ЛИНИЯ ДЛЯ ОБЖИГА КЛИНКЕРА Российский патент 2003 года по МПК C04B7/43 

Область техники
Изобретение касается линии для обжига клинкера, в частности цементного клинкера, которая состоит из ротационной печи, после которой размещен воздушный охладитель клинкера, оснащенный подводом охлаждающего воздуха в охлаждающую часть и по меньшей мере одним выводом обогретого воздуха из охладителя и ротационной печи, при этом линия имеет предварительный подогреватель порошкового сырья, который образует система взаимно серийно соединенных циклонов или в комбинации с шахтным теплообменником.

Уровень техники
До сих пор использовались линии для обжига клинкера, в частности цементного клинкера, где часть тепла, полученного при охлаждении клинкера на выходе из ротационной печи, подводится при помощи предварительно подогретого воздуха в процесс обжига в ротационной печи, или в сопряженное предварительно кальцинирующее оборудование, которое является частью этих линий. Остальное тепло в большинстве случаев не используется для конкретного технологического процесса обжига и отводится из охладителя совместно с отходящим воздухом.

Клинкер после отвала из ротационной печи можно характеризовать как смесь больших кусков, мелких гранул и большого количества пыли. Настоящая смесь имеет высокую температуру, незначительно ниже температуры слипания в отдельные блоки. Для охлаждения такого материала в настоящее время оптимальным является решетчатый охладитель, принцип которого заключается в использовании теплообмена при перекрестном поступлении охлаждающего воздуха, который после принятия определенного количества тепловой энергии выводится из решетчатого охладителя. С теплотехнической точки зрения настоящий обмен менее эффективен, чем, например, противоточный обмен.

Постепенное усовершенствование производства цементного клинкера ведет к постоянному снижению специфического потребления тепла для его обжига, в результате чего уменьшается необходимый объем охлаждающего воздуха, который получается в сопряженном охлаждающем оборудовании, например, в указанном решетчатом охладителе, и который можно позже использовать кик предварительно подогретый воздух в собственном процессе обжига. Результатом является то, что необходимое количество предварительно подогретого воздуха для горения при более экономичном процессе обжига является меньшим. В результате чрезмерно повышается температура воздуха для горения, что в связи с высокими рабочими температурами неблагоприятно влияет на срок службы оборудования, в частности на отвале из ротационной печи, включительно печной горелки, на входе клинкера в охладитель, или в области предварительной кальцинации.

Кроме этих неблагоприятных данных, которые до определенной степени препятствуют практическому применению в последующем уменьшенного потребления тепла для обжига, следующей невыгодой является уменьшение объема продуктов сгорания на выходе из ротационной печи. Это значит, что от определенной границы начнет неблагоприятно проявляться недостаток тепла для предварительного обогрева и частичной кальцинации материала в подогревателе, когда в месте охлаждения клинкера, выходящего из ротационной печи, появляется нежелательный избыток тепла.

Результатом указанных данных является ухудшение экономичности обжига и понижение эксплуатационного срока сопряженного технологического оборудования, что невыгодно проявляется в повышении инвестиционных и эксплуатационных расходов на единицу продукта.

Раскрытие изобретения
Описанные недостатки, неблагоприятные эксплуатационные и тепловые итоги значительно устраняет предмет изобретения, которым является линия для обжига клинкера, в частности цементного клинкера, которая состоит из ротационной печи, после которой размещен воздушный охладитель клинкера, оснащенный подводом охлаждающего воздуха в охлаждающую часть и по меньшей мере одним выводом обогретого воздуха из охладителя и ротационной печи, при этом линия имеет предварительный подогреватель порошкового сырья, который образует система взаимно серийно соединенных циклонов или в комбинации с шахтным теплообменником.

Суть изобретения заключается в том, что по меньшей мере один вывод из охладителя при помощи соединительного трубопровода примыкает по меньшей мере к одному из соединительных трубопроводов средней части вертикального предварительного подогревателя, или соединительный трубопровод при помощи разделительного элемента разветвлен по меньшей мере на две ветви, каждая из которых самостоятельно примыкает к одному из соединительных трубопроводов средней части вертикального предварительного подогревателя.

Следующая суть изобретения в линии для обжига клинкера, у которой подогреватель порошкового сырья разделен на две части - высокотемпературную и низкотемпературную части, которые взаимно соединены реверсивным трубопроводом, заключается в том, что охладитель оснащен по меньшей мере двумя выводами горячего воздуха, первым выводом горячего воздуха с высшей температурой и вторым выводом горячего воздуха с низшей температурой, причем первый вывод горячего воздуха при помощи соединительного трубопровода примыкает по меньшей мере к одному из соединительных трубопроводов средней части высокотемпературной части вертикального подогревателя, а второй вывод горячего воздуха при помощи дополнительного соединительного трубопровода примыкает к соединительному трубопроводу средней части вертикального подогревателя.

Суть изобретения также заключается в том, что соединительный трубопровод и/или дополнительный соединительный трубопровод примыкает к соединительному трубопроводу высокотемпературной части вертикального подогревателя и/или соединительного трубопровода низкотемпературной части вертикального подогревателя в месте, где температура горячих газов, выходящих из предыдущей ступени вертикального подогревателя порошкового сырья, отличается от температуры подаваемого горячего воздуха максимально на 20%, причем в соединительный и/или дополнительный соединительный трубопровод вмонтирован регулирующий элемент.

Суть изобретения также заключается в том, что отводной трубопровод входной камеры ротационной печи до нижнего циклона образует кальцинирующий канал с подводом топлива и дополнительным трубопроводом воздуха для горения, который соединен с входным пространством решетчатого охладителя, причем дополнительный трубопровод с соединительным трубопроводом и/или дополнительным соединительным трубопроводом выгодно соединен при помощи соединительного трубопровода, который может быть, согласно изобретению, оснащен запорным элементом.

Применение конструкции согласно изобретению дает возможность перевести часть тепловой энергии, которая получается в охладителе клинкера и которую невозможно рационально использовать в процессе обжига, в область подогрева сырья. В результате снижается потребление тепла на обжиг и этим достигается снижение тепловой и эксплуатационной нагрузки экспонированных частей обжигающего процесса, а также снижение производственных расходов на единицу продукта.

Краткое описание чертежей
Примеры исполнения конструкции в соответствии с изобретением схематически изображены на прилагаемых чертежах, где на фиг.1 изображена линия для обжига клинкера с традиционным исполнением подогревателя, а на фиг.2 - линия с температурно разделенным подогревателем.

Примеры исполнения изобретения
Линия для обжига клинкера в конструктивном исполнении в соответствии с фиг. 1 состоит из вертикального подогревателя 1 порошкового сырья, ротационной печи 3 и решетчатого охладителя 4 обожженного клинкера. Ротационная печь 3 вращающе размещена с трением качения на роликовой опоре 300. В начале ротационной печи 3, а в конце - отвал 31 клинкера.

Вертикальный подогреватель 1 образуется системой размещенных один над другим циклонов, а именно: нижним циклоном 11, вторым, третьим, четвертым циклонами 12, 13, 14 и последним верхним циклоном 15. Все эти циклоны взаимно серийно подсоединены и известным методом с одной стороны соединены соединительным трубопроводом 120-150 горячего газа, с другой стороны - выходным трубопроводом 121-151 порошкового сырья так, что всегда выходной трубопровод верхнего циклона, например выходной трубопровод 131 третьего циклона 13, введен на начало соединительного трубопровода предыдущей пары циклонов, в данном случае к соединительному трубопроводу 120 нижнего циклона 11 и второго циклона 12.

