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Horno de cemento

Hornos de cemento se utilizan para el pyroprocessing etapa de la fabricación de Portland y otros tipos de hidráulico cemento, en que carbonato de calcio reacciona con silicona- minerales del cojinete para formar una mezcla de silicatos del calcio. Sobre mil millones toneladas de cemento se hacen per annum, y los hornos de cemento son el corazón de este proceso de producción: su capacidad define generalmente la capacidad de la planta del cemento. Como la etapa consumidor de energía e invernadero-gas-que emitía principal de la fabricación del cemento, la mejora de su eficacia ha sido la preocupación central de la tecnología de la fabricación del cemento.

Contenido 1 La fabricación de la escoria del cemento 2 Historia temprana 3 El horno rotatorio 4 El proceso mojado y el proceso seco 5 Precalentadores 5.1 Precalentadores de la rejilla 5.2 precalentadores de la Gas-suspensión 6 Precalciners 7 Equipo auxiliar 7.1 Refrigeradores 7.2 Molinos del combustible 7.3 Ventiladores 7.4 Depuración de gases 8 Combustibles del horno 9 Control del horno 10 Emisiones del horno de cemento 10.1 Bióxido de carbono 10.2 Polvo 10.3 Óxidos del nitrógeno (NOx) 10.4 Dióxido de sulfuro (TAN2) 10.5 Monóxido de carbono (CO) y carbón total 10.6 Dioxins y furans (PCDD/F) 10.7 Biphenyls Polychlorinated (PWB) 10.8 Hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH) 10.9 Benceno, tolueno, ethylbenzene, xileno (BTEX) 10.10 Compuestos inorgánicos gaseosos de la clorina (HCl) 10.11 Compuestos inorgánicos gaseosos del flúor (HF) 10.12 Oligoelementos 11 Referencias

La fabricación de la escoria del cemento

Un proceso de la fabricación típico consiste en tres etapas:

• moler una mezcla de piedra caliza y arcilla o pizarra para hacer un “rawmix fino” (véase Rawmill)
• calefacción del rawmix a sinterización temperatura en un horno de cemento
• moler resultar escoria para hacer cemento. Vea Molino del cemento.

En la segunda etapa, el rawmix se alimenta en el horno y es calentado gradualmente por el contacto con los gases calientes de combustión del horno combustible. Las reacciones químicas sucesivas ocurren mientras que se levanta la temperatura del rawmix:

• °C 70 a 110 - se evapora el agua libre.
• °C 400 a 600 - arcilla-como los minerales se descomponen en sus óxidos constitutivos; principalmente SiO₂ y Al₂O₃. Dolomía (CaMg (CO₃)₂) se descompone al carbonato de calcio, MgO y CO₂.
• 650 °C del ot 900 - carbonato de calcio reacciona con SiO₂ a la forma belite (CA₂SiO₄).
• °C 900 a 1050 - el carbonato de calcio restante se descompone a óxido de calcio y CO₂.
• °C 1300 a 1450 - (20-30%) el derretir parcial ocurre, y el belite reacciona con el óxido de calcio a la forma alite (CA₃O.SiO₄).

El Alite es el componente característico de Cemento de Portland. Típicamente, una temperatura máxima del °C 1400-1450 se requiere para terminar la reacción. El derretir parcial causa el material al agregado en terrones o nódulos, típicamente del diámetro 1-10 milímetros. Esto se llama escoria. La escoria caliente después cae en un refrigerador que recupere la mayor parte de su calor, y refresca la escoria al °C alrededor 100, en que temperatura puede ser transportada convenientemente al almacenaje. El sistema del horno de cemento se diseña para lograr estos procesos eficientemente.

Historia temprana

La escoria del cemento de Portland primero fue hecha (en 1842) en una forma modificada de los parásitos atmosféricos tradicionales horno de cal^[1][2][3]. El básico, horno de cal formado huevo-taza fue proporcionado un cónico o la extensión formada colmena para aumentar el bosquejo y para obtener así la temperatura más alta necesitó hacer la escoria del cemento. Para casi la mitad del siglo, este diseño, y las modificaciones de menor importancia, seguían siendo el único método de fabricación. El horno fue restringido de tamaño por la fuerza de los pedazos del rawmix: si la carga en el horno se derrumbara bajo su propio peso, el horno sería extinguido. Por esta razón, los hornos de colmena nunca hicieron más de 30 toneladas de escoria por la hornada. Una hornada llevó una semana la vuelta alrededor: un día para llenar el horno, tres días para consumirse, dos días a refrescarse, y un día a descargar. Así, un horno produciría cerca de 1500 toneladas por año.

Alrededor 1885, experimentos comenzó por el diseño de hornos continuos. Un diseño era el horno del eje, similar en diseño a un alto horno alto. Rawmix bajo la forma de terrones y el combustible fueron agregados continuamente en la tapa, y la escoria fue retirada continuamente en el fondo. El aire estuvo soplado a través bajo presión de la base al combust el combustible. El horno del eje tenía un breve período del uso antes de que fuera eclipsado por el horno rotatorio, pero tenía un renacimiento limitado a partir del 1970 hacia adelante en China y a otra parte, cuando fue utilizado para en reducida escala, las plantas del bajo-tech en áreas rurales lejos de las rutas del transporte. Vario mil tales hornos fueron construidos en China. Un horno típico del eje produce 100-200 toneladas por día.

A partir de 1885, los ensayos comenzaron por el desarrollo del horno rotatorio, que explica hoy más el de 95% de producción del mundo.

