專利名稱：用于預(yù)熱顆?；蚍勰┎牧系姆椒ê驮O(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在旋風(fēng)預(yù)熱器中預(yù)熱顆?；蚍勰┎牧侠缢嗌匣蛳嗨撇牧系姆椒ǎ鲂L(fēng)預(yù)熱器包括至少兩個(gè)旋風(fēng)分離級(jí)，每個(gè)級(jí)都包括提升管和旋風(fēng)分離器。
本發(fā)明還涉及一種用于實(shí)施該方法的設(shè)備(plant)。
在水泥工業(yè)中，在爐中將水泥生料燒成水泥熟料之前使用所謂的旋風(fēng)預(yù)熱器預(yù)熱水泥生料是常規(guī)操作，然后在熟料冷卻器中冷卻水泥熟料。通常，使用包括四至六個(gè)旋風(fēng)分離級(jí)的旋風(fēng)預(yù)熱器。生料被引入第一旋風(fēng)分離級(jí)，根據(jù)逆流原理，通過(guò)直接與來(lái)自爐的熱廢氣接觸而被加熱。這種預(yù)熱器通常可由專利文獻(xiàn)中得知，EP 0 455 301中提供了一個(gè)實(shí)例。
用于水泥生產(chǎn)工藝的原料通常含有硫化物，例如具有硫化鐵礦(FeS2)的形式，在預(yù)熱器中的加熱過(guò)程期間，其將與氧氣反應(yīng)形成SO2，形成的SO2夾帶在由預(yù)熱器排出的廢氣流中。SO2是通過(guò)例如FeS2主要在300～550℃的溫度下部分氧化形成的。在傳統(tǒng)的包括具有五個(gè)旋風(fēng)分離級(jí)的預(yù)熱器的水泥生產(chǎn)設(shè)備中，含硫化物的原料形成SO2通常在第二個(gè)旋風(fēng)分離級(jí)內(nèi)發(fā)生，第二個(gè)旋風(fēng)分離級(jí)在上下文中被定義為包括用于來(lái)自第三旋風(fēng)分離器和第二旋風(fēng)分離器的廢氣的排放管，在所述第三和第二旋風(fēng)分離器中原料通常從300～350℃被加熱至約500℃。
由EP 1 200 176已知一種方法，在廢氣的流動(dòng)方向上觀察，通過(guò)該方法，經(jīng)煅燒的生料在緊鄰形成SO2之后的位置被引入廢氣中。原則上，該已知方法的實(shí)施令人滿意，但是其主要缺點(diǎn)是需要相對(duì)大量的資金成本，用于輔助加工設(shè)備和額外的操作費(fèi)用，主要用于能源。
另外，由AT 390 249已知一種方法和一種設(shè)備，通過(guò)該方法和設(shè)備部分或全部生料被引入高溫區(qū)，因此獲得與SO2更大的結(jié)合能力，或者通過(guò)來(lái)自爐體系的較熱區(qū)域的熱氣來(lái)調(diào)節(jié)被供給含SO2廢氣的低溫覆蓋區(qū)(overlying area)的溫度。該已知技術(shù)的缺點(diǎn)是它將不可避免地導(dǎo)致離開(kāi)預(yù)熱器的廢氣溫度升高，因此需要消耗更多的能量。
本發(fā)明的目的是提供一種預(yù)熱顆粒或粉末材料的方法和設(shè)備，通過(guò)所述方法和設(shè)備可以減少上述缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的通過(guò)序言部分所提及的類型的方法實(shí)現(xiàn)，所述方法的特征在于，在廢氣的流動(dòng)方向上觀察，一部分被送入至少一個(gè)旋風(fēng)分離級(jí)中的材料被引入提升管的第一部分，并從最高450℃被加熱到至少550℃，而且，被送入同一旋風(fēng)分離級(jí)的剩余材料被引入所述提升管的最后部分。
結(jié)果，作為排放物從水泥設(shè)備預(yù)熱器中排放的SO2的量減少，而能量消耗不會(huì)同時(shí)增加。這是由于以下原因通過(guò)僅將一部分材料引入提升管的第一部分，為熱區(qū)提供足夠的熱量盈余，以使得形成的SO2與生料中天然存在的CaO和CaCO3反應(yīng)，分別用于形成CaSO4和CaSO3及CO2；以及再加入剩余材料，以使特定旋風(fēng)分離級(jí)的排放溫度下降至與以常規(guī)方式操作預(yù)熱器相等的溫度水平。提交本專利申請(qǐng)的申請(qǐng)人研究發(fā)現(xiàn)，在高于550℃的溫度下SO2在CaO和CaCO3上的吸收程度顯著增大，而且如果在于后續(xù)的預(yù)熱器旋風(fēng)分離器中分離廢氣和原料之前將廢氣/生料懸浮物的溫度升至最高550℃，則基本上所有由原料中的硫化物氧化形成的SO2都能夠被原料CaO和CaCO3吸收。
隨溫度而變化的SO2的形成很大程度上取決于水泥生料的組成。在實(shí)際操作中，分析生料將構(gòu)成確定生料最成本有效的初始溫度的基礎(chǔ)，所述生料在一個(gè)單獨(dú)的旋風(fēng)分離級(jí)內(nèi)在一個(gè)和同一工藝步驟中必須被加熱到至少550℃。隨時(shí)間變化的CaO和CaCO3吸收SO2的吸收程度或能力也取決于溫度。在特定工藝步驟中，廢氣和生料的停留時(shí)間是生料必須加熱至的最低溫度的主要決定因素。通常，最佳初始溫度為300～450℃，而生料在工藝步驟中必須加熱至的溫度通常為550～700℃。
通常，從最高450℃的前一旋風(fēng)分離級(jí)排放的所有生料在旋風(fēng)分離級(jí)中可以被加熱至最低550℃。在常用的包括五個(gè)旋風(fēng)分離級(jí)的旋風(fēng)預(yù)熱器中，從第三旋風(fēng)分離級(jí)流入第二旋風(fēng)分離級(jí)的廢氣的溫度將處于約700℃的水平，因此，所述廢氣通常不含用于將所有生料從最高450℃加熱到至少550℃的足夠能量。為此，來(lái)自爐或另一高溫區(qū)的廢氣可以被引入特定的旋風(fēng)分離級(jí)，或者可以基于旋風(fēng)分離級(jí)中的燒結(jié)(firing)而實(shí)現(xiàn)。但是，以前已經(jīng)注意到，兩種方案都將提高離開(kāi)預(yù)熱器的廢氣溫度，從而對(duì)熱量節(jié)約產(chǎn)生不利影響。
優(yōu)選在一個(gè)單獨(dú)的工藝步驟中只將一部分生料從最高450℃加熱到最低550℃。更具體地，優(yōu)選根據(jù)從第三旋風(fēng)分離級(jí)流入第二旋風(fēng)分離級(jí)的廢氣的溫度和體積調(diào)整在一個(gè)單獨(dú)的工藝步驟中從最高450℃被加熱到最低550℃的生料的量。這可以通過(guò)分離生料流來(lái)實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施方案中，從第一旋風(fēng)分離器中排出的生料能夠被分離成至少兩個(gè)支流，一個(gè)支流以常規(guī)方式在第三旋風(fēng)分離器的廢氣出口上方的位置被引入第二旋風(fēng)分離級(jí)的提升管中，而第二流體在緊鄰第二旋風(fēng)分離器中的氣體入口前方的位置被引入該提升管中。
在第二替代實(shí)施方案中，送入旋風(fēng)預(yù)熱器中的生料可以分離成至少兩個(gè)支流，其中一個(gè)支流以常規(guī)方式在第一旋風(fēng)分離級(jí)中被預(yù)熱，然后在緊鄰第三旋風(fēng)分離器的廢氣出口上方的位置被引入第二旋風(fēng)分離級(jí)的提升管中，而第二個(gè)支流繞開(kāi)第一旋風(fēng)分離級(jí)，在緊鄰第二旋風(fēng)分離器中的氣體入口前方的位置被引入第二旋風(fēng)分離器的提升管。在該實(shí)施方案中，與優(yōu)選實(shí)施方案相比，熱消耗可能會(huì)略高。
