水泥生产系统的煅烧炉和用于运行煅烧炉的方法与流程

本发明涉及运行水泥生产设备的煅烧炉的方法和水泥生产设备的煅烧炉。

背景技术：

水泥熟料或矿石或粘土或其他矿物产品的处理需要大量的热能，以便干燥和/或煅烧和/或减少磨碎的生料。为此，在进行进一步处理之前，将生料以夹带流加热至所需温度。

为了生产水泥熟料，例如，对由磨碎的含石灰和含硅酸盐的岩石组成的生料进行热处理，其中，石灰石不含co2，并且转化为煅石灰cao。在进一步的步骤中，通过除去co2而脱酸的生料在加热的作用下烧结以产生各种硅酸钙相。在预煅烧(脱酸)中，离开倒数第二低的旋风分离级的热生料由从回转炉中流出的热气夹带，并且被引导到设置在旋风分离预热器与回转炉之间的煅烧炉中。这通常是提升管道，在提升管道中，炉气和用于煅烧的材料被并流地引导并且彼此反应。为了保持吸热运行的脱酸反应，在煅烧炉中添加燃料。点燃煅烧炉所需的燃烧空气可以例如通过回转炉和/或在分离的气体管(称为第三级空气管)中从熟料冷却器引导至煅烧炉。

us1,234,567公开了一种根据权利要求1的前序部分的器械。在已知的煅烧炉中，燃料的燃烧经常出现问题。例如，燃料的不完全燃烧引起煅烧炉废气中的一氧化碳(co)的值升高。此外，在煅烧炉废气中通常实现氮氧化物的还原太小，例如所需氨的量非常高。此外，煅烧炉经常由于过热而损坏内壁。

技术实现要素：

由此，本发明的目的在于提供一种运行可靠性提高并且维护强度较低的煅烧炉。

根据本发明，该目的通过具有独立方法权利要求1的特征的方法和具有独立设备权利要求10的特征的器械来实现。有利的发展从从属权利要求中显而易见。

在第一方面，运行水泥生产设备的煅烧炉的方法包括以下步骤：

-探知煅烧炉内的至少两个测量平面中的每一者中的温度分布，和

-根据所探知的温度分布对进入煅烧炉中的燃料、预热的生料和/或燃烧空气的量进行闭环/开环控制。

用于生产水泥熟料的水泥生产设备例如尤其包括用于预热水泥生料的多级预热器、用于燃烧水泥生料以产生水泥熟料的炉(优选地为回转炉)以及用于冷却水泥熟料的冷却器。例如，预热器具有多个旋风分离级，其中，在生料的流动方向上，第一个旋风分离级设置在水泥生料进入预热器的入口的下游，并且最后一个旋风分离级设置在进入炉的入口的上游。煅烧炉优选在气体方向上设置在进入炉的入口与预热器的最后一个旋风分离级之间，并且优选地用于生料的预煅烧。热炉气与水泥生料相逆地流过煅烧炉和预热器。煅烧炉包括例如至少一个燃烧室，在燃烧室中，燃料与含氧的燃烧空气一起燃烧，并且流动通过煅烧炉的生料被加热。特别地，煅烧炉具有呈至少一个提升管(steigleitung)形式的燃烧室，由预热的生料、燃料和燃烧空气组成的材料流从底部向上流动通过提升管。

温度分布尤其理解为是指温度在平面中的分布、尤其是在两个维度上的分布。例如，根据在测量平面中探知的各个温度测量值来计算温度分布。为此，尤其是在平面中的多个点或线处测量温度，并且这些用于计算在整个测量平面或至少一部分测量平面上的温度的分布。温度分布优选地包括例如测量的或计算的多个温度值，这些温度值可以分配给相应测量平面中的位置或区域。测量点优选均匀地彼此间隔开并且分布在整个相应的测量平面上。例如，测量平面具有至少2个、优选地30个、尤其是90个测量点。例如，在每个测量点处设置有温度测量装置。优选地，温度测量装置具有发射器和接收器，并且所探知的温度优选地是发射器与接收器之间的平均温度。同样可以想到的是，每个温度值对应于一个测量值或者是多个测量值的计算平均值。

