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CN106164011A - 间歇性热损失的回收 - Google Patents

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CN106164011A
CN106164011A CN201580012210.5A CN201580012210A CN106164011A CN 106164011 A CN106164011 A CN 106164011A CN 201580012210 A CN201580012210 A CN 201580012210A CN 106164011 A CN106164011 A CN 106164011A
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CN
China
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clinker
cooler
cooling step
oxygen
combustion
Prior art date
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Application number
CN201580012210.5A
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English (en)
Inventor
瑟吉·乔盖特
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Fives Sifukebu Co
Original Assignee
Fives Sifukebu Co
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Publication date
Application filed by Fives Sifukebu Co filed Critical Fives Sifukebu Co
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Abstract

本发明涉及在连续生产设施(1)中实施的水泥熟料生产方法，所述连续生产设施(1)具有用于无机原料燃烧的至少一个燃料燃烧区(2、2’)。在所述方法中，通过燃烧把原料转化为熟料，因此得到热熟料(3)，然后在两个连续步骤中冷却所述热熟料(3)：在第一冷却器(4)中执行第一冷却步骤；在第二冷却器(5)中执行第二冷却步骤。根据本发明，通过把含氧气体(6)吹到热熟料上连续地进行第一冷却步骤，以得到部分冷却的熟料，并且通过调整在所述第一冷却器中吹入的含氧气体的量而把所述第一冷却器(4)产生的所有加热的含氧气体(7)转移到所述设施的所述至少一个燃烧区(2、2’)，以便将其用作燃烧气体，从而在不过量的情况下满足所述设施对燃烧气体的需求；并且把部分冷却的熟料(31)储存在所述第二冷却器(5)的储存室中，或者与所述第二冷却器相关联的储存室中，并且间歇地控制关于部分冷却的熟料的第二冷却步骤。

Description

间歇性热损失的回收
技术领域
本发明涉及到一种水泥熟料生产方法以及连续生产水泥熟料的一种设施。
本发明特别涉及到这种方法和设施的热损失的问题。
背景技术
水泥熟料生产设施通常包括回转炉，在由旋风预热器处理的材料流动的方向之前，然后是熟料冷却器。这些设施消耗大量燃料形式的能量，对现代工厂而言，每公吨熟料约3200兆焦耳。
产生大量的热废烟气，使其与材料接触，交换气体中所含的热量。考虑到关于交换的技术和工艺局限性，最终的烟气仍含有由燃料提供的一些热量。在就材料流动方向而言的上游侧，燃烧气体在300℃至400℃的温度下离开旋风预热器，带走约为20％的燃料能量。在下游侧，被主题专家称为“过量空气”的气流通常在200℃至300℃的温度下从熟料冷却器离开，带走约为10％的燃料能量。
