專利名稱：控制窯爐溫度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制水泥熟料制造窯爐溫度的方法。
由多種原料，特別是石灰石(CaCO3)、粘土、砂子、黃鐵礦灰、粉煤灰和其它物料，通過混合并磨碎成氧化物CaO，SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3含量必須特別限定在相當(dāng)窄的范圍內(nèi)的原料粉料來制造水泥，這是一種普通技術(shù)。然后將原料粉料預(yù)熱并煅燒，在該過程中，H2O和CO2被排出。然后在這些氧化物之間發(fā)生一些列反應(yīng)，最初的和最重要的是下列反應(yīng)(硅酸二鈣)(硅酸三鈣)在固體物料之間的這些反應(yīng)在熔融物料發(fā)生，其中氧化鋁和氧化鐵是形成熔融物料所必需的。
對于每一個燃燒過程來說，總的目標(biāo)是確保形成足量的硅酸三鈣以及同時使游離的尚未消耗的CaO降低到足夠低的量。傳統(tǒng)地，燃燒過程發(fā)生在回轉(zhuǎn)窯中，而最后的反應(yīng)發(fā)生在回轉(zhuǎn)窯的燃燒區(qū)中，通過調(diào)節(jié)燃燒速度和火焰參數(shù)來調(diào)節(jié)溫度，從而控制該反應(yīng)過程。對于普通熟料來說，燃燒過程的溫度接近1400-1500℃。
因此，必須進(jìn)行測量，以提供連續(xù)的窯內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，從而表明熟料的組成和質(zhì)量，但至今人們還不能直接測量所述的溫度。
由于與硬熟料接觸，熱電偶(Pt-PtRh)不能以不在短時間內(nèi)受到損壞的方式安裝。
可以使用輻射高溫計(jì)，但它只有在燃燒區(qū)中具有良好的可見度時才能使用，由于在燃燒過程中不可避免地要產(chǎn)生一些灰塵，因此這種情況很少見。
被廣泛用來表示溫度的一種間接信號是用來旋轉(zhuǎn)該窯的力的測量值。可以采用該信號的原因在于熟料的溫度越高，所形成的熔融物料的量越大，從而在旋轉(zhuǎn)過程中使更多的物料沿回轉(zhuǎn)窯的壁帶到高處。結(jié)果，力矩(力×臂)增加了，從而增加了用來旋轉(zhuǎn)窯的功率。但是，力矩是一個受到多個因素影響的相對信號外皮形成過程中的任意偏移，原料沿窯的整個長度的粘接性能等等。因此，不能確切地表明什么力矩可以確保充分燃燒。
另一種測量燃燒區(qū)中溫度的方法是測量該窯的NOx排出量。在燃燒區(qū)中形成的NOx特別與火焰的溫度有關(guān)，在生產(chǎn)穩(wěn)定和燃燒器參數(shù)不變時，它僅受燃燒過程所需的過量空氣的影響，由于總的目標(biāo)是保持過量空氣恒定，因此NOx排出量是燃燒溫度的直接測量值。由此根據(jù)NOx測量值操作窯爐許多年，例如通過模糊邏輯進(jìn)行手工和自動控制。
但是，NOx的排放對于環(huán)境是有害的，這是一個已經(jīng)證識的事實(shí)，因此許多努力主要集中在NOx排放量的降低上，包括水泥窯設(shè)備的回轉(zhuǎn)窯的NOx排放量。
這些手段嚴(yán)重降低了控制窯爐的可能性。通過作為溫度T(℃)的函數(shù)的NOx形成量的曲線可以最好地理解這一點(diǎn)(參見

圖1)。通過測量作為具有特定火焰參數(shù)的熟料的最終溫度的函數(shù)的NOx形成量可以建立該曲線。
當(dāng)煅燒普通熟料時，存在一個位于與A相同位置的操作點(diǎn)。在這里，所形成的NOx主要是熱源，即NOx中的氮原子來自空氣中的N2，與目標(biāo)溫度的高/低偏差很明顯地反映在所形成的NOx量的顯著變化上。
當(dāng)為了降低NOx量而引入一些手段時，對應(yīng)于窯中低溫，將會接近操作點(diǎn)B，在這里，所形成的NOx主要來自燃料中。在點(diǎn)B的附近，溫度對NOx的形成量的依賴性是可以忽略的，并且在實(shí)際操作中，NOx測量值不能在這種低NOx操作方式中用作控制參數(shù)。
除了降低NOx排出量，在火焰溫度降低時還實(shí)現(xiàn)了節(jié)能，它使得這些條件特別適用于窯爐的操作過程中。
為了獲得具有低NOx排出量的操作條件，可以采用在該窯中的火焰延伸方案，例如通過降低燃燒器的一次空氣流量或一次流速。利用這種方法，熟料可以具有較低的終溫度，但是，另一方面，熟料需要在高于形成硅酸三鈣最低溫度極限的溫度下保持較長的時間。
另一種獲得具有低NOx排出量和低火焰溫度的方法是向原料中加入礦化劑，從而降低硅酸三鈣形成所需的溫度，舉例來說，加入硫和氟化物使得熟料煅燒過程可以在低于正常溫度大約125℃的溫度即1275-1325℃下發(fā)生。
因此，本發(fā)明的目的在于確?？梢詫ΩG中的溫度進(jìn)行控制，并且在水泥窯中產(chǎn)生的熟料的制備過程同時將窯中NOx排出量降低到絕對最低值。
這一點(diǎn)可以通過本發(fā)明的方法而獲得，在該方法中，對窯中硫的揮發(fā)量進(jìn)行測量，從而獲得燃燒區(qū)中瞬時溫度的測量值。
下面將參照附圖對本發(fā)明作詳細(xì)描述，其中圖1表示作為溫度的函數(shù)的所形成的NOx的量；圖2表示作為該溫度的函數(shù)的蒸發(fā)因子E；圖3表示水泥制造設(shè)備中物料流動的示意圖。
在本文中，采用蒸發(fā)來表示在高于1100℃的溫度下發(fā)生的分解反應(yīng)
蒸發(fā)因子E定義為與煅燒原料一起送入窯爐燃燒區(qū)并受到蒸發(fā)的硫S的分?jǐn)?shù)。該分?jǐn)?shù)是非常有趣的，因?yàn)楫?dāng)溫度在1100-1500℃范圍內(nèi)時它會增加(參見圖2)而且因?yàn)樵摐囟确秶怯糜谑炝响褵^程的。
通過使用于水泥熟料制備的設(shè)備的兩種物料平衡，可以發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)因子E的表示值(參見圖3)。
這種設(shè)備由制備原料用于煅燒的系統(tǒng)I和發(fā)生煅燒的系統(tǒng)II組成。系統(tǒng)I中可以引入旋轉(zhuǎn)預(yù)熱器和可能的煅燒器，而系統(tǒng)II中可以引入回轉(zhuǎn)窯。
不同料流中的硫含量，即流進(jìn)和流出系統(tǒng)I和系統(tǒng)II的硫S的含量可以作為kg硫/小時或作為Kg硫/kg在該設(shè)備中制得的熟料來測量。
硫含量為S進(jìn)料的原料1和硫含量為S窯氣的來自回轉(zhuǎn)窯的排出氣體2被送入系統(tǒng)I中。
還可以將硫，S二次燃料通過二次燃料在3處送入煅燒器或上升通道中。
硫含量為S排出氣體的經(jīng)過冷卻的排出氣體4由系統(tǒng)1排出，而經(jīng)過預(yù)煅燒的或僅僅預(yù)熱過的物料在5處(通常來自旋風(fēng)器)以硫含量為S旋轉(zhuǎn)向下進(jìn)入到窯中。
