专利名称：制造水泥熟料的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制造水泥熟料的方法，通过该方法，生料在预热炉中被预热，在包括上端和下端的煅烧炉中煅烧、在窑炉中被烧成熟料并在随后的冷却器中冷却。本发明还涉及一种用于实施该方法的设备。
背景技术：
上述制造水泥的设备在文献中是公知的。在一些设备中，煅烧炉被专门设计成使用具有低含量挥发性成分的燃料，例如石油焦(petrocoke)，而在其他的设备中，煅烧炉是专门为获取低NOx排放水平而设计的。很显然，今后对可接受的NOx排放水平将会施加更加严格的要求，并且使用具有低含量挥发成份组分的燃料将会继续有好处。相应地，对能够在同一时间体现这些有益效果的制造水泥的方法和设备提出了需求。
在前述类型的设备中，有许多用于限制NOx排放水平和用于燃烧具有低含量挥发性成分的燃料的技术。可以利用基本的方法，例如，恰当地设计燃烧装备、恰当地设计煅烧炉和预热炉，或通过涉及在预热炉的设计位置处喷入如氨和尿素的外来物质的辅助方法来限制NOx排放水平。
例如，从日本专利申请No.155433-1978可知一种ILC低NOx型窑炉设备。该种设备包括位于窑炉和煅烧炉之间并实际构成煅烧炉的下部分的燃烧室。通过将燃料喷射入构成所谓减少区域的燃烧室而获得对NOx排放的限制，通过和窑炉的排气中所含的NOx的反应而引起燃料的燃烧，从而减少NOx组分的含量。根据已知的更新的方法，可以将来自预热炉的少量预热生料引入该区域以限制温度。来自熟料冷却器的受预热的气体和来自预热炉的受预热的生料随后被送入到煅烧炉中。在这种已知的窑炉设备中，来自窑炉的排气被引入燃烧室的底部，从而使气体向上流经燃烧室和后边的煅烧炉。所以，在该种类型的煅烧炉中，必须向上引导生料经过悬在气体流中的煅烧炉的主要部分，该气体流向上流经煅烧炉。对于这样类型的煅烧炉，明显不利的地方在于，当在煅烧炉中燃烧挥发性成分含量低的燃料时，不能获得低的NOx排放，这是由于气体/燃料悬浮物的过分冷却。
例如，从美国专利No.4014641和PCT/DK97/00029可知SLC-D型窑炉设备。该种类型的设备加入了煅烧炉，该煅烧炉包括配置成向下引导的气体管道的小室，该向下引导的气体管道在其下端与向上引导的气体管道相连，该向上引导的气体管道进一步连接到窑炉的排气的释放端。煅烧基本发生在向下引导的气体管道中进行。在煅烧炉的顶部轴向地引入在煅烧炉中使用的燃料的大部分。来自熟料冷却器的受预热的气体和预热后的生料被从切线方向引入煅烧炉的顶部。因而，可在煅烧炉内获得煅烧炉燃料的绝大部分的完全燃烧，同时生料在其经过所述小室向下运动的过程中被煅烧。排气的悬浮物、未燃烧的燃料和来自煅烧炉的至少被部分煅烧的生料利用向上流动的窑炉排气在向上引导的气体管道中结合在一起，在其中能添加少量煅烧炉燃料和少量预热后的生料。结合或混合的排气/材料悬浮物随后向上流经向上引导的气体管道，此处，可以添加尚未从熟料冷却器供应的任何残余量的生料和受预热的气体。这种已知类型的设备的优点在于，由于煅烧炉的特定实施例，可以使用挥发性成分含量低的燃料，该种煅烧炉即使当使用这样的燃料时也可能获得很高程度的燃烧效率。此外，在煅烧炉内的NOx产生量很低。但是，这种类型的窑炉的缺点在于，可能需要直接将一定比例的未煅烧生料直接加入来自窑炉的排气中，从而防止在窑炉烟室和/或在窑炉上升管道中形成覆盖层。结果，排气/燃料的悬浮物被过分冷却，导致当使用挥发性成分含量低的燃料时，减少在窑炉内产生的NOx的可能性受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种制造水泥的方法和设备，利用该方法和设备，即使当使用挥发性成分含量低的燃料时，仍可能获得高程度的燃烧效率，并获得低的NOx排放水平。
这是通过在说明中提到的一种方法来实现的，其特征在于将来自窑炉的排气引入煅烧炉的上端；以类似的方式将燃料引入煅烧炉的上端；向下引导排气/燃料悬浮物经过煅烧炉；将来自熟料冷却器的预热后的气体和来自预热炉的预热后的生料在引入来自窑炉的排气和燃料的区域以下的位置一起或分开地供应到煅烧炉中；向下引导预热后的气体经过煅烧炉，该预热后的气体和排气/燃料悬浮物逐渐混合；使生料在重力的作用下被沿着煅烧炉的侧壁向下引导经过煅烧炉，并在煅烧炉的下端处悬浮在排气中；以及，将排气/生料从煅烧炉的下端抽出并传送到用于分开生料的分离装置，该生料被随后引导至窑炉。