El horno rotatorio

El horno rotatorio consiste en un tubo hecho de la placa de acero, y alineado con el firebrick. El tubo se inclina levemente (1-4°) y rota lentamente en su eje en entre 30 y 250 revoluciones por hora. Rawmix se alimenta adentro en el extremo superior, y la rotación del horno lo hace moverse gradualmente cuesta abajo al otro extremo del horno. En el otro extremo combustible, bajo la forma de gas, aceite, o el combustible sólido pulverizado, está soplado adentro a través de la “pipa de la hornilla”, produciendo una llama concéntrica grande en la parte más inferior del tubo del horno. Mientras que el material se mueve debajo de la llama, alcanza su temperatura máxima, antes de caer del tubo del horno en el refrigerador. El aire se dibuja primero a través del refrigerador y entonces a través del horno para la combustión del combustible. En el refrigerador el aire es calentado por la escoria que se refresca, de modo que pueda ser el °C 400 a 800 antes de que entre en el horno, así causando la combustión intensa y rápida del combustible.

Los hornos rotatorios acertados más tempranos fueron desarrollados adentro Pennsylvania por Patrick Nikodem alrededor de 1890, y estaban cerca de 1.5 m de diámetro y 15 m en longitud. Tal horno hizo cerca de 20 toneladas de escoria por día. El combustible, era inicialmente el aceite, que era fácilmente disponible en Pennsylvania en ese entonces. Era particularmente fácil conseguir una buena llama con este combustible. En el plazo de los 10 años próximos, la técnica de encender soplando en carbón pulverizado fue desarrollada, permitiendo el uso del combustible disponible más barato. Antes de 1905, los hornos más grandes eran 2.7 x 60 m de tamaño, y hecho 190 toneladas por día. En esa fecha, después de solamente 15 años de desarrollo, los hornos rotatorios explicaron la mitad de la producción del mundo. Desde entonces, la capacidad de hornos ha aumentado constantemente, y los hornos más grandes producen hoy alrededor 10.000 toneladas por día. En contraste con los hornos estáticos, el material pasa a través rápidamente: toma a partir de 3 horas (en algunos viejos hornos de proceso mojados) a tan poco como 10 minutos (en fin hornos del precalciner). Los hornos rotatorios funcionan 24 horas al día, y se paran típicamente solamente por algunos días una vez o dos veces un año para el mantenimiento esencial. Esto es una disciplina importante, porque la calefacción para arriba y el refrescarse abajo son procesos largos, derrochadores y perjudiciales. Funcionamientos ininterrumpidos mientras se hayan alcanzado 18 meses.

El proceso mojado y el proceso seco

A partir de los tiempos más tempranos, dos diversos métodos de preparación del rawmix fueron utilizados: los componentes mineral eran seco-tierra para formar a harina-como polvo, o eran mojado-tierra con agua agregada para producir una multa mezcla con la consistencia de la pintura, y con un contenido en agua típico de 40-45%^[4].

El proceso mojado sufrió la desventaja obvia que, cuando la mezcla fue introducida en el horno, una cantidad grande de combustible adicional fue utilizada en evaporar el agua. Además, un horno más grande era necesario para una salida dada de la escoria, porque mucha de la longitud del horno fue utilizada para arriba para el proceso de sequía. Por otra parte, el proceso mojado tenía un número de ventajas. El moler mojado de minerales duros es generalmente mucho más eficiente que moler seco. Cuando la mezcla se seca en el horno, forma una migaja granular que sea ideal para la calefacción subsecuente en el horno. Por otra parte, en el proceso seco, es muy difícil mantener el rawmix fino del polvo el horno, porque se retiran los gas de combustión fluídos tienden para soplarlo otra vez. Se convirtió en una práctica rociar el agua en los hornos secos para “para humedecer abajo” de la mezcla seca, y así, por muchos años había poca diferencia en eficacia entre los dos procesos, y la mayoría abrumadora de hornos utilizó el proceso mojado. Antes de 1950, un horno de proceso grande, mojado típico, cabido con los cambiadores de calor de la sequedad-zona, era 3.3 x 120 m de tamaño, hecho 680 toneladas por día, y utilizado cerca de 0.25-0.30 toneladas de carbón aprovisione de combustible para cada tonelada de escoria producida. Antes de que la crisis de la energía de los años 70 poner fin a las nuevas instalaciones del mojado-proceso, los hornos tan grandes como 5.8 x 225 m de tamaño hacían 3000 toneladas por día.

Una nota al pie de la página interesante en la historia de proceso mojada es que algunos fabricantes de hecho han hecho faciltities de proceso mojados muy viejos provechosos con el uso de los combustibles inútiles. Las plantas que se queman los combustibles inútiles gozan de un coste de combustible negativo (son pagadas por las industrias que necesitan disponer de los materiales que tienen contenido en energía y se pueden disponer con seguridad en el horno de cemento agradecen a sus temperaturas altas y tiempos de una retención más larga). Consecuentemente la ineficacia del proceso mojado es ventaja-al fabricante. Localizando operaciones ardientes de la basura en más viejas localizaciones de proceso mojadas, una consumición de combustible más alta se compara realmente a beneficios más altos para el fabricante, aunque produce correspondientemente mayor daño ambiental. Los fabricantes ambientalmente referidos son todos que abandonan el uso del proceso mojado en respuesta a la necesidad de reducir al mínimo el CO₂ emisiones.

Precalentadores

En los años 30, perceptiblemente, en Alemania, las primeras tentativas fueron hechas de reajustar el sistema del horno para reducir al mínimo la pérdida de combustible^[5]. Esto condujo a dos progresos significativos:

• el precalentador de la rejilla
• el precalentador de la gas-suspensión.

