用於代用燃料的迴轉窯的製作方法

2023-05-09 11:56:51 2

專利名稱：用於代用燃料的迴轉窯的製作方法
技術領域：
本發 明涉及一種用於燃燒諸如水泥生料、石灰石或其它含礦原材料之類的原材料的方法，藉此方法把原材料和副燃料獨立地引入到同一個迴轉窯中，其中藉助通過在所述迴轉窯中燃燒主燃料所形成的氣體來加熱所述原材料和副燃料，使得所述副燃料被轉換為氣體和採用燃燒殘渣(諸如灰燼和焦炭)形式的固體物質。本發明還涉及一種用於執行所述方法的設備。
背景技術：
可以被用為副燃料的各種燃料的例子包括汽車輪胎、鐵道枕木、家具、地毯、木製垃圾、花園垃圾、廚房垃圾、造紙汙泥、生物資源、石油焦、廢水汙泥、肉骨粉、漂白土、來自其它工業的副產物和沒有精細磨碎的煤。從歐洲專利號0 105 322 Bl中已知上述方法。本專利描述了一種用於製造水泥熟料的方法，其中水泥生料在預熱器中加熱，被引入到迴轉窯中並燒成熟料，隨後在熟料冷卻器中冷卻。加熱的水泥生料和副燃料被引入到迴轉窯的相同區域中並且通過與在所述迴轉窯中燃燒主燃料形成的熱氣接觸來加熱。由於副燃料和水泥生料被引入到迴轉窯的相同區域，所以所述水泥生料與結合所述副燃料燃燒所建立的還原帶相當可觀地接觸。當一方面是氧化劑(例如O2)而另一方面是來自燃燒的燃料和中間產品(諸如單體碳、CO和H2) 之間的化學計量比是這樣以致燃料量超過氧化劑量時，建立還原帶。這種還原帶始終在燃料微粒周圍以及在可燃氣體和液體周圍局部出現。依照在歐洲專利中描述的發明，在水泥生料和還原帶之間存在相當可觀的接觸，其必然帶來多個缺點。首先，在窯系統中氣體和主要的固體物質部分之間具有逆流的區域中(這種情況一般出現在迴轉窯中)，結果是發生材料循環，其中在窯設備的一個地帶中成分被從水泥生料中釋放為氣相以便隨後在所述窯裝置的另一地帶中重新吸收到所述水泥生料中然後被引導回來。例如，硫可以是這種循環的一部分。硫在水泥生料中主要採取CaSO4或CaSO3W形式。藉助以下反應(及其它類似的反應)來還原CaSO4。CaSO4 (s) +C (S) — SO2 (g) +CaO (s) +CO (g)CaSO4 (s) +CO (g) — SO2 (g) +CaO (s) +CO2 (g)當氣體被冷卻並且例如在最下面的氣旋臺架中接觸Ca0/CaC03時，硫以CaS (可能是CaSO3)的形式被重新吸入，這會導致硫累積在預熱器和還原燃燒帶之間的系統中。除硫之外，其它情況是具有i. a.滷素(Cl，Br, F)、鹼性化合物(Na, K)以及Mg，Pb和Cd的材料循環。獨立的和組合的材料循環可能導致在系統中(主要是上升器管道中)堆積覆蓋層增力口。固體物質的流動性也可能響應於這些循環而發生改變，例如產生氣旋堵塞。希望避免這種覆蓋層和上述的流動性變化，這是因為它們會在設備中導致材料堆積和堵塞問題。在水泥生料中還原帶的第二問題是會還原諸如Fe和Cr之類的金屬。例如Fe可能依照以下表明的反應而被還原。Fe (III)還原條件一Fe (II)
還原金屬可能會不利地影響最終產品的質量，因此它們應當被避免。除上述缺點之外，還存在以下風險，當生料與副燃料混合時會澱積在燃料表面上， 由此完全地或部分地限制了在氣體和副燃料之間的物質傳輸，使得降低了燃料轉換速率
發明內容

本發明的目的在於提供一種用於消除或顯著地減少上述缺點的方法以及設備。依照本發明，這藉助一種在引言中提及的方法來獲得，其特徵在於副燃料在轉換為氣體和固體物質的過程期間與引入的原材料保持分離。在此實現副燃料、局部還原帶以及具有還原條件的大區域與原材料最小接觸。從而，與原材料還原相關聯的上述缺點被降低到絕對最小。用於轉換副燃料的化學反應的例子包括高溫分解、燃燒和氣化。由這些反應形成的氣體包含能量以及可能還有可燃氣體，因此它們可以在其它過程中(例如在煅燒爐中) 被用為能量源/反應氣體。在燃料轉換過程期間合成釋放氣體對後續過程的能量傳遞方法和效率來說是重要的。