CN101965495A - 用于冷却烘炉旁路中的烘炉废气的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于冷却烘炉旁路(7)中的烘炉废气的设备(5)以及方法，该设备包括用于抽出和冷却来自烘炉系统(1，3)的一部分烘炉废气的混合室(9)，所述混合室(9)包括管状壳体，该管状壳体在一端上被提供有用于烘炉废气的废气入口(11)，且在另一端上被提供有用于冷却后的废气的出口(13)，所述混合室(9)进一步包括用于冷却气体的切向入口(15)，其中该设备也包括用于将冷却气体供给到混合室(9)的第一风扇(17)和用于通过烘炉旁路(7)抽吸烘炉废气的第二风扇(19)。设备(5)和方法的特征在于包括用于分别测量引入到混合室(9)中的冷却气体的质量流量mA和流动速度vA以及从混合室(9)排出的冷却后的废气的质量流量mB和流动速度vB的装置(31，33)，基于测量值mA、vA、mB和vB确定通过烘炉旁路(7)抽吸的烘炉废气的实际质量流量mC和流动速度vC并且比较实际质量流量mC与通过烘炉旁路(7)抽吸的目标烘炉废气的预定值的计算单元(35)，基于值mA、vA、mC和vC确定混合室(9)中的气体的实际漩流数S并且比较这个值与混合室(9)中的气体的漩流数的预定期望值的计算单元(35)，和用于当ΔmC或ΔS偏离0时分别调节用于将冷却气体进给到混合室(9)的风扇(17)、用于通过烘炉旁路(7)抽吸烘炉废气的风扇(19)以及通过设备(5)的压力损失的装置(37、39、41)。这样，即使遭遇操作状况的较大变化，通过烘炉旁路抽气的烘炉废气的数量仍能基本上保持恒定而且同时确保混合室中的烘炉废气的充分冷却，因此防止在混合室本身内以及在它的出口处形成结层，并防止冷却气体作为不良气体进入到烘炉系统中。

Description

用于冷却烘炉旁路中的烘炉废气的设备和方法
本发明涉及用于冷却烘炉旁路中的烘炉废气的设备，该设备包括用于抽出和冷却来自烘炉系统的一部分烘炉废气的混合室，所述混合室包括管状壳体，该管状壳体在一端上被提供有用于烘炉废气的废气入口，并且在它的另一端上被提供有用于冷却后的废气的出口，所述混合室进一步包括用于冷却气体的切向入口，其中该设备也包括用于将冷却气体供给到混合室的第一风扇和用于通过烘炉旁路抽吸烘炉废气的第二风扇。本发明也涉及用于冷却烘炉旁路中的废气的方法。
前面所提及的类型的设备例如通过EP927707是已知的，并且其被用于减少已经与水泥生料和燃料一起被引入到水泥制造设备中并且在设备的烘炉系统中循环而潜在地引起堵塞和不稳定的烘炉操作的挥发成份(例如氯化物、碱和硫磺)的数量。简要地描述，该设备依照这样的方法操作，即，其中一部分烘炉废气经由旁路被抽出并且被冷却，允许固体形式的挥发成份与废气分离，随后被丢弃或可能被用在最终水泥中或者用于其它目的。
依照EP927707的设备被设计为双管结构，由在其间形成环形通道的外管和内管组成，并且具有紧靠内管前面的混合区。烘炉废气经由被连接到烘炉系统的外管被引入到设备中，并且随后在混合区中利用冷却气体被混合和冷却，该冷却气体是沿着螺旋形状的流程以旋转气流的形式通过外管和内管之间的环形通道被引入到混合区。混合后且冷却后的废气随后经由内管被排出用于在随后的处理阶段中进一步处理。
