CN102753497B - 水泥生产中利用含磷替代燃料的方法 - Google Patents

Abstract

一种在水泥熟料生产中利用含磷替代燃料的方法，使用水泥熟料生产工艺中的余热在不同于水泥熟料生产工艺的管式转炉的热解反应器中对替代燃料进行热解，由此释放的能量被提供给水泥熟料生产工艺，并且含磷替代燃料的热解残留物被从热解反应器中排出，这样将含磷替代燃料的热解残留物在热解反应器中与作为卤化物载体的水泥窑旁路产物混合，并将生成的重金属卤化物排出。

Description

水泥生产中利用含磷替代燃料的方法

本发明涉及在水泥熟料生产中利用含磷替代燃料的方法，其中在不同于水泥熟料生产工艺的管式转炉的热解反应器中利用水泥熟料生产工艺的废热热解替代燃料，由此释放的能量被引入水泥熟料生产工艺，且含磷替代燃料的热解残留物被抽出热解反应器。

在水泥熟料生产中，水泥生料被预热和煅烧，其中逸出CO₂。随后在管式转炉中真正地煅烧，由此通过煅烧熟料的冷却，获得水硬性产物。整体来看，相当数量的能量被耗费于该过程，并且人们也不断尝试尽可能回收耗费的能量并尽可能好地将其重新利用于该工艺。此外，人们致力于将替代燃料用于水泥熟料生产工艺，即与高品质的天然气或石油相比具有减少的燃烧值的燃料，其中这些替代燃料常常以废物的形式可供利用。替代燃料通常比传统燃料例如石油和天然气更难燃烧，且因此仅能有限地用于管式转炉或煅烧炉的燃烧器中。因此，此类替代燃料通常在独立的高温分解-或热解反应器中被分解或燃烧。在仅利用少量的废物形式的替代燃料时，由此生成的灰烬或炉渣被引入熟料窑，并由此被吸收和结合在水泥熟料生产工艺的产物中。然而，如果要使用较大量的上述替代燃料，则由此产生的相对大量的热解残留物将对生产的熟料的凝固行为和强度具有负面影响。例如，已知可存在于热解残留物中的磷对水泥的早期强度起消极影响。

为了避免在水泥熟料中太大的灰烬或炉渣量的负面影响，例如在德国专利申请DE3411144A1中推荐了一种方法，在所述方法中为利用可燃废物，将废物单独焚烧，并将由此产生的废气用于煅烧。这里，将废物焚烧的炉渣单独除去，以此可避免上述缺点。在这篇文献中描述了同样源自于所使用的废物材料的重金属和重金属化合物，以它们的氯化物或氟化物的形式与废气一起被引出，且通过废气与水泥生料的接触被水泥生料吸收。在此方法中，替代燃料的热解残留物被排入水浴中，且没有被引入另外的进一步利用。

为了能利用上述替代燃料的磷含量作为例如能被用于农业领域的肥料，显然必须特别彻底地去除可能存在的重金属和重金属化合物，所以为了以卤化物的形式从热解残留物中去除重金属和重金属化合物，就需要增加卤素的供应量量。

在水泥熟料生产中，氯或氯化物倾向于在水泥窑中形成循环，这有利于在窑入口区域、冒口管(Steigschacht)或旋风预热器/热交换器区域内形成结块。如果由于管式转炉内的高温造成原材料和替代材料中含有的氯化物蒸发，其中因此，当热被热的炉气带走时，其例如在热交换器中出现氯化物凝聚的情况。因此，氯化物形成循环，这导致在水泥窑中或在热交换器系统中的富积。为了贫化，承载着氯化物和含有粉尘的炉气通常被排出，并且使氯化物通过骤冷沉淀在粉尘上。在低氯化物含量的情况下，这些含氯粉尘被导回水泥生产工艺中。但是，在氯含量或氯化物含量高的情况下，将这种负载的水泥窑旁路粉尘引入水泥生产过程是不希望的。

因此，本发明以对前述的方法做如下改进为目的，即在水泥熟料生产工艺中减少氯化物循环的形成，和同时尤其实现极为有效的重金属的去除，所述重金属来自利用替代燃料的热解残留物，以使热解残留物能够作为含磷肥料使用，在其中磷以植物可利用的形式存在。