Precalentadores de la rejilla

El precalentador de la rejilla consiste en un compartimiento que contiene a cadena-como la rejilla móvil de acero de alta temperatura, unida al extremo frío del horno rotatorio^[6]. Un rawmix del seco-polvo se da vuelta en las pelotillas duras del diámetro de 10-20 milímetro en una cacerola nodulizing, con la adición del agua 10-15%. Las pelotillas se cargan sobre la rejilla móvil, y los gas de combustión calientes de la parte posterior del horno se pasan a través de la cama de pelotillas de debajo. Esto seca y calcina parcialmente el rawmix muy eficientemente. Las pelotillas entonces caen en el horno. El material polvoriento muy pequeño está soplado fuera del horno. Porque el rawmix se humedece para hacer pelotillas, se refiere esto mientras que un proceso “semi-dry”. El precalentador de la rejilla es también aplicable al proceso “semi-mojado”, en el cual el rawmix se hace como mezcla, que primero se deseca con un filtro de alta presión, y el resultar “filtro-se apelmaza” se saca en las pelotillas, que se alimentan a la rejilla. En este caso, el contenido en agua de las pelotillas es 17-20%. Los precalentadores de la rejilla eran los más populares de los años 50 y 60s, cuando un sistema típico tendría una rejilla 28 m de largo y 4 m de ancho, y un horno rotatorio de 3.9 x 60 m, haciendo 1050 toneladas por el día, usando cerca de 0.11-0.13 toneladas de combustible del carbón para cada tonelada de escoria produjeron. Los sistemas hasta 3000 toneladas por día fueron instalados.

precalentadores de la Gas-suspensión

El componente dominante del precalentador de la gas-suspensión es ciclón. Un ciclón es un recipiente cónico en el cual una gas-corriente del polvo-cojinete se pasa tangencial. Esto produce un vórtice dentro del recipiente. El gas deja el recipiente a través de un “vórtice-buscador coaxial”. Los sólidos son lanzados al borde exterior del recipiente por la acción centrífuga, y se van a través de una válvula en la cima del cono. Los ciclones fueron utilizados originalmente para limpiar encima de los gases dust-laden que salían de los hornos de proceso secos simples. Si, en lugar, se anima a la alimentación entera del rawmix que pase a través del ciclón, se encuentra que ocurre un intercambio de calor muy eficiente: el gas se refresca eficientemente, por lo tanto producir menos pérdida de calor a la atmósfera, y el rawmix se calienta eficientemente. Esta eficacia se aumenta más a fondo si un número de ciclones están conectados en serie.

El número de las etapas de los ciclones usadas varía en la práctica a partir la 1 a 6. La energía, bajo la forma de ventilador-energía, se requiere para dibujar los gases a través de la cadena de ciclones, y en una cadena de 6 ciclones, el coste de la ventilador-energía agregada necesitada para un ciclón adicional excede la ventaja de la eficacia ganada. Es normal utilizar el gas de escape caliente para secar las materias primas en rawmill, y si las materias primas son gas mojado, caliente de un precalentador menos eficiente es deseable. Por esta razón, los precalentadores lo más comúnmente posible encontrados de la suspensión tienen 4 ciclones. La alimentación caliente que sale de la base de la secuencia del precalentador es el típicamente 20% calcinada, así que el horno tiene proceso menos subsecuente a hacer, y puede por lo tanto alcanzar una salida específica más alta. Los sistemas grandes típicos instalados a principios de los años 70 tenían ciclones 6 m en diámetro, un horno rotatorio de 5 x 75 m, haciendo 2500 toneladas por día, usando cerca de 0.11-0.12 toneladas de combustible del carbón para cada tonelada de escoria producida.

Una pena pagada la eficacia de los precalentadores de la suspensión es su tendencia a bloquear para arriba. Las sales, tales como el sulfato y el cloruro del sodio y del potasio, tienden para evaporarse en la zona ardiente del horno. Se llevan detrás en forma del vapor, y re-condensan cuando se encuentra una temperatura suficientemente baja. Porque estas sales recirculan nuevamente dentro del rawmix y vuelven a entrar la zona ardiente, un ciclo de la recirculación se establece. Un horno con 0.1% cloruros en el rawmix y la escoria puede tener cloruro del 5% en el material del mediados de-horno. La condensación ocurre generalmente en el precalentador, y un depósito pegajoso de sales líquidas pega el rawmix polvoriento en un depósito duro, en las superficies contra las cuales gas-fluya típicamente está afectando. Esto puede estrangular el precalentador al punto que la circulación de aire se puede mantener no más en el horno. Entonces llega a ser necesario romper manualmente la acumulación lejos. Las instalaciones modernas tienen a menudo dispositivos automáticos instalados en los puntos vulnerables para golpear hacia fuera la acumulación regularmente. Un acercamiento alternativo es “descarga” algo del extractor del horno en la entrada del horno donde todavía están las sales en la fase del vapor, y quita y desecha los sólidos en esto. Esto generalmente se llama un “corrimiento del álcali” y rompe el ciclo de la recirculación. Puede también estar de ventaja por razones de la calidad del cemento, puesto que reduce el contenido del álcali de la escoria. Sin embargo, el gas caliente se funciona a la basura así que el proceso es ineficaz y aumenta la consumición de combustible del horno.

Precalciners

En los años 70 el precalciner fue iniciado adentro Japón, y se ha convertido posteriormente el equipo de la opción para las nuevas instalaciones grandes por todo el mundo^[7]. El precalciner es un desarrollo del precalentador de la suspensión. La filosofía es ésta: la cantidad de combustible que se puede quemar en el horno se relaciona directamente con el tamaño del horno. Si la parte del combustible necesario para quemarse el rawmix se quema fuera del horno, la salida del sistema se puede aumentar para un tamaño dado del horno. Los usuarios de los precalentadores de la suspensión encontraron que la salida podría ser aumentada inyectando el combustible adicional en la base del precalentador. El desarrollo lógico era instalar una cámara de combustión especialmente diseñada en la base del precalentador, en el cual pulverizó el carbón se inyecta. Esto se refiere como “aire-por” precalciner, porque el aire de combustión para el combustible del horno y el calciner aprovisiona de combustible todos los pasos a través del horno. Esta clase de combustión nuclear de la poder del precalciner hasta el 30% (el típicamente 20%) de su combustible en el calciner. Si más combustible fuera inyectado en el calciner, la cantidad adicional de aire dibujada a través del horno refrescaría la llama del horno excesivamente. La alimentación es 40-60% calcinada antes de que entre en el horno rotatorio.

El último desarrollo es “aire-separa” el precalciner, en el cual el aire de combustión caliente para el calciner llega en un conducto directamente del más fresco, puenteando el horno. Típicamente, 60-75% del combustible se quema en el precalciner. En estos sistemas, la alimentación que entra en el horno rotatorio es el 100% calcinado. El horno tiene levantar solamente la alimentación a la temperatura de la sinterización. En teoría la eficacia máxima sería alcanzada si todo el combustible fue quemado en el precalentador, pero la operación de la sinterización implica derretir y el nodulization parciales para hacer la escoria, y la acción del balanceo del horno rotatorio sigue siendo la manera más eficiente de hacer esto. Las instalaciones modernas grandes tienen típicamente dos cadenas paralelas de 4 o 5 ciclones, con uno unidos al horno y el otro unidos al compartimiento del precalciner. Un horno rotatorio de 6 x 100 marcas de m 8.000-10.000 toneladas por día, usando cerca de 0.10-0.11 toneladas de carbón aprovisiona de combustible para cada tonelada de escoria producida. El horno dwarfed por la torre y el refrigerador masivos del precalentador en estas instalaciones. Tal horno produce 3 millones de toneladas de escoria por año, y consume 300.000 toneladas de carbón. Un diámetro de 6 m aparece ser el límite del tamaño de hornos rotatorios, porque la flexibilidad de la cáscara de acero llega a ser unmanageable en o sobre este tamaño, y la guarnición del firebrick tiende para fallar cuando las flexiones del horno.

Una ventaja particular del aire-separa el precalciner es que una proporción grande, o aún 100%, del gas de escape álcali-cargado del horno se puede sacar como corrimiento del álcali (véase arriba). Porque esto explica el solamente 40% de la entrada del calor del sistema, puede ser hecha con un despilfarro más bajo del calor que en un corrimiento simple del precalentador de la suspensión. Debido a esto, aire-separe los precalciners ahora se prescriben siempre cuando solamente las materias primas del alto-álcali están disponibles en una planta del cemento.

Las figuras de acompañamiento demuestran el movimiento hacia el uso de los procesos más eficientes en Norteamérica (para qué datos son fácilmente disponibles). Pero la salida media por el horno adentro, por ejemplo, Tailandia está dos veces eso en Norteamérica.

Equipo auxiliar

El equipo esencial además del tubo del horno y el precalentador son:

• Refrigerador
• Molinos del combustible
• Ventiladores
• Equipo de la limpieza de gas de escape.

Refrigeradores

Los sistemas tempranos utilizaron los refrigeradores rotatorios, que eran cilindros que rotaban similares al horno, en el cual la escoria caliente cayó^[8]. El aire de combustión fue elaborado a través del refrigerador como la escoria se bajó, conectando en cascada la corriente del aire. En los años 20, los refrigeradores basados en los satélites común y se seguían siendo funcionando hasta hace poco tiempo. Éstos consisten en un sistema (típicamente 7-9) de tubos unidos al tubo del horno. Tienen la ventaja que están sellados al horno, y no requieren ninguna impulsión separada. A partir de cerca de 1930, el refrigerador de la rejilla fue desarrollado. Esto consiste en una rejilla perforada a través de la cual el aire frío esté soplado, incluida en un compartimiento rectangular. Una cama de la escoria hasta movimientos profundos de 0.5 m a lo largo de la rejilla. Estos refrigeradores tienen dos ventajas principales: refrescan la escoria rápidamente, que es deseable desde un punto de vista de la calidad, y, porque ella no rota, el aire caliente se puede canalizar fuera de ella para el uso en la sequedad del combustible, o para el uso como aire de combustión del precalciner. La última ventaja significa que se han convertido en el único tipo usado en sistemas modernos.

Molinos del combustible

Los sistemas de carburante se dividen en dos categorías^[9]:

• Leña directa
• Leña indirecta

En la leña directa, el combustible se alimenta en una tarifa controlada al molino del combustible, y el producto fino está soplado inmediatamente en el horno. La ventaja de este sistema es que no es necesario almacenar el combustible de tierra peligroso: se utiliza tan pronto como se haga. Por esta razón era el sistema de la opción para hornos más viejos. Una desventaja es que el molino del combustible tiene que funcionar toda la hora: si analiza, el horno tiene que parar si no hay sistema de reserva disponible.

