水硬性粘合劑旋轉(zhuǎn)爐的運行的制作方法
【專利摘要】運行用于生產(chǎn)水硬性粘合劑的旋轉(zhuǎn)爐(10)以減少其中的結(jié)圈的方法，其中，該爐(10)內(nèi)的縱向溫度分布曲線在爐運行期間通過以連續(xù)地或不連續(xù)地改變的注入?yún)?shù)注入不同于主要燃料(31，311，312)、初級氧化劑(32)和來自材料冷卻器(20)的熱空氣(22)的至少一種流體(61)而改變。
【專利說明】水硬性粘合劑旋轉(zhuǎn)爐的運行
[0001 ]本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)水硬性粘合劑例如水泥和石灰的旋轉(zhuǎn)爐。
[0002]這樣的旋轉(zhuǎn)爐具有基本上圓柱形的形狀，該圓柱體的長度遠大于其寬度。該爐繞旋轉(zhuǎn)軸線進行旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)軸線是相對于水平方向傾斜的、并且對應于該圓柱體的縱向軸線。有待在該爐中進行高溫處理的材料在重力作用下向下行進穿過該爐。該爐可以在其下端處包括燃燒器組件，該燃燒器組件用于主要燃料與燃燒氧化劑的燃燒以便產(chǎn)生進行高溫處理所必需的熱量。由該燃燒器組件產(chǎn)生的火焰基本上沿著該爐的縱向方向指向。在該爐中產(chǎn)生的煙道氣從該爐的上端處被排出。
[0003]經(jīng)高溫處理的材料(例如石灰或熟料)從該爐被轉(zhuǎn)移到空冷式材料冷卻器。
[0004]為了再利用從該冷卻器離開的熱的冷卻空氣的熱能，已知的是使用該熱的冷卻空氣作為用于該主燃料燃燒的次級氧化劑。在此情況下，該燃燒器組件用于將該主要燃料和初級燃燒氧化劑注入該爐中以便產(chǎn)生該主要燃料與該初級燃燒氧化劑的部分燃燒。來自該材料冷卻器的熱空氣被送至該爐中以提供次級燃燒氧化劑來進行所述主燃料的基本上完全燃燒。
[0005]用于生產(chǎn)水硬性粘合劑的旋轉(zhuǎn)爐的一個問題是，在爐運行期間在爐的圓柱形壁上形成厚的局部沉積物或累積物，也稱為圈。
[0006]這樣的沉積物(典型地包含未經(jīng)高溫處理的和/或經(jīng)部分或完全高溫處理的材料、灰分和灰塵)可能極大地限制爐的生產(chǎn)能力并且使其運行不穩(wěn)定。
[0007]實際上，這樣的沉積物減小了旋轉(zhuǎn)爐的自由內(nèi)部截面積/直徑，這首先產(chǎn)生了材料流通的瓶頸并且還造成在爐的長度上壓降增大。這種壓降增大的后果是，在將該次級燃燒氧化劑經(jīng)由下游的經(jīng)高溫處理材料的冷卻器供應至該爐的風扇(也稱為排氣風扇)以恒定功率運行時，被供應至該爐的燃燒氧化劑的量減少，從而造成在該爐中產(chǎn)生的熱量減少并且對應地經(jīng)高溫處理的材料的產(chǎn)量減小。如果替代地增大被供給該風扇(可以是引風或ID風扇)的功率來克服該壓降增大并維持被供應給爐的燃燒氧化劑水平，則該生產(chǎn)過程的能量效率由此被顯著降低。
[0008]已經(jīng)提出了各種方法在爐運行期間限制結(jié)圈并去除已形成的圈。
[0009]當結(jié)圈是由于包含大量雜質(zhì)(例如硫或氯)的爐氣氛在窯中再循環(huán)造成時，一種已知的基礎解決方案是使用旁路設施來提取煙道氣或爐氣氛的一部分，典型地從1%到5%。這個解決方案降低了設施的總效率，因為來自煙道氣和煙道氣中存在的材料的熱量隨著煙道氣的提取而損失。此外，這個解決方案的設計非常復雜并且意味著相當大的附加資本花費。
[0010]另一個有效的解決方案在于通過用工業(yè)用槍穿過窯罩射掉這個圈，如果該圈不是距窯出口太遠處形成的話。一種機械地粉碎此類沉積物的替代解決方案是透過窯的外殼在出現(xiàn)結(jié)圈的位置處點燃⑶2充入物，只要有通向其中的端口可用(參見US-A-2301855KUS-A-3220714描述了用于從旋轉(zhuǎn)窯中機械地去除材料圖的另一種方法，這是通過施加機械振動能量來在圈中造成開裂并由此減小圈的結(jié)構(gòu)剛度來實現(xiàn)的。這些已知的機械解決方案可能嚴重損害窯壁(的耐火材料)。
[0011]然而，它們沒有減少爐內(nèi)的結(jié)圈過程并且要求爐被停工和冷卻才可以去除這些圈。
[0012]根據(jù)在US-A-4421563中描述的方法，首先將固體燃料氣化，從所產(chǎn)生的氣體中去除硫，然后使經(jīng)清潔的氣體在旋轉(zhuǎn)爐內(nèi)燃燒。這樣的方法能夠減少與爐內(nèi)灰分的存在和其他燃燒殘留物相關聯(lián)的結(jié)圈機理。然而，這樣的方法一般沒有工業(yè)意義，因為它將水硬性粘合劑的生產(chǎn)成本增大到不可接受的水平。事實上，在旋轉(zhuǎn)爐中頻繁燃燒低品質(zhì)燃料和其他廢產(chǎn)品的原因就是為了將生產(chǎn)成本維持在具有競爭力的低水平。
[0013]在US-A-5882190中提出了一種通過燃燒含大量硫的燃料來生產(chǎn)熟料的方法，其中測量該熟料的硫含量，并且其中將爐中的煙道氣中的氧含量維持得足夠高來將窯中的溫度維持在CaSO4的分解溫度以下。煙道氣中的氧含量是通過調(diào)節(jié)排氣機(排氣風扇)將空氣抽吸穿過窯和塔以及設施的速度來控制的。這個解決方案受到排氣風扇能力的限制并且僅是為了解決與過量硫相關的結(jié)圈問題。
[0014]在FR-A-2246510中，提出了在熟料窯的進口端(煙道氣出口)注入額外的空氣以便將窯進口處的氣氛溫度降低到低于限定結(jié)圈的溫度的一個溫度。所提出的這個解決方案極大地降低了爐的熱效率并且僅處理了窯進口處的結(jié)圈。
