CN102219411A - 使用卧式旋风筒实现的外循环式高固气比分解反应器 - Google Patents

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陈延信
杨沛浩
刘文欢
范海宏
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Abstract

本发明为使用卧式旋风筒实现的外循环式高固气比分解反应器，包括分解炉，料粉在分解炉中以悬浮态进行热分解反应；卧式旋风筒，与分解炉的出口连通，初步分离出含尘气流中的粗粒径颗粒，通过底部卸料椎体连接的第一物料管道回送到分解炉中；旋风筒，与卧式旋风筒连通，进一步分离出含尘气流中粉体颗粒，通过底部卸料椎体连接的第二物料管道回送到分解炉中。本发明可选择性提高物料在预分解系统内的停留时间，提高物料的分解率和系统反应率，改变对循环粉料不加区分，任意分流的模式，减小系统流体阻力，同时本发明可提高排出生料粉的表观分解率，增强分解炉的热稳定性，提高单位炉容产量、降低SO2、NOx等有害气体的排放。

Description

使用卧式旋风筒实现的外循环式高固气比分解反应器
技术领域
本发明属于气固相热反应领域，涉及一种用于粉状物料的快速传热、传质及反应的热反应装置，尤其涉及一种使用卧式旋风筒实现的外循环式高固气比分解反应器。
背景技术
自从1971年日本石川岛公司和秩父水泥公司开发出第一台悬浮预分解炉(SF)以来，在悬浮预热技术的基础上，各种类型的悬浮预热器与不同的分解炉相结合促进了悬浮预热预分解技术的发展，使水泥窑的质量和产量大幅度提高，水泥孰料烧成热耗明显下降。同时，各国水泥技术研究者和设备制造商不断投入力量研发新型分解炉，促进预分解系统不断的发展，其性能日趋完善。早期使用的预分解系统主要是由分解炉单体构成，其位于悬浮预热器和水泥回转窑之间，既是一个燃烧炉，又是一个换热器，同时也是一个反应器，具有燃料燃烧、气固换热和碳酸盐分解等多种功能，承担着气固两相输送、混合、分散、换热和化学反应的多项任务。分解炉将经过悬浮预热后的水泥生料在达到分解温度前，与进入炉内的燃料混合，在悬浮状态下迅速吸收燃料燃烧热，使生料中的碳酸钙迅速分解成氧化钙，从而使入窑生料的分解率从悬浮预热窑的30％左右提高到85％～90％，这样不仅减少了窑内煅烧带的热负荷，也大幅度提高了窑系统的生产效率。
目前，普遍使用的分解炉根据工作原理和主要特征大致可分为三类：圆筒式、流化床式和烟道式，分解炉型超过三十多种，但由于分解炉炉温偏高，上述分解炉普遍存在着炉内流场和温度场波动较大，窑尾烟室和管道容易结皮堵塞，快速反应炉中，物料停留时间短，二把火中的燃料焦粒燃烧不完全，造成炉内温度上下倒挂等现象，影响系统均衡稳定的运行。而且分解炉中物料在气流中的分散程度、物料颗粒的大小、分解炉的温度、二氧化碳的分压以及反应时间(停留时间)等多种因素制约着入窑碳酸盐的表观分解率。
基于上述原因，当其他因素保持相对稳定的情况下，如果有意识地延长物料的停留时间，就可以提高其分解率。也就是说，在分解炉尺寸不加大的情况下，利用数倍于成品量的出炉物料向分解炉作“炉外循环”过程，就可以使部分未完全反应的物料多次进入分解炉反应，增加系统的固气比和热稳定性，解决上述分解炉存在的问题，保障入窑碳酸盐的表观分解率和系统均衡稳定的运行。
目前，已有部分科研单位和公司对“外循环式”分解炉进行了研究，开发了某些循环分料控制装置。循环分料控制装置位于末级悬浮预热器下料管的下端，物料出分解炉后进入末级悬浮预热器，气固分离后由预热器下料管进入循环分料控制装置被作用分离，一部分物料再次进入分解炉形成循环物料，其余物料则进入回转窑内。但这些循环分料控制装置大都存在以下问题：
1)“物料外循环”的实现或者通过分流装置直接分料实现，或者经过中间分离器将较粗物料分离后再经过分流装置分料来实现外循环。但是通过分料装置所分得的入窑料与入炉料料量的比例很难把握，并且入窑部分的物料中也含有大量的未完全分解的碳酸钙颗粒和较粗未完全燃烧的焦炭颗粒，这样势必增加了回转窑的热负荷；另外，通过分料装置分入分解炉内的物料中也含有大量的已分解氧化钙颗粒、未完全分解的较细碳酸钙颗粒以及其它较细颗粒，这样也影响了分解炉的空间利用率。
2)“物料外循环”系统中均含有必不可少的装置-分料装置。这样分料装置的工作性能及运行成本就是影响外循环系统的关键因素。实际应用中，无论是工艺复杂的流化床分流装置，还是结构简单的分料阀装置，它们都是在高温的环境中进行工作的，所以对材质的要求较高，并且高温情况下各调节装置的灵活性也受到很大的限制。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种使用卧式旋风筒实现的外循环式高固气比分解反应器，可选择性提高物料在预分解系统内的停留时间，提高物料的分解率和系统反应率，改变对循环粉料不加区分，任意分流的模式，减小系统流体阻力。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
