用于烧制石灰浆的方法和布置 |
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| 申请号 | CN201280010813.8 | 申请日 | 2012-02-23 | 公开(公告)号 | CN103402942A | 公开(公告)日 | 2013-11-20 |
| 申请人 | 安德里兹公司; | 发明人 | 朱翰尼·韦赫曼-柯鲁拉; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种在转窑中将石灰浆烧制成石灰的方法和设备。所述石灰浆与成烟气逆流地从进料端流动至烧制端，并且使用的 燃料 是烟气，在 气化 炉中存在助燃空气的情况下，燃料的气化产生所述烟气。通过在石灰浆燃烧中产生的热预热用于气化的助燃空气。所述设备设有在 石灰窑 和气化炉之间的管道，以引导来自所述石灰窑的空气作为助燃空气进入气化炉。通过在石灰浆燃烧中产生的热预热至少一部分用于气化的助燃空气，使得所述空气被引导用于冷却燃烧获得的石灰，并且进一步进入所述转窑，从转窑的烧制端或通过所述烧制端将空气引入气化过程。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于在回转筒窑中将石灰浆烧制成石灰的方法，其中所述石灰浆与烟气成逆流地从进料端流动至设有燃烧器的烧制端，并且其中使用的燃料是燃气，在与所述筒窑分离的固体床或流化床类型的气化炉中在助燃空气存在的情况下通过使燃料气化产生所述燃气，所述燃气从所述气化炉被引导至所述筒窑的燃烧器中， |
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| 说明书全文 | 用于烧制石灰浆的方法和布置技术领域[0001] 本发明涉及一种用于在石灰窑中将石灰浆烧制为石灰的方法和布置，其中石灰浆相对于烟气成逆流地从进料端流动到烧制端中，并且其中使用燃气作为燃料，在气化炉中存在助燃空气的情况下，通过燃料的气化产生该气体。 背景技术[0002] 通常，在化学制浆工业的回收工艺中形成的石灰浆在转窑中被烧成石灰（氧化钙）和二氧化碳。也存在其他石灰烧制方法，但是还未证明所产生的石灰质量和燃烧成本与转窑中产生的石灰的质量和燃烧成本一样有利。 [0003] 以转窑中烟气的热能预热供给到转窑中的石灰浆，即碳酸钙。由于转窑的倾斜和旋转运动，经预热的石灰浆流入位于转窑下部部分中的燃烧，即反应区域，在该燃烧区中发生产生石灰所需的煅烧反应。最后一个区域为冷却区域，在将石灰从转窑卸料之前在该冷却区域中将其冷却。 [0004] 在这个所谓的燃烧区域中，石灰的表面温度通常为1000-1200°C。煅烧反应强烈吸热。为了维持温度并且继续反应，需要将能量引入燃烧区域中。将石灰浆烧制为石灰（氧化钙）所需的能量通常为5500-6500MJ/t。为了产生热能，转窑设有燃烧器，其中燃料在燃烧区域中燃烧。燃烧器的火焰温度明显地高于石灰的温度，以便确保煅烧反应所需的能量被传递至石灰的表面，并且从该表面传递至石灰颗粒的核心，以提供令人满意的反应结果。 [0006] 通过下列方式回收石灰窑中生产的产品中所含的热，即将热传递到燃烧该工艺中所使用的燃料所需的助燃空气中。由此，该空气（所谓的二次空气）通常绕过燃烧器引入转窑中，并且仅引导所谓的一次空气通过燃烧器，需要该一次空气以点燃、稳定和形成火焰。该一次空气的部分取决于讨论中的燃烧器和应用而变化，但是最通常地，其为助燃空气总量的10-40%。通过专用风扇将一次空气引入燃烧器。 [0007] 通常在与转窑一起旋转的辅助（satellite）冷却器或扇形冷却器中冷却来自转窑的烧制石灰。较不普遍地，该冷却在单独冷却筒或另一单独冷却装置中发生。石灰浆燃烧的特征在于能量消耗高，因而助燃空气的需求高。因而，能够仅通过转窑中的二次空气实现将石灰冷却至充分低温。 [0008] 美国专利4745869公开了一种方法，通过该方法，使用煤作为燃料。使用煤的一个问题在于，在燃烧中产生的熔渣粘附在石灰窑的内部中，并且形成可能阻塞转窑中的流动的环状体。根据该专利，能够这样避免上述问题，即将两段式煤燃烧室连接至转窑，能够从煤燃烧室的第一段清除熔渣。在第一段中产生的燃气在煤燃烧室的下一段中燃烧。能够以来自间接热交换器中的石灰窑的烟气，或者以直接热交换器中的转窑热石灰产品，预热煤燃烧室中所需的助燃空气。 [0009] 通过高能量燃料，诸如石油、天然气或高质量的煤，易于达到燃烧器火焰的充分高温。相反，通过木煤气，或在气化炉中气化生物质产生的大多数其他气体，这种所谓的绝热火焰的温度仍低于期望值。例如，这导致石灰燃烧时热耗率增加，因为不可能充分大程度地利用燃料的能含量来提高煅烧反应。通过燃烧更多燃料弥补能量短缺，其结果是加热转窑的进料端。然后，不可能在石灰浆预热时利用烟气的全部热，相反，由于烟气的温度增加，所以更大一部分热从该过程逸出。当火焰的绝热温度保持在低水平时，在极端情况下，不能达到转窑的额定产量，这是因为未以全比例产量继续进行煅烧。此外，当辅助装置，诸如烟气扇仍太小时，增加的烟气量也能够限制转窑的产量。 [0010] 从1980年代末期以来，已经使用气化的产出气体作为石灰窑的能量源，但是由于石油和矿物煤的价格低，所以还未实现高度普及。近年来，这些燃料的价格增长已经使得人们再次认真考虑燃料气化的产出气体。在化学制浆厂中，易于获得适合用作气化炉燃料的树皮和锯屑废料。 [0011] 能够将树皮和相应的生物质干燥为通常85%干固体含量，并且通常在750-850摄氏度的温度下，例如在循环流化床气化炉中气化经干燥的物质，以生产含有作为燃烧成分的一氧化碳、氢和碳氢化合物的气体。气体含有燃烧产物，诸如二氧化碳和水蒸气，但是也含有原干燥生物质的湿气。因此，木煤气的能含量不如典型的主要燃料——石油和天然气高。 [0012] 在气化炉中，燃烧所需的空气温度通常为20-400°C。优选地，其被预热至约300°C或更高温度，以最小化气化空气量。因而，在石灰窑中，实现了更高的生产气体热值，以及更高的燃烧温度。通过使用预热空气，提高了气化炉的碳转化，因而提高了总体效率。 [0013] 在使用木煤气作为燃料的现有石灰窑中，在气化炉中使用冷空气作为助燃空气，通过来自气化炉的产出气体预热该空气，例如E. （"Pyroflow gasifier replaces oil in lime kilns"in publication "Biomassan uusia jalostusmahdollisuuksia1990-luvulla"(New refining possibilities for biomass on1990s)；[VTT Symposium]，1987，Espoo，Fl，Vol:75，pages:76-89，和在欧洲专利申请2133402中所提出的，由此降低产出气体的温度。该温度降低直接降低在转窑中燃烧的火焰温度，这很重要。作为替换方式，能够通过蒸汽交换器加热助燃空气，但是这样也将消耗宝贵的能量。 [0014] 与石油或天然气石灰窑相比，使用气化气体的所述石灰窑的二次空气需求更小，这是因为已经在气化炉中发生了一部分燃料的燃烧。因而，流经石灰冷却器的空气量也较小，并且石灰仍较热，这意味着从其中回收至所述工艺的热能量比石油或天然气转窑小。当使用气化炉的燃气时，石灰窑中的燃料已经含有更多氧，由此，无论如何其助燃空气需求都更小。 发明内容[0015] 本发明的目的是提高气化炉/石灰窑布置的能量经济性。尤其是，该目的在于，当石灰窑中使用的燃料是在单独气化炉中生产的燃气时，更高效地利用石灰窑中释放的热能。 [0016] 本发明涉及一种在石灰窑中将石灰浆烧制成石灰的方法，其中石灰浆对于烟气成逆流地从进料端流动到烧制端，并且其中燃料是燃气，在气化炉中存在助燃空气的情况下，通过燃料的气化产生该燃气。