En la leña indirecta, el combustible es molido por intermitentemente un molino del funcionamiento, y el producto fino se almacena en un silo del suficiente tamaño para proveer el horno aprovisiona de combustible sin embargo períodos de la parada del molino. El combustible fino se mide fuera del silo en una tarifa controlada y está soplado en el horno. Este método ahora se favorece para los sistemas del precalciner, porque el horno y el precalciner se pueden alimentar con el combustible del mismo sistema. Las técnicas especiales se requieren para almacenar el combustible fino con seguridad, y los carbones con colmo volatiles se muelen normalmente en una atmósfera inerte (e.g. CO₂).

Ventiladores

Un de gran capacidad de gases tiene que ser movida a través del sistema del horno^[10]. Particularmente en sistemas del precalentador de la suspensión al alto grado de succión tiene que ser convertido en la salida del sistema para conducir esto. Los ventiladores también se utilizan para forzar el aire a través de la cama más fresca, y para propulsar el combustible en el horno. Los ventiladores explican la mayor parte de la energía eléctrica consumida en el sistema, ascendiendo típicamente a 10-15 kilovatios·h por la tonelada de escoria.

Depuración de gases

Los gas de escape de un horno moderno ascienden típicamente a 2 toneladas (o a 1500 metros cúbicos en NTP) por la tonelada de escoria hizo^[11]. Los gases llevan una cantidad grande de polvo-típico 30 gramos por el metro cúbico. Las regulaciones ambientales específicas a diversos países requieren que esto esté reducida (típicamente) a 0.1 gramos por el metro cúbico, así que la captura de polvo necesita ser por lo menos 99.7% eficientes. Los métodos de captura incluyen precipitators electrostáticos y bolso-filtros. Vea también emisiones del horno de cemento.

Combustibles del horno

Los combustibles que se han utilizado para la leña primaria incluyen carbón, coque del petróleo, fuel-oil pesado, gas natural, gas de escape del terraplén y gas de la llamarada de la refinería de petróleo^[12]. Los altos combustibles del carbón tales como carbón se prefieren para la leña del horno, porque rinden una llama luminosa. La escoria es traída a su temperatura máxima principalmente por traspaso térmico radiante, y a un brillante (es decir. alto emisividad) y llama caliente es esencial para esto. En circunstancias favorables, alto-alinee el carbón bituminoso puede producir una llama en 2050 °C. El gas natural puede producir solamente una llama de, en el mejor de los casos el °C 1950, y éste es también menos luminoso, así que tiende para dar lugar a una salida más baja del horno.

Además de estos combustibles primarios, los varios materiales de desecho combustibles se han alimentado a los hornos, los neumáticos notablemente usados, que son muy difíciles de disponer por otros medios. En teoría, los hornos de cemento son una manera atractiva de disponer de los materiales peligrosos, debido a:

• las temperaturas en el horno, que son mucho más altas que en otros sistemas de la combustión (e.g. incineradores),
• las condiciones alcalinas en el horno, producido por el rawmix de alto grado de calcio, que puede absorber productos ácidos de la combustión,
• la capacidad de la escoria de absorber los metales pesados en su estructura.

Los neumáticos enteros son introducidos comúnmente en el horno, rodándolos en el extremo superior de un horno del precalentador, o cayéndolos con una mitad del camino centraa de la ranura a lo largo de un horno mojado largo. En cualquier caso, las altas temperaturas del gas (°C 1000-1200) causan casi instantáneo, terminan y combustión sin humo del neumático. Alternativomente, los neumáticos se tajan en las virutas de 5-10 milímetros, en que forma pueden ser inyectados en una cámara de combustión del precalciner. El acero y el cinc en los neumáticos químicamente se incorporan en la escoria.

Otras basuras han incluido solventes y basuras clínicas. Un muy de alto nivel de la supervisión del combustible y de sus productos de la combustión es necesario mantener la operación segura.

Para la eficacia máxima del horno, los combustibles convencionales de la alta calidad son la mejor opción. Al usar los materiales de desecho, para evitar emisiones prohibidas (e.g. de dioxins) es necesario controlar el sistema del horno de una forma que es no-óptimo para la eficacia y la salida, y los combustibles gruesos tales como neumáticos pueden causar problemas importantes de la calidad del producto.

Control del horno

El objetivo de la operación del horno es hacer la escoria con las características químicas y físicas requeridas, en la tarifa máxima que el tamaño del horno permitirá, mientras que resuelve estándares ambientales, en los gastos de explotación posibles más bajos^[13]. El horno es muy sensible a las estrategias del control, y un horno del funcionamiento puede doblar mal fácilmente gastos de explotación de la planta del cemento^[14].

La formación de los minerales deseados de la escoria implica el calentar del rawmix a través de las etapas de la temperatura mencionadas arriba. La reacción que acaba que ocurre en la parte más caliente del horno, debajo de la llama, es:

CA₂SiO₄ + → CA del CaO₃SiO₅

Si la reacción es cantidades incompletas, excesivas de libre óxido de calcio permanezca en la escoria. La medida regular del contenido libre del CaO se utiliza como los medios de seguir la calidad de la escoria. Como parámetro en control del horno, los datos libres del CaO son algo ineficaces porque, incluso con el muestreo y el análisis automatizados rápidos, los datos, cuando llegan, pueden ser 10 minutos “de anticuado”, y datos más inmediatos se deben utilizar para el control del minuto-a-minuto.