优选地，在每个测量平面中存在多个温度测量装置，其中，每个温度测量装置具有发射器和接收器。例如，每个测量平面中的每个温度测量装置、尤其是接收器和发射器之间存在通信，使得在相应的测量平面中的每个发射器与接收器之间探知温度、尤其是平均温度。例如，给定温度测量装置的数量为n，则在测量平面中探知n*(n-1)个测量值。这导致例如二维温度分布。同样可以想到的是，不同测量平面的温度测量装置彼此通信，使得在不同测量平面的两个温度测量装置之间探知温度值。这导致三维温度分布。

优选地，在煅烧炉内、优选在煅烧炉的燃烧室内的至少两个或更多个分离的测量平面中探知温度分布。优选地，在两个至八个、尤其是四个至六个测量平面中探知温度。测量平面在煅烧炉内延伸、优选地在煅烧炉的燃烧室内延伸。在测量平面的至少一部分范围上或者在整个测量平面上探知每个测量平面中的温度分布，并且在每个测量平面中，通过至少一个温度测量装置来探知温度分布。温度测量装置优选地各自均设置在一个测量平面中。

将燃料、燃烧空气和在预热器中预热的生料供应给煅烧炉、尤其是煅烧炉的至少一个燃烧室。例如，燃烧室具有多个燃料入口、燃烧空气入口和/或用于送入预热的生料的入口。燃料、燃烧空气和/或预热的生料的量优选地能够通过用于对量进行计量的工具(比如阀或机械输送装置)来调节。根据所探知的温度分布，优选地增加或减少燃料或燃烧空气的量和/或在预热器中预热的生料的量。

根据所探知的温度分布对进入煅烧炉中的燃料、预热的生料和/或燃烧空气的量进行闭环/开环控制使得能够最佳地计量煅烧炉中的材料流的成分，从而在煅烧炉的燃烧室内实现最佳燃烧。对温度分布的监测以及对燃料、燃烧空气和/或生料的量的相应的开环/闭环控制防止局部过热，并且因此防止对燃烧室的内壁的损坏。此外，以如此方式通过开环或闭环控制来控制燃料、燃烧空气和/或生料的量，使得例如防止一氧化碳的形成并且通过添加氨来促进氮氧化物的还原。

在第一实施例中，同时探知至少两个测量平面中的温度分布。至少一个或两个测量平面例如在煅烧炉的燃烧室的横截面上、优选地正交于材料流的流动方向延伸。同时探知至少两个测量平面中的温度分布使得能够监测燃烧室内的多个区域中的温度。例如，测量平面布置在温度经常与最佳值发生偏离的区域中或者优选地布置在用于将燃料、燃烧空气和/或预热的生料送入燃烧室中的入口附近。

在另一实施例中，至少两个测量平面横向于生料和/或燃料在煅烧炉中的流动方向延伸。优选地，测量平面各自均形成燃烧室的横截面。测量平面也可以彼此平行地布置。

在另一实施例中，声学地探知温度分布中的至少一个、优选地温度分布中的每一者。例如，用于探知温度的温度测量装置包括声学喇叭，优选地作为发射器和/或接收器。温度分布例如通过声学高温测定法来探知。更具体地，发射器传送优选地具有200至3000hz的频率范围的生成压缩空气的声音信号。探知信号到接收器的传播时间，并且其用于探知发射器与接收器之间的路径的温度，这是由于声速以已知的方式取决于温度。如果设置了具有交叉信号路径的多个发射器和接收器，则可以探知测量平面的温度分布的例如呈图形的形式的表示。

在另一实施例中，将所探知的温度分布与预先探知或确定的温度平均值进行比较，并且探知与该值的偏差。该温度平均值例如是根据所探知的温度分布计算出的在整个测量平面上的平均的温度值。平均值也可以是例如850-930℃的预定平均值。优选地，将温度分布中的每个温度值与温度平均值进行比较，并且分别确定偏差。例如，当温度分布中的至少一个温度值与预先探知或确定的温度平均值不同时，增加或减少燃料、预热的生料和/或燃烧空气的量。

