專利名稱:生產白水泥熟料的設備與方法
這項發明是有關在回轉窯中生產白水泥熟料的設備與方法。
人們可以從顏色上區分出白水泥和傳統的波特蘭水泥，然而，實質上，它們的化學性質，物理性質和化學成份都是一樣的。一般來說，制作白水泥的原料的成份為75～85%的石灰石;5-20%高嶺土或粘土和4～15%的砂。然而，原料中有些元素，具體說即是鐵、錳和鉻的含量要盡可能地低，以保持白水泥的純白度。
一般來說，白水泥熟料中的三氧化二鐵(Fe2O3)含量應低于0.40%，氧化錳(MnO)的含量應低于0.040%，三氧化二鉻(Cr2O3)含量應低于百萬分之三十。在生產白水泥過程中污染還會產生大約0.05～0.10%的三氧化二鐵，所以白水泥的原材料起碼要具備以下條件，石灰石含三氧化二鐵量必須低于0.25%，高嶺土或粘土的三氧化二氧含量不能超過0.5%，砂子中的三氧化二鐵含量必須低于0.2%。
但由于上述元素是不能完全避免的，并且由于處于高價狀態的金屬正離子光吸收能力最高，所以將金屬保持低價狀態是取得高白度水泥的關鍵。可將熟料置于還原氣體中，直到熟料的溫度低于如果它們直接暴露于空氣中的話會發生氧化的溫度時為止。
在白水泥的加工中，比如從英國專利申請814，836號(GB-A814，836)中可知，是將原料加進轉窯中，在里面燒結成水泥熟料。熟料在大約1200℃時離開轉窯進入一個充滿還原氣體的筒式干燥器中，然后排入水箱的水中，冷卻后再用運輸機取出。這種方法有其缺點，就是熟料必須很快地加以干燥，而且熟料中還殘留有12～18%的水份，這樣就相對地減弱了水泥的強度，如果利用重質油在筒式干燥器中產生氣體，會經常發現熟料料上面留有碳斑，如果改而采用轉窯的熱排氣來干燥水泥熟料，窯內灰塵又會污染熟料，既便很快地完成干燥過程，也不可避免地使熟料吸收一定量的水份，減弱水泥的強度，在水箱中進一步冷卻熟料也有缺點水蒸汽必定會竄進轉窯，這可能會引起溫度梯度的逆轉效應，并會增加整個窯內負荷中的氣體量，從而導致熟料所含的熱量幾乎喪失殆盡。
到目前為止，可采用的燃燒燃料僅僅為燃油或天然氣，而不能使用煤，因為煤灰會造成污染，并且煤也不能保證在熟料的燒結區達到足夠高的溫度。用于燒結熟料的燃料，必須有足夠高的熱量值，即絕熱火焰溫度(AFT)的范圍是1850℃～2050℃，到目前為止，只有燃油和天然氣的AFT接近2015℃可以滿足這一要求，該技術要求規定不能采用煤炭氣化得到的低熱值(LCV)煤氣，因為在煤氣化器的400℃典型出口溫度中，其AFT只能達到1840℃。
已知的生產白水泥各種方法的缺點可以概括如下1.只能使用高熱值，從而是較貴的燃料。
2.把熟料浸入水中會殘留12～18%的水份，從而減弱水泥的強度，并且形成不良的溫度梯度和增加窯內的氣體負荷。
3.要排除熟料中的殘留水份，如果用燒油筒式干燥器(oil drum dryer)干燥的方法則會導致碳污染，如果用熱窯排氣干燥法則會導致粉塵污染。
4.失去回收熟料中的熱含量的可能性。
本發明的目的，就是為了克服生產白水泥過程中的上述各種缺點。按照本發明的方法，白水泥熟料是在一轉動燒結窯中生成的，出窯后在還原氣體中進行第一次冷卻，在該冷卻階段中，采用同LCV燃料氣直接進行熱交換從而使其溫度冷卻到熟料同空氣直接接觸時不會重新氧化的溫度，然后進入第二冷卻階段-同冷卻空氣直接接觸。在第一冷卻階段被預熱的LCV燃料氣則作為燃料輸入轉窯;在第二冷卻階段被預熱的冷空氣則作為助燃空氣進入轉窯。