本方法的特征在于，至少一部分气化过程的助燃空气通过石灰浆燃烧产生的热预热，以便引入空气，以冷却在燃烧时获得的石灰，并且进一步将该空气引入转窑，从转窑的烧制端，或者通过该烧制端将空气引入气化过程。 [0017] 如上所述，石灰窑设有用于回收热的石灰冷却器。也使用单独的冷却筒，但是通常，该冷却筒附接至实际转窑。冷却器位于转窑的烧制端处，经烧制的石灰通过烧制端离开，进入冷却器。石灰被反向流动的空气冷却。通过该二次空气冷却石灰的过程从热石灰回收热。然后，该空气流入转窑，在转窑中将该空气用作石灰窑燃烧器的助燃空气。根据本发明，该热二次空气被另外用作气化炉的助燃空气。 [0018] 根据本发明的实施例，在气化炉和石灰窑的烧制端之间布置管道，通过该管道将二次空气从石灰窑引入气化炉。该管道设有用于从转窑抽出空气的风扇或相应物。管道通过烧制端延伸至距转窑内部适当距离处。根据优选实施例，从所谓的转窑窑坎（dam）深处，或者几乎从转窑内部的燃烧器水平抽取用于气化炉的助燃空气。众所周知，为了提高热传递，所以在转窑的热端处安装胸墙，其邻近石灰卸料区。通过渐缩窑壳的直径，或者通过加厚转窑的耐火炉衬形成窑坎。 [0019] 冷却器被固定的圆筒形辐射罩包围，该辐射罩与外侧绝缘，并且在一端处紧密地连接至经冷却的石灰卸料斗，石灰通过该卸料斗离开转窑。辐射罩的功能在于，用作与外部热绝缘的热绝缘体并且防止灰尘渗漏。辐射罩的一端局部敞开，并且通过该端和转窑燃烧器端之间的间隙，将冷空气抽入冷却器。大部分冷空气通过窑壳和冷却器内壳体之间的通道被引入冷却器内部，到达扇形部，在该扇形部处根据逆流原理发生石灰的冷却。将少部分空气通过辐射罩和冷却器之间的间隙引导到它们之间的通道中。能够将被热石灰加热的空气作为助燃空气从该通道引入气化炉。这是通过石灰窑的窑壳获得用于气化的助燃空气的一个实施例。由此，可获得约200°C的温度。 [0020] 根据实施例，在转窑的纵向轴线方向上位于距烧制端的一定距离处并且处于石灰冷却器下游的一点处，通过石灰窑的窑壳获得用于气化的助燃空气。为了实施该目标，围绕转窑安装另外的壳体部分。能够形成与转窑同心的圆筒件，该圆筒件在圆周方向整体或部分包围转窑，并且该圆筒件在转窑的纵向方向上具有期望长度。例如，该长度可能为10米。在该圆筒和窑壳之间获得空气，由此从转窑辐射的热已经加热了该空气。这是通过石灰窑的窑壳获得用于气化的助燃空气的另一实施例。该实施例需要更多另外的设备，并且通常不能获得超过200°C的温度，因为在绝缘良好的转窑中，窑外壳的温度通常为 200-250°C。 [0021] 根据本发明的实施例，以来自石灰窑烟气的热加热用于气化的助燃空气。由此，来自石灰窑的烟气和空气被引入间接热交换器，其中空气被烟气的热加热，并且由此，经加热的空气被作为助燃空气引入气化炉中。该实施例需要更多另外的设备，并且通常不能获得超过200°C的温度。也可将来自烟气的热回收到另一介质中，诸如水或蒸气，通过该介质间接地加热空气。 [0022] 在转窑的烧制端中，火焰之前的二次空气的温度通常超过300°C。因而，用于气化炉的助燃空气不需要被“一次能量”诸如用于气化炉的燃气的热加热，而是能够使用更经济的热源。当使用被加热的二次空气时，获得的另一优点在于更高效的石灰冷却，由此从当前在石灰中夹带的能量回收更大部分能量。如上所述，所述热源也能够为来自石灰窑的一些其他废热。 [0023] 根据一种计算，如果从石灰窑的烧制端，而非气化炉的产出气体获得用于气化炉的助燃空气，石灰窑的热消耗能够降低2%。通过一些其他热源，例如石灰窑壳或烟气的废热预热气化空气，能够获得更大节约。计算中假设，气化所需的空气量是石灰窑总助燃空气量的20%。此外，已经假设，为了煅烧石灰，能够利用如下燃料能量部分，其在燃烧中将烟气加热至超过1200°C。煅烧反应始于远低于该温度的某一温度，约为800°C。然而，在转窑中烧制石灰浆的实际经验已经显示，需要与最低可能煅烧温度的充分温度差以实现充分反应的物料和热传递。 [0024] 例证计算显示，具有约15MJ/kg较低热值的燃料能够产生具有高于1200°C温度的6.7MJ/kg热，根据上文所述，该热是进行煅烧操作的热。燃料的其余热值能够参与干燥和加热石灰浆。在现代石灰窑工艺中，大多数情况下，该热量都过量，这表示转窑中的烟气温度高，甚至超过300°C，并且通常需要周期性地水冷却烟气。 [0025] 根据现有技术，如果从燃气获得用于气化炉的助燃空气的热，就直接降低了石灰窑燃烧器中的火焰绝热温度，并且由此减少具有高于1200°C的温度的热部分。 [0026] 通过从石灰窑的烧制端获得用于气化炉的助燃空气，不降低燃气温度地获得用于气化的热空气。另一方面，通过该方式，石灰窑中的二次空气温度降低，但是与从燃气获得所需的热，以预热用于气化的助燃空气时相比，火焰绝热温度的降低没那么大。 [0027] 通过使用于气化炉的助燃空气通过冷却器，强化了冷却器的操作，并且从冷却器中卸料的石灰温度降低。也就是说，在助燃空气中回收了卸料石灰的更大部分热。 [0028] 增强冷却的优点在于有助于进一步处理石灰，并且保护冷却器，使其不受高温导致的损害和阻塞。另外，能够沿窑壳抽取用于冷却石灰的冷空气，由此，空气也起冷却窑壳的作用。通过抽取更多空气，也强化了对窑壳的冷却。 [0029] 根据本发明的实施例，从石灰窑内部获得的空气与另一预热空气和/或周围空气混合，以调节用于气化的助燃空气的温度。根据实施例，从石灰窑内部获得的空气与从冷却器和围绕冷却器的辐射罩之间获得的空气和/或周围空气混合，以调节温度。然后，空气管设有适当的调节装置，诸如翻板阀，从而为了助燃空气的期望温度获得适当的空气混合物。 [0030] 然而，本发明的实施不限于特定类型的、与石灰窑分离的气化炉，而是当根据固定床或流化床原理（诸如循环床或鼓泡流化床气化）发生气化时，也可尤其有利地应用本发明。本发明尤其适用于加热气化生物质基燃料所需的助燃空气。例如，这种燃料包括木基燃料，诸如木头、木屑、树皮碎屑、碎木、刨花、锯屑、木基森林残留物，和具有低热值的其他燃料。附图说明 [0031] 通过根据本发明的实施例和参考附图，更详细地描述本发明，其中： [0032] 图1示意性例示了现有技术以及气化炉和石灰窑的发明性布置； [0033] 图2例示了用于实施根据本发明的一些实施例的布置；和 [0034] 图3例示了用于实施本发明的一些实施例的布置。 具体实施方式[0035] 图1例示了描述本发明所需的石灰浆燃烧设备和气化炉的部件。在该情况下，气化单元是循环流化床气化炉1，即CFB气化炉。CFB气化炉包括气化反应器2、炉篦3、旋流器4和旋流器回流管5。流化床布置在气化炉的下部处，在该流化床之上引入燃料。通常，燃料为固体生物基燃料6，诸如树皮、木屑等。通过管道6'清除气化中产生的灰烬。 [0036] 热产出气体通过管7离开气化炉，并且在空气预热器8中部分冷却。然后，通过气体管7将该产出气体引入石灰窑10的燃烧器9。 [0037] 在该已知布置中，通过风扇11从周围环境引入用于气化炉的助燃空气。在进给至气化炉之前，通常通过在热交换器8中冷却来自气化炉的热产出气体将空气加热至300-400°C。该热交换器通常是双壳热交换器，其位于旋流器下游的气体管的起始端处。 热产出气体在热交换器的内部管中流动，并且空气在绕该内部管的专用沟道中流向相同方向。这种交换器占用了大量空间。 [0038] 根据本发明的实施例，通过风扇12，经空气管13将空气从石灰窑10的烧制端引入气化炉中。 [0039] 本发明的优点在于，其作为设备解决方案是简单的，因为其在任何情况下都利用所需的石灰冷却器。仅需要构造从石灰窑的烧制端至气化炉中的空气管，并且不需要单独的空气预热器，该空气预热器将占用更大的空间并且更昂贵。此外，热交换器易受气体中夹带的灰烬导致的腐蚀的影响。 [0040] 图2更详细地例示了将气化炉助燃空气引出石灰窑10，该石灰窑10为回转筒窑。