專(zhuān)利名稱(chēng)：生產(chǎn)水泥熟料的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過(guò)在熱加工裝置中預(yù)熱和焙燒水泥生料來(lái)生產(chǎn)水泥熟料的方法和設(shè)備，熟料生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣被用于預(yù)熱。
背景技術(shù)：
目前，水泥熟料的燒制幾乎毫無(wú)例外都是在圓筒形回轉(zhuǎn)窯設(shè)備內(nèi)在約1450°C的溫度下進(jìn)行。燒制所需的能量一般是在主燃燒器內(nèi)通過(guò)燃燒傳統(tǒng)的燃料(如煤)來(lái)提供的。因成本的原因，傳統(tǒng)燃料實(shí)際上正逐漸被替代燃料取代。然而，替代燃料的使用導(dǎo)致火焰形狀以及窯內(nèi)的溫度分布發(fā)生變化，從而增加能源需求，導(dǎo)致相應(yīng)較高的排氣溫度。在通常被建造為逆流氣旋熱交換器的熱交換器內(nèi)用窯廢氣加熱和煅燒水泥生料，然后再將水泥生料引入窯內(nèi)。在熱交換器塔內(nèi)，一般在窯入口的上游設(shè)有焙燒爐。除了主燃燒器，將燃料供給焙燒爐或供到窯入口處，由此達(dá)到高焙燒率，減少了窯內(nèi)的體積流量并提高了熟料生產(chǎn)量。也可以將生物廢物等，例如污泥，用作焙燒爐內(nèi)的燃料。公共廢水凈化操作的污泥在機(jī)械脫水后其水分含量按重量計(jì)算通常約為70%。然而，引進(jìn)高濕度和熱值相應(yīng)較低的淤泥(sludge)對(duì)焙燒不會(huì)有太大作用。相反，可以考慮將引進(jìn)高濕度的污泥的做法作為污泥處置。在高溫下的焙燒爐內(nèi)，有臭味的物質(zhì)(如碳和氨類(lèi)化合物)會(huì)發(fā)生分解。然而，所述污泥引進(jìn)會(huì)導(dǎo)致廢氣體積流量增加，因而需要更大尺寸的預(yù)熱器，或是限制現(xiàn)有設(shè)備的生產(chǎn)量。因此，有利的做法是在添加污泥前先干燥污泥。干燥(蒸氣或空氣)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣摻有含碳和氨的有臭味的物質(zhì)，該廢氣或廢蒸氣冷凝物(廢蒸氣冷凝后形成的)的制備能夠使用洗滌器和/或生物過(guò)濾器來(lái)進(jìn)行。然而，設(shè)備的復(fù)雜性因而顯著增加。因此，W0-2010-124702建議將產(chǎn)生的廢氣導(dǎo)入熟料冷卻器，但是必須考慮這會(huì)減少冷卻器的輸出。US-2005-0274067介紹了將其供應(yīng)給水泥生產(chǎn)過(guò)程，但這種供應(yīng)給焙燒爐或回轉(zhuǎn)窯的做法會(huì)降低熟料生產(chǎn)量。在EP1930303A1中，原料沼氣作為水泥生產(chǎn)的燃料，原料沼氣含有大量的氨，其作為氮氧化物的還原劑。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是使用高水分含量的二次燃料來(lái)改善生產(chǎn)水泥熟料的方法和設(shè)備，而不要求以復(fù)雜的方式凈化來(lái)自干燥器的多余的廢氣，而且不限制熟料的生產(chǎn)。這個(gè)目的是通過(guò)權(quán)利要求I和8的特征達(dá)到的。在本發(fā)明的方法中，通過(guò)以下方式來(lái)生產(chǎn)水泥熟料在預(yù)熱器內(nèi)預(yù)熱水泥生料并對(duì)預(yù)熱后的水泥生料進(jìn)行焙燒和燒結(jié)，在焙燒和燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣用來(lái)進(jìn)行預(yù)熱，然后在SCR催化轉(zhuǎn)化器中對(duì)該廢氣進(jìn)行清潔化。