ВРАЩАЮЩАЯСЯ ОБЖИГОВАЯ ПЕЧЬ НА АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТОПЛИВАХ Российский патент 2012 года по МПК C04B7/44 

Настоящее изобретение относится к способу обжига исходных материалов, таких как смесь цементного сырья, известняк или другие минаралосодержащие исходные материалы, при выполнении которого исходные материалы и вторичное топливо раздельно вводят в одну и ту же вращающуюся обжиговую печь, в которой как исходные материалы, так и вторичное топливо нагреваются газами, образованными при сгорании первичного топлива во вращающейся обжиговой печи, так что вторичное топливо конвертируется в газы и твердое вещество в виде остаточных продуктов сгорания.

Примерами различных топлив, которые могут быть использованы в качестве вторичного топлива, могут служить автомобильные покрышки, шпалы, мебель, дорожное покрытие, отходы деревообработки, садовые отбросы, кухонные отходы, бумажная мелочь, биомасса, осадок сточных вод, мясные и костные отбросы, фуллерова земля, отходы производства и крупнокусковой уголь.

Указанный способ известен из ЕР 0105322 В1. В этом патенте описан способ изготовления цементного клинкера, в котором смесь цементного сырья нагревают в устройстве предварительного нагрева, вводят и спекают во вращающейся обжиговой печи и затем охлаждают в холодильнике кринкера. Нагретая смесь цементного сырья и вторичное топливо вводятся во вращающуюся обжиговую печь в одном и том же месте и нагреваются при контакте с газами, образующимися при сгорании первичного топлива во вращающейся обжиговой печи. Так как вторичное топливо и смесь цементного сырья вводятся в одну и ту же область вращающейся обжиговой печи, смесь цементного сырья находится в непосредственном контакте с зонами восстановления, образующимися при сжигании вторичного топлива. Зоны восстановления образуются, когда стехиометрическое соотношение между окислителями (например О₂), с одной стороны, и топливом и промежуточными продуктами сгорания (такими, как свободный углерод, СО и Н₂), с другой стороны, таково, что количество топлива превышает количество окислителей. Такие зоны восстановления всегда образуются локально вокруг топливных частиц и вокруг горючих газов и жидкостей. В соответствии с изобретением, описанным в европейском патенте, существует непосредственный контакт между смесью цементного сырья и зонами восстановления, что влечет за собой ряд недостатков. Во-первых, в областях обжиговой системы, где существуют противопотоки газов и преобладающих составляющих твердых веществ, что типично для вращающейся обжиговой печи, возникает циркуляция материала, в которой компоненты высвобождаются из смеси цементного сырья, переходя в газовую фазу, в одной зоне обжиговой установки и затем повторно поглощаются смесью цементного сырья в другой зоне обжиговой установки и возвращаются обратно. Частью такого цикла может быть, например, сера. Первоначально сера находится в смеси цементного сырья в виде CaSO₄ или СаSO₄. CaSO₄ восстанавливается по следующим реакциям (и другим аналогичным реакциям).

где (s) - твердое состояние, (g) - газообразное состояние.

Сера повторно поглощается в виде CaS (возможно СаSО₃), когда газы охлаждаются и приходят в контакт с СаО/СаСО₃, например, на дальнейших циклонных стадиях процесса. Это приводит к накоплению серы в системе между устройством предварительного нагрева и восстановительной зоной горения. Другими вариантами в добавление к сере может быть циркуляция таких веществ, как галогены (Cl, Br, F), щелочные соединения (Na, K), а также Mg, Pb и Cd. По отдельности и в сочетании циркуляция материалов может приводить к увеличению нароста в системе, прежде всего в вентиляционном стояке. Кроме того, в ответ на образование такой циркуляции могут измениться свойства твердых материалов, приводя, например, к возникновению циклонных блокад. Желательно избежать образования такого нароста и упомянутых изменений параметров потока, так как они приводят к проблемам с отложением материала и забиванием установки.

Вторая проблема с зонами восстановления в смеси цементного сырья заключается в том, что восстанавливаются такие металлы, как Fе и Сr. Например, Fe может быть восстановлено в соответствии с нижеследующей реакцией.

Восстановление металлов может отрицательно влиять на качество конечного продукта и поэтому его следует избегать.

Кроме указанных недостатков существует также риск того, что смесь цементного сырья при перемешивании со вторичным топливом будет оседать на поверхности топлива, что частично или полностью ограничит перенос вещества между газами и вторичным топливом, приводя к снижению скорости конверсии топлива.

Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении способа, где устраняются или значительно снижаются указанные недостатки.

В соответствии с настоящим изобретением это достигается способом указанного во вводной части вида, отличающимся тем, что вторичное топливо в процессе конверсии в газы и твердые материалы удерживается отдельно от введенной смеси цементного сырья, и тем, что вторичное топливо вводится и проходит конверсию в области вращающейся обжиговой печи, находящейся в направлении протяженности этой печи к холодильнику клинкера перед местом ввода во вращающуюся обжиговую печь смеси цементного сырья. За счет этого получается, что вторичное топливо и, следовательно, локальные зоны восстановления и большие области с условиями для восстановления имеют минимальный контакт со смесью цементного сырья. Поэтому упомянутые недостатки, связанные с восстановлением исходного материала, сводятся к абсолютному минимуму.

Примеры химических реакций конверсии вторичного топлива включают пиролиз, сгорание и газификацию. Газы, образующиеся в этих реакциях, содержат энергию и потенциально горючие газы, и, следовательно, они могут быть использованы в качестве источника энергии или химически активного газа в других процессах, например при кальцинировании. Состав газов, высвобожденных в процессе конверсии топлива, имеет значение с точки зрения способа и эффективности передачи энергии в последующих процессах. Кроме того, будучи выведенными из вращающейся обжиговой печи и возможно очищенными, эти газы могут быть использованы в качестве восстановительного агента в других химических процессах. Это представляет особый интерес, если газы используются в горнодобывающей промышленности, где часто требуется восстановление металлов.

В предпочтительном варианте реализации исходный материал представляет собой смесь цементного сырья, предварительно нагретую перед вводом во вращающуюся обжиговую печь, где она спекается в цементный клинкер, охлаждаемый затем в холодильнике клинкера. Предпочтительно смесь цементного сырья предварительно нагревается по меньшей мере до 700°С, то есть перед вводом полностью или частично кальцинируется. Смесь цементного сырья и вторичное топливо раздельно вводятся через несколько вводных каналов вращающейся обжиговой печи. Вторичное топливо вводится и проходит конверсию в области вращающейся обжиговой печи, находящейся в направлении протяженности этой печи к холодильнику клинкера перед местом ввода во вращающуюся обжиговую печь смеси цементного сырья. То есть во время конверсии в газы и твердый материал вторичное топливо удерживается отдельно от введенной смеси цементного сырья. В принципе, можно предположить, что расстояние между местами ввода может быть любой разумной величины до тех пор, пока оно достаточно для обеспечения того, чтобы локальные зоны восстановления, так же как большие области с восстановительными условиями, имели минимальный контакт со смесью цементного сырья. Однако предпочтительно, чтобы расстояние по осевой линии вращающейся обжиговой печи между двумя местами введения было равно по меньшей мере ее внутреннему диаметру. Под местом введения подразумевается центр области, в которую введенный материал попадает из входного канала. Под расстоянием вдоль осевой линии вращающейся обжиговой печи между двумя местами введения подразумевается расстояние между двумя местами введения, спроектированными по вертикали на осевую линию печи. Оптимальное расстояние зависит от ряда факторов, но оно предпочтительно должно лежать между одним и четырьмя внутренними диаметрами вращающейся обжиговой печи.

Представленный способ может также вносить вклад в снижение содержания NO_x в газах, образующихся при сжигании первичного топлива. Снижение содержания NO_x происходит, когда NO_x, содержащиеся в газах, проходящих через вращающуюся обжиговую печь, приводятся в контакт с зонами восстановления вокруг вторичного топлива, а также с пиролизными газами и другими восстанавливающими газами, высвобожденными в процессе конверсии топлива, что запускает различные реакции восстановления NO_x и снижения содержания NO_x в газах. Предпочтительно, чтобы в установке некоторое количество воздуха горения направлялось в обход вращающейся обжиговой печи, например, по трубопроводу, подающему воздух от холодильника в кальцинатор. Тогда конверсия вторичного топлива во вращающейся обжиговой печи будет протекать с более низкой скоростью и часто при более низкой температуре, чем было бы, если полный поток воздуха пропускать через печь.

Если какой-то воздушный поток направляется в обход вращающейся обжиговой печи по упомянутому трубопроводу, то некоторая часть этого воздуха предпочтительно может быть введена вместе со смесью цементного сырья, если это желательно для получения более высокой температуры и повышения скорости конверсии вторичного топлива. Вместо предварительно нагретого воздуха из холодильника может быть использован полностью или частично обогащенный кислородом воздух или другие предварительно нагретые технологические газы.

На участке внутри вращающейся обжиговой печи в месте введения вторичного топлива могут быть обеспечены средства механического воздействия на вторичное топливо так, чтобы создать улучшенное перемешивание твердой фазы топлива. Такими средствами могут быть подъемники, изготовленные из металла, камня или другого теплостойкого материала. При вращении обжиговой печи подъемники поднимают на более высокий уровень топливо в печи, которое затем будет опускаться, снова проходя сквозь газы. Это приводит к улучшенному смешиванию, тем самым улучшая поверхностный контакт между частицами топлива и газами. Это также увеличивает скорость конверсии топлива и может быть использовано для улучшения захвата твердого вещества потоком газа. Кроме того, это обеспечивает улученное распределение компонент в газах. Такие средства, как абразивы, введенные в область вторичного топлива, могут быть использованы для измельчения топлива в процессе конверсии. Это особенно относится к состоящей из нагара части топлива, которая особенно хрупкая и поэтому легко измельчаемая абразивами с последующим вовлечением в поток газов и конверсией в кальцинаторе.

Внутри обжиговой печи могут быть также обеспечены такие средства, как направленные вверх кромки или решетчатые конструкции, предназначенные для ограничения площади сгорания вторичного топлива, что удерживает топливо от перемещения поперек указанных средств и вниз по вращающейся обжиговой печи до тех пор, пока оно вследствие нагрева не приобретет нужные структурные характеристики. Это гарантирует, что в основном только шлаки от топлива имеют возможность миновать указанные средства и впоследствии смешаться со смесью цементного сырья.

Далее изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором показана установка для реализации предлагаемого в изобретении способа.

На фиг.1 представлена установка 1 для изготовления цементного клинкера, в которой смесь цементного сырья предварительно нагревается в устройстве 2 предварительного подогрева, спекается в клинкер во вращающейся обжиговой печи 3 и затем охлаждается в холодильнике 4 клинкера. Предварительно нагретая смесь цементного сырья и вторичное топливо вводятся через раздельные приемные каналы 5, 6 в одну и ту же вращающуюся обжиговую печь. Как исходное цементное сырье, так и вторичное топливо нагреваются газами, образующимися при сгорании первичного топлива во вращающейся обжиговой печи 3, так что вторичное топливо конвертируется (превращается) в газы и твердое вещество в виде остаточных продуктов сгорания. Технологические газы известным образом прогоняются с помощью тягодутьевого устройства 7 через вращающуюся обжиговую печь 3 и далее через устройство 2 предварительного нагрева. Газы, образовавшиеся в процессе нагрева вторичного топлива, за исключением твердого вещества, увлеченного газами, могут быть использованы на дополнительных технологических стадиях, например в кальцинаторе 8. Горячий воздух из холодильника 4 клинкера направляется в кальцинатор 8 по трубопроводу 16. Вторичное топливо вводится через приемный канал 6 и проходит конверсию в области вращающейся обжиговой печи 3, находящейся в направлении протяженности этой печи к холодильнику 4 клинкера перед местом ввода во вращающуюся обжиговую печь 3 приемного канала 5 смеси цементного сырья. Вследствие этого вторичное топливо в процессе конверсии в газы и твердое вещество удерживается на некотором удалении от введенной смеси цементного сырья и локально расположенных зон восстановления, при этом большие области с условиями для восстановления имеют минимальный контакт со смесью цементного сырья.

Способ обжига исходных материалов, таких как смесь цементного сырья, известняк или другие минералосодержащие исходные материалы, при выполнении которого исходные материалы и вторичное топливо раздельно вводят в одну и ту же вращающуюся обжиговую печь, в которой исходные материалы, так же как вторичное топливо, нагреваются газами, образованными при сгорании первичного топлива во вращающейся обжиговой печи, так что вторичное топливо конвертируется в газы и твердое вещество в виде остаточных продуктов сгорания. Вторичное топливо в процессе конверсии в газы и твердое вещество удерживается отдельно от введенных исходных материалов, и вторичное топливо вводится и проходит конверсию в области вращающейся обжиговой печи (3), находящейся в направлении протяженности этой печи к холодильнику клинкера перед местом, где во вращающуюся обжиговую печь вводятся исходные материалы. Технический результат: исключение образования наростов серы в устройстве обжига, снижение вероятности восстановления железа и хрома в смеси цементного сырья, повышение скорости конверсии топлива. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ обжига исходных материалов, таких как смесь цементного сырья, известняк или другие минералосодержащие исходные материалы, при выполнении которого исходные материалы и вторичное топливо раздельно вводят в одну и ту же вращающуюся обжиговую печь (3), в которой исходные материалы, так же как вторичное топливо, нагреваются газами, образованными при сгорании первичного топлива во вращающейся обжиговой печи (3), так что вторичное топливо конвертируется в газы и твердое вещество в виде остаточных продуктов сгорания, отличающийся тем, что вторичное топливо в процессе конверсии в газы и твердое вещество удерживаются отдельно от введенных исходных материалов и вторичное топливо вводится и проходит конверсию в области вращающейся обжиговой печи (3), находящейся в направлении протяженности этой печи к холодильнику (4) клинкера перед местом, где во вращающуюся обжиговую печь (3) вводятся исходные материалы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расстояние по осевой линии вращающейся обжиговой печи (3) между двумя местами введения равно, по меньшей мере, внутреннему диаметру вращающейся обжиговой печи (3).

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что исходные материалы представляют собой смесь цементного сырья, предварительно нагретую по меньшей мере до 700°С перед введением во вращающуюся обжиговую печь (3), в которой она спекается в цементный клинкер с последующим охлаждением в холодильнике (4) клинкера.