DK174307B1 - Fremgangsmåde samt anlæg til fremstilling af cementklinker. - Google Patents

Description

i DK 174307 B1

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af cementklinker, hvor cementråmel forvarmes i en forvarmer, kalcineres i en kalcinator omfattende en øvre ende og en nedre ende, brændes til klinker i en ovn og 5 afkøles i en efterfølgende klinkerkøler. Opfindelsen angår endvidere et anlæg til udøvelse af fremgangsmåden.

Anlæg af ovennævnte art til fremstilling af cement er almindelig kendt fra litteraturen. I nogle anlæg er 10 kalcinatoren udformet specifikt med henblik på at anvende brændsler med lavt indhold af flygtige bestanddele, såsom petrokoks, mens den i andre anlæg er udformet specielt med henblik på at opnå lav N0X emission. Det må forventes, at kravene til NOx emissionen i fremtiden vil blive skærpet 15 globalt, samt at det fortsat vil være fordelagtigt at anvende brændsler med lavt indhold af flygtige bestanddele.

Der er derfor et behov for en fremgangsmåde såvel som et anlæg til fremstilling af cement, som tilgodeser begge dele samtidig.

20

Der kendes en række teknologier til både begrænsning af NOx emissionen og til indfyring af brændsler med lavt indhold af flygtige bestanddele i anlæg af ovennævnte art. NOx emissionen kan begrænses ved primære metoder, så som 25 hensigtsmæssig design af brænderudstyr, hensigtsmæssig design af kalcinator og forvarmer, eller ved sekundære metoder, ved hvilke fremmede stoffer, såsom ammoniak og urea, indsprøjtes på et hensigtsmæssigt sted i forvarmeren. 1 2 3 4 5 6

Fra eksempelvis japansk patentansøgning nr. 155433-1978 2 kendes et ovnanlæg af typen ILC low-NOx, Dette anlæg 3 omfatter et forbrændingskammer, der er anbragt mellem ovnen 4 og kalcinatoren, og som i praksis udgør den nedre del af 5 kalcinatoren. NOx emissionen begrænses ved indfyring af 6 brændsel i forbrændingskammeret, der udgør en såkaldt reducerende zone, ved at brændsel udbrænder ved reaktion med NOx indeholdt i afgangsgassen fra ovnen, således at NOx-indholdet reduceres. Ifølge senere kendte metoder kan en DK 174307 B1 2 mindre del forvarmet råmel fra forvarmeren eventuelt indføres i denne zone for begrænsning af temperaturen. Forvarmet luft fra klinkerkøleren samt forvarmet råmel fra forvarmeren tilføres efterfølgende i kalcinatoren. I dette 5 kendte ovnanlæg tilføres afgangsgassen fra ovnen i bunden af forbrændingskammeret og strømmer således i opadgående retning op gennem forbrændingskammeret samt den efterfølgende kalcinator. I denne kalcinatortype skal råmelet således bæres op igennem hovedparten af kalcinatoren j 10 suspenderet i den op gennem kalcinatoren strømmende gas. En ikke uvæsentlig ulempe herved er, at en lav NOx emission ikke kan opnås ved kalcinatorindfyring af brændsler med lavt indhold af flygtige bestanddele, fordi gas/brændsel-suspensionen afkøles uhensigtsmæssigt meget.

15

Fra eksempelvis US patent nr. 4014641 og PCT/DK97/00029 kendes ovnanlæg af typen SLC-D. Denne type anlæg omfatter en kalcinator, der omfatter et kammer udformet som en nedadrettet gaskanal, som ved sin nedre ende er forbundet en 20 opadrettet gaskanal, der endvidere er forbundet med ovnens røggasafgangsende. Den overvejende del af kalcineringen foregår i den nedadrettede gaskanal. Hovedparten af det brændsel, der anvendes i kalcinatoren, indfyres aksialt i toppen af kalcinatoren. Forvarmet luft fra klinkerkøleren 25 samt forvarmet råmel ledes tangentielt ind i toppen af kalcinatoren. I kalcinatoren udbrændes således en væsentlig del af kalcinatorbrændslet samtidig med at råmelet kalcineres under dets strømning ned gennem kammeret. Suspensionen af røggas, uforbrændt brændsel og i det mindste 30 delvist kalcineret råmel fra kalcinatoren forenes i den opadrettede gaskanal med en opadrettet strømning af ovnrøggas, hvortil der eventuelt kan tilføres en mindre del af kalcinatorbrændslet samt en mindre del forvarmet råmel.

