Способ спекания цементного клинкера на конвейерных машинах

 

Относится к производству строительных материалов. Улучшение качества готовой продукции и снижение выбросов моноксида углерода и окислов азота в окружающую среду обеспечивается при использовании способа спекания цементного клинкера на конвейерных машинах, включающего формирование теплоносителя в горнах зон сушки, зажигания, спекания из продуктов горения внешнего топлива и рециркулируемых из слоя отработанных газов и просос теплоносителя во всех зонах сверху вниз. По данному предложению разрежение в камерах зон сушки, зажигания и спекания устанавливают равным 700 - 900, 500 - 600 и 250 - 400 ДаПа, а содержание кислорода в теплоносителе на входе в слой зон зажигания и спекания - равным 7 - 12 и 16 - 19% соответственно, посредством изменения количества дополнительно подаваемого в горны зон атмосферного воздуха. Например, гранулированную шихту и твердое топливо перемешивают, загружают на конвейерную машину и последовательно подвергают сушке, зажиганию и спеканию. Сушку производят при фильтрации теплоносителя (в качестве которого могут быть использованы рециркуляционные газы с температурой 300С) сверху вниз под воздействием устанавливаемого в вакуумных камерах разрежения, равного 800 ДаПа. Зажигание твердого топлива шихты производят теплоносителем с содержанием кислорода 10,0% , также фильтруемого сверху вниз при разрежении вакуумных камер этой зоны, равном 550 ДаПа. Теплоноситель ко входу в слой формируют в горне перемешиванием продуктов горения внешнего топлива, рециркуляционных газов и атмосферного воздуха. Спекание шихты производят при фильтрации теплоносителя через слой сверху вниз и содержащего 17,5% кислорода. Разрежение в вакуумкамерах зоны спекания устанавливают равным 325 ДаПа. Теплоноситель по входу в слой формируют перемешиванием рециркуляционных газов и атмосферного воздуха.

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к производству цементного клинкера.

Известны способы спекания цементного клинкера на конвейерных машинах, включающие формирование теплоносителя в горне зажигания из продуктов горения внешнего топлива и окислителя и просос теплоносителя в зонах сушки, зажигания и спекания сверху вниз (см. , например, патент Франции N 2231632, кл. C 04 B 7/44, 1975 г. ).

Недостатками известных способов являются: отсутствие методов оптимизации режимов фильтрации теплоносителя по длине конвейерной машины. В результате через отдельные участки слоя фильтруется избыточное количество теплоносителя, в том числе окислителя, на других участках слоя рабочего агента не хватает. При этом имеет место химический недожог окиси углерода, условия для интенсивного образования окислов азота и, как следствие, повышенный выброс вредных газовых соединений в окружающую среду. Кроме того, вследствие недопека отдельных участков слоя происходит ухудшение качества готовой продукции; отсутствие методов регулирования состава газовой фазы теплоносителя, фильтруемого через слой. В результате в зоне зажигания становится возможным недостаток окислителя, процесс зажигания топлива шихты становится нестабильным и в результате существенно ухудшается качество готовой продукции. В зоне спекания, напротив, возможный избыток окислителя интенсифицирует процесс окисления азота и, как следствие, попадание NO_x в окружающую среду. Недостаток же окислителя приводит к увеличению содержания СO в отходящих газах; отсутствие хоть какой-либо возможности регулирования состава газовой фазы в зоне спекания, что существенно повышает величину вредных газовых выбросов в окружающую среду; сброс отходящих газов, обладающих в ряде случаев достаточно значимым температурным и кислородным потенциалом, в окружающую среду. В результате, во-первых, возрастает расход топлива на передел, во-вторых, ухудшается качество готовой продукции и возрастает количество сбрасываемых в атмосферу вредных газовых соединений.

За прототип принимаем способ спекания минеральных шихт на конвейерных машинах, включающий формирование теплоносителя в горнах зон зажигания и спекания из продуктов горения внешнего топлива и рециркулируемых отработанных газов и просос теплоносителя во всех зонах сверху вниз.

Недостатками данного способа являются перечисленные выше, а именно - отсутствие методов оптимизации режима фильтрации теплоносителя по длине конвейерной машины, отсутствие методов регулирования состава газовой фазы в зажигаемом и спекаемом слое. В результате ухудшается качество готовой продукции и происходит увеличение выбросов вредных газовых соединений в окружающую среду. Кроме того, описанные в прототипе способ и устройство не дают данных для создания высокопроизводительного процесса для получения достаточно качественного цементного клинкера.

