专利名称:生产白水泥熟料的设备与方法
这项发明是有关在回转窑中生产白水泥熟料的设备与方法。
人们可以从颜色上区分出白水泥和传统的波特兰水泥，然而，实质上，它们的化学性质，物理性质和化学成份都是一样的。一般来说，制作白水泥的原料的成份为75～85%的石灰石;5-20%高岭土或粘土和4～15%的砂。然而，原料中有些元素，具体说即是铁、锰和铬的含量要尽可能地低，以保持白水泥的纯白度。
一般来说，白水泥熟料中的三氧化二铁(Fe2O3)含量应低于0.40%，氧化锰(MnO)的含量应低于0.040%，三氧化二铬(Cr2O3)含量应低于百万分之三十。在生产白水泥过程中污染还会产生大约0.05～0.10%的三氧化二铁，所以白水泥的原材料起码要具备以下条件，石灰石含三氧化二铁量必须低于0.25%，高岭土或粘土的三氧化二氧含量不能超过0.5%，砂子中的三氧化二铁含量必须低于0.2%。
但由于上述元素是不能完全避免的，并且由于处于高价状态的金属正离子光吸收能力最高，所以将金属保持低价状态是取得高白度水泥的关键。可将熟料置于还原气体中，直到熟料的温度低于如果它们直接暴露于空气中的话会发生氧化的温度时为止。
在白水泥的加工中，比如从英国专利申请814，836号(GB-A814，836)中可知，是将原料加进转窑中，在里面烧结成水泥熟料。熟料在大约1200℃时离开转窑进入一个充满还原气体的筒式干燥器中，然后排入水箱的水中，冷却后再用运输机取出。这种方法有其缺点，就是熟料必须很快地加以干燥，而且熟料中还残留有12～18%的水份，这样就相对地减弱了水泥的强度，如果利用重质油在筒式干燥器中产生气体，会经常发现熟料料上面留有碳斑，如果改而采用转窑的热排气来干燥水泥熟料，窑内灰尘又会污染熟料，既便很快地完成干燥过程，也不可避免地使熟料吸收一定量的水份，减弱水泥的强度，在水箱中进一步冷却熟料也有缺点水蒸汽必定会窜进转窑，这可能会引起温度梯度的逆转效应，并会增加整个窑内负荷中的气体量，从而导致熟料所含的热量几乎丧失殆尽。
到目前为止，可采用的燃烧燃料仅仅为燃油或天然气，而不能使用煤，因为煤灰会造成污染，并且煤也不能保证在熟料的烧结区达到足够高的温度。用于烧结熟料的燃料，必须有足够高的热量值，即绝热火焰温度(AFT)的范围是1850℃～2050℃，到目前为止，只有燃油和天然气的AFT接近2015℃可以满足这一要求，该技术要求规定不能采用煤炭气化得到的低热值(LCV)煤气，因为在煤气化器的400℃典型出口温度中，其AFT只能达到1840℃。
已知的生产白水泥各种方法的缺点可以概括如下1.只能使用高热值，从而是较贵的燃料。
2.把熟料浸入水中会残留12～18%的水份，从而减弱水泥的强度，并且形成不良的温度梯度和增加窑内的气体负荷。
3.要排除熟料中的残留水份，如果用烧油筒式干燥器(oil drum dryer)干燥的方法则会导致碳污染，如果用热窑排气干燥法则会导致粉尘污染。
4.失去回收熟料中的热含量的可能性。
本发明的目的，就是为了克服生产白水泥过程中的上述各种缺点。按照本发明的方法，白水泥熟料是在一转动烧结窑中生成的，出窑后在还原气体中进行第一次冷却，在该冷却阶段中，采用同LCV燃料气直接进行热交换从而使其温度冷却到熟料同空气直接接触时不会重新氧化的温度，然后进入第二冷却阶段-同冷却空气直接接触。在第一冷却阶段被预热的LCV燃料气则作为燃料输入转窑;在第二冷却阶段被预热的冷空气则作为助燃空气进入转窑。
因此本发明，有可能大量回收熟料中的热含量，并且，同时可以对LCV燃料气加热，使其达到可供烧结窑直接烧结的程度。
低热值(LCV)气体是一种热含量为100～150BTU/scf[英热单位/标准立方英尺]的燃料气。
水泥熟料在具有旋转床、固定床、流化床或旋流床的热交换器或冷却器中与低热值燃料气接触，这即是第一冷却阶段。从绝热温度大约是1950℃，并且水泥熟料被冷却到至少600℃来估计，用这种方法，LCV燃料气的温度至少被加热到850℃。这样，水泥熟料冷却后的温度就低于发生氧化时的温度，这使得水泥熟料中残存的热量可以通过在直接接触式热交换或冷却器(最好采用与LCV燃料气冷却采用的同等型号的热交换器或冷却器)中与空气接触来回收。这样预热的空气可以用作窑内的助燃气。
象英国专利申请1171568号(GB-A-1171568)公开的，在窑下部喷水来初次冷却到大约1100℃。用这种快速冷却的方法既可以达到所需要的水泥强度;又在水泥熟料中仍存在足够的热量来加热LCV气体，使其达到可直接燃烧的温度。这同一热交换器还可作为降低水泥熟料含水量的设备。
水泥熟料最好能在LCV气体换热器中冷却降温到600℃以下，防止当水泥熟料暴露在空气中时被氧化。为此目的，冷却时间掌握在5～10分钟为好。
这项发明也包括一套用于实现这种新方法的设备，包括一个依靠热窑气体来预热原料的预热器;一个用来燃烧和烧结原料使之或水泥熟料的回转式转窑;以及一套用于冷却转窑生产的熟料的冷却装置，其特征在于这套冷却装置包括一台带有水泥熟料和LCV气体进口的初次热交换器和一台二次热交换器-用来接收从初次热交换器输送出来的水泥熟料，此外它还有一个空气入口，这二台换热气都有通向转窑的气体出口。
通过煤的气化，可便利地产生LCV气体。利用煤气发生炉就可以很容易生产出含灰份很低的、符合工艺要求的LCV燃料气体，如有必要，可在发生炉的后面安设除尘过滤器。适用于这一用途的典型发生炉的例子有福斯特·威勒(Foster Wheeler)煤气发生炉。它是一个二层固定床式的发生炉，从发生炉的顶部加入原料煤，原料逐渐向下流动，依靠向上流动的一股空气和水蒸汽的混合气体来进行气化。
发生炉的上层依靠挥发煤中的蒸馏作用产生了温度相当低的煤气(120℃)，这种煤气通过一个煤焦旋风分离器来排除了其中最重的成份。发生炉的下层从气化作用区产生600℃的煤气，在一个旋流器中给这种气体除尘，然后与顶部煤气混合，便提供出一种400℃的LCV气体。利用这种发生炉，并把煤气预热到至少850℃以上，就有可能利用相对便宜的煤作为转窑的燃料。
下面用简图来说明本发明的加工制作白水泥的装置。
将原料通过入口1输入预热器2，在那里用转窑5出来的热气将原料预热，把已预热的原料通过管道3送到转窑5里，在原料从转窑顶输送到窑底的过程中，在窑的熟练区被约从1400～1500℃顺序的温度烧成熟料，在转窑的末端，用输入水管6的水喷淋，把熟料冷却至大约1100℃，然后经过通道7装填到初次冷却器9，在那里，通过与通道11输入LCV气体的直接接触将熟料冷却到大约600℃，从冷却器9经通道12将熟料输送到二次冷却器13，通过直接接触由管道14引进的空气进行冷却，使熟料的温度冷却至100～150℃，以后，水泥熟料就从管道15输出，离开冷却器13。
LCV气体从具有16、17、18三个入口的煤气发生炉19中获得。这三个入口分别接受煤，空气和水蒸汽。煤从入口16加入。
LCV气体通过一个管道到达过滤器21，煤灰和其它颗粒经过滤器除掉，经出口22排出。LCV气体则由过滤器21经管道11到达冷却器9。
LCV气体大约在400℃时离开过滤器，并且从AFT为大约1950℃来估计经过冷却器9直接接触热熟料，LCV气体温度可达到约850℃。之后，经管道8引入转窑5的卸料端。第二阶段冷却器13中的空气是经与熟料换热，加热到300～500℃后由管道14引入的，由管道10离开热交换器13作为助燃空气输入到转窑5的卸料端。
转窑内的气体又通过通道4到达预热器2，利用直接热交换的方式预热原料，最后经管道23输入一个图中没有标出的过滤器和烟囱。
下述实施例进一步说明本发明的优点将0.766kg LCV气体/kg水泥熟料经第一冷却器送至转窑内，LCV气体在第一冷却器的出口温度大约是850℃，即AFT温度可达1950℃，相比之下，如果不经过第一阶段冷却器，温度只有400℃的LCV气体的AFT只能达到1840℃。水泥熟料接着流入第二冷却器，而在第二冷却器-空气冷却器中，采用1.39kg空气/kg水泥熟料的冷空气。在离开冷空气区时空气温度达到300～500℃。第一冷却阶段的热循环量相当于大约125千卡/kg，第二冷却阶段的热循环量也同样相当于125千卡/kg，这样，进入系统的热循环总量是250千卡/公斤水泥熟料。
权利要求
1.一种在转窑里生产白水泥熟料的方法，其中从窑中出来的熟料在还原气体中与低热值(LCV)的燃料气体直接进行热交换，来进行第一阶段冷却，冷却到熟料与空气接触时，不会再发生氧化的温度，以后就进入第二冷却阶段同冷却空气直接接触，经预热的LCV燃料气引入转窑作为燃料，在第二阶段被预热的冷空气引入转窑作为助燃空气。
2.权利要求
1所述之方法，其中水泥熟料在被LCV燃料气冷却之前，先在窑的下部，通过喷水的方法使其温度大至降至1100℃。
3.权利要求
1或2所述之方法，其中熟料在第二冷却阶段冷却到100～150℃范围之内，并把空气预热到300～500℃的范围内。
4.权利要求
1所述之方法，其中用煤气化器生产低热值(LCV)燃料气体，并且在初次冷却阶段，将其加热到至少850℃。
5.基本按照附图所描述的方式，在一回转窑装置中生产白水泥熟料的方法。
6.一套用于实现上述任一权利要求
之一的生产方法的设备，其中包括一台用热窑气预热原料的预热器;一台用来燃烧和烧结原料成为水泥熟料的回转式烧窑;一套冷却窑内水泥熟料的冷却装置，这套冷却装置的特点是包括一台有熟料和由煤气发生器生产的LCV气体入口的第一阶段换热器;一台用来接收从第一阶段换热器出来的熟料的第二阶段换热器，其上带有一个空气入口，这二台换热器都有气体出口通向转窑。
7.基本上如附图所示的回转转窑装置。
专利摘要
本发明生产白水泥熟料的方法和设备是使用低热值(LCV)的燃料，如煤气发生炉生产的煤气，来直接用于转窑5内的燃烧。LCV气体是在第一阶段的熟料冷却器9中同转窑内生产出的熟料直接进行热交换从而被预热到适宜的温度，熟料则一直被冷却到同空气直接接触时不再重新氧化的程度，接着熟料在第二阶段冷却器13中进一步同空气直接进行热交换，经预热的空气就作为助燃空气通入转窑5。
文档编号C04B7/00GK85106835SQ85106835
公开日1986年5月10日 申请日期1985年9月11日
发明者维纳·古马·哈蒂亚 申请人:弗·尔·斯米德思公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan