CN107207343B - 氧-煅烧工艺 - Google Patents

Abstract

用于在煅烧炉(10)中煅烧水泥生料的方法和设施，其中将燃料和具有至少30％体积的氧含量的煅烧炉氧化剂引入到该煅烧炉(10)内以便在该煅烧炉中产生位于该煅烧炉(10)的最低燃料入口水平(L13)与最低氧化剂入口水平(L16)之间的贫氧化剂区或贫燃料区，将按重量计在50％与100％之间的生料(14，15)在该贫氧化剂区、相应地该贫燃料区上游和/或内供应到该煅烧炉(10)。

Description

氧-煅烧工艺

本发明涉及使用氧燃烧来煅烧水泥生料，该生料煅烧是生产水泥熟料中的必要步骤。

水泥工业是温室气体CO₂的重要排放源。

在水泥生产工艺内，经由以下可逆平衡反应在生料(CaCO₃)脱碳酸化至石灰(CaO)过程中更特别地产生了显着量的CO₂：

ΔH≈1800kJ/kg

使得水泥厂产生的约80％的CO₂在煅烧炉水平处产生。

如在2014年5月国际水泥评论(INTERNATIONAL CEMENT REVIEW)37期公开的“氧燃烧选项(The oxycombustion option)”文章中解释的，水泥工业已经做出相当大的努力来通过使用替代燃料降低其CO₂排放、降低窑系统中的比热消耗以及熟料因素的减少，其中加入补充粘结材料导致CO₂减少了20％-30％。

用于进一步CO₂减轻的可能路线在于碳捕获和储存技术(CCS)或碳捕获、储存和利用技术(CCSU)的应用。这需要从水泥厂的烟道气中捕获CO₂用于储存或用于其他工业应用中。

用于常规燃烧工艺中的空气主要由氮气(约78％体积)组成，所述氮气还形成通过空气燃烧产生的烟道气的主要成分。

已经开发了若干技术来从此类烟道气中提取和捕获CO₂，特别是对于电力工业。

用于捕获存在于烟道气中的CO₂的当前参考技术是胺洗涤。

此工艺由以下组成：通过用胺吸附剂冲洗气体来从燃烧后的烟道气中提取CO₂部分，通过蒸汽汽提使溶剂再生，从而释放几乎纯的CO₂，并将汽提的溶剂再循环到吸收器。虽然这项技术非常有效，但它还是相当昂贵的。

燃烧后胺洗涤的替代方案是使用氧燃烧。

在氧燃烧工艺中，氧气和再循环烟道气代替了常规的燃烧空气，以便在燃烧过程中直接产生富CO₂的烟道气，并且从而减少了下游CO₂纯化成本。

在水泥厂中，可以将氧燃烧应用于全生产线(即在煅烧炉和回转窑部分两者中)，此种工艺被称为“完全氧烧制”，或唯一地在煅烧炉阶段处，被称为“部分氧烧制”。在由国际能源署(International Energy Agency)(IEA)公布的对比研究“水泥工业中的CO₂捕获(CO₂Capture in the cement Industry)，报告号2008/3”中，得出的结论是，部分氧烧制对于改装现有水泥厂是最有成本效益的且最低风险的配置。IEA报告还得出结论：部分氧烧制比燃烧后胺洗涤技术更便宜。

然而，由于CO₂分压的增加，以氧燃烧模式操作煅烧炉对上述脱碳酸化反应具有重大影响。实际上，只有平衡压力(其强烈地取决于温度)超过周围的CO₂分压，所希望的脱碳酸化反应才发生。

为了抵消与氧燃烧关联的高CO₂含量，因此将必要的是在较高的平均温度下操作煅烧炉。

在用空气燃烧操作的煅烧炉中，大气典型地含有从25％体积至最大35％体积的CO₂。脱碳酸化反应的相应平衡温度是在800℃至850℃的范围内。根据上述研究“水泥工业中的CO₂捕获”，在煅烧炉中从空气燃烧转换为氧燃烧将要求大约80℃的煅烧炉温度增加以补偿CO₂分压的增加。

如在文章“氧燃烧选项”中公认的，在较高的平均温度下操作煅烧炉引起煅烧炉内增加的热点风险，因为燃料和氧气燃烧产生高温产物气体，所以这种情况更严重。

此类热点是导致昂贵的煅烧炉停工的煅烧炉内的破坏性材料积聚的原因，替代方案是在较低温度下操作煅烧炉，这将导致工艺效率的显着恶化(较低的煅烧程度)。当使用燃料如石油焦时，这个问题甚至更明显，这要求高温和高停留时间以便实现基本上完全燃烧。为了降低生产成本，此类燃料频繁地被用于水泥工业中。

