ES2812673B2

ES2812673B2 - Biomass boiler integration system in cement clinker manufacturing processes

Info

Publication number: ES2812673B2
Application number: ES201900133A
Authority: ES
Inventors: Maldonado Francisco Javier Lirola
Original assignee: Cogcem Proyectos SL
Current assignee: Cogcem Proyectos SL
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2021-09-17
Anticipated expiration: 2038-12-26
Also published as: ES2812673A1

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Sistema de integración de calderas de biomasa en procesos de fabricación de clínker de cementoBiomass boiler integration system in cement clinker manufacturing processes

El objeto de la presente Patente de Invención es tratar de integrar en las actuales plantas de fabricación de clínker de cemento o en otras de nueva construcción, una planta de generación de energía eléctrica a partir de biomasa (u otros residuos combustibles). Se trata de aprovechar de un modo adecuado las corrientes calientes de gases del proceso cementero y de la caldera de biomasa para mejorar los rendimientos de ambos procesos, aprovechando las sinergias que se derivan de su integración, no sólo por el aprovechamiento de las corrientes de gases calientes, sino por la capacidad de secado de combustibles húmedos o el uso de los sistemas de depuración de gases propios de las instalaciones de fabricación de clínker de cemento, sistemas de depuración que no serían necesarios para la planta de cogeneración si se integran las calderas dentro de la planta de fabricación de cemento.The object of the present Patent of Invention is to try to integrate in current cement clinker manufacturing plants or other newly built plants, a plant for the generation of electricity from biomass (or other combustible waste). The aim is to take advantage of the hot gas currents from the cement process and the biomass boiler in an adequate way to improve the performance of both processes, taking advantage of the synergies derived from their integration, not only by taking advantage of the gas currents. but by the drying capacity of wet fuels or the use of gas purification systems typical of cement clinker manufacturing facilities, purification systems that would not be necessary for the cogeneration plant if the boilers are integrated within of the cement manufacturing plant.

El modelo que se propone no supone una limitación para la producción de clínker en los hornos de las plantas fabricación de clínker de cemento, sino que es una forma de optimizar los procesos añadiendo la generación de energía eléctrica. Adicionalmente, el modelo logra aumentar el uso de combustibles derivados de biomasa, por lo que se está en condiciones de reducir las emisiones de Gases de Efecto Invernadero de ambos procesos.The proposed model does not imply a limitation for the production of clinker in the kilns of the cement clinker manufacturing plants, but rather it is a way of optimizing the processes by adding the generation of electrical energy. Additionally, the model manages to increase the use of biomass-derived fuels, which is why it is in a position to reduce Greenhouse Gas emissions from both processes.

Se trata por tanto de un método para modificar algunas de las actuales instalaciones de fabricación de clínker de cemento (en otras este proceso de integración quizás no fuera posible por la falta de espacio), así como para definir los diseños de las futuras plantas de fabricación de clínker de cemento que se construirán en los países en vías de desarrollo, para de este modo, no sólo producir clínker para hacer cemento, sino también poder utilizar biomasa y otros residuos en los procesos de combustión, evitando las emisiones de CO²fósil mediante el uso de residuos agrícolas muy abundantes en todos los países, sobre todo en los países en vías de desarrollo, así como también para generar energía eléctrica de un modo efectivo, desde un punto de vista económico, ecológico y social, reduciendo considerablemente los costes de inversión respecto de la realización de ambas plantas por separado.It is therefore a method to modify some of the current cement clinker manufacturing facilities (in others this integration process may not be possible due to lack of space), as well as to define the designs of future manufacturing plants. of cement clinker to be built in developing countries, in order not only to produce clinker to make cement, but also to be able to use biomass and other residues in combustion processes, avoiding fossil ^{CO 2 emissions through} the use of very abundant agricultural residues in all countries, especially in developing countries, as well as to generate electricity in an effective way, from an economic, ecological and social point of view, considerably reducing the costs of investment regarding the realization of both plants separately.

Este diseño se puede complementar con otras fuentes de aprovechamientos energéticos y sistemas de depuración para mejorar rendimientos y reducir emisiones ambientales.This design can be complemented with other sources of energy use and purification systems to improve yields and reduce environmental emissions.

Antecedentes de la invenciónBackground of the invention

Las fábricas de cemento son Instalaciones de reconocida solvencia, con una tecnología en constante evolución, sobre todo a partir de mediados del siglo XX, enfocada básicamente a los problemas derivados de la producción de clínker de cemento, elemento considerado estratégico sobre todo en países en vías de desarrollo, pero también para los países desarrollados, por cuanto las estructuras de hormigón construidas no tienen una vida Infinita y será necesario reformarlas.Cement factories are facilities of recognized solvency, with a technology in constant evolution, especially from the mid-twentieth century, basically focused on the problems derived from the production of cement clinker, an element considered strategic especially in countries on the way. development, but also for developed countries, as the concrete structures built do not have an infinite life and will need to be reformed.

En los últimos años, a nivel europeo, las fábricas Integrales de producción de cemento se han adaptado para reducir costes, principalmente utilizando combustibles alternativos derivados de residuos. Esta adaptación ha sido posible gracias a las condiciones innatas del proceso cementero: altas temperaturas y tiempos de residencia, atmósfera oxidante, medio alcalino; así como a un Intenso programa de Inversión para adaptar Instalaciones y procesos. No obstante, la crisis económica ha venido a golpear duramente al sector, sobre todo en Europa, donde el nivel de Infraestructuras construidas es elevado, por lo que las ventas de cemento han caído considerablemente, no siendo necesarias muchas de las plantas instaladas. El aumento de los costes de la energía eléctrica y de los combustibles y sobre todo, el cambio en el marco de la regulación de la asignación de los derechos de emisión, para intentar combatir los efectos del cambio climático, avocan al cierre de muchas plantas Integrales de cemento, las cuales se Instalarán en países en vías de desarrollo, en los cuales la legislación no sea tan estricta como en Europa, y donde los volúmenes de venta y precio del cemento, prevén fuertes beneficios económicos para las empresas, las cuales, han comenzado una estrategia para desinvertir en Europa, y trasladar su producción a terceros países.In recent years, at the European level, Integral cement production factories have adapted to reduce costs, mainly using alternative fuels derived from waste. This adaptation has been possible thanks to the innate conditions of the cement process: high temperatures and residence times, oxidizing atmosphere, alkaline environment; as well as an intense investment program to adapt facilities and processes. However, the economic crisis has come to hit the sector hard, especially in Europe, where the level of built infrastructures is high, so cement sales have fallen considerably, not being necessary many of the installed plants. The increase in the costs of electricity and fuels and above all, the change in the framework of the regulation of the allocation of emission rights, to try to combat the effects of climate change, call for the closure of many Integral plants of cement, which will be installed in developing countries, in which the legislation is not as strict as in Europe, and where the volumes of sale and price of cement, foresee strong economic benefits for companies, which, have started a strategy to divest in Europe, and move its production to third countries.

La destrucción del tejido productivo, debido a estos tres factores conjugados; Aumento de precios de los combustibles y energía eléctrica, aumento de precio por la emisión de gases de efecto Invernadero, caída del volumen de venta de cemento; parecen abocar al sector, al cierre definitivo de sus Instalaciones en Europa.The destruction of the productive tissue, due to these three conjugated factors; Increase in fuel and electricity prices, increase in price due to greenhouse gas emissions, drop in the volume of cement sales; They seem to lead the sector to the definitive closure of its facilities in Europe.