在第二旋風(fēng)分離級(jí)中，兩個(gè)實(shí)施方案都將提供具有相對(duì)高溫的第一區(qū)，其中發(fā)生SO2的形成和吸收，并提供第二區(qū)，在該區(qū)預(yù)熱剩余部分的生料，以使溫度降至正常水平。以這種方式能夠除去大量由于生料中的硫化物成分而形成的SO2，而不會(huì)提高廢氣的溫度和熱消耗。除上述以外的實(shí)施方案及其組合是可以想到的且應(yīng)認(rèn)為被本發(fā)明申請(qǐng)所涵蓋。
如上所述，在特定的工藝步驟中，廢氣以及生料在給定溫度下的停留時(shí)間是決定存在的CaO和CaCO3在該時(shí)間范圍內(nèi)吸收SO2的能力的因素。在常規(guī)構(gòu)造的旋風(fēng)預(yù)熱器中，例如在第二旋風(fēng)分離級(jí)中的廢氣的停留時(shí)間將會(huì)相當(dāng)短，經(jīng)常是0.5～1秒，而生料的停留時(shí)間通常略長(zhǎng)，經(jīng)常是平均約10秒。為了增大生料和廢氣的懸浮物在將生料從最高450℃加熱到最低550℃的工藝步驟中的停留時(shí)間這一特定目的，由此為發(fā)生所需化學(xué)反應(yīng)保證充分的良好混合，可以將提升管或連接后續(xù)工藝步驟和特定工藝步驟中的旋風(fēng)分離器的管道延長(zhǎng)并形成例如鵝頸的形式，其包括向上引導(dǎo)的第一部分、彎曲部分以及連接至工藝步驟的旋風(fēng)分離器的向下引導(dǎo)的第二部分。在第二實(shí)施方案中，提升管或所述管道的直徑可以增加超過(guò)其長(zhǎng)度的至少一部分。
用于實(shí)施本發(fā)明方法的設(shè)備包括具有至少兩個(gè)級(jí)的旋風(fēng)預(yù)熱器，每個(gè)級(jí)都包括提升管和旋風(fēng)分離器，其特征在于，其包括用于在一個(gè)旋風(fēng)分離級(jí)內(nèi)在一個(gè)和同一工藝步驟中將部分材料從最高450℃加熱到至少550℃的裝置。
本發(fā)明設(shè)備的其他特征可從后面的詳細(xì)描述、權(quán)利要求書(shū)和附圖中明顯得知。
下面參考附圖更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中

圖1表示本發(fā)明設(shè)備的第一優(yōu)選實(shí)施方案，圖2表示本發(fā)明設(shè)備的第二替代實(shí)施方案，圖3表示圖1所示實(shí)施方案的局部細(xì)節(jié)，圖4表示圖2所示實(shí)施方案的局部細(xì)節(jié)，圖5表示圖3所示局部細(xì)節(jié)的替代實(shí)施方案。
圖1和圖2表示用于生產(chǎn)水泥熟料的爐設(shè)備的兩個(gè)大致相同的實(shí)例。所示兩個(gè)爐設(shè)備都是ILC型，但是本發(fā)明還可以與SLC型或其他設(shè)備聯(lián)用作為這些設(shè)備的組合。
每個(gè)所示設(shè)備都包括帶有四個(gè)旋風(fēng)分離器1a，1b，1c和1d的旋風(fēng)預(yù)熱器1，其中1a是第一旋風(fēng)分離器、1b是第二旋風(fēng)分離器、1c是第三或緊挨最后的旋風(fēng)分離器、1d是第四或最后一個(gè)旋風(fēng)分離器。這些旋風(fēng)分離器串聯(lián)連接并經(jīng)由提升管或氣體管道2a，2b，2c和2d被供給氣體/生料懸浮物。這樣，所述設(shè)備包括四個(gè)旋風(fēng)分離級(jí)，其中第一旋風(fēng)分離級(jí)由提升管2a和旋風(fēng)分離器1a構(gòu)成，第二旋風(fēng)分離級(jí)由提升管2b和旋風(fēng)分離器1b構(gòu)成，第三旋風(fēng)分離級(jí)由提升管2c和旋風(fēng)分離器1c構(gòu)成，第四旋風(fēng)分離級(jí)由提升管2d和旋風(fēng)分離器1d構(gòu)成。
所述設(shè)備還包括煅燒爐3，煅燒爐3包括用于經(jīng)物料出口6引入來(lái)自最后一個(gè)旋風(fēng)分離器1d的預(yù)熱生料的開(kāi)孔9，且開(kāi)孔9與分離用旋風(fēng)分離器4、旋轉(zhuǎn)爐5和熟料冷卻器7相連。所述設(shè)備還包括用于引導(dǎo)爐廢氣進(jìn)入煅燒爐3的爐提升管10和用于引導(dǎo)來(lái)自熟料冷卻器7的預(yù)熱空氣進(jìn)入煅燒爐3的管道11。來(lái)自未示出的生料設(shè)備的生料經(jīng)由管道13進(jìn)入預(yù)熱器1，在預(yù)熱器中與廢氣逆流預(yù)熱，然后在旋風(fēng)分離器1d處從預(yù)熱器中排出，被導(dǎo)入煅燒爐3，在那里被煅燒。然后被煅燒的生料從分離用旋風(fēng)分離器4的底部出口經(jīng)由管道8進(jìn)入旋轉(zhuǎn)爐5，在爐5中被燒成水泥熟料，而后在熟料冷卻器7中冷卻。來(lái)自旋轉(zhuǎn)爐5和煅燒爐3的廢氣經(jīng)旋風(fēng)分離器4從煅燒爐3中抽出，借助于示出的風(fēng)扇14向上經(jīng)過(guò)預(yù)熱器。
根據(jù)本發(fā)明，被導(dǎo)入第二旋風(fēng)分離級(jí)的提升管2b中的部分生料從最高450℃被加熱至最低550℃，而余下的材料然后被引入所述提升管的最后部分，以使與CaO和CaCO3反應(yīng)的SO2的量增加，其中CaO和CaCO3天然存在于生料中用于形成CaSO4和CaSO3，由此減少?gòu)乃嘣O(shè)備的預(yù)熱器中以排放物形式排放的SO2的量。
在實(shí)際操作中，優(yōu)選相對(duì)于從第三旋風(fēng)分離級(jí)流入第二旋風(fēng)分離級(jí)中的廢氣的溫度和體積來(lái)調(diào)節(jié)在工藝步驟中從最高450℃加熱至最低550℃的生料的量。由圖1和2所示的實(shí)施方案明顯可知，這可以通過(guò)分離生料流而實(shí)現(xiàn)。
在圖1所示的第一優(yōu)選實(shí)施方案中，借助于分流閥門(splitter gate)15或類似機(jī)構(gòu)將從第一旋風(fēng)分離器1a排出的生料分離成至少兩個(gè)支流，一個(gè)支流以常規(guī)方式經(jīng)管道15a在第三旋風(fēng)分離器1c中的廢氣出口上方的位置被引入第二旋風(fēng)分離級(jí)的提升管2b的第一部分中，而第二支流經(jīng)管道15b在緊鄰第二旋風(fēng)分離器1b中的氣體入口前方的位置被引入第二旋風(fēng)分離級(jí)的提升管2b的最后部分中。
在圖2所示的第二替代實(shí)施方案中，送入旋風(fēng)預(yù)熱器1中的生料被分流閥16或類似機(jī)構(gòu)分離成至少兩個(gè)支流，其中一個(gè)支流以常規(guī)方式經(jīng)由管道16a被導(dǎo)入第一旋風(fēng)分離級(jí)的提升管2a中并被預(yù)熱，然后經(jīng)由第一旋風(fēng)分離器1a在緊鄰第三旋風(fēng)分離器1c的廢氣出口上方的位置被引入第二旋風(fēng)分離級(jí)的提升管2b的第一部分中，而第二個(gè)支流經(jīng)16b繞開(kāi)第一旋風(fēng)分離級(jí)2a，1a，并在緊鄰第二旋風(fēng)分離器1b中的氣體入口前方的位置被引入第二旋風(fēng)分離級(jí)的提升管2b中。
借助于本發(fā)明的上述兩個(gè)實(shí)施方案，能夠在提升管2b的下部實(shí)現(xiàn)具有相對(duì)高溫的第一區(qū)，其中發(fā)生SO2的形成和吸收，并提供另一區(qū)，其中剩余部分的生料被預(yù)熱，以使溫度降至正常水平。
在一些現(xiàn)有的用于生產(chǎn)水泥熟料的爐設(shè)備中，第一旋風(fēng)分離級(jí)包括兩個(gè)所謂的成對(duì)旋風(fēng)分離器。這種情況下，明顯可以利用成對(duì)旋風(fēng)分離器之間發(fā)生的生料的分離。這樣，來(lái)自其中一個(gè)成對(duì)旋風(fēng)分離器的生料可以經(jīng)由管道15a在緊鄰第三旋風(fēng)分離器1c中的廢氣出口上方的位置被引入第二旋風(fēng)分離級(jí)的提升管2b的第一部分中，而來(lái)自第二成對(duì)旋風(fēng)分離器的生料在緊鄰第二旋風(fēng)分離器1b中的氣體入口前方的位置被引入第二旋風(fēng)分離級(jí)的提升管2b的最后部分中。第二成對(duì)旋風(fēng)分離器可以有利地放置在較高的位置，以使來(lái)自該旋風(fēng)分離器的生料可被導(dǎo)入也處于較高位置的提升管2b中。
除上述以外的實(shí)施方案及其組合是可以想到的，且應(yīng)該認(rèn)為被本發(fā)明申請(qǐng)所涵蓋。
圖3和圖4示出如何將提升管或管道2b構(gòu)造成鵝頸的形式，其包括向上引導(dǎo)的第一部分、彎曲部分以及連接至旋風(fēng)分離器1b的向下引導(dǎo)的第二部分，目的是增加生料和廢氣的懸浮物在第二旋風(fēng)分離級(jí)的提升管2b中的停留時(shí)間。因此，能夠優(yōu)化廢氣和生料在熱區(qū)的停留時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)所述化學(xué)過(guò)程。通常，優(yōu)選構(gòu)造提升管2b，使得停留時(shí)間以3～5的系數(shù)延長(zhǎng)。
圖5示出如何在不顯著增大預(yù)熱器塔1的總建筑高度的情況下增加高溫SO2還原區(qū)中的停留時(shí)間。在所示實(shí)施方案中，提升管2b向上、向下、再向上延伸。來(lái)自旋風(fēng)分離器1a的部分材料恰好在旋風(fēng)分離器1c后面被引入提升管2b中，而來(lái)自1a的剩余部分材料在2b的U型彎曲部分后面被引入。提升管2b中的一些懸浮材料不可避免地在提升管2b的U型彎曲部分底部被分離出來(lái)。但是，如圖所示，可以簡(jiǎn)單地將該材料引入提升管2c中。熱模擬表明，由于提升管2b中的額外分離，生成單位質(zhì)量熟料消耗的總能量會(huì)減少。
本發(fā)明不限于僅用于示例目的而示出的實(shí)施方案，因此允許構(gòu)造落在本發(fā)明范圍內(nèi)的所示實(shí)施方案的各種替代方案組合。
權(quán)利要求
1.用于在旋風(fēng)預(yù)熱器(1)中預(yù)熱顆粒或粉末材料例如水泥生料或相似材料的方法，所述旋風(fēng)預(yù)熱器包括至少兩個(gè)旋風(fēng)分離級(jí)，每個(gè)級(jí)都包括提升管(2a，2b，2c，2d)和旋風(fēng)分離器(1a，1b，1c，1d)，該方法的特征在于，從廢氣的流動(dòng)方向上觀察，送入至少一個(gè)旋風(fēng)分離級(jí)中的部分材料被引入提升管的第一部分，且從最高450℃被加熱到至少550℃，而且送入同一旋風(fēng)分離級(jí)中的剩余材料被引入所述提升管的最后部分。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于在剩余材料被引入所述提升管的最后部分之前，引入所述提升管第一部分的部分材料從300～450℃被加熱至550～700℃。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于由第一旋風(fēng)分離器(1a)排放的生料分離成至少兩個(gè)支流，一個(gè)支流經(jīng)管道(15a)在緊鄰第三旋風(fēng)分離器(1c)中的廢氣出口上方的位置被引入提升管(2b)中，而第二支流經(jīng)管道(15b)在緊鄰第二旋風(fēng)分離器(1b)中的氣體入口前方的位置被導(dǎo)入提升管(2b)中。
4.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于送入旋風(fēng)預(yù)熱器(1)中的材料分離成至少兩個(gè)支流，其中一個(gè)支流經(jīng)管道(16a)被引入第一提升管(2a)中并被預(yù)熱，然后經(jīng)由旋風(fēng)分離器(1a)在緊鄰第三旋風(fēng)分離器(1c)的廢氣出口上方的位置被引入提升管(2b)中，而第二個(gè)支流經(jīng)管道(16b)繞開(kāi)第一旋風(fēng)分離級(jí)，在緊鄰第二旋風(fēng)分離器(1b)中的氣體入口前方的位置被引入第二提升管(2b)中。
5.用于實(shí)施權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的方法的設(shè)備，該設(shè)備包括具有至少兩個(gè)旋風(fēng)分離級(jí)的旋風(fēng)預(yù)熱器(1)，每個(gè)級(jí)都包括提升管(2a，2b，2c，2d)和旋風(fēng)分離器(1a，1b，1c，1d)，其特征在于其包括用于在一個(gè)旋風(fēng)分離級(jí)內(nèi)在一個(gè)和同一工藝步驟中將一部分材料從最高450℃加熱到至少550℃的裝置。
6.權(quán)利要求5的設(shè)備，其特征在于所述裝置包括分流器門(15，16)。
7.權(quán)利要求5或6的設(shè)備，其特征在于管道(2b)被構(gòu)造成鵝頸的形式，其包括向上引導(dǎo)的第一部分、彎曲部分以及連接至旋風(fēng)分離器(1b)的向下引導(dǎo)的第二部分。
8.權(quán)利要求5或6的設(shè)備，其特征在于管道(2b)具有超過(guò)至少其一部分長(zhǎng)度的增大的直徑。
全文摘要
描述了一種用于在旋風(fēng)預(yù)熱器(1)中預(yù)熱顆?；蚍勰┎牧?例如水泥生料或相似材料)的方法和設(shè)備，所述旋風(fēng)預(yù)熱器包括至少兩個(gè)旋風(fēng)分離級(jí)，每個(gè)級(jí)都包括提升管(2a，2b，2c，2d)和旋風(fēng)分離器(1a，1b，1c，1d)。該方法的特征在于，從廢氣流動(dòng)方向上觀察，送入至少一個(gè)旋風(fēng)分離級(jí)的部分材料被引入提升管的第一部分，且從最高450℃被加熱到至少550℃，而且送入同一旋風(fēng)分離級(jí)的剩余材料被引入所述提升管的最后部分。結(jié)果，作為排放物從水泥設(shè)備預(yù)熱器中排放的SO
文檔編號(hào)F27B7/20GK1780799SQ200480011818
公開(kāi)日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2004年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月29日
發(fā)明者拉斯·斯卡拉普詹森, 詹斯·P·漢森 申請(qǐng)人:F.L.施米思公司