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CN102057240B - 伴有独立煅烧的气化 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种生产水泥的方法和设备，其中水泥生料在预热器中预热，在煅烧器中通过与热空气接触进行煅烧，所述热空气经由气体入口被引入所述煅烧器中并经由气体出口被从所述煅烧器引出，其中经煅烧的水泥生料从所述煅烧器中被引出，在窑炉中被烧成水泥熟料，随后在熟料冷却器中冷却。所述方法和设备的特征在于至少部分从煅烧器引出的经煅烧的水泥生料在独立系统中被进一步加热到超过煅烧温度的温度，随后被循环到所述煅烧器，且特征在于至少部分经由所述煅烧器的气体出口引出的气体从设备中被取出以存储在地下或进行其它额外的处理。

Description

伴有独立煅烧的气化
发明领域
本发明涉及一种生产水泥的方法，其中水泥生料在预热器中预热，在煅烧器中通过与热空气接触而被煅烧，所述热空气经由气体入口被引入所述煅烧器中并经由气体出口被从所述煅烧器引出，其中经煅烧的水泥生料从所述煅烧器中被引出，在窑炉中被烧成水泥熟料，随后在熟料冷却器中冷却。本发明还涉及一种用于实施所述方法的设备。
背景技术
在现代水泥生产设备中，原料通常通过与来自窑炉和/或煅烧器的废气进行热交换而被加热。这发生在所谓的悬浮式预热器中，该预热器通常为由串联连接的多个旋风分离器(cyclone)形成的塔。煅烧通常在塔底部处的管道部分中进行，在该部分处温度和停留时间足以发生煅烧，即，石灰石的分解，从而释放出二氧化碳。从材料移动的方向看，所述煅烧器可被设置在刚好在旋转式窑炉(rotary kiln)前面，如在ILC装置中和/或在具有来自冷却器的热空气的管道中，如SLC装置。向所述煅烧器进给所谓的二次燃料(secondary fuel)，并通过在来自窑炉的剩余物(surplus)中的氧或包含在来自冷却器的热空气中的氧来实现其燃烧。通常，通过旁路去除少量窑炉气体以防止某些组分在过程中的积聚。然后将经煅烧的原料导向窑炉，大部分情况中是旋转式窑炉，在此以与来自初级燃烧器(primary burner)的废气成逆流的方式完成后续加热。当在旋转式窑炉中燃烧之后，将熟料(clinker)导向熟料冷却器，在这里所述熟料借助大气冷却到100℃左右的水平。
与如上所述的现代设备的水泥生产工艺相关的能耗约为3MJ/kg熟料。比较而言，理论上的最小能耗为约1.7MJ/kg。实际能耗与理论能耗之间的差异主要应归于来自熟料冷却器的热的剩余空气的损失和来自从预热器引出的废气的热损失。具体的二氧化碳排放为约1kgCO2/kg熟料，该排放的约一半涉及水泥生料中所含的石灰石，而另一半特别涉及燃料。据估算，水泥生产工艺对人类导致的温室气体二氧化碳的全球排放量的贡献为约5％，因此，非常需要降低这一排放水平。
一些设备利用了来自冷却器的剩余气体和来自预热器的废气中的部分热含量来发电，即所谓的废热发电。然而，能量的可用量处于相对不高的水平，通常对于产能比为5000吨熟料/24小时的设备来说，能量的可用量在5～10MW热的量级，相当于额定热输入的3～6％。同样，可用的热处于低等级，即，其与发电相关的效率相对小，即，在约15～20％左右的水平。由于这些因素，通过建立废热发电设备得到的利益在许多情况中与相关成本不相配。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生产水泥的方法及设备，由此能显著地减少释放到大气的二氧化碳总量。
这通过在以上介绍中所提种类的方法来获得，该方法的特征在于将至少部分从煅烧器引出的经煅烧的水泥生料在独立系统中进一步加热到超过煅烧温度的温度，随后将其循环到煅烧器；且特征在于将至少部分经由煅烧器的气体出口引出的气体从设备中取出以存储在地下或进行其它额外的处理。