Al mismo tiempo, debido a la presión social y de las administraciones, con la aplicación de leyes más rigurosas de control ambiental, las fábricas han debido realizar fuertes inversiones para controlar sus emisiones: partículas canalizadas (filtros de mangas), SO²(spray dryer), NOx (SCNR), partículas fugitivas (naves, pantallas cortavientos, cierre de cintas,...), equipos de medición en continuo. La preocupación por estos temas relacionados con la salud y el bienestar, no pueden reducir el nivel de exigencia que las Administraciones deben de exigir a la industria, sino que seguramente en los próximos años estas exigencias aumentarán.At the same time, due to social and administrative pressure, with the application of more rigorous environmental control laws, factories have had to make heavy investments to control their emissions: channeled particles (bag filters), SO ² (spray dryer ), NOx (SCNR), fugitive particles (ships, windbreak screens, belt closures, ...), continuous measurement equipment. Concern for these issues related to health and well-being cannot reduce the level of demand that Administrations must demand from the industry, but these demands will surely increase in the coming years.

Por otro lado, las características inherentes al proceso de fabricación de cemento que requiere el manejo de materiales pulverulentos, y las críticas de los grupos ecologistas contra los procesos de valorización de residuos, hacen que las fábricas de cemento sean mal percibidas entre muchos sectores de la población, afectados de una forma u otra por el funcionamiento de estas instalaciones. Sobre todo, de aquellas que no han adaptado sus activos a las nuevas necesidades sociales debido a la falta de rentabilidad, que supuso en los últimos años, una caída importante en el nivel de inversión que era preciso realizar para el mantenimiento adecuado de instalaciones, procesos, equipos y capital humano.On the other hand, the inherent characteristics of the cement manufacturing process that requires the handling of pulverulent materials, and the criticisms of environmental groups against the waste recovery processes, make cement factories are poorly perceived among many sectors of the city. population, affected in one way or another by the operation of these facilities. Above all, of those that have not adapted their assets to the new social needs due to the lack of profitability, which in recent years meant a significant drop in the level of investment that had to be made for the proper maintenance of facilities, processes , teams and human capital.

A pesar de todo, la sociedad moderna plantea retos adicionales a las industrias:Despite everything, modern society poses additional challenges to industries:

- Reducción significativa de la emisión de gases de efecto invernadero para luchar contra el cambio climático,- Significant reduction of greenhouse gas emissions to fight against climate change,

- Mejora en los sistemas de tratamiento de gases contaminantes, a través de sistemas transparentes, debidamente explicados a la ciudadanía,- Improvement in pollutant gas treatment systems, through transparent systems, duly explained to the public,

- Modificación del modelo energético: Aumento en la producción de energía eléctrica para dar servicio al cambio tecnológico que supondrá el paso del motor de combustión al motor eléctrico del parque automovilístico,- Modification of the energy model: Increase in the production of electrical energy to provide service to the technological change that will involve the transition from the combustion engine to the electric motor of the car park,

- Procesos para la gestión de residuos generados,- Processes for the management of waste generated,

- Seguridad y fiabilidad de los sistemas de producción,- Safety and reliability of production systems,

- Preservación de recursos a través de políticas de reciclaje,- Preservation of resources through recycling policies,

- Y también, producción de cemento para la fabricación de hormigón necesario para el mantenimiento y mejora de viviendas e infraestructuras.- And also, production of cement for the manufacture of concrete necessary for the maintenance and improvement of homes and infrastructures.

La industria cementera cuenta con una gran implantación en todo el mundo. Así, mientras que en los países desarrollados que ya no necesitan tanto cemento se produce el cierre de instalaciones, estos mismos países demandan más energía eléctrica y producen más residuos, por lo que se necesitan sistemas para la producción de dicha energía eléctrica y se debe invertir en instalaciones para la gestión adecuada de residuos. Por otro lado, en el resto del mundo, muchos países en vía de desarrollo necesitan la urbanización de sus ciudades, demandando gran cantidad de cemento, lo que obliga a tener unas fábricas en las que se produzca este elemento de construcción de una forma diferente a la que era admisible hasta la fecha, reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero, y de otros contaminantes ambientales para evitar el cambio climático y la contaminación del planeta.The cement industry has a large presence throughout the world. Thus, while in developed countries that no longer need so much cement, facilities are closed, these same countries demand more electrical energy and produce more waste, so systems are needed for the production of such electrical energy and investment must be made. in facilities for proper waste management. On the other hand, in the rest of the world, many developing countries need the urbanization of their cities, demanding a large quantity of cement, which forces them to have factories in which produce this building element in a way different from what was allowed to date, reducing emissions of greenhouse gases, and other environmental pollutants to avoid climate change and pollution of the planet.

Todas las máquinas e instalaciones recogidas en esta patente de invención ya han sido inventadas y existen diferentes instalaciones que las utilizan. Lo que se propone es un modelo de integración diferente al desarrollado por la industria.All the machines and installations included in this invention patent have already been invented and there are different installations that use them. What is proposed is an integration model different from that developed by the industry.

Descripción de la invenciónDescription of the invention

La idea se basa en aprovechar las distintas corrientes de gases calientes de ambos procesos de una forma eficiente, enriqueciéndolo con oxígeno de alta pureza (utilización de equipos de separación N²/O²), inyectando combustible o realizando intercambios de calor para poder elevar la temperatura de las corrientes y ajustarlas a las necesidades de cada fase del proceso de fabricación de clínker o de generación de energía eléctrica. No obstante, se ha intentado independizar los dos procesos para que puedan llegar incluso a funcionar de forma independiente según las circunstancias de cada momento.The idea is based on taking advantage of the different hot gas streams from both processes in an efficient way, enriching it with high purity oxygen (use of N ² / O ² separation equipment), injecting fuel or carrying out heat exchanges in order to increase the temperature of the streams and adjust them to the needs of each phase of the clinker manufacturing process or the generation of electrical energy. However, an attempt has been made to make the two processes independent so that they can even function independently according to the circumstances of each moment.

En primer lugar se debe indicar que, para el proceso de producción de clínker de cemento lo ideal sería contar con una instalación de última generación con 5 o 6 etapas de intercambio, un horno corto, un precalcinador, un bypass de cloro y el resto de las instalaciones habituales propias de los procesos de fabricación de clínker de cemento, pero la ventaja de este proceso es que realmente se puede usar cualquier configuración de horno siempre que se cuente con un enfriador de parrillaFirst of all, it should be noted that, for the cement clinker production process, the ideal would be to have a state-of-the-art installation with 5 or 6 exchange stages, a short furnace, a precalciner, a chlorine bypass and the rest of the the usual facilities of cement clinker manufacturing processes, but the advantage of this process is that you can really use any kiln configuration as long as you have a grate cooler

En el caso ideal: Los precalcinadores pueden proporcionar hasta el 60% del calor necesario para la producción de clínker (factor variable), calor que se aporta muy próximo a la torre de intercambio de ciclones y que se emplea principalmente para el proceso de deshumidificación y descarbonatación de la materia prima. Estos precalcinadores permiten el uso de combustibles alternos derivados de residuos y mejoran la estabilidad de los procesos. El 40% del calor restante se aporta mediante el tradicional quemador de combustibles aplicado a hornos rotatorios destinándose esta energía principalmente al incremento de temperatura necesario para producir la reacción de clinkerización (exotérmica). Para estas dos combustiones se emplea aire caliente procedente del enfriador de clínker denominado aire secundario (empleado para la combustión del combustible introducido a través del quemador del horno rotatorio) y aire terciario (empleado en el precalcinador). En todos los procesos de enfriamiento de clínker, del total del aire aportado para este enfriamiento, siempre se produce un aire sobrante que debe ser filtrado para eliminar el polvo de clínker en suspensión que arrastra, antes de ser expulsado al medio ambiente.In the ideal case: Precalciners can provide up to 60% of the heat required for clinker production (variable factor), heat that is supplied very close to the cyclone exchange tower and is used mainly for the dehumidification and dehumidification process. decarbonization of the raw material. These precalciners allow the use of alternative fuels derived from residues and improve the stability of the processes. 40% of the remaining heat is provided by the traditional fuel burner applied to rotary kilns, this energy being used mainly to increase the temperature necessary to produce the clinkerization reaction (exothermic). For these two combustions, hot air from the clinker cooler called secondary air (used for combustion of the fuel introduced through the rotary kiln burner) and tertiary air (used in the precalciner) are used. In all clinker cooling processes, of the total air supplied for this cooling, there is always an excess air that must be filtered to eliminate the suspended clinker dust that it carries, before being expelled to the environment.