如果氣體從迴轉窯中排出並且可能被提純，那麼其可以被用為其它化學過程的還原劑。如果在常常要求還原金屬的採礦工業中利用氣體，那麼這是特別感興趣的。在優選實施例中，原材料是水泥生料，所述水泥生料在被引入到迴轉窯之前被預先加熱，所述水泥生料在迴轉窯中被燃燒為水泥熟料，所述水泥熟料隨後在熟料冷卻器中被冷卻。優選把水泥生料預先加熱到至少700°C，此外其在引入之前已經被完全或部分地焙燒。水泥生料和副燃料通過多個入口被獨立地引入到迴轉窯中。副燃料在迴轉窯的一區域中被引入並轉換，所述區域位於相對於迴轉窯朝向熟料冷卻器的方向在水泥生料被引入到迴轉窯的點之前的點上。因此，副燃料當被轉換為氣體和固體物質時，保持與引入的水泥原材料分離。在兩個引入點之間的距離原則上可以假定任何想得到的值，只要所述距離足以確保使得局部還原帶以及具有還原條件的較大區域與原材料接觸最小。然而，沿著迴轉窯的中心線兩個引入點之間的距離至少等於迴轉窯的內徑是優選的。引入點的意思是其中引入的材料離開入口的位置的中心。沿著迴轉窯的中心線兩個引入點之間的距離的意思是當兩個引入點被垂直投射到所述迴轉窯的中心線時在它們之間的距離。最佳距離將取決於多個因素，但是所述距離優選應當維持在迴轉窯的內徑一倍到四倍之間的範圍內。上述類型的方法也可以有助於減少在燃燒主燃料時形成的氣體中的NOx含量。當通過迴轉窯的氣體以及在燃料轉換過程期間釋放的高溫分解氣體和其他還原氣體中的NOx 接觸副燃料周圍的還原帶時，觸發各種NOx還原反應並且還原氣體中的NOx，從而實現NOx的還原。優選的是設備的一些燃燒空氣在迴轉窯周圍迂迴，例如經由把熱空氣從冷卻器引向煅燒爐的管道。這樣，與如果全部氣流通過迴轉窯的情況相比，在迴轉窯中副燃料的轉換將以較低速率並且常常在較低溫度下進行。如果一些氣流在上述管道中在迴轉窯周圍迂迴，那麼如果希望副燃料具有較高溫度以及增加的轉換速率，那麼可以連同生料一起有益地引入一些空氣。可以使用完全或部分富O2氣體或其它預熱的處理氣體代替來自冷卻器的預熱空氣。來自副燃料的灰可以在原材料的隨後處理中利用或者可以連同已處理的材料一起作為礦渣/灰提取。
在副燃料的引入點周圍的區域中，在迴轉窯中內部，可以提供用於機械影響副燃料的裝置以便確保強化固相燃料的混合。這種裝置可能是用金屬、石頭或耐熱材料製造的提升器。在窯旋轉期間，提升器將把燃料提升到迴轉窯內部的較高水平，導致燃料再次通過氣體下降。這會導致強化的混合比，由此增加在燃料顆粒和氣體之間的表面接觸。這會增加燃料轉換速率並且可以用來促進固體物質在氣體流中的輸送。這也確保了改善反應物在氣體中的分布。在副燃料的區域中提供的裝置(諸如研磨劑)可以在轉換過程期間被用於燃料粉碎。這對燃料的焦炭部分來說是特別相關的，焦炭部分極端易碎，因此在隨後的氣流輸送以及在隨後煅燒爐中的轉換中可易於利用研磨劑粉碎。還可以在窯內部提供諸如朝上彎曲邊緣或柵格結構之類的裝置以便限制用於燃燒副燃料的區域，由此阻止燃料經過所述裝置並且通過迴轉窯向下遊移動，直到所述燃料由於加熱已經獲得所想要的結構特性。這會確保基本上只有來自燃料的灰能夠移過所述裝置並且隨後與原材料混合。在進一步實施例中，迴轉窯包括用於保持副燃料當經歷完全或部分轉換為氣體和固體物質時遠離引入的原材料的裝置。原則上，這些裝置可以由任何適當的裝置組成，只要它們具有在轉換過程期間保持副燃料與原材料分離的能力即可。然而，所述裝置包括其中進行二次材料轉換的至少一個管道是優選的。這個或這些管道可以在迴轉窯內部提供，並且可以從迴轉窯的入口端延伸並且一直向下遊延伸到所述迴轉窯中。所述管道延伸的距離至少等於迴轉窯的內徑是優選的。為最大程度的實用性，所述管道應當被裝配在迴轉窯的內部中心，例如使用用於分別連到管道的外側和迴轉窯的內側的一些耐熱固定裝置。管道的中心線基本上與迴轉窯的中心線平行是優選的。在位於迴轉窯的入口端最近處的管道末端，引入副燃料，使得所述管道中的二次材料被通過在迴轉窯中燃燒主燃料形成的氣體加熱並轉換，所述氣體通過所述管道的另一端流入到系統中。位於迴轉窯最遠下遊的管道的另一端可以包括以下裝置，所述裝置用於確保完全或部分轉換的副燃料的固體物質部分可以從管道中有益地排出並且與原材料混合，所述原材料在相對於管道的旁路中被直接引到迴轉窯。依照這種方式，在轉換為氣體和固體物質的過程直到所述固體物質已經被燃燒到允許與原材料混合的程度期間，保持副燃料與引入的原材料分離。所述管道還可以被裝配到窯外面，管道的一端連接到入口之一併且另一端連接到迴轉窯。對於這兩個實施例來說， 相反情況也是可想到的，其中原材料被引入到管道而副燃料在相對於所述管道的旁路中被直接引入到迴轉窯。在進一步實施例中，副燃料加熱的固體物質部分在被轉化為灰之前從迴轉窯轉移並且被引到粉碎設備，在所述粉碎設備中其被縮小到較小的微粒尺寸。燃料在粉碎之前被加熱的事實確保隨後的粉碎過程要求少得多的資源，這主要是由於以下事實，一個是在加熱過程期間進行的轉換顯著地增加了加熱燃料的易碎性，從而使其比未處理的燃料更加易碎，另一個是加熱燃料的絕對量由於在加熱階段期間釋放揮發性成分而更小。加熱和粉碎的燃料例如隨後可以被用為迴轉窯、煅燒爐或者其他過程中的主燃料。從而可以通過使用相對較低成本的副燃料來替代窯系統中的整體燃料要求或重要元素。在特定實施例中，迴轉窯包括兩個獨立的部分，所述部分通過允許兩個部分以不同旋轉速度操作的裝置而彼此連接。對此，具有副燃料的部分能夠以特別適合於此燃燒過程的速度旋轉，使得可以根據具體情況優化該過程。


現在參考圖解的附圖進一步詳細地解釋本發明，並且其中圖1示出了用於執行依照本發明方法的設備，和圖2和3示出了依照本發明的兩個實施例。
具體實施例方式在圖1中示出了用於製造水泥熟料的設備1，其中水泥生料在預熱器2中被預先加熱並且在迴轉窯3中被燃燒成熟料並且隨後在熟料冷卻器4中冷卻。預熱的水泥生料和副燃料通過獨立的入口 5、6被引入到同一個迴轉窯中。水泥生料和副燃料均通過在迴轉窯 3中燃燒主燃料形成的氣體加熱，使得所述副燃料被轉換為氣體和採用燃燒殘渣形式的固體物質。處理氣體通過迴轉窯3依照已知方式吸入並且藉助於風扇7通過預熱器2前進。 在加熱副燃料(包括在氣體中攜帶的固體物質)期間形成的氣體可以被用於附加的處理階段，諸如在煅燒爐8中。來自熟料冷卻器4的熱空氣經由管道16被引到煅燒爐8。副燃料通過入口 6被引入並且在迴轉窯3的一區域中轉換，所述區域位於相對於迴轉窯朝向熟料冷卻器4的方向在把水泥生料的入口 5引入到迴轉窯3的點之前的點上。因此，副燃料將在轉換為氣體和固體物質的過程期間在很大程度上遠離引入的水泥生料，並且局部還原帶和具有還原條件的大區域將與所述水泥生料最小接觸。在轉換過程之後，來自副燃料的灰可以在形成水泥熟料中利用或者連同水泥熟料一起被提取。在圖2中示出了包括迴轉窯3的設備，其中管道9被安裝在迴轉窯3的中心。管道9的中心線平行於迴轉窯3的中心線。在最接近迴轉窯3的入口端的管道末端，通過入口 10引入副燃料，使得所述管道9中的二次材料被通過燃燒器11在迴轉窯中燃燒主燃料形成的氣體加熱並轉換，所述氣體通過所述管道9的第二端流入。在迴轉窯的最遠端下遊的管道9的另一端包括裝置12，用於確保轉換的二次材料的固體物質部分在離開管道9並且與原材料混合之前必須達到想要的轉換度，所述原材料在相對於管道9的旁路中通過入口 13被直接引到迴轉窯3中。依照這種方式，在轉換為氣體和固體物質的過程期間，保持副燃料與引入的原材料分離，直到固體物質已經被轉換為可以與原材料混合的程度。相反情況也是可想到的，其中原材料通過入口 10被引入到管道9中而副燃料在相對於所述管道 9的旁路中通過入口 13被直接引入到迴轉窯3中。在圖3中示出了包括迴轉窯3的設備，其中在迴轉窯3外面提供兩個管道14並且被連接到迴轉窯3。在管道14的一端，二次材料通過兩個入口 15引入，使得管道14中的二次材料藉助通過所述管道14的另一端流入的氣體加熱並轉換，其中所述管道14的另一端被連接到迴轉窯。原材料通過入口 13被直接引入到迴轉窯7。