進(jìn)入系統(tǒng)II的料流由經(jīng)過預(yù)熱的或經(jīng)過預(yù)煅燒的物料S旋轉(zhuǎn)5和窯燃料6，即硫含量為S一次燃料的一次燃料組成。出口料流則由來自該窯的排出氣體S窯氣2和硫含量為S熟料的成品熟料7組成。
在任何時候，蒸發(fā)因子E代表在燃燒區(qū)中蒸發(fā)的硫量與流入燃燒區(qū)的固態(tài)結(jié)合硫的數(shù)量之比。但是測定燃燒區(qū)中這兩種料流的硫含量的可能性不存在。
具體情況是這樣的，在燃燒區(qū)中蒸發(fā)的硫量大約等于在2處流出窯的硫量S窯氣減去來自一次燃料的硫量S一次燃料，而固態(tài)結(jié)合流入燃燒區(qū)的硫的數(shù)量大約等于在5處由系統(tǒng)I向下流出的量S旋轉(zhuǎn)。也就是 一次燃料中的硫含量對于特定的燃料種類來說是恒定的，因此，如果在時間范圍t內(nèi)的燃料消耗量是已知的，則S一次燃料就是已知的。由于送入燃燒區(qū)的硫的波動以及燃燒區(qū)中溫度的變化，S旋轉(zhuǎn)隨著時間而變化。在一種從測定S旋轉(zhuǎn)處的窯入口到燃燒區(qū)的物料路徑需要較長時間的回轉(zhuǎn)窯中，相對S窯氣的測定(它幾乎瞬時發(fā)生)來說，可以采用一個時間延遲量τ，也就是說 在任何一個時間點(diǎn)，在5處向下進(jìn)入窯的硫含量大約等于在1處流入的硫(S進(jìn)料)，在2處流入的硫(S窯氣)和在3處流入的硫(S二次燃料)的總和減去在4處流出的硫量(S排出氣體)。在大多數(shù)窯系統(tǒng)中，在上述氣流中的硫含量，S排出氣體＝0S旋轉(zhuǎn)＝S進(jìn)料(t)+S窯氣(t)+S二次燃料(t)或者S窯氣＝S旋轉(zhuǎn)(t)-S進(jìn)料(t)-S二次燃料(t)這就是說E(t)可以通過測定窯排出氣體中的硫含量和測定送入窯中的物料中的硫含量而計(jì)算出來 或者 這兩個表達(dá)式僅僅在該窯爐是回轉(zhuǎn)窯時才有效，但是，對于其它的窯，如靜止窯，可以采用類似的表達(dá)式。
一般說來，在回轉(zhuǎn)窯的排出氣體通道中無需設(shè)置SO2-測定儀。這是因?yàn)楦G系統(tǒng)向環(huán)境中放出這種有害氣體成分與所測定的S窯氣值沒有任何關(guān)系，其原因在于，在有相當(dāng)大量過量空氣存在的下部預(yù)熱階段或煅燒器中SO2的吸收率差不多為100％。
通常，根據(jù)現(xiàn)行分析和物料加入量不難確定原料和燃料使硫含量增加的量。
然后，根據(jù)基于窯爐排出氣體中SO2含量的測定量，S窯氣，由公式(A)，或者，如果硫含量是在從煅燒器之后的旋風(fēng)分離器中流出并向下進(jìn)入窯中的氣流中測定的(S旋轉(zhuǎn))，根據(jù)(B)，可以計(jì)算出E(t)。
由于SO2在高溫和空氣過量時為唯一的含硫成分，因此用來測定S窯氣的最早的方法是在窯出口中安裝一種SO2-測定儀，該測定儀連續(xù)地分析窯爐排出氣體。
于該方法有關(guān)的一種主要偏差來源是被燒結(jié)的原料粉料被包裹在排出氣體當(dāng)中，從而使二氧化硫通過下列反應(yīng)而化學(xué)結(jié)合(C)如果用水清洗并冷卻排出氣體樣品(在一些系統(tǒng)中它是堿性操作原則)，一部分SO2還會與水(由于CaO它是堿性的)結(jié)合。結(jié)果，氣體分析儀的信號太小。