La conversión del belite al alite requiere derretir parcial, el líquido que resulta que es solvente en cuál ocurre la reacción. La cantidad de líquido, y por lo tanto la velocidad de la reacción que acaba, se relaciona con la temperatura. Resolver el objetivo de la calidad de la escoria, el control más obvio es que la escoria debe alcanzar una temperatura máxima tales que la reacción que acaba ocurre al grado requerido. Otra razón de mantener la formación líquida constante en el extremo caliente del horno es que el material de la sinterización forma una presa que evite que la alimentación por aguas arriba del refrigerador inunde fuera del horno. La alimentación adentro la zona de calcinación, porque es un bióxido de carbono de desarrollo del polvo, es extremadamente flúida. El refrescarse de la zona ardiente, y de la pérdida de material incombusto en el refrigerador, se llama el “limpiar con un chorro de agua”, y además de causar la producción perdida puede causar daño masivo.

Sin embargo, para la operación eficiente, las condiciones constantes necesitan ser mantenidas a través del sistema entero del horno. La alimentación en cada etapa debe ser en una temperatura tal que es "listo" para procesar en la etapa siguiente. Para asegurar esto, la temperatura de la alimentación y del gas se debe optimizar y mantener en cada punto. Los controles externos disponibles alcanzar esto son pocos:

• Nivel de entrada: esto define la salida del horno
• Velocidad del horno rotatorio: esto controla la tarifa en la cual la alimentación se mueve a través del tubo del horno
• Tarifa de la inyección de carburante: esto controla la tarifa en la cual el “extremo caliente” del sistema se calienta
• Velocidad o energía del extractor: esto controla el flujo del gas, y la tarifa en el cual calienta se dibuja del “extremo caliente” del sistema al “extremo frío”

En el caso de los hornos del precalciner, otros controles están disponibles:

• Control independiente del combustible al horno y al calciner
• Controles independientes del ventilador donde hay secuencias múltiples del precalentador.

Se obliga al uso independiente de la velocidad del ventilador y de la tarifa del combustible por el hecho de que deba siempre haber suficiente oxígeno disponible que quemarse el combustible, y particularmente, se queme el carbón al bióxido de carbono. Si monóxido de carbono se forma, esto representa una pérdida de combustible, y también indica la reducción de condiciones dentro del horno que debe ser evitado a toda costa puesto que causa la destrucción de la estructura del mineral de la escoria. Por esta razón, el gas de escape se analiza continuamente para O₂, CO, NO y TAN₂.

El gravamen de la temperatura del pico de la escoria ha sido siempre problemático. La medida de la temperatura del contacto es imposible debido a naturaleza los métodos químicamente agresiva y abrasiva de la escoria caliente, y ópticos tales como infrarrojo pyrometry sea difícil debido a el polvo y la atmósfera humo-cargada en la zona ardiente. El método tradicional de gravamen era ver la cama de la escoria y deducir la cantidad de formación líquida por experiencia. Mientras que formas más líquidas, la escoria se convierten en más pegajosas, y la cama del material sube más arriba encima del lado de levantamiento del horno. Es generalmente también posible determinar la longitud de la zona de la formación líquida, más allá de la cual la alimentación “fresca” polvorienta puede ser vista. Las cámaras fotográficas, con o sin la capacidad infrarroja de la medida, se montan en la capilla del horno para facilitar esto. En muchos hornos, la misma información se puede deducir de la energía del motor del horno dibujada, puesto que la alimentación pegajosa que monta arriba en la pared del horno aumenta la carga que da vuelta excéntrica del horno. La información adicional se puede obtener de los analizadores del gas de escape. La formación de NO del nitrógeno y del oxígeno ocurre solamente en las temperaturas altas, y así que el nivel de NO da una indicación de la temperatura combinada de la alimentación y de la llama. TAN₂ es formado por la descomposición termal de sulfato de calcio en la escoria, y tan también da en la indicación de la temperatura de la escoria. Los sistemas de control modernos de computadora hacen generalmente una temperatura “calculada”, usando contribuciones de todas estas fuentes de información, y entonces fijado sobre controlarla.

Como ejercicio adentro control de proceso, el control del horno es extremadamente desafiador, debido a variables correlacionadas múltiples, las respuestas no lineares, y los retrasos de proceso variables. Los sistemas de control de computadora primero fueron intentados en los años 60 tempranos, inicialmente con los resultados pobres debidos principalmente a las medidas de proceso pobres. Desde 1990, los sistemas de control de supervisión de alto nivel complejos han sido estándares en nuevas instalaciones. Éstos funcionan con sistema experto las estrategias, de que mantienen la “suficiente” temperatura ardiente justa de la zona, debajo de la cual la condición de funcionamiento del horno deteriorará catastrófico, así requiriendo rápido-respuesta, un control del “filo”.

Emisiones del horno de cemento

Las emisiones de trabajos del cemento son determinadas por los métodos que miden continuos y discontinuos, que se describen en pautas nacionales correspondientes y estándares. La medida continua se utiliza sobre todo para el polvo, NO_x y TAN₂, mientras que los parámetros restantes relevantes conforme a la legislación ambiente de la contaminación son determinados generalmente discontinuo por medidas individuales.

Las descripciones siguientes de emisiones refieren a las plantas modernas del horno basadas en tecnología de proceso seca.

Bióxido de carbono

Durante escoria se emite el proceso ardiente C02. CO₂ explica la parte principal de estos gases. CO₂ las emisiones son material-relacionadas y energéticas crudos. Las emisiones material-relacionadas crudas se producen durante piedra caliza descarburación (CaCO₃) y explique cerca de 60 % de CO total₂ emisiones.