为了达到此目的，将前述提及类型的方法根据本发明进一步扩展，使得含磷替代燃料的热解残留物与作为卤素载体的水泥窑旁路产物在热解反应器中混合，并将生成的重金属卤化物排出。通过使用可作为粉尘和/或气体存在的水泥窑旁路产物作为用于去除含磷替代燃料热解残留物的重金属和重金属化合物的卤素载体，使热解反应器中保持足够高的氯化物含量，以确保被用做肥料的热解残留物中的重金属和重金属化合物几乎完全贫化。如果，如同根据本发明设想的一般，生成的重金属卤化物被抽出且没有被引入水泥熟料生产工艺，不仅可生产出很大程度上不含重金属的水泥熟料，还可供给重金属有益地利用于有色金属工业中。总体上，水泥窑旁路产物能以新的形式被使用，其中由热解反应器和水泥熟料生产工艺的替代燃料的利用中排出可用作肥料的产物，其几乎不含重金属残留物，并且通过根据现有技术中已知的方法处理排出的重金属卤化物，通过制得贵重的重金属实现额外的经济效益。

为了制得氯化物，在本发明的范围内可如此有利地采取措施，将载有粉尘和含有氯化物的炉气作为水泥窑旁路产物被抽出和引入热解反应器中。在这种情况下，将炉气在窑的入口区域排出，并且在热解反应器中被直接用于重金属的转换。

然而，根据本发明一个优选的实施方式，还可以如此进行本发明，使得作为水泥窑旁路产物的水泥窑旁路粉尘的氯化物含量通过在加入到热解反应器中含磷替代燃料的热解残留物前骤冷而增加，由此形成和生料相比氯化物含量增加的富含氯化物的粉尘。一经骤冷，排出的窑炉烟道气体迅速冷却，由此包含在气相中的氯或氯化物凝聚在固体颗粒上，并且在过滤器中分离粉尘之后，其可被用于在热解反应器中的转换。

为了开发其它的氯化物源以用于从含磷替代燃料的热解残留物中除去重金属，可以根据本发明的一个优选的实施方式采取这样的措施，使得除了水泥窑旁路产物，使用含氯化物的替代燃料做为卤素载体。

为了使存在于含磷替代燃料中的磷转为植物可利用的形式，以至于热解反应器中的热解残留物可被用作肥料，所述热解必须在足够高的温度下进行。为此目的，将本发明有利地如下进一步扩展为：热解反应器中的温度被设定为600至1200℃。在此温度下，磷发生矿物学变化，这种变化允许植物吸收磷并为有机体所利用。作为特别优选的方法步骤已证实是将热解反应器内的温度设定为800至1100℃。

为了使含磷替代燃料内结合的化学能量可用于水泥熟料生产工艺，优选如下进一步扩展根据本发明的方法，在热解反应器中设定氧化条件，并且将热解生成的烟道气体的热量引入水泥熟料生产工艺中，其中烟道气体的显热主要被用于煅烧器中生料的煅烧。

为了形成充分氧化的气氛用以形成热的烟道气体，根据本发明的方法优选如下进一步扩展，为调节氧化条件，添加环境空气、来自水泥熟料生产工艺的预热空气、氧气、CO₂和/或水蒸汽形式的氧化剂。其中，水蒸汽可以是被加入生产过程中的或来自含磷替代燃料的水分中的。

然而，用于形成热的烟道气体的替代方式，还可以由替代燃料通过热解形成燃料气。这里，将这种方法有利地如下进一步扩展，将热解反应器内调解为还原条件，并使在热解时生成的燃料气体在水泥熟料生产工艺中燃烧，其中该燃料气体主要用在熟料炉的主要燃烧器内。

原则上，可以考虑各种来源的废物材料做为含磷替代燃料。然而，在本发明的范围内被视为优选的是污水污泥作为含磷替代燃料使用。使用污水污泥时，由具有有效去除重金属和形成有价值的肥料的污水污泥处理在整体上得到了废水处理、水泥熟料生产、肥料生产和制备重金属产物的协同整合，由此实现了原材料的最优利用。

污水污泥通常具有相对高的水分含量，因此该方法优选如下进一步扩展，在热解之前将污水污泥干燥，其中在这里优选采取这样的措施，使得热解之前，污水污泥被干燥最高至干物质含量＞60％。

