水泥干法内燃烧成共发电工艺及其专用设备制造技术

水泥干法内燃烧成工艺及其专用设备，将含煤生料粉通过压力成型机加压成型为呈一定几何形状、最大尺寸不超过１００ｍｍ的致密生料块，在垂直移动填充床内燃烧成窑装置中，通过气固逆流接触，内燃烧成为水泥熟料，同时在专用设备的补燃装置中对含ＣＯ高温废气进行补燃升温，送入余热锅炉，用于发电。本发明专利技术工艺简单、节能、综合利用程度高，有工业化前景。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种由水泥生料粉制造水泥熟料的工艺，特别是一种水泥干法内燃烧成工艺及其专用设备。目前，水泥工业中水泥熟料烧成工艺主要有两种，即水泥生料粉预分解回转窑烧成工艺(以下简称“干法预分解”)和湿法成球现代立窑烧成工艺(以下简称“湿法内燃”)。70年代以来，在节能需求的推动下，世界水泥生产实现了湿改干的基本转变，水泥生料粉预分解烧成工艺成为现代水泥烧成的主导技术。同时，在一些发展中国家(特别是中国)，湿法成球立窑烧成工艺以其对这些国家的适用性仍被广泛地应用着。典型的预分解烧成工艺将烧成过程划分为串联的四个步骤，分别在不同类型的反应器中完成(1)在一组以稀相流化为特征的串联旋风预热器中进行气固逆流传热，实现物料预热；(2)在一台以稀相流化为特征的流化床反应器或喷腾、旋流反应器中实现燃料燃烧、气固换热和生料中CaCO3的分解；(3)在一台机械回转移动床(回转窑)中实现燃料燃烧、气固逆流表面换热和熟料的烧成；(4)在一台机械推进移动床(箅冷机)中进行熟料与气体错流换热，实现热回收和熟料冷却。这一工艺与湿法回转窑工艺相比，在实现了大幅度降低热耗和大规模生产的同时，也暴露着下述各种缺点(1)烧成过程的内部分割，导致工艺、设备和自控技术的复杂性。窑系统操作指标的预测迄今仍为水泥生产中最复杂的课题，正是其复杂性的明证。(2)回转窑以外部燃烧(相对物料而言)和气固表面传热为主要特征，传热速率慢，导致设备体积庞大。粉料烧成工艺伴随的造粒过程导致回转窑操作稳定性差。(3)旋风预热和箅冷工艺产生大量的低温(300℃左右)废气，无法充分利用。(4)生料中循环组分在高温预热及分解段的凝聚，导致生料流动性能上的不确定性，构成了令人头痛的操作障碍。在对预分解烧成工艺各环节不断改进的基础上，以及在各种寻求新型烧成方法的努力遭到失败后，国内外水泥界一般认为，现有的预分解烧成工艺仍将在相当一段时间内成为水泥烧成的主导技术。以立窑为代表的湿法成球内燃烧成工艺在水泥工业历史上一直占着一席地位。在中国，立窑工艺以其投资少，设备制造和生产管理技术要求低，目前仍承担着全国水泥产量中80％以上的生产任务。与此同时，其劳动条件差，污染严重和产品质量相对低劣也构成了日益严重的社会问题。依靠内燃烧成集燃烧、传热于一体，预热、分解、烧成、冷却于一体的固有特点，立窑工艺显示了其工艺及机电设备简单、设备体积小、可靠性高、运行技术要求低的优点。由于采用湿法成球备料，现代立窑工艺也存在下述严重缺点1.湿法成型的生料球水份占生料重量的13％以上，机械强度低，热稳定性差，导致窑内料层物理特性不稳定，进而破坏了必须建立在均匀通风基础上的烧成过程的稳定性，大大降低了熟料质量。2.作为窑内气体离开料层前与物料的最后一步传热，流出高温带的废气与刚入窑湿料层的换热过程不仅要为蒸发水份消耗掉约150kcal/kg-熟料的显热，而且由此造成的窑气温度急剧下降抑制了其中CO的燃烧，使其无法利用而被排放掉。这一部分的热损失亦在150kcal/kg-熟料左右。两者大大地削弱了内燃烧成工艺在节能上的优势。传统立窑烧成工艺在与现代水泥预分解窑工艺的竞争中已处于被淘汰的地位。参考文献《水泥的制造和应用》，胡宏泰等编著，山东科技出版社，1994，pp.199-271第六章 回转窑系统，pp.309-331第八章 立窑水泥厂的运作。寻求比回转窑工艺更简单、紧凑和节能的烧成工艺是国际水泥界长期不懈努力的目标。二战以来，这一努力主要遵循着下述研究路线(1)炉箅子内燃烧成法由二战中德国工程师开始的这项研究终止于50年代初，由于湿法造粒工艺和机械移动床的固有缺点，研究工作未取得富有竞争力的成果。(2)分段固定床烧成法(列巴(Reba)法)由德国Readymix水泥工程公司于1977年研究成功并取得专利。声称的技术经济效果为生产规模100-500t/d；投资费用130-140美元/吨/年；热耗730kcal/kg-熟料；电耗14kwh/T-熟料，但迄今未见商业应用的报道。(3)流化床烧成法自50年代初至今，美国Fuller，丹麦的F.L.Smidth，日本的川琦、秩父、石川岛、住友等公司均将开发新法烧成工艺的重点放在这一项研究路线上，其共同做法是沿用预分解回转窑烧成工艺中的粉料稀相旋风预热和预分解工艺，以流化床代替回转窑和冷却机，完成熟料的烧成冷却。上述各公司均开展了100-200T/D规模的工业试验。目前，Fuller公司声称新法流化床烧成工艺可用于处理窑灰和生产白水泥；秩父公司声称其年产10万吨规模的流化床烧成系统具有下述技术经济指标热耗760Kcal/kg-熟料；电耗40kwh/T-熟料；NOX排放量较现有工艺降低80％-90％。无论如何，各公司的流化床烧成工艺迄今均未见商业应用的报导。流化床烧成工艺未获商业成功的原因大致有二1.保留现有预分解烧成工艺中的前二环节(预热及分解)，用流化床替代机械移动床完成其后二个环节(烧成、冷却)，难以在全面比较中优于预分解回转窑工艺。2.流化床烧成工艺的放大比现有工艺要困难得多。本专利技术的目的是，克服干法预分解工艺和湿法内燃工艺的缺点，提供一种工艺简单、节能、综合利用程度高、有工业化前景的水泥干法内燃烧成新工艺。本专利技术的另一个目的是，提供一种适用于水泥干法内燃烧成新工艺的专用设备。考虑到湿法内燃工艺三分之一以上的能耗是因湿法成球所致，以及因湿法料球强度低、热稳定性差导致内燃烧成过程稳定性差，产品质量差，本专利技术工艺技术方案的要点是取消原料湿法成球工序，将含煤水泥生料粉以干法加压的方法制成具有一定强度和致密度的生料块，在一台类似立窑的垂直移动填充床内燃烧成窑设备中，进行垂直方向气固逆流接触，实现生料块内含煤的燃烧，物料的预热、碳酸盐组分的分解和物料的烧成，生产水泥熟料，同时对气固接触后含CO高温(500℃左右)废气补燃升温，送入余热锅炉，用于发电。具体地说，本专利技术工艺步骤包括水泥原料与原煤按比例混合，经烘干粉磨后成为含煤生料粉，其特征是，生料粉通过压力成型机加压成型为呈一定几何形状、最大尺寸不超过100mm的致密生料块，筛分后喂入垂直移动填充床内燃烧成窑装置，通过垂直方向气固逆流接触，内燃烧成为水泥熟料，在此过程中，对装置中离开料层的含CO高温废气进行补燃升温，使废气温度t范围为500℃＜t＜1000℃，送入余热锅炉，产生蒸气带动发电机做功。本专利技术工艺压力成型的致密生料块应具备一定的强度和热稳定性，即在常温下能承受输送和喂料过程中的各种机械应力，在加热过程中不爆裂，能承受床层压力，同时，料块内含煤应具有适宜的易燃性。经过理论值的计算和实验结果表明，满足上述要求的生料块常温下孔隙率应小于25％。生料块可以是单一颗粒形状，例如卵形、球形、枕形或其它几何形状。为了在不太大的压力下压制出合乎要求的生料块，本专利技术进一步的特征是在生料粉中加入小于生料粉重量5％的水，以极少量的水作为粘结剂，可以降低对压力设备的要求，降低料块成型作业能耗，而对烧成过程能耗影响甚微。本专利技术工艺集气固传热和燃料燃烧为一体，与干法预分解工艺相比，具有以下优点1.避免水泥烧成过程的内部分割，简化工艺，降低设备、电气和土建投资费用。2.强化了传热过程，缩小设备空间，抑制了机体散热损失。3.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水泥干法内燃烧成工艺，步骤包括水泥原料与原煤按比例混合，经烘干粉磨后成为含煤生料粉，其特征是，生料粉通过压力成型机加压成型为呈一定几何形状、最大尺寸不超过１０００ｍｍ的致密生料块，筛分后喂入垂直移动填充床内燃烧成窑装置，通过垂直方向气固逆流接触，内燃烧成为水泥熟料，在此过程中，对装置中离开料层的含ＣＯ高温废气进行补燃升温，使废气温度Ｔ范围为５００℃＜Ｔ＜１０００℃，送入余热锅炉，产生蒸气带动发电机做功。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈汉民，
申请(专利权)人：中材国际工程股份有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]