因此，要确保的是，煅烧工艺所需的至少部分热容量(heat volume)能以经煅烧的热水泥生料的形式而被间接地供给到煅烧器，这使得煅烧器不必需要象现有技术设计所需的那样直接输入燃料和空气。因此在煅烧工艺过程中释放的二氧化碳可以以适于存储在地下或进行其它额外处理的基本上纯的形式而从煅烧器中被引出。因此，由于水泥生产工艺而导致的向大气排放的二氧化碳可被减少50％或更多，且设备拥有者可获得有关购买排放许可方面的节约。还得到了以下利益：即，向工艺中输入的大部分能量将会为来自煅烧器的相对高温(约850℃左右)的气体中的过剩热的形式，其可用于以高效率(即，约40～45％)发电。因此，废热发电设备的投资将会是有吸引力的建议。
也可向来自煅烧器的气体中供给燃料，从而使其可能产生所谓的合成气(synthesis gas或syngas)，所述合成气主要包含一氧化碳、氢气、二氧化碳和水蒸汽。合成气是一种可燃气体，其可有利地用作燃料或用于发电或用作诸如甲醇的合成基础。最后，来自煅烧器的气体可用于在基本无氮的预热器中加热水泥生料，然后将该气体排出以存储在地下或进行其它额外的处理。
在一个实施方式中，可将部分来自煅烧器的水泥生料与窑炉气体接触，所述窑炉气体通常具有至少1100℃的温度。这可通过将部分经煅烧的水泥生料悬浮在来自窑炉的废气气流中(例如在升气管道(riserduct)中)来实现，由此将所述经煅烧的水泥生料加热到超过煅烧温度的温度，随后将其在旋风分离器(cyclone)中分离出来，并由该旋风分离器循环到煅烧器中。从煅烧器引出的所有气体中的热含量用于发电，例如，在蒸汽锅炉或类似器件中，由此经冷却的气体从设备中被取出以存储在地下或进行其它的额外处理。
由于在没有一定量气体以将水泥生料悬浮在煅烧器中的情况下非常难以实现从被循环到煅烧器的水泥生料到来自预热器的水泥生料的热传递，部分从煅烧器引出且基本由二氧化碳组成的气体可有利地被循环并经由煅烧器的气体入口而被再引入到煅烧器中。在第二实施方式中，由此将部分从煅烧器引出的气体循环到煅烧器，而其余部分中的热含量用于发电，例如，在蒸汽锅炉或类似器件中，然后将经冷却的气体从设备中取出以存储在地下或进行其它的额外处理。
在第三实施方式中，从煅烧器引出的所有气体中的热含量可用于发电，例如，在蒸汽锅炉或类似器件中。来自蒸汽锅炉或类似器件的一部分经冷却的气体被循环到煅烧器，而经冷却的气体的其余部分从设备中取出以存储在地下或进行其它的额外处理。在该实施方式中，被循环到煅烧器的气体可有利地在被引入到煅烧器中之前进行再加热，所述再加热例如可通过与熟料冷却器中的熟料进行热交换来进行。由于该实施方式中熟料中的热含量用于加热要被再引入到煅烧器中的气体，不存在如现有技术设计的情况中的从熟料到窑炉的热传递。这意味着窑炉中的温度可独立于窑炉冷却器中的条件来进行调节。
在第四实施方式中，从煅烧器引出的所有气体中的热含量可用于在基本无氮的预热器中预热水泥生料。来自预热器的部分经冷却的气体被循环到煅烧器，而经冷却的气体的其余部分被从设备中取出以存储在地下或进行其它的额外处理。在该实施方式中，被循环到煅烧器的气体可有利地在被引入到煅烧器中之前进行再加热，所述再加热可如上所述般通过与熟料冷却器中的熟料进行热交换来进行。在不希望发电的情况中，该实施方式可以是相关的。
在所有前述实施方式中，可有利地将水和/或水蒸汽供给到煅烧器和/或从煅烧器引出的气体和/或被循环到煅烧器的气体中。水蒸汽的存在将会降低二氧化碳的浓度，使得能在指定温度实现更快的煅烧过程，或者在较低温度下实现相同速度的煅烧过程。在该实施方式中，来自煅烧器的气体含有大量水蒸汽，该水蒸汽可在蒸汽锅炉或类似器件中冷凝以便冷却。冷凝水随后可被再利用。
在所有前述实施方式中，有利的还有将燃料供给到煅烧器和/或从煅烧器引出的气体和/或被循环到煅烧器的气体中。二氧化碳和水蒸汽(如果有关的话)可与输入的燃料反应(气化(gasification))，使得形成合成气。该合成气可与氧一起完全燃烧或部分燃烧，并且被导向煅烧器中和/或其可用于发电和/或其可用作例如甲醇的合成基础。所述气化可在气化器单元中和/或在组合的气化器和锅炉单元中和/或在煅烧器自身中。