本发明的目的是至少部分地克服上述问题。

本发明的目的特别地是提供一种在煅烧炉中使用氧燃烧来煅烧水泥生料的方法，并且该方法允许同时达到足够的煅烧水平并且减少或甚至避免在该煅烧炉中有害的积聚的发生。

该煅烧炉在纵向方向上在底端与顶端之间延伸，所述纵向方向典型地是竖直的或基本上竖直的。

将燃料和煅烧炉氧化剂引入到该煅烧炉内。燃料与该煅烧炉氧化剂燃烧以在该煅烧炉内部产生热量。该煅烧炉氧化剂具有在30％体积与100％体积之间的氧含量。

该煅烧炉氧化剂有利地具有至少50％体积、优选地至少88％体积的氧含量。

将该燃料和煅烧炉氧化剂引入到该煅烧炉内，以便确保所述燃料的基本上完全且优选地完全燃烧，并且优选地，以便使该煅烧炉出口处的烟道气中的过量氧最小化，考虑到至该煅烧炉内的任何空气进入。存在于该煅烧炉烟道气中的氧量(被称为过量氧)典型地被维持低于7％体积、优选地低于5％体积。

当煅烧料的有机碳含量小于按重量计0.5％时，燃料燃烧被认为是基本上完全的。

同样将生料供应给该煅烧炉。在该煅烧炉内，通过向上气流朝向该顶端夹带该生料。

将该生料在该煅烧炉中煅烧，并将由此获得的煅烧料连同该煅烧炉烟道气从该煅烧炉在顶端处排出。

·夹带该生料的向上气流典型地包括：通过该燃料与该煅烧炉氧化剂的燃烧产生的烟道气

·通过煅烧该生料产生的脱碳酸化气体，并且该脱碳酸化气体主要由CO₂组成，以及

·作为再循环烟道气经由底端被引入到该煅烧炉内的该煅烧炉烟道气的一部分。

一旦从该煅烧炉中排出，将该煅烧料与该煅烧炉烟道气分离。如以上描述的，将该分离的煅烧炉烟道气的一部分作为该再循环烟道气引入到该煅烧炉内。

将该煅烧炉氧化剂在至少一个氧化剂入口水平处引入到该煅烧炉内。将该燃料在至少一个燃料入口水平处引入到该煅烧炉内。

该至少一个氧化剂入口水平可以由单一氧化剂入口水平组成，然后其被称为“最低氧化剂入口水平”。

可替代地，该至少一个氧化剂入口水平可以由沿着该煅烧炉的纵向方向的多个氧化剂入口水平组成，然后与该煅烧炉的底端最近的氧化剂入口水平被称为“最低氧化剂入口水平”。

同样地，该至少一个燃料入口水平可以由单一燃料入口水平组成，然后其被称为“最低燃料入口水平”。

可替代地，该至少一个燃料入口水平可以由沿着该煅烧炉的纵向方向的多个燃料入口水平组成，然后与该煅烧炉的底端最近的燃料入口水平被称为“最低燃料入口水平”。

根据本发明，在有限或甚至没有燃料燃烧的区中，将按重量计在50％与100％之间的生料供应给该煅烧炉。

这是根据以下选项之一实现的：

选项1：该最低氧化剂入口水平位于该最低燃料入口水平的下游(就该向上气流而言)并且这在距该最低燃料入口水平贫氧区距离Do(＞0)处，从而在该煅烧炉中产生贫氧区，将按重量计至少50％的生料、优选地按重量计至少85％的生料在该最低氧化剂入口水平上游和/或该最低氧化剂入口水平处供应到该煅烧炉；

或

选项2：该最低燃料入口水平位于该最低氧化剂入口水平的下游(就该向上气流而言)并且这在距该最低氧化剂入口水平贫燃料区距离Df(＞0)处，从而在该煅烧炉中产生贫燃料区，将按重量计至少50％的该生料、优选地按重量计至少85％的该生料在该最低燃料入口水平上游和/或该最低燃料入口水平处供应到该煅烧炉。

选项1总体上是优选的。

当在将该再循环烟道气引入到该煅烧炉内之前，例如在立管内部，将燃料或煅烧炉氧化剂与该再循环烟道气混合时，所述燃料、相应地煅烧炉氧化剂通过该再循环烟道气夹带并经由底端连同该再循环烟道气进入该煅烧炉。在这种情况下，该煅烧炉底端的水平对应于该最低燃料入口水平、相应地该最低氧化剂入口水平。

在本发明的描述的上下文中，术语“下游”和“上游”被解释相对于该煅烧炉中的向上气流。因此，“下游”指的是该煅烧炉中的较高水平(如在纵向方向上看到的)并且“上游”指的是该煅烧炉中的较低水平。

在根据第一选项的方法中，有利地将按重量计至少50％、优选地按重量计至少75％或者甚至按重量计至少85％的生料在该最低氧化剂入口水平的上游供应到该煅烧炉。

同样地，在根据第二选项的方法中，有利地将按重量计至少50％、优选地按重量计至少75％或者甚至按重量计至少85％的生料在该最低燃料入口水平的上游供应到该煅烧炉。

出人意料地发现，然而对于到该煅烧炉内的生料、燃料和煅烧炉氧化剂引入的其他配置，在该煅烧炉内迅速观察到材料的不利积聚，对于根据本发明的生料、燃料和煅烧炉氧化剂引入的配置不是这种情况。

