Увеличение выхода цементного клинкера
Способ увеличения выхода цементного клинкера из установки по производству цемента, состоящей из цементной печи и охладителя, в котором охлаждают полученный в печи цемент, включает: а) получение горячего цементного клинкера из исходных ингредиентов в цементной печи; b) подачу горячего цементного клинкера, полученного на стадии а), в охладитель; с) введение измельченного материала, содержащего по аналитическим расчетам двуокись кремния и окись, по меньшей мере, кальция и алюминия, в контакт с указанным горячим цементным клинкером ниже по потоку относительно образования горячего цементного клинкера при температуре, по меньшей мере, 1000°С, таким образом, чтобы измельченный материал не был унесен в зону образования клинкера в печи вторичным воздушным потоком, расплавление, по меньшей мере, 50 мас.% названного материала до образования частично расплавленого материала и химическое взаимодействие этого частично расплавленного материала с горячим клинкером с получением пирообработанной частично расплавленными кристаллическими гидросиликатами композиции цементного клинкера, охлаждение указанной композиции цементного клинкера в охладителе; и d) извлечение из охладителя охлажденной композиции цементного клинкера, содержание цементного клинкера в которой выше, чем содержание горячего цементного клинкера на стадии b). Технический результат: повышение выхода цементного клинкера из установки по производству цемента. 18 з.п. ф-лы, 1 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к способу увеличения выхода цементного клинкера из установки для обжига.
Предшествующий уровень техники
На цементных заводах цементный клинкер получают в печах для обжига при высокой температуре из исходных ингредиентов, которые загружают в печь, где они последовательно проходят ряд технологических процессов при высокой температуре.
После горячего обжига и выгрузки из печи полученный горячей цементный клинкер, температура которого обычно составляет около 1400°С, загружают в охладитель, представляющий собой систему охлаждения клинкера, внутри которой слой клинкера перемещается от входного отверстия до выходного отверстия, например, по охлаждающей решетке. Для охлаждения клинкера его слой продувают воздухом, который поступает из сопел, расположенных ниже решетки. В зависимости от конфигурации охладителя температура клинкера на входном отверстии охладителя находится на уровне немного ниже около 1400°С, а на выходном отверстии составляет около 120°С.
Охлажденный цементный клинкер измельчают до требуемой степени и применяют в чистом виде или в некоторых случаях в смеси с наполнителями, в особенности, обладающими свойствами пуццолана, с целью получения цементной смеси. Наполнители позволяют уменьшить содержание цементного клинкера в готовой цементной смеси. В качестве наполнителей, в частности, используют побочные продукты промышленного производства с высоким уровнем содержания двуокиси кремния, также включающие кальций и/или алюминий в окисленном виде, в особенности, в виде окисей или карбонатов. В число таких наполнителей входит угольная зола, более точно, летучая зола, зольный остаток; колошниковый шлак и испарения двуокиси кремния. Кроме того, для регулирования химического состава или для облегчения обращения с наполнителем, если, например, необходима агломерация, также используют модификаторы, такие как известь, цементную пыль и отходы цемента или цементный клинкер.
В результате усиления контроля выбросов газов из промышленных установок, начиная примерно с 1986 г. для снижения уровня содержания окислов азота в выбросах начали внедрять печи с низким уровнем NOx. Следствием такого контроля стало увеличение содержания в углероде пуццолановой летучей золы типа F и, в меньшей степени, типа С. Кроме того, на некоторых предприятиях в лигнит, каменный уголь и черный лигнит в небольших количествах добавляют нефтяной кокс, что также приводит к повышению уровня содержания углерода в летучей золе.
Углерод, например, содержащийся в угольной золе, является загрязнителем цемента, способным поглощать химические вещества, в результате чего ухудшаются эксплуатационные качества цемента.
Известны попытки удаления углерода из летучей золы, включая электростатическое разделение, смешивание летучей золы с текучей средой, такой как керосин и отделение углерода методом вспенивания, и обработку летучей золы в камере сгорания с псевдоожиженным слоем с целью сжигания углерода.
Зольный остаток также содержит углерод, являющийся загрязнителем, в связи с чем предпочтительно удаляют углерод, если в состав цемента должен входить зольный остаток.