该石灰窑的冷却器14包括两个圆筒形窑壳15和16，该窑壳一侧布置一个、包围该转窑并且与转窑一起旋转，该窑壳与转窑同心地安装在转窑的卸料端处。在窑壳与转窑之间形成环状空间17。内部圆筒形窑壳15在其初始端通过溜槽（drop chute）18附接至转窑。通过该溜槽，冷却器的环状空间17的入口19与转窑的卸料开口20连通，以将来自转窑的热物料引导到冷却器中。在转窑的周围设置多个溜槽18。通过本身已知的进料装置实现在冷却器内部冷却的物料的运送，诸如能够布置在冷却器空间的任何壁上的进料旋叶（未示出）。也能够通过构造在冷却器空间内部的单独构件来实现该运送。冷却后的物料被从冷却器14卸料至卸料斗21中。以黑色箭头示出石灰的流向。 [0041] 石灰窑的冷却器14被固定圆筒形辐射罩22包围，辐射罩22与外部绝缘并且紧密地连接至卸料斗21。辐射罩的功能是用作与外部热绝缘的热绝缘体，并且防止灰尘渗漏。辐射罩的面对卸料都21的一端局部敞开。通过该局部敞开端和转窑烧制端之间的间隙23，将冷空气抽入冷却器中。将大部分冷空气从窑壳和冷却器的内壳15之间的通道24通过卸料斗21引导至冷却器中，直至扇形部分，在该扇形部处根据逆流原理发生石灰的冷却。以白色箭头25示出空气的流动。将较少部分的空气引导通过辐射罩和冷却器之间的狭槽，即它们之间的通道26。 [0042] 空气在通道24中流动防止了过度加热窑壳。预热空气从冷却器进一步作为二次助燃空气流经溜槽18，进入转窑10。根据本发明的实施例，管13安装在石灰窑的烧制端中，该管设有风扇12，以将作为助燃空气的二次空气引导到气化炉中。该空气被引导至气化炉的炉篦3下方的风箱27。空气管能够延伸到转窑中的期望深度；优选，空气管延伸至转窑的所谓窑坎28。深度的选择取决于空气的灰尘含量、物料温度和强度以及空气温度之间的最优化。 [0043] 引导产出气体从气化炉沿沟道7进入气化炉中的气化炉9'以用于燃烧燃料。 [0044] 根据实施例，来自转窑的空气也能够从辐射罩和冷却器之间的通道26获得。然后，在该通道的外壁中的开口32中布置设有风扇的空气管30，该空气管引导被石灰加热的空气作为助燃空气进入气化炉1。在图中，空气管30连接至转窑的下部部分，但是通过转窑冷却器的上部部分抽取空气更有利。 [0045] 根据实施例，在转窑的纵向轴线P方向上位于距烧制端的一定距离处并且处于石灰冷却器下游的一点处，通过石灰窑的窑壳获得用于气化的助燃空气。为了实现该目标，围绕转窑安装窑壳的另外部分，即罩33。该罩能够由与转窑同心的圆筒件形成，该圆筒件在圆周方向上包围整个转窑或其一部分，并且该圆筒件在转窑的纵向方向上具有期望长度L。在圆筒和窑壳之间获得空气，由此该空气已经被转窑辐射的热加热。通过风扇34从圆筒件 33和转窑之间抽取空气，并且通过管35引导该空气，从而用作气化炉的助燃空气。 [0046] 空气管13、30和35设有阀门36，诸如翻板阀，以调节空气量。如果除了来自转窑烧制端的空气13还使用其他空气源30和35，则该阀门也允许以期望比例调节不同空气流的用量。 [0047] 图3例示了用于布置空气管的另一实施例。在该情况下，将其他空气流30和35（来自辐射罩和冷却器之间的通道26的空气和/或来自罩33和窑壳之间的空气）引入空气管13，该空气管13用于从石灰窑的在风扇12的上游的烧制端获得的空气流。另外，为了进一步调节气化空气温度，能够通过管道37从转窑周围引入较低温度的空气。在该实施例中，每个空气管都设有调节阀36，但是共用风扇12。 [0048] 如上所述，石灰窑具有若干位置，在该位置中能够获得被石灰浆燃烧过程的热加热的空气，并且作为助燃空气将该空气引入气化炉。在最简单的情况下，仅需要将设有风扇或相应物的管线布置在石灰窑和气化炉之间。 |
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