更确切地发现，在本发明的生料、燃料和煅烧炉氧化剂引入的配置的情况下，在该最低氧化剂入口水平(选项1)、相应地燃料入口水平(选项2))处和/或(优选地)上游注入的生料部分越高，越多地抑制该煅烧炉中积聚的形成。典型地，被引入到该煅烧炉内的生料至少部分地由预热器中预热的生料组成。优选地，已经在预热器中预热被引入到该煅烧炉内的所有生料。以下提供了关于可以如何预热生料的进一步细节。

该贫氧区距离Do、相应地该贫燃料区距离Df有利地在该总煅烧炉高度的1/10与4/10之间，所述距离更优选地在该总煅烧炉高度的2/10与3/10之间。

该贫氧区、相应地该贫燃料区有利地位于该煅烧炉的最低一半中、优选地位于最低三分之一中，即位于包括该底端的该煅烧炉的一半或三分之一中。

一个或多于一个氧化剂入口可以位于该最低氧化剂入口水平处。

当在该最低氧化剂入口水平处时，将该煅烧炉氧化剂的至少一部分通过多个氧化剂入口引入，所述氧化剂入口在下文中被称为“第一氧化剂入口”，则所述第一氧化剂入口有利地围绕该煅烧炉的纵向方向彼此径向地间隔开并且优选地围绕所述纵向方向均匀分布。

当在该最低燃料入口水平处时，将燃料经由众多燃料入口引入到该煅烧炉内，则所述“第一燃料入口”同样有利地围绕该纵向方向彼此径向地间隔开，优选地围绕所述纵向方向均匀分布。

在许多情况下，特别地结合本发明的选项1，通过在多个氧化剂入口水平处引入煅烧炉氧化剂可以改进该煅烧炉操作并且可以进一步减少不利材料积聚的风险。以这种方式，通过该煅烧炉中燃烧的热量产生是阶段式的。

在这种情况下，该煅烧炉氧化剂被分成煅烧炉氧化剂的第一部分和第二部分。将该煅烧炉氧化剂的第一部分通过一个或多个第一氧化剂入口在该最低氧化剂入口水平处引入到该煅烧炉内。将该煅烧炉氧化剂的第二部分通过在每个第二氧化剂入口水平处的一个或多个“第二氧化剂入口”在该最低氧化剂入口水平上方的一个或多个第二氧化剂入口水平处引入到该煅烧炉内。

当将该煅烧炉氧化剂的第二部分通过多个第二氧化剂入口引入到该煅烧炉内时：

·所述第二氧化剂入口中的至少一些可以在该煅烧炉的纵向方向上彼此间隔开，即可以位于不同的第二氧化剂入口水平处；和/或

·所述第二氧化剂入口中的至少一些可以径向地彼此间隔开，即在给定的第二氧化剂入口水平处的多个第二氧化剂入口围绕所述纵向方向径向地间隔开，优选地均匀间隔开。

当将所述燃料在多个燃料入口水平处引入到该煅烧炉内时，特别地在根据选项2的实施例的情况下，以上关于该煅烧炉氧化剂呈现的考虑也适用于被供应到该煅烧炉的燃料。

应当理解的是，水泥生产设施还可以包括附加设备如第二预热器。例如，在第二生料预热器中，可以借助于来自该回转窑的烟道气预热该生料。根据本发明的工艺要求如以上描述的操作至少一个但不必要全部煅烧炉。

被引入到该煅烧炉内的燃料可以包括不同类型或品质的燃料的组合。

与用空气作为该煅烧炉氧化剂操作的煅烧炉相比，根据本发明的方法直接产生富CO₂烟道气，该烟道气在煅烧炉顶端处离开该煅烧炉。其结果是，该再循环烟道气含有按干体积计至少40％、按干体积计优选地至少60％并且更优选地至少75％的CO₂。

作为再循环烟道气被引入到该煅烧炉内的煅烧炉烟道气的部分尤其取决于在该煅烧炉中产生向上气流所要求的烟道气的量，这足以将该生料夹带到该煅烧炉的顶端，同时还确保该燃料的停留时间足以实现完全或基本上完全的燃料燃烧。在实践中，在该煅烧炉内实现该燃料的适当燃尽经常是最关键的因素，并且再循环烟道气的量有利地处于或接近对于将该生料夹带到该煅烧炉的顶端必要的再循环烟道气的最低水平。

在这样做时，该生料在该煅烧炉中的停留时间总体上是使得达到所要求的脱碳酸化水平。该再循环烟道气典型地对应于在该总煅烧炉烟道气的10％体积与80％体积之间、优选地在30％体积与50％体积之间。