用于实施如本发明所述方法的设备包括用于预热水泥生料的预热器；用于煅烧经预热的水泥生料的煅烧器，所述煅烧器包括气体入口和气体出口；用于烧制水泥熟料的窑炉；以及用于冷却所述水泥熟料的冷却器，所述设备的特征在于该设备包括用于在独立系统中将至少部分来自所述煅烧器的经煅烧的水泥生料进一步加热的装置，用于分离由此经受进一步加热的水泥生料的装置，用于将经分离的水泥生料循环到煅烧器的装置，以及用于从所述装置提取至少部分从所述煅烧器引出的气体以存储在地下或进行其它额外处理的装置。
所述设备还可包括用于利用从所述煅烧器引出的气体发电的装置和用于在基本无氮的预热器中预热水泥生料的装置。
所述设备还可包括用于将至少部分从所述煅烧器引出的气体导引到所述煅烧器的气体入口的装置以及用于使该气体与热熟料接触的装置。
所述设备还可包括用于将水和/或水蒸汽进给到所述煅烧器和/或从所述煅烧器引出的气体和/或被循环到所述煅烧器的气体的装置，以及用于将燃料输入到所述煅烧器和/或从所述煅烧器引出的气体和/或被循环到所述煅烧器的气体中的装置。
附图说明
现在将参考以下附图进一步详细说明本发明。
图1显示了如本发明所述的方法的基本线图，且
图2显示了本发明的一个物理实施例的例子，且
图3显示了根据本发明的方法的流程图的例子。
具体实施方式
由图1可见如何在预热器1中利用热气体7来加热水泥生料9。将经预热的水泥生料10引入煅烧器3中，在这里对水泥生料进行煅烧。将来自煅烧器3的气体14的一部分15引出，而第二部分16被导向气化器4，所述气化器4中进给以燃料和(如果相关的话)氧气19。来自气化器4的气体17被循环到煅烧器3。由图1还可见如何将来自煅烧器3的经煅烧的水泥生料导向分离闸门(splitter gate)或类似器件，经煅烧的水泥生料的一部分11由该设备被导向窑炉(未示出)，且另一部分12被导向升气管道2。升气管道2接收来自窑炉(未示出)的废气6以及第二燃料和(如果相关的话)空气19。通过旋风分离器或类似器件从废气6分离经煅烧的水泥生料13并将其循环到煅烧器3。
由图2可见如何借助两个平行的旋流分离器而以简化方式实现从窑炉废气6到来自煅烧器3的经煅烧的水泥生料的热传递。将经预热的水泥生料10与热气流17在管道3中接触，使水泥生料被煅烧。将经煅烧的水泥生料在旋风分离器26中与气体14分离。将热气体14的一部分17循环到管道3。借助分离闸门或类似器件(未示出)将来自旋风分离器26的水泥生料分为两个流动物流(flow stream)，一个流动物流11被导向窑炉，而第二个流动物流被导向管道2。在管道2中，将经煅烧的水泥生料与热的窑炉废气6接触，随后使该材料在旋风分离器23中进行分离。将经分离的材料循环到管道3。
在图3中显示了本发明一个优选实施方式的流程图，其中显示了气流和材料流的温度条件。水泥生料在预热器1中预热，并被导向煅烧器3中。将来自煅烧器3的热气体导向锅炉27，在这里该气体中所含的能量被用于例如发电。随后将部分经冷却的气体导向熟料冷却器25，而其余气体被引导离开所述设备。在熟料冷却器25中，气体通过与来自窑炉24的熟料进行热交换来进行再加热，而且，如果相关的话，可加入水和/或水蒸汽以调节二氧化碳的浓度。将热的二氧化碳载气导向气化器4，在这里该气体用于使进给到所述气化器中的固体和/或液体燃料气化。由此产生的合成气完全或部分燃烧并同时经受氧气输入，然后将气体通入煅烧器3中。同时，将部分来自煅烧器3的经煅烧的水泥生料在管道2中与来自窑炉24的废气接触，随后将该材料分离并循环到煅烧器3。向管道2和窑炉24中供给燃料和空气。

Claims (19)

1.一种生产水泥的方法，其中水泥生料在预热器中被预热，在煅烧器中通过与热气体接触而被煅烧，所述热空气经由气体入口被引入到所述煅烧器中并经由气体出口从所述煅烧器中被引出，且其中经煅烧的水泥生料从所述煅烧器中被引出，在窑炉中被烧成水泥熟料，随后在熟料冷却器中冷却，所述方法的特征在于至少部分从所述煅烧器中引出的经煅烧的水泥生料在独立系统中被进一步加热到超过煅烧温度的温度，随后被循环到所述煅烧器，至少部分经由所述煅烧器的气体出口引出的气体从设备中被取出以存储在地下或进行其它额外的处理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于至少部分从所述煅烧器中引出的气体用于发电。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于至少部分用于发电的气体被循环到所述煅烧器，其余部分从设备中被取出以存储在地下或进行其它额外的处理。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于至少部分从所述煅烧器中引出的气体用于在基本无氮的预热器中预热水泥生料。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于至少部分用于预热水泥生料的气体被循环到所述煅烧器，其余部分从设备被取出以存储在地下或进行其它额外的处理。
6.如权利要求3或5所述的方法，其特征在于将被循环到煅烧器的气体与熟料接触，例如，在熟料冷却器中。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于向所述煅烧器和/或从所述煅烧器中引出的气体中加入水和/或水蒸汽。
8.如权利要求3所述的方法，其特征在于向被循环到所述煅烧器的气体中加入水和/或水蒸汽。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于向所述煅烧器和/或从所述煅烧器中引出的气体中供给燃料。
10.如权利要求3所述的方法，其特征在于向被循环到所述煅烧器的气体中供给燃料。
11.用于实施如前述任一项权利要求所述方法的设备，所述设备包括用于预热水泥生料的预热器；用于煅烧经预热的水泥生料的煅烧器，所述煅烧器包括气体入口和气体出口；用于烧制水泥熟料的窑炉；和用于冷却所述水泥熟料的冷却器，所述设备的特征在于该设备包括用于在独立系统中将至少部分来自所述煅烧器的经煅烧的水泥生料进一步加热的装置，用于分离由此经受进一步加热的水泥生料的装置，用于将经分离的水泥生料循环到所述煅烧器的装置，以及用于从所述设备中提取至少部分从煅烧器引出的气体以存储在地下或进行其它额外的处理的装置。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于所述设备包括用于利用从所述煅烧器引出的气体发电的装置。
13.如权利要求11所述的设备，其特征在于所述设备包括用于利用从所述煅烧器引出的气体在基本无氮的预热器中预热水泥生料的装置。
14.如权利要求11～13中任一项所述的设备，其特征在于所述设备包括用于将至少部分从所述煅烧器引出的气体循环到所述煅烧器的气体入口的装置。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于所述设备包括用于使被循环的气体与水泥熟料接触的设备。
16.如权利要求11所述的设备，其特征在于所述设备包括将水和/或水蒸汽添加到所述煅烧器和/或从所述煅烧器引出的气体的装置。
17.如权利要求14所述的设备，其特征在于所述设备包括用于将水和/或水蒸汽添加到被循环到所述煅烧器的气体的装置。
18.如权利要求11所述的设备，其特征在于所述设备包括用于将燃料添加到所述煅烧器和/或从所述煅烧器引出的气体的装置。
19.如权利要求14所述的设备，其特征在于所述设备包括用于将燃料添加到被循环到所述煅烧器的气体的装置。
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