用于代用燃料的回转窑

摘要

描述了一种用于燃烧诸如水泥生料、石灰石或其它含矿原材料之类的原材料的方法，借此方法把所述原材料和副燃料独立地引入到同一个回转窑中，其中借助通过在所述回转窑中燃烧主燃料所形成的气体来加热所述原材料以及副燃料，使得所述副燃料被转换为气体和采用燃烧残渣(诸如灰烬和焦炭)形式的固体物质。所述方法特别在于副燃料在转换为气体和固体物质的过程期间保持与引入的原材料分离。这会确保副燃料、局部还原带和具有还原条件的主要区域与原材料最小接触。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于燃烧诸如水泥生料、石灰石或其它含矿原材料之类的原材料的方法，借此方法把原材料和副燃料独立地引入到同一个回转窑中，其中借助通过在所述回转窑中燃烧主燃料所形成的气体来加热所述原材料和副燃料，使得所述副燃料被转换为气体和采用燃烧残渣(诸如灰烬和焦炭)形式的固体物质。本发明还涉及一种用于执行所述方法的设备。

背景技术

可以被用为副燃料的各种燃料的例子包括汽车轮胎、铁道枕木、家具、地毯、木制垃圾、花园垃圾、厨房垃圾、造纸污泥、生物资源、石油焦、废水污泥、肉骨粉、漂白土、来自其它工业的副产物和没有精细磨碎的煤。

从欧洲专利号0 105 322 B1中已知上述方法。本专利描述了一种用于制造水泥熟料的方法，其中水泥生料在预热器中加热，被引入到回转窑中并烧成熟料，随后在熟料冷却器中冷却。加热的水泥生料和副燃料被引入到回转窑的相同区域中并且通过与在所述回转窑中燃烧主燃料形成的热气接触来加热。由于副燃料和水泥生料被引入到回转窑的相同区域，所以所述水泥生料与结合所述副燃料燃烧所建立的还原带相当可观地接触。当一方面是氧化剂(例如O₂)而另一方面是来自燃烧的燃料和中间产品(诸如单体碳、CO和H₂)之间的化学计量比是这样以致燃料量超过氧化剂量时，建立还原带。这种还原带始终在燃料微粒周围以及在可燃气体和液体周围局部出现。依照在欧洲专利中描述的发明，在水泥生料和还原带之间存在相当可观的接触，其必然带来多个缺点。首先，在窑系统中气体和主要的固体物质部分之间具有逆流的区域中(这种情况一般出现在回转窑中)，结果是发生材料循环，其中在窑设备的一个地带中成分被从水泥生料中释放为气相以便随后在所述窑装置的另一地带中重新吸收到所述水泥生料中然后被引导回来。例如，硫可以是这种循环的一部分。硫在水泥生料中主要采取CaSO₄或CaSO₃的形式。借助以下反应(及其它类似的反应)来还原CaSO₄。

CaSO₄(s)+C(s)→SO₂(g)+CaO(s)+CO(g)

CaSO₄(s)+CO(g)→SO₂(g)+CaO(s)+CO₂(g)

当气体被冷却并且例如在最下面的气旋台架中接触CaO/CaCO₃时，硫以CaS(可能是CaSO₃)的形式被重新吸入，这会导致硫累积在预热器和还原燃烧带之间的系统中。除硫之外，其它情况是具有i.a.卤素(Cl，Br，F)、碱性化合物(Na，K)以及Mg，Pb和Cd的材料循环。独立的和组合的材料循环可能导致在系统中(主要是上升器管道中)堆积覆盖层增加。固体物质的流动性也可能响应于这些循环而发生改变，例如产生气旋堵塞。希望避免这种覆盖层和上述的流动性变化，这是因为它们会在设备中导致材料堆积和堵塞问题。

在水泥生料中还原带的第二问题是会还原诸如Fe和Cr之类的金属。例如Fe可能依照以下表明的反应而被还原。

Fe(III)还原条件→Fe(II)

还原金属可能会不利地影响最终产品的质量，因此它们应当被避免。

除上述缺点之外，还存在以下风险，当生料与副燃料混合时会淀积在燃料表面上，由此完全地或部分地限制了在气体和副燃料之间的物质传输，使得降低了燃料转换速率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于消除或显著地减少上述缺点的方法以及设备。

依照本发明，这借助一种在引言中提及的方法来获得，其特征在于副燃料在转换为气体和固体物质的过程期间与引入的原材料保持分离。在此实现副燃料、局部还原带以及具有还原条件的大区域与原材料最小接触。从而，与原材料还原相关联的上述缺点被降低到绝对最小。

