CN101772686A - 用于分离固体物料和气体的设备以及用于制造水泥的工厂设备 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的用于分离固体物料和气体的设备基本上由引导气-固悬浮物的具有用于输入固体物料的固体物料进料口和用于输入气体的气体进料口的上升管、通过离心力将气-固悬浮物分离成固体物料流和气流的下降螺旋形和/或盘旋式管、将上升管连接到螺旋形和/或盘旋式管的转向头、连接到螺旋形和/或盘旋式管的端部用于除去固体物料流的固体物料管和连接到螺旋形和/或盘旋式管的端部用于除去气流的气体管构成，在转向头的区域中在管路中设置至少一个弯曲。

Description

用于分离固体物料和气体的设备以及用于制造水泥的工厂设备
技术领域
本发明涉及一种用于分离固体物料和气体的设备，以及一种用于制造水泥的工厂设备。
背景技术
在水泥工业和矿业中，已有已知的特别是包括用于预热、冷却和/或煅烧细粒物料的DC热交换器和旋风分离器的系统。大多数情况下，这样的设备包括一个堆叠在另一个之上的几个分级，气流从底部到顶部引导通过所有分级，而固体物料以相反方向供给到单个分级。固体物料在各分级的末端与气体分离。
这样的系统的缺点在于它们需要巨大的净空高度和旋风分离器中的分离程度并不总是能够满足。例如，在旋风器中常出现非受控的流动，这是在例如旋风器的入口处通过进入气流叠加在旋风器中形成的涡流上或通过旋风器锥体中的气流方向的反转引起。另外，原已沉积在旋风器边缘的颗粒可再引入旋风器的进入气流中。
另一问题在于，使用具有不同尺寸的构造，在相同的进入速度下离心力发生变化，因而导致不同的分离条件。
因此在US 4,318,692中提出了一种用于水泥原料的多级预热器，其单个分级各自由上升管和邻接的螺旋形和/或盘旋式管构成。上升管和螺旋形和/或盘旋式管经由导向弯管彼此连接。此外螺旋形和/或盘旋式管具有矩形横截面，并且连接到块形收集室的一个侧面。连接区从这里延伸到块形收集室的整个侧面。收集室的下部以漏斗形式逐渐变细并且用来排出固体物料，而气体引导向上。但是，这一收集室的分离程度并不令人满意。
发明内容
因此，本发明着手解决提高用于分离固体物料和气体的设备的分离程度的问题。
根据本发明，该问题通过权利要求1的特征来解决。
用于分离固体物料和气体的根据本发明的设备基本上包括：
a.用于引导气-固物料悬浮物的上升管，所述上升管具有用于输入固体物料的固体物料供给口和用于输入气体的气体供给口，
b.下降的螺旋形和/或盘旋式管，其中气-固物料悬浮物通过离心力分离成固体物料流和气流，
c.将上升管与螺旋形和/或盘旋式管连接的转向头，在转向头的区域中管构型中设置至少一个弯曲。
d.连接到螺旋形和/或盘旋式管的一个端部的用于排出固体物料流的固体物料管，及
e.连接到螺旋形和/或盘旋式管端部的用于排出气流的气体管。
根据本发明的螺旋形和/或盘旋式管应理解为是指至少在片段中具有螺旋和/或盘旋形式的管。在这里螺旋形和/或盘旋式管的扭转可以特别地也仅在例如90°的较小角度范围内延伸。
在US 4,318,692中，上升管和下降的螺旋形和/或盘旋式管经由导向弯管彼此连接。
为了改善该设备的分离程度，在基于本发明的试验中尝试改善原已在螺旋形和/或盘旋式管中的固体物料流和气流的初步分离。同时，表明在转向头的区域中在气-固物料悬浮物中产生湍流时对于该目的是有利的。在US 4,318,692中，气-固物料悬浮物被平稳地引导，然而根据本发明，通过管构型中的弯曲明确地产生湍流，其在邻接的螺旋形和/或盘旋式管中导致改善的固体物料流和气流预分离。
本发明的另外的优点和实施方案为从属权利要求的主题。
根据本发明的优选实施方案，在管构型中的弯曲从侧面看时具有≤120°的角度。另外，也可在管构型中设置在平面图中具有≤170°的角度的弯曲。该弯曲优选设计成使得气-固物料悬浮物以锐角或钝角转向。
在邻接上升管的区域中，转向头可具有第一横截面形状，且在邻接螺旋形和/或盘旋式管的区域中，转向头可具有第二横截面形状。在该方式中，上升管可以是例如圆形，并且螺旋和/或盘旋形式可以是角形构造。
在本发明的特定实施方案中，转向头具有连接到上升管的第一部分和连接到螺旋形和/或盘旋式管的第二部分，转向头的第二部分以在两个部分之间产生管构型中的弯曲的方式连接到转向头的第一部分。
转向头的第一部分可由例如具有圆形横截面的管状部分形成，该管状部分在其远离上升管的端部处合并到转向头的第二部分中，第二部分形成从第一部分的圆形横截面到螺旋形和/或盘旋式管的横截面的过渡段，所述两个部分以使得气-固物料悬浮物以锐角或钝角转向的方式彼此连接。
转向头的第一部分具有圆筒形外壁且转向头的第二部分连接在圆筒形外壁的区域中是可能的。另外，转向头的第一部分可以通过相对于流动方向横向地或倾斜地延伸的端壁在流动方向上截止。
根据另外的示例性实施方案，螺旋形和/或盘旋式管以在转向头和螺旋形和/或盘旋式管之间的连接处提供至少一个或另外的弯曲的方式连接到转向头。
另外，可设置连接到螺旋形和/或盘旋式管端部的分离室，用于排出固体物料流的固体物料管和用于排出气流的气体管连接到该分离室。
用于分离固体物料和气体的上述设备也适合于多个分级的多级配置。在此，一个分级的气体管合并到下一个较高分级的上升管中，且分级的固体物料管通到下一个较低分级的上升管内。这样，固体物料可从底部至顶部引导通过单个分级，并且与以相反方向引导的气流形成接触。用于分离固体物料和气体的设备可特别用于制造水泥的具有预热器、煅烧炉以及窑的工厂设备的预热器和/或煅烧炉。
附图说明
以下通过多个示例性实施方案的描述和附图详细说明本发明的另外的优点和实施方案，其中：
图1a至图1c示出根据第一示例性实施方案的用于分离固体物料和气体的设备的不同视图，
图2a至图2c示出根据第二示例性实施方案的用于分离固体物料和气体的设备的不同视图，
图3a至图3c示出根据第三示例性实施方案的用于分离固体物料和气体的设备的不同视图，
图4a至图4c示出根据第四示例性实施方案的用于分离固体物料和气体的设备的不同视图，
图5a至图5c示出根据第五示例性实施方案的用于分离固体物料和气体的设备的不同视图，
图6a至图6c示出根据第六示例性实施方案的用于分离固体物料和气体的设备的不同视图，
图7a至图7d示出根据第七示例性实施方案的用于分离固体物料和气体的设备的不同视图，
图8示出预热器的侧视图，和
图9示出用于制造水泥的工厂设备的三维示意图。
具体实施方式
用于分离固体物料和气体的图1a至图1c所示的设备为例如在水泥制造中用于预热、冷却和/或煅烧细粒物料的设备。它基本上由具有用于输入固体物料的固体物料供给口2和用于输入气体的气体供给口3的用于引导气-固物料悬浮物的上升管1、以及下降的螺旋形和/或盘旋式管4构成，其中气-固物料悬浮物通过离心力分离成固体物料流5和气流6。另外，具有将上升管1连接到螺旋形和/或盘旋式管4的转向头7。螺旋形和/或盘旋式管4的端部连接到用于排出固体物料流5的固体物料管8，并且连接到用于排出气流6的气体管9。
转向头7具有连接到上升管1的第一部分7a和连接到螺旋形和/或盘旋式管4的第二部分7b，转向头7的第二部分7b以在这两部分之间形成管构型中的第一弯曲10的方式接合到第一部分7a。在根据图1a的侧视图中，管构型中的弯曲10具有≤160°的角度α。
例如可由具有圆形横截面的管状部分形成转向头的第一部分7a，其在所示的示例性实施方案中对应于上升管1的直径。侧向地结合到第一部分7a的管状部分的第二部分7b代表从第一部分的圆形横截面到螺旋形和/或盘旋式管4的横截面的过渡段。在所示的示例性实施方案中，两个部分7a，7b都以使得气-固物料悬浮物以钝角转向的方式彼此连接。
除第一弯曲10之外，在转向头7和螺旋形和/或盘旋式管4之间的连接区域中提供第二弯曲11。两个弯曲10、11促进固体物料流和气流的分离，该固体物料流和气流分别经由固体物料管8和气体管9在螺旋形和/或盘旋式管4的端部排出。
在所示的示例性实施方案中，设置连接到螺旋形和/或盘旋式管4的端部的分离室12，用于排出固体物料流5的固体物料管8和用于排出气流6的气体管9连接到该分离室12。分离室12在螺旋形和/或盘旋式管4的开口区域中为圆筒形结构，并且向上合并到气体管9中。从下面邻接分离室12的是以漏斗形逐渐变细的部分12a，固体物料管连接到该部分12a。螺旋形和/或盘旋式管4优选以相对于水平线的至少30°的β角切向地通向分离室12。
在本发明的范围内，分离室12的其它构型也是可能的。
在另外的示例性实施方案的描述中，相同的附图标记用于相同的部件。
根据图2a至图2c的示例性实施方案基本上相当于上述的示例性实施方案，并且不同之处仅在于转向头7的第二部分7b在平面图中不是直的而是弯曲的。然后转向头7的第二部分7b的曲率延续到螺旋形和/或盘旋式管4中。因此离心力早已在转向头的这一区域中作用于气-固物料悬浮物。另外，与前述的示例性实施方案一致，在该示例性实施方案中，第一弯曲10设置在转向头的两个部分7a，7b之间，并且第二弯曲11设置在转向头7与螺旋形和/或盘旋式管4之间的连接区域中。
在根据图3a至图3c的第三示例性实施方案中，转向头7的第二部分7b不再倾斜向上地连接到第一部分7a的端部，而是沿流动方向倾斜向下地和横向地连接到第一部分7a的端部。
转向头7的第一部分7a也具有圆筒形的周壁，第二部分7b以≤90°的角α切向连接到该周壁。此时该接合点也代表在管构型中的弯曲10。转向头7的第一部分7a延伸到接合点7b以上少许，然后通过相对于流动方向横向地延伸的端壁7c截止。
根据图4a至图4c的第四示例性实施方案与第三示例性实施方案的不同之处在于转向头7的第二部分7b不是向下定向而是向上。
根据图5a至图5c的第五示例性实施方案也基本上相当于第三示例性实施方案。不同之处在于第一部分7a不是延伸超出第二部分7b的接合点，而是由此截止，从而第一部分7a的上端面7c与第二部分7b的上部限制壁大致在一个平面内延伸(参见图5a)。
在根据图6a至图6c的第六示例性实施方案中，转向头7的第一部分7a也是具有圆形横截面的管状部分的形式，第二部分7b切向地与其连接。第二部分7b具有基本矩形的横截面，并且在根据图6b的平面图中为弯曲的结构。其下部限制壁7d是上升的，并且其上部限制壁7e基本上水平地或与第一部分7a的中心线横向地定向。倾斜向上延伸的下部限制壁7d随之产生用于所述流的弯曲10。另一弯曲11设置在与螺旋形和/或盘旋式管4的接合点。
螺旋形和/或盘旋式管4通到分离室12内，在所示的示例性实施方案中该分离室12包括与螺旋形和/或盘旋式管4邻接的弯曲部分12a，该部分呈现并延续螺旋形和/或盘旋式管4的弯曲路线，并最终通到分离室的圆筒形部分12b，固体物料管8连接到分离室12的底部，并且气体管9连接到分离室12的顶部。
第七示例性实施方案的变型在图7a至图7d中示出。该变型的不同之处仅在于管状第一部分7a的端面7c不是相对于流动方向横向地定向(参见图6a至图6c)，而是沿第二部分7b的方向倾斜地定向。这一倾斜布置的端面7c与在较低区域中倾斜向上延伸的第二部分7b结合形成在管构型中的第一弯曲。第二弯曲也在与螺旋形和/或盘旋式管4的接合点的区域中形成。
在本发明的范围内，螺旋形和/或盘旋式管4的半径和/或倾斜度和/或横截面形状和/或横截面尺寸沿气-固物料悬浮物的流动方向发生改变是可能的。这样，一方面可在螺旋形和/或盘旋式管的区域中影响气-固物料悬浮物的预分离，另一方面螺旋形和/或盘旋式管4可适应于外部条件。当几个分级彼此嵌套在一起并且一个布置在另一个之上时，这是特别有利的。
半径、倾斜度、横截面形状和/或横截面尺寸可在流动方向上急剧地改变和/或还可在至少一个段中连续地变化。因此，例如，半径的减小引起离心力的增加，而半径的增加相应于离心力的降低。通过改变横截面形状和尺寸，可影响流速。
上述的设备优选用于进行固体物料和气体之间的化学和/或物理反应，特别是用于预热、冷却和/或煅烧细粒物料，其中可设置一个堆叠在另一个之上的多个分级。这里，一个分级的气体管合并到下一个较高分级的上升管内，并且分级的固体物料管通到下一个较低分级的上升管内。
在下面，具有三个分级I、II、III的设备通过图8进行说明，图8示出例如用于水泥原料的三级预热器。各分级在这里示意地示出。它们可以是上述示例性实施方案中的一个或多个的形式。因此，各分级I、II、III特别地具有不同的构造是可能的。
在这样的多级布置中，待处理的固体物料经由固体物料管8”’供给到最高分级III，并且从最低分级I中作为处理过的固体物料5，例如预热的固体物料排出。当固体物料因而从顶部导向到底部引导通过三个分级时，气体以相反的方向流过该布置。在最低分级供给的气体6是例如窑或煅烧炉的热废气。经由气体管9”在第三分级排出的气体6”供应到过滤器或下游的高效分离器以用于例如除尘。例如，处理过的固体物料进入煅烧炉或窑中用于进一步的处理。具有上升管1和下降螺旋形和/或盘旋式管4的气-固物料悬浮物管的构造使得三个分级能够非常紧凑并且彼此嵌套地布置。另外螺旋形和/或盘旋式管4，4’，4”可以是向左和向右交替地扭转的两个连续分级的形式。
最后，图9示出用于在水泥制造过程中热处理细粒物料的工厂设备的三维示意图，该工厂设备具有回转窑10、煅烧炉20、以及预热器30。在此可根据图1至图8所示的示例性实施方案构造煅烧炉20和/或预热器30。将不同示例性实施方案的各特征彼此结合也是可能的。

Claims (12)

1.一种用于分离固体物料和气体的设备，所述设备具有
a.用于引导气-固物料悬浮物的上升管(1)，所述上升管(1)具有用于输入固体物料的固体物料供给口(2)和用于输入气体的气体供给口(3)，
b.下降的螺旋形和/或盘旋式管(4)，其中通过离心力将气-固物料悬浮物分离成固体物料流(5)和气流(6)，
c.将上升管(1)与螺旋形和/或盘旋式管(4)连接的转向头(7)，
d.连接到螺旋形和/或盘旋式管(4)端部的用于排出固体物料流的固体物料管(8)，及
e.连接到螺旋形和/或盘旋式管(4)端部的用于排出气流的气体管(9)，
其特征在于，在转向头(7)的区域中，管构型中至少设置一个弯曲(10，11)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在管构型中的弯曲(10，11)在侧视图中具有≤160°的角α。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，弯曲(10，11)设计为使气-固物料悬浮物以锐角或钝角转向。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在与上升管(1)的连接区中，转向头(7)具有第一横截面形状，和在与螺旋形和/或盘旋式管(4)的连接区中，转向头(7)具有第二横截面形状。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，转向头(7)包括连接到上升管(1)的第一部分(7a)和连接到螺旋形和/或盘旋式管(4)的第二部分(7b)，转向头(7)的第二部分(7b)连接到转向头的第一部分(7a)的方式为在所述两个部分之间产生在管构型中的弯曲。
6.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，转向头(7)的第一部分(7a)由具有圆形横截面的管状部分形成，所述第一部分(7a)在其远离上升管(1)的端部处合并到转向头(7)的第二部分中，第二部分(7b)形成从第一部分的圆形横截面到螺旋形和/或盘旋式管(4)的横截面的过渡段，并且所述两个部分以气-固物料悬浮物以锐角和/或钝角转向的方式彼此连接。
7.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，转向头的第一部分(7a)具有圆筒形外壁，且转向头(7)的第二部分(7b)连接在该圆柱形外壁的区域中。
8.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，转向头的第一部分通过相对于流动方向横向地或倾斜地延伸的端壁在流动方向上截止。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，螺旋形和/或盘旋式管以在转向头(7)和螺旋形和/或盘旋式管(4)之间的连接处设置至少一个或另外的弯曲(11)的方式连接到转向头。
10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，设置连接到螺旋形和/或盘旋式管(4)端部的分离室(12)，用于排出固体物料流(5)的固体物料管(8)和用于排出气流(6)的气体管(9)连接到所述分离室(12)。
11.根据前述权利要求任一项或多项所述的设备，其特征在于，存在一个堆叠在另一个之上的多个分级，各分级包括上升管(1，1’，1”)、与其邻接的螺旋形和/或盘旋式管、以及连接到螺旋形和/或盘旋式管(4，4’，4”)端部的固体物料管(8，8’，8”)和气体管(9，9’，9”)，一个分级的气体管合并到下一较高分级的上升管中，且分级的固体物料管通到下一较低分级的上升管内。
12.一种制造水泥的工厂设备，所述工厂设备具有预热器(30)、煅烧炉(20)和窑(10)，预热器(30)和/或煅烧炉(20)具有根据前述权利要求1至11一项或多项所述的设备。
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