СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА И УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА
METHOD TO PRODUCE CEMENT CLINKER AND PLANT TO PRODUCE CEMENT CLINKER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение касается способа получения цементного клинкера в установке, а также самой установки для производства цементного клинкера.
Уровень техники
В большинстве случаев в производстве клинкера используют обожженное сырье или клинкер, который получают из минералов, основным составным элементом которых является карбонат кальция. Получение клинкера включает в себя операцию обжига, во время которой выделяются большие количества диоксида углерода как в результате разложения карбоната кальция, так и при сгорании топлива, необходимого для осуществления операции.
2
2
2
Например, производство одной тонны портландцемента сопровождается выделением примерно 530 кг CO из обрабатываемого сырья и 250-300 кг CO при сгорании топлива. Этот диоксид углерода выделяется в дымах с концентрацией менее 30%, при этом основным компонентом дымов является азот. В этих условиях трудно изолировать, в частности, осуществить комплексообразование с целью ограничения выбросов CO в атмосферу.
При производстве цементного клинкера чаще всего применяют способ, обжига, называемый сухим обжигом, в котором предварительно измельченное сырье обжигают во вращающейся печи. Чтобы снизить энергоемкость операции, на входе и на выходе вращающейся печи добавляют теплообменники, которые напрямую отбирают тепло, присутствующее в сырье и в дымах, выходящих из печи.
На входе устанавливают циклонный подогреватель, в котором сырье подогревают во взвешенном состоянии и из него частично удаляют углекислоту. На выходе устанавливают охладитель клинкера, в котором обожженное сырье охлаждают путем нагнетания холодного воздуха. Большинство установок, работающих по принципу сухого обжига, содержат реактор горения снизу от подогревателя, называемый реактором предварительного обжига, в который подают большую часть топлива, потребляемого обжиговой установкой, и в котором карбонат кальция, содержащийся в сырье во взвешенном состоянии реализует, основную часть реакции удаления углекислоты.
Из документа ЕР-1.923.367 известна установка для производства цементного клинкера, содержащая циклонный подогреватель, реактор предварительного обжига, вращающуюся печь и клинкерный охладитель.
Дымы, производимые реактором предварительного обжига обрабатывают отдельно от дымов, производимых вращающейся печью и циклонным подогревателем.
Согласно этому документу, в реактор предварительного обжига подают газ с высоким содержанием кислорода и с низким содержанием азота с целью концентрации CO2 и облегчения его комплексообразования. CO2, выходящий из реактора предварительного обжига, можно улавливать. Дымы, производимые печью и циклонным подогревателем, не имеют высокой концентрации CO2, и их свободно удаляют в атмосферу.
Настоящее изобретение призвано устранить вышеупомянутые недостатки и предложить экономичный способ получения клинкерного цемента, позволяющий ограничить выбросы диоксида углерода в атмосферу.
Изобретение призвано также предложить такой способ, который можно применять в установке, технически близкой к установке, обычно используемой для производства цементного клинкера.
Изобретение призвано также предложить саму такую установку.
Другие задачи и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве не ограничительного примера.
Прежде всего, объектом настоящего изобретения является способ получения клинкерного цемента в установке, содержащей;
- циклонный подогреватель, предназначенный для предварительного нагрева сырья,
- реактор предварительного обжига, оборудованный одной или несколькими горелками, которые обеспечивают подачу тепла в циклонный подогреватель,
- вращающуюся печь, оборудованную горелкой, в которую подают топливо, при этом дымы из указанной печи направляют в реактор предварительного обжига и/или в циклонный подогреватель,
- охладитель клинкера, в который нагнетают охлаждающий газ, на уровне выхода из указанной вращающейся печи, производящей горячий газ,
при этом согласно способу:
- сырье подогревают и из него удаляют углекислоту в указанном циклонном подогревателе и/или в указанном реакторе предварительного обжига,
- в указанном клинкерном охладителе охлаждают клинкер, выходящий из печи,
- в реактор предварительного обжига подают газ с высоким содержанием кислорода, в котором содержание азота ниже 30% и который является единственным источником кислорода для указанного реактора,
- часть газов, выходящих из указанного циклонного подогревателя, рециркулируют в установку таким образом, чтобы получить соответствующий поток, необходимый для получения взвешенного состояния сырья в указанном подогревателе, тогда как другую часть газов с высоким содержанием диоксида углерода адаптируют для обработки, позволяющей ограничить выбросы диоксида углерода в атмосферу, например, такой как комплексообразование.