[0015]FR-A-2837916提出了借助于改變?nèi)紵鞯膬蓚€支路氧化劑注入器之間的氧化劑流速分配來改變火焰長度和熱點位置。還描述了根據(jù)過程需要(例如限制堵塞的需要)進行的自動火焰長度控制。與該方法相關聯(lián)的是基本上由三個同心管組成的燃燒器裝置，其中燃料通道位于兩個氧化劑通道之間。
[0016]如在FR-A-2837918中描述的方法的實際實現(xiàn)不適合在如上文描述的旋轉(zhuǎn)窯中進行高溫處理。其實，實際上不可能使用在FR-A-2837916中描述的燃燒器裝置來利用來自材料冷卻器的熱空氣(典型地具有在1100°C左右的溫度)、不可能通過將次級氧化劑從共用的初級和次級氧化劑供應管線分支出去來將初級氧化劑和次級氧化劑注入旋轉(zhuǎn)窯中，如根據(jù)FR-A-2837918所述的情況，并且不可能實質(zhì)性改變這兩者之間的流速比率(這需要適當?shù)臋C械控制裝置，例如閥，并且要求顯著的額外壓降，而該壓降必須被排氣風扇克服，由此降低過程的收益率)。
[0017]為此原因，標準的實踐是對初級氧化劑不使用熱的冷卻空氣、而是從不同的氧化劑源來供應穿過燃燒器組件被注入的初級氧化劑。使用共用的冷的空氣源來通過分支產(chǎn)生初級和次級氧化劑也不是一種選擇，因為這代表巨大的且不可接受的效率損失，因為典型地向旋轉(zhuǎn)爐中的總熱輸入的約20%是由來自材料冷卻器的熱空氣提供的。
[0018]本發(fā)明的目的是通過限制在爐運行期間的結(jié)圈程度(厚度和/或速度)來改善爐運行。本發(fā)明的另外一個目的是通過使在爐運行期間形成的圈脫穩(wěn)來改善爐運行。
[0019]為此，本發(fā)明提出了一種運行旋轉(zhuǎn)爐的方法，作為生產(chǎn)水硬性粘合劑的過程的一部分。如所描述的，該爐具有基本上圓柱形的形狀，該形狀帶有相對于水平方向傾斜的縱向軸線并且該爐繞該縱向軸線旋轉(zhuǎn)。該爐具有上端、下端和基本上圓柱形的壁。為了實現(xiàn)所希望程度的材料高溫處理，該爐具有顯著大于其寬度的長度。該爐的長度典型地是該爐的直徑的至少9倍、并且優(yōu)選地是該爐的直徑的從9至40倍。
[0020]有待進行高溫處理的材料在該爐的上端處被送至該爐、在重力和該爐的旋轉(zhuǎn)的作用下向下行進穿過該爐、并且在該爐的下端處作為經(jīng)高溫處理的材料離開該爐。
[0021]在該爐中，該材料通過主要燃料的燃燒所產(chǎn)生的熱量受到高溫處理。在該爐的下端處，熱的經(jīng)高溫處理的材料從該爐被轉(zhuǎn)移到空冷式材料冷卻器，在該冷卻器中該熱的經(jīng)高溫處理的材料被冷卻空氣流冷卻，由此產(chǎn)生冷卻的經(jīng)高溫處理的材料以及熱空氣。
[0022]該爐在其下端處包括燃燒器組件，該燃燒器組件用于將主要燃料和初級燃燒氧化劑注入該爐中以便產(chǎn)生該主要燃料與所述初級燃燒氧化劑的部分燃燒，使得該主要燃料和該初級氧化劑的燃燒產(chǎn)物仍包含可燃物質(zhì)。對該初級氧化劑補充來自該材料冷卻器的熱空氣，該初級氧化劑作為次級氧化劑被送至該爐的下端。在燃燒中，該初級和次級氧化劑提供該主要燃料的基本上完全燃燒。通過該主要燃料與該初級氧化劑和次級氧化劑的燃燒所產(chǎn)生的火焰基本上平行于該爐的縱向軸線指向。該煙道氣在該爐的上端處從該爐被排出。
[0023]根據(jù)本發(fā)明，該爐內(nèi)的縱向溫度分布曲線在爐運行期間借助于向該爐中注入不同于該主要燃料、該初級氧化劑和該次級氧化劑的至少一種流體而改變，縱向溫度分布曲線的所述改變是通過連續(xù)地或不連續(xù)地改變將所述流體注入該爐中的至少一個注入?yún)?shù)來實現(xiàn)的。
[0024]在本文中并且除非另外指明，否則術語“旋轉(zhuǎn)爐”或簡稱“爐”、以及“旋轉(zhuǎn)窯”或簡稱“窯”是同義詞并且全都指代在本文描述的類型的旋轉(zhuǎn)爐。在本文中，表述“爐運行”是指在爐中進行不間斷的高溫處理的過程，即，有待進行高溫處理的材料連續(xù)引入爐中并且主燃料在爐中連續(xù)燃燒。
[0025]除非另外指明，否則在本發(fā)明的上下文中，術語“燃料”是指“主要燃料”。
[0026]爐內(nèi)的“縱向溫度分布曲線”是用多種方式來反映的。尤其可以將其確定為行進穿過爐的材料的縱向溫度分布曲線、圓柱形爐壁或外殼的縱向溫度分布曲線、以及爐內(nèi)的氣態(tài)氣氛的縱向溫度分布曲線。實際上，這三者是本質(zhì)上關聯(lián)的。
[0027]流體注入的“注入?yún)?shù)”是指其變化可以導致爐內(nèi)的縱向溫度分布曲線發(fā)生對應變化的任何注入?yún)?shù)。這樣的注入?yún)?shù)包括:注入點、注入速度、注入的體積或質(zhì)量流速、注入溫度、以及注入方向。
[0028]在參數(shù)的“連續(xù)”變化期間，該參數(shù)無中斷地(不停地)變化，即改變。在“不連續(xù)”變化期間，該參數(shù)在某些時刻變化或改變、但在其他時刻保持恒定。連續(xù)變化的一個實例是正弦變化。不連續(xù)變化的一個實例是逐步變化。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，將該流體以連續(xù)地或不連續(xù)地改變的注入速度注入，以改變爐內(nèi)的縱向溫度分布曲線。
[0030]根據(jù)另外一個實施例，其中為了改變該爐內(nèi)的縱向溫度分布曲線，將該流體以連續(xù)地或不連續(xù)地改變的注入方向注入。在此情況下，例如，該流體的注入方向可以在以下注入方向中的至少兩個注入方向之間改變:
