專利名稱：生產(chǎn)水泥熟料的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)水泥熟料的方法和系統(tǒng)，其中生料被預(yù)熱、焙燒、隨后在窯內(nèi)燃燒以形成水泥熟料。
背景技術(shù)：
在水泥熟料生產(chǎn)過程中，約0. 53噸二氧化碳/噸熟料(t C02/t clinker)由石灰石的脫酸作用產(chǎn)生以及約0. 28噸二氧化碳/噸熟料由燃燒過程中的燃料的燃燒產(chǎn)生。迄今，所述數(shù)量的二氧化碳(0.81噸二氧化碳/噸熟料)作為廢氣排放到大氣中，雖然二氧化碳作為一種溫室氣體的影響是眾所周知的。因此，業(yè)已有人作出努力，以便在未來大幅減少排放物。
在此背景下，目前討論的是可從燃燒過程的廢氣中分離二氧化碳的方法。
DE 196 37 320格Al公開了一種用于生產(chǎn)水泥的方法，其中生料被預(yù)熱、焙燒、并且最后在旋轉(zhuǎn)管形窯內(nèi)燃燒。在該方法中，生料在窯廢氣流經(jīng)的焙燒裝置中脫酸。所述焙燒裝置根據(jù)氣流床的原理工作。在進(jìn)入所述旋轉(zhuǎn)管形窯之前，焙燒過的生料被傳送到具有循環(huán)流化床的懸浮反應(yīng)器中。所述流化床通過加熱空氣來形成，其中焙燒的材料從1000°c 的溫度被加熱到至1200°c，以便排出雜質(zhì)。
為了減少二氧化碳的排放，尤其是所謂的氧氣燃料制造過程是水泥生產(chǎn)所關(guān)注的。在該過程中，燃料與幾乎純質(zhì)的氧氣起反應(yīng)，以致于燃燒廢氣不含有氮，并幾乎全是由二氧化碳和水組成。
WO 2008/059378敘述了這樣一種方法，其中焙燒裝置的廢廢氣相對(duì)于二氧化碳的含量而濃縮到這樣的程度，以致于其可被傳送到貯存站。因此，在熟料燃燒過程中產(chǎn)生的大約75%的二氧化碳可被分離出來，而無需對(duì)熟料生產(chǎn)過程進(jìn)行任何明顯的修改。所用的焙燒裝置，還有在WO 2008/059378中的焙燒裝置，通常是所謂的氣流床焙燒裝置，至于焙燒裝置中待處理的生料，在進(jìn)行熱處理的同時(shí)，通過載運(yùn)氣體(通常為窯的廢氣或三次空氣) 將生料傳送通過所述焙燒裝置。但是，如果焙燒裝置不再通過窯的廢氣或冷卻器的三次空氣來運(yùn)作，而是通過氧氣來運(yùn)作的話，就可大大地減少廢氣量。在W02008/059378中，通過返回焙燒裝置的廢氣，藉由廢氣提高載運(yùn)氣體的量來解決該問題。由于再循環(huán)廢氣的氣體溫度很高，為了操作流體機(jī)械(風(fēng)扇)，有必要通過換熱器冷卻所述氣體，或通過溫度較低的氣體來冷卻所述氣體，正如WO 2008/059378所提議。作為所述焙燒裝置的一些廢氣的再循環(huán)的結(jié)果，還可以避免氧氣操作式焙燒裝置的局部過熱。
但是，再循環(huán)具有再碳酸化的缺點(diǎn)，即，從CaO和(X)2重新形成CaC03。由于氧氣燃料制造過程中的高ω2分壓，在待燃燒材料冷卻到低于約850°C的平衡溫度時(shí)，再碳酸化將在高反應(yīng)速率下進(jìn)行。對(duì)于所述的制造過程而言，由于再碳酸化的材料必須再一次脫酸，該操作導(dǎo)致焙燒裝置的熱能需求增加。

發(fā)明內(nèi)容
4 因此，本發(fā)明的目的是在焙燒裝置中應(yīng)用氧氣燃料制造過程生產(chǎn)水泥熟料的方法和系統(tǒng)，所述方法和系統(tǒng)的區(qū)別在于較低的能量需求。
根據(jù)本發(fā)明，所述目的可通過權(quán)利要求1和10的特征來完成。
在根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)水泥熟料的方法中，將水泥生料在預(yù)熱器中預(yù)熱，將預(yù)熱的水泥生料在焙燒裝置中預(yù)焙燒，以及將預(yù)焙燒的水泥生料在窯內(nèi)燃燒，在所述焙燒裝置中使用燃料和具有至少75mol%的氧含量的燃燒空氣，以及將所述水泥生料在所述焙燒裝置中的流化床中進(jìn)行預(yù)焙燒。將所述窯內(nèi)產(chǎn)生的廢氣繞過所述焙燒裝置輸送到所述預(yù)熱器， 而所述焙燒裝置的廢氣則被輸送到二氧化碳制備裝置。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)是為進(jìn)行上述的方法而開發(fā)的。