Объектом изобретения является также установка для производства клинкерного цемента, в частности, позволяющая применять способ и содержащая:
- циклонный подогреватель, предназначенный для предварительного нагрева сырья,
- реактор предварительного обжига, оборудованный одной или несколькими горелками, который обеспечивает подачу тепла в циклонный подогреватель,
- вращающуюся печь, оборудованную горелкой, в которую подают топливо, при этом дымы из указанной печи направляют в реактор предварительного обжига и даже в указанный подогреватель,
- охладитель клинкера, в который нагнетают охлаждающий газ, на уровне выхода из указанной вращающейся печи, производящей горячий газ,
- источник газа с высоким содержанием кислорода, в котором содержание азота ниже 30% и который питает реактор предварительного обжига,
- трубопровод для рециркуляции части газов, выходящих из указанного циклонного подогревателя, в установку, то есть либо в реактор предварительного обжига/ циклонный подогреватель, либо в циклонный охладитель.
Настоящее изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - схема примера способа производства и соответствующая установка согласно первому варианту выполнения изобретения;
фиг.2 - способ производства цементного клинкера и соответствующая установка, согласно второму варианту выполнения изобретения;
фиг.3 - способ производства цементного клинкера и соответствующая установка, согласно третьему варианту выполнения изобретения.
Осуществление изобретения
Таким образом, изобретение касается способа производства цементного клинкера в установке.
Эта установка содержит:
- циклонный подогреватель 3, предназначенный для предварительного нагрева сырья 2,
- реактор 4 предварительного обжига, оборудованный одной или несколькими горелками, который обеспечивает подачу тепла (горячих газов) в циклонный подогреватель 3,
- вращающуюся печь 1, оборудованную горелкой, в которую подают топливо, при этом дымы из указанной печи 1 направляют в реактор 4 предварительного обжига и/или в циклонный подогреватель 3,
- охладитель 5 клинкера, в который нагнетают охлаждающий газ, на уровне выхода из указанной вращающейся печи 1, производящей горячий газ.
Таким образом, речь идет об установке, содержащей, как и известные установки, циклонный подогреватель, реактор предварительного обжига, вращающуюся печь и клинкерный охладитель.
Согласно способу в соответствии с настоящим изобретением:
- сырье подогревают и из него удаляют углекислоту в указанном циклонном подогревателе 3 и/или в реакторе 4 предварительного обжига,
- в указанном клинкерном охладителе 5 охлаждают клинкер, выходящий из печи 1.
Согласно изобретению:
- в указанный реактор 4 предварительного обжига подают газ 9 с высоким содержанием кислорода, в котором содержание азота ниже 30% и который является единственным источником кислорода для указанного реактора 4,
a
b
- часть 8 газов 8, выходящих из указанного циклонного подогревателя 3, рециркулируют в установку таким образом, чтобы получить соответствующий поток, необходимый для получения взвешенного состояния сырья в указанном подогревателе 3, тогда как другую часть 8 с высоким содержанием диоксида углерода адаптируют с целью обработки, позволяющей ограничить выбросы диоксида углерода в атмосферу, в частности, такой как комплексообразование.
Изобретение состоит в том, чтобы вместо воздуха для горения на уровне реактора 4 предварительного обжига использовать чистый кислород или, по меньшей мере, кислородосодержащий газ, содержание азота в котором намного ниже, чем в воздухе.
Таким образом, количество образующихся дымов оказывается меньше, чем обычно, и является недостаточным для удержания сырья во взвешенном состоянии и для обеспечения нормальной аэравлической работы циклонного подогревателя.
Согласно изобретению, этот дисбаланс устраняют путем рециркуляции достаточного количества дымов, выходящих из подогревателя, для поддержания соответствующего газового потока. Таким образом, производимые газы обогащают диоксидом углерода, снижая в них содержание азота, и адаптируют для обработки, позволяющей ограничить выбросы диоксида углерода в атмосферу, в частности, такой как комплексообразование.
а
В частности, согласно варианту выполнения, часть 8 газов 8, выходящих из указанного циклонного подогревателя 3, рециркулируют таким образом, чтобы обеспечить соотношение массового расхода между обрабатываемым сырьем и дымами в пределах от 0,5 до 2 кг/кг.
a
a
Согласно варианту осуществления способа, показанному, в частности, на фиг.1, часть 8 газов 8, выходящих из циклонного подогревателя 3, рециркулируют и нагревают, прежде чем направить ее непосредственно в реактор 4 предварительного обжига и даже в циклонный подогреватель 3. Например, часть 8 рециркулируемых газов нагревают за счет части 6 горячего газа, производимого клинкерным охладителем 5.
