專利名稱：制造水泥熟料的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種制造水泥熟料的方法，通過該方法，生料在預熱爐中被預熱，在包括上端和下端的煅燒爐中煅燒、在窯爐中被燒成熟料并在隨后的冷卻器中冷卻。本發明還涉及一種用于實施該方法的設備。
背景技術：
上述制造水泥的設備在文獻中是公知的。在一些設備中，煅燒爐被專門設計成使用具有低含量揮發性成分的燃料，例如石油焦(petrocoke)，而在其他的設備中，煅燒爐是專門為獲取低NOx排放水平而設計的。很顯然，今后對可接受的NOx排放水平將會施加更加嚴格的要求，并且使用具有低含量揮發成份組分的燃料將會繼續有好處。相應地，對能夠在同一時間體現這些有益效果的制造水泥的方法和設備提出了需求。
在前述類型的設備中，有許多用于限制NOx排放水平和用于燃燒具有低含量揮發性成分的燃料的技術。可以利用基本的方法，例如，恰當地設計燃燒裝備、恰當地設計煅燒爐和預熱爐，或通過涉及在預熱爐的設計位置處噴入如氨和尿素的外來物質的輔助方法來限制NOx排放水平。
例如，從日本專利申請No.155433-1978可知一種ILC低NOx型窯爐設備。該種設備包括位于窯爐和煅燒爐之間并實際構成煅燒爐的下部分的燃燒室。通過將燃料噴射入構成所謂減少區域的燃燒室而獲得對NOx排放的限制，通過和窯爐的排氣中所含的NOx的反應而引起燃料的燃燒，從而減少NOx組分的含量。根據已知的更新的方法，可以將來自預熱爐的少量預熱生料引入該區域以限制溫度。來自熟料冷卻器的受預熱的氣體和來自預熱爐的受預熱的生料隨后被送入到煅燒爐中。在這種已知的窯爐設備中，來自窯爐的排氣被引入燃燒室的底部，從而使氣體向上流經燃燒室和后邊的煅燒爐。所以，在該種類型的煅燒爐中，必須向上引導生料經過懸在氣體流中的煅燒爐的主要部分，該氣體流向上流經煅燒爐。對于這樣類型的煅燒爐，明顯不利的地方在于，當在煅燒爐中燃燒揮發性成分含量低的燃料時，不能獲得低的NOx排放，這是由于氣體/燃料懸浮物的過分冷卻。
例如，從美國專利No.4014641和PCT/DK97/00029可知SLC-D型窯爐設備。該種類型的設備加入了煅燒爐，該煅燒爐包括配置成向下引導的氣體管道的小室，該向下引導的氣體管道在其下端與向上引導的氣體管道相連，該向上引導的氣體管道進一步連接到窯爐的排氣的釋放端。煅燒基本發生在向下引導的氣體管道中進行。在煅燒爐的頂部軸向地引入在煅燒爐中使用的燃料的大部分。來自熟料冷卻器的受預熱的氣體和預熱后的生料被從切線方向引入煅燒爐的頂部。因而，可在煅燒爐內獲得煅燒爐燃料的絕大部分的完全燃燒，同時生料在其經過所述小室向下運動的過程中被煅燒。排氣的懸浮物、未燃燒的燃料和來自煅燒爐的至少被部分煅燒的生料利用向上流動的窯爐排氣在向上引導的氣體管道中結合在一起，在其中能添加少量煅燒爐燃料和少量預熱后的生料。結合或混合的排氣/材料懸浮物隨后向上流經向上引導的氣體管道，此處，可以添加尚未從熟料冷卻器供應的任何殘余量的生料和受預熱的氣體。這種已知類型的設備的優點在于，由于煅燒爐的特定實施例，可以使用揮發性成分含量低的燃料，該種煅燒爐即使當使用這樣的燃料時也可能獲得很高程度的燃燒效率。此外，在煅燒爐內的NOx產生量很低。但是，這種類型的窯爐的缺點在于，可能需要直接將一定比例的未煅燒生料直接加入來自窯爐的排氣中，從而防止在窯爐煙室和/或在窯爐上升管道中形成覆蓋層。結果，排氣/燃料的懸浮物被過分冷卻，導致當使用揮發性成分含量低的燃料時，減少在窯爐內產生的NOx的可能性受到限制。