在另一实施例中，探知测量平面中的、偏差超过大约+/-25-150℃、优选地+/-50-100℃、尤其是+/-60-80℃的值的至少一个区域。这是测量平面中的温度分布中的所有温度值与温度平均值的偏差超过大约+/-25-150℃、优选地+/-50-100℃、尤其是+/-60-80℃的区域。区域还可以仅包括分配给具有上述偏差的温度值的点。例如，区域包括相应的测量平面中的多个点，这些点中的每一者被分配具有上述偏差的温度值。这使得燃料、预热的生料和/或燃烧空气的馈送速率能够在相应的测量平面的温差过高的区域处或附近发生变化。

在另一实施例中，当一个测量平面中的温度值超过预先探知或确定的温度平均值大约+/-25-150℃、优选地+/-50-100℃、尤其是+/-60-80℃时，增加或减少燃料、预热的生料和/或燃烧空气的量。

在另一实施例中，当一个测量平面中的温度值超过预先探知或确定的平均值大约25-150℃、优选地50-100℃、尤其是60-80℃时，增加预热的生料的量。例如，在测量平面的温度值超过温度平均值上述值的区域中或附近，供应预热的生料的量。生料用作散热器并且使得能够局部地降低温度，优选地在温度偏差超过上述值的区域中。在另一实施例中，当测量平面中的至少一个温度值低于预先探知或确定的温度平均值大约25-150℃、优选地50-100℃、尤其是60-80℃时，增加燃料的量。优选地，在测量平面的优选地所有温度值比温度平均值低上述值的区域中或附近，供应燃料的量。升高的燃料量确保煅烧炉的燃烧室中的局部温度增加。优选地，同时增加燃烧空气的量。特别地，供应给煅烧炉的燃料量是恒定的，使得仅在多个燃料入口中的一者处的引入速率根据所探知的温度分布而变化。这实现了根据煅烧炉中出现温度偏差的位置对馈送速率进行相对精确的闭环控制，使得在煅烧炉内存在局部闭环温度控制。

本发明还涉及一种具有燃烧室的水泥生产设备的煅烧炉，其中，该燃烧室包括用于将预热的生料送入燃烧室中的至少一个入口、用于将燃料送入燃烧室中的至少一个燃料入口和用于将燃烧空气送入燃烧室中的至少一个空气入口。该燃烧室包括至少两个测量平面，测量平面各自均具有至少一个温度测量装置，以用于探知相应的测量平面中的温度分布。设置开环/闭环控制装置，开环/闭环控制装置设立为根据所探知的温度分布来控制进入燃烧室中的预热的生料、燃料和/或燃烧空气的量。

燃烧室优选采取提升管的形式，其中，由燃料、生料和燃烧空气组成的材料流从底部向上流动通过提升管。更特别地，开环/闭环控制装置连接到温度测量装置中的每一者，使得这些温度测量装置将所探知的温度分布传送到开环/闭环控制装置。例如，在一个测量平面中设置有多个、尤其是2至10个、优选地4至8个或6个温度测量装置。

针对运行煅烧炉的方法所述的优点也适用于以相应的用于器械目的的方式的煅烧炉。

在一个实施例中，用于送入预热的生料、燃料和/或燃烧空气的入口中的至少一者具有对通过入口流入燃烧室中的预热的生料、燃料和/或燃烧空气的量进行闭环控制的工具。优选地，两个或更多个或者所有入口具有这种工具。在另一实施例中，开环/闭环控制装置连接到至少一个工具，使得开环/闭环控制装置根据温度测量装置所探知的温度、尤其是温度分布来控制进入燃烧室(优选为提升管)中的预热的生料、燃料和/或燃烧空气的量。

在另一实施例中，测量平面布置为在流动方向上彼此间隔开。优选地，测量平面彼此平行地布置。在另一实施例中，每个测量平面均具有多个温度测量装置，其中，温度测量装置尤其是均匀地彼此间隔开。温度测量装置优选地设置在煅烧炉的燃烧室的内壁上。在另一实施例中，温度测量装置是声学传感器。更具体地，煅烧炉具有多个燃烧室，其中，至少一个燃烧室呈提升管的形式，并且燃烧室中的每一者均连接到呈提升管的形式的燃烧室。