烟气中包含的能量通常至少部分地用于干燥原料。通常在水泥生产方法中不直接使用来自冷却器的过量空气中包含的能量。主题专家熟悉从这些气体中回收热损失的系统，所述气体利用交换器产生水蒸汽(蒸汽或烃蒸汽)，将其带到涡轮机，以发电。
已知通过只处理一部分来自冷却器的过量空气、只把温度高于400℃的那部分提供到热交换器以及放弃回收温度较低的那部分可以提高能量转换效率；提高了热转换效率，但是重复利用的过量空气的量减少了。
另一个提高能量效率的方式是基本上利用温度较高的另一个热量补充过量空气中的热量。
例如，由文件申请者发表的文件WO2009/156614公开了一种熟料生产设备，其中，温度小于或等于300℃的过量空气与蒸汽发生器配合，第二热交换器与温度较高的热源配合，在这种情况下是温度至少为750℃的三次空气，以便使该蒸汽过热。把这种过热蒸汽带到涡轮机，以发电。利用额外热量补充来自出口空气的热量的这种解决方案提高了转换效率。但是，增加了设备的热量消耗。
这些热回收系统的另一个缺点是它们受熟料生产设施操作波动的影响，并且无法完全优化。
发明内容
本发明的目的是公开一种熟料生产方法以及执行该方法的一种水泥熟料生产设施，所述方法和设施通过提高回收热损失的总效率弥补了上述缺点。
更具体而言，本发明的目的是公开这样的方法和这样的设施，其中，热回收系统的操作只是轻微地受到操作变化的影响。
阅读下面仅作为引导列出的、绝非限制性的说明之后，其它目的和优点将清晰可见。
为此，本发明首先涉及到在连续生产设施中实施的一种水泥熟料生产方法，所述连续生产设施具有用于燃烧无机原料的至少一个燃料燃烧区，其中，通过燃烧把原料转化为熟料，得到热熟料，然后通过两个连续步骤冷却热熟料，在第一冷却器中执行第一冷却步骤，在第二冷却器中执行第二冷却步骤。
在根据本发明的方法中
-通过把含氧气体吹到热熟料上连续地进行第一冷却步骤，以得到部分冷却的熟料，并且通过调整在第一冷却器中吹入的含氧气体的量而把从第一冷却器输出的所有加热的含氧气体转移到所述设施的所述至少一个燃烧区，以便将其用作燃烧气体，从而在不过量的情况下满足所述设施对燃烧气体的需求，
-把部分冷却的熟料储存在第二冷却器的储存室中，或者与这第二冷却器相关联的储存室中，并且间歇地控制关于部分冷却的熟料的第二冷却步骤。
根据本发明这些单独的或相结合的可选特性：
-把由熟料在第二冷却步骤过程中发出的热量用于产生电能；
-电能的产生利用至少一个第二焓源与由熟料在第二冷却步骤期间转移的热量相结合；
-所述第二焓源的可用性是多变的，并且至少在由第二焓源产生的功率低于预定阈值期间，开始第二冷却步骤；
-所述第二焓源的可用性是多变的，并且至少在由第二焓源产生的功率高于预定阈值期间，开始第二冷却步骤；
-第二焓源是太阳能的；
-电能的产生通过变量生成与至少一个第二电力源相关；
-至少在由第二电力源产生的功率低于阈值期间，开始第二冷却步骤；
-第二冷却步骤的操作时间低于设施的熟料生产操作时间的50％。
根据一个实施例，在第二步骤中，通过与流体交换，冷却熟料，在熟料与冷却流体之间没有直接接触。作为选择，在第二步骤中，可通过与流体交换，冷却熟料，使流体与熟料直接接触。
根据一个实施例，在第二热交换器下游的加热流体与热交换器配合，以产生蒸汽，为设施中的涡轮机提供动力，用以发电。
根据一个实施例，所述连续生产设施包括旋风预热器，可能还包括装有一个或多个燃烧器的分解炉，以及装有一个或多个燃烧器的回转炉，在该方法中，在旋风预热器中预热原料，可能部分地将其在分解炉中除去碳酸，然后在回转炉中使其燃烧和变形，而且其中，所述至少一个燃烧区包括回转炉的一个或多个燃烧器，并且可能包括分解炉的一个或多个燃烧器。
根据一个实施例，含氧气体是空气。作为选择，含氧气体可以是富氧气体，或贫氧气体。
本发明还涉及到一种连续熟料生产设施，所述设施具有燃料的至少一个燃烧区，用于燃烧无机原料，将所述设施设计为通过燃烧使原料变为熟料，从而得到热熟料，所述设施具有连续的第一冷却器和第二冷却器，设置所述冷却器通过两个连续的步骤冷却热熟料，在所述第一冷却器中执行第一冷却步骤，并且在所述第二冷却器中执行第二冷却步骤。