La propuesta consiste en utilizar esa corriente de aire caliente que sobra del proceso de enfriamiento de clínker realizado en el enfriador para proceder a la generación de energía eléctrica en una caldera apropiada, para posteriormente proceder al secado de la biomasa o de cualquier otro combustible húmedo, que será utilizada como combustible en la caldera o el horno de clínker (si fuera necesario se podría inyectar algún tipo de combustible noble (biogás o gas natural) para compensar las necesidades de calor).The proposal consists of using that stream of hot air that is left over from the clinker cooling process carried out in the cooler to proceed to the generation of electrical energy in an appropriate boiler, to later proceed to the drying of the biomass or any other wet fuel, which will be used as fuel in the boiler or clinker furnace (if necessary, some kind of noble fuel (biogas or natural gas) could be injected to compensate for the heat needs).

Para la producción de energía eléctrica se usa el aire sobrante que puede alcanzar una temperatura en torno a los 450°C. La cantidad de aire a enviar a la caldera debería ser la más alta posible, restando la mínima imprescindible que se debe reservar para el proceso de clinkerización (aires secundarios y terciarios), por lo que pudiera ser interesante mezclar el aire de refrigeración con oxígeno de alta pureza (88%), hasta alcanzar una mezcla de oxígeno en el aire del 30%, con el objetivo de tener más oxígeno disponible también en el horno y poder enviar más cantidad de aire caliente, lo más enriquecido en oxígeno que sea posible, a la caldera para aumentar la energía eléctrica producida. La caldera debería ser preferentemente, de lecho fluidizado o de cualquier otra tecnología que resulte eficiente para la combustión de biomasa, o de otros combustibles que pudieran estar disponibles, con el objetivo de generar la temperatura suficiente para recalentar el vapor que movería una turbina de vapor para la generación de energía eléctrica. El proceso de generación de energía eléctrica está basado en un ciclo Rankine con turbina de vapor por tratarse de un esquema sencillo y robusto, pero es posible pensar en otros modelos y procesos de generación de Energía Eléctrica más eficientes. Las cenizas de la caldera pueden ser utilizadas como adición para el cemento o bien mezcladas con el crudo para volver a ser calcinadas, en función de las propiedades de las cenizas.Surplus air is used for the production of electrical energy , which can reach a temperature of around 450 ° C. The amount of air to be sent to the boiler should be the highest possible, subtracting the minimum essential that must be reserved for the clinkerization process (secondary and tertiary airs), so it could be interesting to mix the cooling air with oxygen from high purity (88%), until reaching an oxygen mixture in the 30% air, in order to have more oxygen available also in the furnace and to be able to send more quantity of hot air, as enriched in oxygen as possible, to the boiler to increase the electrical energy produced. The boiler should preferably be a fluidized bed or any other technology that is efficient for the combustion of biomass, or other fuels that may be available, in order to generate sufficient temperature to reheat the steam that would drive a steam turbine. for the generation of electrical energy. The electric power generation process is based on a Rankine cycle with steam turbine as it is a simple and robust scheme, but it is possible to think of other more efficient Electric Power generation models and processes. The ashes from the boiler can be used as an addition to the cement or mixed with the crude oil to be calcined again, depending on the properties of the ashes.

Para la posterior operación de secado, además del quemador para la inyección del combustible, se prevé el uso de un trómel giratorio, un sistema de secado mediante ciclones, o cualquier otro sistema de secado de sólidos de suficiente eficiencia. Gracias a este proceso, tendremos un combustible abundante, al que le hemos quitado gran parte de la humedad, por lo que su Poder Calorífico Inferior (en base húmeda), sería considerablemente mayor.For the subsequent drying operation , in addition to the burner for fuel injection, the use of a rotating trommel, a cyclone drying system, or any other solid drying system of sufficient efficiency is envisaged. Thanks to this process, we will have abundant fuel, from which we have removed a large part of the moisture, so its Lower Calorific Power (on a wet basis) would be considerably higher.

Los gases húmedos y a menor temperatura que salen del secadero, con los contaminantes del proceso de combustión de la caldera y las partículas sólidas con clínker, cenizas o biomasa que pudieran arrastrar, se utilizarán para el enfriamiento de los gases calientes del bypass de eliminación de cloro, instalación que suele ser necesaria para el buen funcionamiento del proceso cementero, sobre todo en aquellas instalaciones que consumen gran cantidad de combustibles derivados de residuos o cuyas materias primas contienen contenidos elevados de este elemento.The humid and lower temperature gases that come out of the dryer, with the pollutants from the boiler combustion process and the solid particles with clinker, ash or biomass that could be entrained, will be used to cool the hot gases from the chlorine elimination bypass. , an installation that is usually necessary for the proper functioning of the cement process, especially in those facilities that consume a large amount of fuels derived from waste or whose raw materials contain high contents of this element.

Este proceso de quenching presenta dos ventajas, por un lado se está usando una corriente fría cargada de contaminantes para enfriar los gases de bypass, pero por otro lado, gracias a la unión del gas frío con la corriente del bypass cargado de crudo, estamos posibilitando la depuración de los gases de la caldera haciéndolo pasar por un gas cargado con partículas con gran capacidad de captación de elementos contaminantes como es el crudo de los procesos cementeros, y todo ello empleando un solo filtro (preferentemente de mangas) para la depuración posterior de partículas. Si fuera preciso aumentar la cantidad de crudo para la captación de gases contaminantes, se piensa que podría ser adecuado el uso del crudo captado en el filtro de salida de los gases del horno de clínker (CKD = Clinker Kiln Dust).This quenching process has two advantages: on the one hand, a cold stream loaded with pollutants is being used to cool the bypass gases, but on the other hand, thanks to the union of the cold gas with the crude loaded bypass stream, we are making it possible the purification of the gases from the boiler making it pass through a gas loaded with particles with a great capacity to capture polluting elements such as crude oil from cement processes, and all this using a single filter (preferably sleeves) for the subsequent purification of particles. If it were necessary to increase the amount of crude oil to capture polluting gases, it is thought that the use of crude captured in the clinker kiln gas outlet filter (CKD = Clinker Kiln Dust) could be appropriate.

Este bypass es necesario instalarlo para reducir el contenido en cloro del previsible fenómeno de recirculación de cloro, que eleva los niveles de cloro llevando a la formación de pegaduras y a la parada del proceso industrial de fabricación de clínker, sobre todo cuando las entradas de cloro son muy cuantiosas procedentes de la materia prima o de los combustibles, lo cual es previsible en sistemas de producción en los que se emplean un mayor contenido de combustibles derivados de residuos.This bypass must be installed to reduce the chlorine content of the foreseeable chlorine recirculation phenomenon, which raises chlorine levels leading to the formation of sticking and the stop of the industrial clinker manufacturing process, especially when chlorine inputs are very large amounts from raw material or fuels, which is foreseeable in production systems that use a higher content of fuels derived from residues.