但是，如果對這些偏差來源給與足夠的重視，經(jīng)常就可以推斷有固定部分的SO2會消失，因此，由于被蒸發(fā)的SO2的真實(shí)數(shù)量與SO2的測定量成比例，S窯氣，測定值＝常數(shù)×S窯氣，該信號仍然可以用來控制溫度。
如果從該窯排出的SO2氣流(例如由于設(shè)置了副通道以降低該窯系統(tǒng)中的SO2和氯化物循環(huán))的尺寸被限制成使得差不多全部的SO2被旋轉(zhuǎn)的CaO吸收，則該方法不能用于控制目的。當(dāng)SO2存在時，并不表明高燃燒區(qū)溫度，而表明窯中空氣缺少，參見等式(C)。
送入回轉(zhuǎn)窯的硫量可以通過幾種已知的方法來確定。舉例來說，通過Outokumpo X射線分析儀，可以連續(xù)測定旋風(fēng)分離后物質(zhì)中的元素Fe、Ca和S的含量。為此，從該旋風(fēng)器中取出部分原料粉料氣流，將其冷卻并壓縮，然后送入該分析儀中。由S-含量或S/Ca比所獲得的信號可以提供向下流入到回轉(zhuǎn)窯中的硫含量的精確值。
權(quán)利要求
1.控制水泥熟料制造窯中溫度的方法，其特征在于相對時間t測定從該窯排出的或進(jìn)入該窯的硫含量S(t)，然后對送入該窯的燃燒進(jìn)行控制，從而對于送入該窯的硫來說保持所需的蒸發(fā)因子E。
2.權(quán)利要求1所說的方法，其特征在于在該窯的排出氣體中測定硫含量S窯氣(t)。
3.權(quán)利要求1所說的方法，其特征在于在送入該窯的物料流中測定硫含量S旋轉(zhuǎn)(t)。
4.權(quán)利要求1或2或3所說的方法，其特征在于該窯燃燒區(qū)中的溫度在1100-1500℃范圍內(nèi)。
5.權(quán)利要求1、2或3所說的方法，其特征在于該窯燃燒區(qū)中的溫度在1100-1350℃范圍內(nèi)。
6.權(quán)利要求1、2或3所說的方法，其特征在于該窯燃燒區(qū)中的溫度在1275-1325℃范圍內(nèi)。
7.用于制備水泥熟料的設(shè)備，其中原料粉料首先經(jīng)過預(yù)熱器，然后任選地經(jīng)過一種煅燒器，最后在窯中煅燒，窯中的溫度條件可以通過改變送入該窯中的燃料比而調(diào)節(jié)，其特征在于在該窯和預(yù)熱器之間設(shè)置一種測定儀，用來記錄流出和流入該窯的硫含量，并且其特征在于送入該窯的燃料比作為硫的測定量的函數(shù)而變化。
8.權(quán)利要求7所說的設(shè)備，其特征在于該測定儀位于該窯的排出氣體通道(2)中。
9.權(quán)利要求7所說的設(shè)備，其特征在于該測定儀位于該窯的加料物流通道(5)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制水泥熟料制造窯中溫度的方法，其燃燒區(qū)的溫度在1100-1500℃范圍內(nèi)。本發(fā)明可以控制該窯中的溫度，因此可以控制在水泥窯中生產(chǎn)的熟料的制備過程，同時將該窯的NO
文檔編號F27B7/20GK1146190SQ95192612
公開日1997年3月26日 申請日期1995年4月18日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月21日
發(fā)明者S·亨德伯 申請人:弗·爾·斯米德恩公司