Далее следует описание примера, показанного на фиг.1.
В этом примере охлаждающим газом для клинкерного охладителя 5 является воздух, который содержит, таким образом, большую часть азота.
Горячий воздух, создаваемый в клинкерном охладителе 5, делят на три потока. Часть 60 горячего воздуха, получаемого в охладителе, называемую вторичным потоком, направляют во вращающуюся печь 1 для использования в качестве горючего газа в печи.
a
Вторую часть 6 горячих газов, получаемых в клинкерном охладителе, называемую третичным потоком и определяемую температурой, по меньшей мере, равной 750°C, направляют отдельно от первой, части 60 в теплообменник 11 для подогрева части 8 рециркулируемых газов.
Наконец, отбирают третью часть 7 с температурой ниже температуры третичного потока, и ее можно использовать для производства механической и даже электрической энергии.
a
b
В случае необходимости, остаточное тепло, содержащееся в третичном потоке 6 на выходе теплообменника 11, можно использовать для производства энергии, в частности, электрической энергии. В случае необходимости, используют также остаточное тепло, содержащееся в не рециркулируемой части 8 дымов подогревателя 3, для производства энергии.
a
a
Следует отметить, что в этом примере рециркулируемую часть 8 направляют напрямую в указанный реактор 4 предварительного обжига и даже в циклонный подогреватель 3. Когда газы направляют в реактор 4 предварительного обжига, горючий газ в реакторе 4 является смесью газа 9 с высоким содержанием кислорода и рециркулируемой части 8 с высоким содержанием диоксида углерода. Таким образом, предпочтительно избегают слишком высокой концентрации кислорода в горючем газе и создания слишком интенсивного пламени в реакторе 4, которое может его повредить.
В случае необходимости, не рециркулируемую напрямую часть 8ь с высоким содержанием диоксида углерода можно, по меньшей мере, частично использовать в качестве среды для пневматической транспортировки твердого топлива и/или для распыления жидкого топлива, которым питают горелку вращающейся печи, и/или в качестве текучей среды для пневматической очистки циклонного подогревателя и/или клинкерного охладителя.
Согласно другому варианту выполнения, показанному, в частности, на фиг.2 и 3:
- в горелку вращающейся печи 1 подают газ 10 с высоким содержанием кислорода, в котором содержание азота меньше 30% и который является единственным источником кислорода для печи,
- рециркулируют часть 8а газов, выходящих из подогревателя, и ее охлаждают при помощи теплообменника 13; 15 и направляют в качестве охлаждающего газа в указанный клинкерный охладитель.
Далее следует более детальное описание способа в соответствии с настоящим изобретением согласно примеру, показанному на фиг.2.
a
В этом примере охлаждающий газ, питающий клинкерный охладитель 5, получают из рециркулируемых газов, которые в части 8 получают из газов, выходящих из подогревателя 3, и в другой части получают из части горячих газов, производимых указанным клинкерным охладителем 5. В горелку или горелки вращающейся печи подают газ 10 с высоким содержанием кислорода, в котором содержание азота меньше 30% и который является единственным источником кислорода для печи. В горелку или горелки реактора 4 предварительного обжига подают газ 9 с высоким содержанием кислорода, в котором содержание азота меньше 30% и который является единственным источником кислорода для реактора 4.
Таким образом, охлаждающий газ отличается высоким содержанием диоксида углерода. Часть 60 горячего газа, получаемого в клинкерном охладителе 5, называемую вторичным потоком, направляют во вращающуюся печь 1. В частности, часть 60 смешивают с газом 10 с высоким содержанием кислорода, ограничивая, таким образом, концентрацию кислорода в горючем газе, чтобы избежать образования слишком интенсивного пламени на горелке печи, которое может повредить указанную печь.
Вторую часть 6 горячего газа тоже с высоким содержанием диоксида углерода, получаемого в клинкерном охладителе 5, называемую третичным потоком и определенную температурой на менее 750°C, направляют отдельно от первой части в реактор 4 предварительного обжига. В этом реакторе указанная часть 6 газа с высоким содержанием диоксида углерода смешивается с газом 9 с высоким содержанием кислорода, ограничивая, таким 'образом, концентрацию кислорода в горючем газе, чтобы избежать образования слишком интенсивного пламени на горелке реактора 4, которое может повредить этот реактор.
Третью часть 7 горячего газа, получаемого в клинкерном охладителе 5, охлаждают в теплообменнике 14 и рециркулируют для питания клинкерного охладителя 5 охлаждающим газом.
b
b
В случае необходимости, остаточное тепло, содержащееся в не рециркулируемой части 8 дымов подогревателя, используют для производства энергии. В случае необходимости, не рециркулируемую напрямую часть 8 с высоким содержанием диоксида углерода тоже можно, по меньшей мере, частично использовать в качестве среды для пневматической транспортировки твердого топлива и/или для распыления жидкого топлива, и/или в качестве текучей среды для пневматической очистки циклонного подогревателя 3 и/или клинкерного охладителя 5.
a
Установка, показанная на фиг.3, по существу аналогична установке, показанной на фиг.2, и отличается тем, что теплообменник 15, установленный на пути потока части 8 рециркулируемых газов, содержит установку для измельчения и сушки сырья.
В установках, показанных на фиг.1, 2 и 3, газ 9 или 10 с высоким содержанием кислорода, может иметь содержание азота ниже 5%.
Объектом изобретения является также собственно установка для производства цементного клинкера.
Эта установка содержит:
- циклонный подогреватель 3, предназначенный для предварительного нагрева сырья 2,
- реактор 4 предварительного обжига, оборудованный одной или несколькими горелками, которые обеспечивают подачу тепла в циклонный подогреватель 3,
- вращающуюся печь 1, оборудованную горелкой, в которую подают топливо, при этом дымы из печи направляют в реактор 4 предварительного обжига и даже в указанный циклонный подогреватель 3,
- охладитель 5 клинкера, в который нагнетают охлаждающий газ, на уровне выхода из указанной вращающейся печи 1, производящей горячий газ.
Согласно изобретению, установка дополнительно содержит, по меньшей мере:
- источник газа 9 с высоким содержанием кислорода, в котором содержание азота ниже 30% и который питает реактор 4 предварительного обжига,
- трубопровод 80; 81; 82 для рециркуляции части 8а газов 8, выходящих из указанного циклонного подогревателя 3, в установку. В частности, речь может идти об установках, описанных выше и показанных на фиг.1, 2 и 3, позволяющих применять способ в соответствии с настоящим изобретением.
a
Согласно варианту выполнения, по меньшей мере, теплообменник 11 взаимодействует с частью 6 горячего газа, производимого клинкерным охладителем 5 для нагрева части 8 рециркулируемых газов, при этом трубопровод 80 рециркуляции питает напрямую реактор 4 предварительного обжига и даже циклонный подогреватель 3.
Согласно другому варианту выполнения, показанному, в частности, на фиг.2 или 3:
- источник газа с высоким содержанием кислорода, в котором содержание азота ниже 30%, питает горелку вращающейся печи 1,
a
- по меньшей мере, теплообменник 13; 15 взаимодействует с частью 8 рециркулируемых газов для ее охлаждения, при этом указанный трубопровод 81, 82 рециркуляции питает охлаждающим газом указанный клинкерный охладитель 5.
В случае необходимости, согласно этому варианту выполнения, теплообменник 14 позволяет охлаждать часть 7 горячего газа, производимого клинкерным охладителем, что позволяет его рециркулировать и питать указанный клинкерный охладитель 5 охлаждающим газом.
Далее следует описание характеристик известной установки, а затем ожидаемых характеристик установки, описанной выше и показанной на фиг.1, и, наконец, характеристик установки, описанной выше и показанной на фиг.2.
Известная из уровня техники установка
Рассматриваемая известная установка является установкой для производства клинкера, имеющей средний размер, характерный для большого числа существующих установок, которая производит 5.000 тонн клинкера в день при переработке сырья в количестве 337 тонн в час без применения изобретения.
Она потребляет 3.000 МДж на тонну получаемого клинкера в виде топлива, 62,8% которого подают на уровне реактора предварительного обжига. Рассмотрим случай, когда топливом является нефтяной кокс с теплотворностью менее 34.300 кДж/кг и с содержанием азота 2%.
3
3
3
Охладитель клинкера производит, кроме всего прочего, 117.000 Нм/ч третичного воздуха при 890°C, который поддерживает горение в реакторе предварительного обжига, и 210.000 Нм/ч отводимого воздуха (избыточный воздух) при 245°C. Дымы циклонного подогревателя имеют расход 286.200 Нм/ч и температуру 320°C. Соотношение массового расхода между подаваемым сырьем и дымами подогревателя составляет 0,82.