發明內容
本發明的目的是提供一種制造水泥的方法和設備，利用該方法和設備，即使當使用揮發性成分含量低的燃料時，仍可能獲得高程度的燃燒效率，并獲得低的NOx排放水平。
這是通過在說明中提到的一種方法來實現的，其特征在于將來自窯爐的排氣引入煅燒爐的上端；以類似的方式將燃料引入煅燒爐的上端；向下引導排氣/燃料懸浮物經過煅燒爐；將來自熟料冷卻器的預熱后的氣體和來自預熱爐的預熱后的生料在引入來自窯爐的排氣和燃料的區域以下的位置一起或分開地供應到煅燒爐中；向下引導預熱后的氣體經過煅燒爐，該預熱后的氣體和排氣/燃料懸浮物逐漸混合；使生料在重力的作用下被沿著煅燒爐的側壁向下引導經過煅燒爐，并在煅燒爐的下端處懸浮在排氣中；以及，將排氣/生料從煅燒爐的下端抽出并傳送到用于分開生料的分離裝置，該生料被隨后引導至窯爐。
所以，可以顯著地減少和窯爐排氣一起被引導到煅燒爐的NOx，即使當使用揮發性成分含量低的燃料時，燃料仍然有很高的燃盡程度，而且和燃料一起被引導到煅燒爐的氮轉化為NOx的轉化程度很低。因此能通過將煅燒爐燃料引入充滿NOx的窯爐排氣來產生NOx減少區域，同時即使當燃燒過程基于揮發性成分含量低的燃料時，仍可確保范圍在900到1500℃之間的高的燃燒溫度。因此所得的NOx產物的水平遠遠低于在現有技術中所得到的水平。由于存在經過煅燒爐的向下引導的通路，生料基本在重力的作用下沿著煅燒爐的側壁向下運動，所以可以獲得高的燃燒溫度。這減少了在燃料的燃燒過程中生料對排氣/燃料懸浮物的冷卻效果。所述高的燃燒溫度可以確保，除了NOx的凈產量較低外，燃料可以快速地燃燒，這對于穩定的設備運行來說是必須的。沿著煅燒爐的側壁被向下引導的生料還能夠保護煅燒爐不受可能產生的高溫的影響，所以作為一個輔助效果，可以減少側壁上的覆層的水平。
窯爐的排氣可以根據各種不同的合適的方法被引入煅燒爐，例如徑向、切向或軸向引入。
燃料可以分開或和窯爐排氣一起被引入煅燒爐的上端。如果燃料被分開引入，最好通過從煅燒爐的頂部軸向地噴射來實現。這樣的軸向噴射可沿著煅燒爐的中心線發生，但也可相對于中心線徑向地偏移。然而燃料還可以被徑向地、切向地或以其他的方式從煅燒爐的側面噴射。如果燃料和窯爐排氣一起被引入，最好使燃料在可以確保燃料和排氣中的NOx之間有效接觸的位置被引入到窯爐排氣中，從而優化NOx的減少過程。優選地，這可在窯爐排氣被引入煅燒爐之前，在合適的位置完成。
窯爐排氣和燃料的混合懸浮物最好被向下引導經過煅燒爐，從而在煅燒爐的中心區域產生火焰。
來自熟料冷卻器的預熱后的空氣和來自預熱爐的預熱后的生料最好以結合(combined)的空氣/生料懸浮物的形式被引入煅燒爐。此外，優選地，將空氣/生料懸浮物切向地引入，這樣，生料朝向煅燒爐側壁被甩出，導致生料在重力的作用下沿側壁下滑，同時空氣在火焰周圍形成包裹的空氣墊，從而使空氣逐漸和排氣/燃料懸浮物混合在一起。
可選地，來自熟料冷卻器的預熱后的空氣和來自預熱爐的預熱后的生料可以被分開引入煅燒爐。在應用該步驟的情況下，可以軸向、徑向或以其他合適的方式引入所述空氣，而同時最好將生料經過一個或多個入口開口引入，所述入口開口基本上以統一的圖案圍繞煅燒爐的圓周布置。
為了控制煅燒爐內的燃燒溫度，并因而確保諸如揮發性成分含量低的燃料的燃盡滿意程度，最好使預熱生料在沿著該裝置下游的幾個位置處被引入煅燒爐，其中，燃料燃盡的滿意程度要求在高溫下相對較長的時間。所以，優選地，可以將預熱后的生料引入煅燒爐的下端。被引入到煅燒爐下端的生料將會迅速經受煅燒，從而將溫度減小到適用于煅燒過程的水平。
可以進一步將來自預熱爐的預熱后的生料和窯爐排氣一起引入煅燒爐，由于其催化效應，從而通過促進反應的進行，進一步減少NOx的水平。以這種方式引入的預熱后的生料最好在窯爐排氣從窯爐中排放后立即被引入窯爐排氣流中。其結果是，生料將會降低窯爐排氣的溫度，從而減少了出現在將窯爐排氣從窯爐送到煅燒爐的管道內的結塊問題。在這種情況下，最好將排氣/生料懸浮物切向地引入煅燒爐的上端，從而確保保持生料靠近煅燒爐的側壁。因此在煅燒爐的減少區域的中心部分的生料量將會很少，這意味著，即使當使用揮發性成分含量低的燃料時，也能夠獲得用于引燃和減少NOx的高溫以及相應的有利條件。
用于實施根據本發明的方法的設備是如下類型，包括預熱爐、包括上端和下端的煅燒爐、窯爐以及隨后的熟料冷卻器，其特征在于，該設備包括用于將窯爐排氣引入煅燒爐上端的裝置；用于將燃料引入煅燒爐上端的裝置；用于將來自熟料冷卻器的預熱后的氣體在引入窯爐排氣和燃料的區域以下的位置引入煅燒爐的裝置；用于將預熱后的生料在引入窯爐排氣和燃料的區域以下的位置引入煅燒爐的裝置；用于從煅燒爐的下端抽出排氣/生料懸浮物、并將其傳送至分離裝置的裝置；以及用于將分離后的生料傳送至窯爐的裝置。
參照附圖，將詳細解釋本發明，本發明的唯一附圖示出了用于實施根據本發明的方法的設備。
具體實施例方式
在該圖中示出了用于制造水泥熟料的窯爐設備。該設備包括旋風式預熱爐，在該圖中僅示出了最終的旋風器1；帶有分離旋風器4的煅燒爐3；可旋轉窯爐5；以及熟料冷卻器7。該設備還包括用于將窯爐排氣傳送至煅燒爐3的窯爐上升管道9和用于將預熱的空氣從熟料冷卻器7傳送至煅燒爐3的管道11。來自未示出的生料磨粉機的生料以和排氣逆流的方式在預熱爐中被預熱，之后在旋風器1中被從預熱器分離出來，并被傳送到煅燒爐3，在該爐中被煅燒。煅燒后的生料從分離旋風器4的底部開口經管道8被引到旋轉窯爐5中，在該爐中被燒制成水泥熟料，該水泥熟料基本上在熟料冷卻器7中冷卻。來自旋轉窯爐5和煅燒爐3的排氣經過旋風器4從煅燒爐3中抽出并利用簡要示出的風扇裝置6向上經過預熱爐。
根據本發明，在至少燃料的主要部分被引入煅燒爐的同時或者緊隨其后，窯爐排氣被引入煅燒爐3的上端3a。在所示的實施例中，燃料經過燃燒器13被引入煅燒爐3，該燃燒器13的布置使該燃燒器13軸向地伸入煅燒爐3的頂部，而窯爐排氣被經過入口管道15引入，該管道將氣體切向地排放到煅燒爐的上端3a的一側。所以可以在包括窯爐排氣的低氧含量的環境下開始燃燒經燃燒器13引入煅燒爐3的燃料。結果將形成減少區域，在該區域中，和窯爐排氣一起供應的NOx和燃料發生反應，從而減少了NOx的水平。
在煅燒爐的更下游處，在具有合適長度的減少區域之后，來自熟料冷卻器7的預熱的空氣經管道11被引入，該管道將空氣切向地排放到煅燒爐3中。如箭頭17所示，來自預熱爐的預熱生料的主要部分和來自冷卻器的預熱空氣一起被引入煅燒爐。由于使用了切向引入的方法，預熱的空氣/生料將會沿著螺線形的路徑向下流動經過隨后的燃燒區域，導致生料向煅燒爐的側壁甩出，之后生料在重力坐下沿著該側壁滑下，同時預熱氣體包圍煅燒爐中心部分處的火焰，這樣生料能夠逐漸地和排氣/燃料懸浮物混合。因此在煅燒爐的燃燒區域的中心部分的生料的量將很小，這意味著，即使使用揮發性成分含量低的燃料仍能夠獲得高的溫度以及相應的高的燃料燃盡程度。該沿著煅燒爐的側壁滑下的生料被來自煅燒爐的中心燃燒區域的積累熱量所煅燒，并且由此可以用作保護煅燒爐側壁不受在燃燒區域普遍存在的高溫的影響的熱量護罩。
在煅燒爐的下端3b，生料懸浮在向下引導的排氣流中，導致生料經受進一步的煅燒，并降低了排氣的溫度。該排氣/生料懸浮物隨后經過過渡部分3c被傳送至分離旋風器4，在該旋風器中，生料從排氣分離出來，并經旋風器4的底部出口傳送到旋轉窯爐5。
為了控制燃燒區域內的溫度并保證來自煅燒爐的排氣的釋放溫度同時減少，可以將少量預熱的生料引入煅燒爐的下端3b或引入過渡部分3c，如箭頭19所示。
還可以在窯爐排氣從旋轉窯爐5釋放后，如箭頭21所示，立即再將少量來自預熱爐的預熱生料引入窯爐排氣流中。然后，該生料將降低窯爐排氣的溫度，從而減少出現在管道9內的結塊問題。此外，由于其催化效應，該生料將進一步降低煅燒爐內的NOx水平。在這種情況下，將排氣/生料懸浮物切向地引入煅燒爐的上端，從而保持生料靠近煅燒爐的側壁。因此煅燒爐的減少區域的中心部分的生料量將會很少，這意味著，即使使用揮發性成分含量低的燃料仍能夠獲得高的溫度以及相應的用于引燃和減少NOx的有利的條件。
權利要求
1.一種制造水泥熟料的方法，通過該方法水泥生料在預熱爐(1)中被預熱，在包括上端(3a)和下端(3b)的煅燒爐(3)中被煅燒，在窯爐(5)中被燒制成熟料并在隨后的熟料冷卻器(7)中被冷卻，其特征在于來自窯爐(5)的排氣被引入煅燒爐的上端(3a)；燃料被類似地引入煅燒爐的上端(3a)；排氣/燃料懸浮物被向下引導經過煅燒爐(3)；來自熟料冷卻器(7)的預熱后的空氣和來自預熱爐(1)的預熱后的生料一起或分開地在來自窯爐的排氣和燃料被引入的區域以下的位置被供應到煅燒爐(3)中；預熱空氣被向下引導經過煅燒爐(3)，逐漸和排氣/燃料懸浮物混合；生料在重力的作用下沿煅燒爐的側壁被向下引導經過煅燒爐(3)，在煅燒爐(3)的下端(3b)處懸浮在排氣中；以及，排氣/生料懸浮物被從煅燒爐的下端(3b)抽出并被傳送至用于分離生料的分離裝置(4)，該生料隨后被引入窯爐(5)。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，將窯爐排氣徑向地、切向地或軸向地引入煅燒爐的上端(3a)。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，燃料和窯爐排氣一起被引入煅燒爐的上端(3a)。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，燃料被分開地引入煅燒爐的上端(3a)。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，從煅燒爐(3)的上部軸向地噴射燃料。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，混合的窯爐排氣和燃料的懸浮物被向下引導經過煅燒爐(3)，在煅燒爐的中心區域產生火焰。