因此本發明，有可能大量回收熟料中的熱含量，并且，同時可以對LCV燃料氣加熱，使其達到可供燒結窯直接燒結的程度。
低熱值(LCV)氣體是一種熱含量為100～150BTU/scf[英熱單位/標準立方英尺]的燃料氣。
水泥熟料在具有旋轉床、固定床、流化床或旋流床的熱交換器或冷卻器中與低熱值燃料氣接觸，這即是第一冷卻階段。從絕熱溫度大約是1950℃，并且水泥熟料被冷卻到至少600℃來估計，用這種方法，LCV燃料氣的溫度至少被加熱到850℃。這樣，水泥熟料冷卻后的溫度就低于發生氧化時的溫度，這使得水泥熟料中殘存的熱量可以通過在直接接觸式熱交換或冷卻器(最好采用與LCV燃料氣冷卻采用的同等型號的熱交換器或冷卻器)中與空氣接觸來回收。這樣預熱的空氣可以用作窯內的助燃氣。
象英國專利申請1171568號(GB-A-1171568)公開的，在窯下部噴水來初次冷卻到大約1100℃。用這種快速冷卻的方法既可以達到所需要的水泥強度;又在水泥熟料中仍存在足夠的熱量來加熱LCV氣體，使其達到可直接燃燒的溫度。這同一熱交換器還可作為降低水泥熟料含水量的設備。
水泥熟料最好能在LCV氣體換熱器中冷卻降溫到600℃以下，防止當水泥熟料暴露在空氣中時被氧化。為此目的，冷卻時間掌握在5～10分鐘為好。
這項發明也包括一套用于實現這種新方法的設備，包括一個依靠熱窯氣體來預熱原料的預熱器;一個用來燃燒和燒結原料使之或水泥熟料的回轉式轉窯;以及一套用于冷卻轉窯生產的熟料的冷卻裝置，其特征在于這套冷卻裝置包括一臺帶有水泥熟料和LCV氣體進口的初次熱交換器和一臺二次熱交換器-用來接收從初次熱交換器輸送出來的水泥熟料，此外它還有一個空氣入口，這二臺換熱氣都有通向轉窯的氣體出口。
通過煤的氣化，可便利地產生LCV氣體。利用煤氣發生爐就可以很容易生產出含灰份很低的、符合工藝要求的LCV燃料氣體，如有必要，可在發生爐的后面安設除塵過濾器。適用于這一用途的典型發生爐的例子有福斯特·威勒(Foster Wheeler)煤氣發生爐。它是一個二層固定床式的發生爐，從發生爐的頂部加入原料煤，原料逐漸向下流動，依靠向上流動的一股空氣和水蒸汽的混合氣體來進行氣化。
發生爐的上層依靠揮發煤中的蒸餾作用產生了溫度相當低的煤氣(120℃)，這種煤氣通過一個煤焦旋風分離器來排除了其中最重的成份。發生爐的下層從氣化作用區產生600℃的煤氣，在一個旋流器中給這種氣體除塵，然后與頂部煤氣混合，便提供出一種400℃的LCV氣體。利用這種發生爐，并把煤氣預熱到至少850℃以上，就有可能利用相對便宜的煤作為轉窯的燃料。
下面用簡圖來說明本發明的加工制作白水泥的裝置。
將原料通過入口1輸入預熱器2，在那里用轉窯5出來的熱氣將原料預熱，把已預熱的原料通過管道3送到轉窯5里，在原料從轉窯頂輸送到窯底的過程中，在窯的熟練區被約從1400～1500℃順序的溫度燒成熟料，在轉窯的末端，用輸入水管6的水噴淋，把熟料冷卻至大約1100℃，然后經過通道7裝填到初次冷卻器9，在那里，通過與通道11輸入LCV氣體的直接接觸將熟料冷卻到大約600℃，從冷卻器9經通道12將熟料輸送到二次冷卻器13，通過直接接觸由管道14引進的空氣進行冷卻，使熟料的溫度冷卻至100～150℃，以后，水泥熟料就從管道15輸出，離開冷卻器13。
LCV氣體從具有16、17、18三個入口的煤氣發生爐19中獲得。這三個入口分別接受煤，空氣和水蒸汽。煤從入口16加入。