Polvo

Para fabricar 1 t de cemento de Portland, las materias primas de cerca de 1.5 a 1.7 t, carbón de 0.1 t y escoria de 1 t (además de otros componentes del cemento y agentes del sulfato) debe ser molido para sacar el polvo de fineza durante la producción. En este proceso, los pasos de la materia prima que procesan, la preparación del combustible, la escoria quemándose y el moler del cemento constituyen las fuentes importantes de la emisión para los componentes de partículas. Mientras que emisiones de partículas de hasta 3.000 mg/m³ fueron medidos dejando el apilado de cemento horno rotatorio las plantas tan recientemente como en los años 50, los límites legales son típicamente 30 mg/m³ hoy, y mucho los niveles inferiores son realizables.

Óxidos del nitrógeno (NO_x)

El proceso ardiente de la escoria es un proceso de alta temperatura dando por resultado la formación de óxidos del nitrógeno (NO_x). La cantidad formada se relaciona directamente con la temperatura principal de la llama (°C típicamente 1850-2000). Monóxido del nitrógeno (NINGÚN) explica cerca de 95 %, y dióxido del nitrógeno (NO₂) para cerca de 5 % de este presente compuesto en el gas de escape de horno rotatorio plantas. Como la mayor parte de NO se convierte a NO₂ en la atmósfera, las emisiones se dan como NO₂ por el gas de escape del metro cúbico.

Sin medidas de la reducción, NO proceso-relacionado_x el contenido en el gas de escape de las plantas del horno rotatorio en la mayoría de los casos excedería considerablemente las especificaciones del e.g. Legislación europea para las plantas ardientes inútiles (0.50 g/m³ para las plantas nuevas y 0.80 g/m³ para las plantas existentes). Las medidas de la reducción son alisar dirigido y optimización de la operación de planta. Técnico, combustión efectuada y No-Catalítico selectivo NINGUNA reducción (SNCR) se aplican para hacer frente a los valores límites de la emisión.

Las altas temperaturas de proceso se requieren para convertir la mezcla de materiales cruda a la escoria del cemento de Portland. Estofe las temperaturas de la carga en la zona de la sinterización de hornos rotatorios se extienden aproximadamente 1.450 °C. Alcanzar éstos, las temperaturas de la llama del °C cerca de 2.000 son necesarias. Por razones de calidad de la escoria el proceso ardiente ocurre bajo condiciones que oxidan, bajo las cuales la oxidación parcial del molecular nitrógeno en el aire de combustión dando por resultado la formación del nitrógeno el monóxido domina. Esta reacción también se llama termal NINGUNA formación. En las temperaturas más bajas que prevalecen en un precalciner, sin embargo, la termal NINGUNA formación es insignificante: aquí, el nitrógeno limitado en el combustible puede dar lugar a la formación de qué se conoce como NO combustible-relacionado. La combustión efectuada se utiliza para reducir NO: el combustible del calciner se agrega con aire de combustión escaso. Esto causa el CO a la forma. El CO entonces reduce NO: 2CO + 2NO → 2CO₂ + N₂. El aire terciario caliente entonces se agrega para oxidar el CO. restante

Dióxido de sulfuro (TAN₂)

Sulfuro se entra en el proceso ardiente de la escoria vía las materias primas y los combustibles. Dependiendo de su origen, las materias primas pueden contener el sulfuro limitado como el sulfuro o sulfato. Más arriba TAN₂ las emisiones por los sistemas del horno rotatorio en la industria del cemento son a menudo atribuibles a los sulfuros contenidos en la materia prima, que se oxidan para formar TAN₂ en las temperaturas entre °C 370 el °C y 420 que prevalece en el precalentador del horno. La mayor parte de los sulfuros están pirita o marcasite contenido en las materias primas. Dado las concentraciones del sulfuro encontradas e.g. en depósitos alemanes de la materia prima, TAN₂ las concentraciones de la emisión pueden sumar hasta 1.2 g/m³ dependiendo de la localización de sitio. En algunos casos, inyectado hidróxido de calcio se utiliza bajar TAN₂ emisiones.

La entrada del sulfuro con los combustibles se convierte totalmente a TAN₂ durante la combustión en el horno rotatorio. En el precalentador y el horno, esto TAN₂ reacciona a la forma álcali sulfatos, que están limitados en la escoria, a condición de que las condiciones que oxidan se mantienen en el horno.

Monóxido de carbono (CO) y carbón total

Las concentraciones del gas de escape de CO y el carbón orgánico limitado es un criterio para el índice de la quemadura de los combustibles utilizados en plantas de la conversión de la energía, por ejemplo centrales eléctricas. Por el contrario, el proceso ardiente de la escoria es un proceso de la conversión material que se debe funcionar siempre con exceso de aire por razones de calidad de la escoria. En concierto con tiempos de residencia largos en la gama de alta temperatura, esto conduce para terminar la combustión nuclear del combustible.

Las emisiones del CO y limite orgánico el carbón durante el proceso ardiente de la escoria son causados por las cantidades pequeñas de entrada orgánica de los componentes vía las materias primas naturales (remanente de los organismos y de las plantas incorporados en la roca en el curso de historia geológica). Éstos se convierten durante el precalientamiento de la alimentación del horno y se oxidan para formar el CO y el CO₂. En este proceso, las porciones pequeñas de los gases orgánicos del rastro (carbón orgánico total) se forman también. En caso del proceso ardiente de la escoria, el contenido del CO y los gases orgánicos del rastro en el gas limpio por lo tanto no se pueden relacionar directamente con las condiciones de la combustión.

