水硬性粘合剂旋转炉的运行的制作方法
【专利摘要】运行用于生产水硬性粘合剂的旋转炉(10)以减少其中的结圈的方法，其中，该炉(10)内的纵向温度分布曲线在炉运行期间通过以连续地或不连续地改变的注入参数注入不同于主要燃料(31，311，312)、初级氧化剂(32)和来自材料冷却器(20)的热空气(22)的至少一种流体(61)而改变。
【专利说明】水硬性粘合剂旋转炉的运行
[0001 ]本发明涉及用于生产水硬性粘合剂例如水泥和石灰的旋转炉。
[0002]这样的旋转炉具有基本上圆柱形的形状，该圆柱体的长度远大于其宽度。该炉绕旋转轴线进行旋转，该旋转轴线是相对于水平方向倾斜的、并且对应于该圆柱体的纵向轴线。有待在该炉中进行高温处理的材料在重力作用下向下行进穿过该炉。该炉可以在其下端处包括燃烧器组件，该燃烧器组件用于主要燃料与燃烧氧化剂的燃烧以便产生进行高温处理所必需的热量。由该燃烧器组件产生的火焰基本上沿着该炉的纵向方向指向。在该炉中产生的烟道气从该炉的上端处被排出。
[0003]经高温处理的材料(例如石灰或熟料)从该炉被转移到空冷式材料冷却器。
[0004]为了再利用从该冷却器离开的热的冷却空气的热能，已知的是使用该热的冷却空气作为用于该主燃料燃烧的次级氧化剂。在此情况下，该燃烧器组件用于将该主要燃料和初级燃烧氧化剂注入该炉中以便产生该主要燃料与该初级燃烧氧化剂的部分燃烧。来自该材料冷却器的热空气被送至该炉中以提供次级燃烧氧化剂来进行所述主燃料的基本上完全燃烧。
[0005]用于生产水硬性粘合剂的旋转炉的一个问题是，在炉运行期间在炉的圆柱形壁上形成厚的局部沉积物或累积物，也称为圈。
[0006]这样的沉积物(典型地包含未经高温处理的和/或经部分或完全高温处理的材料、灰分和灰尘)可能极大地限制炉的生产能力并且使其运行不稳定。
[0007]实际上，这样的沉积物减小了旋转炉的自由内部截面积/直径，这首先产生了材料流通的瓶颈并且还造成在炉的长度上压降增大。这种压降增大的后果是，在将该次级燃烧氧化剂经由下游的经高温处理材料的冷却器供应至该炉的风扇(也称为排气风扇)以恒定功率运行时，被供应至该炉的燃烧氧化剂的量减少，从而造成在该炉中产生的热量减少并且对应地经高温处理的材料的产量减小。如果替代地增大被供给该风扇(可以是引风或ID风扇)的功率来克服该压降增大并维持被供应给炉的燃烧氧化剂水平，则该生产过程的能量效率由此被显著降低。
[0008]已经提出了各种方法在炉运行期间限制结圈并去除已形成的圈。
[0009]当结圈是由于包含大量杂质(例如硫或氯)的炉气氛在窑中再循环造成时，一种已知的基础解决方案是使用旁路设施来提取烟道气或炉气氛的一部分，典型地从1%到5%。这个解决方案降低了设施的总效率，因为来自烟道气和烟道气中存在的材料的热量随着烟道气的提取而损失。此外，这个解决方案的设计非常复杂并且意味着相当大的附加资本花费。
[0010]另一个有效的解决方案在于通过用工业用枪穿过窑罩射掉这个圈，如果该圈不是距窑出口太远处形成的话。一种机械地粉碎此类沉积物的替代解决方案是透过窑的外壳在出现结圈的位置处点燃⑶2充入物，只要有通向其中的端口可用(参见US-A-2301855KUS-A-3220714描述了用于从旋转窑中机械地去除材料图的另一种方法，这是通过施加机械振动能量来在圈中造成开裂并由此减小圈的结构刚度来实现的。这些已知的机械解决方案可能严重损害窑壁(的耐火材料)。
[0011]然而，它们没有减少炉内的结圈过程并且要求炉被停工和冷却才可以去除这些圈。
[0012]根据在US-A-4421563中描述的方法，首先将固体燃料气化，从所产生的气体中去除硫，然后使经清洁的气体在旋转炉内燃烧。这样的方法能够减少与炉内灰分的存在和其他燃烧残留物相关联的结圈机理。然而，这样的方法一般没有工业意义，因为它将水硬性粘合剂的生产成本增大到不可接受的水平。事实上，在旋转炉中频繁燃烧低品质燃料和其他废产品的原因就是为了将生产成本维持在具有竞争力的低水平。
[0013]在US-A-5882190中提出了一种通过燃烧含大量硫的燃料来生产熟料的方法，其中测量该熟料的硫含量，并且其中将炉中的烟道气中的氧含量维持得足够高来将窑中的温度维持在CaSO4的分解温度以下。烟道气中的氧含量是通过调节排气机(排气风扇)将空气抽吸穿过窑和塔以及设施的速度来控制的。这个解决方案受到排气风扇能力的限制并且仅是为了解决与过量硫相关的结圈问题。
[0014]在FR-A-2246510中，提出了在熟料窑的进口端(烟道气出口)注入额外的空气以便将窑进口处的气氛温度降低到低于限定结圈的温度的一个温度。所提出的这个解决方案极大地降低了炉的热效率并且仅处理了窑进口处的结圈。