雖然以前已經(jīng)有人考慮以流化床反應(yīng)器的形式構(gòu)建焙燒裝置，但該類型的焙燒裝置在實(shí)踐中尚未具有意義，因?yàn)殍b于所需的燃燒空氣量，所述焙燒裝置的尺寸必須很大，以致于不可能進(jìn)行經(jīng)濟(jì)的預(yù)焙燒。
不過，現(xiàn)在結(jié)合氧氣燃料制造過程和以流化床反應(yīng)器的形式構(gòu)建的焙燒裝置，就可使兩種本身是公知的方法理想地、相互補(bǔ)充地結(jié)合。由于使用的燃燒空氣具有至少75% (最好至少為90%)的高含氧量，燃燒所需的氣體量可大大地減少。因此，所述流化床反應(yīng)器可以被構(gòu)建成比以慣用燃燒空氣來工作的流化床反應(yīng)器小4至5倍。所述流化床反應(yīng)器還具有的優(yōu)點(diǎn)在于，相比氣流床反應(yīng)器，其能夠以少得多的載運(yùn)氣體來工作。該種情況甚至使得所述流化床反應(yīng)器中燃燒所需的燃燒空氣同時(shí)還足以形成流化床。因此，焙燒裝置的廢氣的再循環(huán)將全無必要，或者只是很低程度地需要。
由于按照本發(fā)明的組合，從而可避免再碳酸化的問題。所述流化床反應(yīng)器還具有的優(yōu)勢在于，其具有非常均勻的溫度分布，以致于即使在廢氣沒有再循環(huán)的情況下，也可避免焙燒裝置中局部溫度的峰值。
本發(fā)明的其它構(gòu)型為從屬權(quán)利要求的主題。
根據(jù)本發(fā)明的較佳構(gòu)型，所述焙燒裝置具有用于去除預(yù)焙燒水泥生料的裝置，其設(shè)置在流化床的膨脹點(diǎn)下面，并連接到所述窯。流化床最好以這樣的方式工作，使得其處于穩(wěn)定狀態(tài)而不是循環(huán)狀態(tài)，也就是說，通過流化床反應(yīng)器的流動(dòng)率明顯低于預(yù)焙燒水泥生料的排放率。將流化床的廢氣中仍然含有的塵埃在分離器中從氣體中分離出來并傳送回所述流化床。
相比于WO 2008/059378，流化床反應(yīng)器的使用，尤其是以穩(wěn)定方式工作的流化床， 使廢氣的再循環(huán)變成多余。所以不再需要冷卻和重新加熱所述廢氣。因此，在環(huán)路中傳送的灰塵明顯較少，且所述灰塵未被冷卻，或者只是略微被冷卻，于是相比之下，明顯較少的CaO
可以再碳酸化。
根據(jù)焙燒裝置的特定構(gòu)型，所述用于去除預(yù)焙燒水泥生料的裝置可以以虹吸管的形式來構(gòu)建。
流化床反應(yīng)器本身最好具有多孔或穿孔式流入基座，用于傳送燃燒空氣的裝置與所述流入基座連接，，以便為所述流入基座充氣。所述多孔流入基座也可以通過一層松散材料層來構(gòu)成，所述松散材料層可通過合適的裝置傳送和移除，以便更換或再生所述松散材料層。
所述焙燒裝置的廢氣中所含的塵埃在與所述焙燒裝置連接的分離器中被分離出來，并且，如果適用的話，被傳送回所述流化床。為了提高分離器的分離效率和/或?yàn)榱藴p少堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，所述焙燒裝置的廢氣可以選擇性地通過生料或通過換熱器直接地冷卻。在幾乎純質(zhì)的ω2環(huán)境中進(jìn)行焙燒的情況下，尤其是由于氣體和材料的溫度高且很接近堿金屬鹽的熔點(diǎn)，所以存在旋流堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。
在所述灰塵已被分離出來以及在任何必要的除濕作用之后，所述焙燒裝置的廢氣被傳送到(X)2制備裝置，尤其是用于液化的裝置。
