СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА Российский патент 2013 года по МПК C04B7/44 

Описание патента на изобретение RU2497766C1

Изобретение относится к цементной промышленности, в частности к способам производства цементного клинкера.

Известен способ получения цементного клинкера, заключающийся в том, что через слой сухой мелкогранулированной сырьевой смеси, расположенной на колосниковой решетке или пористом основании пропускают под напором горячие дымовые газы. Проникая внутрь слоя, они вызывают непрерывную циркуляцию зерен и весь слой материала приобретает сходство с кипящей жидкостью. Всестороннее смывание мелких зерен горячим газом создает наиболее благоприятные условия теплообмена и определяет высокую удельную производительность таких установок. Качество клинкера при этом получается высокое вследствие равномерного обжига мелких гранул. В качестве аналога рассматриваем способ, по которому все стадии - сушка, кальцинирование, обжиг цементного клинкера осуществляются в одном аппарате - реакторе. (Колокольников B.C. «Производство цемента» М., Высшая школа, 1967 г).

Недостатком данного способа является высокий расход топлива и электроэнергии. Высокий расход топлива вызван отсутствием предварительной декарбонизации сырья, а высокий расход электроэнергии вызван необходимостью создания повышенного давления газов для прохождения воздуха через высокотемпературный клинкер.

Известен также способ получения цементного клинкера в псевдоожиженном слое в однопечной системе фирмы КХИ (Кавасаки хеви индастриз), включающий грануляцию и агломерацию в одной печи с псевдоожиженным слоем, т.е дробление сырьевой муки до нужного гранулометрического состава и последующее спекание гранул при высоких температурах. Охлаждение клинкера производится в две стадии, в первой - клинкер резко охлаждается в псевдоожиженном слое, а во второй образуется уплотненный слой для обеспечения высокого уровня использования тепла (см. журнал «Zement-Kalk-Gips», 1999 г. №1 перевод этой статьи опубликован в журнале «Цемент и его применение», июль - август 1999 г., стр.10-18 - аналог).

Недостатки данного способа:

- большие габариты охладителя ввиду необходимости двухстадийного охлаждения и связанных с этим дополнительных тепловых потерь,

- высокий расход электроэнергии, вызванный необходимостью создания повышенного давления дутьевыми вентиляторами для подачи воздуха на охлаждение клинкера через высокотемпературный слой клинкера.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ получения цементного клинкера, включающий подогрев порошкообразного сырья отходящими газами, декарбонизацию и спекание его в процессе продувки через затравку кипящего слоя за счет сжигания топлива и охлаждение (см. А.с., №437725, СССР, М. Кл. C04b 7/44, заявитель - Государственный всесоюзный научно-исследовательский институт цементной промышленности, авторы изобретения: А.П.Белов, Н.Е.Середа и В.В.Усенко, опубл. 30.07.74, бюллетень №28). Однако данный способ также имеет повышенные энергозатраты - высокий удельный расход топлива на обжиг клинкера и повышенный расход электроэнергии на охлаждение клинкера, т.к. прохождение воздуха через высокотемпературный клинкер требует более высоконапорных вентиляторов, имеющих повышенную мощность привода.

Предлагаемое техническое решение направлено на существенное снижение затрат энергии на производство клинкера и повышение эффективности охлаждения цементного клинкера при одновременном снижении удельных расходов воздуха и повышении качества клинкера.

Данная задача решается предлагаемым способом получения цементного клинкера, включающим подогрев порошкообразного сырья отходящими газами, декарбонизацию и спекание сырья в процессе продувки через затравку кипящего слоя за счет сжигания топлива и охлаждение, в качестве топлива используется синтез-газ, получаемый в процессе охлаждения клинкера. Готовый продукт после спекания охлаждается в две стадии: на первой стадии охлаждение производится в высокотемпературной зоне при температуре от 1300 до 700°С за счет химической регенерации тепла путем продувки углеводородного топлива и воды (например пара или смеси двуокиси углерода и пара). И вторая стадия - низкотемпературная, где охлаждение производится воздухом при температуре от 700 до 90°С или до заданной. Отходящие газы от ступеней охлаждения подают в зону спекания и декарбонизации для горения.

Отличие заявляемого решения от прототипа заключается в том, что в качестве топлива используется синтез-газ, получаемый в процессе охлаждения клинкера, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «новизна».