将从该煅烧炉的顶端排出的煅烧炉烟道气有利地引入到生料预热器例如像单级或多级旋风预热器内，之后将该烟道气的一部分作为再循环烟道气再循环到该煅烧炉。

应当理解的是，该水泥生产设施可以包括附加设备如第二预热器。

将该再循环烟道气在至少400℃、优选地至少700℃并且更优选地至少900℃的温度下有用地引入到该煅烧炉内。其结果是，特别是当该煅烧炉烟道气在其一部分被再循环之前已经经过生料预热器，导致该烟道气温度的降低时，该再循环烟道气本身可以在被引入到该煅烧炉内之前被(预)加热。

典型地使不被再循环到该煅烧炉的该煅烧炉烟道气的部分经受纯化过程以从其中提取除了CO₂之外的成分，以便使存在于该煅烧炉烟道气的所述非再循环的部分内的CO₂的增值或螯合/储存成为可能，从而减少该水泥生产工艺的CO₂排放。

本发明的优点是，可以使用除了相对昂贵的胺洗涤技术之外的纯化方法从该煅烧炉烟道气的非再循环的部分中获得大部分纯的CO₂。如以上所指出的，在该纯化过程之后，可以将该纯化的煅烧炉烟道气储存和/或用作工业工艺中的CO₂。

本发明还涉及煅烧水泥生料的本发明方法在水泥熟料的生产中的用途。

因此，本发明还涉及一种生产水泥熟料的方法，其中通过根据本发明的方法煅烧生料，并且其中将该煅烧料引入到窑内并经受在该窑内的熟化(clinkerisation)，该窑典型地是回转窑。

依据根据本发明的水泥生产方法的一个实施例，(a)不将该窑气体出口连接到该煅烧炉的底端，但是例如连接到另一个预热器塔，并且(b)燃烧发生在该窑中，该窑具有窑氧化剂(具有小于30％体积的氧含量)，如空气并且特别是来自熟料冷却器的空气。

根据替代实施例，燃烧发生在该窑中，该窑具有窑氧化剂，该窑氧化剂具有在30％体积与100％体积之间、优选地至少50％体积并且更优选地至少88％体积的氧含量。在这种情况下，可以将该窑气体出口连接到该煅烧炉的底端。特别地，然后可以首先将作为再循环烟道气被引入到该煅烧炉内的煅烧炉烟道气的全部或部分注入到该窑内，例如经由该熟料冷却器，并且此后作为该窑烟道气的部分引入到该煅烧炉内。以这种方式，该再循环烟道气在其通过该熟料冷却器过程中还被预热。

本发明还涉及一种用于根据本发明的煅烧方法中的煅烧设施。用于煅烧水泥生料的此种煅烧设施包括具有总煅烧炉高度并在纵向方向上在底端与顶端之间延伸的煅烧炉。

本发明的煅烧设施的煅烧炉呈现了最低氧化剂入口水平，一个或多个第一氧化剂入口位于该最低氧化剂入口水平处，并且任选地一个或多个第二氧化剂入口水平在该纵向方向上位于该最低氧化剂入口水平上方，一个或多个第二氧化剂入口位于存在的每个第二氧化剂入口水平处。将该煅烧炉的这些第一氧化剂入口以及(如果存在的话)这些第二氧化剂入口连接到具有至少30％体积、优选地至少50％体积并且更优选地至少88％体积的氧含量的煅烧炉氧化剂源，使得可以将该煅烧炉氧化剂供应到所述氧化剂入口并且经由所述氧化剂入口注入到该煅烧炉内。

该煅烧炉还呈现了最低燃料入口水平，一个或多个燃料入口位于该最低燃料入口水平处，以及任选地在该纵向方向上位于该最低燃料入口水平上方的一个或多个第二燃料入口水平，其中一个或多个另外的燃料入口(被称为“第二燃料入口”)位于存在的每个第二燃料入口水平处。

此外，该煅烧炉呈现了位于该煅烧炉的顶端处的烟道气出口、位于该煅烧炉的底端处的烟道气再循环入口和一个或多个生料入口。

根据本发明，该煅烧炉的生料、燃料和煅烧炉氧化剂入口的配置是使得在操作中，在该煅烧炉内产生低燃烧区，并且使得将该生料的至少一部分在所述低燃烧区处引入到该煅烧炉内。

根据第一选项，这通过以下实现：该最低氧化剂入口水平位于该最低燃料入口水平上方(在该纵向方向上)距所述最低燃料入口贫氧区距离Do＞0处，至少一个生料入口位于该最低氧化剂入口水平下方或者该最低氧化剂入口水平处，优选地下方。

根据第二选项，这通过以下实现：该最低燃料入口水平位于该最低氧化剂入口水平上方(在该纵向方向上)距该最低氧化剂入口水平贫燃料区距离Df＞0，至少一个生料入口位于该最低燃料入口水平下方或者该最低燃料入口水平处。

