1a)排放的生料分离成至少两个支流，一个支流经管道(15a)在紧邻第三旋风分离器(1c)中的废气出口上方的位置被引入提升管(2b)中，而第二支流经管道(15b)在紧邻第二旋风分离器(1b)中的气体入口前方的位置被导入提升管(2b)中。
4.权利要求1或2的方法，其特征在于送入旋风预热器(1)中的材料分离成至少两个支流，其中一个支流经管道(16a)被引入第一提升管(2a)中并被预热，然后经由旋风分离器(1a)在紧邻第三旋风分离器(1c)的废气出口上方的位置被引入提升管(2b)中，而第二个支流经管道(16b)绕开第一旋风分离级，在紧邻第二旋风分离器(1b)中的气体入口前方的位置被引入第二提升管(2b)中。
5.用于实施权利要求1-4中任一项的方法的设备，该设备包括具有至少两个旋风分离级的旋风预热器(1)，每个级都包括提升管(2a，2b，2c，2d)和旋风分离器(1a，1b，1c，1d)，其特征在于其包括用于在一个旋风分离级内在一个和同一工艺步骤中将一部分材料从最高450℃加热到至少550℃的装置。
6.权利要求5的设备，其特征在于所述装置包括分流器门(15，16)。
7.权利要求5或6的设备，其特征在于管道(2b)被构造成鹅颈的形式，其包括向上引导的第一部分、弯曲部分以及连接至旋风分离器(1b)的向下引导的第二部分。
8.权利要求5或6的设备，其特征在于管道(2b)具有超过至少其一部分长度的增大的直径。
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