在焙燒過(guò)程中，使用預(yù)先已干燥的含有含碳臭味物質(zhì)和/或含氨化合物的替代燃料，其中，干燥操作過(guò)程中產(chǎn)生的干燥廢氣和/或廢蒸氣冷凝物被至少部分用于SCR催化轉(zhuǎn)化器上游的廢氣驟冷，并在SCR催化轉(zhuǎn)化器上轉(zhuǎn)化干燥廢氣和/或廢蒸氣冷凝物中的含碳臭味物質(zhì)和/或含氨化合物。用于按照上述方法生產(chǎn)水泥熟料的本發(fā)明的設(shè)備大體包括-替代燃料干燥器，用于干燥含有含碳臭味物質(zhì)和/或含氨化合物的替代燃料，該干燥器具有用于干燥的替代燃料的第一出口和用于干燥廢氣的第二出口，所述干燥廢氣是在干燥操作和/或廢蒸氣冷凝過(guò)程中產(chǎn)生的， -熱加工裝置，用于預(yù)熱和焙燒水泥生料，該熱加工裝置與替代燃料干燥器的第一出口連接，以便供應(yīng)干燥的替代燃料和在水泥熟料生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的用于預(yù)熱的廢氣，以及-SCR催化轉(zhuǎn)化器，用于凈化預(yù)熱器中使用的廢氣，為了廢氣驟冷(exhaust gasquenching)的目的,將替代燃料干燥器的第二出口連接至連接區(qū)域，該連接區(qū)域引導(dǎo)廢氣輸送到SCR催化轉(zhuǎn)化器。在10% O2的條件下，燒制水泥熟料所采用的高溫會(huì)產(chǎn)生約1200mg/Nm3的高濃度的氮氧化物。通過(guò)加入含NH3還原劑來(lái)進(jìn)行NOx的還原。17. BImSchV (聯(lián)邦排放保護(hù)法)規(guī)定生產(chǎn)水泥熟料的設(shè)備燃燒廢物時(shí)NOx的排放，在10%氧氣條件下的NOx閾值為500至200mg/Nm3，具體取決于燃燒熱量輸出中替代燃料的比例。此范圍的較低區(qū)域內(nèi)的閾值一般不能由使用SNCR的傳統(tǒng)脫氮方式來(lái)達(dá)到。因此必須使用SCR(催化脫氮)。在這種情況下，SCR催化轉(zhuǎn)化器優(yōu)選是直接集成在廢氣管路的中預(yù)熱器的下游，因?yàn)榕c生產(chǎn)相關(guān)的原因，在該位置具有對(duì)催化脫氮有利的溫度范圍。所述廢氣還用來(lái)在預(yù)熱器下游干燥原料。但是，之后的溫度過(guò)低，無(wú)法用于進(jìn)行催化脫氮。由于廢氣中摻有二氧化硫，硫酸銨將進(jìn)一步沉積在SCR催化轉(zhuǎn)化器中，這將導(dǎo)致活性的催化轉(zhuǎn)化器中心失活。因此需要一個(gè)復(fù)雜的傳熱系統(tǒng)和額外的能源供應(yīng)。SCR催化轉(zhuǎn)化器通常被構(gòu)造為具有約10毫米的非常小開(kāi)口的蜂窩型或板型催化轉(zhuǎn)化器。預(yù)熱器下游會(huì)出現(xiàn)很高的含塵量，約為70g/Nm3，因此會(huì)導(dǎo)致通道堵塞。在相對(duì)較高的廢氣溫度下，特別是高于400°C時(shí)，(這樣的高廢氣溫度經(jīng)常是由于預(yù)熱器下游二次燃料高燃燒速率造成的)，與例如350°C的較低溫度(使用常規(guī)燃料時(shí)產(chǎn)生的溫度)時(shí)的粉塵特性相比，在較高廢氣溫度下會(huì)產(chǎn)生較高的粉塵耐久性。由此減少了流動(dòng)能力并增加了堵塞的危險(xiǎn)性。由于使用干燥操作和/或廢蒸氣冷凝過(guò)程中產(chǎn)生的干燥廢氣用于SCR催化轉(zhuǎn)化器上游的廢氣驟冷，因此可以降低SCR催化轉(zhuǎn)化器中的堵塞危險(xiǎn)性。