本發(fā)明涉及到一種水泥熟料生產(chǎn)方法以及連續(xù)生產(chǎn)水泥熟料的一種設(shè)施。

本發(fā)明特別涉及到這種方法和設(shè)施的熱損失的問題。

背景技術(shù)：

水泥熟料生產(chǎn)設(shè)施通常包括回轉(zhuǎn)爐，在由旋風(fēng)預(yù)熱器處理的材料流動(dòng)的方向之前，然后是熟料冷卻器。這些設(shè)施消耗大量燃料形式的能量，對現(xiàn)代工廠而言，每公噸熟料約3200兆焦耳。

產(chǎn)生大量的熱廢煙氣，使其與材料接觸，交換氣體中所含的熱量?？紤]到關(guān)于交換的技術(shù)和工藝局限性，最終的煙氣仍含有由燃料提供的一些熱量。在就材料流動(dòng)方向而言的上游側(cè)，燃燒氣體在300℃至400℃的溫度下離開旋風(fēng)預(yù)熱器，帶走約為20％的燃料能量。在下游側(cè)，被主題專家稱為“過量空氣”的氣流通常在200℃至300℃的溫度下從熟料冷卻器離開，帶走約為10％的燃料能量。

煙氣中包含的能量通常至少部分地用于干燥原料。通常在水泥生產(chǎn)方法中不直接使用來自冷卻器的過量空氣中包含的能量。主題專家熟悉從這些氣體中回收熱損失的系統(tǒng)，所述氣體利用交換器產(chǎn)生水蒸汽(蒸汽或烴蒸汽)，將其帶到渦輪機(jī)，以發(fā)電。

已知通過只處理一部分來自冷卻器的過量空氣、只把溫度高于400℃的那部分提供到熱交換器以及放棄回收溫度較低的那部分可以提高能量轉(zhuǎn)換效率；提高了熱轉(zhuǎn)換效率，但是重復(fù)利用的過量空氣的量減少了。

另一個(gè)提高能量效率的方式是基本上利用溫度較高的另一個(gè)熱量補(bǔ)充過量空氣中的熱量。

例如，由文件申請者發(fā)表的文件WO2009/156614公開了一種熟料生產(chǎn)設(shè)備，其中，溫度小于或等于300℃的過量空氣與蒸汽發(fā)生器配合，第二熱交換器與溫度較高的熱源配合，在這種情況下是溫度至少為750℃的三次空氣，以便使該蒸汽過熱。把這種過熱蒸汽帶到渦輪機(jī)，以發(fā)電。利用額外熱量補(bǔ)充來自出口空氣的熱量的這種解決方案提高了轉(zhuǎn)換效率。但是，增加了設(shè)備的熱量消耗。

這些熱回收系統(tǒng)的另一個(gè)缺點(diǎn)是它們受熟料生產(chǎn)設(shè)施操作波動(dòng)的影響，并且無法完全優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是公開一種熟料生產(chǎn)方法以及執(zhí)行該方法的一種水泥熟料生產(chǎn)設(shè)施，所述方法和設(shè)施通過提高回收熱損失的總效率彌補(bǔ)了上述缺點(diǎn)。

更具體而言，本發(fā)明的目的是公開這樣的方法和這樣的設(shè)施，其中，熱回收系統(tǒng)的操作只是輕微地受到操作變化的影響。

閱讀下面僅作為引導(dǎo)列出的、絕非限制性的說明之后，其它目的和優(yōu)點(diǎn)將清晰可見。

為此，本發(fā)明首先涉及到在連續(xù)生產(chǎn)設(shè)施中實(shí)施的一種水泥熟料生產(chǎn)方法，所述連續(xù)生產(chǎn)設(shè)施具有用于燃燒無機(jī)原料的至少一個(gè)燃料燃燒區(qū)，其中，通過燃燒把原料轉(zhuǎn)化為熟料，得到熱熟料，然后通過兩個(gè)連續(xù)步驟冷卻熱熟料，在第一冷卻器中執(zhí)行第一冷卻步驟，在第二冷卻器中執(zhí)行第二冷卻步驟。