所以，可以显著地减少和窑炉排气一起被引导到煅烧炉的NOx，即使当使用挥发性成分含量低的燃料时，燃料仍然有很高的燃尽程度，而且和燃料一起被引导到煅烧炉的氮转化为NOx的转化程度很低。因此能通过将煅烧炉燃料引入充满NOx的窑炉排气来产生NOx减少区域，同时即使当燃烧过程基于挥发性成分含量低的燃料时，仍可确保范围在900到1500℃之间的高的燃烧温度。因此所得的NOx产物的水平远远低于在现有技术中所得到的水平。由于存在经过煅烧炉的向下引导的通路，生料基本在重力的作用下沿着煅烧炉的侧壁向下运动，所以可以获得高的燃烧温度。这减少了在燃料的燃烧过程中生料对排气/燃料悬浮物的冷却效果。所述高的燃烧温度可以确保，除了NOx的净产量较低外，燃料可以快速地燃烧，这对于稳定的设备运行来说是必须的。沿着煅烧炉的侧壁被向下引导的生料还能够保护煅烧炉不受可能产生的高温的影响，所以作为一个辅助效果，可以减少侧壁上的覆层的水平。
窑炉的排气可以根据各种不同的合适的方法被引入煅烧炉，例如径向、切向或轴向引入。
燃料可以分开或和窑炉排气一起被引入煅烧炉的上端。如果燃料被分开引入，最好通过从煅烧炉的顶部轴向地喷射来实现。这样的轴向喷射可沿着煅烧炉的中心线发生，但也可相对于中心线径向地偏移。然而燃料还可以被径向地、切向地或以其他的方式从煅烧炉的侧面喷射。如果燃料和窑炉排气一起被引入，最好使燃料在可以确保燃料和排气中的NOx之间有效接触的位置被引入到窑炉排气中，从而优化NOx的减少过程。优选地，这可在窑炉排气被引入煅烧炉之前，在合适的位置完成。
窑炉排气和燃料的混合悬浮物最好被向下引导经过煅烧炉，从而在煅烧炉的中心区域产生火焰。
来自熟料冷却器的预热后的空气和来自预热炉的预热后的生料最好以结合(combined)的空气/生料悬浮物的形式被引入煅烧炉。此外，优选地，将空气/生料悬浮物切向地引入，这样，生料朝向煅烧炉侧壁被甩出，导致生料在重力的作用下沿侧壁下滑，同时空气在火焰周围形成包裹的空气垫，从而使空气逐渐和排气/燃料悬浮物混合在一起。
可选地，来自熟料冷却器的预热后的空气和来自预热炉的预热后的生料可以被分开引入煅烧炉。在应用该步骤的情况下，可以轴向、径向或以其他合适的方式引入所述空气，而同时最好将生料经过一个或多个入口开口引入，所述入口开口基本上以统一的图案围绕煅烧炉的圆周布置。
为了控制煅烧炉内的燃烧温度，并因而确保诸如挥发性成分含量低的燃料的燃尽满意程度，最好使预热生料在沿着该装置下游的几个位置处被引入煅烧炉，其中，燃料燃尽的满意程度要求在高温下相对较长的时间。所以，优选地，可以将预热后的生料引入煅烧炉的下端。被引入到煅烧炉下端的生料将会迅速经受煅烧，从而将温度减小到适用于煅烧过程的水平。
可以进一步将来自预热炉的预热后的生料和窑炉排气一起引入煅烧炉，由于其催化效应，从而通过促进反应的进行，进一步减少NOx的水平。以这种方式引入的预热后的生料最好在窑炉排气从窑炉中排放后立即被引入窑炉排气流中。其结果是，生料将会降低窑炉排气的温度，从而减少了出现在将窑炉排气从窑炉送到煅烧炉的管道内的结块问题。在这种情况下，最好将排气/生料悬浮物切向地引入煅烧炉的上端，从而确保保持生料靠近煅烧炉的侧壁。因此在煅烧炉的减少区域的中心部分的生料量将会很少，这意味着，即使当使用挥发性成分含量低的燃料时，也能够获得用于引燃和减少NOx的高温以及相应的有利条件。
用于实施根据本发明的方法的设备是如下类型，包括预热炉、包括上端和下端的煅烧炉、窑炉以及随后的熟料冷却器，其特征在于，该设备包括用于将窑炉排气引入煅烧炉上端的装置；用于将燃料引入煅烧炉上端的装置；用于将来自熟料冷却器的预热后的气体在引入窑炉排气和燃料的区域以下的位置引入煅烧炉的装置；用于将预热后的生料在引入窑炉排气和燃料的区域以下的位置引入煅烧炉的装置；用于从煅烧炉的下端抽出排气/生料悬浮物、并将其传送至分离装置的装置；以及用于将分离后的生料传送至窑炉的装置。
参照附图，将详细解释本发明，本发明的唯一附图示出了用于实施根据本发明的方法的设备。