Нижний циклон 11 соединен с входной камерой 30 ротационной печи 3 как выходным трубопроводом 111 подогретого порошкового сырья, так и отводным трубопроводом 110, где в его нижнюю часть приведен выходной трубопровод 121 подогретого порошкового сырья последующего - второго циклона 12. Выход теплого газа с верхнего циклона 15 соединен при помощи отводного трубопровода 160 с последующим, на фиг. 1 не изображенным элементом технологического комплекса. К нижней части соединительного трубопровода 150, к которому подсоединен верхний циклон 15, примыкает подвод 7 подогретого порошкового сырья. Конструкционные детали отдельных элементов вертикального подогревателя 1 достаточно знакомы, не имеют влияния на суть изобретения, поэтому подробно не описываются.

Отвал 31 ротационной печи 3 примыкает к входному пространству 41 решетчатого охладителя 4 клинкера, через который также проходит печная горелка 32, которой осуществляется технологически необходимая рабочая температура и, следовательно, технологический процесс в ротационной печи 3. Решетчатый охладитель 4 образуется охлаждающей решеткой 42, которая примыкает к выходной камере 44 с отвалом 440, под которым находится конвейер 8. Под охлаждающей решеткой 42 в корпусе решетчатого охладителя 4 находится система сборных приемников 420. К пространству под охлаждающей решеткой 42 также примыкает выход вентилятора 43 охлаждающего воздуха, один из которых изображен на фиг. 1. Верхняя часть корпуса решетчатого охладителя 4 в настоящем примерном исполнении оснащена выводами - первым выводом 45 и вторым выводом 46 отходящего обогретого охлаждающего воздуха, первый из них 45 посредством дополнительного трубопровода 450 соединен с соединительным трубопроводом 130 вертикального подогревателя 1. В этом трубопроводе 450 далее вмонтирован регулирующий элемент 451, например, бабочковидный вентиль. Второй вывод 46 при помощи дополнительного соединительного трубопровода 460 соединен с последующим, для предмета изобретения несущественным технологическим оборудованием, например, с пылеулавливающим оборудованием.

Далее на фиг.1 штрихами изображен конструктивный вариант, при котором к верней части соединительного трубопровода 450 при помощи разделительного элемента 452, например регулирующего вентиля, подсоединена дополнительная ветка 453, которая соединена с соединительным трубопроводом 140, который примыкает к четвертому циклону 14.

Верхняя часть 41 решетчатого охладителя 4 при помощи дополнительного трубопровода 60 воздуха для горения соединена с нижней частью соединительного трубопровода 110, к которому одновременно примыкает подвод 61 предварительно кальцинированного топлива. Как далее на фиг.1 изображено штрихами, возможен вариант, когда соединительный трубопровод 450 и дополнительный трубопровод 60 воздуха для горения взаимно соединены соединительным трубопроводом 62, который выгодно оснащен запорным элементом 620, например, задвижкой.

В примерном исполнении по фиг.2 вертикальный подогреватель 1 разделен на две части, высокотемпературную часть 10, состоящую из трех вертикально размещенных и взаимно серийно соединенных циклонов, а именно нижнего циклона 11, второго циклона 12 и третьего циклона 13, и низкотемпературную часть 20, которая состоит из размещенного в самом низу шахтового теплообменника 21 и последующей пары циклонов, а именно нижнего циклона 22 и верхнего циклона 23. Обе эти части взаимно смещены по высоте так, что вход в шахтовый теплообменник 21 низкотемпературной части 20 расположен ниже, чем выход из самого высокого - третьего циклона 13 высокотемпературной части 10 и взаимно соединены реверсивным трубопроводом 5 теплого газа. Конструктивные принципы взаимного соединения циклонов 11-13, или 22-23, а также подсоединение нижнего циклона 11 к входной камере 30 ротационной печи 3 и подсоединение выходного пространства 41 решетчатого охладителя 4 с соединительным трубопроводом 110 по сути идентичны с конструкцией, изображенной на фиг.1.