LCV氣體通過一個管道到達過濾器21，煤灰和其它顆粒經過濾器除掉，經出口22排出。LCV氣體則由過濾器21經管道11到達冷卻器9。
LCV氣體大約在400℃時離開過濾器，并且從AFT為大約1950℃來估計經過冷卻器9直接接觸熱熟料，LCV氣體溫度可達到約850℃。之后，經管道8引入轉窯5的卸料端。第二階段冷卻器13中的空氣是經與熟料換熱，加熱到300～500℃后由管道14引入的，由管道10離開熱交換器13作為助燃空氣輸入到轉窯5的卸料端。
轉窯內的氣體又通過通道4到達預熱器2，利用直接熱交換的方式預熱原料，最后經管道23輸入一個圖中沒有標出的過濾器和煙囪。
下述實施例進一步說明本發明的優點將0.766kg LCV氣體/kg水泥熟料經第一冷卻器送至轉窯內，LCV氣體在第一冷卻器的出口溫度大約是850℃，即AFT溫度可達1950℃，相比之下，如果不經過第一階段冷卻器，溫度只有400℃的LCV氣體的AFT只能達到1840℃。水泥熟料接著流入第二冷卻器，而在第二冷卻器-空氣冷卻器中，采用1.39kg空氣/kg水泥熟料的冷空氣。在離開冷空氣區時空氣溫度達到300～500℃。第一冷卻階段的熱循環量相當于大約125千卡/kg，第二冷卻階段的熱循環量也同樣相當于125千卡/kg，這樣，進入系統的熱循環總量是250千卡/公斤水泥熟料。
權利要求
1.一種在轉窯里生產白水泥熟料的方法，其中從窯中出來的熟料在還原氣體中與低熱值(LCV)的燃料氣體直接進行熱交換，來進行第一階段冷卻，冷卻到熟料與空氣接觸時，不會再發生氧化的溫度，以后就進入第二冷卻階段同冷卻空氣直接接觸，經預熱的LCV燃料氣引入轉窯作為燃料，在第二階段被預熱的冷空氣引入轉窯作為助燃空氣。
2.權利要求
1所述之方法，其中水泥熟料在被LCV燃料氣冷卻之前，先在窯的下部，通過噴水的方法使其溫度大至降至1100℃。
3.權利要求
1或2所述之方法，其中熟料在第二冷卻階段冷卻到100～150℃范圍之內，并把空氣預熱到300～500℃的范圍內。
4.權利要求
1所述之方法，其中用煤氣化器生產低熱值(LCV)燃料氣體，并且在初次冷卻階段，將其加熱到至少850℃。
5.基本按照附圖所描述的方式，在一回轉窯裝置中生產白水泥熟料的方法。
6.一套用于實現上述任一權利要求
之一的生產方法的設備，其中包括一臺用熱窯氣預熱原料的預熱器;一臺用來燃燒和燒結原料成為水泥熟料的回轉式燒窯;一套冷卻窯內水泥熟料的冷卻裝置，這套冷卻裝置的特點是包括一臺有熟料和由煤氣發生器生產的LCV氣體入口的第一階段換熱器;一臺用來接收從第一階段換熱器出來的熟料的第二階段換熱器，其上帶有一個空氣入口，這二臺換熱器都有氣體出口通向轉窯。
7.基本上如附圖所示的回轉轉窯裝置。
專利摘要
本發明生產白水泥熟料的方法和設備是使用低熱值(LCV)的燃料，如煤氣發生爐生產的煤氣，來直接用于轉窯5內的燃燒。LCV氣體是在第一階段的熟料冷卻器9中同轉窯內生產出的熟料直接進行熱交換從而被預熱到適宜的溫度，熟料則一直被冷卻到同空氣直接接觸時不再重新氧化的程度，接著熟料在第二階段冷卻器13中進一步同空氣直接進行熱交換，經預熱的空氣就作為助燃空氣通入轉窯5。
文檔編號C04B7/00GK85106835SQ85106835
公開日1986年5月10日 申請日期1985年9月11日
發明者維納·古馬·哈蒂亞 申請人:弗·爾·斯米德思公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan