CN101196370B - 一种新组合的水泥熟料煅烧和带余热发电系统及工艺方法 - Google Patents

Abstract

一种新组合的水泥熟料煅烧和带余热发电系统及工艺方法，窑头罩(3)下部联接空气梁篦板装置(19)，该装置与单筒冷却机(2)联接，旁边设置数台高压风机(20)；上部联接联三次风管(17)，中部一端联接燃烧器(4)，另一端联接回转窑(1)，上方联接D-D型分解炉(10)，炉旁设置燃烧器(18)；通过底部出料管设置有一级预热器(12)，通过连接管道与二级预热器(11)联接，管道旁设置提升机(16)；一级预热器通过热汽管道与新余热锅炉(13)联接，并与增湿塔(14)之间通过管道联接有高温风机(15)与高压电收尘器(8)，锅炉引风机(9)与烟囱联接。该系统物料分散度高、预热效果好、熟料产量高和热耗低。

Description

一种新组合的水泥熟料煅烧和带余热发电系统及工艺方法

技术领域

本发明属于水泥熟料煅烧兼余热发电技术领域，特别涉及到一种新组合的水泥熟料煅烧和带余热发电系统及工艺方法。

背景技术

中空干法带余热发电回转窑已应用于水泥煅烧行业中，常见的一种带余热发电的中空干法窑系统见图1，该系统的工艺方法为：燃烧器(4)将煤粉喷入回转窑(1)内，提供高温热源，用于烧成水泥熟料；水泥生料在回转窑(1)中经过预热、碳酸钙分解、固相反应和烧结反应后烧成水泥熟料，进入到窑头罩(3)中，然后落入单筒冷却机(2)中进行冷却，冷却后水泥熟料经输送机送至熟料储存系统；室外空气从单筒冷却机(2)中与熟料进行换热冷却，然后经窑头罩(3)进入回转窑(1)内提供助燃热空气；燃烧后的热烟气进入窑尾沉降室(5)沉降部分粉尘后进入余热锅炉(6)，加热余热锅炉(6)中热交换器内的介质，在热交换器中水被加热汽化成为高压过热蒸汽，过热蒸汽通过被保温的管道至汽轮机带动汽轮发电机发电；加热热交换器后的烟气进入二级沉降室(7)继续沉降粉尘，然后进入高压电收尘器(8)除尘，净化后的烟气通过锅炉引风机(9)和烟囱排入大气。该系统工艺存在着：物料分散度低、预热效果差、热交换不充分、熟料产量低和热耗高等缺点。

发明内容

为解决上述系统工艺中所存在问题，本发明提出了一种新组合的水泥熟料煅烧和带余热发电系统及工艺方法，该系统将原有中空干法窑改成窑尾带二级预热器及分解炉的新型干法窑外分解窑，同时对余热锅炉进行局部改造，以保证发电量在3000～3150kWh之间，有效地解决了系统工艺中存在的物料分散度低、预热效果差、热交换不充分、熟料产量低和热耗高等缺点。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

所述的新组合的水泥熟料预热器煅烧和带余热发电系统，是由回转窑、单筒冷却机、窑头罩、燃烧器、D-D型分解炉、新余热锅炉、高压电收尘器等组成，其窑头罩的下部联接新型充气梁篦板装置，该装置与单筒冷却机联接，在该装置旁设置有数台高压风机；窑头罩的上部联接有三次风管；窑头罩的中部一端联接燃烧器，另一端联接有经缩短长度并使其尾部带有缩口的回转窑，回转窑尾部上方联接D-D型分解炉，D-D型分解炉旁设置有分解炉燃烧器；在D-D型分解炉的上方通过出风管设置有双筒的一级预热器，再通过连接管道与单筒的二级预热器联接，连接管道旁设置提升机；二级预热器通过连接管道还与回转窑的缩口部分联接；一级预热器通过热汽管道与新余热锅炉联接，新余热锅炉与增湿塔之间通过管道联接有数台高温风机，增湿塔通过管道联接高压电收尘器，再通过锅炉引风机与烟囱联接。