此外，供應(yīng)干燥廢氣和/或廢蒸氣冷凝物具有以下好處在SCR催化轉(zhuǎn)化器中用氧氣氧化所含的碳臭味物質(zhì)，用所含的氨來(lái)還原氮氧化物，由此可以減少供給NOx還原反應(yīng)的氨水的量。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的其它配置?？梢允褂玫奶娲剂习ㄔ谏鐓^(qū)或工業(yè)廢水處理過(guò)程中產(chǎn)生的經(jīng)機(jī)械或熱處理后的淤泥，其它的工業(yè)淤泥或生物廢物。在作為燃料供應(yīng)到熱加工裝置特別是供應(yīng)到焙燒爐或窯之前，在替代燃料干燥器內(nèi)降低二次燃料的水分含量至優(yōu)選為低于15 %，所述干燥器被構(gòu)造成例如對(duì)流和/或接觸式干燥器。來(lái)自替代燃料干燥器的廢氣或廢蒸氣冷凝物供給SCR催化轉(zhuǎn)化器的上游，以使SCR催化轉(zhuǎn)化器上游的預(yù)熱器廢氣的溫度降低至280至400°C之間，優(yōu)選是在330至370°C之間，從而降低SCR催化轉(zhuǎn)化器被堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。優(yōu)選在預(yù)熱器的最上部的氣旋階段中用來(lái)自替代燃料干燥器的廢蒸氣冷凝物進(jìn)行所述驟冷，所述預(yù)熱器具有多個(gè)疊置的氣旋階段，因?yàn)榇朔N做法可以實(shí)現(xiàn)最高的冷卻輸出。在SCR催化轉(zhuǎn)化器上，除了用供應(yīng)作為還原溶液的NH3使NOx轉(zhuǎn)化為N2外，還同時(shí)進(jìn)行烴類(lèi)的轉(zhuǎn)化(氧化)。由于廢氣或廢蒸氣的除去與廢氣的驟冷的組合，因此不必另外對(duì)干燥器產(chǎn)生的廢氣流進(jìn)行另外的復(fù)雜的凈化，而且可以減少用于廢氣驟冷的新鮮水和/或冷卻氣體的需要。優(yōu)選通過(guò)傳熱器間接地減少污泥干燥所需的能量。為此，干燥替代燃料所需的能量可以從水泥工藝分離出來(lái)。該分離出的部分優(yōu)選是在使用后再次回到各自的廢氣管路。在這種情況下，干燥所需的熱量可以完全或部分地取自例如SCR催化轉(zhuǎn)化器的下游、預(yù)熱器、窯進(jìn)口區(qū)域或冷卻工藝。還可以考慮采用各種能源的混合進(jìn)行干燥。


本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施方案將在下面參照描述和附圖作更詳細(xì)的解釋。圖I是按照本發(fā)明的用于生產(chǎn)水泥熟料的設(shè)備的示意圖。
具體實(shí)施例方式該設(shè)備具有熱加工裝置，其在圖中所示的實(shí)施方案中，熱加工裝置包括預(yù)熱器I，窯2和冷卻器3。預(yù)熱器I被構(gòu)造成懸掛式熱交換器，具有多個(gè)疊置的氣旋階段Ia至ld，水泥生料4采取與廢氣5逆流的方式進(jìn)行預(yù)熱，所述廢氣5是在熟料生產(chǎn)和焙燒過(guò)程中產(chǎn)生的。任選的用于對(duì)預(yù)熱后的水泥生料進(jìn)行培燒的焙燒器2a被進(jìn)一步布置在預(yù)熱器I和窯2之間。水泥生料在窯2中燒制形成水泥熟料，隨后在冷卻器3內(nèi)冷卻。離開(kāi)預(yù)熱器I的廢氣5’隨后在SCR催化轉(zhuǎn)化器6內(nèi)被凈化，凈化的廢氣5”用于干燥研磨設(shè)備(圖中未顯示)或直接供給工藝過(guò)濾器。在預(yù)熱器I和SCR催化轉(zhuǎn)化器6之間，可以任選地使用用于初步除塵的電過(guò)濾器16。為了提供焙燒所需的至少一部分燃料，還可設(shè)置替代燃料干燥器7，藉由此干燥器7來(lái)干燥替代燃料8，例如在社區(qū)或工業(yè)廢水處理中產(chǎn)生的經(jīng)機(jī)械或熱處理后的淤泥、其它的工業(yè)淤泥或生物廢物淤泥。