CN103175398B - 一种燃重油新型干法水泥生产的预分解系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种燃重油新型干法水泥生产的预分解系统，以解决重油为燃料的情况下，水泥生产的核心设备——预热器和分解炉的结构设计问题。其中，所述预热器的设计有利于分离效率的提高，并有效降低了系统的阻力；减少了进口处平段的积料；高的分离效率，有效地减少了预热器内部的物料循环，提高了系统的效率。所述分解炉的设计减轻了窑内煅烧带的热负荷，延长了衬料寿命，有利于生产大型化。由于燃料与生料混合均匀，燃料燃烧热及时传递给物料，使燃烧、换热及碳酸盐分解过程得到优化，因而具有优质、高效、低耗等一系列优良性能及特点。

Description

一种燃重油新型干法水泥生产的预分解系统

技术领域

本申请涉及水泥生产技术，特别是涉及一种燃重油新型干法水泥生产的预分解系统。

背景技术

新型干法水泥生产技术是指以悬浮预热和窑外预分解技术为核心，把现代科学技术和工业生产的最新成果广泛地应用于水泥生产的全过程，形成一套具有现代高科技特征和符合优质、高产、节能、环保以及大型化、自动化的现代水泥生产方法。

20世纪50～70年代出现的悬浮预热和预分解技术(即新型干法水泥技术)大大提高了水泥窑的热效率和单机生产能力，以其技术先进性、设备可靠性、生产适应性和工艺性能优良等特点，促进水泥工业向大型化进一步发展，也是实现水泥工业现代化的必经之路。

由于受燃料来源的限制，不同地区采用不同燃料，煤、重油、天然气均可作为水泥生产的燃料。新型干法水泥生产对燃料的适应性很强，采用不同燃料均能生产出合格的水泥熟料，但在具体的生产过程中采用不同燃料在工艺流程及配料方案中会有所区别。由于燃料本身特性的不同，其对窑的产量、熟料质量、工艺操作及设备选型方面均有着不同的影响，在实际生产中要仔细研究采用不同燃料时对生产的影响，这样才能更好地适应燃料的变化，以保证窑的产量及熟料质量。

因此，本申请要解决的问题是：对于煤缺乏或重油充足的地区，如何提供一种采用重油作为燃料的新型干法水泥生产设备。

发明内容

本申请提供了一种燃重油新型干法水泥生产的预分解系统，以解决重油为燃料的情况下，水泥生产的核心设备——预热器和分解炉的结构设计问题。

为了解决上述问题，本申请公开了一种燃重油新型干法水泥生产的预分解系统，包含预热器和分解炉：

所述预热器由上下排列的C1至C5五级旋风筒组成，最上一级旋风筒为双筒，各旋风筒之间用管道连接，每个旋风筒和相连接管道形成一级预热器；旋风筒的卸料口用料管与下一级气体管道连接；

生料先喂入第一级旋风筒入口的上升管道内，一级旋风筒将气体和生料分离，收下的生料经卸料管进入二级旋风筒的上升管道内进行第二轮加热，再经二级旋风筒分离，依此经过四级或五级旋风预热器进入回转窑内或分解炉内；

所述分解炉设在预热器和回转窑之间，将原来在回转窑内进行的碳酸盐分解任务，移到分解炉内进行；进入分解炉的燃料和预热的生料被高速气流携带，悬浮于炉内，一面旋流向上运动，一面进行燃烧、分解；燃料的燃烧放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热分解过程，在分解炉内以悬浮态或流化态下迅速进行，使入窑生料的分解率提高到90％以上。

其中，生料粉由C2出口至C1进口的连接处喂入，随热气流进入C1旋风筒并分离，预热后的生料通过下料管进入C3出口到C2进口的连接风管，再随热气流进入C2并分离，依此类推，生料由上向下，在与热气流的换热过程中温度逐渐增高，由C5旋风筒经下料管入回转窑或分解炉；窑尾烟气与来自三次风管的高温废气经管道在分解炉在上升烟道汇合后进入C5旋风筒；气流在与生料的换热过程中由下向上温度逐渐降低，最后由C1出风口排出。

优选的，旋风筒结构以大蜗壳、短柱体为主要特征，旋风筒蜗壳采用等角变高技术，其进气口为斜切角并设置了导流板，使筒壁与内筒之间的环形通道平稳地由宽变窄；旋风筒内筒采用了耐热钢制作的悬挂分片式圆形结构。