根据本发明，所述设施包括：
-含氧气体源，以便在第一冷却器中冷却材料，
-气体管线，设置所述气体管线，以便把由第一冷却器产生的所有加热气体运送到所述设施的所述至少一个燃烧区，以便将其用作燃烧气体，
-用于调整吹向第一冷却器的含氧气体量的装置，从而在不过量的情况下满足所述设施对燃烧气体的需求，
而且，其中，所述第二冷却器包括在第一冷却步骤之后储存部分冷却的熟料的装置，所述设施包括间歇地控制所述第二冷却器的装置。
根据单独采用或相结合采用的本发明的可选特性：
-设施包括旋风预热器，可能还包括装有一个或多个燃烧器的分解炉，以及装有一个或多个燃烧器的回转炉，而且，所述至少一个燃烧区包括回转炉的一个或多个燃烧器，并且选择性地包括分解炉的一个或多个燃烧器；
-所述设施包括通过由第二冷却器中的熟料转化的热量发电的设备；
-第二冷却器在部分冷却的熟料与流体之间交换热量，发电设备包括热交换器和涡轮机，热交换器与通过熟料加热的流体配合，以产生用于向所述涡轮机供给的蒸汽。
附图说明
通过阅读附有附图的下文说明，会更好地理解本发明，在附图中：
-图1是适合实施根据本发明的一个实施例的方法的设施的视图，其中，产生的电力利用至少一个第二焓源，与熟料在第二冷却步骤期间释放的热量相结合；
-图2是图表，阐释了在图1所示的设施中第二冷却步骤的间歇式操作；
-图3是适合实施根据本发明的方法的第二实施例的设施的视图，其中，电能的产生与生成的电能的第二可变来源相关联；
-图4是图表，阐释了在图2所示的设施中第二冷却步骤的间歇式操作。
具体实施方式
本发明首先涉及到在连续生产设备1中实施的一种水泥熟料生产方法，具有使无机原料燃烧的至少一个燃料燃烧区2、2'，其中，通过燃烧把原料转化为熟料，得到热熟料3，然后通过两个连续步骤冷却热熟料3，在第一冷却器4中执行第一冷却步骤，在第二冷却器5中执行第二冷却步骤。
按照传统的方式，所述连续生产设施可包括旋风预热器12，可能包括装有一个或多个燃烧器2'的分解炉13，以及装有一个或多个燃烧器2的回转炉14。分解炉13的热气出口可以供给旋风预热器12底部。回转炉14的热气出口可能供给旋风预热器12。
在这种设施中，在旋风预热器12中预热原料20，可能部分地将其在分解炉13中除去碳酸，然后在回转炉14中将其烧制并处理。在该设施中，所述至少一个燃烧区包括回转炉14的一个或多个燃烧器2，并且可能包括分解炉13的一个或多个燃烧器2'。
在根据本发明的方法中，通过把含氧气体6吹到热熟料上连续地进行第一冷却步骤，以得到部分冷却的熟料31，并且把由第一冷却器4生成的所有加热的含氧气体7发送到所述设施的所述至少一个燃烧区2、2'，以便将其用作燃烧气体，换言之，用作氧化气体。第一冷却器4可以是篦冷机。
还调整吹入第一冷却器的含氧气体量看，从而在不过量的情况下满足所述设施对燃烧气体的需求。根据实施例，对燃烧气体的这种需求包括供燃料在回转炉14的一个或多个燃烧器2燃烧所必需的氧化剂，而且在设施具有分解炉13的情况下，还可能包括供燃料在分解炉13的一个或多个燃烧器2'中燃烧所必需的氧化剂。
含氧气体可以是空气，或者是贫氧或富氧的含氧气体。在本说明中，“贫”和“富”这些词是相对于环境空气中的含氧量(即21％)而言的。
换言之，把设施所需的精量氧化气体吹入第一冷却器4中，在第一冷却器31的出口处的最高可能温度下得到部分冷却的熟料。
部分冷却的熟料31的这个温度可约为400℃，例如，介于350℃至450℃之间。
此外，根据本发明的一个本质特征，并不像像在根据现有技术具有两个连续冷却器的设施中那样连续地在第二冷却器中冷却部分冷却的熟料31。
相反地，根据本发明，把部分冷却的熟料31储存在第二冷却器5的储存室中，或者与该第二冷却器5相关联的储存室中，并且间歇地控制关于部分冷却的熟料31的第二冷却步骤。
因此可以控制在第二冷却器5中执行的第二冷却步骤的换热条件，该交换不再取决于水泥熟料生产方法中的波动，并且特别取决于热熟料的生产流。
第二冷却步骤的间歇控制比连续冷却的方法得到更高的热回收效率。