通過預(yù)熱器傳送的所述窯的廢氣的含量可能有增加，因?yàn)樵谒龈G內(nèi)排出的硫，或者通過所述窯的燃料引入的燃料硫，不能再封存于所述焙燒裝置中的材料之內(nèi)。因此，可便利地將所述窯的廢氣傳送到用于分離的裝置。此外，所述窯的廢氣在被同樣地傳送到用于ω2液化的裝置之前，可以經(jīng)受ω2洗滌和隨后的解吸。經(jīng)受ω2洗滌和解吸的所述窯的廢氣還可以在(X)2液化之前與所述焙燒裝置的廢氣混合。


本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和結(jié)構(gòu)將在下文中參照說明書和附圖來進(jìn)行詳述。
在附圖中 圖1所示為根據(jù)第一實(shí)施例的用于生產(chǎn)水泥熟料的系統(tǒng)的框圖； 圖2所示為根據(jù)第二實(shí)施例的用于生產(chǎn)水泥熟料的系統(tǒng)的框圖； 圖3所示為根據(jù)第一種變型的焙燒裝置的示意圖； 圖4所示為根據(jù)第二種變型的焙燒裝置的示意圖；以及 圖5所示為根據(jù)第三實(shí)施例的用于生產(chǎn)水泥熟料的系統(tǒng)的框圖。
具體實(shí)施例方式圖1所示的用于生產(chǎn)水泥熟料的系統(tǒng)基本上包括第一預(yù)熱器1、第二預(yù)熱2、焙燒裝置3和窯4。其中還設(shè)置了冷卻器5。
所述焙燒裝置具有用于傳送燃料的裝置6以及用于傳送燃燒空氣的裝置7，所述燃燒空氣的氧含量至少為75mol%，最好至少為90mol% ；以及還具有用于從所述預(yù)熱器1， 2傳送預(yù)熱的水泥生料的裝置8，9。
預(yù)焙燒的水泥生料通過管道10傳送到所述窯內(nèi)，以便燃燒所述的預(yù)焙燒水泥生料。所述窯的廢氣通過窯的廢氣管道11，繞過焙燒裝置3，被傳送入第一預(yù)熱器1。
在所述窯內(nèi)燃燒的水泥熟料在下游的冷卻器5中冷卻，并作為成品12被移除。所述冷卻器所用的一些冷卻空氣13在所述窯內(nèi)用作燃燒空氣或用于其它形式的熱處理。
水泥生料14，15被傳送到兩預(yù)熱器1，2，在被預(yù)熱后，通過裝置8和9將它們傳送到焙燒裝置3。在窯4的廢氣只用于第一預(yù)熱器的同時(shí)，焙燒裝置3的廢氣通過焙燒裝置的廢氣管道16傳送入第二預(yù)熱器2。所述焙燒裝置的廢氣因此不會(huì)與所述窯的廢氣混合。
焙燒裝置3按照流化床原理工作，它不會(huì)接收窯的廢氣，而是通過燃料和氧氣流起作用，所述氧氣流比環(huán)境空氣濃縮。通常，氧氣濃度至少為75m0l%，最好至少為 90mOl%。根據(jù)流化床原理，相比氣流床反應(yīng)器，所需的容積流量明顯小得多，因?yàn)樯现恍璞涣骰鵁o需被氣力式傳送。所以，焙燒裝置的廢氣無需返回。即使在非常低的流量下， 也可在流化床中產(chǎn)生高達(dá)200kg/m3的固體濃度。
在所述預(yù)熱器2之后，焙燒裝置的廢氣在通過二氧化碳制備裝置19且尤其是液化裝置之前，被傳送到用于除塵的分離器17和用于除濕的裝置18。經(jīng)過除塵和除濕之后，所述廢氣含有超過90%的二氧化碳，并在進(jìn)行任何必要的微量物質(zhì)(諸如二氧化硫)分離之后，就可以貯存所述廢氣。
在根據(jù)圖2的第二實(shí)施例中，用換熱器20代替第二預(yù)熱器來冷卻所述焙燒裝置的廢氣。除此之外，在該種情況下也一樣，所述窯4的廢氣繞過焙燒裝置3而傳送到預(yù)熱器1。
下文將參照?qǐng)D3對(duì)焙燒裝置3作更詳細(xì)的敘述。所述焙燒裝置以流化床反應(yīng)器的形式構(gòu)建，其具有多孔或穿孔式流入基座3a，預(yù)熱的水泥生料的流化床與燃燒空氣通過用于傳送燃燒空氣的裝置7進(jìn)行流化。燃料通過裝置6傳送到熱操作流化床北，在那里通過含氧的燃燒空氣進(jìn)行燃燒。通過釋放的熱能脫酸的水泥生料在下溢流管或上溢流管3c，3d 中傳送出流化床北，并引入所述窯4中。用于移除預(yù)焙燒的水泥生料的裝置可以以虹吸管的形式構(gòu)建。所述流化床北最好以這樣的方式工作，使得其處于穩(wěn)定狀態(tài)而不是循環(huán)的狀態(tài)，也就是說，通過流化床反應(yīng)器的流動(dòng)率大大地低于所述預(yù)焙燒水泥生料的排放率。所述流化床的廢氣中仍然含有的塵埃在其后的預(yù)熱器2的旋風(fēng)分離器加中分離出來，并傳送回所述流化床。為了提高旋風(fēng)分離器加的分離效率和/或?yàn)榱藴p少旋流堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，所述流化床的所述焙燒裝置的廢氣可以選擇性地通過來自所述預(yù)熱器2的生料1 或通過換熱器 20直接地冷卻。此外，來自所述換熱器或兩個(gè)換熱器的預(yù)熱生料15b，15c被傳送到所述流化床，并幾乎完全地脫酸。
