DK174194B1 - Ovnanlæg, samt fremgangsmåde til fremstilling af cement - Google Patents

Description

! DK 174194 B1

Denne opfindelse angår et ovnanlæg, samt en fremgangsmåde til fremstilling af cement. Ovnanlægget omfatter en ovn til brænding af klinker, en køler, en kalcinator med efterfølgende udskille cyklon og et brændkammer, hvor der tangen-5 tielt tilføres tertiærluft fra køleren. Helt eller delvist kalcineret materiale føres fra bunden af brændkammeret til kalcinatoren, der endvidere tilføres afgangsgasser fra ovnen.

10 Det er kendt, at man kan opnå forskellige fordele, ved at opbygge en kalcineringszone med et ekstra brændkammer, hvor brændkammeret udelukkende tilføres tertiærluft fra køleren.

Et anlæg af denne type, er beskrevet i europæisk patent 15 skrift nr. 103423 (F.L.Smidth & Co. A/S, svarer til DK-C-151319). Herfra kendes et anlæg (SLC-S) til kalcinering af cementråmaterialer, hvor der tages højde for, at der kan være visse vanskeligheder med at udbrænde det brændsel, der anvendes i kalcinatoren. I dette anlæg tilføres råmateria-20 let, efter at det er blevet forvarmet, et brændkammer (4), hvor det kalcineres i varm luft fra køleren (2). Tertiærluften fra køleren strømmer centralt op gennem bunden af brændkammeret (4), hvilket betyder, at der er en opadgående strømning centralt i brændkammeret og en nedadgående strøm-25 ning langs brændkammerets sider. Råmaterialet tilsættes ne-derst i brændkammeret og fordeles som følge af den turbulente strømning i hele brændkammerets længde.

Fra amerikansk patentskrift nr. 4,014,641 (Mitsubishi) ken-30 des et anlæg til kalcinering af cementråmaterialer, hvor mængden af nitrogenoxid i ovnens afgangsgas reduceres ved at skabe et område i ovnafgangsrøret, hvor der tilføres reduce- , DK 174194 B1 rende gas. Varm luft fra køleren via en ledning (5) og varm gas fra ovnen via en ledning (13) ledes til en cyklonforvarmer (14,15,16,17), hvor råmateriale forvarmes i modstrøm med den varme gas fra køleren og fra ovnen. I det område i ov-5 nafgangsrøret, der er placeret nedenfor tilførselsledningen (5) fra køleren, skabes der reducerende forhold i kraft af, at der tilledes reducerende gasser via en ledning (12). De reducerende gasser dannes i kalcinatoren (8), idet den mængde luft, der tilføres kalcinatoren, er tilstrækkelig til at 10 forårsage en gasificering af brændslet i kalcinatoren, men ikke stor nok til at forårsage en fuldstændig udbrænding af brændslet i kalcinatoren (col. 4, lin. 1-5). En ulempe ved dette anlæg er netop, at svært antændeligt og langsomt brændende brændsel, såsom petrokoks, anthracit og andre gasfat-15 tige kul ikke kan anvendes i kalcinatoren, fordi de ville forårsage en stor uforbrændt koksrest, der ville blive udskilt og ledt til roterovnen med problemer i form af svovluddrivning og påbagninger til følge.

20 Fra amerikansk patent nr. 5,364,265 (CLE) kendes endnu et kalcineringssystem, hvor NOx emissionen begrænses ved, at der dannes reducerende gasser, nemlig CO og H2, i et brænd-kammer (20). Ved denne proces er den koks, der dannes i brændkammeret af en særlig reaktiv art. Denne fremgangsmåde 25 er dog forholdsvis svær at optimere med hensyn til minimal NOx emission, fordi der ikke er mange parametre, som kan reguleres under driften. Indfyringen i brændkammeret afhænger udelukkende af den ønskede kalcineringsgrad af råmelet. Samtidigt er opbygningen af anlægget relativt kompliceret.