作为第一选择，熟料可以在第二步骤中通过与流体9交换而被冷却，使流体9直接接触熟料，或者作为第二选择，熟料可以在熟料与冷却流体之间没有直接接触的情况下进行冷却：在后面这种情况下，可以通过壁进行交换。
第二冷却步骤的间歇控制使之能够控制流体9与部分冷却的熟料31之间的交换条件，以便在与熟料交换之后得到加热流体9’，其流量和温度能够得到更高的热回收效率。
根据一个实施例，第二冷却步骤的操作时间可少于设施中熟料生产操作时间的50％。
在将与熟料接触的情况下，流体9可以是比如空气这样的气体。在混合物不会与熟料直接接触的情况下，该流体9也可以是液体/蒸汽混合物。
通过优化这种交换的条件，可能在第二冷却步骤下游得到冷却到温度比环境温度高30℃至10℃的熟料32。相比之下，在通过连续冷却的现有技术设施中，通常把熟料冷却到比环境温度高80℃至65℃的温度。
加热流体9'可用于发电。在这种流体是比如空气这样的气体的情况下，可将其注入交换器10的主要部分，交换器10的次要部分在注入涡轮机11的压力下产生蒸汽。
在该流体9是液体/蒸汽混合物的情况下，加热流体9'可以是蒸汽，以供给涡轮机11。在这两种情况下，涡轮机11都驱动发电机发电。
根据在图1中非限制性地阐释的一个实施例，除了熟料在第二冷却步骤过程期间释放的热量外，电力的产生还利用另一个焓源，具体而言为至少一个第二焓源8，例如，来自太阳能。
根据一个实施例，所述第二焓源8可具有可变的可用性。有利的是，可以至少在由第二焓源8产生的功率Ps8低于预定阈值Pthreshold期间开始第二冷却步骤。目的是确保发电的连续性。
根据另一个选择，还可以至少在由第二焓源8产生的功率Ps8高于预定阈值Pthreshold期间，开始第二冷却步骤。在这种情况下，目的是使电能转换效率最大化。
根据在图3中非限制性地阐释的一个实施例，电能的产生可与至少一个第二电力源15相关联，产量可变。该第二电力源可以是太阳能，例如，它是通过光伏电站和/或通过一个或多个风力涡轮机产生的。
根据一个实施例，可以至少在由第二电力源15产生的功率Ps15低于预定阈值Pthreshold期间，开始第二冷却步骤。因此追求的目的是确保连续发电。
根据另一个选择，可以通过来自供电商的命令开始第二冷却步骤以及因此相关电能的生产。
在网络R中电力的供应和需求不平衡的情况下，本发明提供的灵活性允许通过产生与第二冷却步骤相关的电力而临时增加供应(或者可能减少需求)，最好是在峰值期间。
满足电力需求(或者在峰值期间抚平负载曲线)的这种能力使之能够协商有利的价格条件，例如，为了购买由设施产生的电力进行协商，或者关于电力合同进行协商。
通过本发明可以利用的增加能量转换效率和/或受益于更好的定价条件的可能性可以大大减少设施的投资回报时间。
本发明还涉及到一种连续生产熟料的设施1，适合实施所述方法。该设施包括用于无机燃料燃烧的至少一个燃料燃烧区2、2'，将其设计为通过燃烧使原料变形为熟料，得到热熟料3，所述设施具有第一冷却器4，随后是第二冷却器5，将所述冷却器设置为通过两个连续步骤冷却热熟料3，在所述第一冷却器4中执行第一冷却步骤，在所述第二冷却器5中执行第二冷却步骤。
根据本发明，设施包括：
-含氧气体源6，用于在第一冷却器4中冷却材料，
-气体管线，设置所述气体管线，以便把由第一冷却器4产生的所有加热气体运送到所述设施的所述至少一个燃烧区2、2'，以便将其用作燃烧气体，
-调整吹入第一冷却器中的含氧气体量的装置，从而在不过量的情况下满足所述设施对燃烧气体的需求。
根据本发明，所述第二冷却器5包括在第一冷却步骤结束时储存部分冷却的熟料31的装置，所述设施包括间歇地控制所述第二冷却器5的装置。
设施可包括旋风预热器12，可能包括装有一个或多个燃烧器2'的分解炉13以及装有一个或多个燃烧器2的回转炉14，而且，其中，所述至少一个燃烧区包括回转炉14的一个或多个燃烧器2，以及选择性地包括分解炉13的一个或多个燃烧器2'。
设施可包括用于通过由熟料在第二冷却器中释放的热量发电的设备10、11。例如，第二冷却器交换部分冷却的熟料31与流体9之间的热量。发电设备可包括热交换器10和涡轮机11，交换器与由熟料加热的流体9'配合，以产生供给所述涡轮机11的蒸汽。