[0015]FR-A-2837916提出了借助于改变燃烧器的两个支路氧化剂注入器之间的氧化剂流速分配来改变火焰长度和热点位置。还描述了根据过程需要(例如限制堵塞的需要)进行的自动火焰长度控制。与该方法相关联的是基本上由三个同心管组成的燃烧器装置，其中燃料通道位于两个氧化剂通道之间。
[0016]如在FR-A-2837918中描述的方法的实际实现不适合在如上文描述的旋转窑中进行高温处理。其实，实际上不可能使用在FR-A-2837916中描述的燃烧器装置来利用来自材料冷却器的热空气(典型地具有在1100°C左右的温度)、不可能通过将次级氧化剂从共用的初级和次级氧化剂供应管线分支出去来将初级氧化剂和次级氧化剂注入旋转窑中，如根据FR-A-2837918所述的情况，并且不可能实质性改变这两者之间的流速比率(这需要适当的机械控制装置，例如阀，并且要求显著的额外压降，而该压降必须被排气风扇克服，由此降低过程的收益率)。
[0017]为此原因，标准的实践是对初级氧化剂不使用热的冷却空气、而是从不同的氧化剂源来供应穿过燃烧器组件被注入的初级氧化剂。使用共用的冷的空气源来通过分支产生初级和次级氧化剂也不是一种选择，因为这代表巨大的且不可接受的效率损失，因为典型地向旋转炉中的总热输入的约20%是由来自材料冷却器的热空气提供的。
[0018]本发明的目的是通过限制在炉运行期间的结圈程度(厚度和/或速度)来改善炉运行。本发明的另外一个目的是通过使在炉运行期间形成的圈脱稳来改善炉运行。
[0019]为此，本发明提出了一种运行旋转炉的方法，作为生产水硬性粘合剂的过程的一部分。如所描述的，该炉具有基本上圆柱形的形状，该形状带有相对于水平方向倾斜的纵向轴线并且该炉绕该纵向轴线旋转。该炉具有上端、下端和基本上圆柱形的壁。为了实现所希望程度的材料高温处理，该炉具有显著大于其宽度的长度。该炉的长度典型地是该炉的直径的至少9倍、并且优选地是该炉的直径的从9至40倍。
[0020]有待进行高温处理的材料在该炉的上端处被送至该炉、在重力和该炉的旋转的作用下向下行进穿过该炉、并且在该炉的下端处作为经高温处理的材料离开该炉。
[0021]在该炉中，该材料通过主要燃料的燃烧所产生的热量受到高温处理。在该炉的下端处，热的经高温处理的材料从该炉被转移到空冷式材料冷却器，在该冷却器中该热的经高温处理的材料被冷却空气流冷却，由此产生冷却的经高温处理的材料以及热空气。
[0022]该炉在其下端处包括燃烧器组件，该燃烧器组件用于将主要燃料和初级燃烧氧化剂注入该炉中以便产生该主要燃料与所述初级燃烧氧化剂的部分燃烧，使得该主要燃料和该初级氧化剂的燃烧产物仍包含可燃物质。对该初级氧化剂补充来自该材料冷却器的热空气，该初级氧化剂作为次级氧化剂被送至该炉的下端。在燃烧中，该初级和次级氧化剂提供该主要燃料的基本上完全燃烧。通过该主要燃料与该初级氧化剂和次级氧化剂的燃烧所产生的火焰基本上平行于该炉的纵向轴线指向。该烟道气在该炉的上端处从该炉被排出。
[0023]根据本发明，该炉内的纵向温度分布曲线在炉运行期间借助于向该炉中注入不同于该主要燃料、该初级氧化剂和该次级氧化剂的至少一种流体而改变，纵向温度分布曲线的所述改变是通过连续地或不连续地改变将所述流体注入该炉中的至少一个注入参数来实现的。
[0024]在本文中并且除非另外指明，否则术语“旋转炉”或简称“炉”、以及“旋转窑”或简称“窑”是同义词并且全都指代在本文描述的类型的旋转炉。在本文中，表述“炉运行”是指在炉中进行不间断的高温处理的过程，即，有待进行高温处理的材料连续引入炉中并且主燃料在炉中连续燃烧。
[0025]除非另外指明，否则在本发明的上下文中，术语“燃料”是指“主要燃料”。
[0026]炉内的“纵向温度分布曲线”是用多种方式来反映的。尤其可以将其确定为行进穿过炉的材料的纵向温度分布曲线、圆柱形炉壁或外壳的纵向温度分布曲线、以及炉内的气态气氛的纵向温度分布曲线。实际上，这三者是本质上关联的。
[0027]流体注入的“注入参数”是指其变化可以导致炉内的纵向温度分布曲线发生对应变化的任何注入参数。这样的注入参数包括:注入点、注入速度、注入的体积或质量流速、注入温度、以及注入方向。
[0028]在参数的“连续”变化期间，该参数无中断地(不停地)变化，即改变。在“不连续”变化期间，该参数在某些时刻变化或改变、但在其他时刻保持恒定。连续变化的一个实例是正弦变化。不连续变化的一个实例是逐步变化。
[0029]根据本发明的一个实施例，将该流体以连续地或不连续地改变的注入速度注入，以改变炉内的纵向温度分布曲线。
[0030]根据另外一个实施例，其中为了改变该炉内的纵向温度分布曲线，将该流体以连续地或不连续地改变的注入方向注入。在此情况下，例如，该流体的注入方向可以在以下注入方向中的至少两个注入方向之间改变:
[0031]?朝向炉内的材料，
[0032].朝向炉壁且不朝向该材料，
[0033]?基本上对应于或平行于炉的纵向轴线。
[0034]另一种可能性是通过将该流体从一个或多个连续地或不连续地改变的注入点注入来改变该炉内的纵向温度分布曲线。
[0035]为了改变该炉内的纵向温度分布曲线，可以将该流体以连续地或不连续地改变的注入流速注入。例如，根据本发明能够将该流体间歇性地注入，即，使流体注入炉内的周期与无流体注入炉内的周期交替。替代地，可以将该流体连续地、但以变化的(非零)流速注入。
[0036]又一种可能性是通过将该流体以该流体的连续地或不连续地改变的温度注入来改变该炉内的纵向温度分布曲线。
[0037]该参数变化可以是周期性的或非周期性的。“周期性的”变化是以下变化:其中参数的改变是以固定的时间间隔发生或重复，但是其中相继的参数变化可以是相同的或不同的。在“非周期性的”变化期间，相继的参数变化不是以固定的时间间隔发生、而是例如响应于由炉操作员或由控制系统检测到的该高温处理过程的变化(炉上的压降、高温处理程度或经高温处理的材料的品质、圆柱形壁的温度等)而波动。
[0038]“循环的”变化是处于该参数的重复出现的相继循环的形式，每个循环中的参数变化是相同的。
[0039]还有可能将以上参数变化或参数变化类型中的两种或更多种进行组合，以改变该纵向温度分布曲线。例如能够将流体注入速度、流体流速和流体温度中的一种或多种的变化以恒定或变化的注入参数变化频率进行组合。
[0040]将流体注入(例如氧气注入)在两个或更多注入位置进行分流、并且在这些不同的注入位置改变这些流体注入参数可以大大提高本发明的效果。
[0041]例如，可以在所述注入位置中的每个位置处改变流体注入的注入动量。尤其有用的是在以不同的可变注入动量工作的多个注入位置处注入该流体。
[0042]可以将该流体借助于位于该炉的下端处的一个或多个喷枪注入。
[0043]在此情况下该流体可以与该燃烧器分开地或穿过该燃烧器组件被注入炉中。具体地，可以将该流体借助于安装在该燃烧器组件的多个贯通通路中的一个或多个流体喷枪来注入炉中。
[0044]被注入炉中以改变该纵向温度分布曲线的流体可以是气体。该流体有利地包含一种选自下组的气体，该组包括:氧气、空气、C02、水蒸气和再循环的烟道气、或其混合物，优选氧气或富氧空气。
[0045]该流体也可以是液体，例如包含液化氧气、液化空气、液化CO2、水、或至少两种所述流体的混合物的液体，优选液化氧或液化的富氧空气。除非另外指明，否则本文使用的术语“氧气”是指工业氧气，即，包含80%vol至100%vol O2、优选90%vol O2且更优选至少95%vol O2的一种流体。
[0046]根据本发明的一个实施例，被注入炉中的流体是或者包括辅助燃料，该辅助燃料是借助于位于该炉的下端处的辅助燃烧器注入该炉中的。在此情况下，该纵向温度分布曲线不是仅通过注入所述辅助燃料而改变，而是还通过所述辅助燃料在炉中的燃烧以及由所述燃烧产生的热量和燃烧产物而改变。典型地但非必须地，该辅助燃烧器还注入辅助燃烧氧化剂以用于在该炉中燃烧该辅助燃料。
[0047]当没有辅助燃烧氧化剂被注入炉中时，该辅助燃料在炉中燃烧，而余量的初级和/或次级氧化剂没有被该主要燃料的燃烧所消耗。
[0048]该辅助燃烧器可以是与该燃烧器组件分开的或是其一部分。当该辅助燃烧器是分开的燃烧器时，它可以与该燃烧器组件分开地安装、或者被安装在该燃烧器组件的贯通通路中。
[0049]特别适合的辅助燃烧器是能够改变燃料注入动量/火焰动量的那些。这样的可变火焰动量燃烧器的良好实例是在FR-A-2837916中描述的燃烧器。
[0050]如上文已经提到的，能够响应于由炉操作员或控制系统检测到的在旋转炉中的高温处理过程中的所观察到的变化来改变该注入参数。
[0051 ]根据一个实施例，该注入参数随着在沿着该旋转炉的长度的给定位置处检测到的该圆柱形壁的温度而变化。在此情况下，在过程参数(燃料类型、有待进行高温处理的材料类型、炉的材料通过量等)不存在其他变化(这将造成该圆柱形炉壁的温度变化)的情况下，在所检测到的圆柱形壁的温度低于指示了结圈和/或所述圈的某个厚度的预定阈值时、或在所检测到的圆柱形壁的温度降低了 10°C与100°C之间、更优选在10°C与50°C之间时，有利地改变该注入参数。
[0052]替代地或与以上内容组合，该注入参数可以随着旋转炉上的压降改变，该压降如之前提到的是对炉中的结圈(水平)的指示。在此情况下，有利地在旋转炉上的压降高于预定阈值时改变该注入参数。
[0053]该水硬性粘合剂可以是水泥或石灰。
[0054]本发明还涉及根据本发明的方法的以上实施例中的任一者用于减少在炉运行期间在圆柱形炉壁上的局部材料累积物的用途。
[0055]本发明进一步涉及根据本发明的方法的这些实施例中的任一者用于将在炉运行期间在圆柱形炉壁上的局部材料累积物进行物理脱稳的用途。
