CN102016474B - 用于进行固态材料和气体间化学和/或物理反应的装置 - Google Patents

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Abstract

根据本发明用于进行固态材料和气体之间的化学和/或物理反应、尤其用于对精细颗粒材料进行预加热，冷却和/或煅烧的装置，实质上包含至少一个用离心力将气体/固态材料悬浮物分离成固态材料流和气流的螺旋和/或蜗旋线路，至少一个连接到螺旋和/或蜗旋线路端部并连接到气体线路以导出气体、或是通过气体线路的一部分形成的分离腔，一个连接到分离腔以导出固态材料的固态材料线路。螺旋和/或蜗旋线路相对于水平方向30度角的方向成切线连通分离腔，分离腔在开口区域处的横截面大小是螺旋和/或蜗旋线路的横截面大小的0.5～1.5倍。

Description

用于进行固态材料和气体间化学和/或物理反应的装置
技术领域
本专利涉及进行固态材料和气体间化学和/或物理反应的装置，特别是用于进行那些安排了多个对精细颗粒材料进行预加热、冷却和/或煅烧的反应阶段的装置。
背景技术
特别的，包含并流式热交换器和旋流分离器的系统在水泥业和采矿业中十分常见，常用于对精细颗粒材料进行预加热、冷却和/或煅烧。这些装置通常具有计划好的多个反应阶段。气流被导向上升通过每个阶段，而在相反方向上向各个阶段提供固体材料。
上述系统存在一些缺点。由于需要旋流分离器具有庞大的结构高度和很高的分离度，所以并不总是令人满意的。举例来说，在旋流分离器入口处经常会出现吸入气体和旋流分离器内部产生的扰动气流或者旋流分离器圆锥体产生的反向气流之间的叠加所引起的不可控气流。进而，使得在旋流分离器边缘已经分离的颗粒又被引入到旋流分离器的吸入气流中。
上述系统的另一个问题是，如果结构形态大小不同，而吸入速度相同，则离心力会改变，从而产生了不同的分离条件。
因此，在US 4318697中提出，对水泥原料多阶段进行预加热，各个独立阶段中均存在一个上升线路和一个毗邻的螺旋状和/或蜗旋的线路，则螺旋和/或蜗旋的线路具有矩形截面并且与平行六面体分离腔的侧面连接。连接位置在平行六面体分离腔的整个侧面上延伸。分离腔的底部以漏斗状的方式变窄，用来在向上气体导引时导出固态材料。
发明内容
本发明解决的问题是，改进进行固态材料和气体之间的化学和/或物理反应的装置，这种装置是关于在分离腔中的分离等级而特别对精细颗粒材料进行预加热、冷却和/或煅烧。
根据本发明，通过权利要求1中的特征解决了发明中提出的问题。
根据本发明的装置用于进行固态材料和气体之间的化学和/或物理反应，这种装置特别应用于对精细颗粒材料进行预加热、冷却和/或煅烧，本质上包含至少一个将气体和固态材料悬浮物用离心力分离成固态材料流和气流的螺旋和/或蜗旋线路，以及至少一个分离腔，该分离腔连接到螺旋和/或蜗旋线路端部并连接到气体线路以导出气体，或者该分离腔由气体线路的一部分形成，一个连接到分离腔以将固态材料导出的固态材料线路。螺旋和/或蜗旋线路以相对于水平位置至少30度的夹角在分离腔中有开口，分离腔在开口区域的横截面大小为螺旋和/或蜗旋线路的横截面大小的0.5倍～1.5倍。
因此，螺旋和/或蜗旋线路在到分离腔的开口区域相对于水平位置具有至少30度的夹角。
依照本发明，螺旋和/或蜗旋线路指的是至少一部分被构建为螺旋和/或蜗旋的结构。螺旋和/或蜗旋线路也可以尤其只在相对小的角度范围上旋转延伸，比如说，90度。
与US 4,318,692中的结构不一样的是，螺旋和/或蜗旋线路不与分离腔的侧面完全连接，而是成切线连接。US 4,318,692中的螺旋和/或蜗旋线路更多的是通过水平方向的连接套管通向分离腔。
螺旋和/或蜗旋线路至少相对于水平位置成30度角的连接处连同相切的开口一起使得固态材料流沿着分离腔壁的曲线向下导引。另一方面，气流以旋转的形式向上排出。
通过形成本发明基础的实验发现，分离腔在开口区域上的横截面为螺旋和/或蜗旋线路横截面的0.5倍~1.5倍有着决定性的重要性。如果螺旋和/或蜗旋线路的横截面在其长度上变化，则横截面关系的重点方面就是在螺旋和/或蜗旋线路的横截面进入分离腔的开口区域的横截面。
在传统的旋流分离器中，虽然气体和固态材料的悬浮物路线通常也是相切连接，但实质上相对于分离腔的横截面有着较小的横截面，而且它们是水平连接的。
通过形成本发明基础的实验发现，根据本发明的装置实现了十分突出的分离度及相对较小的压力损失。并且，对于导入分离腔固态材料/气体流和被导出分离腔的固态材料流和气流没有任何负面的影响。
从属权利要求涉及本发明的其他结构。
根据本发明的优选结构，分离腔被制造成圆形的，尤其是旋转对称的。
此外，固态材料线路在分离腔下部与分离腔相连，气体线路在分离腔上部与分离腔相连。分离腔下部进而以漏斗状方式变窄，则固态材料线路连接到以漏斗状方式变窄的分离腔部分。
分离腔在开口区域的横截面大小优选为气体线路横截面大小的0.5~1.5倍。根据本发明的一种结构，气体线路的下部形成了分离腔，但是，气体线路也可以以下水管道的方式延伸进入分离腔。
本装置尤其能被用于水泥生产的预加热器或者煅烧器。在作为预加热器的情况下，具有多个分离腔以及相关螺旋和/或蜗旋线路的多阶段和/或多线程的装置特别有利。
附图说明
参照下文的描述以及附图，对本发明的其他优势和结构进行详细的说明。
图1是根据本发明的装置的侧视图；