所述的新组合的水泥熟料煅烧和带余热发电系统工艺方法，其该系统工艺方法包含了系统物料工艺方法、系统燃料和气体工艺方法，其系统物料工艺方法为：

物料经提升机提升至二级预热器和一级预热器之间的连接管道中，经过管道中的高速气流带入一级预热器内进行分散、分离、加热或换热，加热后的物料经过一级预热器收集，并通过底部出风管进入D-D型分解炉内进行碳酸钙的分解；分解后的物料一少部分直接从D-D型分解炉底部缩口进入回转窑进行烧结，另一大部分经过D-D型分解炉的出口进入二级预热器内再次进行分散、分离、加热或换热，加热后的物料经过二级预热器收集，并通过底部出料管进入回转窑中进行烧结，这时在回转窑中的物料只进行少量的碳酸钙分解反应，主要是进行固相反应和烧结反应；在回转窑中烧结后的水泥熟料进入到窑头罩中，然后落入充气梁冷却装置，经过高压风机吹过强制冷却后进入单筒冷却机中继续进行冷却，冷却后水泥熟料经输送机送至熟料储存系统。

其系统燃料和气体的工艺方法为：

燃烧器将一部分燃料或煤粉喷入回转窑内，提供高温热源，用于烧成水泥熟料；室外空气经高压风机鼓入充气梁冷却装置与高温熟料进行热交换，使熟料降低，熟料温度升高；被加热后的热空气进入窑头罩内为回转窑内提供助燃热空气；分解炉燃烧器将另一部分燃料或煤粉喷入D-D型分解炉内，提供中温热源，主要用于占耗热量百分比最大的碳酸钙分解反应；D-D型分解炉内的助燃空气是由被在充气梁冷却装置和单筒冷却机加热升温的气体提供，即在窑头罩引出一根三次风管直接送入D-D型分解炉内；燃烧后的高温烟气至D-D型分解炉加热物料，经连接管道进入二级预热器加热物料，再经过连接管道进入一级预热器加热物料，然后进入新余热锅炉，加热新余热锅炉中热交换器中的介质，在热交换器中水被加热汽化成为高压过热蒸汽，过热蒸汽通过被保温的管道至汽轮发电机旋转发电；加热热交换器后的烟气经过高温风机进入增湿塔进行沉降粉尘，然后进入高压电收尘器除尘，净化后的烟气通过锅炉引风机和烟囱排入大气。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

1、功能清晰，目标明确

采用带二级预热器和D-D型分解炉的水泥熟料煅烧余热发电系统，是针对水泥熟料烧结过程的各种物理化学反应和利用余热发电而设置，其功能清晰，目标明确；水泥熟料煅烧过程中最大限度的实现了生产水泥熟料和利用余热发电的两大功能。

2、大幅度提高了产量

该系统工艺中由于采用了带二级预热器和D-D型分解炉系统，提高了入窑物料分解率，降低了回转窑的烧结负荷，从而使回转窑的产量可以大幅度提高。

经过实践检验，回转窑的台时产量已从原来的500t./d提高至800t./d。

3、降低了热耗

由于在单筒冷却机进料口设置若干组新型的充气梁篦板形成复合式冷却机，同时增加高压鼓风机，使高温水泥熟料在充气梁篦板受到强制冷却，提高了熟料质量，继而提高了助燃空气的温度，强化了燃料燃烧条件和燃尽度；加之回转窑的台时产量的提高，使回转窑的单位热耗大幅度下降。