该贫氧区距离Do、相应地该贫燃料区距离Df有利地在该总煅烧炉高度的1/10与4/10之间或者甚至更优选地在该总煅烧炉高度的2/10与3/10之间。

在操作中，将该煅烧炉的烟道气出口经由再循环回路连接到该煅烧炉的烟道气再循环入口，以便使该煅烧炉烟道气的一部分能够作为再循环烟道气经由该烟道气再循环入口被引入到该煅烧炉内。如以上关于该煅烧方法描述的，该再循环回路可以结合装置如生料预热器，并且可以如以上描述的甚至包括窑(当所述窑用含有至少30％体积的氧的窑氧化剂操作时)。

因此，本发明的煅烧设施可以包括连接到该烟道气出口的生料预热器以便从其接收煅烧炉烟道气，以及连接到该煅烧炉的该一个或多个生料入口的生料预热器以便向其提供预热的生料。

为了使CO₂增值或储存/螯合成为可能，该煅烧设施优选地包括连接到该煅烧炉烟道气出口的烟道气纯化设施，所述烟道气纯化设施被适配成用于经由该烟道气从该煅烧炉排出的烟道中去除除了CO₂之外的组分。当将生料预热器连接到该烟道气出口以便从其接收煅烧炉烟道气时，优选地将该烟道气纯化设施连接到该生料预热器以便从该生料预热器中接收煅烧炉烟道气，因此将该烟道气纯化设施间接地连接到该煅烧炉烟道气出口上。

本发明还涉及一种水泥熟料生产单元，该单元包括如以上描述的煅烧设施和熟化窑，典型地回转熟化窑。将该熟化窑连接到该煅烧设施上，使得将该煅烧炉中煅烧的料转移到该熟化窑以便在其中熟化。

根据以下实例将更好地理解本发明及其优点，参考图1和图2，其中：

·图1是适合用于根据本发明的选项1的煅烧方法中的设施的部分示意图，并且

·图2是适合用于根据本发明的选项2的煅烧方法中的设施的部分示意图。

图1示出了煅烧炉10，该煅烧炉在其竖直纵向方向上在底端11与顶端12之间延伸，该煅烧炉具有总高度H。

在所示的实例中，将所有燃料13引入到底端11上游的立管19内。在本发明的情况下，固体燃料13是石油焦，但例如在煅烧炉10的不同位置处可以引入不同燃料(包括废燃料和/或化石燃料)的组合。

所示的煅烧炉10因此仅具有单一燃料入口水平，即最低入口水平L13，该入口水平与该煅烧炉的底端11(的水平)一致，与该煅烧炉的底端11连接的立管充当到煅烧炉10内的单一燃料入口L13。

将所有煅烧炉氧化剂16经由围绕煅烧炉10的圆周均匀分布的多个氧化剂入口在水平L16处引入到煅烧炉10内。

煅烧炉氧化剂16具有99％体积的氧含量。将所有煅烧炉氧化剂16在水平L16处注入到煅烧炉10内，因此L16水平是该煅烧炉的唯一且最低氧化剂入口水平，水平L16处的这些氧化剂入口是如以上定义的第一氧化剂入口。经由所述第一氧化剂入口，将该煅烧炉氧化剂以足以确保完全燃烧全部量的燃料的量引入到煅烧炉10内，同时使该煅烧炉烟道气中的任何过量氧最小化。

Do是在上游最低燃料入口水平L13与下游最低氧化剂入口水平L16之间的贫氧区距离。在最低燃料入口水平L13与最低氧化剂入口水平L16之间，即在底端11与水平L16之间的煅烧炉10中的区是其中很少或没有燃料燃烧发生的贫氧区。

将(预热的)生料的第一部分14注入到煅烧炉10上游的立管19内。因此，将该生料的此第一部分14经由煅烧炉10的底端11引入到该煅烧炉内，在该底端处该第一部分进入所述贫氧区。将该(预热的)生料的剩余部分15经由在最低燃料入口水平L13下游且最低氧气入口水平L16上游的水平L15处定位的生料入口注入到煅烧炉10的贫氧区内。

将引入到煅烧炉10内的生料14、15通过向上气流夹带朝向煅烧炉10的顶端12。在其向上通过煅烧炉10过程中，在通过燃烧燃料13与煅烧炉氧化剂16产生的热量并且通过借助于再循环烟道气被引入到煅烧炉10内的任何热量的影响下，该生料至少部分地并且实际上至少92％被煅烧。在本上下文中，离开该煅烧炉的部分和完全煅烧的水泥料无差别地被称为“煅烧料”。将该煅烧料连同该煅烧炉烟道气经由煅烧炉10的顶端12从该煅烧炉中排出。

夹带该生料的上游气流包括通过燃烧燃料13产生的烟气以及通过生料14、15的脱碳酸化产生的脱碳酸化气体(CO₂)。如将在下文中解释的，该上游气流进一步包含再循环烟道气。