Den forenede eller sammenblandede røggas/materialesuspension 35 strømmer herefter opad gennem den opadrettede gaskanal, hvor en eventuel rest af endnu ikke tilført råmel og forvarmet luft fra klinkerkøleren kan tilføres. Fordelen ved denne kendte anlægstype er, at brændsler med lavt indhold af DK 174307 B1 3 i flygtige bestanddele kan anvendes på grund af kalcinatorens særlige udformning, der tilgodeser, at en høj udbrændingsgrad opnås selv ved anvendelse af sådanne brændsler. Endvidere bliver kalcinatorens dannelse af NOx 5 ganske lav. Ulempen ved denne ovnanlægstype er imidlertid, at det kan være nødvendigt at dosere en del ukalcineret råmel direkte ind i røggassen fra ovnen for at bekæmpe påbagninger i ovnrøgkammeret og/eller ovnstigrøret. Dette medfører, at røggas/brændselsuspensionen køles 10 uhensigtsmæssigt meget, og at der således er begrænsede muligheder for at reducere den N0X, som produceres i ovnen, ved anvendelse af brændsel med lavt indhold af flygtige bestanddele.

15 Formålet med den foreliggende opfindelse er at anvise en fremgangsmåde såvel som et anlæg til fremstilling af cement, hvormed både en høj udbrændingsgrad selv ved anvendelse af brændsel med et lavt indhold af flygtige bestanddele og en lav NOx emission kan opnås.

20

Dette opnås ved en fremgangsmåde af den i indledningen angivne art, og som er kendetegnet ved, at røggas fra ovnen indføres i kalcinatorens øvre ende, at brændsel ligeledes indføres i kalcinatorens øvre ende, at 25 røggas/brændselsuspensionen ledes nedad gennem kalcinatoren, at forvarmet luft fra klinkerkøleren og forvarmet råmel fra forvarmeren sammen eller hver for sig indføres i kalcinatoren et sted under området for indføring af røggas fra ovnen og brændsel, at den forvarmede luft ledes ned 30 gennem kalcinatoren og gradvist blandes med røggas/brændselsuspensionen, at råmelet under indvirkning af tyngdekraften ledes ned gennem kalcinatoren langs dennes væg og ved kalcinatorens nedre ende suspenderes i røggassen, og at røggas/råmelsuspensionen udtrækkes fra kalcinatorens 35 nedre ende og ledes til en udskilleindretning for udskillelse af råmelet, der efterfølgende ledes til ovnen.

DK 174307 B1 4

Herved opnås en høj reduktionsgrad for den NOx, der tilføres kalcinatoren med ovnrøggassen, en høj udbrændingsgrad af selv brændsler med lavt indhold af flygtige bestanddele, samt en lav omsætningsgrad til NOx for den nitrogen, der 5 tilføres til kalcinatoren med brændslet. Det er således muligt at skabe en NOx-reducerende zone ved at indføre kalcinatorbrændsel i den NOx-holdige ovnrøggas samtidig med, at en høj udbrændingstemperatur på mellem 900 og 1500°C sikres ved udbrænding af selv brændsler med lavt indhold af 10 flygtige bestanddele. Dette medfører, at den resulterende NOx-dannelse bliver betydelig lavere end ved de kendte teknikker. Den høje udbrændingstemperatur sikres ved, at råmelet, som følge af den nedadrettede strømning gennem kalcinatoren, ledes ned langs kalcinatorens væg primært ved 15 hjælp af tyngdevirkningen. Herved nedsættes råmelets kølende virkning på røggas/brændselsuspensionen under udbrændingen af brændslet. Den høje udbrændingstemperatur medfører udover lav netto NOx-dannelse også hurtig udbrænding af brændslet, hvilket er nødvendigt for stabil anlægsdrift. Råmelet, der 20 ledes ned langs kalcinatorens væg, vil desuden beskytte denne mod de høje temperaturer, der kan forekomme og derved som sideeffekt begrænse omfanget af påbagninger herpå.

Ovnrøggassen kan indføres i kalcinatorens øvre ende på 25 forskellige egnede måder, såsom radialt, tangentialt eller aksialt.

Brændslet kan indføres i kalcinatorens øvre ende enten separat eller sammen med ovnrøggassen. Hvis brændslet 30 indføres separat vil dette fortrinsvis ske ved indblæsning aksialt ind fra toppen af kalcinatoren. Denne aksiale indblæsning kan foregå langs kalcinatorens centerlinie, men kan også foregå radialt forskudt herfor. Brændslet kan dog også indblæses radialt, tangentialt eller på anden måde fra 35 siden af kalcinatoren. Hvis brændslet indføres sammen med ovnrøggassen, foretrækkes det, at brændslet indblæses i ovnrøggassen på et sådan sted, at en god kontakt mellem brændslet og NOx i røggassen opnås, for derved at optimere DK 174307 B1 5 NOx-reduktionen. Dette kan fortrinsvis ske ved et passende sted inden ovnrøggassen indføres i kalcinatoren.

Den sammenblandede suspension af ovnrøggas og brændsel ledes 5 fortrinsvis ned gennem kalcinatoren dannende en flamme i dennes centrale zone.

Den forvarmede luft fra klinkerkøleren og forvarmet råmel fra forvarmeren indføres fortrinsvis sammen i kalcinatoren 10 som en luft/råmelsuspension. Endvidere foretrækkes det, at denne luft/råmelsuspension indføres tangentialt, således at råmelet slynges ud mod kalcinatorvæggen og under indvirkning af tyngdekraften glider ned langs væggen, men luften danner en omsluttende luftdyne rundt om flammen og gradvist blandes 15 med røggas/brændselssuspensionen.

Den forvarmede luft fra klinkerkøleren og forvarmet råmel fra forvarmeren kan alternativt indføres i kalcinatoren hver for sig. I så fald kan luften ligeledes indføres aksialt, 20 radialt eller på andre egnede måder, mens råmelet med fordel kan indføres via en indføringsåbning eller flere indløbsåbninger, fortrinsvis anbragt jævnt fordelt om kalcinatorens omkreds. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

For at kunne regulere udbrændingstemperaturen i kalcinatoren 2 og dermed sikre at brændsler, der kræver relativ lang tid 3 ved høj temperatur for at opnå en tilfredsstillende 4 udbrændingsgrad, så som brændsler med lavt indhold af 5 flygtige bestanddele, kan det forvarmede råmel med fordel 6 indføres i kalcinatoren flere steder ned langs denne. Det 7 foretrækkes således, at forvarmet råmel fra forvarmeren kan 8 indføres i kalcinatorens nedre ende. Råmel, der tilsættes i 9 kalcinatorens nedre ende vil straks kalcineres og derved slå 10 temperaturen ned til den aktuelle kalcineringstemperatur.

11

Forvarmet råmel fra forvarmeren kan endvidere indføres i kalcinatoren sammen med ovnrøggassen, og som følge af sin katalytiske virkning give en yderligere NOx-reduktion ved DK 174307 B1 6 bl.a. at fremme reaktionen NO + CO til N3 + C03. Forvarmet råmel, der indføres på denne måde, kan med fordel indføres i strømmen af ovnrøggas umiddelbart efter denne er ledt ud af ovnen. Herved vil råmelet sænke ovnrøggassens temperatur og 5 dermed reducere eventuelle påbagningsproblemer i kanalen, der leder ovnrøggassen fra ovnen til kalcinatoren.

| Røggas/råmelsuspensionen kan i dette tilfælde med fordel indføres tangentialt i kalcinatorens øvre ende for derved at holde råmelet ved kalcinatorvæggen. I den centrale del af 10 kalcinatorens reduktionszone vil der således kun være ganske lidt råmel, hvilket medfører, at en høj temperatur og dermed ! fordelagtige betingelser for antændelse og NOx-reduktion kan opnås selv ved anvendelse af brændsler med lavt indhold af flygtige bestanddele.

15

Anlægget til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen er af den art, der omfatter en forvarmer, en kalcinator omfattende en øvre ende og en nedre ende, en ovn og en 20 efterfølgende klinkerkøler, og er kendetegnet ved, at det omfatter midler for indføring af ovnrøggas i kalcinatorens øvre ende, midler for indføring af brændsel i kalcinatorens øvre ende, midler for indføring af forvarmet luft fra klinkerkøleren i kalcinatoren et sted under området for 25 indføring af ovnrøggas og brændsel, midler for indføring af forvarmet råmel i kalcinatoren et sted under området for indføring af ovnrøggas og brændsel, midler til at udtrække røggas/råmelsuspension fra kalcinatorens nedre ende og lede dette til en udskilleindretning, samt midler til at lede det 30 udskilte råmel til ovnen.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvis eneste figur viser et anlæg til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

35 I figuren er vist et ovnanlæg til fremstilling af cementklinker. Dette anlæg omfatter en cyklonforvarmer, hvoraf kun den sidste cyklon 1 er vist i figuren, en DK 174307 B1 7 kalcinator 3 med udskillecyklon 4, en roterovn 5, samt en klinkerkøler 7. Anlægget omfatter desuden et ovnstigrør 9 for fremføring af ovnrøggas til kalcinatoren 3, samt en kanal 11 for fremføring af forvarmet luft fra klinkerkøleren 5 7 til kalcinatoren 3. Råmel fra et ikke vist råmølleri forvarmes i forvarmeren i modstrøm af røggas, hvorefter det udskilles fra forvarmeren i cyklonen 1 og ledes til kalcinatoren 3, hvori det kalcineres. Fra udskillecyklonen 4' s bundudtag ledes det kalcinerede råmel via en ledning 8 10 derefter til roterovnen 5, hvor det brændes til cementklinker, der efterfølgende køles i klinkerkøleren 7. Røggassen fra roterovnen 5 og kalcinatoren 3 trækkes fra kalcinatoren 3 gennem cyklonen 4 og videre op gennem forvarmeren ved hjælp af en skematisk vist ventilator 6.

15

Ifølge opfindelsen indføres ovnrøggassen i den øvre ende 3a af kalcinatoren 3 enten sammen med eller umiddelbart efter i det mindste hovedparten af brændslet er indført. I den viste udføreIsesform indføres brændsel i kalcinatoren 3 via en 20 brænder 13, der er anbragt således, at den rager aksialt ind i toppen af kalcinatoren 3, mens ovnrøggassen indføres via en indløbskanal 15, der udmunder tangentialt i siden af kalcinatorens øvre ende 3a. Forbrændingen af brændslet, der indføres i kalcinatoren 3 via brænderen 13 påbegynder derfor 25 i en atmosfære bestående af ovnrøggas med et lavt iltindhold. Herved skabes en reducerende zone, hvori den N0X, der tilføres med ovnrøggassen reagerer med brændslet og dermed reduceres. 1 2 3 4 5 6

Lidt længere nede på kalcinatoren, efter en reduktionszone 2 af en passende længde, indføres forvarmet luft fra 3 klinkerkøleren 7 via kanalen 11, der udmunder tangentialt i 4 kalcinatoren 3. Hovedparten af det forvarmede råmel fra 5 forvarmeren indføres i kalcinatoren 3, som vist ved pilen 6 17, sammen med luften fra køleren.

Køleluft/råmelsuspensionen vil på grund af den tangentielle indføring strømme nedad gennem den efterfølgende udbrændingszone følgende en spiralformet bane, hvorved DK 174307 B1 8 råmelet slynges ud mod kalcinatorvæggen og glider ned langs denne under indvirkning af tyngdekraften, mens køleluften lægger sig uden om flammen i den centrale del af kalcinatoren og gradvist opblandes med 5 røggas/brændselsuspensionen. I den centrale del af kalcinatorens udbrændingszone vil der således kun være ganske lidt råmel, hvilket medfører, at en høj temperatur og dermed en god udbrændingsgrad kan opnås selv ved anvendelse af brændsler med lavt indhold af flygtige bestanddele.

10 Råmelet, der glider ned langs kalcinatorvæggen, kalcineres ved akkumulering af varmen fra kalcinatorens centrale udbrændingszone og fungerer dermed som et varmeskjold, der beskytter kalcinatorvæggen mod de høje temperaturer i udbrændingszonen.

15 I kalcinatorens nedre ende 3b suspenderes råmelet i den nedadstrømmende røggas, hvorved råmelet kalcineres yderligere og røggassens temperatur sænkes. Derefter ledes røggas/råmelsuspensionen via et overgangsstykke 3c til 20 udskillecyklonen 4, hvori råmelet udskilles fra røggassen og via cyklonen 4's bundudtag ledes til roterovnen 5.

Med det formål at kunne regulere temperaturen i udbrændingszonen og samtidig reducere røggassens 25 afgangstemperatur fra kalcinatoren kan en mindre mængde forvarmet råmel indføres i kalcinatorens nedre ende 3b, som vist ved pilen 19, eller i overgangsstykket 3c.

En mindre mængde forvarmet råmel fra forvarmeren kan 30 endvidere indføres i strømmen af ovnrøggas umiddelbart efter denne er ledt ud af roterovnen 5, som vist ved pilen 21. Herved vil dette råmel sænke ovnrøggassens temperatur og dermed reducere eventuelle påbagningsproblemer i kanalen 9. Desuden vil dette råmel, som følge af sin katalytiske 35 virkning give en yderligere N0X-reduktion i kalcinatoren 3.

I dette tilfælde indføres røggas/råmelsuspensionen tangentialt i kalcinatorens øvre ende for derved at holde råmelet ved kalcinatorvæggen. I den centrale del af i 9 DK 174307 B1 kalcinatorens reduktionszone vil der således kun være ganske lidt råmel, hvilket medfører, at en høj temperatur og dermed fordelagtige betingelser for antændelse og NOx-reduktion kan opnås selv ved anvendelse af brændsler med lavt indhold af 5 flygtige bestanddele.

Claims (13)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af cementklinker, hvor cernentråmel forvarmes i en forvarmer (1) , kalcineres i en 5 kalcinator (3) omfattende en øvre ende (3a) og en nedre ende (3b) , brændes til klinker i en ovn (5) og afkøles i en efterfølgende klinkerkøler (7) , kendetegnet ved, at røggas fra ovnen (5) indføres i kalcinatorens øvre ende (3a), at brændsel ligeledes indføres i kalcinatorens øvre ende (3a) , 10 at røggas/brændselsuspensionen ledes nedad gennem kalcinatoren (3) , at forvarmet luft fra klinkerkøleren (7) og forvarmet råmel fra forvarmeren (1) sammen eller hver for sig indføres i kalcinatoren (3) et sted under området for indføring af røggas fra ovnen og brændsel, at den forvarmede 15 luft ledes ned gennem kalcinatoren (3) og gradvist blandes med røggas/brændselsuspensionen, at råmelet under indvirkning af tyngdekraften ledes ned gennem kalcinatoren (3) langs dennes væg og ved kalcinatorens nedre ende (3b) suspenderes i røggassen, og at røggas/råmelsuspensionen 20 udtrækkes fra kalcinatorens nedre ende (3b) og ledes til en udskilleindretning (4) for udskillelse af råmelet, der efterfølgende ledes til ovnen (5).

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at 25 ovnrøggassen indføres i kalcinatorens øvre ende (3a) radialt, tangentialt eller aksialt.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at brændsel indføres i kalcinatorens øvre ende (3a) sammen med 30 ovnrøggassen.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at brændsel indføres separat i kalcinatorens øvre ende (3a).

5. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendetegnet ved, at brændslet indblæses aksialt ind fra toppen af kalcinatoren (3) . DK 174307 B1 11

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den sammenblandede suspension af ovnrøggas og brændsel ledes ned gennem kalcinatoren (3) dannende en flamme i dennes centrale zone. 5

7. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at forvarmet luft fra klinkerkøleren (7) og forvarmet råmel fra forvarmeren (1) indføres sammen i kalcinatoren som en luft/råmelsuspension. 10

8. Fremgangsmåde ifølge krav 7, kendetegnet ved, at luft/råmelsuspensionen indføres tangentialt, således at råmelet slynges ud mod kalcinatorvæggen og under indvirkning af tyngdekraften glider ned langs væggen, men luften danner 15 en omsluttende luftdyne rundt om flammen og gradvist blandes med røggas/brændselssuspensionen.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at forvarmet råmel indføres i kalcinatoren (3) flere steder ned 20 langs denne.

10. Fremgangsmåde ifølge krav 9, kendetegnet ved, at forvarmet råmel fra forvarmeren (1) indføres i kalcinatorens nedre ende {3b) og/eller i overgangsstykket (3C) . 25

11. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at forvarmet råmel fra forvarmeren (1) indføres i kalcinatoren sammen med ovnrøggassen.

12. Fremgangsmåde ifølge krav 11, kendetegnet ved, at det forvarmede råmel, der indføres på denne måde, indføres i strømmen af ovnrøggas umiddelbart efter denne er ledt ud af ovnen (5).

13. Anlæg til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen af den art, der omfatter en forvarmer (1), en kalcinator (3) omfattende en øvre ende (3a) og en nedre ende (3b), en ovn DK 174307 B1 12 (5) og en efterfølgende klinkerkøler (7) , og er kendetegnet ved, at det omfatter midler (15) for indføring af ovnrøggas i kalcinatorens øvre ende (3a), midler (13) for indføring af brændsel i kalcinatorens øvre ende (3a), midler (11) for i 5 indføring af forvarmet luft fra klinkerkøleren (7) i kalcinatoren (3) et sted under området for indføring af ovnrøggas og brændsel, midler (17) for indføring af forvarmet råmel i kalcinatoren (3) et sted under området for indføring af ovnrøggas og brændsel, midler (6) til at I 10 udtrække røggas/råmelsuspension fra kalcinatorens nedre ende og lede dette til en udskilleindretning (4), samt midler (8) til at lede det udskilte råmel til ovnen (5). 15