專利名稱：伴有獨(dú)立煅燒的氣化的制作方法
伴有獨(dú)立煅燒的氣化發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)水泥的方法，其中水泥生料在預(yù)熱器中預(yù)熱，在煅燒器中通 過與熱空氣接觸而被煅燒，所述熱空氣經(jīng)由氣體入口被引入所述煅燒器中并經(jīng)由氣體出口 被從所述煅燒器引出，其中經(jīng)煅燒的水泥生料從所述煅燒器中被引出，在窯爐中被燒成水 泥熟料，隨后在熟料冷卻器中冷卻。本發(fā)明還涉及一種用于實(shí)施所述方法的設(shè)備。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代水泥生產(chǎn)設(shè)備中，原料通常通過與來自窯爐和/或煅燒器的廢氣進(jìn)行熱交 換而被加熱。這發(fā)生在所謂的懸浮式預(yù)熱器中，該預(yù)熱器通常為由串聯(lián)連接的多個(gè)旋風(fēng)分 離器(cyclone)形成的塔。煅燒通常在塔底部處的管道部分中進(jìn)行，在該部分處溫度和 停留時(shí)間足以發(fā)生煅燒，即，石灰石的分解，從而釋放出二氧化碳。從材料移動(dòng)的方向看， 所述煅燒器可被設(shè)置在剛好在旋轉(zhuǎn)式窯爐(rotary kiln)前面，如在ILC裝置中和/或 在具有來自冷卻器的熱空氣的管道中，如SLC裝置。向所述煅燒器進(jìn)給所謂的二次燃料 (secondary fuel)，并通過在來自窯爐的剩余物(surplus)中的氧或包含在來自冷卻器的 熱空氣中的氧來實(shí)現(xiàn)其燃燒。通常，通過旁路去除少量窯爐氣體以防止某些組分在過程中 的積聚。然后將經(jīng)煅燒的原料導(dǎo)向窯爐，大部分情況中是旋轉(zhuǎn)式窯爐，在此以與來自初級燃 燒器(primary burner)的廢氣成逆流的方式完成后續(xù)加熱。當(dāng)在旋轉(zhuǎn)式窯爐中燃燒之后， 將熟料(clinker)導(dǎo)向熟料冷卻器，在這里所述熟料借助大氣冷卻到100°C左右的水平。與如上所述的現(xiàn)代設(shè)備的水泥生產(chǎn)工藝相關(guān)的能耗約為3MJ/kg熟料。比較而言， 理論上的最小能耗為約1.7MJ/kg。實(shí)際能耗與理論能耗之間的差異主要應(yīng)歸于來自熟料 冷卻器的熱的剩余空氣的損失和來自從預(yù)熱器引出的廢氣的熱損失。具體的二氧化碳排放 為約lkgC02/kg熟料，該排放的約一半涉及水泥生料中所含的石灰石，而另一半特別涉及燃 料。據(jù)估算，水泥生產(chǎn)工藝對人類導(dǎo)致的溫室氣體二氧化碳的全球排放量的貢獻(xiàn)為約5%， 因此，非常需要降低這一排放水平。一些設(shè)備利用了來自冷卻器的剩余氣體和來自預(yù)熱器的廢氣中的部分熱含量來 發(fā)電，即所謂的廢熱發(fā)電。然而，能量的可用量處于相對不高的水平，通常對于產(chǎn)能比為 5000噸熟料/24小時(shí)的設(shè)備來說，能量的可用量在5 IOMW熱的量級，相當(dāng)于額定熱輸入 的3 6%。同樣，可用的熱處于低等級，即，其與發(fā)電相關(guān)的效率相對小，即，在約15 20%左右的水平。由于這些因素，通過建立廢熱發(fā)電設(shè)備得到的利益在許多情況中與相關(guān) 成本不相配。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種生產(chǎn)水泥的方法及設(shè)備，由此能顯著地減少釋放到大氣的二氧化碳總量。這通過在以上介紹中所提種類的方法來獲得，該方法的特征在于將至少部分從煅 燒器引出的經(jīng)煅燒的水泥生料在獨(dú)立系統(tǒng)中進(jìn)一步加熱到超過煅燒溫度的溫度，隨后將其循環(huán)到煅燒器；且特征在于將至少部分經(jīng)由煅燒器的氣體出口引出的氣體從設(shè)備中取出以 存儲在地下或進(jìn)行其它額外的處理。因此，要確保的是，煅燒工藝所需的至少部分熱容量(heat volume)能以經(jīng)煅燒的 熱水泥生料的形式而被間接地供給到煅燒器，這使得煅燒器不必需要象現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)所需 的那樣直接輸入燃料和空氣。