图2是图1旋转90度的侧视图；
图3是根据图1的装置的顶视图；
图4是分离腔沿图1中的IV-IV线的剖视图；
图5是螺旋和/或蜗旋线路沿着图3中的V-V线的剖视图；
图6是根据本发明的装置的第二实施例的侧视图；
图7是根据本发明的装置的第三实施例的侧视图；
图8是具有三段阶梯工序的装置的侧视图；
图9是根据图8的本装置的顶视图；
图10是用于制造水泥熔渣的装置的三维示例。
具体实施方式
图1至图5示出了用于进行固态材料5和气体6之间的化学和/或物理反应的装置。这种装置可以是在水泥生产过程中对精细颗粒材料进行热处理的装置，如，预加热器或煅烧器。
该装置实际上包含了气体和固态材料悬浮物线路1、用于分离被加入的固态材料和被加入的气体的分离腔2、用来导出分离出的固态材料的固态材料线路3、以及用于导出分离出的气体的气体线路4。
为了进行固态材料5和气体间的化学和/或物理反应，通过气体和固态材料悬浮物线路1将气体和固态材料悬浮物提供到分离腔2。
气体和固态材料悬浮物线路1具有上升线路部分和下降线路部分，上升线路部分呈上升线路1a，下降线路呈螺旋和/或蜗旋线路1b。还提供了转向头1c，转向头1c将上升线路1a连接到螺旋和/或蜗旋线路1b。垂直看去，至少螺旋和/或蜗旋线路1b的起始部分要高于它在分离腔2上的开口端。
在螺旋和/或蜗旋线路1b中，气体和固态材料悬浮物由于离心力的作用分离成固态材料流和气流。
在图示的实施例中，螺旋和/或蜗旋线路1b相对于水平方向以至少30度的α角（优选在30度到60度范围内）成切线开口进入分离腔2。在开口区域，分离腔2的以漏斗状方式变窄的部分2b与其圆柱形部分2a相连。
固态材料线路3连接至分离腔的以漏斗状方式变窄的部分2b，分离腔的圆柱形2a部分汇入气体线路4。
在图示的实施例中，气体线路4和分离腔的圆柱形部分2a具有相同的直径。因此，还可以这么说，即分离腔是由气体线路4的下部形成的。
图4和图5图示了图1中分离腔2中的横截面IV-IV，以及图3中螺旋和/或蜗旋线路1b的横截面V-V。
分离腔在螺旋和/或蜗旋线路开口处的净横截面应该是螺旋和/或蜗旋线路的净横截面的0.5～1.5倍。
由于上述的尺寸和螺旋和/或蜗旋线路1b倾斜的向下导入并且与分离腔2相切连接，固态材料5沿曲线被导入到分离腔的以漏斗状方式变窄的部分2b，然后到达固态材料线路3（见图1和图3）。
气体6成旋转气流沿分离腔圆柱形部分2a的内壁被向上导出到气体线路4（见图1）。气流被倾斜向下导入到分离腔2还避免了分离腔产生的旋转气流与吸入气流在螺旋和/或蜗旋线路1b的开口区域处相叠加。
由图3可以看出，螺旋和/或涡旋线路1b延展了一个大约180度的角度。不过，根据本发明，角度范围可以被选择成更大或者更小。任何可能改变气体和固态材料悬浮物方向的螺旋和/或蜗旋线路1b的半径和/或斜率和/或横截面形状和/或横截面大小都是可行的。
图6示出了一个实施例，气体线路4.1具有比分离腔2小的直径，并且以下水管的方式插入到分离腔2中。
在根据图7的实施例中，气体线路4.2具有较分离腔2大的直径，而且，在形成本发明基础的试验中发现，分离腔2在开口区域处的横截面是气体线路横截面0.5～1.5倍的时候是比较有利的。
而且，气体线路应该在气流方向上至少具有第一个和第二个横截面尺寸和/或形状。
螺旋和/或蜗旋线路1b的轴线优选为垂直，但是，当螺旋和/或蜗旋线路1b旋转时，其中轴相对于垂线有一个倾斜也是可能的。
下文参照图8和图9描述了以下的装置，这个装置包括三个阶段I、II、III，例如该装置是用于水泥原料的三阶段预加热器，每个独立的阶段均可以按照图1至图7构建。
在这种多阶段的装置中，通过固态材料线路3″′将待加工的固态材料提供到顶层阶段III中，然后以加工后的固态材料5形态从底层阶段I导出。在每阶段的气体线路并入下一阶段的上升线路的同时，固态材料线路导通到每个独立阶段的上升线的区域中。
进而，当固态材料被向下方向导入到三个阶段的同时，气体在相反的方向上流经该装置。被加入到底层阶段的气体6可能是反应炉或煅烧器的热废气。在第三阶段通过气体线路4″导出的气体6″被提供到连接在下游的过滤器或者高效的分离器（例如）以进行除尘。处理过的固态材料5到达例如煅烧器或者反应炉，以进行后续处理。
由于气体和固态材料悬浮物线路1的结构具有上升线路1a和下降的螺旋或蜗旋线路1b，三个阶段可以被安排得非常紧凑并且相互缠绕。还可以交替地构建至少两个相邻阶段的螺旋或蜗旋线路1b，1′b，1″b，使之以顺时针方向和逆时针方向为导向（见图9）。
根据本发明，可以在气体和固态材料悬浮物流动方向上改变螺旋和/或蜗旋线路1b的半径和/或斜率和/或横截面形状和/或横截面尺寸。在上述方式下，一方面可以在螺旋和/或蜗旋线路的区域上影响气体和固态材料悬浮物的预分离，另一方面可以使螺旋和/或涡旋线路1b适应于外界环境。当多阶段相互嵌套并且阶梯工序时，这种方式特别有利的。
半径、斜率、横截面形状和/或横截面尺寸还可以在流动方向上突然发生改变和/或至少一个部分上连续地发生改变。比如说，半径的减小带来了离心力的增加，或者半径的变大带来离心力的减小。改变横截面尺寸和形状可以影响流体的流速。
最后，图10是一种在水泥生产过程中对精细颗粒材料进行热处理的装置的三维示例，该装置具有圆柱形转窑10，煅烧器2和预加热器30。可以根据图1至图9所述的装置来构建煅烧器20和/或预加热器30。