附图说明

以下参照附图通过多个工作示例来详细阐述本发明。

图1示出一个工作示例的具有煅烧炉的水泥生产设备的示意图。

图2示出一个工作示例的煅烧炉的示意图。

图3示出一个工作示例的煅烧炉的示意图。

具体实施方式

图1示出了用于生产水泥熟料的设备，其例如具有用于预热水泥生料28的多级预热器12、用于对预热的水泥生料14进行预煅烧的煅烧炉16、用于燃烧预煅烧的水泥生料18以产生水泥熟料的炉22和用于冷却水泥熟料的冷却器26。预热器12例如具有四个旋风分离级，其中，在生料的流动方向上，第一旋风分离级设置在用于水泥生料28的入口的下游，并且第四个和最后一个旋风分离级设置在进入炉22的入口的上游。每个旋风分离级具有旋风分离器，该旋风分离器用于将生料从炉废气和生料的材料流中分离出来。优选对生料进行预煅烧的煅烧炉16设置在最后一个与倒数第二个旋风分离级之间。炉22中形成的热气20首先流动通过煅烧炉16，然后与水泥生料相逆地流动通过预热器12。此外，将冷却器22中形成的冷却器输出空气24用作煅烧炉16中的燃烧空气。

图2示出了具有燃烧室46的煅烧炉16，燃烧室呈提升管的形式并且例如具有矩形横截面，燃料30在燃烧室46中与燃烧空气32一起燃烧，以用于加热预热的生料14。含氧的燃烧空气32例如是根据图1的冷却器输出空气或富氧环境空气。提升管46具有两个入口48、50，以用于将预热的生料14送入提升管46中。同样可以想到的是，设置用于将预热的生料14送入提升管46中的大于两个入口。入口48、50在由箭头指示的材料流的流动方向上彼此间隔开。例如，两到四个生料入口并入煅烧炉16中，这些生料入口例如在周向方向和/或在材料流动方向上彼此间隔开。

在材料的流动方向上，在入口48、50的上游，例如，两个燃料入口52、54安装在提升管46上，燃料30通过这些燃料入口被引入提升管46中。同样可以想到的是，在提升管46中布置多个燃料入口，这些燃料入口在周向方向上和/或在材料流动方向上彼此间隔开。燃料入口52、54中的至少一者可以布置在入口48、50中的一者的下游。

提升管46还具有多个空气入口56、58，燃烧空气32通过这些空气入口被引入提升管中。例如，图2示出了两个空气入口56、58，但是提升管也可以具有安装在提升管46上的、在提升管46的周向方向上和/或在材料流动方向上彼此间隔开的大于两个空气入口。用于送入预热的生料14、燃料30或燃烧空气32的入口48、50、52、54、56、58中的至少一者或每一者尤其具有对所引入的量进行计量的工具，预热的生料、燃料或燃烧空气的量能够通过该工具来调节。这种工具例如是阀、天平、容积计量装置或输送装置，比如输送螺杆、输送带或气动运送系统。

提升管包括两个测量平面34、36，这两个测量平面基本正交于流动方向延伸并且优选地形成提升管46的横截面。测量平面34、36布置为在提升管46中在材料的流动方向上彼此间隔开，并且例如彼此平行。例如，第一测量平面34在流动方向上设置在第二测量平面36之外，并且优选地设置在用于送入生料14的入口48、50之间。第二测量平面36例如设置在燃料入口52、54之间。

在每个测量平面34、36中，提升管46分别具有多个温度测量装置40，以用于探知提升管46内的温度。例如，每个测量平面34、36中安装四个温度测量装置40。优选地，每个测量平面具有2-10个、优选4-6个温度测量装置40。温度测量装置40优选地在测量平面34、36中安装在提升管道46的内壁上，并且尤其是均匀地彼此间隔开。同样可以想到的是，每个测量平面34、36中仅布置一个温度测量装置40。

