Cogeneración de electricidad mejorada en producción de clinker de cemento.

Método para producir electricidad en una unidad de producción de clinker de cemento que utiliza un horno (5) y/oun precalcinador (3,

4) como cámaras de combustión para generar electricidad, comprendiendo el método:

a) suministrar combustible (30, 31) al precalcinador (3, 4) y/o el horno (5) en una cantidad correspondiente a almenos el 110% del requisito de valor calorífico optimizado para la operación de producción de clinker delprecalcinador (3, 4), y/o el horno (5) rotatorio, respectivamente, por peso unitario de clinker;

b) derivar una parte de los gases (50, 51, 52) de combustión calientes de al menos uno de: (i) el horno (5) y/o (ii) elprecalcinador (3, 4);

c) conducir dicha parte derivada de gases de combustión calientes a un generador (7) de vapor de recuperación decalor que produce calor;

d) producir electricidad con una isla de potencia que comprende una turbina de vapor equipada con un generadoreléctrico.

Cogeneración de electricidad mejorada en producción de clinker de cemento Campo de la invención La invención se refiere a un método de generación/cogeneración de electricidad mejorada en la producción de 5 clinker de cemento a partir de polvo bruto de cemento.

Antecedentes de la invención Normalmente, en un procedimiento en seco de fabricación de cemento, la unidad de producción de clinker de cemento comprende un precalentador en el que el polvo bruto se precalienta, un precalcinador en el que el polvo bruto precalentado se calcina parcialmente, aproximadamente el 90%, para transformar el CaCO3 en CaO y CO2, un 10 horno en el que el polvo se calcina completamente y se sinteriza para formar el clinker, y un enfriador de clinker. Al precalcinador y el horno se les suministra combustible y la fase de precalentador se calienta mediante los gases de combustión calientes procedentes del precalcinador y del horno. Además, se suministra aire calentado en el enfriador de clinker de cemento al horno y al precalcinador como aire de combustión. Como mucho, el consumo de calor específico del diseño del procedimiento mencionado anteriormente es de aproximadamente 690 kcal por kilogramo de clinker mientras que el consumo de calor teórico es de aproximadamente 420.

Por tanto, en la producción de clinker de cemento, la eficacia energética se ve limitada por dos factores:

i) los gases que entran en el precalentador tienen más calor del necesario para precalentar eficazmente el material bruto, ya que el flujo de gas de combustión aumenta aproximadamente el 50% por el dióxido de carbono liberado y puesto que la reacción más endotérmica: la calcinación, se produce sólo en teoría por encima de 800ºC pero más próxima a 900ºC en la práctica; y ii) el clinker producido necesita más aire para enfriarse que el necesario para lograr una combustión eficaz, de modo que hay una pérdida de energía a través del enfriador de clinker de cemento.

Además, el procedimiento de fabricación de cemento implica un consumo eléctrico muy alto (aproximadamente 120 kWh por tonelada de cemento o 150 kWh por tonelada de clinker) en relación con la preparación de polvo bruto (trituración, molienda, transporte) , debido al uso de ventiladores de aire (transporte, clasificación, enfriamiento del clinker) y trituradoras de cemento muy grandes, por ejemplo.

Con el fin de aumentar la eficacia energética de tal instalación, se conoce el uso de tecnología de cogeneración. Habitualmente, los gases de combustión de salida de la fase de precalentador que recibe el polvo bruto y/o el aire caliente en exceso del enfriador de clinker se conducen a generadores de vapor de recuperación de calor, y el vapor producido acciona un dispositivo de generación eléctrico que comprende una turbina de vapor con un generador eléctrico.

La patente estadounidense n.º 6.749.681 describe un método para producir electricidad y mezcla bruta calcinada en un reactor de lecho fluidizado circulante e ilustra el uso de la mezcla bruta calcinada para producir clinker. Sin embargo, las tecnologías de reactor de lecho fluidizado circulante son caras y, por tanto, se usan poco para la producción de clinker de cemento.