Целью предлагаемого изобретения является улучшение качества готовой продукции и снижение выбросов CO и NO_x в окружающую среду.

Поставленная цель обеспечивается при использовании способа спекания цементного клинкера на конвейерных машинах, включающего формирование теплоносителя в горнах зон сушки, зажигания, спекания из продуктов горения внешнего топлива и рециркулируемых отработанных газов и просос теплоносителя во всех зонах сверху вниз, по которому разрежение в камерах зон сушки, зажигания и спекания устанавливают равным 700-900, 500-600 и 250-400 даПа, а содержание кислорода в теплоносителе на входе в слой зон зажигания и спекания равным 7-12 и 16-19% соответственно, посредством изменения количества дополнительно подаваемого в горны этих зон атмосферного воздуха.

В последнее время для производства дефицитного в стране цементного клинкера заметное развитие приобретают конвейерные машины с обжиговыми, либо спекательными тележками. Такие машины успешно освоены промышленностью и серийно выпускаются для производства агломерата и окатышей. Эти конвейерные машины достаточно экономичны и надежны в эксплуатации. Вместе с тем, производство цементного клинкера на конвейерных машинах характеризуется рядом особенностей и требует разработки новых технологий и конструктивных элементов обжигового оборудования. Прежде всего, вследствие увеличения количества потребляемого слоем тепла (значительного развития эндотермических реакций), уровня температурного потенциала в слое и требования по равномерности тепловой режима фильтрации теплоносителя через слой и кислородного потенциала этого теплоносителя. До настоящего времени такие методы регламентации аэродинамического режима фильтрации теплоносителя и содержания в нем окислителя являются неизвестными. В предлагаемом решении экспериментально отработан способ спекания цементного клинкера с элементами регламентации фильтруемого сверху вниз через слой теплоносителя на входе по содержанию окислителя, на выходе - по разрежению в вакуумных камерах. Способ имеет следующие отличительные особенности.

Разрежение в вакуумных камерах (одной камере) зоны сушки должно составлять 700-900 даПа. При меньшем разрежении в вакуум-камерах сушки (менее 700 даПа) неоправданно понижается скорость фильтрации теплоносителя через слой, снижается интенсивность процесса. В результате содержащие влагу гранулы попадают в зону зажигания и разрушаются, качество готовой продукции при этом ухудшается. При большем разрежении в вакуум-камерах зоны сушки (более 900 даПа) интенсивность удаления водяных паров из гранулы превышает критическую величину и они разрушаются, качество готовой продукции при этом также ухудшается.

Разрежение в вакуумных камерах зоны зажигания твердого топлива шихты должно составлять 500-600 даПа. При меньшем разрежении в вакуум-камерах зоны зажигания (менее 500 даПа) не обеспечивается стабильное зажигание твердого топлива шихты, увеличивается его химический недожог и, как следствие, растет расход топлива на передел, ухудшается качество готовой продукции и возрастает содержание СО в отходящих газах. При большем разрежении в вакуум-камерах зоны зажигания (более 600 даПа), из-за возросшего числа подсосов через бортовые уплотнения, повышается неравномеpность обжига слоя и ухудшается качество готовой продукции.

Разрежение в вакуумных камерах зоны спекания должно составлять 250-400 даПа. При меньшем разрежении в вакуумкамерах зоны спекания (менее 250 даПа), из-за снижения скорости фильтрации теплоносителя через слой, либо понижается производительность конвейерной машины, либо ухудшается качество готовой продукции. При большем разрежении в вакуум-камерах зоны спекания (более 400 даПа) повышается неравномерность термообработки спека и уменьшается выход годного агломерата.

Содержание кислорода в теплоносителе на входе в слой зоны зажигания должно составлять 7-12% . При меньшем содержании кислорода (менее 7% ) не обеспечивается стабильное зажигание шихты, ухудшается качество готовой продукции и растет содержание CO в отходящих газах. При большем содержании кислорода в теплоносителе на входе в слой зоны зажигания (более 12% ) условия зажигания твердого топлива шихты существенно не меняются, а процессы образования окислов азота заметно интенсифицируются и содержание NO_x в отходящих газах растет.

Содержание кислорода в теплоносителе на входе в слой зоны спекания должно составлять 16-19% . При меньшем содержании кислорода в теплоносителе (менее 16% ) замедляется скорость окисления углерода, и возрастет содержание CO в отходящих газах. При большем содержании кислорода в теплоносителе на входе в слой зоны спекания (более 19% ) без улучшения процесса спекания возрастает содержание NO_x в отходящих газах.

Состав газовой фазы в теплоносителе на входе в слой в зоне сушки на процесс удаления влаги практического влияния не оказывает.

Состав теплоносителя на входе во все технологические зоны регулируют посредством изменения количества дополнительно подаваемого в горн этих зон атмосферного воздуха.

Сущность изобретения заключается в использовании на конвейерной машине для производства цементного клинкера теплоносителя с регламентированными параметрами: на входе - по содержанию окислителя, на выходе - по разрежению отходящих газов, что позволяет улучшить качество готовой продукции и снизить выбросы вредных газовых соединений в атмосферу.

П р и м е р 1. На средние значения режимных параметров. Гранулированную шихту и твердое топливо перемешивают, загружают на конвейерную машину и последовательно подвергают сушке, зажиганию и спеканию. Сушку производят при фильтрации теплоносителя (в качестве которого могут быть использованы рециркуляционные газы с температурой 300^оС) сверху вниз под воздействием устанавливаемого в вакуумных камерах разрежения, равного 800 даПа. Зажигание твердого топлива шихты проводят теплоносителем с содержанием кислорода 10,0% также фильтруемого сверху вниз при разрежении в вакуумных камерах этой зоны, равном 550 даПа. Теплоноситель к входу в слой формируют в горне перемешиванием продуктов горения внешнего топлива, рециркуляционных газов и атмосферного воздуха. Спекание шихты производят при фильтрации теплоносителя через слой сверху вниз и содержащего 17,5% кислорода. Разрежение в вакуум-камерах зоны спекания устанавливают равным 325 даПа. Теплоноситель к входу в слой формируют перемешиванием рециркуляционных газов и атмосферного воздуха.

При таких параметрах процесса удельная производительность конвейерной машины по клинкеру составила 0,42 т/м² ˙ ч, удельный расход доменного газа на зажигание шихты 525 м³ клинкера, удельный расход твердого топлива 210 кг/т клинкера, выход годного 0,56. В отходящих газах содержание СO и NO_x составило 0,08 и 0,0004% соответственно.

На конвейерной машине с параметрами теплоносителя по прототипу производительность по клинкеру составляет 0,32 т/м²x x ч, расход доменного газа и твердого топлива 570 м³/т и 230 кг/т соответственно и выход годного - 0,34. Содержание в отходящих газах CO и NO_x составляло 0,6 и 0,02% .

Таким образом, предлагаемое решение превосходит известное по всем показателям.

П р и м е р 2. На минимальные значения режимных параметров и на отклонения от них. Приемы осуществления способа идентичны примеру 1. Исключением являются параметры теплоносителя на входе в слой (выходе из слоя) зон сушки, зажигания и спекания. Разрежение в вакуумных камерах зон сушки, зажигания и спекания устанавливают равным 700, 500 и 250 даПа соответственно. Содержание кислорода в теплоносителе на входе в слой устанавливают равным в зоне зажигания 7% в зоне спекания 16% . При таких параметрах процесса удельная производительность конвейерной машины составила 0,39 т/м² ˙ ч, удельный расход доменного газа и твердого топлива 530 м³/т и 210 кг/т соответственно, выход годного - 0,56. Содержание в отходящих газах CO и NO_x составляло 0,09 и 0,0008% . Понижение разрежения в вакуумных камерах зоны сушки возможно только до величины 700 даПа. Так, при разрежении в вакуум-камерах зоны сушки 670 даПа, из-за недостаточной степени удаления влаги из гранул, выход годного сокращается с 0,56 до 0,53. Понижение разрежения в вакуумных камерах зоне зажигания возможно только до величины 500 даПа. Например, при разрежении в вакуум-камерах зоны зажигания 480 даПа, из-за химнедожога твердого топлива содержание CO в отходящих газах возрастает с 0,09 до 0,24% . Понижение разрежения в вакуумных камерах зоны спекания возможно только до величины 250 даПа. При разрежении в вакуум-камерах зоны спекания 230 даПа, из-за снижения интенсивности процесса, выход годного сокращается на 0,02. Понижение содержания кислорода в теплоносителе на входе в слой зоны зажигания возможно только до величины 7% . Так, уже при содержании кислорода в теплоносителе в горне зоны зажигания, равном 6% , из-за нестабильного содержания твердого топлива шихты, содержание CO в отходящих газах возрастает на 0,24% . Понижение содержания кислорода в теплоносителе на входе в слой зоны спекания возможно только до величины 16% . Например, при содержании кислорода в теплоносителе в горне, зоны спекания, равном 14% , из-за химнедожога твердого топлива, содержание CO в отходящих газах возрастает до 0,42% .

П р и м е р 3. На максимальные значения режимных параметров и на отклонения от них. Приемы осуществления способа идентичны примеру 1. Изменению подлежали следующие параметры. Разрежение в вакуумных камерах зон сушки, зажигания и спекания устанавливают равным 900, 600 и 400 даПа соответственно. Содержание кислорода в теплоносителе на входе в слой устанавливают равным в зоне зажигания 12% , в зоне спекания 19,0% .

При таких параметрах процесса удельная производительность конвейерной машины составила 0,40 т/м² ˙ ч, удельный расход доменного газа и твердого топлива 515 м³/т и 220 кг/т соответственно, выход годного - 0,55. Содержание в отходящих газах CO и NO_x составило 0,07 и 0,0005% . Повышение разрежения в вакуумных камерах зоны сушки возможно только до величины 900 даПа. Так, при разрежении в вакуум-камерах зоны сушки 950 даПа, из-за разрушения гранул при ускоренном выводе из них водяных паров, выход годного понижается на 0,03.

Повышение разрежения в вакуум-камерах зоны зажигания возможно только до величины 600 даПа. Уже, при разрежении в вакуум-камерах зоны зажигания 640 даПа, вследствие возрастающего количества подсосов атмосферного воздуха, выход годного снижается до 0,51.

Повышение разрежения в вакуумных камерах зоны спекания возможно только до величины 400 даПа. Например, при разрежении в вакуум-камерах зоны спекания 420 даПа, из-за повышения степени неравномерности обработки слоя, выход годного уменьшается с 0,55 до 0,52.

Повышение содержания кислорода в теплоносителе на входе в слой зоны зажигания возможно только до величины 12% . Так, при содержанием кислорода в теплоносителе в горне зоны зажигания, равном 13% , вследствие интенсификации окисления азота в высокотемпературных условиях, содержание NO_x в отходящих газах увеличивается с 0,0005 до 0,004% .

Повышение содержания кислорода в теплоносителе на входе в слой зоны спекания возможно только до величины 19% . При содержании кислорода в теплоносителе в горне зоны спекания, равном 20, содержание NO_x в отходящих газах увеличивается на 0,014% .

Во всех перечисленных примерах разрежение в вакуумных камерах контролируют стандартными манометрами и регулируют дроссельными задвижками вакуумных камер.

Содержание кислорода теплоносителя на входе в слой контролируют автоматическими газоанализаторами и регулируют изменением количества подаваемого в горны атмосферного воздуха.

Конвейерная машина с параметрами теплоносителя по прототипу имеет производительность по клинкеру 0,32 т/м² ˙ ч, расход доменного газа и твердого топлива 570 м³/т и 230 кг/т соответственно и выход годного 0,34. Содержание в отходящих газах CO и NO_x составляло 0,60 и 0,02% .

Применение предлагаемого изобретения обеспечивает повышение производительности конвейерной машины на 17-25% снижение топливоэнергетических затрат, повышение выхода годного на 30-40% и получение цементного клинкера высоких марок. Содержание в отходящих газах окиси углерода и окислов азота сокращается до 0,06-0,12 и 0,0003-0,0010% соответственно. (56) Заявка Японии N 60-194024, кл. C 22 B 1/20, 1987.

Формула изобретения

СПОСОБ СПЕКАНИЯ ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА НА КОНВЕЙЕРНЫХ МАШИНАХ, включающий формирование теплоносителя в горнах зон сушки, зажигания, спекания из продуктов горения внешнего топлива и рециркулируемых из слоя отработанных газов и просос теплоносителя во всех зонах сверху вниз, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества готовой продукции и снижения выбросов CO и NO в окружающую среду, разрежение в зонах сушки, зажигания и спекания устанавливают равным 700 - 900, 500 - 600 и 250 - 400 ДаПа соответственно, а содержание кислорода в теплоносителе на входе в слой зон зажигания и спекания равным 7 - 12 и 16 - 19% соответственно путем дополнительной подачи в горны этих зон атмосферного воздуха.