Fra international ansøgning nr. PCT/DK 97/00029 (F.L. Smidth & Co. A/S) kendes en fremgangsmåde til reduktion af NOx 30 3 DK 174194 B1 emissionen fra et anlæg. Formålet med opfindelsen beskrevet i dette skrift er at anvise en fremgangsmåde til drift af et ovnanlæg med reduceret emission af N0X samtidigt med, at det er muligt at benytte brændsel med lav reaktivitet, så som 5 petrokoks, anthracit og andre gasfattige kul i zoner med en relativ lav temperatur. Dette formål opnås ved at regulere de mængder brændsel, der tilføres i tre forskellige zoner, hvor af en zone tilføres afgangsgasserne fra de to andre zoner på en sådan måde, at NO-indholdet i afgangsgassen fra 10 den zone, der tilføres afgangsgassen fra de to andre zoner, minimeres.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at anvise et ovnanlæg til fremstilling af cement, der har en simpel kon-15 struktion, og hvor der hensigtsmæssigt kan afbrændes brændsel med lav reaktivitet, såsom petrokoks, antracit og andre gasfattige kul i kalcineringszonen, hvor temperaturen almindeligvis er forholdsvis lav, samt en fremgangsmåde til anvendelse i dette anlæg.

20

Dette formål opnås ved et ovnanlæg og en fremgangsmåde, som defineret i henholdsvis kravene 1 og 5. Ifølge opfindelsen placeres det tangentielle indløb til brændkammeret således, at højden af den øvre del af brændkammerets indre volumen, 25 h1-h2, der ligger under brænderens spids og over den øverste kant af det tangentielle indløb, er mindst \ D, og at højden af den nederste del af brændkammerets indre volumen, h3-h4, der ligger mellem det tangentielle indløbs nederste kant og udløbet fra brændkammeret, er mindst D. Fortrinsvis er 30 højden af den øvre del af brændkammerets indre volumen, hj- 4 DK 174194 B1 h2, mindst |-£> og højden af den nederste del af brændkamme-rets indre volumen, h3-h4, mindst D.

Dette resulterer i, at der over det tangentielle indløb for 5 råmaterialesuspensionen opstår et rum med høj temperatur og lavt indhold af råmaterialer. Dette sikrer en forbedret antændelse og udbrænding af gasfattige og billige kultyper.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvis-10 ning til figur 1, der viser et eksempel på et ovnanlæg ifølge opfindelsen, samt 15 figur 2, der viser en detaljeret udførelsesform af brændkam-meret ifølge opfindelsen.

I figur 1 ses et ovnanlæg til fremstilling af cementklinker.

Det udgøres af en ovn 1, hvori klinkerne brændes ved 1300- 20 1500°C, samt en kalcinator 2 og et brændkammer 3, i hvilke temperaturen er mindst 800°C og i visse områder kan være op til 1400°C. Kalcinatoren 2 udgøres undertiden alene af stig- røret fra ovnen 1. Efter ovnen 1 befinder sig en klinkerkøler 4, fra denne ledes varm luft via en ledning 5 til kalci-25 neringszonen, der dækkes af 3, 2 og 8. Kalcinatoren 2 tilføres varme afgangsgasser fra ovnen 1 via ledningen 6 og varme afgangsgasser iblandet delvist kalcineret materiale fra brændkammeret 3 via en ledning 7.

30 Fra kalcinatoren 2 ledes kalcineret materiale via en ledning 8 i suspension til en udskillecyklon 9. I udskillecyklonen 9 5 DK 174194 B1 separeres gas/materialesuspensionen i en strøm af kalcineret materiale og en strøm af varm gas. Det kalcinerede råmateriale ledes via ledningen 10 til roterovnen 1 og den varme gas sendes via ledningen 11 til en suspensionsforvarmer.

5

Det forvarmede råmateriale ledes ned i kalcineringszonen via to ledninger 14A og 14B. Eventuelt kan der også tilsættes forvarmet råmateriale i den øverste del af kalcinatoren 2 via en ikke vist ledning. Ledningen 14B sender råmateriale 10 ind i afgangsgasserne fra ovnen 1, hvorved råmaterialet ledes ind i kalcinatoren 2. Ledningen 14A sender råmateriale ind i tertiærluftledningen 5, hvorved materialet ledes ind i brændkammeret 3.

15 Den samlede råmaterialestrøm fordeles på kontrolleret vis mellem de to ledninger 14A og 14B, og under særlige omstændigheder kan man for eksempel vælge at stoppe strømmen gennem en af ledningerne. I dette anlæg kan der indfyres brændsel i kalcinatoren 2 via en brænder 15, i brændkammeret 3 20 via en brænder 16 og i ovnen 4 via en brænder 17.

I figur 2 ses en detaljeret udførelsesform af brændkammeret 3 ifølge opfindelsen, hvor råmelet fra ledningen 14A via tertiærluftledningen 5 tilsættes brændkammeret 3.

25

Brændkammerets indvendige reaktorvolumen er her cylinderformet. Der er dog ingen krav til det øverste reaktorvolumens form, blot skal tværsnittet være tilstrækkeligt stort i forhold til brænderens tværsnit, således at den ønskede strøm-30 ning kan finde sted. Den øvre del af brændkammerets indvendige volumen er den del, der ligger over tertiærluftledningens indløb, og i figur 2 har dette stykke højden hi-hj. Den , DK 174194 B1 nedre del af brændkammerets indvendige volumen har højden h3-h4, og strækker sig fra tertiærluftledningens indløb til udløbet, der er placeret nederst i brændkammeret. Erfaringen har vist, at h^-hj skal være større end 1/3 D, hvor D er 5 tværsnittet af den i dette tilfælde cylinderformede øvre del, og åt den nedre del skal være større end 3/2 D, før man opnår den blanding af forhøjet temperatur, opholdstid og opblanding, der sikrer en forbedret udbrænding af det gasfattige brændsel, som tilføres via brænderen 16.

10 Når råmelstilførslen, som i traditionelle anlæg, anbringes højst muligt i brændkammeret, brænder kul med lavt indhold af flygtige stoffer stort set ikke i den øverste trediedel af kammeret, hvilket betyder, at temperaturen holdes på om-15 kring 800-900°C. Til gengæld stiger temperaturen i udløbet, da udbrændingen er startet her. Temperaturen i udløbet kan således blive op til 1200°C, hvilket kan forårsage påbagnin-ger på grund af indholdet af råmel.

20 Ved den lave placering af tertiærluftindløbet skabes en blande- og optændelseszone i brændkammerets øvre del, som er fri for råmel. Jetstrømmen af primærluft gennem brænderen fremkalder det i figur 2 illustrerede strømningsmønster, hvor der foregår en vertikal cirkulation i den centrale del 25 af brændkammeret. Da tertiærluften fra køleren og det deri suspenderede råmel tilsættes tangentielt slynges råmelet ud mod siden af brændkammeret og da den vertikale cirkulation foregår i brændkammerets centrale del vil indholdet af råmel i brændkammerets øvre del forblive lavt. Strømningsmønsteret 30 resulterer i, at der i den øvre del af brændkammeret befinder sig en gasblanding, hvoraf noget er eller har deltaget i 7 DK 174194 B1 forbrænding og hvor noget er iltholdigt gas direkte fra tertiærluftledningen. Denne blanding sikrer antændelsen af det kolde indkommende brændsel. Det har vist sig, at kulforbruget i et brændkammer i et forsøgsanlæg kunne nedsættes med 5 omkring 17 % efter at opfindelsen var taget i brug, hvilket formodentligt skyldes en forbedret udbrændingsgrad af kullet .

Forbrændingen i brændkammeret foregår derfor også altid ved 10 et iltindhold på under 21% O2. Dette har en gavnlig virkning på produktionen af N0X, idet den bliver noget lavere. Den væsentligste faktor for produktion af N0X er dog, at temperaturen er blevet hævet. Det er således konstateret, at i et anlæg ifølge opfindelsen er omsætningsgraden af brændslets 15 kvælstof til NO helt nede på 25% under fyring med antracit og petrokoks. Til sammenligning kan en traditionel kalcinator have en omsætningsgrad på helt op til 65% for petcoke. Dette betyder at NO-emissionen i et anlæg ifølge opfindelsen er mere end halveret.