[0031]?朝向爐內(nèi)的材料，
[0032].朝向爐壁且不朝向該材料，
[0033]?基本上對應于或平行于爐的縱向軸線。
[0034]另一種可能性是通過將該流體從一個或多個連續(xù)地或不連續(xù)地改變的注入點注入來改變該爐內(nèi)的縱向溫度分布曲線。
[0035]為了改變該爐內(nèi)的縱向溫度分布曲線，可以將該流體以連續(xù)地或不連續(xù)地改變的注入流速注入。例如，根據(jù)本發(fā)明能夠?qū)⒃摿黧w間歇性地注入，即，使流體注入爐內(nèi)的周期與無流體注入爐內(nèi)的周期交替。替代地，可以將該流體連續(xù)地、但以變化的(非零)流速注入。
[0036]又一種可能性是通過將該流體以該流體的連續(xù)地或不連續(xù)地改變的溫度注入來改變該爐內(nèi)的縱向溫度分布曲線。
[0037]該參數(shù)變化可以是周期性的或非周期性的?！爸芷谛缘摹弊兓且韵伦兓?其中參數(shù)的改變是以固定的時間間隔發(fā)生或重復，但是其中相繼的參數(shù)變化可以是相同的或不同的。在“非周期性的”變化期間，相繼的參數(shù)變化不是以固定的時間間隔發(fā)生、而是例如響應于由爐操作員或由控制系統(tǒng)檢測到的該高溫處理過程的變化(爐上的壓降、高溫處理程度或經(jīng)高溫處理的材料的品質(zhì)、圓柱形壁的溫度等)而波動。
[0038]“循環(huán)的”變化是處于該參數(shù)的重復出現(xiàn)的相繼循環(huán)的形式，每個循環(huán)中的參數(shù)變化是相同的。
[0039]還有可能將以上參數(shù)變化或參數(shù)變化類型中的兩種或更多種進行組合，以改變該縱向溫度分布曲線。例如能夠?qū)⒘黧w注入速度、流體流速和流體溫度中的一種或多種的變化以恒定或變化的注入?yún)?shù)變化頻率進行組合。
[0040]將流體注入(例如氧氣注入)在兩個或更多注入位置進行分流、并且在這些不同的注入位置改變這些流體注入?yún)?shù)可以大大提高本發(fā)明的效果。
[0041]例如，可以在所述注入位置中的每個位置處改變流體注入的注入動量。尤其有用的是在以不同的可變注入動量工作的多個注入位置處注入該流體。
[0042]可以將該流體借助于位于該爐的下端處的一個或多個噴槍注入。
[0043]在此情況下該流體可以與該燃燒器分開地或穿過該燃燒器組件被注入爐中。具體地，可以將該流體借助于安裝在該燃燒器組件的多個貫通通路中的一個或多個流體噴槍來注入爐中。
[0044]被注入爐中以改變該縱向溫度分布曲線的流體可以是氣體。該流體有利地包含一種選自下組的氣體，該組包括:氧氣、空氣、C02、水蒸氣和再循環(huán)的煙道氣、或其混合物，優(yōu)選氧氣或富氧空氣。
[0045]該流體也可以是液體，例如包含液化氧氣、液化空氣、液化CO2、水、或至少兩種所述流體的混合物的液體，優(yōu)選液化氧或液化的富氧空氣。除非另外指明，否則本文使用的術語“氧氣”是指工業(yè)氧氣，即，包含80%vol至100%vol O2、優(yōu)選90%vol O2且更優(yōu)選至少95%vol O2的一種流體。
[0046]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，被注入爐中的流體是或者包括輔助燃料，該輔助燃料是借助于位于該爐的下端處的輔助燃燒器注入該爐中的。在此情況下，該縱向溫度分布曲線不是僅通過注入所述輔助燃料而改變，而是還通過所述輔助燃料在爐中的燃燒以及由所述燃燒產(chǎn)生的熱量和燃燒產(chǎn)物而改變。典型地但非必須地，該輔助燃燒器還注入輔助燃燒氧化劑以用于在該爐中燃燒該輔助燃料。
[0047]當沒有輔助燃燒氧化劑被注入爐中時，該輔助燃料在爐中燃燒，而余量的初級和/或次級氧化劑沒有被該主要燃料的燃燒所消耗。
[0048]該輔助燃燒器可以是與該燃燒器組件分開的或是其一部分。當該輔助燃燒器是分開的燃燒器時，它可以與該燃燒器組件分開地安裝、或者被安裝在該燃燒器組件的貫通通路中。
[0049]特別適合的輔助燃燒器是能夠改變?nèi)剂献⑷雱恿?火焰動量的那些。這樣的可變火焰動量燃燒器的良好實例是在FR-A-2837916中描述的燃燒器。
[0050]如上文已經(jīng)提到的，能夠響應于由爐操作員或控制系統(tǒng)檢測到的在旋轉(zhuǎn)爐中的高溫處理過程中的所觀察到的變化來改變該注入?yún)?shù)。
[0051 ]根據(jù)一個實施例，該注入?yún)?shù)隨著在沿著該旋轉(zhuǎn)爐的長度的給定位置處檢測到的該圓柱形壁的溫度而變化。在此情況下，在過程參數(shù)(燃料類型、有待進行高溫處理的材料類型、爐的材料通過量等)不存在其他變化(這將造成該圓柱形爐壁的溫度變化)的情況下，在所檢測到的圓柱形壁的溫度低于指示了結(jié)圈和/或所述圈的某個厚度的預定閾值時、或在所檢測到的圓柱形壁的溫度降低了 10°C與100°C之間、更優(yōu)選在10°C與50°C之間時，有利地改變該注入?yún)?shù)。
[0052]替代地或與以上內(nèi)容組合，該注入?yún)?shù)可以隨著旋轉(zhuǎn)爐上的壓降改變，該壓降如之前提到的是對爐中的結(jié)圈(水平)的指示。在此情況下，有利地在旋轉(zhuǎn)爐上的壓降高于預定閾值時改變該注入?yún)?shù)。
[0053]該水硬性粘合劑可以是水泥或石灰。
[0054]本發(fā)明還涉及根據(jù)本發(fā)明的方法的以上實施例中的任一者用于減少在爐運行期間在圓柱形爐壁上的局部材料累積物的用途。
