[发明专利]水泥干法内燃烧成共发电工艺及其专用设备

说明书

本发明涉及一种由水泥生料粉制造水泥熟料的工艺，特别是一种水泥干法内燃烧成共发电工艺及其专用设备。

目前，水泥工业中水泥熟料烧成工艺主要有两种，即水泥生料粉预分解回转窑烧成工艺(以下简称“干法预分解”)和湿法成球现代立窑烧成工艺(以下简称“湿法内燃”)。    

70年代以来，在节能需求的推动下，世界水泥生产实现了湿改干的基本转变，水泥生料粉预分解烧成工艺成为现代水泥烧成的主导技术。同时，在一些发展中国家(特别是中国)，湿法成球立窑烧成工艺以其对这些国家的适用性仍被广泛地应用着。

典型的预分解烧成工艺将烧成过程划分为串联的四个步骤，分别在不同类型的反应器中完成：

(1)在一组以稀相流化为特征的串联旋风预热器中进行气固逆流传热，实现物料预热；

(2)在一台以稀相流化为特征的流化床反应器或喷腾、旋流反应器中实现燃料燃烧、气固换热和生料中CaCO3的分解；

(3)在一台机械回转移动床(回转窑)中实现燃料燃烧、气固逆流表面换热和熟料的烧成；

(4)在一台机械推进移动床(算冷机)中进行熟料与气体错流换热，实现热回收和熟料冷却。

这一工艺与湿法回转窑工艺相比，在实现了大幅度降低热耗和大规模生产的同时，也暴露着下述各种缺点：

(1)烧成过程的内部分割，导致工艺、设备和自控技术的复杂性。窑系统操作指标的预测迄今仍为水泥生产中最复杂的课题，正是其复杂性的明证。

(2)回转窑以外部燃烧(相对物料而言)和气固表面传热为主要特征，传热速率慢，导致设备体积庞大。粉料烧成工艺伴随的造粒过程导致回转窑操作稳定性差。

(3)旋风预热和算冷工艺产生大量的低温(300℃左右)废气，无法充分利用。

(4)生料中循环组分在高温预热及分解段的凝聚，导致生料流动性能上的不确定性，构成了令人头痛的操作障碍。

在对预分解烧成工艺各环节不断改进的基础上，以及在各种寻求新型烧成方法的努力遭到失败后，国内外水泥界一般认为，现有的预分解烧成工艺仍将在相当一段时间内成为水泥烧成的主导技术。

以立窑为代表的湿法成球内燃烧成工艺在水泥工业历史上一直占着一席地位。在中国，立窑工艺以其投资少，设备制造和生产管理技术要求低，目前仍承担着全国水泥产量中80％以上的生产任务。与此同时，其劳动条件差，污染严重和产品质量相对低劣也构成了日益严重的社会问题。依靠内燃烧成集燃烧、传热于一体，预热、分解、烧成、冷却于一体的固有特点，立窑工艺显示了其工艺及机电设备简单、设备体积小、可靠性高、运行技术要求低的优点。由于采用湿法成球备料，现代立窑工艺也存在下述严重缺点：

1.湿法成型的生料球水份占生料重量的13％以上，机械强度低，热稳定性差，导致窑内料层物理特性不稳定，进而破坏了必须建立在均匀通风基础上的烧成过程的稳定性，大大降低了熟料质量。

2.作为窑内气体离开料层前与物料的最后一步传热，流出高温带的废气与刚入窑湿料层的换热过程不仅要为蒸发水份消耗掉约150kcal/kg-熟料的显热，而且由此造成的窑气温度急剧下降抑制了其中CO的燃烧，使其无法利用而被排放掉。这一部分的热损失亦在150kcal/kg-熟料左右。两者大大地削弱了内燃烧成工艺在节能上的优势。传统立窑烧成工艺在与现代水泥预分解窑工艺的竞争中已处于被淘汰的地位。参考文献：《水泥的制造和应用》，胡宏泰等编著，山东科技出版社，1994，pp.199-271第六章回转窑系统，pp.309-331 第八章 立窑水泥厂的运作。

寻求比回转窑工艺更简单、紧凑和节能的烧成工艺是国际水泥界长期不懈努力的目标。二战以来，这一努力主要遵循着下述研究路线：

(1)炉算子内燃烧成法：由二战中德国工程师开始的这项研究终止于50年代初，由于湿法造粒工艺和机械移动床的固有缺点，研究工作未取得富有竞争力的成果。

(2)分段固定床烧成法(列巴(Reba)法)：由德国Readymix水泥工程公司于1977年研究成功并取得专利。声称的技术经济效果为：生产规模100-500t/d；投资费用130-140美元/吨/年；热耗730kcal/kg-熟料；电耗14kwh/T-熟料，但迄今未见商业应用的报道。