CN103105067B - 粉状物料悬浮换热装置及粉状物料换热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种粉状物料悬浮换热装置及粉状物料换热系统。它包括至少两列并列的旋风换热器；各列旋风换热器总级数为至少两级；其气体流动的气流路线为：各列旋风换热器间气流路线为并联方式，每列旋风换热器中的气流路线为串联方式；其粉状物料流动的料流路线构成方式为：每一级中的各列旋风换热器料流路线相串联；相邻两级旋风换热器的料流连接方式是：上一级中位于料流串联路线末端的一列旋风换热器直接与同列的下一级列旋风换热器以同列上、下级串联的方式连接，该同列的下一级列旋风换热器则位于下一级各列旋风换热器的串联路线始端。本发明结构布置灵活，建造简单，费用省，压损小，电耗低，换热效率高，分离效果好，有害废气排放少。

Description

粉状物料悬浮换热装置及粉状物料换热系统

技术领域

本发明属于气固相热交换或热反应领域，具体是一种能够在水泥等生产领域中对使粉状物料在悬浮状态进行换热、反应且分离的粉状物料悬浮换热装置及粉状物料换热系统。

背景技术

从1932年捷克工程师M.Voel-Jorgensen提交了用多个旋风换热器串联组成的单列悬浮预热器加热水泥生料粉专利以来，水泥产质量得到很大的进步，热耗也明显下降，但第一级出风管排气温度仍然较高，以3级、4级单列预热器为例，达到310-400℃；有人为了减少热能损失，提高热效率，增加级数；但增加级数，就增加预热器的高度，增加流体阻力，同时还需要采用克服更大流体阻力的风机，热耗下降不多，但风机电耗增加很多，设备造价也增加很多；特别是在单机大产量的需求情况下，旋风换热器单体明显增大，单列预热器进一步增高，风机电耗也在进一步增加；而且随着旋风换热器单体增大，分离效率下降，系统中内外返混增大，飞灰量增大，损失热能。

为了解决以上问题，发展到采用平行双列预热系统，各列间气流并联，料流并联；每列气流串联，料流串联。单体旋风换热器体积和建筑高度得到改善，分离效率也得到改善，但仍完全保留着单列预热器的料流和气流特征，第一级出风管排气温度仍然较高，以3级、4级平行双列预热系统为例，仍然达到310-400℃，热效率不理想。

直至1979年9月日本住友水泥公司研制的第一台日产4800t的SCS（Sum-itomo Cross Suspension Preheater and Spouted furnace）5级交叉悬浮预热器和喷射炉窑在八户水泥厂投产，发现第一级旋风换热器的出风管温度在260℃左右，与平行双列预热器进行比较，料气比增加1倍多，废气的排放温度和排放量也明显降低，但布置复杂，建筑较高，流体阻力较大，风机电耗较大，料平衡差，分离效果较差。

发明内容

    本发明所要解决的技术问题是，针对现有各种预热器系统存在的问题加以改进，提供一种结构布置灵活，建造简单，费用省，压损小，电耗低，换热效率高，分离效果好，有害废气排放少的粉状物料悬浮换热装置及粉状物料换热系统。同时根据提供的气源温度不同，既可以作为粉状物料的加热反应装置，也可以作为冷却装置。

本发明粉状物料悬浮换热装置，包括至少两列并列的旋风换热器；各列最上面的旋风换热器组成第一级，最下面的旋风换热器组成最末一级，总级数为至少两级；每一列的每一级旋风换热器可以由单个旋风换热器构成，也可以由多个旋风换热器通过串联和/或并联的方式连接构成；

其气体流动的气流路线构成方式为：各列旋风换热器间气流路线为并联方式，每列旋风换热器中的气流路线为串联方式，即每列旋风换热器中本级旋风换热器的出风口与上一级旋风换热器的进风口相连，由下而上；

其粉状物料流动的料流路线构成方式为：粉状物料从第一级旋风换热器进风管喂入；每一级中的各列旋风换热器料流路线相串联；相邻两级旋风换热器的料流连接方式是：上一级中位于料流串联路线末端的一列旋风换热器直接与同列的下一级列旋风换热器以同列上、下级串联的方式连接，该同列的下一级列旋风换热器则位于下一级各列旋风换热器的串联路线始端。

所述第一级旋风换热器的出风管与一个旋风分离器的进风管连接，旋风分离器的出料管再连接至旋风换热器的料流线路中。

所述料流线路的最终出料端连接至总进风仓室，总进风仓室，总进风仓室的出风管经过一个旋风换热集料器与所述并联的气流线路起始端连接，为各级旋风换热器提供气流。

一种粉状物料换热系统包括有两个上述的粉状物料悬浮换热装置，其中一个为粉料原料加热反应装置，另一个为粉料产品冷却装置；粉料原料加热反应装置的高温粉料产品出口与粉料产品冷却装置的进料端直接或间接连接，粉料产品冷却装置的排风口与粉料原料加热反应装置的总进风端直接或间接连接。

本发明的粉状物料悬浮换热装置及换热系统，不同于单纯的同列料流串联或单纯的多列料流交叉串联的换热系统，而是综合发展了二者的优势，是同列有部分直接串联，且多列同级串联的新系统，料平衡好。将本发明的装置作为水泥生产设备中的生料加热装置时，经实际试验，其4级混联结构换热系统第一级出风口温度仅为230℃左右；而且因为增加了低压损的旋风分离器进一步除尘，避免了第一级料流串联分离效果差的弊端，减少了风机结皮，分离的料可以返回至任意一级旋风换热器进风管，减少了热能和运输电能的损失；废气从旋风分离器引至风机，因此又比传统的预热器从第一级旋风换热器出风管直接引至风机少2 - 4个管道弯头，降低了建筑高度，降低了流体阻力；又因同列有部分旋风换热器料流直接串联，结构布置更灵活，也降低了建筑高度，降低了流体阻力。据统计，对于水泥生产过程而言，每降低1300Pa压损，每生产1吨熟料，节约1.5度电；本系统因料气比高，固硫效果好，所以SO2排放量低；因换热效果好，比带余热发电的平行双列预热系统还节能约50%；因换热效果好，进分解炉的粉状物料温度高，需提供的煤少，空气少，CO2排放量降低；分解所需提供的温度也低，NOx形成少，结果NOx排放量也明显降低。

本发明还可应用于建材、化工、冶金等多种行业中的粉状物料的换热。

此外，本发明的换热装置可以作为加热装置或冷却装置使用，也可以将加热装置和冷却装置组合形成综合换热系统，例如，在水泥生产中用于煅烧生料过程和冷却石灰过程，使热量得到更加高效的利用。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构示意图；

图2是本发明实施例二的结构示意图。

具体实施方式

实施例一：

图1给出了本发明用于水泥生产设备中的生料换热装置，即预热器系统的实施例，本预热器系统的多个旋风换热器排列为2列4级，1-4级分别为2个旋风换热器，C1a、C1b和C2a、C2b和C3a、C3b和C4a、C4b。

气流路线：气流路线在附图中以带箭头的虚线表示。如图1所示，窑气进入总进风仓室（本实施例中为分解炉D），热源不足可通过增补热源T补入，经分解炉作用后的气体进入旋风换热集料器Sc，Sc出风口分两路与C4a、C4b进风口连接，再分别进入C4a-C3a-C2a-C1a列及C4b-C3b-C2b-C1b列，最后汇合进入旋风分离器S，再从S引入风机，每列气流由下而上分别串联，但2列气流并联，2列风力通过调节阀V1和V2控制平衡。C1a和C1b出风口温度仅230℃左右。

料流路线：料流路线在附图中以带箭头的实线表示。如图所示，粉状物料从C1a进风管R位置喂入预热系统，经C1a换热后的粉状物料和S分离出来的粉状物料经排料口r1排入C1b进风管，经C1b换热后的粉状物料通过排料口r2排入下一级同列C2b进风管，经C2b换热后的粉状物料通过排料口r3排入同级C2a进风管，经C2a换热后的粉状物料通过排料口r4排入下一级同列C3a进风管，依次类推，即依次通过C1a-C1b-C2b-C2a-C3a-C3b-C4b-C4a ，直至加热后的C4a粉状物料通过排料口r8排入分解炉D进行分解反应，不足热源可通过增补热源T补入，最后粉状物料从分解炉被抽入旋风换热集料器Sc，通过Sc排料锁风阀L10排入窑内，自上而下。显然不同于C1a-C2a-C3a-C4a列和C1b-C2b-C3b-C4b列单一的料流串联，也不同于C1a-C1b-C2a-C2b-C3a-C3b-C4a-C4b单一的料流交叉串联，而是综合发展了二者优点，2列料流分别有部分串联且各级都串联的混联料流形式；废气又经过S进一步除尘，分离的料返回C1b进风管，避免料再带出系统的热能损失及运回物料造成的电能损失。