Claims (13)

1.一种用于进行固态材料和气体间化学和/或物理反应的装置，所述装置具有：
至少一个螺旋或蜗旋线路（1b），在所述螺旋或蜗旋线路中气体和固态材料悬浮物被离心力分离成固态材料流（5）和气流（6）；以及
至少一个分离腔（2），所述分离腔连接到螺旋或蜗旋线路的一端并且连接到气体线路（4；4.1；4.2）以排出气体或是由气体线路的一部分形成；
固态材料线路，其连接到分离腔以排出固态材料流；
所述装置的特征在于螺旋或蜗旋线路（1b）以相对于水平方向至少30度的角度(α)成切线方向连通分离腔（2），分离腔（2）在与螺旋或蜗旋线路连通的开口区域处的横截面大小是螺旋或蜗旋线路横截面大小的0.5～1.5倍。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于具有所述分离腔（2）被构建为圆形。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述分离腔（2）在所述开口区域处的横截面大小是气体线路（4；4.1；4.2）的横截面大小的0.5～1.5倍。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述固态材料线路（3）连接到所述分离腔（2）的下部，所述气体线路（4）连接到所述分离腔的上部。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述分离腔（2）被构造成以漏斗状方式变窄。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述固态材料线路（3）连接到所述分离腔（2）的以漏斗状方式变窄的部分（2b）。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述气体线路（4.1）以下水管方式延伸进入所述分离腔。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述气体线路（4）在气体流动方向上具有至少第一和第二横截面尺寸和/或形状。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当螺旋或蜗旋线路（1b）旋转时，中轴相对于垂直方向是倾斜的。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置呈具有多个分离腔（2，2’，2’’）以及相关螺旋或涡旋线路（1b，1’b，1’’b）的多阶段或多线程的装置的形式。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述分离腔（2）被构建为旋转对称。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述分离腔（2）和所述气体线路（4.1；4.2）具有不同的直径。
13.用于进行固态材料和气体之间的化学和/或物理反应的方法，所述方法具有根据一个或更多之前权利要求所述的装置，其中，通过螺旋或蜗旋线路（1b）以所述气流在所述分离腔（2）中生成的旋转气流的方式将气体和固态材料悬浮物引入到分离腔（2）。
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