Сопоставление заявляемого решения с аналогичными решениями в данной области, позволяет сделать вывод о том, что применение в качестве топлива синтез-газа, получаемого в процессе охлаждения в высокотемпературной зоне, неизвестно. Заявляемое изобретение позволяет резко повысить эффективность охлаждения клинкера при одновременном значительном снижении удельных расходов воздуха и энергозатрат за счет повышения энергетического уровня (эксергии) конвертированного топлива, что невозможно было спрогнозировать исходя из существующего уровня техники, следовательно можно сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется схемой (см. рис.1) осуществления способа на примере агрегата кипящего слоя, где 1 - зона предварительной термообработки; 2 - зона кальцинирования (декарбонизации); 3 - зона обжига, 4, 5 - реактор-охладитель, где 4 - высокотемпературная зона реактора-охладителя; 5 - низкотемпературная зона реактора-охладителя.

Способ получения клинкера осуществляется следующим образом: сырьевая смесь в порошкообразном виде подается в печь (агрегат) кипящего слоя в зону 1, где производится предварительная термообработка сырьевой смеси известным способом - А.с., №437725, СССР, М. Кл. C04b 7/44, за счет отходящих газов, поступающих из зон декарбонизации 2 и спекания 3. Затем термообработанное сырье дополнительно нагревается и декарбонизируется в зоне декарбонизации 2 за счет сжигания части топлива и подогретого воздуха, отбираемого из низкотемпературной зоны 5 реактора-охладителя. Далее из зоны декарбонизации сырье поступает в зону обжига 3 - в кипящий слой, образуемый за счет непрерывной циркуляции материала, при пропускании под напором горячих дымовых газов через решетку или пористое основание печи. Температурный режим кипящего слоя подбирают таким, чтобы частицы порошкообразного сырья, фильтруясь через кипящий слой, прилипали к более крупным частицам слоя и спекались на их поверхности. Для улучшения теплообмена, поддержания процесса спекания сырья и регулирования величины готового продукта, в печь (в слой) подается затравка- частицы готового продукта более крупные, чем частицы сырья, согласно А.с., №437725, СССР, М. Кл. C04b 7/44. Затравка (гранулы) является активатором синтеза клинкера и позволяет стабильно вести процесс обжига за счет отсутствия забивания отверстий (или пор) в решетке печи.

Обожженный клинкер, из кипящего слоя, в виде гранул поступает в реактор-охладитель (4, 5). Реактор-охладитель (4, 5), условно разбит на две зоны: высокотемпературную 4 и низкотемпературную 5. В высокотемпературную зону 4, для охлаждения поступающих гранул клинкера, подается углеводородное топливо и вода (пар) и/или углекислый газ. При прохождении смеси - топлива и водяного пара (углекислого газа) сквозь слой горячего клинкера, компоненты реагируют по следующим уравнениям:

СН4+H2O↔СО+3Н2 - 9,196 МДж.

СН4+CO2↔2СО+2Н2 - 11,1 МДж.

Данная реакция характеризуется отбором большого количества тепла от обожженного продукта- клинкера и позволяет организовать резкое и эффективное охлаждение цементного клинкера. В результате протекания термохимической реакции образуются газы СО и H2 (оксид углерода и водород) - синтез-газ, которые обладают более высокой, чем исходное топливо, температурой горения. Так температура горения исходного топлива - метана CH4, составляет 2040°С, а компоненты синтез-газа, соответственно, оксида углерода СО - 2370°С и водорода Н2 - 2230°С.Увеличение температуры горения топлива является основополагающим фактором для ускорения процессов клинкерообразования. По данным Weber P. Abgasverluste beim Zementdrehöfen. «Zement-Kalk-Gips», 1957, №2., повышение температуры факела на 20-40° увеличивает производительность на 2,5-4% и снижает удельный расход тепла на обжиг клинкера на 2-4%. На каждые 100° прироста температуры обжига клинкера от 1300 до 1600°С показатель скорости реакции 2CaO·SiO2+СаО=3CaO·SiO2 в среднем возрастает в 2-3 раза. Вследствие этого повышается производительность обжигового агрегата. В дальнейшем синтез-газ поступает в зону спекания 3 и декарбонизации 2.

В низкотемпературной зоне реактора 5 клинкер охлаждают воздухом, подаваемым под давлением, например, при помощи вентиляторов. При охлаждении клинкер отдает тепло воздуху, который затем подается на сгорание в зоны спекания 3 и декарбонизации 2. Ввиду того, что воздух подается только в низкотемпературную зону реактора 5, где охлаждение клинкера производится при температуре от 700 до 90°С, расход электроэнергии на привод дутьевых вентиляторов резко снижается по сравнению с прототипом, в котором охлаждение клинкера производится от 1300°С до 90°С, за счет снижения в несколько раз вязкости и объема воздуха, проходящего через охлаждаемый клинкер и приводящего к повышению потребного напора дутьевого вентилятора, при этом снижается и потребный удельный расход воздуха на охлаждение клинкера, что приводит к уменьшению загрязнения окружающей среды за счет сокращения до минимума выброса избыточного воздуха в атмосферу.