Claims (9)

1. Ovnanlæg til fremstilling af cement, hvilket anlæg omfatter en ovn (1), en køler (4), en kalcinator (2) med ef- 5 terfølgende udskillecyklon (9), et brændkammer (3), der øverst er udstyret med en central brænder (16) og under denne et tangentielt indløb, hvorigennem der via en rørforbindelse (5) tilføres varm gas fra køleren (4) til brændkammeret (3), hvilken rørforbindelse (5) er forsynet 10 med et indløb (14A) for råmel, hvor den nederste del af brændkammeret {3) er forsynet med en forbindelse (7) til kalcinatoren (2), og hvor en anden forbindelse (6) leder afgangsgasser fra ovnen (1) til kalcinatoren (2), KENDETEGNET VED at højden, f^-h^,, af den øvre del af brændkam-15 merets (3) indre volumen, det vil sige volumenet mellem brænderens spids og den øverste kant af det tangentielle indløb, er mindst \ D, hvor D er diameteren af en cylinder med højden hj-h2 og samme volumen som brændkammerets øverste volumen, og at højden af den nederste del af 20 brændkammerets indre volumen, h3-h^, der ligger mellem den nederste kant af det tangentielle indløb og udløbet fra brændkammeret (3), er mindst D.

2. Ovnanlæg til fremstilling af cement ifølge krav 1 KENDE-

25 TEGNET VED at højden af den øvre del, hj-h2, er mindst fD.

3. Ovnanlæg til fremstilling af cement ifølge krav 1 KENDETEGNET VED at højden af den nedre del, h3-h<, er mindst 30 j-Z).

9 DK 174194 B1

4. Ovnanlæg til fremstilling af cement ifølge krav 1 KENDETEGNET VED at brænderen (16) øverst i brændkammeret (3) er indrettet således at der tilføres primærluft gennem brænderen. 5

5. Fremgangsmåde til fremstilling af cement i et anlæg ifølge krav 1, hvor råmaterialerne forvarmes og derefter i det mindste delvist kalcineres i et brændkammer (3), som øverst er udstyret med en central brænder (16); hvor rå- 10 materialer tilføres brændkammeret (3) via et tangentielt indløb suspenderet i varm gas fra en køler (4); hvor det delvist kalcinerede materiale passerer fra brændkammerets nederste del via en forbindelse (7) over i en kalcinator (2), hvor gas/materialesuspensionen føres fra kalcinato-15 ren (2) til en udskillecyklon (9), hvor gas og materiale separeres, og hvor afgangsgasser fra ovnen (1) ledes til kalcinatoren (2) via en anden forbindelse (6), KENDETEGNET VED, at højden af brændkammerets øverste volumen, det vil sige volumenet mellem brænderens spids og den øverste 20 kant af det tangentielle indløb til brændkammeret, h^hj, er mindst \'D, hvor D er diameteren af en cylinder med højden hx-h2 og samme volumen som brændkammerets øverste volumen, og at højden af den nederste del af brændkamme-rets indre volumen, h3-h4, der ligger mellem den nederste 25 kant af det tangentielle indløb og udløbet fra brændkam meret (3), er mindst D.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 4 KENDETEGNET VED at temperaturen i brændkammerets øverste volumen er mellem 1000- 30 14 00°C. _____ ·

10 DK 174194 B1

7. Fremgangsmåde ifølge krav 4 KENDETEGNET VED at temperaturen i brændkammerets øverste volumen er mellem 1100-1400°C.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 4 KENDETEGNET VED at der tilfø res primærluft gennem brænderen (16) til brændkammeret (3) .

9. Fremgangsmåde ifølge krav 8 KENDETEGNET VED at produktet 10 af procentdelen af primærluft, der tilføres brændkammeret i forhold til den nødvendige støkiometrisk luftmængde til afbrænding af kul, og hastigheden af kullet ind i brændkammeret målt i m/s er mindst 500 %-m/s.