[0056]根据以下实例将更好地理解本发明及其优点，其中参考了图1至7，在其中:
[0057].图1是根据本发明的氧注入动量的变化对炉的总动量以及对炉内不同纵向位置处的温度的影响的示意性表示；
[0058].图2是由根据本发明的氧注入动量的变化造成的炉内的总动量对炉内的纵向温度分布曲线以及结圈的纵向位置的影响的示意性表示；
[0059].图3是根据现有技术的包含高温处理旋转炉的水硬性粘合剂生产单元的局部示意性表不;
[0060].图4是图3所示类型的、但被适配成用于本发明的方法的一个实施例中的水硬性粘合剂生产单元的局部示意性表示；
[0061].图5是图3所示类型的、但被适配成用于本发明的方法的第二实施例中的水硬性粘合剂生产单元的另外的局部示意性表示；
[0062].图6是适合用于本发明的方法中的氧喷枪的纵向截面视图和前视图的示意性表示，包括图4和5中所示的生产单元；
[0063].图7是装备有图6所示的适当喷枪的并且适合用于根据本发明的方法中的燃烧器组件的示意性前视图，包括图4中所示的生产单元。
[0064]虽然本实例具体涉及水泥旋转炉，但类似的考虑因素适用于其他水硬性粘合剂旋转炉，例如石灰旋转炉。
[0065]生料到水泥熟料的最终转换(通常在水泥旋转炉中进行)是主要反应物石灰(CaO)与硅酸二钙(C2S)剩余固体之间的烧结反应。这种固体到固体的转换一般由于存在20 %到30 %的由铁酸氧化铝钙(C3AF)和铝酸三钙(C3A)相加上碱、硫酸盐、和氧化镁形成的液相而被增强。
[0066]这些不同相沿着窑的共同存在产生了取决于材料混合物和与之相接触的气氛的温度和组成的材料粘度和粘性梯度，从而造成厚涂层的局部形成、粘性材料在圆柱形炉壁上的累积或结圈。
[0067]目前燃烧替代性燃料(如轮胎碎条、有机废物等)作为旋转炉中的主要燃料(的一部分)而由此将显著量的杂质(像硫和氯)引入该过程中的实践，趋向于促进结圈并增大对此问题的解决方案的需要。
[0068]在文献中根据圈在炉中的位置报道了圈的不同类型和位置:
[0069]-在旋转炉的下端处的圈
[0070]这些圈主要与耐火内衬的过热与该颗粒材料液相的过度生产相关联。为了消除这种现象，已知的是在炉运行开始时选择过程参数，具体是选择足够的二次空气流来实现对炉壁的充分冷却、选择足够低的二次空气温度、将燃烧器组件定位在炉内更深处、或操作该燃烧器组件来产生紧密火焰(当所述火焰趋向于朝炉的内衬升高时)。
[0071]-在旋转炉的上端处的圈
[0072]这些圈主要是由于有可能源自在窑中的某个点处的还原性燃烧条件和硫酸盐的再循环而出现的灰硅钙石/灰硅钙石硫酸盐的形成。
[0073]这些圈是特别成问题的，因为它们距炉的下端太远而不能通过枪射击被有效地去除。已经提出了在提供了 CO2充入物的点火端口时通过将此类充入物透过圆形壁点火来毁坏所述圈。在任一情况下，该窑必须被频繁地停机并且必须被允许冷却下来，才能物理地去除这些圈。不需要频繁的窑停工的仅有的已知解决方案是选择这些过程参数，具体地在炉运行开始时选择生料和主要燃料，以便防止热的材料中的硫酸盐过量。然而，由于因为成本原因而需要原材料和主要原料的区域性采购，这通常是不可能的。
[0074]-在旋转炉中间的燃烧区内的圈
[0075]这些圈是与具有灰尘颗粒(尤其是燃料灰分和燃料灰尘，例如熟料灰尘，例如被来自冷却器的次级燃烧空气所夹带)的炉气氛在炉中的(再)循环相关联的。当火焰中达到足够高的温度时，这些灰尘颗粒熔化并且沿着窑被向上携带，在这里它们再次变硬并且粘到炉壁上，从而形成大致长形的圈。这些圈通常可以通过用枪射击来机械地毁坏，但这需要大量的炉停工时间并且可能毁坏耐火内衬。
[0076]还已知的是通过操作该燃烧器组件来使火焰变短和变紧密来减少灰尘产生和/或灰尘(再)循环，但这并没有完全消除在旋转炉中间的结圈、而是仅减小了炉停工的所需频率或圈长度。其实使火焰变短需要增大初级空气的流量并由此增大燃烧器顶端处的气体再循环，使得来自冷却器的灰尘被带入炉中不太远，从而产生较小的圈。
[0077]根据本发明，炉内的纵向温度分布曲线在炉运行期间改变，从而造成沿着旋转炉的纵向热传递分布曲线和/或材料组成分布曲线的对应改变。
[0078]在炉运行期间，即，在连续炉运行过程中，该纵向温度分布曲线在炉运行期间由于以连续或不连续地改变的注入参数注入不同于该主要燃料、该初级氧化剂和次级氧化剂的至少一种流体而被改变。多种多样的流体可以被注入其中。该流体可以是气态或液态。该流体可以包括或其组成为另外的氧化剂或辅助氧化剂、另外的燃料或辅助燃料、辅助燃料与辅助氧化剂的组合、通过辅助燃料的燃烧而生成的燃烧气体、水蒸气、C02、氧气、再循环的燃烧气体等。一般，由于其促进燃料的完全燃烧，优选的是注入氧或含氧流体。根据本发明，所述氧注入的至少一个注入参数(例如速度和/或流速和/或温度)被改变的程度足以造成炉的纵向温度分布曲线的对应改变。