4、保证了发电量

由于采取了上述技术方案，提高了余热锅炉进口的气体量，因此，采取了加大原锅炉受热面积的技术措施，从而保证了热蒸汽的温度和压力，提高了发电量。

5、方便组织生产，实现效益最大化

由于采用针对水泥熟料烧结过程的各种物理化学反应和利用余热发电，企业可以根据测算水泥销售市场、电价变化等因素，方便组织生产，实现经济效益最大化。

附图说明

图1是带余热发电的中空干法窑系统示意图；

图2是新组合的水泥熟料煅烧和带余热发电系统示意图。

上述图中：1-回转窑；2-单筒冷却机；3-窑头罩；4燃烧器；5-一级沉降室；6-老余热锅炉；7-二级沉降室；8-高压电收尘器；9-锅炉引风机；10-D-D型分解炉；11-二级预热器；12-一级预热器；13-新余热锅炉；14-增湿塔；15-高温风机；16-提升机；17-三次风管；18-分解炉燃烧器；19-充气梁篦板装置；20-高压风机。

具体实施方式

如图2所示，本发明的新组合的水泥熟料煅烧和带余热发电系统，是由回转窑1、单筒冷却机2、窑头罩3、燃烧器4、D-D型分解炉10、新余热锅炉13、高压电收尘器8等组成，其窑头罩3的下部联接充气梁篦板装置19，该装置与单筒冷却机2联接，在该装置旁设置有数台高压风机20；窑头罩3的上部联接联有三次风管17；窑头罩3的中部一端联接燃烧器4，另一端联接有经缩短长度并使其尾部带有缩口的回转窑1，回转窑1尾部上方联接D-D型分解炉10，D-D型分解炉10旁设置有分解炉燃烧器18；在D-D型分解炉10的上方通过出风管设置有双筒的一级预热器12，再通过连接管道与单筒的二级预热器11联接，连接管道旁设置提升机16；二级预热器11通过连接管道还与回转窑1的缩口部分联接；一级预热器12通过热汽管道与新余热锅炉13联接，新余热锅炉13与增湿塔14之间通过管道联接有数台高温风机15，增湿塔14通过管道联接高压电收尘器8，再通过锅炉引风机9与烟囱联接。

为了提高回转窑1产量并保证新余热锅炉13入口烟温大于625℃，增加一级预热器12、二级级预热器11及D-D型分解炉系统10和供料提升机16。在新余热锅炉13出口与增湿塔14之间增加了高温风机15，以满足工艺通风要求。

由于窑尾增加D-D型分解炉10，需相应设置一套热空气助燃系统，D-D型分解炉10煤粉燃烧所需热风由新设三次风管17提供，热风从窑头罩3抽取；增加了一套分解炉燃烧器18，将一部分煤粉喷入D-D型分解炉10内，用于保证物料碳酸钙分解反应的热源。

燃烧器4将另一部分煤粉喷入回转窑1内，提供高温热源，用于烧成水泥熟料。

在单筒冷却机2进料口设置新型的充气梁篦板19形成充气梁篦板装置-单筒组合式冷却机，同时增加数台高压风机20，使高温水泥熟料在充气梁篦板装置19进行强制冷却，冷却后再进入单筒冷却机2继续冷却，提高了冷却效果。关于充气梁篦板装置-单筒组合式冷却机已同时申报实用新型专利。

由于窑尾新增D-D型分解炉10和二级预热器11及一级预热器12，回转窑1产量大幅度增加，窑速也相应提高。为此，窑传动装置及窑体需改进，在不影响受力的情况下，将窑尾筒体截短，改为带缩口的D-D型分解炉10的水泥熟料回转窑1烧成装置，回转窑1转速由原来的0.5～1.25rpm，提高到0.45～3.45rpm，电机、减速机则相应匹配。

回转窑1改造后，锅炉进口废气量为77600～85000Nm³/h，温度650℃左右，负压-280～-320mmH₂O，也就是说入锅炉废气量加大，入口气体温度下降许多，所产生的过热蒸汽量及温度均满足不了锅炉的要求。为此对锅炉进行了改造，加大了锅炉受热面积，产生了新余热锅炉13。对原余热锅炉的过热器、水冷屏以及14组对流管束的12组，锅炉内部仅保留原有2组对流管束；新安装省煤器；在原来过热器及水冷屏所占的空间布置为9组新的对流管束；改造水平烟道比原来提高了600mm；新增加的9组对流管束节距增加到140mm。这样其受热条件将大大改善，受热面积远大于原过热器，以保证新余热锅炉13产气量及温度。