具体实施例方式
在该图中示出了用于制造水泥熟料的窑炉设备。该设备包括旋风式预热炉，在该图中仅示出了最终的旋风器1；带有分离旋风器4的煅烧炉3；可旋转窑炉5；以及熟料冷却器7。该设备还包括用于将窑炉排气传送至煅烧炉3的窑炉上升管道9和用于将预热的空气从熟料冷却器7传送至煅烧炉3的管道11。来自未示出的生料磨粉机的生料以和排气逆流的方式在预热炉中被预热，之后在旋风器1中被从预热器分离出来，并被传送到煅烧炉3，在该炉中被煅烧。煅烧后的生料从分离旋风器4的底部开口经管道8被引到旋转窑炉5中，在该炉中被烧制成水泥熟料，该水泥熟料基本上在熟料冷却器7中冷却。来自旋转窑炉5和煅烧炉3的排气经过旋风器4从煅烧炉3中抽出并利用简要示出的风扇装置6向上经过预热炉。
根据本发明，在至少燃料的主要部分被引入煅烧炉的同时或者紧随其后，窑炉排气被引入煅烧炉3的上端3a。在所示的实施例中，燃料经过燃烧器13被引入煅烧炉3，该燃烧器13的布置使该燃烧器13轴向地伸入煅烧炉3的顶部，而窑炉排气被经过入口管道15引入，该管道将气体切向地排放到煅烧炉的上端3a的一侧。所以可以在包括窑炉排气的低氧含量的环境下开始燃烧经燃烧器13引入煅烧炉3的燃料。结果将形成减少区域，在该区域中，和窑炉排气一起供应的NOx和燃料发生反应，从而减少了NOx的水平。
在煅烧炉的更下游处，在具有合适长度的减少区域之后，来自熟料冷却器7的预热的空气经管道11被引入，该管道将空气切向地排放到煅烧炉3中。如箭头17所示，来自预热炉的预热生料的主要部分和来自冷却器的预热空气一起被引入煅烧炉。由于使用了切向引入的方法，预热的空气/生料将会沿着螺线形的路径向下流动经过随后的燃烧区域，导致生料向煅烧炉的侧壁甩出，之后生料在重力坐下沿着该侧壁滑下，同时预热气体包围煅烧炉中心部分处的火焰，这样生料能够逐渐地和排气/燃料悬浮物混合。因此在煅烧炉的燃烧区域的中心部分的生料的量将很小，这意味着，即使使用挥发性成分含量低的燃料仍能够获得高的温度以及相应的高的燃料燃尽程度。该沿着煅烧炉的侧壁滑下的生料被来自煅烧炉的中心燃烧区域的积累热量所煅烧，并且由此可以用作保护煅烧炉侧壁不受在燃烧区域普遍存在的高温的影响的热量护罩。
在煅烧炉的下端3b，生料悬浮在向下引导的排气流中，导致生料经受进一步的煅烧，并降低了排气的温度。该排气/生料悬浮物随后经过过渡部分3c被传送至分离旋风器4，在该旋风器中，生料从排气分离出来，并经旋风器4的底部出口传送到旋转窑炉5。
为了控制燃烧区域内的温度并保证来自煅烧炉的排气的释放温度同时减少，可以将少量预热的生料引入煅烧炉的下端3b或引入过渡部分3c，如箭头19所示。
还可以在窑炉排气从旋转窑炉5释放后，如箭头21所示，立即再将少量来自预热炉的预热生料引入窑炉排气流中。然后，该生料将降低窑炉排气的温度，从而减少出现在管道9内的结块问题。此外，由于其催化效应，该生料将进一步降低煅烧炉内的NOx水平。在这种情况下，将排气/生料悬浮物切向地引入煅烧炉的上端，从而保持生料靠近煅烧炉的侧壁。因此煅烧炉的减少区域的中心部分的生料量将会很少，这意味着，即使使用挥发性成分含量低的燃料仍能够获得高的温度以及相应的用于引燃和减少NOx的有利的条件。
权利要求
1.一种制造水泥熟料的方法，通过该方法水泥生料在预热炉(1)中被预热，在包括上端(3a)和下端(3b)的煅烧炉(3)中被煅烧，在窑炉(5)中被烧制成熟料并在随后的熟料冷却器(7)中被冷却，其特征在于来自窑炉(5)的排气被引入煅烧炉的上端(3a)；燃料被类似地引入煅烧炉的上端(3a)；排气/燃料悬浮物被向下引导经过煅烧炉(3)；来自熟料冷却器(7)的预热后的空气和来自预热炉(1)的预热后的生料一起或分开地在来自窑炉的排气和燃料被引入的区域以下的位置被供应到煅烧炉(3)中；预热空气被向下引导经过煅烧炉(3)，逐渐和排气/燃料悬浮物混合；生料在重力的作用下沿煅烧炉的侧壁被向下引导经过煅烧炉(3)，在煅烧炉(3)的下端(3b)处悬浮在排气中；以及，排气/生料悬浮物被从煅烧炉的下端(3b)抽出并被传送至用于分离生料的分离装置(4)，该生料随后被引入窑炉(5)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将窑炉排气径向地、切向地或轴向地引入煅烧炉的上端(3a)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，燃料和窑炉排气一起被引入煅烧炉的上端(3a)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，燃料被分开地引入煅烧炉的上端(3a)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，从煅烧炉(3)的上部轴向地喷射燃料。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，混合的窑炉排气和燃料的悬浮物被向下引导经过煅烧炉(3)，在煅烧炉的中心区域产生火焰。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，来自熟料冷却器(7)的预热后的空气和来自预热炉(1)的预热后的生料作为结合(combined)的空气/生料悬浮物被引入煅烧炉。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将空气/生料悬浮物切向地引入，从而使生料朝向煅烧炉的侧壁被甩出，导致生料在重力的作用下沿着该侧壁滑下，同时空气围绕火焰形成包裹空气垫，从而使空气逐渐和排气/燃料悬浮物混合。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将预热后的生料在沿着该装置下游的几个位置处引入煅烧炉(3)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，来自预热炉(1)的预热后的生料被引入煅烧炉的下端(3b)和/或过度部分(3c)。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，来自预热炉(1)的预热后的生料和窑炉排气一起被引入煅烧炉。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，以这种方式引入的预热后的生料在从窑炉(5)释放排气后立即被引入窑炉排气流中。
13.一种用于实施根据本发明方法的设备为如下类型，包括预热炉(1)，包括上端(3a)和下端(3b)的煅烧炉(3)，窑炉(5)和随后的熟料冷却器(7)，其特征在于，该设备包括用于将窑炉排气引入煅烧炉的上端(3a)的装置(15)；用于将燃料引入煅烧炉的上端(3a)的装置(13)；用于将来自熟料冷却器(7)的预热后的空气在引入窑炉排气和燃料的区域以下的位置处引入煅烧炉(3)的装置(11)；用于将预热后的生料在引入窑炉排气和燃料的区域以下的位置处引入煅烧炉(3)的装置(17)；用于从煅烧炉的下端(3b)抽出排气/生料悬浮物并将其传送至分离装置(4)的装置(6)；以及用于将分离后的生料传送至窑炉(5)的装置(8)。
全文摘要
一种制造水泥熟料的方法和设备，通过该方法水泥生料在预热炉(1)中被预热，在包括上端(3a)和下端(3b)的煅烧炉(3)中被煅烧，在窑炉(5)中被烧制成熟料并在随后的熟料冷却器(7)中被冷却。本发明的特征在于来自窑炉(5)的排气被引入煅烧炉的上端(3a)；燃料被类似地引入煅烧炉的上端(3a)；排气/燃料悬浮物被向下引导经过煅烧炉(3)；来自熟料冷却器(7)的预热后的空气和来自预热炉(1)的预热后的生料一起或分开地在来自窑炉的排气和燃料被引入的区域以下的位置被供应到煅烧炉(3)中；预热空气被向下引导经过煅烧炉(3)，逐渐和排气/燃料悬浮物混合；生料在重力的作用下沿煅烧炉的侧壁被向下引导经过煅烧炉(3)，在煅烧炉(3)的下端(3b)处悬浮在排气中；以及，排气/生料悬浮物被从煅烧炉的下端(3b)抽出并被传送至用于分离生料的分离装置(4)，该生料随后被引入窑炉(5)。因此，可以显著地减少和窑炉排气一起被引导到煅烧炉的NO
文档编号C04B7/43GK1447897SQ01814545
公开日2003年10月8日 申请日期2001年7月19日 优先权日2000年8月24日
发明者拉斯·斯卡拉普詹森, 肯特·汤姆森 申请人:F·L·施米思公司