从煅烧炉10的顶端12，将该煅烧炉烟道气和该煅烧料运输到第一旋风器、分离旋风器20，其中将煅烧料21与该煅烧炉烟道气分离。

从分离旋风器20，典型地将分离的煅烧料21运输到用于生产熟料的回转熟化窑(未示出)。在部分氧烧制的情况下，燃烧发生在该回转窑中，该回转窑有具有小于30％体积的氧含量的氧化剂。从分离旋风器20，将该分离的煅烧炉烟道气引入到生料预热器塔30内，该生料预热器塔包括三个另外的旋风器31、32、33，该分离的煅烧炉烟道气连续地流动通过这些旋风器。经由入口34在中间旋风器32的气体出口中引入有待被预热的生料40，从这里通过该气流将该生料夹带到顶部旋风器33内。从顶部旋风器33，将部分预热的生料经由入口35引入到(预热器塔30的)底部旋风器31的气体出口内，从这里将该部分预热生的料夹带到中间旋风器32内。从中间旋风器32，将该生料经由入口36引入到分离旋风器20的气体出口，从这里将该生料夹带到塔30的底部旋风器31中，随后将该预热的生料在如以上描述的被引入到煅烧炉10内之前送入生料分流器50中，即间接地经由立管19并在水平L15处直接地到煅烧炉10内。

抽风扇60从顶部旋风器33中提取该煅烧炉烟道气。在抽风扇60的下游，将该煅烧炉烟道气分成两个流：从该系统中移除并送至下游烟道气加工的第一流70，以及作为该煅烧炉中的向上气流的一部分经由立管19和底端11被再循环并引入到煅烧炉10内的再循环烟道气的第二流80。如果适合的话，可以将再循环烟道气80在再引入到煅烧炉10内之前预热(未示出)。在给出的实例中，在800℃至900℃的温度下将再循环烟道气80引入到该煅烧炉内。

如以上提及的，该水泥生产设施可以包括第二生料预热器(未示出)，该第二生料预热器例如进料有该回转窑的烟道气。

图2示出了与图1中示出的设施类似的设施，但是其中根据本发明的第二选项，使用该煅烧水泥生料的方法煅烧水泥生料。

在所示的实例中，将所有煅烧炉氧化剂16’引入到底端11上游的立管19内。煅烧炉10因此仅具有单一氧化剂入口水平，即最低入口氧化剂水平L16’，该入口水平与煅烧炉10的底端11一致，与该煅烧炉的底端11连接的立管充当到煅烧炉10内的单一氧化剂入口。

将所有燃料13’经由单一燃料入口或经由围绕煅烧炉10的圆周均匀分布的多个燃料入口在水平L13’处引入到煅烧炉10内。因此水平L13’是该煅烧炉的唯一且最低燃料入口水平。

Df是在上游最低氧化剂入口水平L16’与下游最低燃料入口水平L13’之间，即在底端11与最低燃料入口水平L13’之间的贫燃料区距离。在煅烧炉10的底端11与水平L13’之间的煅烧炉10中的区是其中没有燃料燃烧发生的贫燃料区。

再次，将(预热的)生料的第一部分14注入到煅烧炉10上游的立管19内。因此，将该生料的此第一部分14经由煅烧炉10的底端11引入到该煅烧炉内，在该底端处该第一部分进入所述贫燃料区。将该(预热的)生料的剩余部分15经由在最低氧化剂入口水平L16’下游且最低燃料入口水平L13’上游的水平L15处定位的生料入口注入到煅烧炉10的贫氧区内。

除了以上之外，该工艺和设施特征类似于以前实例的那些。根据本发明的方法的两个选项使煅烧炉10的操作成为可能，而没有由于所述煅烧炉10内部的材料积聚的该工艺的任何恶化，同时维持高水平的煅烧。然而，当在另外类似的工艺条件下，将燃料、煅烧炉氧化剂和生料引入到煅烧炉10内，该煅烧炉具有从现有技术水平已知的并且不对应于根据本发明的配置的生料、燃料和煅烧炉氧化剂入口以及注入比的配置，由于煅烧炉10中的增加的材料积聚水平，工艺效率在几小时内的操作开始恶化。

Claims (35)

1.在煅烧炉(10)中煅烧水泥生料的方法，该煅烧炉具有总煅烧炉高度(H)并且在纵向方向上在底端(11)与顶端(12)之间延伸，其中：

·将燃料(13)和煅烧炉氧化剂引入到该煅烧炉(10)内，以便确保该燃料(13)与该煅烧炉氧化剂的完全或基本上完全燃烧并在该煅烧炉(10)内部产生热量，该煅烧炉氧化剂具有至少30％体积的氧含量并在至少一个氧化剂入口水平处引入到该煅烧炉(10)内，所述至少一个氧化剂入口水平由最低氧化剂入口水平(L16，L16’)组成或者包括最低氧化剂入口水平(L16，L16’)；将该燃料(13)在至少一个燃料入口水平处引入到该煅烧炉内，所述至少一个燃料入口水平由最低燃料入口水平(L13，L13’)组成或包括最低燃料入口水平(L13，L13’)，