示例：
认为熟料是通过具有1550kJ/kg的焓源的回转炉在典型温度1420℃下产生的。通过把空气吹入篦冷机中冷却该熟料。用于现代熟料烧制生产线中的操作的篦冷机的最佳可用技术把78％的能量转化为燃料燃烧所必需的热空气，所述燃料用于熟料的生产。因此，在第一冷却步骤之后，熟料包含341kJ/kg，其平均温度为385℃。
在照常规方法中，如现有技术已知的，通过体积为0.9Nm3/kg的空气把熟料冷却到比环境温度(假设为20℃)高65℃，对于所述空气而言，其转化279kJ，产生温度为253℃的出口空气。对于这些温度条件而言，电能转换系统的典型效率为17％，因此每公吨熟料可以产生13.18kWh。
相比而言，通过根据本发明的方法，在所述第二交换器中可以设置反电流，选择第二交换器中的空气量，以便优化交换，其中，把熟料冷却到30℃(比环境温度20℃高10℃)，并产生375℃的空气(比熟料的最高温度低10℃)。把308kJ转化为0.62Nm3的空气，以达到375℃。对于这些温度条件而言，电能转换系统的典型效率为23％，因此，每公吨熟料可以产生19.68kWh。最终产生的能量增加50％。
术语
1.连续熟料生产设施，
2、2'.燃烧区(设施1)
3.热熟料，
4.第一冷却器，
5.第二冷却器，
6.空气(在第一冷却器吹入的)
7.加热的气体(从第一冷却器输出的)
8.第二焓源
9，9'流体(分别来自第二冷却器上游和下游)
10.热交换器，
11.涡轮机，
12.旋风预热器，
13.分解炉，
14.回转炉，
15.第二电力源，
20.原料。
31.部分冷却的熟料(第一冷却步骤下游以及第二冷却步骤上游)，
32.冷却的熟料(第二冷却步骤下游)。
R.电力网络，
Pthreshold.功率阈值，
Ps8.第二焓源的瞬时功率
Ps15.第二电力源的瞬时功率。

Claims (19)

1.在连续生产设施(1)中实施的水泥熟料生产方法，所述连续生产设施(1)具有用于无机原料燃烧的至少一个燃料燃烧区(2、2’)，其中，通过燃烧把原料转化为熟料，得到热熟料(3)，然后在两个连续步骤中冷却所述热熟料(3)，在第一冷却器(4)中执行第一冷却步骤，在第二冷却器(5)中执行第二冷却步骤。
其特征在于：
-通过把含氧气体(6)吹到热熟料上连续地进行第一冷却步骤，以得到部分冷却的熟料，并且通过调整在所述第一冷却器中吹入的含氧气体的量而把从所述第一冷却器(4)输出的所有加热的含氧气体(7)转移到所述设施的所述至少一个燃烧区(2、2’)，以便将其用作燃烧气体，从而在不过量的情况下满足所述设施对燃烧气体的需求，
-把部分冷却的熟料(31)储存在所述第二冷却器(5)的储存室中，或者与所述第二冷却器相关联的储存室中，并且间歇地控制关于部分冷却的熟料的第二冷却步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第二冷却步骤过程中由所述熟料发出的热量用于产生电能。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，电能的产生利用至少第二焓源(8)与在所述第二冷却步骤期间由所述熟料转移的热量相结合。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二焓源(8)的可用性是多变的，而且，其中，至少在由所述第二焓源(8)产生的功率(Ps8)低于预定阈值(Pthreshold)期间，开始所述第二冷却步骤。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二焓源的可用性是多变的，而且，其中，至少在由所述第二焓源(8)产生的功率(Ps8)高于预定阈值期间，开始所述第二冷却步骤