El proceso Rankine con vapor sobrecalentado de generación de Energía Eléctrica es un sistema habitualmente instalado, consistente en una bomba que eleva la presión de agua, unos conductos que llevan el agua a presión a recuperadores, economizadores y otros tipos de intercambiadores de calor para aumentar la temperatura del agua, la cual se eleva de forma definitiva en la propia caldera de biomasa hasta valores de temperatura y presión que la convierten en vapor recalentado. Este vapor recalentado mueve a una turbina que genera la energía eléctrica, expandiéndose y enfriándose a valores menores hasta llegar al condensador en el que se refrigera con agua y aire frío para pasar de nuevo el agua a las condiciones iniciales de la bomba que elevaba la presión, cerrándose de esta forma el ciclo.The Rankine process with superheated steam for the generation of Electric Power is a system usually installed, consisting of a pump that raises the water pressure, some pipes that take the water under pressure to recuperators, economizers and other types of heat exchangers to increase the water temperature, which is permanently raised in the biomass boiler itself to temperature and pressure values that convert it into superheated steam. This superheated steam drives a turbine that generates electrical energy, expanding and cooling to lower values until it reaches the condenser. in which it is cooled with water and cold air to return the water to the initial conditions of the pump that raised the pressure, thus closing the cycle.

Como se ha comentado con anterioridad, otra corriente de gases del proceso cementero aprovechable en el proceso de generación de energía eléctrica, además del ya mencionado del uso del aire cuaternario en la caldera de biomasa, es el empleo de gases calientes de salida de chimenea del sistema horno-molino de crudo, gases limpios ya filtrados y depurados que salen por la chimenea a una temperatura superior a 170°C. Estos gases podrían ser incluso recalentados mediante el intercambio adecuado de calor con otras corrientes del proceso. La función de esos gases calientes sería para ayudar a elevar la temperatura del circuito cerrado de vapor, reduciendo la cantidad de biomasa que es preciso inyectar en la caldera para conseguir el grado de calentamiento necesario para producir la Energía Eléctrica prevista. La fracción de estos gases de chimenea utilizados en la caldera pueden ser enviados a la atmósfera sin problema ya que no han sufrido ningún tipo de mezcla posterior que los pudiera contaminar. Hay que valorar si este uso resulta económicamente rentable.As mentioned previously, another stream of gases from the cement process that can be used in the electric power generation process, in addition to the already mentioned use of quaternary air in the biomass boiler, is the use of hot gases from the chimney outlet. crude furnace-mill system, clean gases already filtered and purified that come out through the chimney at a temperature higher than 170 ° C. These gases could even be reheated by proper heat exchange with other process streams. The function of these hot gases would be to help raise the temperature of the closed steam circuit, reducing the amount of biomass that must be injected into the boiler to achieve the degree of heating necessary to produce the planned Electric Power. The fraction of these flue gases used in the boiler can be sent to the atmosphere without problem since they have not undergone any type of subsequent mixing that could contaminate them. It is necessary to assess whether this use is economically profitable.

Como se puede observar en el croquis adjunto, todos los gases de combustión de la salida de la caldera se aprovechan y se depuran en el proceso de fabricación de clínker de cemento bien a través del quenching / filtro del bypass bien directamente en la torre de acondicionamiento de gases / filtro del sistema horno - molino de crudo, por lo que se reduce la necesidad de inversiones adicionales para la construcción de sistemas depuración de gases de combustión, distintos a los ya existentes en una planta de cemento.As can be seen in the attached sketch, all the combustion gases from the boiler outlet are used and purified in the cement clinker manufacturing process either through the bypass quenching / filter or directly in the conditioning tower. of gases / filter of the furnace - crude mill system, thus reducing the need for additional investments for the construction of combustion gas purification systems, different from those already existing in a cement plant.

En todo este proceso descrito, existe un inconveniente que hay que considerar, y esto es el polvo del bypass los cuales deben ser procesados de algún modo para buscarles un destino final. Una opción puede ser como base para suelos de hormigón o mezclado con otros elementos poder producir un tecnosuelo que pudiera ser utilizado en restauración de canteras.In all this process described, there is a drawback that must be considered, and this is the bypass powder, which must be processed in some way to find a final destination. One option can be as a base for concrete floors or mixed with other elements to be able to produce a technosoil that could be used in quarry restoration.

Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings

Para la mejor comprensión de cuanto se ha descrito en la presente memoria, se acompañan unos dibujos en los que, tan sólo a título de ejemplo, se representa el concepto básico de funcionamiento y disposición del proceso, así como de los distintos elementos auxiliares que podrían añadirse para la optimización de este.For a better understanding of what has been described in the present specification, some drawings are attached in which, just by way of example, the basic concept of operation and arrangement of the process is represented, as well as the different auxiliary elements that could be added for optimization of this.

En la figura 1 se representa un precalcinador ensamblado a la torre de intercambio y al horno de clínker habituales de los procesos de producción de clínker de cemento vía seca con cinco etapas. Existen numerosas modificaciones a este diseño básico, pero en esencia se trata de una cámara de combustión en la que se mezcla aire con el combustible para poder calcinar el crudo que baja en contracorriente, saliendo posteriormente los gases hacia los ciclones en los que se prosigue el calentamiento de la mezcla de material calizo previamente molido al contacto con la corriente de gases calentados en el horno y el precalcinador. Figure 1 shows a precalciner assembled to the exchange tower and clinker kiln common to dry cement clinker production processes with five stages. There are numerous modifications to this basic design, but in essence it is a combustion chamber in which air is mixed with the fuel in order to be able to calcine the crude that goes down in a countercurrent, subsequently leaving the gases towards the cyclones in which the fuel continues. heating of the mixture of limestone material previously ground in contact with the stream of gases heated in the furnace and the precalciner.

En la figura 2 se representa un circuito Rankine T/S con recalentamiento para generación de energía eléctrica. En el dibujo, los diferentes tramos de las curvas están asociados a unos números que corresponden con los números del proceso del circuito cerrado del proceso agua - vapor según el croquis de la figura 6. Figure 2 represents a Rankine T / S circuit with superheat for generating electrical energy. In the drawing, the different sections of the curves are associated with numbers that correspond to the process numbers of the closed circuit of the water-steam process according to the sketch in figure 6.

En la figura 3 se representa un secadero de biomasa tipo trómel y en la figura 4 otro secadero tipo ciclónico. Figure 3 represents a trommel type biomass dryer and in Figure 4 another cyclone type dryer.

En la figura 5 se representa el croquis de una fábrica integral de cemento; adicionalmente se incluyen equipos opcionales que se instalan en algunas fábricas de cemento como es la inyección de oxígeno (oxicombustión) o la presencia de un bypass de cloro. Figure 5 shows the sketch of an integral cement factory; additionally, optional equipment is included that are installed in some cement factories, such as oxygen injection (oxy-fuel) or the presence of a chlorine bypass.

En la figura 6 se representa el croquis de la integración de una fábrica integral de cemento con todos los equipos auxiliares junto a una caldera de biomasa. Figure 6 represents the sketch of the integration of an integral cement factory with all the auxiliary equipment together with a biomass boiler.

Las tuberías de gases y líquidos y los fluidores, cintas, elevadores u otros equipos empleados para el movimiento de sólidos que conectan los equipos de los croquis de las figuras 5 y 6, por los que circulan los distintos tipos de materiales del proceso cementero se representan atendiendo al siguiente código:The gas and liquid pipes and the fluids, belts, elevators or other equipment used for the movement of solids that connect the equipment in the sketches of figures 5 and 6, through which the different types of materials of the cement process circulate, are represented attending to the following code:

- Las líneas continuas corresponden a flujos de gases/aire/oxígeno.- Solid lines correspond to gas / air / oxygen flows.

- Las líneas punteadas corresponden a flujos de agua/vapor.- The dotted lines correspond to water / steam flows.

- Las líneas compuestas por raya y punto corresponden a flujos de materias sólidas:- The lines made up of a dash and a dot correspond to flows of solid materials:

materias primas, crudo, clínker, polvo CKD o polvo del Bypass.raw materials, crude, clinker, CKD powder or bypass powder.

- Las líneas compuestas por raya y dos puntos corresponden al flujo de combustibles. - The lines made up of a dash and a colon correspond to the flow of fuels.

Descripción de una realización preferidaDescription of a preferred embodiment

Las formas para aplicar este modelo pueden variar dependiendo de las diversas configuraciones de la fábrica de cemento concreta y del proceso de generación de energía eléctrica que se aplique y del nivel de inversión que se desee acometer para reformar una instalación existente.The ways to apply this model may vary depending on the different configurations of the concrete cement factory and the electric power generation process that is applied and the level of investment that is desired to be undertaken to reform an existing installation.

En general, se debe considerar que todos los procesos cementeros constan de una entrada de materias primas (3000), las entradas de combustibles (1000) y una salida de cemento para su expedición (2000). En caso de instalar una cogeneración se debe considerar adicionalmente la entrada de combustible (4000) a la caldera de biomasa (52).In general, it should be considered that all cement processes consist of a raw material input (3000), fuel inputs (1000) and a cement output for dispatch (2000). In case of installing a cogeneration, the fuel input (4000) to the biomass boiler (52) must also be considered.

La forma ideal de proceder sería la construcción de una fábrica nueva que estaría compuesta por los siguientes elementos adicionales a las estructuras habituales de las fábricas de producción de clínker de cemento:The ideal way to proceed would be the construction of a new factory that would be composed of the following additional elements to the usual structures of cement clinker factories:

Modificaciones en la línea de fabricación de clínker de cemento:Modifications in the cement clinker manufacturing line:

La línea de fabricación de clínker puede ser cualquier línea de producción habitualmente instalada en el mundo. Lo más habitual sería que contuviera los elementos descritos en la figura 5 (el modelo, número y tamaño de cada equipo instalado depende del grado de innovación de cada instalación):The clinker manufacturing line can be any production line commonly installed in the world. The most common would be for it to contain the elements described in figure 5 (the model, number and size of each installed equipment depends on the degree of innovation of each installation):

(1) Enfriador de clínker: El clínker caliente (1.450°C) que cae a este equipo procedente del horno (2), se enfría con aire atmosférico aportado por unos ventiladores. Los gases calientes generados en el proceso de enfriamiento se usan como aire secundario para la combustión del combustible (1000) utilizado en el propio horno (2) o el precalcinador (3). El aire que sobra se lleva al filtro (10) gracias a la depresión generada en el circuito por ventiladores situados adecuadamente a lo largo del proceso.(1) Clinker cooler: The hot clinker (1,450 ° C) that falls into this equipment from the kiln (2) is cooled with atmospheric air supplied by fans. The hot gases generated in the cooling process are used as secondary air for the combustion of the fuel (1000) used in the furnace itself (2) or the precalciner (3). The excess air is taken to the filter (10) thanks to the depression generated in the circuit by fans located appropriately throughout the process.

(2) Horno de clínker: En este equipo el crudo (materia prima mezclada y molida) procedente de la torre de intercambio (4), alcanza la temperatura necesaria para que se produzcan las reacciones de clinkerización (~ 1.450°C). Parte del aire caliente producido en el enfriador (1) (1.100°C) se usa como aire secundario para la combustión de diferentes tipos de combustibles alimentados a través de un quemador apropiado existente. Al aire de ese quemador es posible inyectarle oxígeno a través de una instalación de producción de oxígeno (15) para enriquecer la mezcla y reducir la cantidad de aire necesaria para la combustión.(2) Clinker furnace: In this equipment, the crude (mixed and ground raw material) from the exchange tower (4) reaches the necessary temperature for clinker reactions to take place (~ 1,450 ° C). Part of the hot air produced in the cooler (1) (1,100 ° C) is used as secondary air for the combustion of different types of fuels fed through an appropriate burner existing. The air from this burner can be injected with oxygen through an oxygen production facility (15) to enrich the mixture and reduce the amount of air required for combustion.

(3) Precalcinador: Elemento en el que se realiza una combustión adicional, reduciendo la combustión que se realiza en el horno (2). Se logra reducir la carga térmica de la combustión del quemador del horno (menos NOx), combustionar otro tipo de combustibles, reducir las pérdidas de calor en el horno, así como le proporciona estabilidad al todo el proceso de producción. El calor generado en el precalcinador se emplea en la descarbonataclón de la caliza y la deshumidificación, produciéndose la unión de las corrientes de gases calientes generados en el precalcinador con el crudo procedente de la torre de intercambio de calor (4). Para la combustión del combustible aportado se utiliza como aire terciario aire caliente procedente del enfriador (1). También se puede usar aire enriquecido con oxígeno. Cuanto más moderna sea la línea en la que aplicar la invención se puede mejorar la eficiencia del sistema, por lo que es recomendable la instalación de este precalcinador anexo a la torre de intercambio de calor (4), si bien este elemento no resulta imprescindible. La cantidad de combustible a inyectar en el precalcinador debe ser la adecuada para propiciar la combustión completa de todo el combustible atendiendo a la cantidad de oxígeno realmente disponible, asegurando un tiempo de residencia adecuado a alta temperatura a todos los gases de combustión para la destrucción de dioxinas y furanos (T>850°C durante más de 2”).(3) Precalciner: Element in which additional combustion is carried out, reducing the combustion that takes place in the furnace (2). It is possible to reduce the thermal load of the combustion of the furnace burner (less NOx), to burn other types of fuels, to reduce heat losses in the furnace, as well as to provide stability to the entire production process. The heat generated in the precalciner is used in limestone decarbonization and dehumidification, producing the union of the hot gas streams generated in the precalciner with the crude coming from the heat exchange tower (4). For the combustion of the supplied fuel, hot air from the cooler (1) is used as tertiary air. Oxygen enriched air can also be used. The more modern the line in which to apply the invention, the efficiency of the system can be improved, so it is advisable to install this precalciner attached to the heat exchange tower (4), although this element is not essential. The amount of fuel to be injected into the precalciner must be adequate to promote the complete combustion of all the fuel, taking into account the amount of oxygen actually available, ensuring an adequate residence time at high temperature for all the combustion gases for the destruction of dioxins and furans (T> 850 ° C for more than 2 ”).

(4) Torre de intercambio de calor: Existen una gran variedad de diseños. En general se trata de una serie de ciclones en los que se produce el intercambio de calor a contracorriente entre el crudo descendente dosificado convenientemente en los ciclones superiores de la torre de intercambio procedente del silo de crudo (5), con el calor ascendente de los gases de combustión procedente del horno (2) y del precalcinador (3). En este equipo se eleva la temperatura de la materia prima hasta aproximadamente 900°C, produciéndose la descarbonatación de la caliza.(4) Heat exchange tower: There are a great variety of designs. In general, it is a series of cyclones in which countercurrent heat exchange occurs between the descending crude oil conveniently dosed in the upper cyclones of the exchange tower from the crude silo (5), with the rising heat of the Combustion gases from the furnace (2) and the precalciner (3). In this equipment the temperature of the raw material is raised to approximately 900 ° C, producing the decarbonization of the limestone.

(5) Silo de crudo: Para almacenar y terminar de homogeneizar la materia prima finamente molida procedente del molino de crudo (7) para su posterior dosificación al sistema a través de la torre de intercambio de calor (4) según el nivel de producción que se fije. (6) Torre de acondicionamiento de gases: Equipo necesario para bajar la temperatura de gases de salida de la torre de intercambio de calor (4), antes de pasar al filtro (8) en el caso de que el molino de crudo (7) esté parado.(5) Crude silo: To store and finish homogenizing the finely ground raw material from the crude mill (7) for subsequent dosing to the system through the heat exchange tower (4) according to the level of production that be fixed. (6) Gas conditioning tower: Equipment necessary to lower the temperature of the exit gases from the heat exchange tower (4), before passing to the filter (8) in the event that the crude mill (7) stand still.

(7) Molino de crudo: Equipo necesario para mezclar, secar y moler los distintos tipos de materias primas (3000) que se unen para conformar un material fino o crudo con la composición necesaria para almacenar en el silo de crudo (5) antes de su alimentación al resto del proceso.(7) Crude mill: Equipment necessary to mix, dry and grind the different types of raw materials (3000) that are joined to form a fine or raw material with the necessary composition to be stored in the crude silo (5) before your feeding to the rest of the process.

(8) Filtro final de línea del sistema horno - molino de crudo: Filtro para eliminar partículas que acompañan a la corriente de gases de salida procedente de la torre de acondicionamiento de gases (6) o del molino de crudo (7). Las partículas finas captadas, denominadas CKD, se suelen almacenar en el silo de crudo (5), aunque es posible también enviarlas al molino de cemento (13).(8) End-of-line filter of the furnace - crude mill system: Filter to remove particles that accompany the exhaust gas stream from the gas conditioning tower (6) or the crude mill (7). The fine particles captured, called CKD, are usually stored in the crude silo (5), although it is also possible to send them to the cement mill (13).

(9) Chimenea: Para emitir y difundir los gases de salida del proceso de combustión tras ser eliminadas las partículas por el filtro (8).(9) Chimney: To emit and diffuse the exhaust gases of the combustion process after the particles are eliminated by the filter (8).

(10) Filtro final de línea del proceso de enfriamiento de clínker: Filtro para eliminar partículas que acompañan a la corriente de aire de salida del enfriador de clínker (1) que no se ha empleado como aire secundario en el horno (2) o terciario en el precalcinador (3). Las partículas finas captadas se envían a la nave de clínker (12). El filtro puede incluir un sistema de refrigeración de aire para bajar la temperatura del aire del enfriador de clínker (1) con el objeto de proteger las mangas del filtro. A la salida de este filtro existe un ventilador que tira de los gases para mantener la presión en la cabeza del horno en torno a 1 atm. (10) End-of-line filter for the clinker cooling process: Filter to remove particles that accompany the outlet air stream from the clinker cooler (1) that has not been used as secondary air in the kiln (2) or tertiary in the precalciner (3). The collected fine particles are sent to the clinker house (12). The filter may include an air cooling system to lower the air temperature of the clinker cooler (1) in order to protect the filter sleeves. At the outlet of this filter there is a fan that pulls the gases to maintain the pressure in the furnace head at around 1 atm.

(11) Chimenea: Para emitir y difundir los aires excedentes de salida del proceso de enfriamiento de clínker (1).(11) Chimney: To emit and diffuse the excess air from the clinker cooling process (1).

(12) Nave de clínker: Almacenamiento del clínker formado en el horno (2) tras ser enfriado en el enfriador de clínker (3), así como el clínker fino recogido en el filtro (10).(12) Clinker shed: Storage of the clinker formed in the kiln (2) after being cooled in the clinker cooler (3), as well as the fine clinker collected in the filter (10).

(13) Molino de cemento: Equipo necesario para moler el clínker acumulado en la nave de clínker (12) con yeso y otros materiales (cenizas volantes, escoria de horno alto, CKD, etc.) para conformar los distintos tipos de cementos (2000) que se producen en la planta.(13) Cement mill: Equipment necessary to grind the clinker accumulated in the clinker shed (12) with gypsum and other materials (fly ash, blast furnace slag, CKD, etc.) to form the different types of cements (2000 ) that are produced in the plant.

(14) Silos, ensacadoras y otros sistemas de expedición: Para almacenar en distintos formatos los cementos producidos en el molino de cemento (13) hasta su venta.(14) Silos, bagging machines and other dispatch systems: To store the cements produced in the cement mill in different formats (13) until they are sold.

A esta configuración básica, se pueden añadir otras instalaciones propias de fábricas de cementos con mejoras tecnológicas:To this basic configuration, other facilities typical of cement factories with technological improvements can be added:

(15) Equipo de producción de oxígeno: Para producir oxígeno puro (80% aproximadamente), para mezclar con el aire de combustión (alrededor del 30%) y reducir la cantidad de aire necesario para la combustión en el quemador (2) y en el precalcinador (3) con el objeto de aumentar la producción del horno. Como consecuencia se dispone de más aire caliente en el filtro (10). Los equipos de separación O2/N2 constan de: compresor, sistemas de limpieza del aire, acumulador de aire comprimido, separador de membranas, calderín de O2. En ocasiones puede ser rentable la instalación de tanques suministradores de oxígeno líquido producido mediante equipos criogénicos.(15) Oxygen production equipment: To produce pure oxygen (about 80%), to mix with the combustion air (about 30%) and reduce the amount of air required for combustion in the burner (2) and in the precalciner (3) in order to increase the production of the kiln. As a consequence, more hot air is available in the filter (10). The O2 / N2 separation equipment consists of: compressor, air cleaning systems, compressed air accumulator, membrane separator, O2 boiler. Sometimes the installation of liquid oxygen supply tanks produced by cryogenic equipment can be profitable.

(16) Quenching: Equipo de enfriamiento de gases muy calientes (900°C) y habitualmente muy ricos en cloro, procedentes de la salida del horno (2) en su unión con la torre de intercambio de calor (4), con el objetivo de purgar al sistema de la presencia de cloro, elemento en el que se va enriqueciendo el proceso debido a fenómenos de recirculación, y que termina provocando problemas de pegaduras en la torre de intercambio de calor (4). Para el enfriamiento de estos gases se emplea aire ambiental. (17) Filtro del bypass de cloro: Filtro para eliminar partículas ricas en cloro que acompañan a la corriente de gases de salida del quenching (16). Estas partículas finas se envían a vertedero, aunque existen otras opciones que se pueden aplicar para su tratamiento e integración en el ecosistema. El quenching (16) y el filtro (17) no son imprescindibles para los procesos de producción de clínker, si bien, debido a la gran cantidad de combustibles derivados de residuos con alto contenido en cloro que se utilizan, con objeto de evitar los problemas de los fenómenos de recirculación de cloro (pegaduras y atranques), es un elemento muy útil que será cada vez más necesario proceder a su instalación ya que es una solución muy efectiva para el control de pegaduras y atranques.(16) Quenching: Equipment for cooling very hot gases (900 ° C) and usually very rich in chlorine, coming from the oven outlet (2) at its junction with the heat exchange tower (4), with the aim to purge the system of the presence of chlorine, an element in which the process is enriched due to recirculation phenomena, and which ends up causing sticking problems in the heat exchange tower (4). Ambient air is used to cool these gases. (17) Chlorine bypass filter: Filter to remove chlorine-rich particles that accompany the quenching exhaust gas stream (16). These fine particles are sent to landfill, although there are other options that can be applied for their treatment and integration into the ecosystem. The quenching (16) and the filter (17) are not essential for clinker production processes, although, due to the large amount of fuels derived from waste with a high chlorine content that are used, in order to avoid problems of chlorine recirculation phenomena (sticking and blockage), it is a very useful element that will be increasingly necessary to install as it is a very effective solution for sticking and blockage control.

A este sistema de producción de clínker de cemento se le pueden hacer las mejoras que se plantean en este documento para las que se pide su reconocimiento como patente de invención.The improvements proposed in this document can be made to this cement clinker production system, for which it is requested to be recognized as an invention patent.

