СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ОБРАЗУЮЩИХСЯ В УСТАНОВКАХ ОБЖИГА ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА СОЕДИНЕНИЙ ХЛОРИДОВ Российский патент 2001 года по МПК B01D53/00 F23J15/06 

Изобретение относится к способу уменьшения соединений хлоридов, образующихся в установках обжига цементного клинкера. Принципиальной производственно-технической проблемой установок для обжига цементного клинкера являются соединения хлора, попадающие в пространство обжига как из сырья, так и из горючих материалов. Соединения хлора при понижении температуры ниже их температуры конденсации осаждаются и могут таким образом приводить к нарушениям режима работы установки. Вносимый хлор создает проблемы, в частности, при изготовлении цемента с низким содержанием щелочи. Для снижения производственных затрат стремятся применять также сырье и топливо с более высоким содержанием хлорида как для производства цемента нормального качества, так и для изготовления цемента с низким содержанием щелочи. Только таким способом можно использовать отходы в качестве вторичного топлива в большей концентрации, чем до настоящего времени.

В способах обжига цементного клинкера с повышенным содержанием хлорида уже известна установка байпасных систем, с помощью которых можно сократить нарушения режима работы, которые обуславливаются внутренними круговыми процессами в системе печь - теплообменник, которые однако приводят к другим недостаткам. С одной стороны, байпасные системы увеличивают удельную потребность в энергии установки, с другой стороны, образующееся количество пыли из соображений качества нельзя снова примешивать к конечному продукту - цементу, так что часто становится необходимым хранить большие количества образующейся пыли в каменоломнях или все чаще в организованных хранилищах отходов. Поэтому для обработки пыли с высоким содержанием хлоридов с весовым содержанием соединений хлоридов более 20%, а также для изготовления цемента с особенно низким содержанием щелочи невозможно применять обычные байпасные системы. Наиболее близким аналогом является способ, описанный в US 3887388 A, кл. C 04 B 7/44, опублик. 03.06.1975.

В основе изобретения лежит задача создать способ для уменьшения образующихся в установках для обжига цементного клинкера соединений хлоридов, который позволяет использовать при изготовлении нормального, а также имеющего пониженное содержание щелочи цемента также дешевое сырье и топливо, которые имеют повышенное содержание хлоридов.

Для решения этой задачи предлагается способ, содержащий следующие стадии:
a) отвод, по меньшей мере, части содержащих хлориды газов из газового пространства печи,
b) подвод газов к конденсатору, при этом поддержание температуры газов выше температуры конденсации соединений хлоридов,
c) охлаждение соединений хлоридов на охлаждаемых конденсационных поверхностях конденсатора до уровня ниже температуры конденсации,
d) отвод очищенных газов из конденсатора, предпочтительно последующий возврат газов в печное пространство,
e) непрерывное или прерывистое очищение конденсационных поверхностей от конденсирующихся на них кристаллов хлоридов и удаление кристаллов хлоридов из конденсатора.

Таким образом, согласно изобретению сперва отводят, по меньшей мере, часть содержащих хлориды газов из газового пространства печи. Это происходит в подходящем месте пространства печи между областью спекания и областью кальцинирования. Температура газов составляет здесь 900 - 1200^oC, предпочтительно около 1100^oC. Отведенные, содержащие большое количество хлоридов газы направляют затем к конденсатору, при этом с помощью подходящих средств температуру газов необходимо поддерживать на уровне выше температуры конденсации. Температура при входе в конденсатор должна составлять предпочтительно не менее 850^oC. Затем соединения хлоридов охлаждают на охлаждаемых конденсационных поверхностях конденсатора до уровня ниже температуры конденсации. При этом соединения хлоридов кристаллизируются непосредственно на конденсационных поверхностях, температура поверхности которых за счет применения соответствующей охлаждающей среды должна находиться в интервале между 300 и 400^oC. Поэтому согласно изобретению осаждение соединений хлора производят при большом градиенте температуры. Этот температурный градиент между температурой газа и температурой на относительно холодных конденсационных поверхностях составляет 700 - 800^oC, что приводит к почти мгновенной кристаллизации частиц хлоридов на конденсационных поверхностях.

После этого очищенные газы отводят из конденсатора предпочтительно через возвратный трубопровод, ведущий опосредованно или непосредственно в газовое пространство печи. Для удаления образующих на конденсационных поверхностях корку кристаллов хлоридов проводят, наконец, непрерывное или прерывистое очищение конденсационных поверхностей. Снятые таким образом кристаллы можно выводить из конденсатора, хранить соответствующим образом или использовать в специальных продуктах.

Предпочтительные варианты выполнения способа согласно изобретению являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

Изобретение поясняется ниже на примере выполнения с помощью чертежа, на котором изображена установка для обжига цементного клинкера. Изображение является чисто схематичным для отображения в первую очередь принципиальной схемы такой установки.

Показанная на чертеже установка для обжига цементного клинкера использует в качестве топочной камеры длинную вращающуюся трубчатую печь 1, которая обычным способом установлена с возможностью вращения вокруг своей собственной оси и расположена с легким наклоном, так что подаваемая через вход 2 сырьевая мука непрерывно транспортируется вдоль поверхности кожуха вращающейся трубы 1 к ее концу 3, где расположена горелка. Как обычно, длина вращающейся трубы 1 состоит из зоны 4 сушки и подогрева, зоны 5 кальцинирования и зоны 6 спекания. В зону 6 спекания проникает пламя 7 горелки 8. Горелка может работать на первичном топливе - жидком топливе, угле или газе, а также на вторичном топливе из отходов.

Хотя изобретение поясняется в данном случае на примере вращающейся трубчатой печи, это не должно рассматриваться как ограничение. Способ согласно изобретению можно реализовать также в отношении работающих с теплообменниками обжиговых и агломерационных печей.

Изображенная установка пригодна для использования сырья и топлива с относительно высоким содержанием хлоридов. Причиной для этого является, например, состав топлива. Если в горелке 8 сжигают исключительно жидкое топливо, то содержание хлоридов в образующихся газах относительно низкое. Однако, если для сжигания используют вторичные горючие материалы из отходов, то доля растворенных в газе соединений хлоридов может сильно возрастать. По меньшей мере, часть этого содержащего соединения хлоридов газа отводят из газового пространства печи 10 с помощью вытяжки 9, расположенной между зоной 5 кальцинирования и зоной 6 спекания. При этом температура газов составляет около 1100^oC. Затем газы по кратчайшему пути попадают в конденсатор 11 и проходят через него сверху вниз. В конденсаторе 11 находятся конденсационные поверхности 12, которые с помощью охлаждающей среды удерживаются в интервале температур 300 - 400^oC или ниже. При соприкосновении с конденсационными поверхностями 12 проходящего через конденсатор 11 газа соединения хлоридов кристаллизируются непосредственно на конденсационных поверхностях 12. Этот процесс происходит почти мгновенно, так как температурный градиент между температурой входящих в конденсатор 11 газов, равной, по меньшей мере, 850^oC, и температурой конденсационных поверхностей составляет 700 - 800^oC.

Очищенные газы выходят из корпуса конденсатора на нижнем конце и попадают через трубопровод 13 обратно в топочное пространство 10. Также на нижнем конце корпуса конденсатора расположен выход 13 для пыли, а также для кристаллизовавшихся, также пылеобразных соединений хлоридов. Они попадают через трубопровод 15 в пылеуловитель 16, который в данном примере выполнен в виде циклона. Через выход 15 твердого вещества из пылеуловителя 16 выходит высококонцентрированная хлоридная пыль. Газовые составляющие покидают пылеуловитель 16 через погружную трубу 18 и попадают, таким образом, через продолжение трубопровода 13 обратно в газовое пространство 10 печи установки.

Для возврата очищенных газов на чертеже изображены две альтернативные возможности. В первом альтернативном решении газы через окружающий вращающуюся трубу 1 питающий вход 19 попадают обратно в газовое пространство 10 печи. В качестве альтернативы газы через другой байпасный трубопровод 20 могут подаваться в верхнюю часть печи.

Кристаллизация соединений хлоридов непосредственно на конденсационных поверхностях 12 приводит там к непрерывному образованию слоев кристаллов. Для очищения конденсатор 11 снабжен системой очистки типа шариковый дождь, в которой металлические шарики с помощью расположенного над конденсационными поверхностями 12 распределителя 21 шариков распределяются в пространстве конденсатора. Шарики ударяются в конденсационные поверхности 12 и очищают их механическим способом, при этом твердые хлоридные частицы под действием силы тяжести и потока газов падают вниз в направлении выхода 14. То же относится и к шарикам, которые отделяют недалеко от выхода 14 и с помощью транспортера 22 шариков возвращают в кругооборот к распределителю 21 шариков. Вследствие механического воздействия шариков кристаллы хлоридов осаждаются, в основном, в пылеобразном состоянии вблизи выхода 14 и оттуда вместе с остальной пылью транспортируются к пылеуловителю 16.

Для приема образующегося в конденсаторе 11 конденсационного тепла предусмотрен теплообменник 23. Через него в качестве первичной среды проходит воздух или в качестве альтернативы жидкое топливо. Через теплообменные поверхности 24 теплообменника 23 проходит вторичная среда, предпочтительно термомасло с точкой кипения до 500^oC, которое в одном кругообороте одновременно омывает конденсационные поверхности 12 конденсатора 11 и охлаждает конденсационные поверхности 12 до 300 - 400^oC. Переносимое таким способом в конденсаторе 11 на вторичную среду тепло переносится в теплообменнике 23 на проходящий воздух или проходящее жидкое топливо и тем самым нагревает эту первичную среду, находящуюся в опосредованном теплообмене с вторичной средой, проходящей вдоль конденсационных поверхностей (12). Таким образом, образующееся в теплообменнике 23 тепло можно использовать для того, чтобы предварительно подогревать подводимое к горелке 8 жидкое топливо, для чего от теплообменника 23 к горелке 8 проходит трубопровод 25 жидкого топлива.

В качестве альтернативы в качестве первичной среды можно пропускать через теплообменник 23 воздух, который затем через трубопровод 29 и питающий вход 19 попадает в топочное пространство 10 в качестве предварительно подогретого воздуха вторичного сгорания. Для этого питающий вход 19 расположен в зоне 5 кальцинирования вращающейся трубы и предпочтительно вблизи дополнительного входа 27 для топлива. Через топливный вход 27 можно вводить спрессованные в блоки отходы 28 в качестве вторичного топлива непосредственно в зону 5 кальцинирования вращающейся трубы. Принципиальная конструкция такого топливного входа раскрыта в патенте США N 4850290. Примеры выполнения кольцеобразно окружающей вращающуюся трубу вытяжки 9, а также кольцеобразно охватывающего вращающуюся трубу питающего входа 19 описаны в патенте США N 5454715 и поэтому не требуют детального пояснения.

Если в отведенных из топочного пространства через вытяжку 9 газах содержится пыль, образуемая в процессе кальцинирования, соответственно спекания, то она проходит также через конденсатор 11 и конденсационные поверхности 12. Эта пыль вместе с также пылеобразными кристаллами хлоридов собирается на нижнем выходе 14 конденсатора 11 и выпадает в следующем за ним пылеуловителе 16 в виде твердого вещества на выходе 17. Это выходное твердое вещество представляет собой поэтому высококонцентрированную хлоридную пыль с весовым содержанием соединений хлоридов в общем количестве пыли, равном, по меньшей мере, 20%.

Перечень позиций
1 Вращающаяся труба
2 Вход
3 Конец со стороны горелки
4 Зона сушки и подогрева
5 Зона кальцинирования
6 Зона спекания
7 Пламя
8 Горелка
9 Вытяжка
10 Газовое пространство печи
11 Конденсатор
12 Конденсационные поверхности
13 Трубопровод
14 Выход
15 Трубопровод
16 Пылеуловитель
17 Выход твердого вещества
18 Погружная труба
19 Питающий вход
20 Другой трубопровод
21 Распределитель шариков
22 Транспортер шариков
23 Теплообменник
24 Теплообменные поверхности
25 Трубопровод для жидкого топлива
26 Воздухопровод
27 Топливный вход
28 Отходыо

Предложен способ для уменьшения образующихся в установках для обжига цементного клинкера соединений хлоридов. Способ содержит следующие стадии: а) отводят, по меньшей мере, часть содержащих хлориды газов из газового пространства печи, b) подводят газы к конденсатору, при этом поддерживают температуру газов выше температуры конденсации соединений хлоридов, с) охлаждают соединения хлоридов на охлаждаемых конденсационных поверхностях конденсатора до уровня ниже температуры конденсации, d) отводят очищенные газы из конденсатора, е) очищают конденсационные поверхности от конденсирующихся на них кристаллов хлоридов и удаляют кристаллы хлоридов из конденсатора. Технический результат: при применении предложенного способа можно при производстве нормального цемента, а также цемента с пониженным содержанием щелочи использовать также сырье и топливо, которые имеют повышенное содержание хлоридов. 9 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ уменьшения образующихся в установках для обжига цементного клинкера соединений хлоридов, при котором отводят, по меньшей мере, часть содержащих хлориды газов из газового пространства печи, отличающийся тем, что а) подводят газы к конденсатору (11), при этом поддерживают температуру газов выше температуры конденсации соединений хлоридов, б) охлаждают соединения хлоридов на охлаждаемых конденсационных поверхностях (12) конденсатора (11) до уровня ниже температуры конденсации, в) отводят очищенные газы из конденсатора (11), затем, предпочтительно, возвращают газы в газовое печное пространство (10), г) непрерывно или прерывисто очищают конденсационные поверхности (12) от конденсирующихся на них кристаллов хлоридов и удаляют кристаллы хлоридов из конденсатора (11). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве среды, принимающей конденсационное тепло, используют жидкое топливо, которое затем подводят к горелке (8) в качестве первичного топлива для нагрева газового пространства (10) печи. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве среды, принимающей конденсационное тепло, используют воздух, который затем подают в газовое пространство (10) печи в качестве воздуха вторичного сгорания. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что подачу подогретого воздуха производят в области топливного входа (27) для вторичного топлива, ведущего в газовое пространство (10) печи. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что вторичное топливо является отходами. 6. Способ по одному из пп.2-5, отличающийся тем, что принимающая конденсационное тепло среда находится в опосредованном теплообмене с вторичной средой, которая проходит вдоль конденсационных поверхностей (12) конденсатора (11) и охлаждает их. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве вторичной среды используют термомасло с температурой кипения до 500°С. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что очищенные газы возвращают непосредственно в газовое пространство (10) печи. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что очищенные газы возвращают через байпасный трубопровод (20) в верхнюю часть печи. 10. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что конденсатор (11) снабжен механически действующей системой очистки, предпочтительно, системой очистки типа шариковый дождь, с обратной транспортировкой собираемых на нижнем конце конденсатора (11) шариков к расположенному над конденсационными поверхностями (12) распределителю (21) шариков.