優(yōu)選將替代燃料干燥至水分含量低于15%。替代燃料干燥器7具有用于待干燥的替代燃料8的第一入口 7a，用于供應(yīng)干燥氣體9的第二入口 7b，用于干燥后的燃料8’的第一出口 7c，以及用于干燥廢氣9’的第二出口 7d，所述干燥廢氣9’是在干燥操作過(guò)程中產(chǎn)生的。替代燃料干燥器7例如是由接觸式干燥器形成的，其中，通過(guò)濕的產(chǎn)品和加熱墻之間的接觸來(lái)供熱，所述干燥器7也可以是對(duì)流干燥器，其中所需的熱能是由氣流供應(yīng)的。在圖示的實(shí)施方案中，部分干燥廢氣9在重復(fù)返回到替代燃料干燥器7之前在熱交換器10內(nèi)再循環(huán)并受到間接加熱。為此所需的能量?jī)?yōu)選是從水泥工藝中分離出來(lái)，特別是可以使用清潔后的廢氣5”、來(lái)自預(yù)熱器I的廢氣5'、來(lái)自窯入口區(qū)域的廢氣5或來(lái)自冷卻器3的廢氣。還可以考慮使用各種能源的混合進(jìn)行干燥。有利的是，分離的部分在熱交換器10內(nèi)使用后再次返回到各自的廢氣管路。
將干燥廢氣9'的其它部分引入到通向SCR催化轉(zhuǎn)化器的連接區(qū)域，用于廢氣驟冷的目的。在這種情況下，預(yù)熱器I的最上部的氣旋階段Id尤為適宜。如果干燥器的廢氣9'為廢蒸氣的形式，首先供給冷凝器11，將在此情況下產(chǎn)生的廢蒸氣冷凝物12引入到通向SCR催化轉(zhuǎn)化器的連接區(qū)域，用于廢氣驟冷的目的。然而也可以想象到，干燥廢氣或廢蒸氣冷凝物12可被引入到連接預(yù)熱器I和SCR催化轉(zhuǎn)化器6的廢氣管路中。視需要而定，除了抽出干燥器的廢氣9'或廢蒸氣冷凝物12外，可能還需要在SCR催化轉(zhuǎn)化器6的上游另外供給新鮮水或冷卻氣體13，用于進(jìn)行廢氣驟冷。還可以在此區(qū)域供給含氨還原劑14以還原氮氧化物?？梢酝ㄟ^(guò)干燥器氣體9’或廢蒸氣冷凝物12中的含氨化合物來(lái)部分地減少所述含氨還原劑。
用燃料15來(lái)操作窯，該燃料可以被干燥的燃料8，全部或部分取代。在替代燃料干燥器7內(nèi)干燥過(guò)的燃料8，還可以供給預(yù)熱器I、窯2和/或焙燒器2a的入口區(qū)。
權(quán)利要求
1.通過(guò)在預(yù)熱器內(nèi)預(yù)熱水泥生料(4)以及對(duì)所述預(yù)熱過(guò)的水泥生料(4)進(jìn)行焙燒和燒結(jié)來(lái)生產(chǎn)水泥熟料的方法，在所述焙燒和燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣(5)用于預(yù)熱并隨后在SCR催化轉(zhuǎn)化器￠)內(nèi)被凈化，在所述焙燒和燒結(jié)過(guò)程中使用替代燃料(8)，所述替化燃料(8)含有含碳臭味物質(zhì)和/或含氨化合物并預(yù)先經(jīng)過(guò)干燥，在干燥操作過(guò)程中產(chǎn)生的干燥廢氣(9’)和/或廢蒸氣冷凝物(12)至少部分地被用于所述SCR催化轉(zhuǎn)化器(6)上游的廢氣驟冷，并且在所述SCR催化轉(zhuǎn)化器(6)上轉(zhuǎn)化所述干燥廢氣和/或廢蒸氣冷凝物(12)中的含碳臭味物質(zhì)和/或含氨化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述替代燃料(8)被干燥至水分含量低于15%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述SCR催化轉(zhuǎn)化器(6)對(duì)氮氧化物進(jìn)行還原，并對(duì)烴類(lèi)進(jìn)行氧化。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述SCR催化轉(zhuǎn)化器(6)上游的廢氣的溫度通過(guò)所述廢氣驟冷降低至280°C至400°C之間，優(yōu)選降低至330°C至370°C之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，除了抽出的干燥器廢氣(9’)外，還額外供給新鮮水或冷卻氣體(13)用于廢氣驟冷。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，從水泥工藝中分離出干燥所述替代燃料(8)所需的能量。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，間接轉(zhuǎn)遞用于干燥所述替代燃料(8)所需的能量。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法生產(chǎn)水泥熟料的設(shè)備，其包括 替代燃料干燥器(7)，用于干燥含有含碳臭味物質(zhì)和/或含氨化合物的替代燃料(8)，所述替代燃料干燥器具有用于干燥的替代燃料(8’)的第一出口(7c)和用于干燥廢氣(9’)的第二出口(7d)，所述干燥廢氣(9’ )是在干燥操作和/或廢蒸氣冷凝過(guò)程中產(chǎn)生的， 熱加工裝置，用于預(yù)熱和焙燒水泥生料，所述熱加工裝置與所述替代燃料干燥器(7)的第一出口連接，以便供給干燥后的替代燃料(8’ )和在焙燒過(guò)程中產(chǎn)生的用于預(yù)熱的廢氣(5)，以及 SCR催化轉(zhuǎn)化器￠)，用于凈化所述預(yù)熱器(I)中使用的廢氣(5’)，所述替代燃料干燥器(7)的第二出口(7d)連接連接區(qū)域，用于廢氣驟冷的目的，所述連接區(qū)域?qū)⒂糜陬A(yù)熱器(I)的所述廢氣(5，)引導(dǎo)到所述SCR催化轉(zhuǎn)化器(6)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述替代燃料干燥器(7)包括用于傳熱的對(duì)流和/或接觸式干燥器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述預(yù)熱器(I)具有多個(gè)疊置的氣旋階段(Ia-Id)，所述替代燃料干燥器的第二出口(7d)連接到最上部的氣旋階段(Id)。
全文摘要
在按照本發(fā)明于預(yù)熱器內(nèi)預(yù)熱水泥生料，然后焙燒和燒結(jié)所述預(yù)熱過(guò)的水泥生料來(lái)生產(chǎn)水泥熟料的過(guò)程中，在焙燒和燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣(5)用于預(yù)熱并隨后在SCR催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)被凈化。在水泥熟料的生產(chǎn)過(guò)程中使用的替代燃料含有含碳臭味物質(zhì)和/或含氨化合物并預(yù)先經(jīng)過(guò)干燥，其中，在干燥操作過(guò)程中產(chǎn)生的干燥廢氣和/或廢蒸氣冷凝物至少部分被用于所述SCR催化轉(zhuǎn)化器上游的廢氣驟冷，以及在所述SCR催化轉(zhuǎn)化器上轉(zhuǎn)化所述干燥廢氣和/或廢蒸氣冷凝物中的所述含碳臭味物質(zhì)和/或含氨化合物。
文檔編號(hào)C04B7/44GK102730997SQ20121011009
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月4日
發(fā)明者A·丁科瓦, T·斯坦德 申請(qǐng)人:蒂森克虜伯伯利休斯股份有限公司