La patente estadounidense n.º 4.052.148 da a conocer una unidad de producción de clinker de cemento en la que se inyecta combustible en un generador de vapor y los gases de combustión descargados del generador de vapor se envían al procedimiento de producción de clinker de cemento. Alternativamente, los gases derivados del procedimiento de producción de clinker de cemento se envían al generador de vapor como aire de combustión. El objetivo de este método es disminuir el consumo de combustible en la producción de clinker de cemento y producir energía eléctrica. Sin embargo, este documento no enseña el suministro de más combustible al precalcinador y/o al horno del necesario para el procedimiento de producción de clinker de cemento.

Por tanto, en el caso de diseño de 690 kcal por kg de clinker, aproximadamente 1, 7 toneladas de gases por tonelada de clinker (de los cuales aproximadamente 0, 6 son el CO2 liberado) salen de los precalentadores a una temperatura 45 de aproximadamente 293ºC y la energía eléctrica promedio producida por sistemas de cogeneración habituales es de aproximadamente 15 kWh por tonelada de clinker. La energía eléctrica que puede producirse mediante el aire caliente en exceso del enfriador de clinker es aproximadamente la misma, de modo que en conjunto pueden producirse 30 kWh por tonelada de clinker con este consumo de calor específico. Puesto que el consumo promedio del procedimiento de producción de cemento es de 150 kWh/tonelada de clinker, la cogeneración cubre sólo el 20%

50 del consumo.

Además, aunque la industria de la energía se ha desplazado hacia ciclos combinados más eficaces, la electricidad sigue siendo una materia prima cara debido al aumento del precio del gas natural a causa de su característica no renovable. Se han hecho esfuerzos para usar combustibles menos caros o de coste negativo, tales como desechos y combustibles alternativos de baja calidad, mediante gasificación, lechos fluidizados y otras tecnologías, pero estas tecnologías son caras.

Para responder al aumento del precio de la energía, la industria del cemento se hace más eficaz energéticamente desde el punto de vista del combustible y el consumo de combustible por kg de clinker producido disminuye.

Además, la industria del cemento cambia parcialmente los combustibles por combustibles alternativos de baja calidad y desechos sin el uso de las tecnologías mencionadas anteriormente requeridas por la industria de la energía. Resulta que el procedimiento de producción de clinker de cemento funciona como lecho fluidizado natural debido a su entorno altamente alcalino y el largo tiempo de residencia, con las ventajas adicionales de su alta temperatura, y que el desecho sólido se incorpora de manera segura en el cemento. No obstante, el uso de humedad alta y/o combustibles de bajo valor de calentamiento y desecho en la producción de clinker de cemento, combinado con el aire en exceso alto habitualmente necesario para quemar tales combustibles, aumenta el volumen de gases de combustión calientes y disminuye la eficacia, pero todavía con beneficios económicos y medioambientales del cambio de combustible. En estas condiciones, el flujo de gases que salen de los precalentadores aumenta así como su temperatura, elevando la capacidad de cogeneración. Un valor típico de la cogeneración del precalentador y el enfriador de clinker combinados es de 40 kWh/tonelada de clinker, que cubre el 27% del consumo promedio del procedimiento de producción de cemento de 150 kWh/tonelada de clinker. Sin embargo, las necesidades eléctricas del procedimiento de producción de cemento siguen siendo significativas y esta clase de cogeneración no se aprovecha completamente del hecho de que el procedimiento de producción de clinker de cemento es un sustituto natural de un lecho fluidizado caro.

Sumario de la invención Por consiguiente, el objetivo de la invención es remediar las desventajas anteriores proporcionando un método para producir una cantidad superior de energía eléctrica en el procedimiento de producción de clinker de cemento y que tiene una eficacia energética global superior considerando el procedimiento completo.

Esto se logra, según la invención, mediante un método para producir electricidad en una unidad de producción de clinker de cemento que utiliza un horno y/o un precalcinador como cámaras de combustión para generar electricidad, comprendiendo el método:

a. suministrar combustible (30, 31) al precalcinador (3, 4) y/o el horno (5) en una cantidad correspondiente a al menos el 110% del requisito de valor calorífico optimizado para la operación de producción de clinker del precalcinador (3, 4) y/o el horno (5) rotatorio, respectivamente, por peso unitario de clinker;

b. derivar una parte de los gases de combustión calientes de al menos una de las siguientes fuentes: (i) el horno y/o

(ii) el precalcinador;

c. conducir dicha parte derivada de los gases de combustión calientes a un generador de vapor de recuperación de calor que produce vapor (con medios de separación de polvo e incrustaciones, y válvulas y/o ventiladores de tiro inducido) ;

d. producir electricidad con una isla de potencia que comprende una turbina de vapor con un generador eléctrico accionado por el vapor (que incluye todo el equipo auxiliar común tal como un condensador, bombas de agua y así sucesivamente)... [Seguir leyendo]

1. Método para producir electricidad en una unidad de producción de clinker de cemento que utiliza un horno (5) y/o un precalcinador (3, 4) como cámaras de combustión para generar electricidad, comprendiendo el método:

a) suministrar combustible (30, 31) al precalcinador (3, 4) y/o el horno (5) en una cantidad correspondiente a al menos el 110% del requisito de valor calorífico optimizado para la operación de producción de clinker del precalcinador (3, 4) , y/o el horno (5) rotatorio, respectivamente, por peso unitario de clinker;

b) derivar una parte de los gases (50, 51, 52) de combustión calientes de al menos uno de: (i) el horno (5) y/o (ii) el precalcinador (3, 4) ;

c) conducir dicha parte derivada de gases de combustión calientes a un generador (7) de vapor de recuperación de calor que produce calor;

d) producir electricidad con una isla de potencia que comprende una turbina de vapor equipada con un generador eléctrico.

2. Método según la reivindicación 1, en el que el generador (7) de vapor de recuperación de calor produce vapor con una temperatura superior a 400ºC y una presión superior a 35 bares absolutos y la turbina de vapor es una turbina de alta presión.

3. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el que se suministra combustible (31) en una cantidad correspondiente a más del 120% del requisito de valor calorífico optimizado por peso unitario de clinker, preferiblemente más del 140% y más preferiblemente más del 200%.

4. Método según una de las reivindicaciones 1 ó 3, en el que el clinker de cemento comprende una fase (1, 2) de precalentador que descarga gases (44) de salida, derivándose los gases (50, 51, 52) de combustión calientes de tal modo que la cantidad de los gases (44) de salida es inferior a 1, 5 toneladas de gases por tonelada de clinker, preferiblemente inferior a 1, 3 toneladas de gases, más preferiblemente inferior a 1 y muy preferiblemente inferior a 0, 8.

5. Método según una de las reivindicaciones 1 a 4, en la que los gases de combustión calientes se derivan del horno

(5) rotatorio y el precalcinador (3, 4) .

6. Método según la reivindicación 5, en el que la razón de gases (50, 51) de combustión calientes derivados del horno rotatorio con respecto a los gases (52) de combustión calientes derivados del precalcinador es inferior a 1, preferiblemente inferior a 0, 5 y más preferiblemente inferior a 0, 35.

7. Método según la reivindicación 2, en el que la unidad de producción de clinker de cemento comprende al menos un precalentador (2) del cual se derivan adicionalmente gases de combustión calientes para controlar el procedimiento.

8. Método según la reivindicación 5 ó 6, en el que los gases (51, 52, 53) de combustión calientes derivados se mezclan y desempolvan antes de entrar en el generador (7) de vapor de recuperación de calor.

9. Método según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que se inyecta directamente aire (20, 24) adicional en el precalcinador (3, 4) y/o en el horno (5) como aire de combustión.

10. Método según una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que se inyecta directamente aire (62, 63) adicional en el/los precalentador (es) (1, 2) para compensar cualquier alteración en el procedimiento de producción de clinker de cemento.

11. Método según una de las reivindicaciones 1 a 10, en el que:

e) se inyectan gases de combustión enfriados descargados del generador (7) de vapor de recuperación de calor o procedentes de los precalentadores en el horno (5) y/o el precalcinador (3, 4) y/o el/los precalentador (es) (1, 2) .

12. Método según una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que la isla de potencia (70) envía de vuelta agua precalentada mediante calentadores de agua de alimentación para evitar la corrosión y/o incrustación.

13. Método según una de las reivindicaciones 1 a 12, que usa un economizador (9) de agua adicional, en el que el agua (71) de alimentación del generador (7) de vapor de recuperación de calor se calienta mediante los gases (44)

de combustión descargados del precalentador (1) .

14. Método según la reivindicación 13, en el que el economizador (9) de agua adicional recibe agua de la isla de potencia.