В патенте США 5837052 предложено в процессе производства цементных смесей добавлять в угольную золу цементный клинкер, находящийся в охладителе печи для обжига. При этом для сохранения целостности и идентичности угольной золы и окисления углерода используют тепло, выделяемое горячим клинкером в процессе его охлаждения в охладителе, в результате чего получают смесь цементного клинкера и угольной золы, не содержащую угольной золы.
В патенте США 5976243 предложено добавлять колошниковый шлак в находящийся в охладителе печи цементный клинкер с целью удаления воды из шлака и получения цементной смеси на основе клинкера и колошникового шлака, в которой поддерживают целостность и идентичность колошникового шлака.
В патенте США 5650005 предложено увеличить содержание свободной извести в цементном клинкере путем добавления в него источника свободной извести.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение относится к способу повышения или увеличения выхода цементного клинкера из установки по производству цемента.
В соответствии с изобретением предложен способ увеличения выхода цементного клинкера из установки по производству цемента, состоящей из цементной печи и охладителя, в котором охлаждают полученный в печи цемент, в ходе осуществления которого:
a) получают горячий цементный клинкер из исходных ингредиентов в цементной печи;
b) подают горячий цементный клинкер, полученный на стадии а) в охладитель;
c) вводят измельченный материал, содержащий по аналитическим расчетам двуокись кремния и окись, по меньшей мере, кальция и алюминия, в контакт с горячим цементным клинкером ниже по потоку относительно образования горячего цементного клинкера при температуре, по меньшей мере, 1000°С, таким образом, чтобы измельченный материал не был унесен в зону образования клинкера в печи вторичным воздушным потоком, расплавляют, по меньшей мере, 50 мас.% названного материала до образования частично расплавленого материала и химическое взаимодействие этого частично расплавленного материала с горячим клинкером с получением пирообработанной частично расплавленными кристаллическими гидросиликатами композиции цементного клинкера, охлаждают указанную композицию цементного клинкера в охладителе; и
d) извлекают из охладителя охлажденную композицию цементного клинкера, содержание цементного клинкера в которой выше, чем содержание цементного клинкера на стадии b).
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Способ по изобретению позволяет повысить или увеличить выход цементного клинкера из охладителя цементной печи без изменения его химического состава, ингредиентов или технологических или эксплуатационных параметров цементной печи.
Это является существенным преимуществом, поскольку эксплуатирующие цементные печи специалисты консервативны по природе и отличаются устойчивым нежеланием каким-либо образом менять параметры работы цементной печи, если они их удовлетворяют.
i) В качестве наполнителей в настоящем изобретении применяют материалы с высоким содержанием двуокиси кремния и дополнительно содержащие кальций, алюминий или и то, и другое, способные при повышенной температуре вступать в реакцию с двуокисью кремния в охладителе установки по производству цемента, в результате чего получают композицию, преимущественно состоящую из кристаллического гидрокальция и силикатов алюминия. Двуокись кремния, кальций и алюминий обычно находятся в виде окиси кальция и окиси алюминия соответственно, однако меньшие количества могут присутствовать в виде силикатов, например силиката кальция и силиката алюминия и алюмосиликатов, таких как алюмосиликат кальция.
Наполнитель может быть аморфным или кристаллическим и обычно содержат двуокись кремния и соединения кальция и/или алюминия.
Соответствующие наполнители содержат молекулы силиката, представляющего собой силикат кальция или алюминия или и того, и другого, и обычно содержат силикаты, содержащиеся в цементном клинкере, однако с существенно меньшим содержанием кальция, например, угольной золы, колошникового шлака и испарений двуокиси кремния, являющихся побочными продуктами технологических или производственных процессов. Для регулирования химического состава или для облегчения обращения с наполнителем, если, например, необходима агломерация, также используют модификаторы, такие как известь, цементную пыль и цемент.
При повышенной температуре в печи ниже по потоку относительно образования цементного клинкера в условиях пирообработки измельченный наполнитель расплавляется, образуя частично плавленый материал, вступающий в химическую реакцию с горячим цементным клинкером, в результате чего получают подвергнутую пирообработке композицию цементного клинкера, преимущественно состоящую из кристаллического гидрокальция.