在根據(jù)本發(fā)明的方法中

-通過把含氧氣體吹到熱熟料上連續(xù)地進(jìn)行第一冷卻步驟，以得到部分冷卻的熟料，并且通過調(diào)整在第一冷卻器中吹入的含氧氣體的量而把從第一冷卻器輸出的所有加熱的含氧氣體轉(zhuǎn)移到所述設(shè)施的所述至少一個(gè)燃燒區(qū)，以便將其用作燃燒氣體，從而在不過量的情況下滿足所述設(shè)施對燃燒氣體的需求，

-把部分冷卻的熟料儲(chǔ)存在第二冷卻器的儲(chǔ)存室中，或者與這第二冷卻器相關(guān)聯(lián)的儲(chǔ)存室中，并且間歇地控制關(guān)于部分冷卻的熟料的第二冷卻步驟。

根據(jù)本發(fā)明這些單獨(dú)的或相結(jié)合的可選特性：

-把由熟料在第二冷卻步驟過程中發(fā)出的熱量用于產(chǎn)生電能；

-電能的產(chǎn)生利用至少一個(gè)第二焓源與由熟料在第二冷卻步驟期間轉(zhuǎn)移的熱量相結(jié)合；

-所述第二焓源的可用性是多變的，并且至少在由第二焓源產(chǎn)生的功率低于預(yù)定閾值期間，開始第二冷卻步驟；

-所述第二焓源的可用性是多變的，并且至少在由第二焓源產(chǎn)生的功率高于預(yù)定閾值期間，開始第二冷卻步驟；

-第二焓源是太陽能的；

-電能的產(chǎn)生通過變量生成與至少一個(gè)第二電力源相關(guān)；

-至少在由第二電力源產(chǎn)生的功率低于閾值期間，開始第二冷卻步驟；

-第二冷卻步驟的操作時(shí)間低于設(shè)施的熟料生產(chǎn)操作時(shí)間的50％。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在第二步驟中，通過與流體交換，冷卻熟料，在熟料與冷卻流體之間沒有直接接觸。作為選擇，在第二步驟中，可通過與流體交換，冷卻熟料，使流體與熟料直接接觸。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在第二熱交換器下游的加熱流體與熱交換器配合，以產(chǎn)生蒸汽，為設(shè)施中的渦輪機(jī)提供動(dòng)力，用以發(fā)電。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述連續(xù)生產(chǎn)設(shè)施包括旋風(fēng)預(yù)熱器，可能還包括裝有一個(gè)或多個(gè)燃燒器的分解爐，以及裝有一個(gè)或多個(gè)燃燒器的回轉(zhuǎn)爐，在該方法中，在旋風(fēng)預(yù)熱器中預(yù)熱原料，可能部分地將其在分解爐中除去碳酸，然后在回轉(zhuǎn)爐中使其燃燒和變形，而且其中，所述至少一個(gè)燃燒區(qū)包括回轉(zhuǎn)爐的一個(gè)或多個(gè)燃燒器，并且可能包括分解爐的一個(gè)或多個(gè)燃燒器。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，含氧氣體是空氣。作為選擇，含氧氣體可以是富氧氣體，或貧氧氣體。

本發(fā)明還涉及到一種連續(xù)熟料生產(chǎn)設(shè)施，所述設(shè)施具有燃料的至少一個(gè)燃燒區(qū)，用于燃燒無機(jī)原料，將所述設(shè)施設(shè)計(jì)為通過燃燒使原料變?yōu)槭炝希瑥亩玫綗崾炝?，所述設(shè)施具有連續(xù)的第一冷卻器和第二冷卻器，設(shè)置所述冷卻器通過兩個(gè)連續(xù)的步驟冷卻熱熟料，在所述第一冷卻器中執(zhí)行第一冷卻步驟，并且在所述第二冷卻器中執(zhí)行第二冷卻步驟。