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述第二焓源(8)是太阳能的。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，电能的产生通过变量生成与至少一个第二电力源(15)相关。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，至少在由所述第二电力源(15)产生的功率(Ps15)低于阈值(Pthreshold)期间，开始所述第二冷却步骤。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二冷却步骤的操作时间低于所述设施的熟料生产操作时间的50％。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，在所述第二步骤中，通过与流体(9)交换，冷却所述熟料，所述熟料与所述冷却流体之间没有直接接触。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，在所述第二步骤中，可通过与流体(9)交换，冷却所述熟料，使流体与所述熟料直接接触。
12.根据权利要求2与权利要求10或11相结合的方法，其特征在于，在所述第二热交换器下游的所述加热流体(9’)与热交换器(10)配合，以产生蒸汽，为所述设施中的涡轮机(11)提供动力，以发电。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述连续生产设施包括旋风预热器(12)，可能还包括装有一个或多个燃烧器(2’)的分解炉(13)，以及装有一个或多个燃烧器(2)的回转炉(14)，在该方法中，在所述旋风预热器(12)中预热所述原料(20)，可能部分地将其在所述分解炉(13)中除去碳酸，然后在所述回转炉(14)中使其燃烧和变形，而且其中，所述至少一个燃烧区包括苏搜狐回转炉的一个或多个燃烧器(2)，并且可能包括所述分解炉的一个或多个燃烧器(2’)。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述含氧气体是空气。
15.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述含氧气体是富氧气体，或贫氧气体。
16.连续熟料生产设施(1)，其具有燃料的至少一个燃烧区(2、2’)，用于燃烧无机原料，将所述设施设计为通过燃烧使所述原料变为熟料，从而得到热熟料(3)，所述设施具有连续的第一冷却器(4)和第二冷却器(5)，设置所述冷却器在两个连续的步骤中冷却所述热熟料(3)，在所述所述第一冷却器(4)中执行第一冷却步骤，在所述所述第二冷却器(5)中执行第二冷却步骤。
其特征在于，其包括：
-含氧气体源(6)，以便在所述第一冷却器(4)中冷却材料，
-气体管线，设置所述气体管线，以便把由所述第一冷却器(4)产生的所有加热气体运送到所述设施的所述至少一个燃烧区(2、2’)，以便将其用作燃烧气体，
-用于调整吹向所述第一冷却器的含氧气体量的装置，从而在不过量的情况下满足所述设施对燃烧气体的需求，
而且，其特征还在于，所述第二冷却器(5)包括在所述第一冷却步骤之后储存部分冷却的熟料(71)的装置，所述设施包括间歇地控制所述第二冷却器(5)的装置。
17.根据权利要求16所述的设施，包括旋风预热器(12)，可能还包括装有一个或多个燃烧器(2’)的分解炉(13)，以及装有一个或多个燃烧器(2)的回转炉(14)，而且，其中，所述至少一个燃烧区包括所述回转炉(14)的一个或多个燃烧器(2)，并且选择性地包括所述分解炉(13)的一个或多个燃烧器(2’)。
18.根据权利要求16或17所述的设施，包括用于通过由在所述第二冷却器中的所述熟料转化的热量发电的设备(10、11)。
19.根据权利要求18所述的设施，其特征在于，所述第二冷却器在部分冷却的熟料(31)与流体(9)之间交换热量，而且，其中，发电设备包括热交换器(10)和涡轮机(11)，所述热交换器与通过所述熟料加热的流体(9’)配合，以产生用于向所述涡轮机(11)供给的蒸汽。
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