В первом варианте осуществления изобретения реакция пирообработки протекает в районе верхнего по потоку конца охладителя, прилегающего к выходу для цементного клинкера, при температуре в пределах 1400-1000°С.
Во втором варианте осуществления изобретения реакция пирообработки также может протекать в печи ниже по потоку по отношению к зоне образования цементного клинкера, более точно, в районе разгрузочного конца печи, являющегося особо предпочтительным для добавления наполнителей в виде крупных частиц. Протекающая в печи химическая реакция, в результате которой образуется горячий цементный клинкер, происходит в зоне обжига печи, за счет чего во втором варианте осуществления изобретения наполнитель добавляют ниже по потоку по отношению к зоне обжига.
Частицы наполнителя должны иметь соответствующий размер, обеспечивающий удовлетворительный уровень частичного плавления в процессе пирообработки с учетом точки добавления наполнителя в горячий цементный клинкер. Обычно в процессе пирообработки происходит частичное плавление, по меньшей мере, 1 мас.%, чаще, по меньшей мере, 50 мас.%, предпочтительно, по меньшей мере, 70 мас.%, и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 90 мас.% наполнителя.
Известно, что при заданной температуре и длительности воздействия частицы меньшего размера в большей степени подвержены частичному плавлению, чем более крупные частицы. Тем не менее, более крупные частицы, имеющие пористую ячеистую структуру, подвержены частичному плавлению в той же мере, что и более мелкие частицы.
Скорость и степень частичного плавления частиц наполнителя зависят от ряда факторов, включающих агрегатное состояние и размер частиц, температуру горячего цементного клинкера в точке добавления частиц наполнителя, длительность воздействия горячего цементного клинкера на частицы наполнителя, конфигурацию установки по производству цемента и экзотермическую тепловую энергию, например, выделяемую углеродом, выжженным из летучей золы, загрязненной углеродом.
Обычно частицы летучей золы имеют размер менее 100 микрон и пригодны для применения в таком виде.
а) Угольная зола
В настоящем изобретении применяют угольную золу, остающуюся в угольных печах после сгорания пылевидного антрацита или лигнита или каменного угля или черного лигнита. Такая зола включает летучую золу, представляющую собой мелко измельченную угольную золу, уносимую из печи отходящими или дымовыми газами, а также зольный остаток, накапливающийся на дне печи в виде агломератов.
В настоящем изобретении применяют угольную золу типа F или типа С. Угольная зола типа F обычно загрязнена углеродом, аналогично зольному остатку, также загрязненному углеродом, что является результатом применения печей с низким уровнем NOx, снижающих уровень содержания окисей азота в выбросах угольных печей, или неравномерного сжигания угля в печах, или добавления в лигнит, черный лигнит и каменный уголь небольших количеств нефтяного кокса.
Упомянутая выше летучая зола типа F и типа С соответствует стандарту А23.5 Канадской ассоциации по стандартизации (CSA) и стандарту С618 Американского общества по испытанию материалов (ASTM), включенным в настоящее описание в качестве ссылки на известный уровень техники.
Летучая зола типа С обычно содержит свыше 8 мас.% СаО, в целом, свыше 20 мас.%. Содержание СаО определяют как общее содержание Са в пересчете на СаО, при этом в содержание СаО включают свободную известь, т.е. свободную СаО и СаО, присутствующую в комбинированном химическом состоянии, например, в силикатах кальция и алюминатах кальция, кристаллическом мелилите (Ca3Al2SiO8) и мервините (Ca3MgSi2O7). Обычно в летучей золе типа С содержится менее 3 мас.% свободной извести.
Летучая зола типа F содержит 1-30 мас.%, чаще 1-15 мас.%, обычно 1-10 мас.% углерода и менее 8 мас.%, обычно менее 5 мас.% СаО.
Обычно большая часть частиц летучей золы, по меньшей мере, 80 мас.% имеет размер менее 45 микрон.
Зольный остаток извлекают со дна печи в виде гранул, 80 мас.% которых имеют размер в пределах от 100 микрон до 8 см, поскольку источником зольного остатка также является уголь, его химический состав аналогичен составу более мелкой летучей золы. Перед добавлением в находящийся в охладителе цементный клинкер зольный остаток соответствующим образом размалывают или измельчают, однако размер частиц не является решающим при условии осуществления требуемого частичного плавления.
b) Шлак
Доменный шлак является побочным продуктом железоплавильного производства, а его основными компонентами являются кремний, кальций, алюминий, магний и кислород.
Доменные шлаки включают охлажденный воздухом шлак, образующийся в результате затвердевания расплавленного доменного шлака в атмосферных условиях; зернистый доменный шлак, представляющий собой стекловидные гранулы, образующиеся при быстром охлаждении расплавленного доменного шлака, например погружением в воду; и гранулированный доменный шлак, образующийся при прохождении расплавленного шлака над вибрирующей подающей пластиной, где его увеличивают в объеме и охлаждают водяными струями, после чего он поступает на вращающийся барабан и затем в воздух, под действием которого он быстро затвердевает, образуя круглые гранулы.
Доменный шлак обычно содержит 3-20 мас.%, как правило, 5-15 мас.% воды, занимающей пустоты между частицами.
Изобретение относится к доменным шлакам, в целом включающим охлажденные воздухом и охлажденные водой доменные шлаки.
Доменный шлак может представлять собой, например, зернистый доменный шлак или гранулированный доменный шлак. Такие шлаки содержат стекло, образующееся в результате быстрого охлаждения водой, в количестве обычно свыше 90 мас.%, и воду в количестве 3-20 мас.%, обычно 5-15 мас.%. Гранулированный доменный шлак обычно содержит меньшее количество воды, в пределах 5-15 мас.%.
Частицы зернистого доменного шлака имеют размеры до 0,25 дюймов или до 4,75 мм. Частицы гранулированного доменного шлака имеют размер до 0,5 дюймов.
В Северной Америке содержание доменных шлаков принято указывать в виде окислов, за исключением содержания серы, что приведено в следующей ниже Таблице 1.
| Таблица 1 | |
| Химические составляющие | |
| (в виде окислов) | Состав композиции в мас.% |
| SiO2 | 32-42 |
| Al2О3 | 7-16 |
| СаО | 32-45 |
| MgO | 5-15 |
| S | 0,7-2,2 |
| Fe2О3 | 1-1,5 |
| MnO | 0,2-1,0 |
Сталеплавильный шлак является побочным продуктом сталелитейного производства и применим в том случае, когда его химический состав аналогичен составу доменного шлака, тем не менее, из-за неприемлемо высокого уровня содержания магния его применение ограничено малыми количествами.
Также могут применяться шлаки цветных металлов, представляющие собой побочные продукты производства различных цветных металлов из соответствующих руд, если они имеют химический состав, аналогичный составу доменного шлака.
с) Испарения двуокиси кремния
Испарения двуокиси кремния является побочным продуктом производства кремния или сплавов железа и кремния, который собирают методом фильтрации отходящих газов электродуговой печи. Обычно они содержат, по меньшей мере, 75 мас.% двуокиси кремния и состоят из мелких сферических частиц со средним диаметром около 0,1 μм.
ii) Способ
Способ по изобретению описан со ссылкой на вариант осуществления, согласно которому в качестве наполнителя используют угольную золу, более точно, летучую золу, загрязненную углеродом, однако изобретение также может быть осуществлено в случае применения незагрязненной углеродом летучей золы и зольного остатка, загрязненного или незагрязненного углеродом.
Летучую золу, содержащую углерод, добавляют в слой горячего цементного клинкера, перемещающийся в охладителе, ниже по потоку по отношению к зоне обжига печи таким образом, чтобы зола не была унесена в зону образования клинкера в печи вторичным воздушным потоком. На этой стадии цементный клинкер находится в виде гранул, обычно представляющих собой частицы размером от 10 до 12 дюймов. Горячий цементный клинкер перемещается от верхнего к нижнему по потоку концу охладителя.
Толщина слоя цементного клинкера обычно составляет от 6 до 24 дюймов. Цементный клинкер перемещается с переменной скоростью, зависящей от размера охладителя и пропускной способности печи. Обычно она составляет от около 2 до 6 футов в минуту, а температура слоя варьирует в пределах от около 1400°С на входном отверстии охладителя непосредственно ниже по потоку относительно зоны обжига печи до 100-150°С, обычно около 120°С на выпускном отверстии охладителя.
В целом, время нахождения клинкера в охладителе составляет 15-60, чаще 20-40 и обычно около 30 минут. Слой клинкера варьирует по размеру и может включать агломерат, размером до 10-12 дюймов. Через движущийся слой клинкера направляют струи холодного воздуха, обычно направленные снизу вверх по отношению к слою. Значительные объемы холодного воздуха поступающего в охладитель, обычно выходят из охладителя двумя потоками, один из них - преимущественно вверх по потоку относительно охладителя в направлении печи и создает тем самым источник вторичного воздуха для тепловой обработки, происходящей в печи, а другой - преимущественно вниз по потоку и выходит через пылесборники, расположенные у нижнего по потоку конца охладителя.
Таким образом, в процессе перемещения слоя горячего клинкера его подвергают воздействию холодного воздуха. Толщина слоя цементного клинкера обычно составляет от 6 до 24 дюймов. Цементный клинкер перемещается с переменной скоростью, зависящей от размера охладителя и пропускной способности печи. Обычно она составляет от около 2 до 6 футов в минуту, а температура слоя варьирует в пределах от около 1400°С на входном отверстии охладителя непосредственно ниже по потоку относительно зоны обжига печи до 100-150°С, обычно около 120°С на выпускном отверстии охладителя.
В целом, время нахождения клинкера в охладителе составляет 15-60, чаще 20-40 и обычно около 30 минут. Слой клинкера варьирует по размеру и может включать агломерат, размером до 10-12 дюймов. Через движущийся слой клинкера направляют струи холодного воздуха, обычно направленные снизу вверх по отношению к слою. Значительные объемы холодного воздуха, поступающего в охладитель, обычно выходят из охладителя двумя потоками, один из них - преимущественно вверх по потоку относительно охладителя в направлении печи и создает тем самым источник вторичного воздуха для тепловой обработки, происходящей в печи, а другой - преимущественно вниз по потоку и выходит через пылесборники, расположенные у нижнего по потоку конца охладителя.
Таким образом, в процессе перемещения слоя горячего клинкера его подвергают воздействию холодного воздуха, в результате чего клинкер по мере продвижения от верхнего к нижнему по потоку концу охладителя постепенно остывает, а его температура падает с 1400°С до 150°С.
Летучую золу соответствующим образом вводят в слой цементного клинкера с таким расчетом, чтобы вся или большая часть летучей золы перемещалась вместе с цементным клинкером в направлении выходного отверстия охладителя. Летучую золу вводят в перемещающийся слой клинкера в дополнительной точке, чтобы обеспечить соответствующее время ее нахождения в охладителе при достаточной высокой температуре, предпочтительно, по меньшей мере, 1000°С, обычно от 1000 до 1400°С и, тем самым, обеспечить сгорание содержащегося в летучей золе углерода и плавление летучей золы и образование частично расплавленого материала, вступающего в химическую реакцию с горячим клинкером в охладителе, в результате чего получают частично расплавленый клинкер, подвергнутый пирообработке и, главным образом, состоящий из силикатов гидрокальция.
Для ввода летучей золы в клинкер используют различные средства доставки, конструкция и расположение которых в охладителе известны специалистам в данной области техники.
Как показали результаты испытаний, при использовании в качестве наполнителя мелкоизмельченной летучей золы типа F оптимальной точкой пневматической загрузки золы применительно к конфигурации печи и охладителя является первый, верхний по потоку отсек охладителя, температура в котором наиболее высока. Такой результат вошел в противоречие с ожиданиями, согласно которым расположенная в непосредственной близости печь будет способствовать уносу летучей золы потоком воздуха из охладителя в основную часть печи. Поверхность клинкера имела достаточную температуру для плавления и захвата частиц золы клинкером.