[0055]本發(fā)明進一步涉及根據(jù)本發(fā)明的方法的這些實施例中的任一者用于將在爐運行期間在圓柱形爐壁上的局部材料累積物進行物理脫穩(wěn)的用途。
[0056]根據(jù)以下實例將更好地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，其中參考了圖1至7，在其中:
[0057].圖1是根據(jù)本發(fā)明的氧注入動量的變化對爐的總動量以及對爐內(nèi)不同縱向位置處的溫度的影響的示意性表示；
[0058].圖2是由根據(jù)本發(fā)明的氧注入動量的變化造成的爐內(nèi)的總動量對爐內(nèi)的縱向溫度分布曲線以及結(jié)圈的縱向位置的影響的示意性表示；
[0059].圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術的包含高溫處理旋轉(zhuǎn)爐的水硬性粘合劑生產(chǎn)單元的局部示意性表不;
[0060].圖4是圖3所示類型的、但被適配成用于本發(fā)明的方法的一個實施例中的水硬性粘合劑生產(chǎn)單元的局部示意性表示；
[0061].圖5是圖3所示類型的、但被適配成用于本發(fā)明的方法的第二實施例中的水硬性粘合劑生產(chǎn)單元的另外的局部示意性表示；
[0062].圖6是適合用于本發(fā)明的方法中的氧噴槍的縱向截面視圖和前視圖的示意性表示，包括圖4和5中所示的生產(chǎn)單元；
[0063].圖7是裝備有圖6所示的適當噴槍的并且適合用于根據(jù)本發(fā)明的方法中的燃燒器組件的示意性前視圖，包括圖4中所示的生產(chǎn)單元。
[0064]雖然本實例具體涉及水泥旋轉(zhuǎn)爐，但類似的考慮因素適用于其他水硬性粘合劑旋轉(zhuǎn)爐，例如石灰旋轉(zhuǎn)爐。
[0065]生料到水泥熟料的最終轉(zhuǎn)換(通常在水泥旋轉(zhuǎn)爐中進行)是主要反應物石灰(CaO)與硅酸二鈣(C2S)剩余固體之間的燒結(jié)反應。這種固體到固體的轉(zhuǎn)換一般由于存在20 %到30 %的由鐵酸氧化鋁鈣(C3AF)和鋁酸三鈣(C3A)相加上堿、硫酸鹽、和氧化鎂形成的液相而被增強。
[0066]這些不同相沿著窯的共同存在產(chǎn)生了取決于材料混合物和與之相接觸的氣氛的溫度和組成的材料粘度和粘性梯度，從而造成厚涂層的局部形成、粘性材料在圓柱形爐壁上的累積或結(jié)圈。
[0067]目前燃燒替代性燃料(如輪胎碎條、有機廢物等)作為旋轉(zhuǎn)爐中的主要燃料(的一部分)而由此將顯著量的雜質(zhì)(像硫和氯)引入該過程中的實踐，趨向于促進結(jié)圈并增大對此問題的解決方案的需要。
[0068]在文獻中根據(jù)圈在爐中的位置報道了圈的不同類型和位置:
[0069]-在旋轉(zhuǎn)爐的下端處的圈
[0070]這些圈主要與耐火內(nèi)襯的過熱與該顆粒材料液相的過度生產(chǎn)相關聯(lián)。為了消除這種現(xiàn)象，已知的是在爐運行開始時選擇過程參數(shù)，具體是選擇足夠的二次空氣流來實現(xiàn)對爐壁的充分冷卻、選擇足夠低的二次空氣溫度、將燃燒器組件定位在爐內(nèi)更深處、或操作該燃燒器組件來產(chǎn)生緊密火焰(當所述火焰趨向于朝爐的內(nèi)襯升高時)。
[0071]-在旋轉(zhuǎn)爐的上端處的圈
[0072]這些圈主要是由于有可能源自在窯中的某個點處的還原性燃燒條件和硫酸鹽的再循環(huán)而出現(xiàn)的灰硅鈣石/灰硅鈣石硫酸鹽的形成。
[0073]這些圈是特別成問題的，因為它們距爐的下端太遠而不能通過槍射擊被有效地去除。已經(jīng)提出了在提供了 CO2充入物的點火端口時通過將此類充入物透過圓形壁點火來毀壞所述圈。在任一情況下，該窯必須被頻繁地停機并且必須被允許冷卻下來，才能物理地去除這些圈。不需要頻繁的窯停工的僅有的已知解決方案是選擇這些過程參數(shù)，具體地在爐運行開始時選擇生料和主要燃料，以便防止熱的材料中的硫酸鹽過量。然而，由于因為成本原因而需要原材料和主要原料的區(qū)域性采購，這通常是不可能的。
[0074]-在旋轉(zhuǎn)爐中間的燃燒區(qū)內(nèi)的圈
[0075]這些圈是與具有灰塵顆粒(尤其是燃料灰分和燃料灰塵，例如熟料灰塵，例如被來自冷卻器的次級燃燒空氣所夾帶)的爐氣氛在爐中的(再)循環(huán)相關聯(lián)的。當火焰中達到足夠高的溫度時，這些灰塵顆粒熔化并且沿著窯被向上攜帶，在這里它們再次變硬并且粘到爐壁上，從而形成大致長形的圈。這些圈通?？梢酝ㄟ^用槍射擊來機械地毀壞，但這需要大量的爐停工時間并且可能毀壞耐火內(nèi)襯。
[0076]還已知的是通過操作該燃燒器組件來使火焰變短和變緊密來減少灰塵產(chǎn)生和/或灰塵(再)循環(huán)，但這并沒有完全消除在旋轉(zhuǎn)爐中間的結(jié)圈、而是僅減小了爐停工的所需頻率或圈長度。其實使火焰變短需要增大初級空氣的流量并由此增大燃燒器頂端處的氣體再循環(huán)，使得來自冷卻器的灰塵被帶入爐中不太遠，從而產(chǎn)生較小的圈。
[0077]根據(jù)本發(fā)明，爐內(nèi)的縱向溫度分布曲線在爐運行期間改變，從而造成沿著旋轉(zhuǎn)爐的縱向熱傳遞分布曲線和/或材料組成分布曲線的對應改變。
[0078]在爐運行期間，即，在連續(xù)爐運行過程中，該縱向溫度分布曲線在爐運行期間由于以連續(xù)或不連續(xù)地改變的注入?yún)?shù)注入不同于該主要燃料、該初級氧化劑和次級氧化劑的至少一種流體而被改變。多種多樣的流體可以被注入其中。該流體可以是氣態(tài)或液態(tài)。該流體可以包括或其組成為另外的氧化劑或輔助氧化劑、另外的燃料或輔助燃料、輔助燃料與輔助氧化劑的組合、通過輔助燃料的燃燒而生成的燃燒氣體、水蒸氣、C02、氧氣、再循環(huán)的燃燒氣體等。一般，由于其促進燃料的完全燃燒，優(yōu)選的是注入氧或含氧流體。根據(jù)本發(fā)明，所述氧注入的至少一個注入?yún)?shù)(例如速度和/或流速和/或溫度)被改變的程度足以造成爐的縱向溫度分布曲線的對應改變。
[0079]在實踐中，爐操作員選擇該流體和流體的注入?yún)?shù)(包括但不限于根據(jù)本發(fā)明被改變的這個或這些注入?yún)?shù))以便將參數(shù)改變對爐的縱向溫度分布曲線的影響最大化，而對于爐輸出、產(chǎn)品品質(zhì)、或這個過程的收益率沒有明顯的負面影響。在此方面，選擇注入該流體時的動量通常是特別相關的。該流體的注入動量有利地被選擇為在爐的總動量的5%與50 %之間、優(yōu)選在1 %與30 %之間。當該流體為氧氣時情況尤其如此。
[0080]通過本發(fā)明，防止了在沿著爐長度的給定點處，材料和爐氣氛的溫度以及其組成以很可能促進結(jié)圈的組合形式穩(wěn)定化或保留。
[0081]圖1展示了由氧組成的燃料射流的注入動量的連續(xù)非周期性且非循環(huán)的變化對于在爐的給定的縱向位置處的爐壁和/或爐內(nèi)材料的溫度隨時間的影響。
[0082]以此方式，本發(fā)明通過使沿著旋轉(zhuǎn)爐的長度促進圈生長的條件的出現(xiàn)發(fā)生偏離而顯著限制了在旋轉(zhuǎn)爐內(nèi)的特定位置處的圈生長。這在圖2中被示出。
[0083]如圖2的實例中所示，當該旋轉(zhuǎn)爐窯以總動量Ml運行時，相關聯(lián)的縱向溫度&組成分布曲線在距燃燒器組件距離Xl處創(chuàng)建了一個區(qū)，在該區(qū)中所述條件促進結(jié)圈。
[0084]在給定時期的爐運行之后，例如在預定小時數(shù)的運行之后或在檢測到可能的結(jié)圈(即，圓柱形壁溫度的下降和/或爐上壓降的增大)時，氧注入爐的動量改變，從而將總動量從水平Ml改變至水平M2，由此修改了區(qū)Xl中的材料和氣氛溫度以及組成，從而在所述區(qū)中并且優(yōu)選地在所述圈穩(wěn)定化之前使圈生長停止。在這個新的過程運行階段中，適合結(jié)圈的條件現(xiàn)在已經(jīng)移動到沿著旋轉(zhuǎn)爐的新位置X2。在又幾個小時的生產(chǎn)之后或者如上文所指出的，當存在爐內(nèi)結(jié)圈的新指示時，氧注入的動量再次被調(diào)節(jié)，例如以便返回至初始動量水平Ml0
[0085]在后一種情況下，爐運行在以總動量水平Ml與總動量水平M2運行之間進行交替，氧注入?yún)?shù)的變化是不連續(xù)的。當氧注入動量的變化以固定的時間間隔發(fā)生時，這種變化是周期性的。
[0086]當縱向溫度分布曲線的變化足夠大時，本發(fā)明還能夠?qū)⒁呀?jīng)在該過程的之前階段中在該爐內(nèi)形成的圈脫穩(wěn)和減少或毀壞。
[0087]圖1展示了由氧組成的燃料射流的注入動量的連續(xù)非周期性且非循環(huán)的變化對于在爐的兩個不同縱向位置處的爐壁和/或爐內(nèi)材料的溫度隨時間的影響。如圖1所示，氧射流的動量充分改變從而改變了在這兩個縱向位置處的溫度(并且因此改變了爐內(nèi)的縱向溫度分布曲線)。
[0088]然而，氧動量的改變并沒有導致爐總動量的顯著改變。因此盡管氧注入動量發(fā)生改變，仍維持了穩(wěn)定的爐運行和生產(chǎn)率。
[0089]旋轉(zhuǎn)爐或窯10呈現(xiàn)了傾斜的縱向軸線，該爐或窯繞該軸線旋轉(zhuǎn)。有待進行高溫處理的材料(例如未煅燒的或部分煅燒的生料)經(jīng)由位于爐10的上端處的窯進口 11被引入旋轉(zhuǎn)爐10中。該材料在重力和圓柱形壁旋轉(zhuǎn)的作用下行進穿過旋轉(zhuǎn)的爐10、并且通過爐10內(nèi)的該一種或多種主要燃料31的燃燒所產(chǎn)生的熱量受到高溫處理。其實常見的做法是使用最廉價的可能的適當燃料或燃料組合來進行礦物的高溫處理，以便保持生產(chǎn)成本低。
[0090]在爐中產(chǎn)生的煙或煙道氣51在爐10的上端處經(jīng)由排氣管道50被排出。當例如在旋轉(zhuǎn)爐的上游(在材料的流動方向上)存在預煅燒器(未示出)時，至少部分的煙道氣可以經(jīng)由所述排氣管道50被引向所述預煅燒器。
[0091 ]在爐10的下端處，經(jīng)高溫處理的礦物材料從爐10被轉(zhuǎn)移到材料冷卻器20。
[0092]在冷卻器20中，經(jīng)高溫處理的材料被冷卻空氣21冷卻。
[0093]為了該一種或多種主要燃料31的燃燒，在爐10的下端處的窯罩12中提供了主要燃燒器或燃燒器組件30。這個主要燃燒器30典型地被設計成用于允許多種多樣的燃料(包括替代性的且低熱值的燃料31)的有效燃燒。
[0094]除了該一種或多種主要燃料31之外，主要燃燒器30還將初級燃燒氧化劑32(典型地初級燃燒空氣)注入爐中以便產(chǎn)生該一種或多種主要燃料31與該初級氧化劑32的部分燃燒。該一種或多種主要燃料31的燃燒隨后通過與次級燃燒氧化劑22的進一步燃燒而完成。來自冷卻器20的熱空氣22被用作次級燃燒氧化劑并且在爐10的下端處與主要燃燒器30分開地被注入爐10中。
[0095]在圖3中所示的所展示實施例中，來自冷卻器20的熱空氣的另一個部分23被用作三次空氣并且經(jīng)由三次空氣管道40從窯罩12被輸送至煅燒器(未展示)。
[0096]在圖4中展示的生產(chǎn)單元中，在該燃燒器組件30中(例如在圖7中的通道33和/或34中)安裝了流體注入裝置60。
[0097]圖7中展示的燃燒器組件被適配成用于燃燒兩種類型的主要燃料。第一‘初級’主要燃料穿過環(huán)形的初級燃料注入通路311被注入。初級燃燒空氣被分成兩個空氣流。第一軸向初級空氣流經(jīng)由環(huán)繞初級燃料注入通路311的環(huán)形軸向空氣通路321被注入該爐中。第二徑向初級空氣流經(jīng)由位置與初級燃料注入通路311相鄰且在其內(nèi)的環(huán)形徑向空氣通路322被注入。該燃燒器組件進一步包括在空氣通路322內(nèi)部的核心元件。在所述核心元件中提供了多個貫通通路或通道，并且更具體地提供了用于將初級燃料注入該旋轉(zhuǎn)爐中的初級燃料通路312、以及上述兩個額外通道33和34。該初級空氣的注入?yún)?shù)隨著該一種或多種初級燃料的性質(zhì)和流速的變化是固定的。
[0098]由于許多現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)窯燃燒器組件已經(jīng)提供了一個或多個這樣的閑置貫通通路或通道(在正常爐運行期間不用于將介質(zhì)注入爐中)，因此在不改變爐10的燃燒器組件30的結(jié)構(gòu)或設計的情況下安裝在本發(fā)明的方法中使用的流體注入裝置通常是可能的。
[0099]在圖5中展示的生產(chǎn)單元中，流體注入裝置60是與燃燒器組件30分開地安裝的。注入裝置60被示出為是安裝在燃燒器組件30下方、但也可以安裝在燃燒器組件30的上方或旁邊，只要這不干擾該爐的良好工作。
[0100]額外流體61的有利選擇是氧氣。
[0101]根據(jù)本發(fā)明，注入裝置60被用來將不同于一種或多種主要燃料31、初級氧化劑32和次級氧化劑22的流體(被稱為額外流體)注入爐中。注入裝置60更確切地是用來將額外流體61注入爐中并且在爐運行期間改變該額外流體的至少一個注入?yún)?shù)，由此實現(xiàn)爐內(nèi)的縱向溫度分布曲線的改變而同時維持足夠的產(chǎn)率和經(jīng)高溫處理的產(chǎn)品的品質(zhì)。
[0102]—種實施本發(fā)明的方式是改變該額外流體61的注入速度或動量、并且由此改變爐內(nèi)的縱向溫度分布曲線。
[0103]這可以使用具有兩個噴嘴作為注入裝置60的噴槍來實現(xiàn)。典型地，一個噴嘴將環(huán)繞另一個，例如處于共軸的安排中。這樣的噴槍的實例在圖6中示出。所展示的噴槍具有縱向軸線600、以內(nèi)注入噴嘴66終止的內(nèi)供應管道68、和以外注入噴嘴65終止的外供應管道67。內(nèi)注入噴嘴66限定了內(nèi)注入開口 63，并且內(nèi)注入噴嘴66與外注入噴嘴65之間的空間限定了外注入開口 64。這樣的噴槍60使得能夠改變氧注入速度和注入動量，甚至在穿過噴槍60的氧質(zhì)量流速恒定時，這是通過在以下情形之間切換氧注入來實現(xiàn)的:(a)基本上穿過注入開口 63和64中的僅一個的氧注入與(b)穿過內(nèi)開口 63和外開口 64 二者的氧注入。
[0104]噴槍60因此可以用于通過在爐運行期間在第一階段與第二階段之間切換噴槍操作來實現(xiàn)氧注入速度或動量的不連續(xù)的逐步變化。例如，在第一階段期間，氧被注入這兩個注入開口63和64以提供低的氧注入速度，而在第二階段期間，將大多數(shù)的氧(例如90%)送至內(nèi)噴嘴66以將更高速度或動量的氧射流注入爐中。剩余10%的氧流穿過外開口 64被注入以便確保對噴槍外部的冷卻并防止其熱損壞。當內(nèi)注入開口 63的流動截面積與外注入開口64的流動截面積顯著不同時，可以在相同的氧注入質(zhì)量流速下實現(xiàn)氧注入速度和動量的進一步變化。自然還能夠通過改變穿過噴槍的氧質(zhì)量流速來改變氧注入速度或動量、并且將流體流速的變化與注入速度的變化進行組合。
[0105]還能夠安裝兩個或更多不同的額外流體注入裝置60以便根據(jù)本發(fā)明進行使用。例如，可以安裝若干個注入裝置60，每個裝置具有其自己的注入爐中的注入點和/或注入方向。在此情況下，爐的縱向溫度分布曲線可以在爐運行期間通過改變穿過這些不同注入裝置的額外流體流速而被改變。
[0106]還能夠提供若干個如上文描述的可變動量噴槍，每個噴槍能夠以低動量和高動量、以恒定的氧質(zhì)量流速注入氧。
[0107]當爐裝備有兩個這樣的噴槍(例如，一個在圖7所示的燃燒器組件的通道33中而一個在通道34中)或在圖5中位于繞燃燒器組件30的不同位置處或在旋轉(zhuǎn)爐內(nèi)的不同位置處的兩個噴槍，并且在第一階段期間操作所述噴槍之一來以高動量注入氧而另一個噴槍以低動量注入氧、并且隨后切換到第二階段來使所述兩個噴槍中的第一個以低動量注入氧且這兩個噴槍中的第二個以高動量來注入氧。通過在爐運行期間如此地在該第一階段與第二階段之間切換，同樣能夠改變爐內(nèi)的縱向溫度分布曲線，而甚至不改變作為額外流體被注入爐中的氧的質(zhì)量流速。
[0108]進一步能夠可選地與以上實施例之一相組合地通過改變被注入爐內(nèi)的額外流體的溫度、例如通過借助于與來自該水硬性粘合劑生產(chǎn)設施的煙道氣或與來自該冷卻器的冷卻氣體進行熱交換來將所述流體預加熱到不同的溫度，而改變爐內(nèi)的縱向溫度分布曲線。
[0109]愛.
[0110]在根據(jù)本發(fā)明的方法的實現(xiàn)方式的以下非限制性實例中展示了本發(fā)明及其優(yōu)點。
[0111]在圖3所示類型的用于生產(chǎn)水泥熟料的現(xiàn)有技術旋轉(zhuǎn)窯(該旋轉(zhuǎn)窯具有65m的內(nèi)部長度并且裝備有如圖7所示的燃燒器30、但在任一通道33和34中都沒有注入噴槍)中，在距燃燒器30為20m與30m之間的距離處發(fā)生顯著的結(jié)圈，從而導致生產(chǎn)能力的顯著減小。在該爐的外側(cè)上，可以觀察到在爐內(nèi)的所述圈的形成，因為外殼溫度(即，圓柱形窯壁的外側(cè)上的溫度)由于這些圈沉積物的隔熱作用而顯著下降。
[0112]根據(jù)本發(fā)明，在燃燒器30的中央核心元件內(nèi)的通路34中安裝了圖6所示的管中管類型的氧噴槍(如圖7所示)。
[0113]在所述氧噴槍的進口端處的螺線管閥(未示出)控制分別穿過內(nèi)注入開口63和外注入開口 64被注入的氧的分布。
[0114]通過使用所述氧噴槍和相關聯(lián)的螺線管閥，氧以600Nm3/h的恒定流速被注入窯中，但氧注入速度發(fā)生循環(huán)變化。
[0115]這種循環(huán)變化由兩個階段組成。
[0116]在第一階段期間，該螺線管閥是關閉的，并且所有的氧(微小的清掃部分除外)以在120m/s至140m/s的范圍內(nèi)、優(yōu)選為120m/s的第一注入速度穿過內(nèi)注入開口 63被注入。該清掃氧部分穿過外注入開口 64被注入。所述清掃氧部分是從該氧供應管線通過繞過該螺線管閥而獲得的、并且被限制在為了在該第一階段期間將外注入噴嘴65維持在足夠低的溫度以避免其熱損傷且防止來自窯氣氛中的載有顆粒的氣體沿所述外噴嘴65向上行進而需要的氧量。
[0117]在該循環(huán)的第二階段期間，該螺線管閥是打開的，并且氧被分布在內(nèi)注入開口63和外注入開口 64上且穿過其中被注入，從而得到在60m/s與90m/s之間、優(yōu)選60m/s的較低氧注入速度。
[0118]每隔12小時就發(fā)生在這兩個階段之間的切換。
[0119]當使用根據(jù)本發(fā)明的方法時，沒有由于圈沉積物的形成而導致的顯著生產(chǎn)能力損失。
[0120]在現(xiàn)有技術窯運行期間觀察到結(jié)圈的那些區(qū)域內(nèi)，S卩，在距燃燒器為20m與30m之間處，窯外殼的溫度比現(xiàn)有技術窯運行期間的平均高200°C。
[0121]與現(xiàn)有技術的運行相比，觀察到了大致12噸熟料/噸注入氧的產(chǎn)量增加。
[0122]這是更加突出的，因為以恒定氧注入?yún)?shù)噴入窯中的氧導致了2至4噸熟料/噸注入氧的顯著更低的產(chǎn)量增加。根據(jù)本發(fā)明的方法不僅有效防止了旋轉(zhuǎn)窯中的結(jié)圈。其實，當在該窯的一段時期的現(xiàn)有技術運行之后使用根據(jù)本發(fā)明的方法時，根據(jù)本發(fā)明的方法允許對之前形成的圈進行脫穩(wěn)和毀壞。
[0123]雖然本文是關于用來生產(chǎn)水硬性粘合劑的旋轉(zhuǎn)爐來描述本發(fā)明的，但應了解的是，本發(fā)明可以用于在爐運行期間結(jié)圈造成問題的所有旋轉(zhuǎn)爐中。
[0124]圖例
[0125]10: 旋轉(zhuǎn)窯/爐
[0126]11: 窯進口 /上端
[0127]12:窯罩
[0128]20: 材料冷卻器
[0129]21: 冷的冷卻空氣
[0130]22: 二次空氣/熱的冷卻空氣
[0131]23: 三次空氣
[0132]30: 主要燃燒器組件
[0133]31: 一種或多種主要燃料
[0134]32: 初級空氣/初級氧化劑
[0135]33: 用于流體注入裝置的通道
[0136]34: 用于流體注入裝置的通道
[0137]40: 三次空氣管道
[0138]50:煙道氣排氣管道
[0139]51:煙道氣
[0140]60:流體注入裝置/噴槍
[0141]61:一種或多種額外氣體
[0142]63:內(nèi)注入開口
[0143]64:外注入開口
[0144]65:外注入噴嘴
[0145]66:內(nèi)注入噴嘴
[0146]67:外供應管道
[0147]68:內(nèi)供應管道
[0148]311:初級燃料
[0149]312:次級燃料
[0150]321:初級空氣軸向流
[0151]322:初級空氣徑向流
[0152]600:流體注入裝置的縱向軸線
【主權(quán)項】
1.運行用于生產(chǎn)水硬性粘合劑的旋轉(zhuǎn)爐(10)的方法，其中: ?該爐(10)具有帶有相對于水平方向傾斜的縱向軸線的基本上圓柱形形狀、上端(11)、下端、以及基本上圓柱形的壁，該爐(10)的長度為該爐(10)的直徑的至少9倍、并且優(yōu)選為該爐的直徑的從9至40倍， ?該爐(1)繞該縱向軸線旋轉(zhuǎn)， ?有待進行高溫處理的材料被送至該爐的上端(11)處、在重力作用下向下行進穿過該爐(1)、在該爐(1)中通過在該爐(1)中的主要燃料(31，311，312)的燃燒所產(chǎn)生的熱量而受到高溫處理、并且在該爐的下端處作為經(jīng)高溫處理的材料離開該爐， ?該經(jīng)高溫處理的材料從該爐(10)轉(zhuǎn)移到空冷式材料冷卻器(20)，以便產(chǎn)生冷卻的經(jīng)高溫處理的材料以及熱空氣(22)， ?該爐(10)在其下端處包括燃燒器組件(30)，該燃燒器組件用于將該主要燃料(31，311,312)和初級燃燒氧化劑(32)注入該爐(10)中以便產(chǎn)生該主要燃料(31，311，312)與該初級燃燒氧化劑的部分燃燒， ?來自該材料冷卻器(20)的熱空氣(22)作為次級氧化劑被送至該爐(10)的下端處以便提供該主要燃料(31，311，312)的基本上完全燃燒， ?通過該主要燃料(31，311，312)與該初級氧化劑(32)和次級氧化劑(22)的燃燒所產(chǎn)生的火焰基本上平行于該爐(1)的縱向軸線指向， ?煙道氣(51)在該爐(10)的上端(11)處從該爐被排出， 其特征在于: ?該爐內(nèi)的縱向溫度分布曲線在爐運行期間借助于向該爐(10)中注入不同于該主要燃料(31，311，312)、該初級氧化劑(32)和該次級氧化劑(22)的至少一種流體(61)而改變，其中該縱向溫度分布曲線的改變是通過連續(xù)地或不連續(xù)地改變將所述流體(61)注入該爐(10)中的至少一個注入?yún)?shù)來實現(xiàn)的。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，為了改變該爐(10)內(nèi)的該縱向溫度分布曲線，將該流體(61)以連續(xù)地或不連續(xù)地改變的注入速度注入。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，為了改變該爐(10)內(nèi)的該縱向溫度分布曲線，將該流體(61)以連續(xù)地或不連續(xù)地改變的注入方向注入。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其中，為了改變該爐(10)內(nèi)的該縱向溫度分布曲線，將該流體(61)從一個或多個連續(xù)地或不連續(xù)地改變的注入點注入。5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，為了改變該爐(10)內(nèi)的該縱向溫度分布曲線，將該流體(61)以連續(xù)地或不連續(xù)地改變的該流體的注入流速注入。6.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，為了改變該爐(10)內(nèi)的該縱向溫度分布曲線，將該流體(61)以連續(xù)地或不連續(xù)地改變的該流體(61)的溫度注入。7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，借助于位于該爐(10)的下端處的一個或多個噴槍(60)來注入該流體(61)。8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，該流體是氣體。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，該流體(61)含有一種選自下組的氣體，該組包括:氧氣、空氣、C02、水蒸氣和再循環(huán)的煙道氣、或其混合物，優(yōu)選為氧氣或富氧空氣。10.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其中，該流體(61)是液體。11.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項或10所述的方法，其中，該流體(61)是輔助燃料，該輔助燃料借助于位于該爐(10)的下端處的輔助燃燒器注入該爐中。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，該輔助燃燒器還注入輔助燃燒氧化劑以用于燃燒該輔助燃料。13.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，該注入?yún)?shù)隨著在沿著該旋轉(zhuǎn)爐(10)的長度的給定位置處檢測到的該圓柱形壁的溫度而變化。14.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，該注入?yún)?shù)隨著在沿著該旋轉(zhuǎn)爐(10)上的壓降而變化。15.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，該水硬性粘合劑是水泥或石灰。
【文檔編號】C04B7/44GK106068249SQ201580010433
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2015年2月26日 公開號201580010433.8, CN 106068249 A, CN 106068249A, CN 201580010433, CN-A-106068249, CN106068249 A, CN106068249A, CN201580010433, CN201580010433.8, PCT/2015/53985, PCT/EP/15/053985, PCT/EP/15/53985, PCT/EP/2015/053985, PCT/EP/2015/53985, PCT/EP15/053985, PCT/EP15/53985, PCT/EP15053985, PCT/EP1553985, PCT/EP2015/053985, PCT/EP2015/53985, PCT/EP2015053985, PCT/EP201553985
【發(fā)明人】亞歷克斯·格拉西, 迪爾克·赫爾舍, 伯特蘭·勒魯, 雅克·米隆, 澤維爾·波貝爾, 瑞米·特斯瓦
【申請人】喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司