用于转换副燃料的化学反应的例子包括高温分解、燃烧和气化。由这些反应形成的气体包含能量以及可能还有可燃气体，因此它们可以在其它过程中(例如在煅烧炉中)被用为能量源/反应气体。在燃料转换过程期间合成释放气体对后续过程的能量传递方法和效率来说是重要的。如果气体从回转窑中排出并且可能被提纯，那么其可以被用为其它化学过程的还原剂。如果在常常要求还原金属的采矿工业中利用气体，那么这是特别感兴趣的。

在优选实施例中，原材料是水泥生料，所述水泥生料在被引入到回转窑之前被预先加热，所述水泥生料在回转窑中被燃烧为水泥熟料，所述水泥熟料随后在熟料冷却器中被冷却。优选把水泥生料预先加热到至少700℃，此外其在引入之前已经被完全或部分地焙烧。水泥生料和副燃料通过多个入口被独立地引入到回转窑中。副燃料在回转窑的一区域中被引入并转换，所述区域位于相对于回转窑朝向熟料冷却器的方向在水泥生料被引入到回转窑的点之前的点上。因此，副燃料当被转换为气体和固体物质时，保持与引入的水泥原材料分离。在两个引入点之间的距离原则上可以假定任何想得到的值，只要所述距离足以确保使得局部还原带以及具有还原条件的较大区域与原材料接触最小。然而，沿着回转窑的中心线两个引入点之间的距离至少等于回转窑的内径是优选的。引入点的意思是其中引入的材料离开入口的位置的中心。沿着回转窑的中心线两个引入点之间的距离的意思是当两个引入点被垂直投射到所述回转窑的中心线时在它们之间的距离。最佳距离将取决于多个因素，但是所述距离优选应当维持在回转窑的内径一倍到四倍之间的范围内。

上述类型的方法也可以有助于减少在燃烧主燃料时形成的气体中的NO_x含量。当通过回转窑的气体以及在燃料转换过程期间释放的高温分解气体和其他还原气体中的NO_x接触副燃料周围的还原带时，触发各种NO_x还原反应并且还原气体中的NO_x，从而实现NO_x的还原。优选的是设备的一些燃烧空气在回转窑周围迂回，例如经由把热空气从冷却器引向煅烧炉的管道。这样，与如果全部气流通过回转窑的情况相比，在回转窑中副燃料的转换将以较低速率并且常常在较低温度下进行。

如果一些气流在上述管道中在回转窑周围迂回，那么如果希望副燃料具有较高温度以及增加的转换速率，那么可以连同生料一起有益地引入一些空气。可以使用完全或部分富O₂气体或其它预热的处理气体代替来自冷却器的预热空气。

来自副燃料的灰可以在原材料的随后处理中利用或者可以连同已处理的材料一起作为矿渣/灰提取。

在副燃料的引入点周围的区域中，在回转窑中内部，可以提供用于机械影响副燃料的装置以便确保强化固相燃料的混合。这种装置可能是用金属、石头或耐热材料制造的提升器。在窑旋转期间，提升器将把燃料提升到回转窑内部的较高水平，导致燃料再次通过气体下降。这会导致强化的混合比，由此增加在燃料颗粒和气体之间的表面接触。这会增加燃料转换速率并且可以用来促进固体物质在气体流中的输送。这也确保了改善反应物在气体中的分布。在副燃料的区域中提供的装置(诸如研磨剂)可以在转换过程期间被用于燃料粉碎。这对燃料的焦炭部分来说是特别相关的，焦炭部分极端易碎，因此在随后的气流输送以及在随后煅烧炉中的转换中可易于利用研磨剂粉碎。

还可以在窑内部提供诸如朝上弯曲边缘或栅格结构之类的装置以便限制用于燃烧副燃料的区域，由此阻止燃料经过所述装置并且通过回转窑向下游移动，直到所述燃料由于加热已经获得所想要的结构特性。这会确保基本上只有来自燃料的灰能够移过所述装置并且随后与原材料混合。