在前面所提及的类型的烘炉旁路的操作期间，为了维持恒定量的挥发成份在烘炉系统中的循环，操作员要确定所需的通过烘炉旁路抽吸的烘炉废气的数量。典型地，取决于挥发成份的数量和组分，通过烘炉旁通抽吸的烘炉废气的量在总废气体积的百分之二和百分之十之间。在操作期间，烘炉旁通的调节传统上基于维持从混合室排出的混合废气的温度的预定值。基于对混合废气温度的连续测量，随后依照预定程序作为测量温度的函数通过调节设备的一个或两个风扇来调节冷却气体和烘炉废气各自的数量，从而执行调节本身。这种调节模式的固有缺点是，例如，抽出的烘炉废气的温度变化或者抽出的废气中的粉尘数量变化可能引起通过烘炉旁路抽吸的烘炉废气的数量的主要变化。这是所不期望的，因为这样燃烧空气/通过烘炉抽吸的烘炉废气的数量也将发生变化，因此对于操作员来说维持燃烧区域中的特定温度以及烘炉中的特定空气盈余是困难的。这不仅可能影响产品质量而且也可能影响硫磺和碱化合物的蒸发。这包括由于挥发成份不断堆积而发生在烘炉系统中的结层或堵塞的增加的风险，或者由于烘炉废气的不充分的冷却而形成在混合室中的结层的风险。而且，在引入到混合室中的冷却气体的漩流数很大以致于形成的涡流顶点侵入烘炉系统中的情况下，会产生冷却空气作为不良气体(false air)进入烘炉系统的风险。
因此，期望具有调节烘炉旁路的能力，以致于通过烘炉旁路抽吸的烘炉废气的数量将是基本上恒定的，同时混合室中的冷却足以防止形成结层并且冷却时没有冷却空气以不良气体的形式进入到烘炉系统中的情形发生。
本发明的目的是提供用于冷却烘炉旁路中的烘炉废气的设备以及方法，从而实现上述目标。
依照本发明，上述目标是利用前面的介绍中提及类型的设备获得的，并且特征在于，该设备包括用于测量引入到混合室中的冷却气体的质量流量mA和流动速度vA以及从混合室排出的冷却后的废气的质量流量mB和流动速度vB的装置，基于测量值mA、vA、mB和vB确定通过烘炉旁路抽吸的烘炉废气的实际质量流量mC和流动速度vC并且比较实际质量流量mC与通过烘炉旁路抽吸的目标烘炉废气的预定值的计算单元，基于值mA、vA、mC和vC确定混合室中的气体的实际漩流数S并且比较这个值与混合室中的气体的漩流数的预定的、期望值的计算单元，以及用于当ΔmC或ΔS偏离0时分别调节用于将冷却气体进给到混合室的风扇、调节用于通过烘炉旁路抽吸烘炉废气的风扇以及调节通过设备的压力损失的装置。
依照本发明的用于冷却烘炉旁路中的烘炉废气的方法包括以下步骤，来自烘炉系统的一部分废气被抽吸到混合室中并在混合室中被冷却，该混合室包括管状壳体，其中烘炉废气在一端处经由废气入口被引入，冷却后的废气在另一端处经由出口被排出并且冷却气体经由切向冷却气体入口被引入到混合室中，并且其中依靠第一风扇将冷却气体供给到混合室中并且依靠第二风扇通过烘炉旁路抽吸烘炉废气，并且特征在于，分别测量被引入到混合室的冷却气体的质量流量mA和流动速度vA，以及从混合室排出的冷却后的废气的质量流量mB和流动速度vB，并且在于，基于测量值mA、vA、mB和vB确定通过烘炉旁路抽吸的烘炉废气的实际质量流量mC和流动速度vC并且将其与通过烘炉旁路抽吸的目标烘炉废气的预定值相比较，基于值mA、vA、mC和vC确定混合室中的气体的实际漩流数S并且将其与混合室中的气体的漩流数的预定期望值相比较，当ΔmC或ΔS偏离0时调节用于将冷却气体供给到混合室的风扇、用于通过烘炉旁路抽吸烘炉废气的风扇以及通过设备的压力损失中的至少一个。
漩流数S被定位为由下式表达的、无量纲的量：
S＝(mAvAR1)/(mCvCR2)，
其中，R1和R2是混合室的特征半径。多次测试已经证明该量的大小反映了混合室中的内部漩涡的传播。S的值越高，漩涡延伸越长。
利用依照本发明的用于冷却烘炉旁路中的烘炉废气的设备以及方法，可以获得的技术优势是，即使遭遇操作状况的重大变化，通过烘炉旁路抽吸的烘炉废气的数量能基本上保持恒定，并且同时确保混合室中的烘炉废气的充分冷却，因此防止在混合室本身以及在它的出口处形成结层，并且防止冷却气体作为不良气体进入到烘炉系统中，这是因为利用了通过烘炉旁路抽吸的烘炉废气的实际质量流量以及混合室中的气体的实际漩流数S作为控制参数。因此，防止了在混合室的壁上形成结层，因为冷却气体的漩涡将担当后者和热烘炉废气之间的绝缘层。
依照本发明的用于冷却烘炉旁路中的烘炉废气的设备优选为包括被提供在混合室的管状壳体和烘炉系统之间的圆锥形过渡件。
为了加大抽吸的烘炉废气和冷却气体的混合区，并增加用于调节混合室中的气体的漩流数S的间隔，该设备可以进一步有利地包括提供在圆锥形过渡件和烘炉系统之间的管状过渡件。管状过渡件使得能在没有冷却气体进入烘炉系统中的风险的情况下增加漩流数S，因此改进抽吸的烘炉废气的混合以及冷却。
用于冷却后的废气的混合室的出口可以有利地包括轴向地突进到管状壳体中并且具有比管状壳体更小的最大直径的管。这将减少冷却气体在不与烘炉废气混合的情况下就经由出口离开混合室的风险。可以相对于管状壳体偏心地定位向内地突进的管，但优选地是应当相对于管状壳体同轴地定位向内地突进的管。向内突进的管此外可以有效地被形成为圆锥形，其内自由端处直径最小，以减少通过出口的压降。
分别用于测量引入到混合室中的冷却气体的质量流量mA和流动速度vA以及从混合室排出的冷气后的废气的质量流量mB和流动速度vB的装置基本上可以由任何已知的和合适的装置组成，并不受本发明的限制。
用于确定ΔmC或ΔS的计算单元本身也不受本发明的限制，而是可以由任何合适的计算单元组成。
用于分别调节用于将冷却气体供给到混合室和用于通过烘炉旁路抽吸烘炉废气的风扇的装置基本上可以由已知的装置组成，然而，用于调节通过设备的压力损失的装置可以包括分别用于改变冷却气体入口和出口的流通面积的装置。用于改变冷却气体入口的流通面积的装置可以例如包括被构造成在操作期间围绕轴转动并且能依靠合适的装置调节的风门。用于改变出口的流通面积的装置可以例如包括被定位在紧靠混合室的外侧的出口中的喉管或气流调节器。或者，轴向地突进到管状壳体中的圆锥形管可构造成允许改变其锥度。
现在将参考附图进一步详细地、概略地解释本发明，并且其中
图1示出了包括依照本发明的用于冷却烘炉旁路中的烘炉废气的设备的烘炉系统的截面图；
图2和3示出了图1中所示的设备的细节。
在图1中能看到用于制造水泥熟料的烘炉系统的截面图，所述烘炉系统包括旋转烘炉1和用于从旋转烘炉转移烘炉废气的立管3，水泥生料在该旋转烘炉1中被烧成水泥熟料。图1中所示的烘炉系统包括用于冷却烘炉旁路7中的烘炉废气的设备5。设备5包括混合室9，其被形成为具有废气入口11、用于冷却后的废气的出口13以及用于冷却气体的切向入口15的管状壳体。该设备5被用来抽出和冷却来自烘炉系统1，3的一些烘炉废气。该设备5进一步包括用于将冷却气体进给到混合室9的第一风扇17和用于通过烘炉旁通7抽吸烘炉废气的第二风扇19。所示的烘炉旁路也包括用于分离粗固体颗粒与从混合室9排出的冷却后的废气流的旋风分离器21(其中所述固体颗粒可能返回到烘炉1中)，用于混合的废气的进一步的冷却设备23以及用于分离具有较多氯化物、碱和/或硫磺含量的粉尘的过滤器25。
依照本发明，设备5包括用于分别测量引入到混合室9的冷却气体的质量流量mA和流动速度vA的装置31，和用于分别测量从混合室9排出的冷却后的废气的质量流量mB和流动速度vB的装置33。来自装置31和33的信号被传送到计算单元35以基于测量值mA、vA、mB和vB确定通过烘炉旁通抽吸的烘炉废气的实际质量流量mC和流动速度vC，并且显示出实际质量流动mC与通过烘炉旁路抽吸的烘炉废气的目标预定值之间的关系，并且基于值mA、vA、mC和vC确定混合室中的气体的实际漩流数S并且显示出它与混合室中的气体的漩流数的预定的期望值之间的关系。计算单元35然后将信号传送到用于调节将冷却气体供给到混合室9的风扇17的装置37、用于调节通过烘炉旁路7抽吸烘炉废气的风扇19的装置39以及用于调节当ΔmC或ΔS偏离0时的设备压力损失的装置41。
用于分别测量引入到混合室9的冷却气体的质量流量mA和流动速度vA，以及从混合室9排出的冷却后的废气的质量流量mB和流动速度vB的装置31、33可以例如由吸出喇叭、孔、文氏管或皮托管组成，其中在文氏管或皮托管内测量压差，并基于所知的气体温度、几何状况、气压计读数等，其能被用于计算这些值。为了测量mB和vB，也可使用测量的通过旋风分离器21压差。这个解决方案是尤其有利的，因为它不需要安装额外的装备。带有相关温度计的吸出喇叭和旋风分离器在图1中被示为用于分别测量mA和mB的装置。其它装置是执行速度的直接测量的传感器，举例来说，通过传送流过的声音、或者通过感知携带粉尘的流体流的电或磁特性的变化、或者通过测量涡轮叶轮的速度。最后，从风扇17、19的马达得到指示能被用来估计由风扇传送的质量流量的电流或功率消耗的电信号通常将是可能的。如果冷却设备23的操作原理涉及注射水，设备的入口和出口温度的测量以及水消耗的测量能被用来计算质量流量mB。
用于确定ΔmC或ΔS和用于将信号分别传送到装置37、39和41的计算单元35可以由装备有合适软件的计算机构成。
用于调节分别用于将冷却气体供给到混合室9和用于通过烘炉旁路7抽吸烘炉废气的风扇17、19的装置37和39可以由用于风扇马达的频率转换器或在后者的排气端或在后者的吸出点处的气流调节器构成。
用于调节设备5上的压力损失的装置41可以包括用于分别改变冷却气体入口15和出口13的流通面积的装置。用于改变冷却气体入口的流通面积的装置41例如可以包括风门43，如图2a-2e中所示，风门43被构造成围绕轴45转动，并且在操作期间例如可借助于从计算单元35接收信号的马达进行调节。如同在图2e中指出的那样，切向冷却气体入口可以被分成几个通道，可通过使用这些通道中的一个风门实现调节。用于改变出口的流通面积的装置41例如可以包括定位在紧靠混合室9的外侧的出口中的喉管或气流调节器47。在图3中示出了可移动穿孔板形式的气流调节器的特定实施方式，该可移动穿孔板具有多个不同大小的孔，使得可以对流通面积应用多个默认值。可选的方式是使用轴向地突进到管状壳体中的圆锥形管，该管被构造为允许其锥度变化。
在图1中所示的设备5包括圆锥形过渡件8和管状过渡件10，它们在混合室9的管状壳体和烘炉系统1，3之间被彼此定位在另一个的延伸部上。因此，提供了抽吸的烘炉废气和冷却气体的扩大的混合区以及调节混合室9中的气体的漩流数S的更大间隔。管状过渡件10因此可增加漩流数S，而不会发生冷却气体进入烘炉系统的风险，因此改进抽吸的烘炉废气的混合和冷却。
在图1所示的实施方式中，混合室9的用于冷却后的废气的出口13包括居中装配的管12，其轴向地突进到管状壳体中并且具有比管状壳体更小的最大直径。这将减少冷却气体在不与烘炉废气混合的情况下就经由出口离开混合室的风险。管12被形成为圆锥形，在其内自由端处具有最小的直径，以减少出口13上的压降。
在设备的操作期间，能使用控制调节装置37、39和41的软件依照预定的进度自动地并且连续地执行调节。可选地，能以ΔmC和ΔS各自的特定操作数据为基础，基于操作员对调节装置37、39和41的控制半自动地执行调节。

Claims (10)

1.一种用于冷却烘炉旁路(7)中的烘炉废气的设备(5)，该设备包括用于抽出和冷却来自烘炉系统(1，3)的一部分烘炉废气的混合室(9)，所述混合室(9)包括管状壳体，该管状壳体在一端设置有用于烘炉废气的废气入口(11)，在其另一端设置有用于冷却后的废气的出口(13)，所述混合室(9)进一步包括用于冷却气体的切向入口(15)，其中该设备还包括用于将冷却气体供给到混合室(9)的第一风扇(17)和用于通过烘炉旁路(7)抽吸烘炉废气的第二风扇(19)，其特征在于，该设备(5)包括用于分别测量引入到混合室(9)中的冷却气体的质量流量mA和流动速度vA以及从混合室(9)排出的冷却后的废气的质量流量mB和流动速度vB的装置(31，33)，基于测量值mA、vA、mB和vB确定通过烘炉旁路(7)抽吸的烘炉废气的实际质量流量mC和流动速度vC并且将实际质量流量mC与通过烘炉旁路(7)抽吸的目标烘炉废气的预定值进行比较的计算单元(35)，基于值mA、vA、mC和vC确定混合室(9)中的气体的实际漩流数S并将其与混合室(9)中的气体的漩流数的预定期望值进行比较的计算单元(35)，以及用于当ΔmC或ΔS偏离0时分别调节用于将冷却气体进给到混合室(9)的风扇(17)、用于通过烘炉旁路(7)抽吸烘炉废气的风扇(19)以及通过设备(5)的压力损失的装置(37，39，41)。
2.如权利要求1所述的设备(5)，其特征在于，用于调节通过设备(5)的压力损失的装置(41)包括分别用于改变冷却空气的入口(15)和出口(13)的流通面积的装置(43，47)。
3.如权利要求2所述的设备(5)，其特征在于，用于改变冷却气体入口(15)的流通面积的装置(41)包括被构造成在操作期间围绕轴(45)转动并且能调节的风门(43)。
4.如权利要求2所述的设备(5)，其特征在于，用于改变所述出口的流通面积的装置(41)包括定位在出口(13)中的喉管或气流调节器(47)。
5.如权利要求1所述的设备(5)，其特征在于，包括设置在混合室(9)的管状壳体和烘炉系统(1，3)之间的圆锥形过渡件(8)。
6.如权利要求5所述的设备(5)，其特征在于，包括设置在圆锥形过渡件(8)和烘炉系统(1，3)之间的管状过渡件(10)。
7.如权利要求1所述的设备(5)，其特征在于，用于冷却后的废气的混合室(9)的出口(13)包括轴向地突进到管状壳体中并且具有比管状壳体小的最大直径的管(12)。
8.如权利要求7所述的设备(5)，其特征在于，管(12)相对于管状壳体同轴地定位。
9.如权利要求7或8所述的设备(5)，其特征在于，管(12)被形成为圆锥形，其最小直径位于其内自由端处。
10.一种用于冷却烘炉旁路(7)中的烘炉废气的方法，包括以下步骤：来自烘炉系统(1，3)的一部分废气被抽到混合室(9)中并在混合室(9)中被冷却，该混合室(9)包括管状壳体，其中烘炉废气在管状壳体一端处经由废气入口(11)被引入，冷却后的废气在管状壳体另一端处经由出口(13)被排出并且冷却气体经由切向冷却气体入口(15)被引入到混合室中，并且其中利用第一风扇(17)将冷却气体供给到混合室中且利用第二风扇(19)通过烘炉旁路抽吸烘炉废气，其特征在于，分别测量被引入到混合室(9)的冷却气体的质量流量mA和流动速度vA，以及从混合室(9)排出的冷却后的废气的质量流量mB和流动速度vB，并且在于，基于测量值mA、vA、mB和vB确定通过烘炉旁路(7)抽吸的烘炉废气的实际质量流量mC和流动速度vC并将其与通过烘炉旁路抽吸的目标烘炉废气的预定值相比较，并且在于，基于值mA、vA、mC和vC确定混合室(9)中的气体的实际漩流数S并将其与混合室(9)中的气体的漩流数的预定期望值相比较，并且在于，当ΔmC或ΔS偏离0时调节用于将冷却气体引入到混合室的风扇(17)、用于通过烘炉旁路抽吸烘炉废气的风扇(19)以及通过设备(5)的压力损失中的至少一个。
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