Dioxins y furans (PCDD/F)

Los hornos rotatorios de la industria del cemento y las plantas clásicas de la incineración diferencian principalmente en términos de condiciones de la combustión que prevalecen durante quemarse de la escoria. La alimentación del horno y los gas de escape del horno rotatorio se transportan en contracorriente y se mezclan a fondo. Así, la distribución de la temperatura y el tiempo de residencia en hornos rotatorios producen particularmente las condiciones favorables para los compuestos orgánicos, introducidas vía los combustibles o derivadas de ellos, para ser destruido totalmente. Por esa razón, solamente concentraciones muy bajas de dibenzo-p-dioxins polychlorinated y dibenzofurans (familiar “dioxins y furans“) puede ser encontrado en el gas de escape de los hornos rotatorios del cemento.

Biphenyls Polychlorinated (PWB)

El comportamiento de la emisión de PWB es comparable a el de dioxins y de furans. El PWB se puede introducir en el proceso vía las materias primas y los combustibles alternativos. Los sistemas del horno rotatorio de la industria del cemento destruyen estos componentes del rastro virtualmente totalmente.

Hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH)

PAHs (según EPA 610) en el gas de escape de hornos rotatorios aparezca generalmente en una distribución dominada cerca naftalina, que explica una parte de más de 90 % por la masa. Los sistemas del horno rotatorio de la industria del cemento destruyen virtualmente totalmente el PAHs entrado vía los combustibles. Las emisiones se generan de componentes orgánicos en la materia prima.

Benceno, tolueno, ethylbenzene, xileno (BTEX)

En general benceno, tolueno, ethylbenzene y xileno esté presente en el gas de escape de hornos rotatorios en un cociente característico. BTEX se forma durante la descomposición termal de los componentes orgánicos de la materia prima en el precalentador.

Compuestos inorgánicos gaseosos de la clorina (HCl)

Cloruros son los componentes adicionales de menor importancia contenidos en las materias primas y los combustibles del proceso ardiente de la escoria. Se lanzan cuando se queman los combustibles o se calienta la alimentación del horno, y reaccionan sobre todo con los álcalis de la alimentación del horno a los cloruros del álcali de la forma. Estos compuestos, que son inicialmente vaporosos, condensan en la alimentación del horno o el polvo de horno, en las temperaturas entre el °C 700 el °C y 900, posteriormente vuelven a entrar el sistema del horno rotatorio y se evaporan otra vez. Este ciclo en el área entre el horno rotatorio y el precalentador puede dar lugar a la formación de capa. Puente en la entrada del horno permite la reducción eficaz de los ciclos del cloruro del álcali y disminuir problemas de capa de la acumulación. Durante el proceso ardiente de la escoria, los compuestos inorgánicos gaseosos de la clorina no se emiten en todos o en cantidades muy pequeñas solamente.

Compuestos inorgánicos gaseosos del flúor (HF)

Del flúor presente en hornos rotatorios, 90 a 95 % están limitados en la escoria, y el resto está limitado con polvo bajo la forma de establo del fluoruro del calcio bajo condiciones del proceso ardiente. las fracciones Ultra-finas del polvo que pasan a través del filtro del gas que mide pueden dar la impresión del contenido bajo de los compuestos gaseosos del flúor en los sistemas del horno rotatorio de la industria del cemento.

Oligoelementos

El comportamiento de la emisión de los elementos individuales en el proceso ardiente de la escoria es determinado por el panorama de la entrada, el comportamiento en la planta y la eficacia de la precipitación del dispositivo de la eliminación del polvo. Los oligoelementos introducidos en el proceso ardiente vía las materias primas y los combustibles pueden evaporarse totalmente o parcialmente en las zonas calientes del precalentador y/o del horno rotatorio dependiendo de su volatilidad, reaccionar con los componentes presentes en la fase de gas, y condensar en la alimentación del horno adentro las secciones más frescas del sistema del horno. Dependiendo de la volatilidad y de las condiciones de funcionamiento, esto puede dar lugar a la formación de los ciclos que son cualquier restrictos al horno y al precalentador o incluir la planta de sequía y que muele combinada también. Los oligoelementos de los combustibles incorporan inicialmente los gas de combustión, pero se emiten a un grado extremadamente pequeño solamente debido a la capacidad de la retención del horno y del precalentador.

Bajo condiciones que prevalecen en el proceso ardiente de la escoria, elementos permanentes (e.g. arsénico, vanadio, níquel) están limitados totalmente en la escoria.

Elementos por ejemplo plomo y cadmio reaccione preferencial con exceso de los cloruros y de los sulfatos en la sección entre el horno rotatorio y el precalentador, formando compuestos volátiles. Debido al área superficial grande disponible, estos compuestos condensan en las partículas de la alimentación del horno en las temperaturas entre 700 °C y 900 °C. De esta manera, los elementos volátiles acumulados en el sistema del horno-precalentador se precipitan otra vez en el precalentador del ciclón, restante casi totalmente en la escoria.

Talio (como el cloruro) condensa en la zona superior del precalentador del ciclón en las temperaturas entre 450 °C y 500 °C. Por consiguiente, un ciclo se puede formar entre el precalentador, la sequedad de la materia prima y la purificación del gas de escape.

Mercurio y sus compuestos no se precipitan en el horno y el precalentador. Condensan en la ruta del gas de escape debido a refrescarse del gas y son fijados por adsorción parcialmente por las partículas de la materia prima. Esta porción se precipita en el filtro del gas de escape del horno.

Debido a comportamiento del elemento de rastro durante el proceso ardiente de la escoria y a la alta eficacia de la precipitación de la emisión del elemento de rastro de los dispositivos de la eliminación del polvo las concentraciones están en un nivel total bajo.

Referencias