Generación de energía eléctrica:Electric power generation:

Los procesos de generación de energía eléctrica tienen una gran variedad de posibles configuraciones que mejoran los rendimientos con el objetivo de producir la mayor cantidad de energía eléctrica posible. Hasta la fecha, el aprovechamiento de los gases calientes producidos en cementeras se ha desarrollado en muchas instalaciones a nivel mundial mediante instalaciones de recuperación de la energía ya incluida en los gases calientes que salen por chimenea o en otras zonas del proceso con alta temperatura sin ningún tipo de recalentamiento de los gases.Electric power generation processes have a wide variety of possible configurations that improve performance in order to produce as much electrical power as possible. To date, the use of hot gases produced in cement plants has been developed in many facilities worldwide by means of energy recovery facilities already included in the hot gases that come out from chimney or in other areas of the process with high temperatures without any type of overheating of the gases.

Lo que en este documento se propone es la inclusión de una caldera de biomasa (también podrían usarse otros combustibles) para la realización de un ciclo Rankine con recalentamiento para la producción de una cantidad sustancial de energía eléctrica (en función de la biomasa disponible) con mejores rendimientos. La integración de ambos procesos aumenta el rendimiento de las calderas de biomasa entre un 5 y un 10% dependiendo de la cantidad de aire caliente disponible procedente del enfriador de clínker (1).What is proposed in this document is the inclusion of a biomass boiler (other fuels could also be used) for the realization of a Rankine cycle with reheating for the production of a substantial amount of electrical energy (depending on the available biomass) with better returns. The integration of both processes increases the performance of biomass boilers by between 5 and 10% depending on the amount of hot air available from the clinker cooler (1).

La integración con el proceso de fabricación de clínker, se realizará según el croquis propuesto en la figura 6:The integration with the clinker manufacturing process will be carried out according to the sketch proposed in figure 6:

(50) Ciclones de alta eficiencia: El aire caliente excedente producido en el enfriador de clínker (1) a unos 450°C, se conduce mediante tuberías a un conjunto de ciclones de alta eficiencia para eliminar el 80% de las partículas de clínker que transporta el aire de salida del enfriador. Con esta configuración desaparece el filtro del enfriador de clínker (10). Si se enriquece el aire con oxígeno puro la cantidad de aire caliente que salen del enfriador y no se destinan al proceso de fabricación de clínker como aire secundario o terciario es considerablemente mayor, lo que mejora el rendimiento eléctrico de la instalación de cogeneración al aumentar la cantidad de aire caliente disponible.(50) High-efficiency cyclones: The excess hot air produced in the clinker cooler (1) at around 450 ° C, is piped to a set of high-efficiency cyclones to remove 80% of the clinker particles that carries the exhaust air from the cooler. With this configuration, the clinker cooler filter (10) disappears. If the air is enriched with pure oxygen, the amount of hot air that leaves the cooler and is not destined for the clinker manufacturing process as secondary or tertiary air is considerably higher, which improves the electrical performance of the cogeneration installation by increasing the amount of hot air available.

(51) Ventilador que permite mantener la presión en la cabeza del horno en torno a 1 atm, conectado mediante tuberías a la salida de los ciclones de alta eficiencia (50). Este ventilador sustituye al ventilador situado en el filtro (10) compartiendo su función. Asimismo, es posible utilizarlo para mezclar el aire caliente con el oxígeno puro (al 80%) procedente de la instalación de producción de oxígeno (15) para compensar el déficit de oxígeno de los gases procedentes de la recirculación de gases de salida que vienen del economizador (53) a unos 350°C, con objeto de aumentar el caudal de biomasa que se puede utilizar y por lo tanto la potencia eléctrica del sistema.(51) Fan that allows the pressure in the furnace head to be maintained at around 1 atm, connected by pipes to the outlet of the high-efficiency cyclones (50). This fan replaces the fan located in the filter (10) sharing its function. Likewise, it is possible to use it to mix the hot air with the pure oxygen (80%) from the oxygen production installation (15) to compensate for the oxygen deficit of the gases from the recirculation of exhaust gases that come from the economizer (53) at about 350 ° C, in order to increase the biomass flow that can be used and therefore the electrical power of the system.

(52) Caldera de biomasa, de lecho fluido u otra tecnología adecuada para la combustión de la biomasa inyectada junto con el aire procedente del ventilador (51) con un exceso de oxígeno suficientemente elevado sobre el estequiométrico necesario para asegurar la combustión completa de todo el combustible (4-6% oxígeno). Las cenizas de la caldera pueden enviarse al molino de crudo (7) o al molino de cemento (13), para ser incorporada al crudo o al cemento en la dosis adecuada.(52) Biomass boiler, fluid bed or other suitable technology for the combustion of the biomass injected together with the air coming from the fan (51) with an excess of oxygen sufficiently high over the stoichiometric necessary to ensure the complete combustion of all the fuel (4-6% oxygen). The ashes from the boiler can be sent to the crude mill (7) or to the cement mill (13), to be incorporated into the crude oil or cement in the appropriate dose.

(53) Economizador: Intercambiador de calor para aprovechar la energía de los gases de salida de la caldera (52) (temperatura de salida 350-450°C). Parte de los gases de la salida de este equipo vuelven a la caldera (52) mezclados con oxígeno puro del equipo de producción de oxígeno (15) y aire del enfriador (1) para la combustión completa de la biomasa. La regulación de los caudales se realiza mediante compuertas.(53) Economizer: Heat exchanger to take advantage of the energy of the flue gases of the boiler (52) (outlet temperature 350-450 ° C). Part of the gases from the outlet of this equipment return to the boiler (52) mixed with pure oxygen from the oxygen production equipment (15) and air from the cooler (1) for the complete combustion of the biomass. The regulation of the flows is carried out by means of gates.

(54) Recuperador: Intercambiador de calor adicional para aprovechar la energía de los gases tras el economizador (53) (temperatura de salida 100- 200°C).(54) Recuperator: Additional heat exchanger to take advantage of the energy of the gases after the economizer (53) (outlet temperature 100-200 ° C).

(55) Secadero de biomasa: Los gases de salida del recuperador (54) a una temperatura entre 100 - 200°C, se usan para bajar la humedad de la biomasa que posteriormente se emplea como combustible. En ocasiones puede ser necesario emplear algún tipo de combustible para aumentar la temperatura y secar biomasas muy húmedas. Se puede utilizar secadero de biomasa tipo trómel rotatorio (figura 3), mediante ciclones tipo flash (figura 4) u otro tipo de secadero similar. Una posibilidad adicional consiste en eliminar la torre de acondicionamiento de gases (6) aumentando la calidad de las mangas del filtro del sistema horno-molino de crudo (8) para que puedan soportar temperaturas superiores a 360°C, logrando un gas caliente utilizable para el secado de la biomasa. Los gases de salida del secadero de biomasa se envían al quenching (16). Si es necesario se añade aire ambiental para bajar la temperatura. De no existir el bypass para eliminar cloro, podría utilizarse un equipo similar a torre de acondicionamiento de gases (6) del proceso estándar de producción de Clínker convertido en spray-dryer. Se consigue de esta forma utilizar instalaciones ya existentes para depurar los gases de salida de la caldera y el secadero y evitar su construcción. Para mejorar la depuración de los gases de salida en el spray-dryer o en el quenching, es posible que sea necesario añadir caliza húmeda (puede ser CKD procedente del filtro (8)) o carbón activo.(55) Biomass dryer: Exhaust gases from the recuperator (54) at a temperature between 100 - 200 ° C, are used to lower the humidity of the biomass that is subsequently used as fuel. Sometimes it may be necessary to use some type of fuel to increase the temperature and dry very humid biomass. A rotary trommel type biomass dryer can be used (figure 3), using flash cyclones (figure 4) or another similar type of dryer. An additional possibility consists of eliminating the gas conditioning tower (6), increasing the quality of the filter bags of the crude oil mill system (8) so that they can withstand temperatures above 360 ° C, achieving a usable hot gas for drying of biomass. The exit gases from the biomass dryer are sent to quenching (16). If necessary, ambient air is added to lower the temperature. If there is no bypass to remove chlorine, an equipment similar to a gas conditioning tower (6) from the standard Clinker production process could be used, converted into a spray-dryer. In this way, it is possible to use existing facilities to purify the exhaust gases from the boiler and the dryer and avoid their construction. To improve the purification of the exhaust gases in the spray-dryer or in the quenching, it may be necessary to add wet limestone (it can be CKD from the filter (8)) or activated carbon.