·将生料(14，15)供应到该煅烧炉(10)，通过该煅烧炉(10)内的向上气流夹带朝向该顶端(12)并煅烧以产生煅烧料，将该煅烧料连同煅烧炉烟道气从该煅烧炉(10)在该顶端(12)处排出，该向上气流包含：

o通过该燃料(13)与该煅烧炉氧化剂(16)的燃烧产生的烟道气，

o通过该生料(14，15)的脱碳酸化产生的脱碳酸化气体，以及

o作为再循环烟道气(80)在该底端(11)处被引入到该煅烧炉(10)内的该煅烧炉烟道气的一部分，

·将该煅烧料与该煅烧炉烟道气分离，并将该分离的煅烧炉烟道气的一部分作为该再循环烟道气(80)引入到该煅烧炉内，

其中：

·该最低氧化剂入口水平(L16)位于该最低燃料入口水平(L13)的下游距所述最低燃料入口水平(L13)贫氧区距离Do>0处，从而在该煅烧炉(10)中产生贫氧区，在该贫氧区中将燃料与该再循环烟道气混合，所述贫氧区位于该最低燃料入口水平(L13)与该最低氧化剂入口水平(L16)之间，将按重量计在50％与100％之间的该生料(14，15)在该最低氧化剂入口水平(L16)上游和/或该最低氧化剂入口水平(L16)处供应到该煅烧炉(10)，或者

·该最低燃料入口水平(L13’)位于该最低氧化剂入口(L16’)下游贫燃料区距离Df>0处，从而在该最低氧化剂入口水平(L16’)与该最低燃料入口水平(L13’)之间在该煅烧炉(10)中产生贫燃料区，在该贫燃料区中将煅烧炉氧化剂与该再循环烟道气混合，将按重量计在50％与100％之间的该生料(14，15)在该最低燃料入口水平(L13’)上游和/或该最低燃料入口水平(L13’)处供应到该煅烧炉(10)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中该贫氧区距离Do、相应地该贫燃料区距离Df是在该总煅烧炉高度(H)的1/10与4/10之间。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中将该煅烧炉氧化剂(16)的至少一部分通过多个第一煅烧炉氧化剂入口在该最低氧化剂入口水平(L16，L16’)处引入到该煅烧炉(10)内，所述第一氧化剂入口中的至少一些在该煅烧炉(10)的纵向方向上和/或围绕该煅烧炉(10)的纵向方向彼此径向地间隔开。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中将该煅烧炉氧化剂分成第一部分和第二部分，将该第一部分通过一个或多个第一氧化剂入口在该最低氧化剂入口水平(L16，L16’)处引入到该煅烧炉(10)内，将该煅烧炉氧化剂的第二部分通过一个或多个第二氧化剂入口在该最低氧化剂入口水平(L16，L16’)下游的一个或多个第二氧化剂水平处引入到该煅烧炉(10)内。

5.根据权利要求4所述的方法，其中将该煅烧炉氧化剂的第二部分通过多于一个第二氧化剂入口引入到该煅烧炉(10)内，所述第二氧化剂入口中的至少一些在该煅烧炉(10)的纵向方向上和/或径向地围绕该煅烧炉(10)的纵向方向彼此间隔开。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中该再循环烟道气(80)含有按干体积计至少40％的CO₂。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中将该再循环烟道气(80)在至少400℃的温度下引入到该煅烧炉(10)内。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中然后将该分离的煅烧炉烟道气引入在生料预热器(39)中，之后将该分离的煅烧炉烟道气的一部分作为该再循环烟道气(80)引入到该煅烧炉内。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其中使该分离的煅烧炉烟道气的第二部分经受气体纯化过程以从其中提取除了CO₂之外的成分并且不作为再循环烟道气引入到该煅烧炉(10)内。

10.根据权利要求9所述的方法，其中在该气体纯化过程之后，将该煅烧炉烟道气的该纯化的第二部分储存和/或用作工业工艺中的CO₂。

11.根据权利要求1所述的方法，其中该煅烧炉氧化剂具有至少50％体积的氧含量。

12.根据权利要求1所述的方法，其中该煅烧炉氧化剂具有至少88％体积的氧含量。

13.根据权利要求1所述的方法，其中将按重量计至少75％的该生料在该最低氧化剂入口水平(L16)上游和/或该最低氧化剂入口水平(L16)处供应到该煅烧炉(10)。

14.根据权利要求1所述的方法，其中将按重量计至少85％的该生料在该最低氧化剂入口水平(L16)上游和/或该最低氧化剂入口水平(L16)处供应到该煅烧炉(10)。