圖4所示為焙燒裝置3的變型，其中流入基座由一層松散材料層3e構(gòu)成，且最好由粉碎水泥熟料構(gòu)成。除此之外，其工作模式與圖3所述的實(shí)施例相同。其中只設(shè)置用于傳送和移除所述松散材料層3e的裝置，以便可更換或再生所述松散材料層。
盡管所示的所述兩個(gè)焙燒裝置與第二預(yù)熱器2結(jié)合，還可以如圖2所示，僅僅設(shè)置一個(gè)換熱器而不是預(yù)熱器。
在所述預(yù)熱器1之后，所述窯的廢氣通常被傳送到用于除塵的分離器21。由于所述窯的廢氣不再通過焙燒裝置3傳送，所以可以預(yù)期，結(jié)合到水泥熟料中的硫可大大地減少，二氧化硫排放量因而可大幅度地提高。
因此，根據(jù)圖5的實(shí)施例顯示了一種可能性，其中所述窯的廢氣還可相對(duì)于二氧化硫和相對(duì)于二氧化碳的含量進(jìn)行處理。所以，在分離器21之后，設(shè)置了用于分離二氧化硫的裝置22。
為了進(jìn)一步改善二氧化碳的分離，可在裝置23中提供二氧化碳洗滌，隨后，可在裝置M中提供解吸。合適的吸附劑可以為，例如單乙醇胺。
有利的是，換熱器20和/或換熱器25 (利用來自冷卻器的廢氣流沈的熱能)的熱能可用于吸收劑的必要再生。其余的含二氧化碳的氣體同樣可被傳送到液化站，其可有利地預(yù)先與除濕的焙燒裝置的廢氣結(jié)合在一起，如圖5所示。
準(zhǔn)備好的、尤其是液化好的二氧化碳可以以合適的方式貯存或者以其它方式使用。通過上述的系統(tǒng)，可得到純度超過95%的二氧化碳濃度，以致于可以以經(jīng)濟(jì)的方式進(jìn)行運(yùn)輸和貯存。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)水泥熟料的方法，其中將水泥生料在預(yù)熱器(1, 中預(yù)熱，將預(yù)熱的水泥生料在焙燒裝置C3)中預(yù)焙燒，以及將預(yù)焙燒的水泥生料在窯(4)內(nèi)燃燒，在所述焙燒裝置 (3)中使用燃料和具有至少75mol%的氧含量的燃燒空氣，以及將所述窯內(nèi)產(chǎn)生的廢氣繞過所述焙燒裝置C3)輸送到所述預(yù)熱器(1)，而所述焙燒裝置的廢氣則被輸送到二氧化碳制備裝置，其特征在于將所述水泥生料在所述焙燒裝置(3)中的流化床中進(jìn)行預(yù)焙燒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于使所述流化床在穩(wěn)定狀態(tài)下工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在發(fā)展中的流化床的膨脹點(diǎn)下面排出所述預(yù)焙燒生料，并傳送到所述窯G)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于產(chǎn)生所述流化床所必需的充氣(gassing) 由所述燃燒空氣形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述焙燒裝置C3)至少在傳送所述燃燒空氣的區(qū)域中于超壓下工作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于使所述焙燒裝置的廢氣經(jīng)受液化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在來自所述窯的二氧化碳同樣被傳送到二氧化碳液化站之前，使所述窯的通過所述預(yù)熱器(1)傳送的廢氣經(jīng)受二氧化碳洗滌 (23)，并使富集二氧化碳的洗滌劑隨后經(jīng)受解吸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述窯的廢氣的通過二氧化碳洗滌03) 和解吸而獲得的二氧化碳流，在進(jìn)行二氧化碳液化之前與所述焙燒裝置的廢氣混合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于將通過所述預(yù)熱器(1)傳送的所述窯的廢氣傳送到用于分離二氧化硫的裝置02)。
10.一種用于進(jìn)行根據(jù)前述權(quán)利要求的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具有a.用于預(yù)熱水泥生料的預(yù)熱器(1，2)；b.用于預(yù)焙燒預(yù)熱的水泥生料的以流化床反應(yīng)器形式的至少一個(gè)焙燒裝置(3)，所述焙燒裝置具有用于傳送燃料的裝置(6)以及用于傳送燃燒空氣的裝置(7)，還有用于傳送所述預(yù)熱的水泥生料的裝置(8，9)，所述焙燒裝置與二氧化碳制備裝置連接；以及c.用于燃燒預(yù)焙燒的水泥生料的窯G)，所述窯具有窯廢氣管道(11)，所述窯廢氣管道繞過所述焙燒裝置與所述預(yù)熱器(1)連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于所述二氧化碳制備裝置包括用于二氧化碳液化的裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于所述焙燒裝置(3)具有用于去除預(yù)焙燒的水泥生料的裝置(3c)，所述裝置(3c)設(shè)置在所述流化床的膨脹點(diǎn)下面，并與所述窯連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于所述焙燒裝置(3)具有以虹吸管的形式構(gòu)建的用于去除預(yù)焙燒的水泥生料的裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于所述焙燒裝置C3)具有多孔或穿孔式流入基座(3a)，所述流入基座與用于傳送燃燒空氣的裝置連接，以便為所述流入基座充氣。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于所述多孔流入基座由一層松散材料層(3e)形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)設(shè)有用于傳送所述松散材料層的裝置(3f)以及用于移除所述松散材料層的裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于所述焙燒裝置(3)與用于除塵的至少一個(gè)分離器(17，2a)連接。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于用于冷卻所述焙燒裝置的廢氣的冷卻器設(shè)置在所述焙燒裝置(3)和所述至少一個(gè)分離器(17，2a)之間。
全文摘要
在根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)水泥熟料的方法中，將水泥生料在預(yù)熱器中預(yù)熱，將預(yù)熱的水泥生料在焙燒裝置中預(yù)焙燒，以及將預(yù)焙燒的水泥生料在窯內(nèi)燃燒，其中在所述焙燒裝置中使用的燃料和燃燒空氣包含至少75mol％的氧含量，以及將所述水泥生料在所述焙燒裝置中的流化床中進(jìn)行預(yù)焙燒。在所述窯內(nèi)產(chǎn)生的廢氣在繞過所述焙燒裝置后被送到所述預(yù)熱器，而來自所述焙燒裝置的廢氣則被送到二氧化碳洗滌裝置。
文檔編號(hào)F27B7/20GK102186791SQ200980142161
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2009年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月24日
發(fā)明者D·庫珀 申請(qǐng)人:坡利西斯股份公司