間歇性熱損失的回收的製作方法

2023-05-09 01:16:36 2

本發明涉及到一種水泥熟料生產方法以及連續生產水泥熟料的一種設施。

本發明特別涉及到這種方法和設施的熱損失的問題。

背景技術：

水泥熟料生產設施通常包括迴轉爐，在由旋風預熱器處理的材料流動的方向之前，然後是熟料冷卻器。這些設施消耗大量燃料形式的能量，對現代工廠而言，每公噸熟料約3200兆焦耳。

產生大量的熱廢煙氣，使其與材料接觸，交換氣體中所含的熱量。考慮到關於交換的技術和工藝局限性，最終的煙氣仍含有由燃料提供的一些熱量。在就材料流動方向而言的上遊側，燃燒氣體在300℃至400℃的溫度下離開旋風預熱器，帶走約為20％的燃料能量。在下遊側，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於乾燥原料。通常在水泥生產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，所述氣體利用交換器產生水蒸汽(蒸汽或烴蒸汽)，將其帶到渦輪機，以發電。

已知通過只處理一部分來自冷卻器的過量空氣、只把溫度高於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換效率；提高了熱轉換效率，但是重複利用的過量空氣的量減少了。

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

例如，由文件申請者發表的文件WO2009/156614公開了一種熟料生產設備，其中，溫度小於或等於300℃的過量空氣與蒸汽發生器配合，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，以發電。利用額外熱量補充來自出口空氣的熱量的這種解決方案提高了轉換效率。但是，增加了設備的熱量消耗。

這些熱回收系統的另一個缺點是它們受熟料生產設施操作波動的影響，並且無法完全優化。

技術實現要素：

本發明的目的是公開一種熟料生產方法以及執行該方法的一種水泥熟料生產設施，所述方法和設施通過提高回收熱損失的總效率彌補了上述缺點。

更具體而言，本發明的目的是公開這樣的方法和這樣的設施，其中，熱回收系統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列出的、絕非限制性的說明之後，其它目的和優點將清晰可見。

為此，本發明首先涉及到在連續生產設施中實施的一種水泥熟料生產方法，所述連續生產設施具有用於燃燒無機原料的至少一個燃料燃燒區，其中，通過燃燒把原料轉化為熟料，得到熱熟料，然後通過兩個連續步驟冷卻熱熟料，在第一冷卻器中執行第一冷卻步驟，在第二冷卻器中執行第二冷卻步驟。

在根據本發明的方法中

-通過把含氧氣體吹到熱熟料上連續地進行第一冷卻步驟，以得到部分冷卻的熟料，並且通過調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移到所述設施的所述至少一個燃燒區，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施對燃燒氣體的需求，

-把部分冷卻的熟料儲存在第二冷卻器的儲存室中，或者與這第二冷卻器相關聯的儲存室中，並且間歇地控制關於部分冷卻的熟料的第二冷卻步驟。

根據本發明這些單獨的或相結合的可選特性：

-把由熟料在第二冷卻步驟過程中發出的熱量用於產生電能；

-電能的產生利用至少一個第二焓源與由熟料在第二冷卻步驟期間轉移的熱量相結合；

-所述第二焓源的可用性是多變的，並且至少在由第二焓源產生的功率低於預定閾值期間，開始第二冷卻步驟；

-所述第二焓源的可用性是多變的，並且至少在由第二焓源產生的功率高於預定閾值期間，開始第二冷卻步驟；

-第二焓源是太陽能的；

-電能的產生通過變量生成與至少一個第二電力源相關；

-至少在由第二電力源產生的功率低於閾值期間，開始第二冷卻步驟；

-第二冷卻步驟的操作時間低於設施的熟料生產操作時間的50％。

根據一個實施例，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。

根據一個實施例，在第二熱交換器下遊的加熱流體與熱交換器配合，以產生蒸汽，為設施中的渦輪機提供動力，用以發電。

根據一個實施例，所述連續生產設施包括旋風預熱器，可能還包括裝有一個或多個燃燒器的分解爐，以及裝有一個或多個燃燒器的迴轉爐，在該方法中，在旋風預熱器中預熱原料，可能部分地將其在分解爐中除去碳酸，然後在迴轉爐中使其燃燒和變形，而且其中，所述至少一個燃燒區包括迴轉爐的一個或多個燃燒器，並且可能包括分解爐的一個或多個燃燒器。

根據一個實施例，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。

本發明還涉及到一種連續熟料生產設施，所述設施具有燃料的至少一個燃燒區，用於燃燒無機原料，將所述設施設計為通過燃燒使原料變為熟料，從而得到熱熟料，所述設施具有連續的第一冷卻器和第二冷卻器，設置所述冷卻器通過兩個連續的步驟冷卻熱熟料，在所述第一冷卻器中執行第一冷卻步驟，並且在所述第二冷卻器中執行第二冷卻步驟。