[0079]在实践中，炉操作员选择该流体和流体的注入参数(包括但不限于根据本发明被改变的这个或这些注入参数)以便将参数改变对炉的纵向温度分布曲线的影响最大化，而对于炉输出、产品品质、或这个过程的收益率没有明显的负面影响。在此方面，选择注入该流体时的动量通常是特别相关的。该流体的注入动量有利地被选择为在炉的总动量的5%与50 %之间、优选在1 %与30 %之间。当该流体为氧气时情况尤其如此。
[0080]通过本发明，防止了在沿着炉长度的给定点处，材料和炉气氛的温度以及其组成以很可能促进结圈的组合形式稳定化或保留。
[0081]图1展示了由氧组成的燃料射流的注入动量的连续非周期性且非循环的变化对于在炉的给定的纵向位置处的炉壁和/或炉内材料的温度随时间的影响。
[0082]以此方式，本发明通过使沿着旋转炉的长度促进圈生长的条件的出现发生偏离而显著限制了在旋转炉内的特定位置处的圈生长。这在图2中被示出。
[0083]如图2的实例中所示，当该旋转炉窑以总动量Ml运行时，相关联的纵向温度&组成分布曲线在距燃烧器组件距离Xl处创建了一个区，在该区中所述条件促进结圈。
[0084]在给定时期的炉运行之后，例如在预定小时数的运行之后或在检测到可能的结圈(即，圆柱形壁温度的下降和/或炉上压降的增大)时，氧注入炉的动量改变，从而将总动量从水平Ml改变至水平M2，由此修改了区Xl中的材料和气氛温度以及组成，从而在所述区中并且优选地在所述圈稳定化之前使圈生长停止。在这个新的过程运行阶段中，适合结圈的条件现在已经移动到沿着旋转炉的新位置X2。在又几个小时的生产之后或者如上文所指出的，当存在炉内结圈的新指示时，氧注入的动量再次被调节，例如以便返回至初始动量水平Ml0
[0085]在后一种情况下，炉运行在以总动量水平Ml与总动量水平M2运行之间进行交替，氧注入参数的变化是不连续的。当氧注入动量的变化以固定的时间间隔发生时，这种变化是周期性的。
[0086]当纵向温度分布曲线的变化足够大时，本发明还能够将已经在该过程的之前阶段中在该炉内形成的圈脱稳和减少或毁坏。
[0087]图1展示了由氧组成的燃料射流的注入动量的连续非周期性且非循环的变化对于在炉的两个不同纵向位置处的炉壁和/或炉内材料的温度随时间的影响。如图1所示，氧射流的动量充分改变从而改变了在这两个纵向位置处的温度(并且因此改变了炉内的纵向温度分布曲线)。
[0088]然而，氧动量的改变并没有导致炉总动量的显著改变。因此尽管氧注入动量发生改变，仍维持了稳定的炉运行和生产率。
[0089]旋转炉或窑10呈现了倾斜的纵向轴线，该炉或窑绕该轴线旋转。有待进行高温处理的材料(例如未煅烧的或部分煅烧的生料)经由位于炉10的上端处的窑进口 11被引入旋转炉10中。该材料在重力和圆柱形壁旋转的作用下行进穿过旋转的炉10、并且通过炉10内的该一种或多种主要燃料31的燃烧所产生的热量受到高温处理。其实常见的做法是使用最廉价的可能的适当燃料或燃料组合来进行矿物的高温处理，以便保持生产成本低。
[0090]在炉中产生的烟或烟道气51在炉10的上端处经由排气管道50被排出。当例如在旋转炉的上游(在材料的流动方向上)存在预煅烧器(未示出)时，至少部分的烟道气可以经由所述排气管道50被引向所述预煅烧器。
[0091 ]在炉10的下端处，经高温处理的矿物材料从炉10被转移到材料冷却器20。
[0092]在冷却器20中，经高温处理的材料被冷却空气21冷却。
[0093]为了该一种或多种主要燃料31的燃烧，在炉10的下端处的窑罩12中提供了主要燃烧器或燃烧器组件30。这个主要燃烧器30典型地被设计成用于允许多种多样的燃料(包括替代性的且低热值的燃料31)的有效燃烧。
[0094]除了该一种或多种主要燃料31之外，主要燃烧器30还将初级燃烧氧化剂32(典型地初级燃烧空气)注入炉中以便产生该一种或多种主要燃料31与该初级氧化剂32的部分燃烧。该一种或多种主要燃料31的燃烧随后通过与次级燃烧氧化剂22的进一步燃烧而完成。来自冷却器20的热空气22被用作次级燃烧氧化剂并且在炉10的下端处与主要燃烧器30分开地被注入炉10中。
[0095]在图3中所示的所展示实施例中，来自冷却器20的热空气的另一个部分23被用作三次空气并且经由三次空气管道40从窑罩12被输送至煅烧器(未展示)。
[0096]在图4中展示的生产单元中，在该燃烧器组件30中(例如在图7中的通道33和/或34中)安装了流体注入装置60。