为了最优地使用存在于水泥熟料生产工艺中的热量，将本发明有利地如下进一步扩展为使用水泥熟料生产工艺中的热量干燥污水污泥。为此，来自熟料冷却器的热的废气是特别合适的，其中根据由熟料冷却器的哪个区域提取废气，可提供不同的温度水平。

以下，借助于附图中所展示的实施例更详细地解释本发明。在附图中，图1展示了适用于本发明方法的装置的流程图。

在图1中，用1表示水泥熟料生产装置，其主要由预热器和煅烧器、管式转炉和熟料冷却器组成。将根据本发明使用的含磷替代燃料经由管道2输送至干燥器18中，干燥器18用于使替代燃料干物质含量例如在15％至45％之间的污水污泥的干物质含量提高到60％至100％之间的值。为此所需的热量经由管道3输送到至干燥器，管道3与水泥熟料生产装置1相连，并且可以含有例如来自预热器或煅烧器和尤其是来自熟料冷却器的干燥空气。蒸发的水经由管道4从工艺中排出。

替代燃料实际上的热解在热解反应器5中进行，经由管道6为热解反应器5装入预干燥替代燃料。所述热解反应器经由管道7装入水泥熟料生产工艺的热的工艺空气，和经由管道8装入根据本发明的水泥窑旁路产物。含磷替代燃料的热解在热解反应器中进行，其中将含有的磷转化为植物可利用的矿物学形态。同时，将可能含有的重金属通过经由管道8引入的卤素载体且尤其通过氯化物转化为挥发性的重金属卤化物，其与热解时生成的气体一起经由管道9被排出。如果产物气体做为燃料气体存在，则将其输送至洗涤器10。在洗涤器中，重金属卤化物被转换成它们的固体形态并且可经由管道11被排出，相反在热解时生成的气体经由管道12被输送至水泥熟料生产工艺中。可选地，如果热解的产物气体是在氧化条件下形成的烟道气体，也可以经由管道13将产物气体用于加热热解反应器。

将含有以植物可利用的形式存在的磷的热解的热解残留物经由管道14从热解反应器中排出，导向热交换器15以回收热量，并经由管道16排出。热交换器15的热量可以经由管道17再次被输送到水泥熟料生产工艺中。

Claims (12)

1.在水泥熟料生产中利用含磷替代燃料的方法，其中，使用水泥熟料生产工艺中的余热使替代燃料在不同于水泥熟料生产工艺管式转炉的热解反应器中热解，由此释放的能量被输送给水泥熟料生产工艺，并且将含磷替代燃料的热解残留物从热解反应器中排出，其特征在于，将所述含磷替代燃料的热解残留物在热解反应器中与作为卤素载体的水泥窑旁路产物混合，并且排出生成的重金属卤化物，载有粉尘和含有氯化物的炉气作为水泥窑旁路产物被排出并导入所述热解反应器中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过在所述热解反应器中加入含磷替代燃料的热解残留物之前骤冷来提高作为水泥窑旁路产物的水泥窑旁路粉尘的氯化物的含量。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，除了所述水泥窑旁路产物之外，使用含氯化物的替代燃料做为卤素载体。

4.根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于，将所述热解反应器的温度设定在600至1200℃之间。

5.根据权利要求1至4之一的方法，其特征在于，将所述热解反应器的温度设定在800至1100℃之间。

6.根据权利要求1至5之一的方法，其特征在于，在所述热解反应器内设定氧化条件，并且将热解时产生的烟道气的热引入所述水泥熟料生产过程中。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，为设定氧化条件，添加以环境空气、来自水泥熟料生产工艺的预热空气、氧气、CO₂和/或水蒸汽形式存在的氧化剂。

8.根据权利要求1至5之一的方法，其特征在于，在所述热解反应器内设定还原条件，并且在所述水泥熟料生产工艺中燃烧热解时生成的燃料气。

9.根据权利要求1至8之一的方法，其特征在于，使用污水污泥做为含磷替代燃料。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在热解之前干燥所述污水污泥。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，在热解之前将所述污水污泥干燥最高至干物质含量﹥60％。

12.根据权利要求9、10或11之一的方法，其特征在于，所述水泥熟料生产工艺的热被用于干燥所述污水污泥。