在进一步实施例中，回转窑包括用于保持副燃料当经历完全或部分转换为气体和固体物质时远离引入的原材料的装置。原则上，这些装置可以由任何适当的装置组成，只要它们具有在转换过程期间保持副燃料与原材料分离的能力即可。然而，所述装置包括其中进行二次材料转换的至少一个管道是优选的。这个或这些管道可以在回转窑内部提供，并且可以从回转窑的入口端延伸并且一直向下游延伸到所述回转窑中。所述管道延伸的距离至少等于回转窑的内径是优选的。为最大程度的实用性，所述管道应当被装配在回转窑的内部中心，例如使用用于分别连到管道的外侧和回转窑的内侧的一些耐热固定装置。管道的中心线基本上与回转窑的中心线平行是优选的。在位于回转窑的入口端最近处的管道末端，引入副燃料，使得所述管道中的二次材料被通过在回转窑中燃烧主燃料形成的气体加热并转换，所述气体通过所述管道的另一端流入到系统中。位于回转窑最远下游的管道的另一端可以包括以下装置，所述装置用于确保完全或部分转换的副燃料的固体物质部分可以从管道中有益地排出并且与原材料混合，所述原材料在相对于管道的旁路中被直接引到回转窑。依照这种方式，在转换为气体和固体物质的过程直到所述固体物质已经被燃烧到允许与原材料混合的程度期间，保持副燃料与引入的原材料分离。所述管道还可以被装配到窑外面，管道的一端连接到入口之一并且另一端连接到回转窑。对于这两个实施例来说，相反情况也是可想到的，其中原材料被引入到管道而副燃料在相对于所述管道的旁路中被直接引入到回转窑。

在进一步实施例中，副燃料加热的固体物质部分在被转化为灰之前从回转窑转移并且被引到粉碎设备，在所述粉碎设备中其被缩小到较小的微粒尺寸。燃料在粉碎之前被加热的事实确保随后的粉碎过程要求少得多的资源，这主要是由于以下事实，一个是在加热过程期间进行的转换显著地增加了加热燃料的易碎性，从而使其比未处理的燃料更加易碎，另一个是加热燃料的绝对量由于在加热阶段期间释放挥发性成分而更小。加热和粉碎的燃料例如随后可以被用为回转窑、煅烧炉或者其他过程中的主燃料。从而可以通过使用相对较低成本的副燃料来替代窑系统中的整体燃料要求或重要元素。

在特定实施例中，回转窑包括两个独立的部分，所述部分通过允许两个部分以不同旋转速度操作的装置而彼此连接。对此，具有副燃料的部分能够以特别适合于此燃烧过程的速度旋转，使得可以根据具体情况优化该过程。

附图说明

现在参考图解的附图进一步详细地解释本发明，并且其中

图1示出了用于执行依照本发明方法的设备，和

图2和3示出了依照本发明的两个实施例。

具体实施方式

在图1中示出了用于制造水泥熟料的设备1，其中水泥生料在预热器2中被预先加热并且在回转窑3中被燃烧成熟料并且随后在熟料冷却器4中冷却。预热的水泥生料和副燃料通过独立的入口5、6被引入到同一个回转窑中。水泥生料和副燃料均通过在回转窑3中燃烧主燃料形成的气体加热，使得所述副燃料被转换为气体和采用燃烧残渣形式的固体物质。处理气体通过回转窑3依照已知方式吸入并且借助于风扇7通过预热器2前进。在加热副燃料(包括在气体中携带的固体物质)期间形成的气体可以被用于附加的处理阶段，诸如在煅烧炉8中。来自熟料冷却器4的热空气经由管道16被引到煅烧炉8。副燃料通过入口6被引入并且在回转窑3的一区域中转换，所述区域位于相对于回转窑朝向熟料冷却器4的方向在把水泥生料的入口5引入到回转窑3的点之前的点上。因此，副燃料将在转换为气体和固体物质的过程期间在很大程度上远离引入的水泥生料，并且局部还原带和具有还原条件的大区域将与所述水泥生料最小接触。在转换过程之后，来自副燃料的灰可以在形成水泥熟料中利用或者连同水泥熟料一起被提取。

在图2中示出了包括回转窑3的设备，其中管道9被安装在回转窑3的中心。管道9的中心线平行于回转窑3的中心线。在最接近回转窑3的入口端的管道末端，通过入口10引入副燃料，使得所述管道9中的二次材料被通过燃烧器11在回转窑中燃烧主燃料形成的气体加热并转换，所述气体通过所述管道9的第二端流入。在回转窑的最远端下游的管道9的另一端包括装置12，用于确保转换的二次材料的固体物质部分在离开管道9并且与原材料混合之前必须达到想要的转换度，所述原材料在相对于管道9的旁路中通过入口13被直接引到回转窑3中。依照这种方式，在转换为气体和固体物质的过程期间，保持副燃料与引入的原材料分离，直到固体物质已经被转换为可以与原材料混合的程度。相反情况也是可想到的，其中原材料通过入口10被引入到管道9中而副燃料在相对于所述管道9的旁路中通过入口13被直接引入到回转窑3中。

在图3中示出了包括回转窑3的设备，其中在回转窑3外面提供两个管道14并且被连接到回转窑3。在管道14的一端，二次材料通过两个入口15引入，使得管道14中的二次材料借助通过所述管道14的另一端流入的气体加热并转换，其中所述管道14的另一端被连接到回转窑。原材料通过入口13被直接引入到回转窑7。