[发明专利]可用于生产水泥的燃烧方法

说明书

本发明关于一种燃烧方法，它可特别用于煅烧矿基材料、尤其是生产水泥，其中材料由与至少一种燃料和至少一种氧化剂的火焰产生的热源接触而被加热。这种煅烧方法归入水泥生产方法。本发明还关于使用该燃烧方法来加热填料，用于熔化金属、保温、分解垃圾等等。

制造水泥涉及制造所谓“熟料”的中间产品。熟料是通过煅烧矿基材料、尤其是粘土和石灰石而得到的产品。粉状材料可以干式(干法)或水基泥浆(湿法)形式送到转炉中。熟料的成分通常经过仔细的控制，从而获得所需比例的各种矿物材料、尤其是碳酸钙、氧化硅、氧化铝、氧化铁和碳酸镁。炉子装填后，用于制造熟料的原材料首先进行干燥和加热步骤，其次再进行煅烧步骤，在该步骤中，各种矿物的碳酸盐通过除去二氧化碳而转换成这些矿物的氧化物。由于温度仍然很高，因此所得出的矿物一起进行化学反应，基本产生硅酸钙和硅酸铝。最后的方法也称作为“煅烧法”，它是在炉子的热区进行的。然后将生产出熟料冷却和精细粉碎，然后再与添加成分混合，制成如卜特兰水泥那样的水泥。

制造水泥的方法有很多共同之处，这些方法的基本差异在于干燥、预热或煅烧熟料的原料所用的方法。在所有这些系统中一个通用的规则是，熟料制造方法是大致相同的，即在该方法中采用转炉，熟料的原料在重力作用下沿着炉子向下移动，来自燃烧进行区的热空气逆向循环。

从美国专利US 5572938已经知道，在制造熟料时、在转炉中使用氧气、由于改进了通常使用的在空气中燃烧，可增加熟料的产量。然而，到目前为止，这些技术还未得到很好的控制，并常在制造成本上大大增加了。

在专利US 3302938、US 3404199和US 3925091中已描述了各种水泥制造技术，这里提出，以供参考。

在专利US 5007823和5580237中描述了在制造水泥时也采用氧气的其它方法。

通常，制造商力图用加入炉子的燃料来减少生产成本，而低成本的燃料燃烧性能相当差并具有较低的净热值(NCV)。通常他们寻求采用各种具有相当低的燃烧性的废料，这样他们可以收到分解上述废料的额外费用。事实上，熟料制造方法花费了大量的能量，因为在熟料制造中碳酸钙脱碳反应是非常吸热的反应，因此要消耗大量的能量。

在制造熟料的转炉中易于燃烧的常用的燃烧是煤、重燃料油和天然气。这些燃料具有的净热值(NCV)在30和45×10⁶焦耳／公斤之间。重燃料油可以预热并雾化成小滴，小滴的尺寸少于200μm，一部分转换的小滴的直径少于50微米。最小的小滴迅速蒸发，因此可使火焰在靠近燃烧器端部处点火。

同样，煤粒也可粉碎成使其尺寸分布在10和200微米之间。通过控制该尺寸及加热时颗粒释放出的可燃性挥发材料可改进燃烧，使燃烧迅速而稳定。然而，水泥制造商仍在努力降低熟料生产中所用燃料的成本，现在正力图使用低燃烧性和净热值(NCV)常低于15×10⁶焦耳／公斤的液态或固态废料。然而这些差的燃料的含水量常大于质量的20％，并具有大的颗粒尺寸(例如颗粒中包含75％的大块或小块尺寸大于200微米)。

使用这些难于燃烧的燃料会在燃烧区、尤其是在制造熟料的转炉中的煅烧区产生很多问题，尤其是火焰的不稳定的燃烧和过低的燃烧程度的问题，因此产生无法控制的一氧化碳浓度、碳氢化合物进入炉中排出的气体中以及在烟灰中具有不可接受量级的未燃烧材料、特别是炉中排出的未燃烧材料，这些均会导致降低生产率。除非加入额外的燃料，才能补偿这些差的燃料引起的负面影响。

作为本发明基础的问题是由发明人的观察而得出的，亦即喷入炉中的燃料、尤其是低的净热值的燃料能在它们在转炉中运行一相当长距离前用于燃烧。如果在炉中运行的距离太短，燃烧质量差。

本发明的燃烧方法的区别在于：火焰包括由第一燃料和第一氧化剂燃烧产生的第一燃烧区，第一燃烧区的位置靠近第一氧化剂和第一燃料的喷射点，还包括位于第一燃烧区下游的第二燃烧区，第二燃烧区燃烧第二燃料和第二氧化剂，第二燃料通过流过或接近火焰的第一燃烧区而被预热。

第二燃料流与第一燃烧区的火焰接触的距离最好能足以使至少一些第二燃料被预热到至少约400℃、优选值约600℃、最好达800℃的温度。

按照本发明的一个优选实施例，已经发现，当第二燃料流与火焰接触的距离达到使第二燃料到达第二燃烧区时的温度至少约1000℃时，第二燃料在第二燃烧区的燃烧进行得很恰当，烟中的NOx含量和未燃烧材料量减少。