Например, сухую (или влажную или увлажненную) летучую золу вводят при помощи оборотного шнекового бура, обеспечивающего соответствующую дисперсию слоя в охладителе с целью улучшения смешивания с горячим клинкером. Ввод летучей золы внутрь слоя также сводит к минимуму ее возможные потери в результате уноса потоком воздуха, направленного из охладителя в печь.
Например, чтобы обеспечить соответствующее смешивание, агломерированную летучую золу, зольный остаток или шлак, имеющие частицы более крупного размера частиц вводят в массу клинкера по мере ее продвижения из печи в охладитель ниже по потоку относительно зоны обжига. Наполнитель, например летучую золу, соответствующим образом вводят в находящийся в охладителе клинкер в таком количестве, чтобы обеспечить содержание наполнителя, например летучей золы, в клинкере на уровне около 2-25, предпочтительно, 5-15%, вероятнее, 5-10 мас.% в пересчете на общую массу наполнителя и клинкера.
iii) Цемент
Цементный клинкер, извлеченный из охладителя, измельчают до необходимой для цементного клинкера степени. При помощи способа по настоящему изобретению летучую золу или другой наполнитель вводят в цементный клинкер методом частичного пироплавления с целью увеличить выход цементного клинкера из установки по производству цемента.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 схематически проиллюстрирована установка по производству цемента, состоящая из печи и охладителя.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на чертежи.
Как показано на фиг.1, установка 10 имеет загрузочное отверстие 12, вращающуюся печь 14 и охладитель 16.
Печь 14 установлена с возможностью вращения относительно загрузочного отверстия 12 и охладителя. Вращающаяся печь 14 имеет зону 20 сушки, используемую во влажном процессе, зону 22 кальцинирования, зону 24 обжига и зону 26 первоначального охлаждения, расположенную у выпускного конца печи 14.
Вращающаяся печь 14 имеет загрузочное отверстие 18 и выпускное отверстие 28 для клинкера.
Установленная снаружи печи 14 горелка имеет сопло 32, смонтированное в вытяжном колпаке 38, при этом сопло 32 проходит через выпускное отверстие 28 для клинкера в печь 14. Из сопла 32 выходит пламя 36.
Охладитель 16 имеет входное отверстие 42, сообщающееся с выпускным отверстием 28 для клинкера печи 14 и выходным отверстием 44. В охладителе 16 установлена охлаждающая решетка 40, а струи 46 воздуха, проходящие под охлаждающей решеткой 40, представляют собой струи холодного воздуха, проходящие вверх через охлаждающую решетку 40 и слой 52 клинкера, опирающийся на охлаждающую решетку 40. Установка 10 имеет отделение 54, из которого в наполнитель, например летучую золу 50, загрязненную углеродом, под давлением подают струю 46 воздуха, проходящую из-под охлаждающей решетки 40 у верхнего по потоку конца охладителя 16, более точно, через отделение 54 охладителя 16.
Проиллюстрированная установка 10 также имеет альтернативное отверстие 56 для загрузки наполнителя, например доменного шлака, в печь 14 ниже по потоку относительно зоны 24 обжига, более точно, у выпускного конца печи 14 в зоне первоначального охлаждения. Охладитель 16 имеет выпускное отверстие 48 для воздуха.
Охлаждающая решетка 40 имеет множество пластин, расположенных встык. Некоторые пластины имеют отверстия, через которые проходит холодный воздух. Некоторые пластины закреплены, а другие установлены с возможностью возвратно-поступательного колебания. Колебание пластин вызывает перемешивание клинкера и его смешивание с летучей золой. Через решетку 40 подают воздух в виде групп струй 46, при этом каждая из групп связана с отделением 54.
Охлаждающая решетка 40 наклонена вперед в направлении от входного отверстия 42 к выходному отверстию 44. Слой 52 клинкера перемещается в направлении выходного отверстия 44 под действием колебания некоторых пластин в сочетании с наклоном и накоплением клинкера, загруженного в охладитель из печи 14.
В процесс работы исходные ингредиенты цементного клинкера в виде частиц через впускное отверстие 12 и загрузочное отверстие 18 загружают в печь 14, где они сначала поступают в зону 20 сушки. Печь 14 медленно вращается и наклонена вперед в направлении от отверстия 18 к выходному отверстию 28. По мере вращения печи 14 ингредиенты медленно последовательно перемещаются через зону 20 сушки, зону 22 кальцинирования и зону 24 обжига, в которую из сопла 32 поступает пламя.
Температура в зоне 20 сушки обычно находится в диапазоне от 300°С до 800°С. В зоне 22 кальцинирования температура обычно находится в пределах от 825°С до 1000°С, а в зоне 24 обжига температура обычно составляет от 1400°С до 1425°С. Образование клинкера завершается в зоне 24 обжига.
В процессе производства цементного клинкера печь 14 работает в обычном режиме, при этом настоящее изобретение не относится к работе печи 14 и не меняет каким-либо образом работу печи 14 при производстве цементного клинкера. Горячий клинкер, полученный в печи 14, выгружают через выпускное отверстие 28 для клинкера и подают в охладитель 16 через входное отверстие 42, где он попадает на охлаждающую решетку 40, по которой горячий клинкер перемещается в направлении выходного отверстия 44. Попадающий на охлаждающую решетку 40 горячий клинкер образует слой 52, состоящий из частиц клинкера, толщина или глубина которого обычно составляет от 6 до 24 дюймов.
Из под охлаждающей решетки 40 под давлением подают струи 46 воздуха, которые проникают через пластины охлаждающей решетки 40 и слой 52 и постепенно охлаждают клинкер по мере его продвижения в направлении выходного отверстия 44. Охладитель 16 обычно работает под низким давлением или частичным вакуумом, а воздух, проникающий вверх через слой 52, проходит в печь 14 по траектории, показанной стрелками А или траектории, показанной стрелками В, и выходит через нижний по потоку конец охладителя. Траектория перемещения слоя 52 обозначена стрелкой С.
Выбранную в качестве наполнителя летучую золу, загрязненную углеродом и находящуюся в мелкоизмельченном виде, вводят в клинкер через верхнее по потоку первое отделение 50 воздушных струй, расположенное у верхнего по потоку конца охладителя 16, где поддерживают достаточно высокую температуру для пирообработки летучей золы. Это всего лишь одна из точек, через которую вводят летучую золу, загрязненную углеродом. Летучую золу, загрязненную углеродом, пневматическим способом вводят через отделение 50 из-под слоя 52, чтобы она проникала в слой 52 и захватывала находящуюся внутри него летучую золу. По мере продвижения слоя 52, содержащего загрязненную углеродом летучую золу, в направлении выходного отверстия 44, содержащийся в летучей золе углерод сгорает, превращаясь в окись углерода, при этом происходит выделение тепла, а также выделение тепла из горячего цементного клинкера, в результате чего получают частично плавленый методом пирообработки клинкер, преимущественно состоящий из кристаллических гидросиликатов кальция. Охлажденный клинкер и летучая зола, не содержащая углерод, выходят из охлаждающей решетки 40 через выходное отверстие 44 у нижнего по потоку конца охладителя 16 и поступают на дальнейшую обработку, например, измельчение с целью получения цемента. Мелкие частицы летучей золы и/или цементного клинкера, унесенные воздухом, выходящим через выпускное отверстие 48 для воздуха по траектории В, собирают и возвращают обычным способом, применяемым в настоящее время в отношении клинкерной мелочи.
Пример
На цементной установке было проведено испытание с целью определить эффективность применения летучей золы типа F в качестве наполнителя цементного клинкера.
Летучую золу вводили в охладитель печи пневматическим способом через различные отделения, расположенные ниже охлаждающих решеток.
Были взяты образцы в 5 точках, включая колпак печи, пространство охладителя перед второй по ходу потока скребковой цепью и после второй скребковой цепи, циклон предварительной очистки гравийного фильтра и поглотительный циклон.
В печь, работающую с производительностью 24,42 тонны в час, загрузили летучую золу со скоростью 1,22 тонны в час.
В одном из испытаний летучую золу вводили через верхнее по потоку отделение при помощи охлаждающего вентилятора.
Образцы, взятые в отдельных точках, показали следующее: в образце, взятом из колпака печи, не обнаружено летучей золы, 97% всего материала было извлечено перед второй скребковой цепью, в поглотительном циклоне практически не было (0,1%) излечено материала, 100% материала было восстановлено после второй скребковой цепи. Во всех случаях произошло плавление свыше 90% летучей золы.
1. Способ увеличения выхода цементного клинкера из установки по производству цемента, состоящей из цементной печи и охладителя, в котором охлаждают полученный в печи цемент, включающий a) получение горячего цементного клинкера из исходных ингредиентов в цементной печи; b) подачу горячего цементного клинкера, полученного на стадии а), в охладитель; c) введение измельченного материала, содержащего по аналитическим расчетам двуокись кремния и окись, по меньшей мере, кальция и алюминия, в контакт с указанным горячим цементным клинкером ниже по потоку относительно образования горячего цементного клинкера при температуре, по меньшей мере, 1000°С, таким образом, чтобы измельченный материал не был унесен в зону образования клинкера в печи вторичным воздушным потоком, расплавление, по меньшей мере, 50 мас.% названного материала до образования частично расплавленого материала и химическое взаимодействие этого частично расплавленного материала с горячим клинкером с получением пирообработанной частично расплавленными кристаллическими гидросиликатами композиции цементного клинкера, охлаждение указанной композиции цементного клинкера в охладителе; d) извлечение из охладителя охлажденной композиции цементного клинкера, содержание цементного клинкера в которой выше, чем содержание горячего цементного клинкера на стадии b).
2. Способ по п.1, в котором указанный материал представляет собой летучую золу.
3. Способ по п.2, в котором указанная летучая зола представляет собой летучую золу типа С.
4. Способ по п.2, в котором указанная летучая зола представляет собой летучую золу типа F.
5. Способ по любому из пп.1-4, в котором количество указанного измельченного материала на стадии с) составляет от 2 до 25 мас.% от общей массы горячего цементного клинкера и измельченного материала.
6. Способ по любому из пп.2-4, в котором количество летучей золы на стадии с) составляет от 5 до 10 мас.% от общей массы горячего цементного клинкера и летучей золы.
7. Способ по любому из пп.2-6, в котором летучая зола вступает в контакт с горячим клинкером у верхнего по потоку конца охладителя при температуре от 1000 до 1400°С.
8. Способ по п.1, в котором указанный материал представляет собой зольный остаток.
9. Способ по п.1, в котором указанный материал представляет собой доменный шлак.
10. Способ по п.1, в котором указанный материал представляет собой сталеплавильный шлак.
11. Способ по п.1, в котором указанный материал представляет собой шлак производства цветных металлов.
12. Способ по п.1, в котором указанный материал представляет собой испарения двуокиси кремния.
13. Способ по любому из пп.1-12, в котором, по меньшей мере, 70 мас.% указанного измельченного материала плавится и образует частично плавленый материал, вступающий в реакцию с названным горячим клинкером.
14. Способ по любому из пп.1-12, в котором, по меньшей мере, 90 мас.% указанного измельченного материала плавится и образует частично плавленый материал, вступающий в реакцию с названным горячим клинкером.
15. Способ по любому из пп.2-4, 6, 7, в котором летучая зола загрязнена углеродом, который окисляется в процессе экзотермической реакции, а выделившееся в результате такой реакции тепло способствует плавлению названного измельченного материала и образованию частично плавленого материала; при этом по меньшей мере, 90 мас.% названного измельченного материала плавится и образует частично плавленый материал, вступающий в реакцию с названным горячим клинкером.
16. Способ по п.15, в котором количество летучей золы на стадии с) составляет от 5 до 10 мас.% от общей массы горячего цементного клинкера и названного измельченного материала.
17. Способ по любому из пп.1, 8-12, в котором указанный измельченный материал вступает в контакт с горячим цементным клинкером на стадии с) при температуре, по меньшей мере, 1000-1400°С.
18. Способ по любому из пп.1-17, в котором указанный измельченный материал контактирует с указанным горячим цементным клинкером в цементной печи ниже по потоку относительно зоны обжига, где происходит образование цементного клинкера.
19. Способ по любому из пп.1-18, в котором указанный измельченный материал загружают на стадии с) в сочетании с добавлением модификатора, регулирующего химические или технологические характеристики.