權利要求
1.一種用於燃燒諸如水泥生料、石灰石或其它含礦原材料的原材料的方法，藉此方法把所述原材料和副燃料獨立地引入到同一個迴轉窯⑶中，在所述迴轉窯⑶中，藉助通過在所述迴轉窯(3)中燃燒主燃料所形成的氣體來加熱所述原材料以及副燃料，使得所述副燃料被轉換為氣體和燃燒殘渣形式的固體物質，其特徵在於所述副燃料在轉換為氣體和固體物質的過程期間保持與弓I入的原材料分離。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述原材料是在被引入到所述迴轉窯(3)中之前被預先加熱到至少700°C的水泥生料，在所述迴轉窯(3)中，所述水泥生料被燃燒為水泥熟料以便隨後在熟料冷卻器(4)中冷卻。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於所述副燃料被引入到迴轉窯(3)的一區域並在該區域中被轉換，所述區域相對於迴轉窯(3)朝向熟料冷卻器(4)的方向位於水泥生料被引入到迴轉窯(3)的點之前的點上。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於沿著迴轉窯(3)的中心線兩個引入點之間的距離至少等於所述迴轉窯(3)的內徑。
5.如前述權利要求中任何一項所述的方法，其特徵在於把完全或部分轉換的副燃料的固體物質部分與所述水泥生料混合。
6.如前述權利要求中任何一項所述的方法，其特徵在於所述副燃料的固體物質部分在被轉化為灰之前從所述迴轉窯轉移並且被引到一粉碎設備，在所述粉碎設備中其被磨成較小的微粒尺寸。
7.一種用於燃燒原材料的設備，所述設備包括窯系統，所述窯系統包括迴轉窯(3)，原材料以及副燃料被引入到所述迴轉窯(3)中，並且藉助通過在所述迴轉窯(3)中燃燒主燃料形成的氣體被加熱，並且所述設備包括至少兩個入口(10，13，15)，用於分別把所述副燃料和原材料獨立地引入到所述迴轉窯(3)中，其特徵在於所述迴轉窯(3)包括用於在所述副燃料的轉換過程期間使所述副燃料與所述原材料保持分離的裝置(9，14)。
8.如權利要求7所述的設備，其特徵在於所述原材料是水泥生料並且所述窯系統包括預熱器(2)，所述預熱器(2)在所述水泥生料被引入到所述迴轉窯(3)中之前預先加熱所述水泥生料，並且所述設備包括用於冷卻被燃燒的水泥生料的熟料冷卻器(4)。
9.如權利要求7或8所述的設備，其特徵在於用於分離所述副燃料和原材料的裝置至少包括在所述迴轉窯(3)中提供的管道(9)，所述管道(9)被連接到所述入口(10)之一併且延伸到所述迴轉窯(3)的下遊。
10.如權利要求7或8所述的設備，其特徵在於用於分離所述副燃料和原材料的裝置包括在所述迴轉窯外面提供的至少一個管道(14)，所述管道在一端被連接到所述入口(15) 之一併且在另一端被連接到所述迴轉窯(3)。
11.如權利要求7或8所述的設備，其特徵在於所述迴轉窯(3)包括兩個獨立的部分， 所述部分通過用於允許所述兩個部分以不同的旋轉速度操作的裝置彼此連接。
全文摘要
描述了一種用於燃燒諸如水泥生料、石灰石或其它含礦原材料之類的原材料的方法，藉此方法把所述原材料和副燃料獨立地引入到同一個迴轉窯中，其中藉助通過在所述迴轉窯中燃燒主燃料所形成的氣體來加熱所述原材料以及副燃料，使得所述副燃料被轉換為氣體和採用燃燒殘渣(諸如灰燼和焦炭)形式的固體物質。所述方法特別在於副燃料在轉換為氣體和固體物質的過程期間保持與引入的原材料分離。這會確保副燃料、局部還原帶和具有還原條件的主要區域與原材料最小接觸。
文檔編號C04B7/44GK102159515SQ200980136446
公開日2011年8月17日 申請日期2009年9月2日 優先權日2008年9月17日
發明者尼爾斯·A·克裡斯滕森, 拉斯·S·詹森, 莫滕·B·拉森 申請人:Fl史密斯公司