Примерное исполнение по фиг.2 помимо описанного разделения вертикального подогревателя 1 на две самостоятельные части отличается тем, что решетчатый охладитель 4 имеет третий вывод 47 горячего воздуха, который оснащен входным трубопроводом 470, а второй вывод 46 горячего воздуха в данном случае соединен дополнительным соединительным трубопроводом 460 (на фиг.2 изображен штрихами) с низкотемпературной частью 20 вертикального подогревателя 1, конкретно с соединительным трубопроводом 220, который ведет от шахтного теплообменника 21 к нижнему циклону 22. Выходной трубопровод 211 шахтного теплообменника 21 введен в соединительный трубопровод 450, который подобно конструкции по фиг.1 соединяет первый вывод 45 решетчатого охладителя 4 с соединительным трубопроводом 130 высокотемпературной части 10 вертикального подогревателя 1. У этого конструкционного варианта по необходимости применяемый регулирующий элемент 451 включен в соединительный трубопровод 450 перед подсоединением выходного трубопровода 211.

Действие линии для обжига клинкера на основании изобретения следующая. Собственный обжиг происходит в ротационной печи 3, в входную камеру 30 которой подается подогретое порошковое сырье при помощи входного трубопровода 111 из нижнего циклона 11. После ее прохождения через ротационную печь 3, в которой происходит требуемый технологический процесс, образуемый клинкер транспортируется из отвала 31 ротационной печи 3 на входное пространство верхней части 41 решетчатого охладителя 4 и проходит по нему при помощи движения части охлаждающей решетки 42 к выходной камере 44, из которой через отвал 440 отводится конвейером 8 в направлении стрелки Т к последующей обработке.

В конструктивном исполнении по фиг.1 порошковое сырье подается подводом 7 в нижнюю часть соединительного трубопровода 150 вертикального подогревателя 1 и горячим газом, который движется в направлении стрелки R, при его одновременном обогреве передвигается в верхний циклон 15. После этого постепенно падает известным методом в направлении стрелок S через его отдельные нижние циклоны 14-12 в нижний циклон 11 и оттуда во входную камеру 30 ротационной печи 3. При прохождении соединительным трубопроводом 140-120 и отводным трубопроводом 110 порошковое сырье подогревается на высшую температуру горячими газами, которые продвигаются от ротационной печи 3 в направлении стрелок R вверх. В соответствии с изобретением кроме того в среднюю часть соединительного трубопровода 130 подается из первого вывода 45 решетчатого охладителя 4 соединительным трубопроводом 450 часть горячего воздуха, который возникает как продукт при охлаждении клинкера, образованного в ротационной печи 3.

Место примыкания соединительного трубопровода 450 можно выгодно выбрать так, чтобы температура дополнительного горячего воздуха в этом месте не сильно отличалась от температуры горячих газов, которые протекают к соединительному трубопроводу 130 от выходной камеры 30 ротационной печи 3 после прохождения обоими предыдущими циклонами, нижним циклоном 11 и вторым циклоном 12. Место подсоединения выгодно выбрано так, чтобы температуры обеих указанных сред не отличались между собой свыше 20%. Использованием хотя бы части горячего воздуха, который возникает в решетчатом охладителе 4, значительно улучшится температурное соотношение в этом месте и следовательно и температурный баланс вертикального подогревателя 1.

Количество дополнительного теплого воздуха из соединительного трубопровода 450 выгодно регулируется в зависимости от моментального рабочего режима оборудования регулирующим элементом 451, например вентилем. Остальной, менее теплый воздух, отводится вторым выводом 46 и присоединенным к нему дополнительным соединительным трубопроводом 460 на последующий процесс.

При реализации кальцинации порошкового сырья перед его входом в ротационную печь 3 в управляющем трубопроводе 110 в это место подведен дополнительным трубопроводом 60 горячий воздух для сжигания из самого теплого места решетчатого охладителя 4, то есть из его входного пространства 41 и одновременно в это место подводом 61 подается дополнительное топливо.