改造电收尘前原有一级沉降室5，并将原拆除的省煤器安装在新余热锅炉13内前部，一方面做为废气一水换热器，经加热后的出水“100～120℃”送入除氧器内，改善新余热锅炉13进水条件；另一方面可降低高温风机15、增湿塔14和电收尘器8入口气体温度，降低粉尘比电阻，提高电收尘器8的除尘效率。

本发明的新组合的水泥熟料煅烧和带余热发电系统工艺方法，其该系统工艺方法包含了系统物料工艺方法、系统燃料和气体工艺方法，其系统物料工艺方法为：

物料经提升机16提升至二级预热器11和一级预热器12之间的连接管道中，经过管道中的高速气流带入一级预热器12内进行分散、分离、加热或换热，加热后的物料经过一级预热器12收集，并通过底部出风管进入D-D型分解炉10内进行碳酸钙的分解；分解后的物料一少部分直接从D-D型分解炉10底部缩口进入回转窑1进行烧结，另一大部分经过D-D型分解炉10的出口进入二级预热器11内再次进行分散、分离、加热或换热，加热后的物料经过二级预热器11收集，并通过底部出料管进入回转窑1中进行烧结，这时在回转窑1中的物料只进行少量的碳酸钙分解反应，主要是进行固相反应和烧结反应；在回转窑1中烧结后的水泥熟料进入到窑头罩3中，然后落入充气梁冷却装置19中，经过高压风机20吹过对熟料强制冷却后进入单筒冷却机2中继续进行冷却，冷却后水泥熟料经输送机送至熟料储存系统。

其系统燃料和气体的工艺方法为：

燃烧器(4)将一部分燃料或煤粉喷入回转窑(1)内，提供高温热源，用于烧成水泥熟料；室外空气经高压风机(20)鼓入充气梁冷却装置(19)与高温熟料进行热交换，使熟料降低，熟料温度升高；被加热后的热空气进入窑头罩(3)内为回转窑(1)内提供助燃热空气；分解炉燃烧器(18)将另一部分燃料或煤粉喷入D-D型分解炉(10)内，提供中温热源，主要用于占耗热量百分比最大的碳酸钙分解反应；D-D型分解炉(10)内的助燃空气是由被在充气梁冷却装置(19)和单筒冷却机(2)加热升温的气体提供，即在窑头罩(3)引出一根三次风管(17)直接送入D-D型分解炉(10)内；燃烧后的高温烟气至D-D型分解炉(10)加热物料，经连接管道进入二级预热器(11)加热物料，再经过连接管道进入一级预热器(12)加热物料，然后进入新余热锅炉(13)，加热新余热锅炉(13)中热交换器中的介质，在热交换器中水被加热汽化成为高压过热蒸汽，过热蒸汽通过被保温的管道至汽轮发电机旋转发电；加热热交换器后的烟气经过高温风机(15)进入增湿塔(14)进行沉降粉尘，然后进入高压电收尘器(8)除尘，净化后的烟气通过锅炉引风机(9)和烟囱排入大气。

特别指出的是，水泥工业的分解炉是一个集燃料燃烧、热交换和生料分解于一体的高温气固反应器，是预分解技术的核心，利用涡旋、喷腾、悬浮和流化床等效应可以设计不同的炉型。分解炉技术发展的目标着眼于提高入窑物料分解率和提高单机窑的产量。

Claims (2)