因此在煅燒工藝過程中釋放的二氧化碳可以以適于存儲在地 下或進(jìn)行其它額外處理的基本上純的形式而從煅燒器中被引出。因此，由于水泥生產(chǎn)工藝 而導(dǎo)致的向大氣排放的二氧化碳可被減少50%或更多，且設(shè)備擁有者可獲得有關(guān)購買排放 許可方面的節(jié)約。還得到了以下利益即，向工藝中輸入的大部分能量將會為來自煅燒器 的相對高溫(約850°C左右)的氣體中的過剩熱的形式，其可用于以高效率(即，約40 45%)發(fā)電。因此，廢熱發(fā)電設(shè)備的投資將會是有吸引力的建議。也可向來自煅燒器的氣體中供給燃料，從而使其可能產(chǎn)生所謂的合成氣 (synthesis gas或syngas)，所述合成氣主要包含一氧化碳、氫氣、二氧化碳和水蒸汽。合 成氣是一種可燃?xì)怏w，其可有利地用作燃料或用于發(fā)電或用作諸如甲醇的合成基礎(chǔ)。最后， 來自煅燒器的氣體可用于在基本無氮的預(yù)熱器中加熱水泥生料，然后將該氣體排出以存儲 在地下或進(jìn)行其它額外的處理。在一個(gè)實(shí)施方式中，可將部分來自煅燒器的水泥生料與窯爐氣體接觸，所述窯爐 氣體通常具有至少1100°c的溫度。這可通過將部分經(jīng)煅燒的水泥生料懸浮在來自窯爐的廢 氣氣流中(例如在升氣管道(riser duct)中)來實(shí)現(xiàn)，由此將所述經(jīng)煅燒的水泥生料加熱 到超過煅燒溫度的溫度，隨后將其在旋風(fēng)分離器(cyclone)中分離出來，并由該旋風(fēng)分離 器循環(huán)到煅燒器中。從煅燒器引出的所有氣體中的熱含量用于發(fā)電，例如，在蒸汽鍋爐或類 似器件中，由此經(jīng)冷卻的氣體從設(shè)備中被取出以存儲在地下或進(jìn)行其它的額外處理。由于在沒有一定量氣體以將水泥生料懸浮在煅燒器中的情況下非常難以實(shí)現(xiàn)從 被循環(huán)到煅燒器的水泥生料到來自預(yù)熱器的水泥生料的熱傳遞，部分從煅燒器引出且基本 由二氧化碳組成的氣體可有利地被循環(huán)并經(jīng)由煅燒器的氣體入口而被再引入到煅燒器中。 在第二實(shí)施方式中，由此將部分從煅燒器引出的氣體循環(huán)到煅燒器，而其余部分中的熱含 量用于發(fā)電，例如，在蒸汽鍋爐或類似器件中，然后將經(jīng)冷卻的氣體從設(shè)備中取出以存儲在 地下或進(jìn)行其它的額外處理。
在第三實(shí)施方式中，從煅燒器引出的所有氣體中的熱含量可用于發(fā)電，例如，在蒸 汽鍋爐或類似器件中。來自蒸汽鍋爐或類似器件的一部分經(jīng)冷卻的氣體被循環(huán)到煅燒器， 而經(jīng)冷卻的氣體的其余部分從設(shè)備中取出以存儲在地下或進(jìn)行其它的額外處理。在該實(shí)施 方式中，被循環(huán)到煅燒器的氣體可有利地在被引入到煅燒器中之前進(jìn)行再加熱，所述再加 熱例如可通過與熟料冷卻器中的熟料進(jìn)行熱交換來進(jìn)行。由于該實(shí)施方式中熟料中的熱含 量用于加熱要被再引入到煅燒器中的氣體，不存在如現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)的情況中的從熟料到窯 爐的熱傳遞。這意味著窯爐中的溫度可獨(dú)立于窯爐冷卻器中的條件來進(jìn)行調(diào)節(jié)。
在第四實(shí)施方式中，從煅燒器弓I出的所有氣體中的熱含量可用于在基本無氮的預(yù) 熱器中預(yù)熱水泥生料。來自預(yù)熱器的部分經(jīng)冷卻的氣體被循環(huán)到煅燒器，而經(jīng)冷卻的氣體 的其余部分被從設(shè)備中取出以存儲在地下或進(jìn)行其它的額外處理。在該實(shí)施方式中，被循 環(huán)到煅燒器的氣體可有利地在被引入到煅燒器中之前進(jìn)行再加熱，所述再加熱可如上所述 般通過與熟料冷卻器中的熟料進(jìn)行熱交換來進(jìn)行。在不希望發(fā)電的情況中，該實(shí)施方式可以是相關(guān)的。