(56) Filtro final de línea: La salida de gases del secadero de biomasa (56) depurados por un spray-dryer o tras pasar por el quenching (16) en caso de que exista, se dirige a un filtro de final de línea para separar los sólidos transportados de la corriente de gases. Este filtro sustituye a los filtros (10) y (17) del proceso estándar de fabricación de clínker. El polvo captado en ese filtro debe ser gestionado externamente.(56) End-of-line filter: The output of gases from the biomass dryer (56) purified by a spray-dryer or after passing through quenching (16) if there is one, is directed to an end-of-line filter to separate the transported solids from the gas stream. This filter replaces filters (10) and (17) of the standard clinker manufacturing process. The dust captured in this filter must be managed externally.

(57) Chimenea: Para emitir y difundir en la atmósfera los gases de salida del proceso de combustión de la caldera (52) tras su paso por los equipos de recuperación de energía de los gases de combustión y filtración descritos.(57) Chimney: To emit and diffuse into the atmosphere the exhaust gases from the combustion process of the boiler (52) after passing through the energy recovery equipment for the combustion and filtration gases described.

Ciclo de agua-vapor:Water-steam cycle:

Este ciclo, es un ciclo Rankine con recalentamiento muy utilizado, que consta de los siguientes equipos:This cycle is a highly used Rankine cycle with reheating, which consists of the following equipment:

(101) Bomba de agua: para la elevación de la presión del agua.(101) Water pump: for raising the water pressure.

(53) Economizador: Intercambiador de calor para aprovechar la energía de los gases de salida de la caldera (52) (temperatura de salida 350- 450°C). En el recuperador y economizador se realiza una elevación progresiva de la temperatura del agua hasta fase vapor.(53) Economizer: Heat exchanger to take advantage of the energy of the exhaust gases of the boiler (52) (outlet temperature 350- 450 ° C). In the recuperator and economizer there is a progressive increase in the temperature of the water to the vapor phase.

(52) Caldera de biomasa, de lecho fluido u otra tecnología adecuada para la combustión de la biomasa.(52) Biomass boiler, fluid bed or other suitable technology for the combustion of biomass.

(102) Turbina de alta presión para la generación de energía eléctrica.(102) High pressure turbine for the generation of electrical energy.

(103) Turbina de baja presión para la generación de energía eléctrica, previo recalentamiento adicional del vapor a través del economizador (53).(103) Low pressure turbine for the generation of electrical energy, after additional reheating of the steam through the economizer (53).

(104) Depósito de refrigeración de agua para la bajada de la temperatura del vapor hasta la condensación del vapor en agua y disminución adicional de la temperatura.(104) Water cooling tank for lowering the steam temperature until the condensation of steam in water and further lowering the temperature.

En el caso de que el proceso de producción de clínker esté parado, el rendimiento de la caldera de biomasa (52) vuelve al valor estándar de una caldera no integrada con dicho proceso, permitiendo la gran inercia térmica del proceso de clinkerización realizar una reducción controlada de la energía eléctrica producida, sin que sea necesaria la parada de la caldera de biomasa (52).In the event that the clinker production process is stopped, the performance of the biomass boiler (52) returns to the standard value of a boiler not integrated with said process, allowing the great thermal inertia of the clinkerization process to carry out a controlled reduction of the electrical energy produced, without the need for stopping the biomass boiler (52).

En el caso de que la caldera de biomasa (52) esté parada, es posible enviar todo el aíre del enfriador de clínker (1) directamente al quenching (16) para bajar su temperatura antes pasarlo al secadero de biomasa (55).In the event that the biomass boiler (52) is stopped, it is possible to send all the air from the clinker cooler (1) directly to the quenching (16) to lower its temperature before passing it to the biomass dryer (55).

Como resumen, la integración de los dos procesos permite compartir un único sistema de limpieza para los gases contaminantes a la atmósfera procedentes de la caldera de biomasa (52), el bypass (17) y el aire del enfriador de clínker (1), lo que supone una reducción en la inversión necesaria. Por otro lado, la posibilidad de darle una salida a las cenizas de la caldera de biomasa, mezclándola con las materias primas de la producción de clínker es una mejora que hace medioambientalmente más atractiva esta solución.As a summary, the integration of the two processes allows the sharing of a single cleaning system for the polluting gases into the atmosphere from the biomass boiler (52), the bypass (17) and the air from the clinker cooler (1), thus that supposes a reduction in the necessary investment. On the other hand, the possibility of giving an outlet to the ashes of the boiler of biomass, mixing it with raw materials from clinker production is an improvement that makes this solution more environmentally attractive.

El aire frío para el quenching procedente de los gases de la caldera de generación de energía eléctrica puede tener también un porcentaje importante de cloro, por lo que se logra limpiar al mismo tiempo las dos corrientes de gases gracias a las características básicas del polvo de caliza que arrastran los gases del bypass, partículas de caliza que pueden verse incrementadas con la adición de polvo del filtro de la chimenea del sistema horno - molino de crudo. The cold air for quenching from the gases of the electric power generation boiler can also have a significant percentage of chlorine, so it is possible to clean the two gas streams at the same time thanks to the basic characteristics of the limestone dust. that carry the gases from the bypass, limestone particles that can be increased with the addition of dust from the chimney filter of the furnace-crude mill system.

Claims

1. INTEGRATION SYSTEM OF BIOMASS BOILERS IN CEMENT CLINKER MANUFACTURING PROCESSES, is characterized by:

- Send the excess hot air (between 300 and 450 ° C) from the clinker cooler (1), to a biomass boiler (52) of an electrical energy production process.

- Reduce the clinker dust transported by the air from the clinker cooler (1) before reaching the boiler by means of a high-efficiency cyclone system (50).

- Send the hot gases from the biomass boiler (52) and the associated heat recovery units (53) and (54), to a biomass dryer (55).

- Send the exhaust gases from the biomass drying process (55) to the quenching equipment (16) of clinker production plants with chlorine bypass facilities.

- Send the ashes generated in the biomass boiler to the crude mill (7) or to the cement mill (13).

2. INTEGRATION SYSTEM OF BIOMASS BOILERS IN CEMENT CLINKER MANUFACTURING PROCESSES adapted to clinker manufacturing processes without bypass installation, according to claim 1 characterized by:

- Send the exit gases from the biomass drying process (55) to the gas exchange tower (6) converted into a spray-dryer, adding CKD dust captured in the filter (8) in the form of slurry, and subsequently send the gas to filter (56).

- Directly send the gases (between 350 and 400 ° C) from the exchange tower (4) to the filter (8), conditioned to withstand those temperatures (high efficiency cyclones), without going through the gas exchange tower (6), to later send that hot and clean gas in the biomass drying process (55).

3. SYSTEM FOR INTEGRATION OF BIOMASS BOILERS IN CEMENT CLINKER MANUFACTURING PROCESSES adapted to clinker manufacturing processes without the need for biomass drying, according to claims 1 and 2 characterized by:

- Send the hot gases (between 350 and 400 ° C) out of the exchange tower (4) or out of the recuperator (54) to any process that requires an additional heat input (for example: home heating, production of hot water, increase in electricity production, production of "biochar", other industrial processes).