В случае конструктивного варианта, изображенного на фиг.1 штрихами, часть горячего воздуха подводится из первого вывода 45 решетчатого охладителя 4 при помощи дополнительной ветки 453 соединительного трубопровода 450 одновременно к следующему месту вертикального подогревателя 1, причем его количество в обеих ветвях можно установить разделительным элементом 452. В другом конструктивном варианте по фиг.1 можно отделить при помощи соединительного трубопровода 62 часть горячего воздуха из дополнительного трубопровода 60 и использовать его для улучшения теплового баланса системы в целом, например, случае, когда горячий воздух, отводимый из первого вывода 45, не имеет необходимой температуры. Количество разделенного горячего воздуха можно снова установить запорным элементом 620.

В вариантном исполнении по фиг.2 принцип похож.

Горячие газы, которые выходят из выходной камеры 30 ротационной печи 3, постепенно проходят в направлении стрелок R высокотемпературной частью 10, реверсивным трубопроводом 5 и низкотемпературной частью 20. Порошковое сырье в настоящем случае вводится в низкотемпературную часть 20 подводом 7 в направлении стрелки V и после первого обогрева при помощи горячих газов, которые протекают соединительным трубопроводом 230 в направлении стрелки R, подается в верхний циклон 23. После этого проходит в направлении стрелок S системой выходных трубопроводов 231 и 221 в верхнюю часть шахтного теплообменника 21 и далее в его выходной трубопровод 211. Через него подводится к соединительному трубопроводу 450, которым при помощи потока горячего воздуха вводится в нижнюю часть соединительного трубопровода 130 высокотемпературной части 10, которую впоследствии проходит так, как описано в предыдущем варианте. Также здесь положительно содействует доля горячего воздуха, подводимого из первого вывода 45 решетчатого охладителя 4 к энергетическому балансу оборудования в целом, сверх того настоящий поток горячего воздуха используется для транспортировки подогретого порошкового сырья из низкотемпературной части 20. Регулирующим элементом 451, который в настоящем случае размещен перед устьем выходного трубопровода 211, снова можно регулировать режим протекания смеси горячего воздуха и подогретого порошкового сырья соответствующей частью соединительного трубопровода 450.

В отличие от предыдущего варианта исполнения, в прикладной конструкции по фиг. 2 использована тепловая энергия менее горячего охлаждающего воздуха из концевой части решетчатого охладителя 4, который из его второго вывода 46 введен дополнительным соединительным трубопроводом 460 в среднюю часть низкотемпературной части 20 вертикального подогревателя 1, в частности в нижнюю часть соединительного трубопровода 220. И в этом случае сохраняется выгодное конструкционное исполнение, при котором температура воздуха, подаваемого дополнительным соединительным трубопроводом 460, незначительно отличается от температуры горячих газов в соответствующем месте соединительного трубопровода 220. Самый холодный воздух из решетчатого охладителя 4 отводится выходным трубопроводом 470 из третьего вывода 47.

Как видно, предмет изобретения не связан только с изображенным примером исполнения. Суть изобретения останется сохраненной и при применении у иных вариантов исполнения обогревателей, например, у многоветочных обогревателей, или с другим количеством теплообменных ступеней. Кроме того, количество и места соединения подводов дополнительного горячего воздуха из охлаждающего оборудования клинкера могут быть разными, также как и горячий воздух может подаваться на разные места подогревателя порошкового сырья с возможным учетом температуры подаваемого воздуха. То же относится к типу и конструкции применяемого охладителя клинкера, который может быть в ином исполнении, в частности при ином типе изготавливаемого окончательного материала, например, при производстве гидравлической извести.

Также видно, что у примерных исполнений изображенные виды соединений, разветвлений и регулирование потока горячего воздуха могут быть комбинированы независимо друг от друга с учетом рабочего, в частности теплового режима системы в целом.

Область использования
Конструкционное изменение в соответствии с изобретением можно выгодно использовать для линии по обжигу клинкера, в частности для линий с высшей мощностью и с оборудованием для кальцинации сырья перед его входом в ротационную печь.

Изобретение относится к конструкции линии для обжига клинкера, которая состоит из ротационной печи, после которой стоит воздушный охладитель клинкера, оснащенный подводом охлаждающего воздуха и по меньшей мере одним выводом обогретого воздуха из охладителя к ротационной печи. При этом линия имеет предварительный подогреватель порошкового сырья, который образует система вертикально размещенных и взаимно серийно соединенных циклонов с возможным подключением шахтного теплообменника. Охладитель клинкера имеет по меньшей мере один вывод, который при помощи соединительного трубопровода примыкает по меньшей мере к одному из соединительных трубопроводов средней части вертикального подогревателя. При конструкции линии с применением разделенного вертикального подогревателя на высокотемпературную часть и низкотемпературную часть имеется охладитель клинкера, оснащенный по меньшей мере двумя выводами горячего воздуха, один из которых примыкает к соединительному трубопроводу средней части низкотемпературной части. Технический результат - снижение потребления тепла при обжиге. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Линия для обжига клинкера, в частности цементного клинкера, состоящая из ротационной печи, после которой размещен воздушный охладитель клинкера, оснащенный подводом охлаждающего воздуха в охлаждающую часть и по меньшей мере одним выводом обогретого воздуха из охладителя и ротационной печи, при этом линия имеет предварительный подогреватель порошкового сырья, который образует система взаимно серийно соединенных циклонов или в комбинации с шахтным теплообменником, отличающаяся тем, что по меньшей мере один вывод (45) из охладителя (4) при помощи соединительного трубопровода (450) примыкает по меньшей мере к одному из соединительных трубопроводов (120,130,140) средней части вертикального предварительного подогревателя (1). 2. Линия для обжига клинкера по п. 1, отличающаяся тем, что соединительный трубопровод (450) при помощи разделительного элемента (452) разветвлен по меньшей мере на две ветви (453), каждая из которых самостоятельно примыкает к одному из соединительных трубопроводов (130,140) средней части вертикального предварительного подогревателя (1). 3. Линия для обжига клинкера по п. 1 или 2, у которой подогреватель порошкового сырья разделен на две части - высокотемпературную и низкотемпературную части, которые взаимно соединены реверсивным трубопроводом, отличающаяся тем, что охладитель (4) оснащен по меньшей мере двумя выводами горячего воздуха, первым выводом (45) горячего воздуха с высшей температурой и вторым выводом (46) горячего воздуха с низшей температурой, причем первый вывод (45) горячего воздуха при помощи соединительного трубопровода (450) примыкает по меньшей мере к одному из соединительных трубопроводов (120, 130, 140) средней части высокотемпературной части (10) вертикального подогревателя (1), а второй вывод (46) горячего воздуха при помощи дополнительного соединительного трубопровода (460) примыкает к соединительному трубопроводу (220) средней части низкотемпературной части (20) вертикального подогревателя (1). 4. Линия для обжига клинкера по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что соединительный трубопровод (450) и/или дополнительный соединительный трубопровод (460) примыкает к соединительному трубопроводу (130) высокотемпературной части (10) вертикального подогревателя (1) и/или соединительного трубопровода (220) низкотемпературной части (20) вертикального подогревателя (1) в месте, в котором температура горячих газов, выходящих из предыдущей ступени вертикального подогревателя (1) порошкового сырья, отличается от температуры горячего воздуха максимально на 20%. 5. Линия для обжига клинкера по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что в соединительный трубопровод (450) и/или в дополнительный соединительный трубопровод (460) вмонтирован регулирующий элемент (451). 6. Линия для обжига клинкера по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что отводной трубопровод (110) входной камеры (30) ротационной печи (3) до нижнего циклона (11) образует кальцинирующий канал с подводом (61) топлива и дополнительным трубопроводом (60) воздуха для горения, который соединен с входным пространством (41) решетчатого охладителя (4). 7. Линия для обжига клинкера по п. 6, отличающаяся тем, что дополнительный трубопровод (60), соединительный трубопровод (450) и/или дополнительный соединительный трубопровод (460) взаимно соединены соединительным трубопроводом (62). 8. Линия для обжига клинкера по п. 7, отличающаяся тем, что соединительный трубопровод (62) оснащен запорным элементом (620).