[发明专利]用于由生料生产熟料的改进设备和有关过程

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于由生料生产熟料的改进设备和有关过程。水泥是一种水凝粘合剂，用于粘合像沙子和砾石之类的惰性固体材料，因而形成混凝土和砂浆，即用于建筑的基础成分。

背景技术

在工业范围内，水泥通过熟料和石膏与像石灰、矿渣及火山灰之类的调节剂物质(corrective substance)的混合和磨碎制造。在根据称作“干法”工艺的用于生产水泥的过程中，通过原料的混合物的高温烘烤得到熟料，这些原料主要包括石灰(碳酸钙)和粘土(硅石、矾土、氧化铁、以及结晶水)。原料以固体状态按希望比例混合，然后磨细，直到得到称作“生料”的均匀粉状物。因而在本说明书中，我们用“生料”意指如此得到的、用作用于生产熟料的起初的材料的均匀粉末。

生料借助于在回转窑中在大约1450℃的温度下烘烤而转化成熟料，该回转窑基本上包括倾斜的回转缸。

在其位于回转窑中的过渡期间，生料被加热到大约1450℃的温度。在加热期间，生料首先经历完全煅烧，并且此后，反应形成硅酸钙和铝酸盐(烧熟反应)，这些硅酸钙和铝酸盐代表熟料的主要成分。更明确地说，在烧熟反应期间，在氧化钙、氧化硅、氧化铝及氧化铁之间有一系列化学反应，所述反应由原料本身(铝和铁氧化物)的一部分的熔化促进。

发生烧熟反应所需要的能量借助于燃烧器产生，该燃烧器位于回转窑的头部上、在与装载生料的端部相对的端部处。通常使用的燃料是煤炭、petcoke、燃油、甲烷、以及可选择的燃料，例如肉粉(meatmeals)之类。

热能通过在燃烧器处的烘烤区域(大约2000℃的温度)中的辐射并通过借助于在窑的剩余部分中的燃烧气体的对流和传导而传递到经受处理的生料。

在烘烤处理结束时，如此得到的熟料从回转窑排出，并且在空气冷却器中迅速地冷却，以便使它稳定。

参照如下附图表示和讨论根据现有技术的过程：

-图1A，其示出了根据现有技术的熟料生产设备的示意性表示，该熟料生产设备包括装备有4级悬挂式预加热器的回转窑；

-图1B，其示出了根据现有技术的熟料生产设备的示意性表示，该熟料生产设备包括装备有5级悬挂式预加热器和预锻烧器的回转窑。

在上述附图中，实线表示固体材料的流动，虚线表示气流流动，而罗马数字表示悬挂式预加热器的各级。

在现有技术中的已知熟料生产设备中，生料在进给到回转窑之前经受预加热，并且选择性地经受预锻烧处理。

当前最广泛使用的预加热技术之一是基于所谓的“悬挂式预加热器”或“多级旋流式预加热器”(下文也仅称为“预加热器”)的使用，这些预加热器包括旋流塔，在所述旋流塔中，每个预加热级发生在一个或多个旋流器(cyclone)中。在这种类型的预加热器中，我们用第一旋流器意指在其中发生第一预加热级以及在预加热的粉料与燃烧烟气之间的第一分离的旋流器，我们用第二旋流器意指在其中发生第二预加热级和在预加热的粉料和燃烧烟气之间的第二分离的旋流器，及类似地定义多级旋流式预加热器的随后的旋流器。在本说明书中，应该始终根据以上定义解释预加热器的第一旋流器，如同随后的旋流器那样。

第一级(与随后的级不同)构造成使由来自窑的燃烧烟气携带的粉末最少。尽管这样，离开预加热器的燃烧烟气中的粉末的浓度保持得很高(大约为50-100g/Nm³)。

预加热和预锻烧步骤分别在预加热器1中和在预锻烧器2中进行(图1A和1B)。这些步骤的存在允许已经预加热到大约950℃温度的、部分地锻烧(30-40％)的粉料进给到回转窑3，并且在随后的锻烧反应中具有显著的能量节省。预加热步骤的存在(选择性地伴随有预锻烧步骤)也允许使用减小尺寸的回转窑，因而减小在这样的窑中发生的热量损失，并且提高熟料生产过程的整个能量效率。

在预加热器中，使起初的原料从大约40℃的温度逐渐达到大约950℃。通过将粉料保持成悬浮在炽热气体流中而进行加热，从而利用在粉料与燃烧烟气之间的大的热交换表面，所述炽热气体流包括回转窑的燃烧烟气。

在预加热步骤中，固相(粉料)与气相(回转窑的燃烧烟气)相接触的时间量是十分重要的。为了保证在固相与气相之间的最佳接触时间，悬挂式预加热器包括一系列旋流器(4个到6个)，这些旋流器彼此上下布置，以形成甚至达到130-150m的可变高度的塔。这种预加热器可定义为多级旋流式预加热器。在塔的顶部处发生的第一预加热级可在并行的两个旋流器中进行，以保证在粉料离开预加热器之前与气流更好的分离效率。