УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕМЕНТА И СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТАКОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2014 года по МПК C04B7/44 

Настоящее изобретение относится к установке для получения цемента и к способу эксплуатации такой установки.

При получении цементного клинкера исходные материалы сначала предварительно нагревают, затем предварительно прокаливают и, наконец, обжигают в печи. Реальный процесс горения имеет место в зоне спекания печи, в которой материал нагревают до температуры от 1400 до 1500°C.

Патент Германии DE69806182 относится к способу получения цементного клинкера с помощью топлива, обогащенного серой, с увеличением концентрации кислорода на входе печи для горения от 4,5 до 5,5%, при этом температура, при которой распадается сульфат кальция, увеличивается до температуры выше, чем температура спекания, так что CaSO₄ становится одним из компонентов конечного продукта, вместо того, чтобы распадаться на газы, и оставляет осадки в печи для горения, в печи для предварительного нагрева и в циклоне для предварительного нагрева.

Отдельные компоненты, в частности, щелочные металлы, в сочетании с хлором и серой, становятся летучими в зоне спекания печи и высвобождаются вместе с печным уходящим газом (летучесть). Печной уходящий газ используют для термической обработки материала в зоне прокаливания и зоне предварительного нагрева. Во время этого теплообмена летучие компоненты конденсируются на исходных материалах (адсорбция) и опять вводятся в зону спекания. Здесь они опять частично становятся летучими, так что при этом образуется некоторая циркуляция этих компонентов. Как следствие, все, что не высвобождается из системы вместе с цементным клинкером или уходящим газом, остается в этом контуре циркуляции, при этом в контуре циркуляции могут достигаться очень высокие концентрации компонентов. Все контуры циркуляции могут приводить к нежелательному образованию осадков в зоне прокаливания и зоне предварительного нагрева и к появлению перерывов в работе. Причина этого заключается в том, что отдельные смеси компонентов в контуре циркуляции образуют в результате эвтектические композиции, которые плавятся при сравнительно низких температурах. Когда исходные материалы плавятся и кристаллизуются на стенках установки, образуются осадки.

Особенную проблему в этом контексте представляет собой сера, которая вводится в контур циркуляции посредством исходных материалов и топлива. Максимальная концентрация SO₃, допустимая в горючих материалах, по этой причине составляет в настоящее время 5%. При более высоких концентрациях имеется риск забивания, и установка не сможет больше работать. Если дополнительно присутствует хлор, допустимое количество SO₃ дополнительно уменьшается. В иллюстрации в соответствии с фиг.1, взаимодействие SO₃ и Cl иллюстрируется на осадках на входе цилиндрической ротационной цементной печи. Осадки могут и не откладываться в области A, в то время как в области B необходима обычная чистка и в области C необходима интенсивная чистка. В области D имеется риск забивания и при концентрации SO₃ больше чем 5%.

По этой причине ранее делались попытки предотвратить появление контуров циркуляции или летучести. Для уменьшения концентрации в контуре циркуляции, как известно, предусматривается обходной путь, который удаляет часть печных уходящих газов. В результате компоненты контура циркуляции удаляются из контура циркуляции и нагрузки контуров циркуляции уменьшаются. Концентрация в контурах циркуляции при этом уменьшается, и образование осадков также уменьшается, при этом доступность установки улучшается.

Однако имеются топлива, которые имеют относительно высокую концентрацию серы, и по этой причине они не могли ранее использоваться при производстве цемента. Хотя европейский патент EP-A2-1428804 описывает цементный клинкер, который, как предполагается, должен производится с помощью топлива, которое имеет концентрацию серы более 5%, описание патента не сообщает более подробно, как именно этот цементный клинкер может производиться, не приводя к образованию осадков в устройстве для предварительного нагрева или для прокаливания, или к увеличению выбросов SO₂.

По этой причине проблема, решаемая с помощью настоящего изобретения, заключается в создании способа и устройства для эксплуатации установки для получения цемента, где было бы возможно использовать топливо с высоким содержанием серы без увеличения выбросов SO₂ и, кроме того, обеспечить адекватную надежность работы.

Эта проблема решается в соответствии с настоящим изобретением с помощью признаков пунктов 1 и 12 формулы изобретения.

В способе в соответствии с настоящим изобретением эксплуатации установки для получения цемента, сырьевая смесь предварительно нагревается в зоне предварительного нагрева, предварительно нагретый материал предварительно кальцинируется в зоне прокаливания и, наконец, предварительно прокаленный материал спекается в зоне спекания. Установка для получения цемента работает таким образом, что предварительно прокаленный материал, который подается в зону спекания, имеет концентрацию SO₃, по меньшей мере, 5,5% масс. и пропорцию CaSO₄, по меньшей мере, 75% масс., предпочтительно, 90% от общего содержания солей.

Установка для получения цемента в соответствии с настоящим изобретением имеет зону предварительного нагрева для предварительного нагрева сырого материала, зону прокаливания для предварительного прокаливания предварительно нагретого материала и зону спекания для спекания предварительно прокаленного материала. Кроме того, имеется предусмотренное контрольное и регулирующее устройство для эксплуатации установки для получения цемента в соответствии с указанным выше способом.

Настоящее изобретение основывается на том наблюдении, что образование осадка зависит не только от концентрации серы, но также и от композиции соли и, в частности, от пропорции CaSO₄. При соответствующей высокой пропорции CaSO₄, следовательно, концентрация SO₃ может возрастать значительно выше ранее допустимой величины. Для пропорции CaSO₄ 90% масс. от общего содержания солей, концентрация SO₃ может увеличиваться до более чем 10% масс.

В исследованиях, составляющих основу настоящего изобретения, обнаружено, что возможно селективно влиять, благодаря работе установки, на процессы "адсорбции" и "летучести", которые определяют концентрацию серы в контуре циркуляции.

Зависимые пункты формулы изобретения относятся к другим преимуществам и конструкциям настоящего изобретения.

В соответствии с предпочтительной конструкцией по настоящему изобретению, по меньшей мере, некоторые из следующих далее измерений рабочих параметров осуществляются и используются для контроля установки для получения цемента:

a) анализ газов во входной области зоны спекания, зоны прокаливания и/или перед началом зоны предварительного нагрева,

b) измерение температуры материала и/или газа в зоне спекания,

c) измерение температуры материала и/или газа в зоне прокаливания,

d) измерение температуры материала и/или газа в зоне предварительного нагрева,

e) лабораторные анализы предварительно прокаленного материала, исходных материалов или топлива,

f) лабораторный анализ сожженного цементного клинкера в зоне спекания,

g) термический или термографический анализ в области зоны спекания.

Концентрация SO₃ и пропорция CaSO₄ в предварительно прокаленном материале могут дополнительно подвергаться воздействию одной или нескольких из следующих далее стадий:

a) выбора исходных материалов,

b) выбора топлива, используемого в зоне спекания,

c) регулировки импульса горелки, работающей в зоне спекания,

d) регулировки соотношения воздуха для горения и топлива в зоне спекания,

e) регулировки соотношения количества топлива и количества сырьевой смеси, по меньшей мере, в одном положении подачи топлива в установку,

f) регулировки уровня предварительного прокаливания сырьевой смеси после зоны прокаливания,

g) регулировки дисперсности сырьевой смеси.

Кроме того, установка для получения цемента преимущественно работает таким образом, что летучесть серы в зоне спекания составляет, по меньшей мере, 60%, предпочтительно, по меньшей мере, 80%, и адсорбция серы в области предварительного нагрева, в зоне прокаливания и/или в зоне спекания составляет, по меньшей мере, 80%, предпочтительно, по меньшей мере, 90%.

Уходящий газ, покидающий устройство для предварительного нагрева, дополнительно, как предполагается, имеет содержание SO₂ меньше 600 мг/Нм³ при 10% O₂, предпочтительно, меньше 300 мг/Нм³ при 10% O₂. Это достигается посредством увеличения адсорбции в сочетании с регулируемой летучестью.

Другие преимущества и конструкции настоящего изобретения будут объясняться более подробно ниже со ссылками на описания и чертежи, в которых:

фиг.1 представляет собой иллюстрацию взаимодействия SO₃ и Cl на осадках на входе в цилиндрическую вращающуюся цементную печь и

фиг.2 представляет собой схематическую иллюстрацию цементного завода.

Установка для получения цемента в соответствии с фиг.2 по существу содержит зону 1 предварительного нагрева, которая формируется, например, с помощью многоступенчатого теплообменника суспензионного типа, зону 2 прокаливания и зону 3 спекания, которая имеет форму цилиндрической ротационной цементной печи, и расположенную далее по ходу способа зону 4 охлаждения, которая имеет форму, например, съемного решетчатого охладителя. Уходящие газы из зоны 3 спекания последовательно протекают через зону 2 прокаливания и зону 1 предварительного нагрева, сырьевая смесь подается в противотоке с уходящими газами, способом, который известен сам по себе, в зону 1 предварительного нагрева, а затем в зону 2 прокаливания, перед тем как предварительно прокаленный материал обжигается в зоне 3 спекания. Зона спекания имеет, по меньшей мере, одну горелку 5, имеющую регулируемый импульс.

Зона 3 спекания работает с горелкой, имеющей регулируемый импульс, так что форма, размер и/или температура пламени могут регулироваться посредством регулирования импульса.

В иллюстрируемом варианте осуществления зона 2 прокаливания образуется с помощью наклонной линии, которая соединена с нижним циклоном 1a зоны предварительного нагрев через расположенную под углом трубу. Имеются предусмотренные в нижней области зоны 2 прокаливания, по меньшей мере, одно положение 6 подачи топлива и средства 7 для подачи воздуха для горения, например, третичного воздуха, в зону 4 охлаждения. По меньшей мере, одна линия 8 для сырьевой смеси зоны 1 предварительного нагрева дополнительно открывается в зону 2 прокаливания. Топливо, воздух для горения и сырьевая смесь могут вводиться в зону прокаливания в одном или нескольких положениях, расположенных одно над другим. Таким образом, в зоне прокаливания могут создаваться различные зоны горения.

Кроме того, установка содержит соответствующие средства, чтобы она была способна осуществлять, по меньшей мере, некоторые из измерений рабочих параметров, приведенных ниже:

a) анализ газов в области входа зоны спекания, зоны прокаливания и/или перед началом зоны предварительного нагрева, является возможной регулировка условий адсорбции посредством композиции газовой атмосферы: большее количество кислорода означает более высокую адсорбцию и, следовательно, более высокое содержание SO₃ в предварительно прокаленном материале и меньшее содержание SO₂ в вытяжной трубе для уходящих газов;

b) измерение температуры материала и/или газа в зоне спекания, является возможным изменение условий для испарения серы в зоне спекания посредством температур зоны спекания, и следовательно, можно влиять на контуры циркуляции и, соответственно, на концентрации SO₃ в цементном клинкере и в предварительно прокаленном материале;

c) измерение температуры материала и/или газа в зоне прокаливания, чтобы убедиться, что обеспечивается адекватная температура для прокаливания или для адсорбции;

d) измерение температуры материала и/или газа в зоне предварительного нагрева для поддержания общего контроля установки;

e) лабораторные анализы предварительно прокаленного материала, исходных материалов или топлива;

f) лабораторные анализы цементного клинкера, отожженного в зоне спекания;

g) термический или термографический анализ в области зоны спекания.

Установка для получения цемента работает таким образом, что предварительно прокаленный материал, подаваемый в зону спекания, имеет концентрацию SO₃, по меньшей мере, 5,5% масс. и пропорцию CaSO₄, по меньшей мере, 75% масс., предпочтительно, по меньшей мере, 90% от общего содержания солей. Концентрация SO₃ и пропорция CaSO₄ в предварительно прокаленном материале могут подвергаться воздействию следующих стадий:

a) выбора исходных материалов,

b) выбора топлива, используемого в зоне спекания,

c) регулировки импульса горелки 5, работающей в зоне спекания,

d) регулировки соотношения воздуха для горения и топлива в зоне спекания,

e) регулировки соотношения количества топлива и количества сырьевой смеси, по меньшей мере, в одном положении подачи топлива в установку,

f) регулировки предварительного уровня прокаливания сырьевой смеси после зоны прокаливания,

g) регулировки дисперсности сырьевой смеси.

Даже при заранее выбранных исходных материалах и заранее выбранных топливах для зоны спекания, концентрация SO₃ и пропорция CaSO₄ по-прежнему будет в решающей степени подвергаться воздействию стадий c-f. В частности, летучесть серы в зоне спекания в области зоны спекания может при этом подвергаться их влиянию. В этом случае желательной является летучесть серы, по меньшей мере, 60%, предпочтительно, более 80%.

Другой очень важный механизм эксплуатации установки для получения цемента представляет собой адсорбцию серы в зоне 1 предварительного нагрева, в зоне 2 прокаливания и/или во входной области зоны 3 спекания, при этом возможно достижение уровня адсорбции, по меньшей мере, 80%, предпочтительно, по меньшей мере, 90%. Адсорбция в зоне прокаливания основывается на следующей реакции:

Для этой реакции, в зоне прокаливания должно предусматриваться достаточное количество CaO и, в частности, O₂. Например, кислород достигает зоны прокаливания через положение 7 входа для воздуха. Воздух для горения, как правило, представляет собой третичный воздух из зоны охлаждения, который должен, однако, дополнительно обогащаться чистым кислородом.

Концентрация кислорода в зоне прокаливания и летучесть серы также зависят от рабочих характеристик установки в зоне спекания и от регулировки соотношения между воздухом для горения и количеством топлива.

В такой установке для получения цемента возможно использование топлива, имеющего концентрацию серы, по меньшей мере, 3,5% масс. в зоне спекания и, необязательно, в зоне прокаливания. Если установка работает таким образом, что предварительно прокаленный материал, подающийся в зону спекания, имеет концентрацию SO₃, по меньшей мере, 5,5% масс. и пропорцию CaSO₄, по меньшей мере, 75% масс. от общего содержания солей, можно обеспечить надежность работы установки и предотвратить появление осадков и забиваний, несмотря на высокую загрузку серы в системе, и обеспечить низкие выбросы оксидов серы (уходящий газ, высвобождающийся из устройства для предварительного нагрева, имеет содержание SO₂ меньше 600 мг/Нм³ при 10% O₂, предпочтительно, меньше 300 мг/Нм³ при 10% O₂).

Цементный клинкер, отожженный в зоне спекания, затем имеет концентрацию SO₃, по меньшей мере, 1% масс., предпочтительно, по меньшей мере, 2% масс.

Может дополнительно присоединяться устройство для прерывания контуров циркуляции, например, устройство с обходным путем, и контуры циркуляции, в частности, серы, щелочных металлов и/или хлора, могут подвергаться его воздействию и регулироваться соответствующим образом с помощью его работы и изменений отделяемых количеств пыли и/или газа.

Множество устройств для наддува воздуха также может преимущественно присоединяться в конкретных областях устройства для предварительного нагрева и/или устройства для прокаливания, для улучшения очистки в опасных зонах и для повышения надежности работы. Установка для получения цемента может работать с помощью описанного выше способа способом с надежной работой и с низкими выбросами SO₂.

В способе в соответствии с настоящим изобретением эксплуатации установки для получения цемента, сырьевая смесь предварительно нагревается в зоне предварительного нагрева, предварительно нагретый материал предварительно прокаливается в зоне прокаливания и, наконец, предварительно прокаленный материал спекается в зоне спекания. Установка для получения цемента работает таким образом, что предварительно прокаленный материал, который подается в зону спекания, имеет концентрацию SO₃, по меньшей мере, 5,5 мас.% и пропорцию CaSO₄, по меньшей мере, 75%, предпочтительно 90%, от общего содержания соли. Технический результат заключается в создании способа и устройства для получения цементного клинкера, где возможно было бы использовать топливо с высоким содержанием серы без увеличения выбросов SO₂. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ эксплуатации установки для получения цемента с предварительным нагревом сырьевой смеси в зоне предварительного нагрева (1), предварительным прокаливанием предварительно нагретого материала в зоне (2) прокаливания и спеканием предварительно прокаленного материала в зоне (3) спекания,
отличающийся тем, что установка для получения цемента работает таким образом, что предварительно прокаленный материал, который подается в зону спекания, имеет концентрацию SO₃, по меньшей мере, 5,5 мас.% и пропорцию CaSO₄, по меньшей мере, 75 мас.% от общего содержания солей предварительно прокаленного материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, некоторые из следующих далее измерений рабочих параметров осуществляют и используют для контроля установки для получения цемента:
a) анализ газа во входной области зоны (3) спекания, зоны (2) прокаливания и/или перед началом зоны (1) предварительного нагрева,
b) измерение температуры материала и/или газа в зоне (3) спекания,
c) измерение температуры материала и/или газа в зоне (2) прокаливания,
d) измерение температуры материала и/или газа в зоне (1) предварительного нагрева,
e) лабораторные анализы предварительно прокаленного материала, исходного материала или топлива,
f) лабораторные анализы сожженного цементного клинкера в зоне спекания,
g) термический или термографический анализ в области зоны (3) спекания.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что концентрация SO₃ и пропорции CaSO₄ в предварительно прокаленном материале могут дополнительно подвергаться воздействию одной или нескольких из следующих далее стадий:
a) выбора исходных материалов,
b) выбора топлива, используемого в зоне (3) спекания,
c) регулировки импульса горелки (5), работающей в зоне (3) спекания,
d) регулировки соотношение воздуха для горения и топлива в зоне (3) спекания,
e) регулировки соотношения количества топлива и количества сырьевой смеси, по меньшей мере, в одном положении подачи топлива в установку,
f) регулировки уровня предварительного прокаливания сырьевой смеси после зоны (2) прокаливания,
g) регулировки дисперсности сырьевой смеси.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что горелку (5), имеющую регулируемый импульс, используют в зоне (3) спекания, и форма, размер и/или температура пламени регулируется посредством регулировки импульса.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что установка для получения цемента работает таким образом, что летучесть серы в зоне спекания составляет, по меньшей мере, 60%, предпочтительно, по меньшей мере, 80%.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зоне прокаливания предусматриваются количества O₂ и CaO, достаточные для следующей реакции:
CaO+SO₂+SO₂→CaSO₄.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что установка для получения цемента работает таким образом, что адсорбция серы в зоне (1) предварительного нагрева, в зоне (2) прокаливания и/или в зоне (3) спекания составляет, по меньшей мере, 80%, предпочтительно, по меньшей мере, 90%.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что установка для получения цемента работает таким образом, что уходящий газ, покидающий устройство (1) для предварительного нагрева, имеет содержание SO₂ меньше 600 мг/Нм³ при 10% O₂, предпочтительно меньше 300 мг/Нм³ при 10% O₂.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что работает устройство для прерывания контуров циркуляции, например устройство с обходным путем, и контуры циркуляции, в частности, серы, щелочных металлов и/или хлора, могут подвергаться его воздействию и регулироваться соответствующим образом с помощью его работы и изменений отделяемых количеств пыли и/или газа.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно из положений горения установки работает с помощью воздуха для горения, обогащенного кислородом, или исключительно с помощью кислорода для регулировки атмосферы и концентрации CO₂.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зоне спекания и/или в зоне (2) прокаливания используют топливо, имеющее концентрацию серы, по меньшей мере, 3,5 мас.%.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что цементный клинкер, отжигаемый в зоне (3) спекания, имеет концентрацию SO₃, по меньшей мере, 1 мас.%, предпочтительно, по меньшей мере, 2 мас.%.

13. Установка для получения цемента, имеющая зону (1) предварительного нагрева для предварительного нагрева сырьевой смеси, зону (2) прокаливания для предварительного прокаливания предварительно нагретого материала и зону (3) спекания для спекания предварительно прокаленного материала,
отличающаяся устройством для контроля и регулирования эксплуатации установки для получения цемента по одному или нескольким из предыдущих пунктов.