使用卧式旋风筒实现的外循环式高固气比分解反应器，包括：
分解炉2，料粉在分解炉2中以悬浮态进行热分解反应；
卧式旋风筒3，与分解炉2的出口连通，初步分离出含尘气流中的粗粒径颗粒，通过底部卸料椎体连接的第一物料管道31回送到分解炉2中；
旋风筒4，与卧式旋风筒3连通，进一步分离出含尘气流中粉体颗粒，通过底部卸料椎体连接的第二物料管道41回送到分解炉2中。
所述的分解炉2包括：
炉体；
喂料管，设置在该炉体下部的一侧或两侧；
喷煤管，设置在该炉体下部锥体的一侧或两侧，与第一物料管道31和第二物料管道41连通；
热空气进风口，设置在该炉体下部的一侧或两侧，热空气以中心进风或偏心进风或切向进风的方式，以15～35米/秒的速度从所述热空气进风口进入炉体；
热烟气进风口，设置在该炉体底部，水泥回转窑1的热烟气以20～40米/秒的速度从所述热烟气进风口进入炉体。
所述分解炉2上可设置缩口。
所述喂料管的下端设置物料分散装置，所述喷煤管为单通道或者多通道。
所述第一物料管道31上设置第一卸料锁风阀32，第二物料管道41上设置第二卸料锁风阀42。
所述分解炉2和两个卧式旋风筒3相连，每个卧式旋风筒3都连接一个旋风筒4。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
一)并不用增大分解炉的尺寸可使数倍于成品量分解料返回分解炉，提高预分解系统的固气比，延长物料在分解炉内的停留时间，从而提高了入窑生料的表观分解率和燃料的燃烧效率，提高整个系统的热效率和反应率。试验证明：在保持分解率90％的情况下，循环率每增加100％，操作温度可降低30-40℃。同时，随着循环倍数的增大，分解炉内物料颗粒浓度成倍增大，炉内温度波动减小，热工稳定性提高。
二)避免了传统的外循环式分解炉系统中较细的已分解生料颗粒在系统中多次循环的状态，改变对循环粉料不加区分，任意分流的模式，物料循环量由分离器(无内筒的卧式旋风筒)的分离效率控制，从本质上提高了分解炉的空间利用率，使分解炉单位容积的热容量大大增加，炉温波动减小，结皮堵塞的概率减小，系统运行将更加稳定，提高单位炉容产量，降低SO2、NOx等有害气体的排放。
三)本系统物料循环分离器采用卧式旋风筒，与普通立式旋风筒相比较，具有减少了气体入口处气流的冲击压损和锥体底部气流反转向上流动时的涡流损失以及气体排出内筒处的压力损失，另外还有尺寸小、不易结皮堵塞等优点。
四)本发明适应性强，可用来对传统的回转窑实施技术改造，特别是可灵活的对各类分解炉进行改造，并且投资省，改造周期短，有巨大的经济效益和社会效益。
本发明可广泛用于水泥、化工、冶金等行业中的粉体物料热反应分解系统中，尤其适用于水泥厂中的预分解系统内碳酸钙颗粒分解反应过程。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构示意图，图中带箭头的虚线表示气流路线，带箭头的实线表示物料路路线图。
图2是本发明实施例二的结构示意图，图中带箭头的虚线表示气流路线，带箭头的实线表示物料路路线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例一
如图1所示，本发明为一种使用卧式旋风筒实现的外循环式高固气比分解反应器，包括：
分解炉2，料粉在分解炉2中以悬浮态进行热分解反应；
卧式旋风筒3，与分解炉2的出口连通，初步分离出含尘气流中的粗粒径颗粒，通过底部卸料椎体连接的第一物料管道31回送到分解炉2中；
旋风筒4，与卧式旋风筒3连通，进一步分离出含尘气流中粉体颗粒，通过底部卸料椎体连接的第二物料管道41回送到分解炉2中。
其中，分解炉2包括：
炉体；
喂料管，设置在该炉体下部的一侧或两侧；
喷煤管，设置在该炉体下部锥体的一侧或两侧，与第一物料管道31和第二物料管道41连通；
热空气进风口，设置在该炉体下部的一侧或两侧，热空气以中心进风或偏心进风或切向进风的方式，以15～35米/秒的速度从所述热空气进风口进入炉体；
热烟气进风口，设置在该炉体底部，水泥回转窑1的热烟气以20～45米/秒的速度从所述热烟气进风口进入炉体。
工作时，含有物料的气流从分解炉2出来直接进入卧式旋风筒3，围绕卧式旋风筒3的水平轴线旋转再从另一端的出气口排出，分离出来的物料经下面的卸料椎体处卸出。经气固分离，使未完全分解或部分分解的较粗碳酸钙颗粒、未完全燃烧的较粗燃料颗粒从物料中分离、收集，经过第一物料管道3 1，返回分解炉2中继续分解或燃烧，较细颗粒在旋流分离器内被气流带走进入较高分离效率的末级旋风预热器即旋风筒4内分离，经第二物料管道41进入回转窑内；剩余含粉尘气流经出口进入上一级旋风预热单元。返回分解炉2中的较粗颗粒，与新加入的生料和燃料一起继续燃烧和分解，再次参与物料炉外循环过程。
实施例二
如图2所示，预分解系统中的分解炉2和两个卧式旋风筒3相连，卧式旋风筒3出口沿气流旋转方向对称连接两个末级旋风预热器即旋风筒4。其余各部分结构与上实施例一相同。
以上是实例并不是本发明的穷举，本发明的物料分离器可以有多种形式，同时本发明的分解炉、多种形式的分离器、悬浮预热器也可以有多种组合形式。