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，來自熟料冷卻器(7)的預熱后的空氣和來自預熱爐(1)的預熱后的生料作為結合(combined)的空氣/生料懸浮物被引入煅燒爐。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，將空氣/生料懸浮物切向地引入，從而使生料朝向煅燒爐的側壁被甩出，導致生料在重力的作用下沿著該側壁滑下，同時空氣圍繞火焰形成包裹空氣墊，從而使空氣逐漸和排氣/燃料懸浮物混合。
9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，將預熱后的生料在沿著該裝置下游的幾個位置處引入煅燒爐(3)。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，來自預熱爐(1)的預熱后的生料被引入煅燒爐的下端(3b)和/或過度部分(3c)。
11.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，來自預熱爐(1)的預熱后的生料和窯爐排氣一起被引入煅燒爐。
12.根據權利要求11所述的方法，其特征在于，以這種方式引入的預熱后的生料在從窯爐(5)釋放排氣后立即被引入窯爐排氣流中。
13.一種用于實施根據本發明方法的設備為如下類型，包括預熱爐(1)，包括上端(3a)和下端(3b)的煅燒爐(3)，窯爐(5)和隨后的熟料冷卻器(7)，其特征在于，該設備包括用于將窯爐排氣引入煅燒爐的上端(3a)的裝置(15)；用于將燃料引入煅燒爐的上端(3a)的裝置(13)；用于將來自熟料冷卻器(7)的預熱后的空氣在引入窯爐排氣和燃料的區域以下的位置處引入煅燒爐(3)的裝置(11)；用于將預熱后的生料在引入窯爐排氣和燃料的區域以下的位置處引入煅燒爐(3)的裝置(17)；用于從煅燒爐的下端(3b)抽出排氣/生料懸浮物并將其傳送至分離裝置(4)的裝置(6)；以及用于將分離后的生料傳送至窯爐(5)的裝置(8)。
全文摘要
一種制造水泥熟料的方法和設備，通過該方法水泥生料在預熱爐(1)中被預熱，在包括上端(3a)和下端(3b)的煅燒爐(3)中被煅燒，在窯爐(5)中被燒制成熟料并在隨后的熟料冷卻器(7)中被冷卻。本發明的特征在于來自窯爐(5)的排氣被引入煅燒爐的上端(3a)；燃料被類似地引入煅燒爐的上端(3a)；排氣/燃料懸浮物被向下引導經過煅燒爐(3)；來自熟料冷卻器(7)的預熱后的空氣和來自預熱爐(1)的預熱后的生料一起或分開地在來自窯爐的排氣和燃料被引入的區域以下的位置被供應到煅燒爐(3)中；預熱空氣被向下引導經過煅燒爐(3)，逐漸和排氣/燃料懸浮物混合；生料在重力的作用下沿煅燒爐的側壁被向下引導經過煅燒爐(3)，在煅燒爐(3)的下端(3b)處懸浮在排氣中；以及，排氣/生料懸浮物被從煅燒爐的下端(3b)抽出并被傳送至用于分離生料的分離裝置(4)，該生料隨后被引入窯爐(5)。因此，可以顯著地減少和窯爐排氣一起被引導到煅燒爐的NO
文檔編號C04B7/43GK1447897SQ01814545
公開日2003年10月8日 申請日期2001年7月19日 優先權日2000年8月24日
發明者拉斯·斯卡拉普詹森, 肯特·湯姆森 申請人:F·L·施米思公司