在所有前述實(shí)施方式中，可有利地將水和/或水蒸汽供給到煅燒器和/或從煅燒 器引出的氣體和/或被循環(huán)到煅燒器的氣體中。水蒸汽的存在將會降低二氧化碳的濃度， 使得能在指定溫度實(shí)現(xiàn)更快的煅燒過程，或者在較低溫度下實(shí)現(xiàn)相同速度的煅燒過程。在 該實(shí)施方式中，來自煅燒器的氣體含有大量水蒸汽，該水蒸汽可在蒸汽鍋爐或類似器件中 冷凝以便冷卻。冷凝水隨后可被再利用。在所有前述實(shí)施方式中，有利的還有將燃料供給到煅燒器和/或從煅燒器引出的 氣體和/或被循環(huán)到煅燒器的氣體中。二氧化碳和水蒸汽(如果有關(guān)的話)可與輸入的燃 料反應(yīng)(氣化(gasification))，使得形成合成氣。該合成氣可與氧一起完全燃燒或部分燃 燒，并且被導(dǎo)向煅燒器中和/或其可用于發(fā)電和/或其可用作例如甲醇的合成基礎(chǔ)。所述 氣化可在氣化器單元中和/或在組合的氣化器和鍋爐單元中和/或在煅燒器自身中。用于實(shí)施如本發(fā)明所述方法的設(shè)備包括用于預(yù)熱水泥生料的預(yù)熱器；用于煅燒經(jīng) 預(yù)熱的水泥生料的煅燒器，所述煅燒器包括氣體入口和氣體出口 ；用于燒制水泥熟料的窯 爐；以及用于冷卻所述水泥熟料的冷卻器，所述設(shè)備的特征在于該設(shè)備包括用于在獨(dú)立系 統(tǒng)中將至少部分來自所述煅燒器的經(jīng)煅燒的水泥生料進(jìn)一步加熱的裝置，用于分離由此經(jīng) 受進(jìn)一步加熱的水泥生料的裝置，用于將經(jīng)分離的水泥生料循環(huán)到煅燒器的裝置，以及用 于從所述裝置提取至少部分從所述煅燒器引出的氣體以存儲在地下或進(jìn)行其它額外處理 的裝置。所述設(shè)備還可包括用于利用從所述煅燒器引出的氣體發(fā)電的裝置和用于在基本 無氮的預(yù)熱器中預(yù)熱水泥生料的裝置。所述設(shè)備還可包括用于將至少部分從所述煅燒器引出的氣體導(dǎo)引到所述煅燒器 的氣體入口的裝置以及用于使該氣體與熱熟料接觸的裝置。所述設(shè)備還可包括用于將水和/或水蒸汽進(jìn)給到所述煅燒器和/或從所述煅燒器 引出的氣體和/或被循環(huán)到所述煅燒器的氣體的裝置，以及用于將燃料輸入到所述煅燒器 和/或從所述煅燒器引出的氣體和/或被循環(huán)到所述煅燒器的氣體中的裝置。


現(xiàn)在將參考以下附圖進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明。圖1顯示了如本發(fā)明所述的方法的基本線圖，且圖2顯示了本發(fā)明的一個(gè)物理實(shí)施例的例子，且圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖的例子。
具體實(shí)施例方式由圖1可見如何在預(yù)熱器1中利用熱氣體7來加熱水泥生料9。將經(jīng)預(yù)熱的水泥 生料10引入煅燒器3中，在這里對水泥生料進(jìn)行煅燒。將來自煅燒器3的氣體14的一部 分15引出，而第二部分16被導(dǎo)向氣化器4，所述氣化器4中進(jìn)給以燃料和(如果相關(guān)的話) 氧氣19。來自氣化器4的氣體17被循環(huán)到煅燒器3。由圖1還可見如何將來自煅燒器3 的經(jīng)煅燒的水泥生料導(dǎo)向分離閘門(splitter gate)或類似器件，經(jīng)煅燒的水泥生料的一 部分11由該設(shè)備被導(dǎo)向窯爐(未示出)，且另一部分12被導(dǎo)向升氣管道2。升氣管道2接收來自窯爐(未示出)的廢氣6以及第二燃料和(如果相關(guān)的話)空氣19。通過旋風(fēng)分離 器或類似器件從廢氣6分離經(jīng)煅燒的水泥生料13并將其循環(huán)到煅燒器3。由圖2可見如何借助兩個(gè)平行的旋流分離器而以簡化方式實(shí)現(xiàn)從窯爐廢氣6到來 自煅燒器3的經(jīng)煅燒的水泥生料的熱傳遞。將經(jīng)預(yù)熱的水泥生料10與熱氣流17在管道3 中接觸，使水泥生料被煅燒。將經(jīng)煅燒的水泥生料在旋風(fēng)分離器26中與氣體14分離。