Эффективность использования химической регенерации тепла и синтез-газа подтверждается расчетами материальных и тепловых балансов, результаты которых приведенны в табл.1, 2.

Таблица 1. Материальный баланс печной установки Приходные статьи Количество, кг/кг кл Расходные статьи Количество, кг/кг кл Синтез-газ Природный газ Синтез-газ Природный газ 1. Клинкер 1 1 1.Топливо 0,169 0,133 2. Отх. газы 3,967 3,986 2. Шлам 2,577 2,577 - из топлива 2,390 2,409 3. Воздух на горение топлива 2,221 2,277 CO2 0,335 0,343 Н20 0,314 0,281 N2 1,702 1,745 O2 0,038 0,039 - из сырья 1,577 1,577 CO2 0,529 0,529 H2O 1,048 1,048 Итого 4,966 4,986 Итого 4,966 4,986

Таблица 2. Тепловой баланс печной установки Приходные статьи Количество, кДж/кг кл Расходные статьи Количество, кДж/кг кл Синтез-газ Природный газ Синтез-газ Природный газ 1. От сгорания топлива 6490 6203 1. На клинкеро-образование 1813 1813 2. С топливом 256 7 2. На испарение воды 2577 2577 3. С сырьем 56 56 3. С отходящими газами 1154 1163 4. С воздухом вторичным 561 1106 4. С клинкером 1378 1378 5. В окружающую среду 442 442 Итого 7363 7372 Итого 7363 7372

Замена части топлива на воду повышает эксергию топливной смеси, что подтверждает увеличение прихода тепла от сгорания топлива до 6490 кДж/кг кл (табл.2) и понижение общего количества теплоты в печной установке от 7372 до 7363 кДж/кг кл. Также незначительно уменьшается расход тепла с отходящими газами. Количество и состав отходящих газов меняется следующим образом (табл.1): снижаются выбросы CO2 и N2 в среднем на 2,5% и увеличивается содержание Н2О на 10,5%. Уменьшается потребное количество воздуха для горения на 2,5%.

Экономия натурального топлива составляет ≈4,2 млн. м3 природного газа на 1 млн. т.клинкера.

Предлагаемый способ позволяет:

- снизить расход топлива на обжиг клинкера за счет замены части топлива на воду, которая совместно с углеводородным топливом, под воздействием высоких температур, разлагается на составляющие газы СО и Н2;

- снизить выбросы отходящих газов, а именно углекислого газа (CO2) и оксидов азота (NOx), что положительно сказывается на экологическую обстановку в регионе, за счет снижения общего расхода топлива;

- повысить производительность печной установки, за счет повышения энергетического уровня (эксергии) вновь полученного газообразного топлива, его температуры горения;

- за счет резкого охлаждения клинкера увеличить прочность и качество цемента, вследствие уменьшения кристаллов алита и стабилизации высокотемпературных форм силикатов кальция, и улучшить характеристики размолоспособности и сульфатостойкости полученного цемента;

- резко снизить затраты электроэнергии на охлаждение цементного клинкера за счет охлаждения клинкера в высокотемпературной зоне без использования воздуха, а также снизить тепловые потери с избыточным воздухом.

Также в результате применения данного способа экспериментально установлено изменение окраски полученного клинкера с темно-серого на песчано-белый, что положительно сказывается на архитектурно-художественные (эстетические) свойства полученного цемента.

Похожие патенты RU2497766C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА МИКРОШАРИКОВ ИЗ РАСПЛАВА ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА 2018
  • Крысанов Никита Олегович
  • Григорян Армен Фрунзикович
  • Гурджинян Самвел Хачикович
RU2691912C1
Способ обжига цементного клинкера 1972
  • Белов Александр Павлович
  • Середа Николай Елесеевич
  • Усенко Василий Васильевич
SU437725A1
Способ термообработки белого портландцементного клинкера 1990
  • Паус Карл Францевич
  • Евтушенко Евгений Иванович
  • Сегедин Николай Иванович
  • Каширин Владимир Павлович
SU1735217A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА В УСТАНОВКЕ И УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА 2010
  • Деврё,Себастьян
RU2536578C2
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНОГО И БЫСТРОТВЕРДЕЮЩЕГО АЛИТОВОГО ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2012
  • Комаров Александр Степанович
  • Комаров Олег Александрович
  • Агафонов Анатолий Иванович
  • Агафонов Роман Андреевич
  • Пивкин Александр Григорьевич
  • Пивкина Анна Александровна
  • Любимов Владимир Сергеевич
RU2520739C2
УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА 1990
  • Маков Евгений Павлович[Kz]
  • Евсеев Георгий Алексеевич[Kz]
  • Ростовцев Эдуард Иванович[Kz]
  • Хлебов Александр Прокофьевич[Kz]
  • Хлебов Вячеслав Прокофьевич[Kz]
  • Маков Сергей Павлович[Ru]
RU2024809C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ (ВАРИАНТЫ) 2008
  • Лунёв Владимир Иванович
  • Паровинчак Михаил Степанович
  • Усенко Александр Иванович
RU2402499C2
Установка для обжига цементногоКлиНКЕРА 1979
  • Белогуров Василий Матвеевич
  • Моисеев Игорь Васильевич
  • Дмитриев Алексей Михайлович
  • Колдин Николай Григорьевич
  • Кулабухов Вадим Александрович
  • Рассадкин Геннадий Александрович
  • Бессмертных Анатолий Васильевич
  • Шелудько Валентин Васильевич
  • Никаноров Владимир Иванович
SU805037A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА 1990
  • Маков Евгений Павлович[Kz]
  • Евсеев Георгий Алексеевич[Kz]
  • Ростовцев Эдуард Иванович[Kz]
  • Хлебов Вячеслав Прокофьевич[Kz]
  • Хлебов Александр Прокофьевич[Kz]
  • Маков Сергей Павлович[Ru]
RU2026840C1
Способ автоматического регулирования расхода топлива при обжиге карбонатсодержащей сырьевой смеси в печном агрегате из вращающейся обжиговой печи и декарбонизатора 1979
  • Гельфанд Я.Е.
  • Калинин А.Н.
  • Шутов В.В.
SU932774A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 497 766 C1

Реферат патента 2013 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА

Изобретение относится к цементной промышленности, в частности к способу производства цементного клинкера. Технический результат - снижение затрат энергии на производство клинкера, повышение эффективности охлаждения цементного клинкера при одновременном снижении удельного расхода воздуха и повышение качества клинкера. В способе получения цементного клинкера, включающем подогрев порошкообразного сырья отходящими газами, спекание его в процессе продувки через затравку кипящего слоя за счет сжигания топлива и охлаждение, в качестве топлива используют синтез-газ, получаемый в результате рекуперации тепла от клинкера путем химической регенерации традиционных видов топлива, и готовый продукт затем охлаждают в две стадии: высокотемпературная зона - продувкой смеси углеводородного топлива и воды - пара и/или углекислого газа - CO2, а низкотемпературная - воздухом, отходящие газы от ступеней охлаждения подают в зону спекания и декарбонизации. Углекислый газ и водяной пар отбирают из отходящих газов печи. 1 ил., 2 табл.

Формула изобретения RU 2 497 766 C1

1. Способ получения цементного клинкера, включающий подогрев порошкообразного сырья отходящими газами, спекание его в процессе продувки через затравку кипящего слоя за счет сжигания топлива и охлаждение, отличающийся тем, что в качестве топлива используют синтез-газ, получаемый в результате рекуперации тепла от клинкера путем химической регенерации традиционных видов топлива, и готовый продукт затем охлаждают в две стадии: высокотемпературная зона - продувкой смеси углеводородного топлива и воды - пара и/или углекислого газа - CO2, а низкотемпературная - воздухом, отходящие газы от ступеней охлаждения подают в зону спекания и декарбонизации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что углекислый газ и водяной пар отбирают из отходящих газов печи.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2013 года RU2497766C1

Способ обжига цементного клинкера 1972
  • Белов Александр Павлович
  • Середа Николай Елесеевич
  • Усенко Василий Васильевич
SU437725A1
Способ термической обработки сырья в виде суспензии 1982
  • Доброногов Виктор Григорьевич
  • Лукач Юрий Ефимович
  • Тарасова Лариса Дмитриевна
SU1138632A1
Способ получения цементного клинкера в кипящем слое 1973
  • Вольфганг Ройтер
  • Ханс Штеге
  • Зигфрид Цигенбальг
  • Вольфганг Кнауль
SU638824A1
Приспособление для суммирования отрезков прямых линий 1923
  • Иванцов Г.П.
SU2010A1
US 20110247336 А9, 23.09.2010
Способ восстановительного лечения пальцев кисти при параличе 1980
  • Звягин Юрий Владимирович
SU1146020A1

RU 2 497 766 C1

Авторы

Ткачев Валентин Витальевич

Коновалов Владимир Михайлович

Литовченко Александр Владимирович

Гончаров Александр Анатольевич

Бандурин Александр Алексеевич

Даты

2013-11-10Публикация

2012-05-05Подача