[0097]图7中展示的燃烧器组件被适配成用于燃烧两种类型的主要燃料。第一‘初级’主要燃料穿过环形的初级燃料注入通路311被注入。初级燃烧空气被分成两个空气流。第一轴向初级空气流经由环绕初级燃料注入通路311的环形轴向空气通路321被注入该炉中。第二径向初级空气流经由位置与初级燃料注入通路311相邻且在其内的环形径向空气通路322被注入。该燃烧器组件进一步包括在空气通路322内部的核心元件。在所述核心元件中提供了多个贯通通路或通道，并且更具体地提供了用于将初级燃料注入该旋转炉中的初级燃料通路312、以及上述两个额外通道33和34。该初级空气的注入参数随着该一种或多种初级燃料的性质和流速的变化是固定的。
[0098]由于许多现有的旋转窑燃烧器组件已经提供了一个或多个这样的闲置贯通通路或通道(在正常炉运行期间不用于将介质注入炉中)，因此在不改变炉10的燃烧器组件30的结构或设计的情况下安装在本发明的方法中使用的流体注入装置通常是可能的。
[0099]在图5中展示的生产单元中，流体注入装置60是与燃烧器组件30分开地安装的。注入装置60被示出为是安装在燃烧器组件30下方、但也可以安装在燃烧器组件30的上方或旁边，只要这不干扰该炉的良好工作。
[0100]额外流体61的有利选择是氧气。
[0101]根据本发明，注入装置60被用来将不同于一种或多种主要燃料31、初级氧化剂32和次级氧化剂22的流体(被称为额外流体)注入炉中。注入装置60更确切地是用来将额外流体61注入炉中并且在炉运行期间改变该额外流体的至少一个注入参数，由此实现炉内的纵向温度分布曲线的改变而同时维持足够的产率和经高温处理的产品的品质。
[0102]—种实施本发明的方式是改变该额外流体61的注入速度或动量、并且由此改变炉内的纵向温度分布曲线。
[0103]这可以使用具有两个喷嘴作为注入装置60的喷枪来实现。典型地，一个喷嘴将环绕另一个，例如处于共轴的安排中。这样的喷枪的实例在图6中示出。所展示的喷枪具有纵向轴线600、以内注入喷嘴66终止的内供应管道68、和以外注入喷嘴65终止的外供应管道67。内注入喷嘴66限定了内注入开口 63，并且内注入喷嘴66与外注入喷嘴65之间的空间限定了外注入开口 64。这样的喷枪60使得能够改变氧注入速度和注入动量，甚至在穿过喷枪60的氧质量流速恒定时，这是通过在以下情形之间切换氧注入来实现的:(a)基本上穿过注入开口 63和64中的仅一个的氧注入与(b)穿过内开口 63和外开口 64 二者的氧注入。
[0104]喷枪60因此可以用于通过在炉运行期间在第一阶段与第二阶段之间切换喷枪操作来实现氧注入速度或动量的不连续的逐步变化。例如，在第一阶段期间，氧被注入这两个注入开口63和64以提供低的氧注入速度，而在第二阶段期间，将大多数的氧(例如90%)送至内喷嘴66以将更高速度或动量的氧射流注入炉中。剩余10%的氧流穿过外开口 64被注入以便确保对喷枪外部的冷却并防止其热损坏。当内注入开口 63的流动截面积与外注入开口64的流动截面积显著不同时，可以在相同的氧注入质量流速下实现氧注入速度和动量的进一步变化。自然还能够通过改变穿过喷枪的氧质量流速来改变氧注入速度或动量、并且将流体流速的变化与注入速度的变化进行组合。
[0105]还能够安装两个或更多不同的额外流体注入装置60以便根据本发明进行使用。例如，可以安装若干个注入装置60，每个装置具有其自己的注入炉中的注入点和/或注入方向。在此情况下，炉的纵向温度分布曲线可以在炉运行期间通过改变穿过这些不同注入装置的额外流体流速而被改变。
[0106]还能够提供若干个如上文描述的可变动量喷枪，每个喷枪能够以低动量和高动量、以恒定的氧质量流速注入氧。
[0107]当炉装备有两个这样的喷枪(例如，一个在图7所示的燃烧器组件的通道33中而一个在通道34中)或在图5中位于绕燃烧器组件30的不同位置处或在旋转炉内的不同位置处的两个喷枪，并且在第一阶段期间操作所述喷枪之一来以高动量注入氧而另一个喷枪以低动量注入氧、并且随后切换到第二阶段来使所述两个喷枪中的第一个以低动量注入氧且这两个喷枪中的第二个以高动量来注入氧。通过在炉运行期间如此地在该第一阶段与第二阶段之间切换，同样能够改变炉内的纵向温度分布曲线，而甚至不改变作为额外流体被注入炉中的氧的质量流速。
[0108]进一步能够可选地与以上实施例之一相组合地通过改变被注入炉内的额外流体的温度、例如通过借助于与来自该水硬性粘合剂生产设施的烟道气或与来自该冷却器的冷却气体进行热交换来将所述流体预加热到不同的温度，而改变炉内的纵向温度分布曲线。
[0109]愛.
[0110]在根据本发明的方法的实现方式的以下非限制性实例中展示了本发明及其优点。