根據(jù)本發(fā)明，所述設(shè)施包括：

-含氧氣體源，以便在第一冷卻器中冷卻材料，

-氣體管線，設(shè)置所述氣體管線，以便把由第一冷卻器產(chǎn)生的所有加熱氣體運(yùn)送到所述設(shè)施的所述至少一個(gè)燃燒區(qū)，以便將其用作燃燒氣體，

-用于調(diào)整吹向第一冷卻器的含氧氣體量的裝置，從而在不過量的情況下滿足所述設(shè)施對燃燒氣體的需求，

而且，其中，所述第二冷卻器包括在第一冷卻步驟之后儲(chǔ)存部分冷卻的熟料的裝置，所述設(shè)施包括間歇地控制所述第二冷卻器的裝置。

根據(jù)單獨(dú)采用或相結(jié)合采用的本發(fā)明的可選特性：

-設(shè)施包括旋風(fēng)預(yù)熱器，可能還包括裝有一個(gè)或多個(gè)燃燒器的分解爐，以及裝有一個(gè)或多個(gè)燃燒器的回轉(zhuǎn)爐，而且，所述至少一個(gè)燃燒區(qū)包括回轉(zhuǎn)爐的一個(gè)或多個(gè)燃燒器，并且選擇性地包括分解爐的一個(gè)或多個(gè)燃燒器；

-所述設(shè)施包括通過由第二冷卻器中的熟料轉(zhuǎn)化的熱量發(fā)電的設(shè)備；

-第二冷卻器在部分冷卻的熟料與流體之間交換熱量，發(fā)電設(shè)備包括熱交換器和渦輪機(jī)，熱交換器與通過熟料加熱的流體配合，以產(chǎn)生用于向所述渦輪機(jī)供給的蒸汽。

附圖說明

通過閱讀附有附圖的下文說明，會(huì)更好地理解本發(fā)明，在附圖中：

-圖1是適合實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方法的設(shè)施的視圖，其中，產(chǎn)生的電力利用至少一個(gè)第二焓源，與熟料在第二冷卻步驟期間釋放的熱量相結(jié)合；

-圖2是圖表，闡釋了在圖1所示的設(shè)施中第二冷卻步驟的間歇式操作；

-圖3是適合實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的第二實(shí)施例的設(shè)施的視圖，其中，電能的產(chǎn)生與生成的電能的第二可變來源相關(guān)聯(lián)；

-圖4是圖表，闡釋了在圖2所示的設(shè)施中第二冷卻步驟的間歇式操作。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明首先涉及到在連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備1中實(shí)施的一種水泥熟料生產(chǎn)方法，具有使無機(jī)原料燃燒的至少一個(gè)燃料燃燒區(qū)2、2'，其中，通過燃燒把原料轉(zhuǎn)化為熟料，得到熱熟料3，然后通過兩個(gè)連續(xù)步驟冷卻熱熟料3，在第一冷卻器4中執(zhí)行第一冷卻步驟，在第二冷卻器5中執(zhí)行第二冷卻步驟。

按照傳統(tǒng)的方式，所述連續(xù)生產(chǎn)設(shè)施可包括旋風(fēng)預(yù)熱器12，可能包括裝有一個(gè)或多個(gè)燃燒器2'的分解爐13，以及裝有一個(gè)或多個(gè)燃燒器2的回轉(zhuǎn)爐14。分解爐13的熱氣出口可以供給旋風(fēng)預(yù)熱器12底部?；剞D(zhuǎn)爐14的熱氣出口可能供給旋風(fēng)預(yù)熱器12。

在這種設(shè)施中，在旋風(fēng)預(yù)熱器12中預(yù)熱原料20，可能部分地將其在分解爐13中除去碳酸，然后在回轉(zhuǎn)爐14中將其燒制并處理。在該設(shè)施中，所述至少一個(gè)燃燒區(qū)包括回轉(zhuǎn)爐14的一個(gè)或多個(gè)燃燒器2，并且可能包括分解爐13的一個(gè)或多個(gè)燃燒器2'。

在根據(jù)本發(fā)明的方法中，通過把含氧氣體6吹到熱熟料上連續(xù)地進(jìn)行第一冷卻步驟，以得到部分冷卻的熟料31，并且把由第一冷卻器4生成的所有加熱的含氧氣體7發(fā)送到所述設(shè)施的所述至少一個(gè)燃燒區(qū)2、2'，以便將其用作燃燒氣體，換言之，用作氧化氣體。第一冷卻器4可以是篦冷機(jī)。

還調(diào)整吹入第一冷卻器的含氧氣體量看，從而在不過量的情況下滿足所述設(shè)施對燃燒氣體的需求。根據(jù)實(shí)施例，對燃燒氣體的這種需求包括供燃料在回轉(zhuǎn)爐14的一個(gè)或多個(gè)燃燒器2燃燒所必需的氧化劑，而且在設(shè)施具有分解爐13的情況下，還可能包括供燃料在分解爐13的一個(gè)或多個(gè)燃燒器2'中燃燒所必需的氧化劑。

含氧氣體可以是空氣，或者是貧氧或富氧的含氧氣體。在本說明中，“貧”和“富”這些詞是相對于環(huán)境空氣中的含氧量(即21％)而言的。

換言之，把設(shè)施所需的精量氧化氣體吹入第一冷卻器4中，在第一冷卻器31的出口處的最高可能溫度下得到部分冷卻的熟料。

部分冷卻的熟料31的這個(gè)溫度可約為400℃，例如，介于350℃至450℃之間。

此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)本質(zhì)特征，并不像像在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)具有兩個(gè)連續(xù)冷卻器的設(shè)施中那樣連續(xù)地在第二冷卻器中冷卻部分冷卻的熟料31。

相反地，根據(jù)本發(fā)明，把部分冷卻的熟料31儲(chǔ)存在第二冷卻器5的儲(chǔ)存室中，或者與該第二冷卻器5相關(guān)聯(lián)的儲(chǔ)存室中，并且間歇地控制關(guān)于部分冷卻的熟料31的第二冷卻步驟。

因此可以控制在第二冷卻器5中執(zhí)行的第二冷卻步驟的換熱條件，該交換不再取決于水泥熟料生產(chǎn)方法中的波動(dòng)，并且特別取決于熱熟料的生產(chǎn)流。

第二冷卻步驟的間歇控制比連續(xù)冷卻的方法得到更高的熱回收效率。

作為第一選擇，熟料可以在第二步驟中通過與流體9交換而被冷卻，使流體9直接接觸熟料，或者作為第二選擇，熟料可以在熟料與冷卻流體之間沒有直接接觸的情況下進(jìn)行冷卻：在后面這種情況下，可以通過壁進(jìn)行交換。

第二冷卻步驟的間歇控制使之能夠控制流體9與部分冷卻的熟料31之間的交換條件，以便在與熟料交換之后得到加熱流體9’，其流量和溫度能夠得到更高的熱回收效率。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第二冷卻步驟的操作時(shí)間可少于設(shè)施中熟料生產(chǎn)操作時(shí)間的50％。

在將與熟料接觸的情況下，流體9可以是比如空氣這樣的氣體。在混合物不會(huì)與熟料直接接觸的情況下，該流體9也可以是液體/蒸汽混合物。

通過優(yōu)化這種交換的條件，可能在第二冷卻步驟下游得到冷卻到溫度比環(huán)境溫度高30℃至10℃的熟料32。相比之下，在通過連續(xù)冷卻的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)施中，通常把熟料冷卻到比環(huán)境溫度高80℃至65℃的溫度。

加熱流體9'可用于發(fā)電。在這種流體是比如空氣這樣的氣體的情況下，可將其注入交換器10的主要部分，交換器10的次要部分在注入渦輪機(jī)11的壓力下產(chǎn)生蒸汽。

在該流體9是液體/蒸汽混合物的情況下，加熱流體9'可以是蒸汽，以供給渦輪機(jī)11。在這兩種情況下，渦輪機(jī)11都驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

根據(jù)在圖1中非限制性地闡釋的一個(gè)實(shí)施例，除了熟料在第二冷卻步驟過程期間釋放的熱量外，電力的產(chǎn)生還利用另一個(gè)焓源，具體而言為至少一個(gè)第二焓源8，例如，來自太陽能。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述第二焓源8可具有可變的可用性。有利的是，可以至少在由第二焓源8產(chǎn)生的功率Ps8低于預(yù)定閾值Pthreshold期間開始第二冷卻步驟。目的是確保發(fā)電的連續(xù)性。

根據(jù)另一個(gè)選擇，還可以至少在由第二焓源8產(chǎn)生的功率Ps8高于預(yù)定閾值Pthreshold期間，開始第二冷卻步驟。在這種情況下，目的是使電能轉(zhuǎn)換效率最大化。

根據(jù)在圖3中非限制性地闡釋的一個(gè)實(shí)施例，電能的產(chǎn)生可與至少一個(gè)第二電力源15相關(guān)聯(lián)，產(chǎn)量可變。該第二電力源可以是太陽能，例如，它是通過光伏電站和/或通過一個(gè)或多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可以至少在由第二電力源15產(chǎn)生的功率Ps15低于預(yù)定閾值Pthreshold期間，開始第二冷卻步驟。因此追求的目的是確保連續(xù)發(fā)電。

根據(jù)另一個(gè)選擇，可以通過來自供電商的命令開始第二冷卻步驟以及因此相關(guān)電能的生產(chǎn)。

在網(wǎng)絡(luò)R中電力的供應(yīng)和需求不平衡的情況下，本發(fā)明提供的靈活性允許通過產(chǎn)生與第二冷卻步驟相關(guān)的電力而臨時(shí)增加供應(yīng)(或者可能減少需求)，最好是在峰值期間。

滿足電力需求(或者在峰值期間撫平負(fù)載曲線)的這種能力使之能夠協(xié)商有利的價(jià)格條件，例如，為了購買由設(shè)施產(chǎn)生的電力進(jìn)行協(xié)商，或者關(guān)于電力合同進(jìn)行協(xié)商。

通過本發(fā)明可以利用的增加能量轉(zhuǎn)換效率和/或受益于更好的定價(jià)條件的可能性可以大大減少設(shè)施的投資回報(bào)時(shí)間。

本發(fā)明還涉及到一種連續(xù)生產(chǎn)熟料的設(shè)施1，適合實(shí)施所述方法。該設(shè)施包括用于無機(jī)燃料燃燒的至少一個(gè)燃料燃燒區(qū)2、2'，將其設(shè)計(jì)為通過燃燒使原料變形為熟料，得到熱熟料3，所述設(shè)施具有第一冷卻器4，隨后是第二冷卻器5，將所述冷卻器設(shè)置為通過兩個(gè)連續(xù)步驟冷卻熱熟料3，在所述第一冷卻器4中執(zhí)行第一冷卻步驟，在所述第二冷卻器5中執(zhí)行第二冷卻步驟。

根據(jù)本發(fā)明，設(shè)施包括：

-含氧氣體源6，用于在第一冷卻器4中冷卻材料，

-氣體管線，設(shè)置所述氣體管線，以便把由第一冷卻器4產(chǎn)生的所有加熱氣體運(yùn)送到所述設(shè)施的所述至少一個(gè)燃燒區(qū)2、2'，以便將其用作燃燒氣體，

-調(diào)整吹入第一冷卻器中的含氧氣體量的裝置，從而在不過量的情況下滿足所述設(shè)施對燃燒氣體的需求。

根據(jù)本發(fā)明，所述第二冷卻器5包括在第一冷卻步驟結(jié)束時(shí)儲(chǔ)存部分冷卻的熟料31的裝置，所述設(shè)施包括間歇地控制所述第二冷卻器5的裝置。

設(shè)施可包括旋風(fēng)預(yù)熱器12，可能包括裝有一個(gè)或多個(gè)燃燒器2'的分解爐13以及裝有一個(gè)或多個(gè)燃燒器2的回轉(zhuǎn)爐14，而且，其中，所述至少一個(gè)燃燒區(qū)包括回轉(zhuǎn)爐14的一個(gè)或多個(gè)燃燒器2，以及選擇性地包括分解爐13的一個(gè)或多個(gè)燃燒器2'。

設(shè)施可包括用于通過由熟料在第二冷卻器中釋放的熱量發(fā)電的設(shè)備10、11。例如，第二冷卻器交換部分冷卻的熟料31與流體9之間的熱量。發(fā)電設(shè)備可包括熱交換器10和渦輪機(jī)11，交換器與由熟料加熱的流體9'配合，以產(chǎn)生供給所述渦輪機(jī)11的蒸汽。

示例：

認(rèn)為熟料是通過具有1550kJ/kg的焓源的回轉(zhuǎn)爐在典型溫度1420℃下產(chǎn)生的。通過把空氣吹入篦冷機(jī)中冷卻該熟料。用于現(xiàn)代熟料燒制生產(chǎn)線中的操作的篦冷機(jī)的最佳可用技術(shù)把78％的能量轉(zhuǎn)化為燃料燃燒所必需的熱空氣，所述燃料用于熟料的生產(chǎn)。因此，在第一冷卻步驟之后，熟料包含341kJ/kg，其平均溫度為385℃。

在照常規(guī)方法中，如現(xiàn)有技術(shù)已知的，通過體積為0.9Nm3/kg的空氣把熟料冷卻到比環(huán)境溫度(假設(shè)為20℃)高65℃，對于所述空氣而言，其轉(zhuǎn)化279kJ，產(chǎn)生溫度為253℃的出口空氣。對于這些溫度條件而言，電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的典型效率為17％，因此每公噸熟料可以產(chǎn)生13.18kWh。

相比而言，通過根據(jù)本發(fā)明的方法，在所述第二交換器中可以設(shè)置反電流，選擇第二交換器中的空氣量，以便優(yōu)化交換，其中，把熟料冷卻到30℃(比環(huán)境溫度20℃高10℃)，并產(chǎn)生375℃的空氣(比熟料的最高溫度低10℃)。把308kJ轉(zhuǎn)化為0.62Nm3的空氣，以達(dá)到375℃。對于這些溫度條件而言，電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的典型效率為23％，因此，每公噸熟料可以產(chǎn)生19.68kWh。最終產(chǎn)生的能量增加50％。

術(shù)語

1.連續(xù)熟料生產(chǎn)設(shè)施，

2、2'.燃燒區(qū)(設(shè)施1)

3.熱熟料，

4.第一冷卻器，

5.第二冷卻器，

6.空氣(在第一冷卻器吹入的)

7.加熱的氣體(從第一冷卻器輸出的)

8.第二焓源

9，9'流體(分別來自第二冷卻器上游和下游)

10.熱交換器，

11.渦輪機(jī)，

12.旋風(fēng)預(yù)熱器，

13.分解爐，

14.回轉(zhuǎn)爐，

15.第二電力源，

20.原料。

31.部分冷卻的熟料(第一冷卻步驟下游以及第二冷卻步驟上游)，

32.冷卻的熟料(第二冷卻步驟下游)。

R.電力網(wǎng)絡(luò)，

Pthreshold.功率閾值，

Ps8.第二焓源的瞬時(shí)功率

Ps15.第二電力源的瞬時(shí)功率。