1.一种新组合的水泥熟料煅烧和带余热发电的系统，是由回转窑(1)、单筒冷却机(2)、窑头罩(3)、燃烧器(4)、D-D型分解炉(10)、新余热锅炉(13)、高压电收尘器(8)组成，其特征在于：其窑头罩(3)的下部联接充气梁篦板装置(19)，该装置与单筒冷却机(2)联接，在该装置旁设置有数台高压风机(20)；窑头罩(3)的上部联接联有三次风管(17)；窑头罩(3)的中部一端联接燃烧器(4)，另一端联接有经缩短长度并使其尾部带有缩口的回转窑(1)，回转窑(1)尾部上方联接D-D型分解炉(10)，D-D型分解炉(10)旁设置有分解炉燃烧器(18)；在D-D型分解炉(10)的上方通过出风管设置有双筒的一级预热器(12)，再通过连接管道与单筒的二级预热器(11)联接，连接管道旁设置提升机(16)；二级预热器(11)通过连接管道还与回转窑(1)的缩口部分联接；一级预热器(12)通过热汽管道与新余热锅炉(13)联接，新余热锅炉(13)与增湿塔(14)之间通过管道联接有数台高温风机(15)，增湿塔(14)通过管道联接高压电收尘器(8)，再通过锅炉引风机(9)与烟囱联接。

2.一种新组合的水泥熟料煅烧和带余热发电的系统的工艺方法，其特征在于：该系统工艺方法包含了系统物料工艺方法、系统燃料和气体工艺方法，其系统物料工艺方法为：

物料经提升机(16)提升至二级预热器(11)和一级预热器(12)之间的连接管道中，经过管道中的高速气流带入一级预热器(12)内进行分散、分离、加热或换热，加热后的物料经过一级预热器(12)收集，并通过底部出风管进入D-D型分解炉(10)内进行碳酸钙的分解；分解后的物料一少部分直接从D-D型分解炉(10)底部缩口进入回转窑(1)进行烧结，另一大部分经过D-D型分解炉(10)的出口进入二级预热器(11)内再次进行分散、分离、加热或换热，加热后的物料经过二级预热器(11)收集，并通过底部出料管进入回转窑(1)中进行烧结，这时在回转窑(1)中的物料只进行少量的碳酸钙分解反应，主要是进行固相反应和烧结反应；在回转窑(1)中烧结后的水泥熟料进入到窑头罩(3)中，然后落入充气梁冷却装置(19)中，经过高压风机(20)吹过对熟料强制冷却后进入单筒冷却机(2)中继续进行冷却，冷却后水泥熟料经输送机送至熟料储存系统；

其系统燃料和气体的工艺方法为：

燃烧器(4)将一部分燃料或煤粉喷入回转窑(1)内，提供高温热源，用于烧成水泥熟料；室外空气经高压风机(20)鼓入充气梁冷却装置(19)与高温熟料进行热交换，使熟料降低，熟料温度升高；被加热后的热空气进入窑头罩(3)内为回转窑(1)内提供助燃热空气；分解炉燃烧器(18)将另一部分燃料或煤粉喷入D-D型分解炉(10)内，提供中温热源，主要用于占耗热量百分比最大的碳酸钙分解反应；D-D型分解炉(10)内的助燃空气是由被在充气梁冷却装置(19)和单筒冷却机(2)加热升温的气体提供，即在窑头罩(3)引出一根三次风管(17)直接送入D-D型分解炉(10)内；燃烧后的高温烟气至D-D型分解炉(10)加热物料，经连接管道进入二级预热器(11)加热物料，再经过连接管道进入一级预热器(12)加热物料，然后进入新余热锅炉(13)，加热新余热锅炉(13)中热交换器中的介质，在热交换器中水被加热汽化成为高压过热蒸汽，过热蒸汽通过被保温的管道至汽轮发电机旋转发电；加热热交换器后的烟气经过高温风机(15)进入增湿塔(14)进行沉降粉尘，然后进入高压电收尘器(8)除尘，净化后的烟气通过锅炉引风机(9)和烟囱排入大气。

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