Производимые и выходящие из подогревателя дымы имеют следующий состав:
- кислород: 3,6%;
- вода: 7,1%;
- диоксид углерода: 29,6%;
- азот: 59,7%.
3
Дымы вращающейся печи имеют расход 86.200 Нм/ч и температуру 1.160°C. Их используют в циклонном подогревателе. Дымы, образующееся в печи, имеют следующий состав:
- кислород: 3,2%;
- вода: 5,9%;
- диоксид углерода: 21,5%;
- азот: 69,4%.
В этих условиях 78,1% от общего количества диоксида углерода производит подогреватель, и только 21,9% - вращающаяся печь.
Пример 1 в соответствии с настоящим изобретением
Рассматриваемая установка сравнима с известной, но в данном случае применяют концентрацию диоксида углерода, согласно изобретению, показанному на фиг.1.
3
В реактор предварительного обжига подают топливо из расчета 1.972 МДж на тонну получаемого клинкера. Работа печи в целом не меняется, и потребление составляет 1.117 МДж на тонну клинкера. Потребности в кислороде для горения в реакторе предварительного обжига составляют 27.650 Нм/ч.
3
3
3
2
Таким образом, на выходе подогревателя получают 274.100 Нм/ч дымов при 325°C, из которых 104.200 Нм/ч рециркулируют, а 169.900 Нм/ч отбирают для обработки в них CO. Соотношение массового расхода между подаваемым сырьем и дымами подогревателя составляет 0,79.
Эти дымы, производимые и выходящие из подогревателя, имеют следующий состав:
- кислород: 4,2%;
- вода: 10,7%;
- диоксид углерода: 49,8%;
- азот: 35,3%;
2
- CO в сухих дымах: 55,8%.
3
Из охладителя отбирают 117.000 Нм/ч третичного воздуха при 890°C, который пропускают через теплообменник и который отдает свою энергию в рециркулируемые дымы подогревателя, при этом третичный воздух охлаждается до 350°C. Таким образом, указанные дымы подогревателя нагревают до температуры 810°C, после чего подают в реактор предварительного обжига.
Пример 2 в соответствии с настоящим изобретением
Рассматриваемая установка является установкой согласно примеру, показанному на фиг.2.
3
Установка производства клинкера потребляет в виде топлива 3.000 МДж на тонну получаемого клинкера, из которых 62,8% подают на уровне реактора предварительного обжига. Потребности в кислороде для горения обеспечивают за счет чистого кислорода одновременно для реактора предварительного обжига и для печи. Общие потребности в кислороде составляют 42.060 Нм/ч.
3
3
3
Таким образом, на выходе подогревателя получают 238.600 Нм/ч дымов при 320°C, из которых 129.600 Нм/ч рециркулируют, а 109.000 Нм/ч отбирают для обработки CO2. Соотношение массового расхода между подаваемым сырьем и дымами подогревателя составляет 0,81.
Эти дымы, производимые и выходящие из подогревателя, имеют следующий состав:
- кислород: 6,5%;
- вода: 15,6%;
- диоксид углерода: 77,7%;
- азот: 0,22%;
2
- CO в сухих дымах: 92,0%.
Отбираемые дымы соответствуют расходу 166,36 т/ч диоксида углерода.
Рециркулируемые дымы направляют в систему теплообменников для охлаждения до 135°C до их нагнетания в клинкерный охладитель. Избыточные газы охладителя, называемые избыточным потоком, тоже охлаждают до 135°C и затем опять направляют в клинкерный охладитель.
3
3
3
3
3
Таким образом, через охладитель пропускают поток газов с расходом 275.800 Нм/ч при 135С. При контакте с сырьем газ нагревается, при этом различают три части: часть в 48.100 Нм/ч при 1.180°C, называемую вторичным потоком, которую направляют в зону горения печи, часть в 81.500 Нм/ч при 890°C, называемую третичным потоком, которую направляют отдельно в реактор предварительного обжига, и, наконец, часть в 146.200 Нм/ч при 370°C, называемую избыточным потоком. Расход рециркулируемого газа в печи и подогревателе, то есть сумма двух первых потоков составляет 129.600 Нм/ч. Клинкер охлаждают до температуры 205°C.
Естественно, специалист может предусмотреть и другие варианты применения, не выходя при этом за рамки изобретения, определенные прилагаемой формулой изобретения.