將 熱氣體14的一部分17循環(huán)到管道3。借助分離閘門或類似器件(未示出)將來自旋風(fēng)分 離器沈的水泥生料分為兩個(gè)流動(dòng)物流(flow stream)，一個(gè)流動(dòng)物流11被導(dǎo)向窯爐，而第 二個(gè)流動(dòng)物流被導(dǎo)向管道2。在管道2中，將經(jīng)煅燒的水泥生料與熱的窯爐廢氣6接觸，隨 后使該材料在旋風(fēng)分離器23中進(jìn)行分離。將經(jīng)分離的材料循環(huán)到管道3。在圖3中顯示了本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的流程圖，其中顯示了氣流和材料流的 溫度條件。水泥生料在預(yù)熱器1中預(yù)熱，并被導(dǎo)向煅燒器3中。將來自煅燒器3的熱氣體 導(dǎo)向鍋爐27，在這里該氣體中所含的能量被用于例如發(fā)電。隨后將部分經(jīng)冷卻的氣體導(dǎo)向 熟料冷卻器25，而其余氣體被引導(dǎo)離開所述設(shè)備。在熟料冷卻器25中，氣體通過與來自窯 爐M的熟料進(jìn)行熱交換來進(jìn)行再加熱，而且，如果相關(guān)的話，可加入水和/或水蒸汽以調(diào)節(jié) 二氧化碳的濃度。將熱的二氧化碳載氣導(dǎo)向氣化器4，在這里該氣體用于使進(jìn)給到所述氣 化器中的固體和/或液體燃料氣化。由此產(chǎn)生的合成氣完全或部分燃燒并同時(shí)經(jīng)受氧氣輸 入，然后將氣體通入煅燒器3中。同時(shí)，將部分來自煅燒器3的經(jīng)煅燒的水泥生料在管道2 中與來自窯爐M的廢氣接觸，隨后將該材料分離并循環(huán)到煅燒器3。向管道2和窯爐M中 供給燃料和空氣。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)水泥的方法，其中水泥生料在預(yù)熱器中被預(yù)熱，在煅燒器中通過與熱氣體 接觸而被煅燒，所述熱空氣經(jīng)由氣體入口被引入到所述煅燒器中并經(jīng)由氣體出口從所述煅 燒器中被引出，且其中經(jīng)煅燒的水泥生料從所述煅燒器中被引出，在窯爐中被燒成水泥熟 料，隨后在熟料冷卻器中冷卻，所述方法的特征在于至少部分從所述煅燒器中引出的經(jīng)煅 燒的水泥生料在獨(dú)立系統(tǒng)中被進(jìn)一步加熱到超過煅燒溫度的溫度，隨后被循環(huán)到所述煅燒 器，且特征在于至少部分經(jīng)由所述煅燒器的氣體出口引出的氣體從設(shè)備中被取出以存儲在 地下或進(jìn)行其它額外的處理。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于至少部分從所述煅燒器中引出的氣體用于發(fā)H1^ ο
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于至少部分用于發(fā)電的氣體被循環(huán)到所述煅燒 器，且特征在于其余部分從設(shè)備中被取出以存儲在地下或進(jìn)行其它額外的處理。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于至少部分從所述煅燒器中引出的氣體用于在 基本無氮的預(yù)熱器中預(yù)熱水泥生料。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于至少部分用于預(yù)熱水泥生料的氣體被循環(huán)到 所述煅燒器，且特征在于其余部分從設(shè)備被取出以存儲在地下或進(jìn)行其它額外的處理。
6.如權(quán)利要求3或5所述的方法，其特征在于將被循環(huán)到煅燒器的氣體與熟料接觸，例 如，在熟料冷卻器中。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于向所述煅燒器和/或從所述煅燒 器中引出的氣體中加入水和/或水蒸汽。
8.如權(quán)利要求3、5或6所述的方法，其特征在于向被循環(huán)到所述煅燒器的氣體中加入 水和/或水蒸汽。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于向所述煅燒器和/或從所述煅燒 器中引出的氣體中供給燃料。
10.如權(quán)利要求3、5、6或8所述的方法，其特征在于向被循環(huán)到所述煅燒器的氣體中供 給燃料。
11.用于實(shí)施如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述方法的設(shè)備，所述設(shè)備包括用于預(yù)熱水泥生 料的預(yù)熱器；用于煅燒經(jīng)預(yù)熱的水泥生料的煅燒器，所述煅燒器包括氣體入口和氣體出口 ； 用于燒制水泥熟料的窯爐；和用于冷卻所述水泥熟料的冷卻器，所述設(shè)備的特征在于該設(shè) 備包括用于在獨(dú)立系統(tǒng)中將至少部分來自所述煅燒器的經(jīng)煅燒的水泥生料進(jìn)一步加熱的 裝置，用于分離由此經(jīng)受進(jìn)一步加熱的水泥生料的裝置，用于將經(jīng)分離的水泥生料循環(huán)到 所述煅燒器的裝置，以及用于從所述設(shè)備中提取至少部分從煅燒器引出的氣體以存儲在地 下或進(jìn)行其它額外的處理的裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備包括用于利用從所述煅燒器引出 的氣體發(fā)電的裝置。
13.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備包括用于利用從所述煅燒器引出 的氣體在基本無氮的預(yù)熱器中預(yù)熱水泥生料的裝置。
14.如權(quán)利要求11 13中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備包括用于將至少部 分從所述煅燒器弓I出的氣體循環(huán)到所述煅燒器入口的裝置。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備包括用于使被循環(huán)的氣體與水泥熟料接觸的設(shè)備。
16.如權(quán)利要求11 15中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備包括將水和/或水 蒸汽添加到所述煅燒器和/或從所述煅燒器引出的氣體的裝置。
17.如權(quán)利要求14或15所述的設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備包括用于將水和/或水蒸汽 添加到被循環(huán)到所述煅燒器的氣體的裝置。
18.如權(quán)利要求11 17中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備包括用于將燃料添 加到所述煅燒器和/或從所述煅燒器引出的氣體的裝置。
19.如權(quán)利要求14、15或17所述的設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備包括用于將燃料添加到 被循環(huán)到所述煅燒器的氣體的裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)水泥的方法和設(shè)備，其中水泥生料在預(yù)熱器中預(yù)熱，在煅燒器中通過與熱空氣接觸進(jìn)行煅燒，所述熱空氣經(jīng)由氣體入口被引入所述煅燒器中并經(jīng)由氣體出口被從所述煅燒器引出，其中經(jīng)煅燒的水泥生料從所述煅燒器中被引出，在窯爐中被燒成水泥熟料，隨后在熟料冷卻器中冷卻。所述方法和設(shè)備的特征在于至少部分從煅燒器引出的經(jīng)煅燒的水泥生料在獨(dú)立系統(tǒng)中被進(jìn)一步加熱到超過煅燒溫度的溫度，隨后被循環(huán)到所述煅燒器，且特征在于至少部分經(jīng)由所述煅燒器的氣體出口引出的氣體從設(shè)備中被取出以存儲在地下或進(jìn)行其它額外的處理。
文檔編號C04B18/16GK102057240SQ200980121125
公開日2011年5月11日 申請日期2009年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月6日
發(fā)明者克勞斯·朱勒 申請人:Fl史密斯公司