实施例二：

图2给出了包括有两个粉状物料悬浮换热装置的粉状物料换热系统。具体为一个煅烧石灰生产过程的实施例，其中的两个粉状物料悬浮换热装置分别为生料的加热反应装置和高温石灰产品的冷却装置。该系统将高温石灰产品的余热循环利用，还比传统系统省去了石灰窑。

气流路线：如图2所示，空气K分两路分别进入旋风换热器C6a和C6b进风管，进入冷却装置，气流又分别依次通过C6a、C5a、C4a和C6b、C5b、C4b旋风换热器对高温石灰进行冷却，因冷却石灰而产生的高温气体经C4a、C4b出风管汇入分解炉D分解石灰石粉，不足热源可通过增补热源T补入，反应后的废热气从分解炉D进入旋风换热集料器Sc进风管，再从旋风换热集料器Sc出风口进入石灰石粉预热装置，分别依次通过C3a、C2a、C1a和C3b、C2b、C1b，最后汇入旋风分离器S，废气再从S排出引入风机。2列风力通过调节阀V1-V4控制平衡。

料流路线：粉状物料石灰石CaCO3首先从C1a进风管R位置进入加热装置，即石灰石预热系统，依次通过C1a、C1b、C2b、C2a、C3a、C3b加热，加热完成的料从C3b排料口r6排入石灰石分解炉D分解，生成石灰CaO，粉状石灰CaO被风拉入旋风换热集料器Sc，高温石灰粉通过Sc排料口r7排入C4a进风管，进入冷却装置，依次通过C4a、C4b、C5b、C5a、C6a、C6b冷却，冷却完成的石灰最后通过旋风换热器C6b排料锁风阀L14排出。

Claims (5)

1.一种粉状物料悬浮换热装置，包括至少两列并列的旋风换热器；各列最上面的旋风换热器组成第一级，最下面的旋风换热器组成最末一级，总级数为至少两级；其特征是：

其气体流动的气流路线构成方式为：各列旋风换热器间气流路线为并联方式，每列旋风换热器中的气流路线为串联方式，即每列旋风换热器中本级旋风换热器的出风口与上一级旋风换热器的进风口相连，由下而上；

其粉状物料流动的料流路线构成方式为：粉状物料从第一级旋风换热器进风管喂入；每一级中的各列旋风换热器料流路线相串联；相邻两级旋风换热器的料流连接方式是：上一级中位于料流串联路线末端的一列旋风换热器直接与同列的下一级列旋风换热器以同列上、下级串联的方式连接，该同列的下一级列旋风换热器则位于下一级各列旋风换热器的串联路线始端。

2.根据权利要求1所述的粉状物料悬浮换热装置，其特征是：每一列的每一级旋风换热器可以由单个旋风换热器构成，也可以由多个旋风换热器通过串联和/或并联的方式连接构成。

3.根据权利要求1所述的粉状物料悬浮换热装置，其特征是：所述第一级旋风换热器的出风管与一个旋风分离器的进风管连接，旋风分离器的出料管再连接至旋风换热器的料流线路中。

4.根据权利要求1所述的粉状物料悬浮换热装置，其特征是：所述料流路线的最终出料端连接至总进风仓室，总进风仓室，总进风仓室的出风管经过一个旋风换热集料器与所述并联的气流线路起始端连接，为各级旋风换热器提供气流。

5.一种粉状物料换热系统，其特征是：包括有两个权利要求1－4之一所述的粉状物料悬浮换热装置，其中一个为粉料原料加热反应装置，另一个为粉料产品冷却装置；粉料原料加热反应装置的高温粉料产品出口与粉料产品冷却装置的进料端直接或间接连接，粉料产品冷却装置的排风口与粉料原料加热反应装置的总进风端直接或间接连接。