15.根据权利要求1所述的方法，其中将按重量计至少75％的该生料在该最低燃料入口水平(L13’)上游和/或该最低燃料入口水平(L13’)处供应到该煅烧炉(10)。

16.根据权利要求1所述的方法，其中将按重量计至少85％的该生料在该最低燃料入口水平(L13’)上游和/或该最低燃料入口水平(L13’)处供应到该煅烧炉(10)。

17.根据权利要求2所述的方法，其中该贫氧区距离Do、相应地该贫燃料区距离Df是在该总煅烧炉高度(H)的2/10与3/10之间。

18.根据权利要求6所述的方法，其中该再循环烟道气(80)含有按干体积计至少60％的CO₂。

19.根据权利要求6所述的方法，其中该再循环烟道气(80)含有按干体积计至少75％的CO₂。

20.根据权利要求7所述的方法，其中将该再循环烟道气在至少700℃的温度下引入到该煅烧炉(10)内。

21.根据权利要求7所述的方法，其中将该再循环烟道气在至少900℃的温度下引入到该煅烧炉(10)内。

22.部分氧烧制水泥熟料生产工艺，其中通过根据前述权利要求中任一项所述的方法煅烧生料。

23.完全氧烧制水泥熟料工艺，其中通过根据权利要求1至21中任一项所述的方法煅烧生料。

24.用于煅烧水泥生料的煅烧设施，该设施包括煅烧炉(10)，该煅烧炉具有总煅烧炉高度(H)并且在纵向方向上在底端(11)与顶端(12)之间延伸，该煅烧炉(10)呈现：

·最低氧化剂入口水平，一个或多个第一氧化剂入口位于该最低氧化剂入口水平处，所述第一氧化剂入口连接到具有至少30％体积的氧含量的煅烧炉氧化剂源，

·最低燃料入口水平，一个或多个第一燃料入口位于该最低燃料入口水平处，

·位于该煅烧炉(10)的顶端(12)处的烟道气出口，

·位于该煅烧炉(10)的底端(11)处的烟道气再循环入口，

·一个或多个生料入口，

其中：

·该最低氧化剂入口水平位于该最低燃料入口水平上方在该纵向方向上距所述最低氧化剂入口贫氧区距离Do>0处，至少一个生料入口在该纵向方向上位于该最低氧化剂入口水平下方或者该最低氧化剂入口水平处，或者

·该最低燃料入口水平位于该最低氧化剂入口水平上方在该纵向方向上距该最低氧化剂入口水平贫燃料区距离Df>0处，至少一个生料入口在该纵向方向上位于该最低燃料入口水平下方或者该最低燃料入口水平处。

25.根据权利要求24所述的煅烧设施，其中该贫氧区距离Do、相应地该贫燃料区距离Df是在该总煅烧炉高度(H)的1/10与4/10之间。

26.根据权利要求24或25所述的煅烧设施，还包括连接到该烟道气出口和该煅烧炉的一个或多个生料入口的生料预热器。

27.根据权利要求26所述的煅烧设施，还包括连接到该煅烧炉(10)的烟道气出口的烟道气纯化设施，所述烟道气纯化设施被适配成用于经由该烟道气出口从该煅烧炉(10)排出的烟道中去除除了CO₂之外的组分。

28.根据权利要求24所述的煅烧设施，其中所述第一氧化剂入口连接到具有至少50％体积的氧含量的煅烧炉氧化剂源。

29.根据权利要求24所述的煅烧设施，其中所述第一氧化剂入口连接到具有至少88％体积的氧含量的煅烧炉氧化剂源。

30.根据权利要求24所述的煅烧设施，其中该煅烧炉(10)呈现在纵向方向上位于该最低氧化剂入口水平上方的一个或多个第二氧化剂入口水平，一个或多个第二氧化剂入口位于该一个或多个第二氧化剂入口水平处，所述第一氧化剂入口以及所述第二氧化剂入口连接到具有至少30％体积的氧含量的煅烧炉氧化剂源。

31.根据权利要求30所述的煅烧设施，其中所述第一氧化剂入口以及所述第二氧化剂入口连接到具有至少50％体积的氧含量的煅烧炉氧化剂源。

32.根据权利要求30所述的煅烧设施，其中所述第一氧化剂入口以及所述第二氧化剂入口连接到具有至少88％体积的氧含量的煅烧炉氧化剂源。

33.根据权利要求25所述的煅烧设施，其中该贫氧区距离Do、相应地该贫燃料区距离Df是在该总煅烧炉高度(H)的2/10与3/10之间。

34.水泥熟料生产单元，该水泥熟料生产单元包括根据权利要求24至33中任一项所述的煅烧设施和熟化窑，将该熟化窑连接到该煅烧设施，使得将该煅烧炉(10)中煅烧的料转移到该熟化窑。

35.根据权利要求34所述的水泥熟料生产单元，其中所述熟化窑是回转熟化窑。

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