根據本發明，所述設施包括：

-含氧氣體源，以便在第一冷卻器中冷卻材料，

-氣體管線，設置所述氣體管線，以便把由第一冷卻器產生的所有加熱氣體運送到所述設施的所述至少一個燃燒區，以便將其用作燃燒氣體，

-用於調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後儲存部分冷卻的熟料的裝置，所述設施包括間歇地控制所述第二冷卻器的裝置。

根據單獨採用或相結合採用的本發明的可選特性：

-設施包括旋風預熱器，可能還包括裝有一個或多個燃燒器的分解爐，以及裝有一個或多個燃燒器的迴轉爐，而且，所述至少一個燃燒區包括迴轉爐的一個或多個燃燒器，並且選擇性地包括分解爐的一個或多個燃燒器；

-所述設施包括通過由第二冷卻器中的熟料轉化的熱量發電的設備；

-第二冷卻器在部分冷卻的熟料與流體之間交換熱量，發電設備包括熱交換器和渦輪機，熱交換器與通過熟料加熱的流體配合，以產生用於向所述渦輪機供給的蒸汽。

附圖說明

通過閱讀附有附圖的下文說明，會更好地理解本發明，在附圖中：

-圖1是適合實施根據本發明的一個實施例的方法的設施的視圖，其中，產生的電力利用至少一個第二焓源，與熟料在第二冷卻步驟期間釋放的熱量相結合；

-圖2是圖表，闡釋了在圖1所示的設施中第二冷卻步驟的間歇式操作；

-圖3是適合實施根據本發明的方法的第二實施例的設施的視圖，其中，電能的產生與生成的電能的第二可變來源相關聯；

-圖4是圖表，闡釋了在圖2所示的設施中第二冷卻步驟的間歇式操作。

具體實施方式

本發明首先涉及到在連續生產設備1中實施的一種水泥熟料生產方法，具有使無機原料燃燒的至少一個燃料燃燒區2、2'，其中，通過燃燒把原料轉化為熟料，得到熱熟料3，然後通過兩個連續步驟冷卻熱熟料3，在第一冷卻器4中執行第一冷卻步驟，在第二冷卻器5中執行第二冷卻步驟。

按照傳統的方式，所述連續生產設施可包括旋風預熱器12，可能包括裝有一個或多個燃燒器2'的分解爐13，以及裝有一個或多個燃燒器2的迴轉爐14。分解爐13的熱氣出口可以供給旋風預熱器12底部。迴轉爐14的熱氣出口可能供給旋風預熱器12。

在這種設施中，在旋風預熱器12中預熱原料20，可能部分地將其在分解爐13中除去碳酸，然後在迴轉爐14中將其燒制並處理。在該設施中，所述至少一個燃燒區包括迴轉爐14的一個或多個燃燒器2，並且可能包括分解爐13的一個或多個燃燒器2'。

在根據本發明的方法中，通過把含氧氣體6吹到熱熟料上連續地進行第一冷卻步驟，以得到部分冷卻的熟料31，並且把由第一冷卻器4生成的所有加熱的含氧氣體7發送到所述設施的所述至少一個燃燒區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。

還調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施對燃燒氣體的需求。根據實施例，對燃燒氣體的這種需求包括供燃料在迴轉爐14的一個或多個燃燒器2燃燒所必需的氧化劑，而且在設施具有分解爐13的情況下，還可能包括供燃料在分解爐13的一個或多個燃燒器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」這些詞是相對於環境空氣中的含氧量(即21％)而言的。

換言之，把設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的這個溫度可約為400℃，例如，介於350℃至450℃之間。

此外，根據本發明的一個本質特徵，並不像像在根據現有技術具有兩個連續冷卻器的設施中那樣連續地在第二冷卻器中冷卻部分冷卻的熟料31。

相反地，根據本發明，把部分冷卻的熟料31儲存在第二冷卻器5的儲存室中，或者與該第二冷卻器5相關聯的儲存室中，並且間歇地控制關於部分冷卻的熟料31的第二冷卻步驟。

因此可以控制在第二冷卻器5中執行的第二冷卻步驟的換熱條件，該交換不再取決於水泥熟料生產方法中的波動，並且特別取決於熱熟料的生產流。

第二冷卻步驟的間歇控制比連續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行冷卻：在後面這種情況下，可以通過壁進行交換。

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後得到加熱流體9』，其流量和溫度能夠得到更高的熱回收效率。

根據一個實施例，第二冷卻步驟的操作時間可少於設施中熟料生產操作時間的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。

通過優化這種交換的條件，可能在第二冷卻步驟下遊得到冷卻到溫度比環境溫度高30℃至10℃的熟料32。相比之下，在通過連續冷卻的現有技術設施中，通常把熟料冷卻到比環境溫度高80℃至65℃的溫度。

加熱流體9'可用於發電。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11的壓力下產生蒸汽。

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11。在這兩種情況下，渦輪機11都驅動發電機發電。

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

根據一個實施例，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產生的功率Ps8低於預定閾值Pthreshold期間開始第二冷卻步驟。目的是確保發電的連續性。

根據另一個選擇，還可以至少在由第二焓源8產生的功率Ps8高於預定閾值Pthreshold期間，開始第二冷卻步驟。在這種情況下，目的是使電能轉換效率最大化。

根據在圖3中非限制性地闡釋的一個實施例，電能的產生可與至少一個第二電力源15相關聯，產量可變。該第二電力源可以是太陽能，例如，它是通過光伏電站和/或通過一個或多個風力渦輪機產生的。

根據一個實施例，可以至少在由第二電力源15產生的功率Ps15低於預定閾值Pthreshold期間，開始第二冷卻步驟。因此追求的目的是確保連續發電。

根據另一個選擇，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電能的生產。

在網絡R中電力的供應和需求不平衡的情況下，本發明提供的靈活性允許通過產生與第二冷卻步驟相關的電力而臨時增加供應(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載曲線)的這種能力使之能夠協商有利的價格條件，例如，為了購買由設施產生的電力進行協商，或者關於電力合同進行協商。

通過本發明可以利用的增加能量轉換效率和/或受益於更好的定價條件的可能性可以大大減少設施的投資回報時間。

本發明還涉及到一種連續生產熟料的設施1，適合實施所述方法。該設施包括用於無機燃料燃燒的至少一個燃料燃燒區2、2'，將其設計為通過燃燒使原料變形為熟料，得到熱熟料3，所述設施具有第一冷卻器4，隨後是第二冷卻器5，將所述冷卻器設置為通過兩個連續步驟冷卻熱熟料3，在所述第一冷卻器4中執行第一冷卻步驟，在所述第二冷卻器5中執行第二冷卻步驟。

根據本發明，設施包括：

-含氧氣體源6，用於在第一冷卻器4中冷卻材料，

-氣體管線，設置所述氣體管線，以便把由第一冷卻器4產生的所有加熱氣體運送到所述設施的所述至少一個燃燒區2、2'，以便將其用作燃燒氣體，

-調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施對燃燒氣體的需求。

根據本發明，所述第二冷卻器5包括在第一冷卻步驟結束時儲存部分冷卻的熟料31的裝置，所述設施包括間歇地控制所述第二冷卻器5的裝置。

設施可包括旋風預熱器12，可能包括裝有一個或多個燃燒器2'的分解爐13以及裝有一個或多個燃燒器2的迴轉爐14，而且，其中，所述至少一個燃燒區包括迴轉爐14的一個或多個燃燒器2，以及選擇性地包括分解爐13的一個或多個燃燒器2'。

設施可包括用於通過由熟料在第二冷卻器中釋放的熱量發電的設備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。發電設備可包括熱交換器10和渦輪機11，交換器與由熟料加熱的流體9'配合，以產生供給所述渦輪機11的蒸汽。

示例：

認為熟料是通過具有1550kJ/kg的焓源的迴轉爐在典型溫度1420℃下產生的。通過把空氣吹入篦冷機中冷卻該熟料。用於現代熟料燒制生產線中的操作的篦冷機的最佳可用技術把78％的能量轉化為燃料燃燒所必需的熱空氣，所述燃料用於熟料的生產。因此，在第一冷卻步驟之後，熟料包含341kJ/kg，其平均溫度為385℃。

在照常規方法中，如現有技術已知的，通過體積為0.9Nm3/kg的空氣把熟料冷卻到比環境溫度(假設為20℃)高65℃，對於所述空氣而言，其轉化279kJ，產生溫度為253℃的出口空氣。對於這些溫度條件而言，電能轉換系統的典型效率為17％，因此每公噸熟料可以產生13.18kWh。

相比而言，通過根據本發明的方法，在所述第二交換器中可以設置反電流，選擇第二交換器中的空氣量，以便優化交換，其中，把熟料冷卻到30℃(比環境溫度20℃高10℃)，並產生375℃的空氣(比熟料的最高溫度低10℃)。把308kJ轉化為0.62Nm3的空氣，以達到375℃。對於這些溫度條件而言，電能轉換系統的典型效率為23％，因此，每公噸熟料可以產生19.68kWh。最終產生的能量增加50％。

術語

1.連續熟料生產設施，

2、2'.燃燒區(設施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遊和下遊)

10.熱交換器，

11.渦輪機，

12.旋風預熱器，

13.分解爐，

14.迴轉爐，

15.第二電力源，

20.原料。

31.部分冷卻的熟料(第一冷卻步驟下遊以及第二冷卻步驟上遊)，

32.冷卻的熟料(第二冷卻步驟下遊)。

R.電力網絡，

Pthreshold.功率閾值，

Ps8.第二焓源的瞬時功率

Ps15.第二電力源的瞬時功率。