Claims (10)

1.使用卧式旋风筒实现的外循环式高固气比分解反应器，其特征在于，包括：
分解炉(2)，料粉在分解炉(2)中以悬浮态进行热分解反应；
卧式旋风筒(3)，与分解炉(2)的出口连通，初步分离出含尘气流中的粗粒径颗粒，通过底部卸料锥体连接的第一物料管道(31)回送到分解炉(2)中；
旋风筒(4)，与卧式旋风筒(3)连通，进一步分离出含尘气流中粉体颗粒，通过底部卸料锥体连接的第二物料管道(41)回送到分解炉(2)中。
2.根据权利要求1所述的使用卧式旋风筒实现的外循环式高固气比分解反应器，其特征在于，所述的分解炉(2)包括：
炉体；
喂料管，设置在该炉体下部的一侧或两侧；
喷煤管，设置在该炉体下部锥体的一侧或两侧，与第一物料管道(31)和第二物料管道(41)连通；
热空气进风口，设置在该炉体下部的一侧或两侧；
热烟气进风口，设置在该炉体底部。
3.根据权利要求2所述的使用卧式旋风筒实现的外循环式高固气比分解反应器，其特征在于，热空气以中心进风或偏心进风或切向进风的方式，以15～35米/秒的速度从所述热空气进风口进入炉体。
4.根据权利要求2所述的使用卧式旋风筒实现的外循环式高固气比分解反应器，其特征在于，水泥回转窑(1)的热烟气以20～45米/秒的速度从所述热烟气进风口进入炉体。
5.根据权利要求2所述的使用卧式旋风筒实现的外循环式高固气比分解反应器，其特征在于，所述分解炉(2)上设置有缩口。
6.根据权利要求2至5任一权利要求所述的使用卧式旋风筒实现的外循环式高固气比分解反应器，其特征在于，所述喂料管的下端设置物料分散装置。
7.根据权利要求6所述的使用卧式旋风筒实现的外循环式高固气比分解反应器，其特征在于，所述喷煤管为单通道或者多通道。
8.根据权利要求1所述的使用卧式旋风筒实现的外循环式高固气比分解反应器，其特征在于，所述第一物料管道(31)上设置第一卸料锁风阀(32)。
9.根据权利要求1所述的使用卧式旋风筒实现的外循环式高固气比分解反应器，其特征在于，所述第二物料管道(41)上设置第二卸料锁风阀(42)。
10.根据权利要求1所述的使用卧式旋风筒实现的外循环式高固气比分解反应器，其特征在于，所述分解炉(2)和两个卧式旋风筒(3)相连，每个卧式旋风筒(3)都连接一个旋风筒(4)。
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