[0111]在图3所示类型的用于生产水泥熟料的现有技术旋转窑(该旋转窑具有65m的内部长度并且装备有如图7所示的燃烧器30、但在任一通道33和34中都没有注入喷枪)中，在距燃烧器30为20m与30m之间的距离处发生显著的结圈，从而导致生产能力的显著减小。在该炉的外侧上，可以观察到在炉内的所述圈的形成，因为外壳温度(即，圆柱形窑壁的外侧上的温度)由于这些圈沉积物的隔热作用而显著下降。
[0112]根据本发明，在燃烧器30的中央核心元件内的通路34中安装了图6所示的管中管类型的氧喷枪(如图7所示)。
[0113]在所述氧喷枪的进口端处的螺线管阀(未示出)控制分别穿过内注入开口63和外注入开口 64被注入的氧的分布。
[0114]通过使用所述氧喷枪和相关联的螺线管阀，氧以600Nm3/h的恒定流速被注入窑中，但氧注入速度发生循环变化。
[0115]这种循环变化由两个阶段组成。
[0116]在第一阶段期间，该螺线管阀是关闭的，并且所有的氧(微小的清扫部分除外)以在120m/s至140m/s的范围内、优选为120m/s的第一注入速度穿过内注入开口 63被注入。该清扫氧部分穿过外注入开口 64被注入。所述清扫氧部分是从该氧供应管线通过绕过该螺线管阀而获得的、并且被限制在为了在该第一阶段期间将外注入喷嘴65维持在足够低的温度以避免其热损伤且防止来自窑气氛中的载有颗粒的气体沿所述外喷嘴65向上行进而需要的氧量。
[0117]在该循环的第二阶段期间，该螺线管阀是打开的，并且氧被分布在内注入开口63和外注入开口 64上且穿过其中被注入，从而得到在60m/s与90m/s之间、优选60m/s的较低氧注入速度。
[0118]每隔12小时就发生在这两个阶段之间的切换。
[0119]当使用根据本发明的方法时，没有由于圈沉积物的形成而导致的显著生产能力损失。
[0120]在现有技术窑运行期间观察到结圈的那些区域内，S卩，在距燃烧器为20m与30m之间处，窑外壳的温度比现有技术窑运行期间的平均高200°C。
[0121]与现有技术的运行相比，观察到了大致12吨熟料/吨注入氧的产量增加。
[0122]这是更加突出的，因为以恒定氧注入参数喷入窑中的氧导致了2至4吨熟料/吨注入氧的显著更低的产量增加。根据本发明的方法不仅有效防止了旋转窑中的结圈。其实，当在该窑的一段时期的现有技术运行之后使用根据本发明的方法时，根据本发明的方法允许对之前形成的圈进行脱稳和毁坏。
[0123]虽然本文是关于用来生产水硬性粘合剂的旋转炉来描述本发明的，但应了解的是，本发明可以用于在炉运行期间结圈造成问题的所有旋转炉中。
[0124]图例
[0125]10: 旋转窑/炉
[0126]11: 窑进口 /上端
[0127]12:窑罩
[0128]20: 材料冷却器
[0129]21: 冷的冷却空气
[0130]22: 二次空气/热的冷却空气
[0131]23: 三次空气
[0132]30: 主要燃烧器组件
[0133]31: 一种或多种主要燃料
[0134]32: 初级空气/初级氧化剂
[0135]33: 用于流体注入装置的通道
[0136]34: 用于流体注入装置的通道
[0137]40: 三次空气管道
[0138]50:烟道气排气管道
[0139]51:烟道气
[0140]60:流体注入装置/喷枪
[0141]61:一种或多种额外气体
[0142]63:内注入开口
[0143]64:外注入开口
[0144]65:外注入喷嘴
[0145]66:内注入喷嘴
[0146]67:外供应管道
[0147]68:内供应管道
[0148]311:初级燃料
[0149]312:次级燃料
[0150]321:初级空气轴向流
[0151]322:初级空气径向流
[0152]600:流体注入装置的纵向轴线
【主权项】
1.运行用于生产水硬性粘合剂的旋转炉(10)的方法，其中: ?该炉(10)具有带有相对于水平方向倾斜的纵向轴线的基本上圆柱形形状、上端(11)、下端、以及基本上圆柱形的壁，该炉(10)的长度为该炉(10)的直径的至少9倍、并且优选为该炉的直径的从9至40倍， ?该炉(1)绕该纵向轴线旋转， ?有待进行高温处理的材料被送至该炉的上端(11)处、在重力作用下向下行进穿过该炉(1)、在该炉(1)中通过在该炉(1)中的主要燃料(31，311，312)的燃烧所产生的热量而受到高温处理、并且在该炉的下端处作为经高温处理的材料离开该炉， ?该经高温处理的材料从该炉(10)转移到空冷式材料冷却器(20)，以便产生冷却的经高温处理的材料以及热空气(22)， ?该炉(10)在其下端处包括燃烧器组件(30)，该燃烧器组件用于将该主要燃料(31，311,312)和初级燃烧氧化剂(32)注入该炉(10)中以便产生该主要燃料(31，311，312)与该初级燃烧氧化剂的部分燃烧， ?来自该材料冷却器(20)的热空气(22)作为次级氧化剂被送至该炉(10)的下端处以便提供该主要燃料(31，311，312)的基本上完全燃烧， ?