温度测量装置40尤其设计为探知测量平面34、36内的温度分布。尤其适合于此目的的是使用声学传感器作为温度测量装置。

煅烧炉优选具有用于控制材料流的开环/闭环控制装置(图2中未示出)。开环/闭环控制装置连接到温度测量装置40中的至少一者，使得其将在相应的测量平面内所探知的温度、尤其是所探知的温度分布传送至开环/闭环控制装置。优选地，开环/闭环控制装置连接到煅烧炉的每个温度测量装置40。此外，开环/闭环控制装置连接到入口48、50、52、54、56、58，尤其是连接到对在相应的入口48、50、52、54、56、58处引入的量进行计量的工具，使得开环/闭合控制装置控制进入煅烧炉16、尤其是进入煅烧炉16的提升管46中的预热的生料、燃料和/或燃烧空气的量。进入煅烧炉16中的预热的生料、燃料和/或燃烧空气的量尤其根据温度测量装置40所探知的温度分布来控制。

例如，以如此方式实现开环/闭环控制，使得在相应的测量平面34、36上实现基本非常均匀的温度分布。优选地，一个测量平面34、36中的平均温度为大约700-1100℃、优选为850-950℃、尤其是900℃。所探知的温度分布优选地与预先探知的平均温度或预先固定的平均温度进行比较。在与该温度的偏差例如超过+/-25-150℃、优选地+/-50-100℃、尤其是+/-60-80℃的情况下，进入提升管46中的预热的生料、燃料和/或燃烧空气的量通过开环或闭环控制以如此方式控制，使得温度的变化减小到比所述值低的值。

例如，如果测量平面内的特定区域中的温度超过所探知或固定的平均温度大约25-150℃、优选地50-100℃、尤其是60-80℃的以上规定值，则增加通过入口48、50中的一者引入提升管46中的预热的生料的量。生料用作散热器并且降低提升管46内的温度。例如，在最靠近测量平面34、36的温度升高的区域的入口48、50处，增加生料14的量。

如果测量平面34、36内的特定区域中的温度比所探知或固定的平均温度低大约25-150℃、优选地50-100℃、尤其是60-80℃，则增加引入提升管46的燃料30的量。更具体地，在最靠近测量平面34、36的温度升高的区域的入口52、54处，增加燃料30的量。

例如，当测量平面34、36内的特定区域中的温度比所探知或固定的平均温度低大约25-150℃、优选地50-100℃、尤其是60-80℃时，增加燃烧空气的量，在这种情况下，优选地在最靠近测量平面34、36的温度升高的区域的入口处，增加燃烧空气的量。

图3示出了煅烧炉16的另一个工作示例，该煅烧炉具有呈提升管的形式的第一燃烧室46和第二燃烧室44，第二燃烧室以如此方式连接到第一燃烧室，使得加热的生料14的材料流从第二燃烧室44流动到第一燃烧室46中。第一燃烧室46优选地对应于针对图2所述的、设置了两个测量平面34、36的燃烧室46。例如，图3中的第一燃烧室46仅具有一个燃料入口52和一个燃烧空气入口52，每个入口都设置在较低的第二测量平面下方。此外，第一燃烧室尤其是具有用于送入预热的生料14的两个入口48、50，其中，在材料流的流动方向上，第一入口50设置在第二入口48和测量平面34、36的上游，并且第二入口48设置在第一入口50和两个测量平面34、36的下游。例如，第二燃烧室44并非呈提升管的形式。同样可以想到的是，在煅烧炉16中设置大于两个燃烧室44、46，其中，燃烧室44、46彼此连接，并且至少一个燃烧室44、46呈提升管的形式。

两个测量平面34、36的较低者从第一燃烧室46延伸到第二燃烧室44中。例如，第二燃烧室44具有燃料入口60，以用于将燃料送入第二燃烧室44中。例如，第二燃烧室44具有基本水平的平台区以容纳燃料30，其中，燃料入口60以如此方式布置，使得燃料30从燃料入口60落到平台区上。此外，第二燃烧室44具有燃烧空气入口62和用于送入预热的生料14的入口64。第二燃烧室44的水平的平台区域与通向第二燃烧室46的竖直下落的区域、尤其是斜道邻接。燃料30例如在平台区域中停留足够时间之后被推入到下降区域中。这可以优选地通过机械输送装置(比如输送螺杆或滑块)或气动空气脉冲装置来实现。第二燃烧室中的燃料30随后由呈提升管46的形式的第一燃烧室的材料流捕获并且进一步燃烧。

第二燃烧室44中仅设置一个测量平面36，该测量平面相对于水平面以大约10-60°、优选地20-50°、尤其是45°的角度从第二燃烧室44中延伸到第一燃烧室46中。因此，较低的第二测量平面36的面积优选地大于设置在其上方的、仅在第一燃烧室46内延伸的第一测量平面34的面积。第二测量平面36例如具有八个温度测量装置40，这些温度测量装置优选地彼此均匀地间隔安装在第一燃烧室和第二燃烧室44、46的内部。同样可以想到的是不同数量的温度测量装置40，例如10至20个温度测量装置40。第二测量平面36的温度测量装置40探知从第一燃烧室46延伸到第二燃烧室44中的测量平面的温度分布。第一测量平面的布置对应于针对图2所述的测量平面34的布置。

第一测量平面34和第二测量平面36的温度测量装置40中的至少一者或每一者同样具有用于控制材料流动的开环/闭环控制装置(未示出)，在这种情况下，在相应的测量平面中所探知的温度、尤其是所探知的温度分布被传送到开环/闭环控制装置。此外，开环/闭环控制装置连接到入口48、50、52、54、56、58、60、62、64，尤其是连接到对在相应的入口48-64处引入的量进行计量的工具，使得开环/闭合控制装置控制进入煅烧炉16、尤其是进入煅烧炉16的第一燃烧室和/或第二燃烧室44、46中的预热的生料、燃料和/或者燃烧空气的量。如已经针对图2所述的，进入煅烧炉16中的预热的生料、燃料和/或燃烧空气的量根据预先通过温度测量装置40所探知的温度分布在开环/闭环控制下进行控制。

例如，如果在第二测量平面36内的处于第一燃烧室46内的区域内的温度超过所探知或固定的平均温度大约25-150℃、优选地50-100℃、尤其是60-80℃的以上规定值，则增加经由入口48、50中的一者引入第一燃烧室46中的预热的生料的量。当在第二测量平面36内的处于第二燃烧室44内的区域内的温度超过所探知或固定的平均温度大约25-150℃、优选地50-100℃、尤其是60-80℃的以上规定值时，增加经由入口60引入第二燃烧室46中的预热的生料的量。

如果在第二测量平面36内的处于第一燃烧室46内的区域内的温度比所探知或固定的平均温度低大约25-150℃、优选地50-100℃、尤其是60-80℃，则增加引入第一燃烧室46中的燃料30的量。更具体地，在最靠近测量平面34、36的温度升高的区域的入口52、54处，增加燃料30的量。

例如，当第二测量平面36内的处于第一燃烧室46内的区域中的特定区域内的温度比所探知或固定的平均温度低大约25-150℃、优选地50-100℃、尤其是60-80℃时，增加引入第一燃烧室46中的燃烧空气的量。以相同的方式对第二燃烧室中的燃烧空气的量进行控制。

根据所探知的温度、尤其是温度分布，对燃料、燃烧空气和/或预热的生料的量进行闭环控制，使得能够最佳地燃烧，同时避免由于过热而对煅烧炉造成损坏。通过上述煅烧炉也实现了用于实现煅烧的生料的最佳加热。

附图标记表

10用于生产水泥的设备

12预热器

14预热的生料

16煅烧炉

18预煅烧的生料

20热气

22炉

24冷却器输出空气

26冷却器

28生料

30燃料

32燃烧空气

34第一测量平面

36第二测量平面

40温度测量装置

44燃烧室

46提升管

46用于送入预热的生料的入口

50用于送入预热的生料的入口

52燃料入口

54燃料入口

56燃烧空气入口

58燃烧空气入口

60燃料入口

62燃烧空气入口

64用于送入预热的生料的入口