通过该主要燃料(31，311，312)与该初级氧化剂(32)和次级氧化剂(22)的燃烧所产生的火焰基本上平行于该炉(1)的纵向轴线指向， ?烟道气(51)在该炉(10)的上端(11)处从该炉被排出， 其特征在于: ?该炉内的纵向温度分布曲线在炉运行期间借助于向该炉(10)中注入不同于该主要燃料(31，311，312)、该初级氧化剂(32)和该次级氧化剂(22)的至少一种流体(61)而改变，其中该纵向温度分布曲线的改变是通过连续地或不连续地改变将所述流体(61)注入该炉(10)中的至少一个注入参数来实现的。2.根据权利要求1所述的方法，其中，为了改变该炉(10)内的该纵向温度分布曲线，将该流体(61)以连续地或不连续地改变的注入速度注入。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，为了改变该炉(10)内的该纵向温度分布曲线，将该流体(61)以连续地或不连续地改变的注入方向注入。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，为了改变该炉(10)内的该纵向温度分布曲线，将该流体(61)从一个或多个连续地或不连续地改变的注入点注入。5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，为了改变该炉(10)内的该纵向温度分布曲线，将该流体(61)以连续地或不连续地改变的该流体的注入流速注入。6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，为了改变该炉(10)内的该纵向温度分布曲线，将该流体(61)以连续地或不连续地改变的该流体(61)的温度注入。7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，借助于位于该炉(10)的下端处的一个或多个喷枪(60)来注入该流体(61)。8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，该流体是气体。9.根据权利要求8所述的方法，其中，该流体(61)含有一种选自下组的气体，该组包括:氧气、空气、C02、水蒸气和再循环的烟道气、或其混合物，优选为氧气或富氧空气。10.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，该流体(61)是液体。11.根据权利要求1至8中任一项或10所述的方法，其中，该流体(61)是辅助燃料，该辅助燃料借助于位于该炉(10)的下端处的辅助燃烧器注入该炉中。12.根据权利要求11所述的方法，其中，该辅助燃烧器还注入辅助燃烧氧化剂以用于燃烧该辅助燃料。13.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，该注入参数随着在沿着该旋转炉(10)的长度的给定位置处检测到的该圆柱形壁的温度而变化。14.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，该注入参数随着在沿着该旋转炉(10)上的压降而变化。15.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，该水硬性粘合剂是水泥或石灰。
【文档编号】C04B7/44GK106068249SQ201580010433
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2015年2月26日 公开号201580010433.8, CN 106068249 A, CN 106068249A, CN 201580010433, CN-A-106068249, CN106068249 A, CN106068249A, CN201580010433, CN201580010433.8, PCT/2015/53985, PCT/EP/15/053985, PCT/EP/15/53985, PCT/EP/2015/053985, PCT/EP/2015/53985, PCT/EP15/053985, PCT/EP15/53985, PCT/EP15053985, PCT/EP1553985, PCT/EP2015/053985, PCT/EP2015/53985, PCT/EP2015053985, PCT/EP201553985
【发明人】亚历克斯·格拉西, 迪尔克·赫尔舍, 伯特兰·勒鲁, 雅克·米隆, 泽维尔·波贝尔, 瑞米·特斯瓦
【申请人】乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司