优选的，所述系统还包括：扩散撒料装置，采用扩散口方式，均匀地将物料分散到每级预热器管道的整个管道截面内，有效强化了管道内物料的分散和气固间的换热。

优选的，C1筒的分离效率达95％以上；采用风管和旋风筒之间短距离斜坡连接；旋风筒料锥采用斜锥结构；各级旋风筒锥部均设有捅料孔。

优选的，在易发生堵塞的C4和C5级旋风筒下部设有膨胀仓。

优选的，所述分解炉采用特殊切旋入口，使分解炉下部形成一含氧较高的预燃空间。

优选的，所述分解炉采用喷旋结合和延长管路；所述分解炉采用带有旋流导向的喷煤嘴。

优选的，所述分解炉直接安装在窑尾烟室上面，窑气直接进入分解炉；所述分解炉有后燃烧区，在主燃烧区没有完全燃烧的燃料，在后燃烧区完全燃烧。

优选的，所述预热器为单系列窑尾预热器；所述分解炉为在线管道分解炉。

与现有技术相比，本申请包括以下优点：

本申请提供了一种以重油为燃料的预分解系统，该系统主要包含预热器和分解炉。

第一，所述预热器由上下排列的C1至C5五级旋风筒组成，旋风筒结构以大蜗壳、短柱体为主要特征，旋风筒蜗壳采用等角变高技术，其进气口为斜切角并设置了导流板，使筒壁与内筒之间的环形通道平稳地由宽变窄，更有利于气体的流动，物料更易靠向筒壁分离，而气流被迫向下运动，既减少过早通过内筒短路逸出，又缓解了回流与进风的干扰，因而有利于分离效率的提高，并有效降低了系统的阻力；减少了进口处平段的积料；高的分离效率，有效地减少了预热器内部的物料循环，提高了系统的效率。

第二，将原来在回转窑内进行的碳酸盐分解任务，移到分解炉内进行，燃料大部分从分解炉内加入，少部分由窑头加入，减轻了窑内煅烧带的热负荷，延长了衬料寿命，有利于生产大型化。由于燃料与生料混合均匀，燃料燃烧热及时传递给物料，使燃烧、换热及碳酸盐分解过程得到优化，因而具有优质、高效、低耗等一系列优良性能及特点。

附图说明

图1是本申请实施例所述一种燃重油新型干法水泥生产设备的结构示意图；

图2和图3均是本申请实施例中所述预热器和分解炉的外形图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

参照图1所示，是本申请实施例所述一种燃重油新型干法水泥生产设备的结构示意图。所述生产设备主要包含由预热器和分解炉组成的预分解系统，以及回转窑，详细说明如下：

新型干法水泥生产已将生料粉的预热和碳酸盐分解移到窑外在悬浮状态下进行，把生料的预热和部分分解由预热器来完成，热效率高，减轻了回转窑的负荷，缩短回窑长度，同时使窑内以堆积状态进行气料换热过程，移到预热器内在悬浮状态下进行，使生料能够同窑内排出的炽热气体充分混合，增大了气料接触面积，传热速度快，热交换效率高，达到提高窑系统生产效率、降低熟料烧成热耗的目的。

旋风预热器由上下排列的五级旋风筒组成。为了提高收尘效率，最上一级旋风筒为双筒，各旋风筒之间用管道连接。每个旋风筒和相连接管道形成一级预热器。通常预热器由上而下顺序编号为第一至第五级(C1至C5)。旋风筒的卸料口用料管与下一级气体管道连接。生料先喂入第一级旋风筒入口的上升管道内，在管道内生料充分分散并与上升的热气流逆向运行，在湍流状态下进行了气固相间的充分的热交换，生料将改变运行方向，随热风上行，在旋风筒入口处，气固相的温度将接近平衡。一级旋风筒将气体和生料分离，收下的生料经卸料管进入二级旋风筒的上升管道内进行第二轮加热，再经二级旋风筒分离，如此依此经过四级或五级旋风预热器进入回转窑内进行煅烧。

窑尾出口的废气温度约为1050-1100℃，经各级预热器预热交换后，废气温度降至350℃以下，然后经增湿塔、收尘器，再由排风机排入大气，50℃左右的生料，经各级预热器预热至750℃到800℃进入回转窑或分解炉中。

旋风预热器系统带分解炉后，就是通常所说的窑尾预分解系统，它是在预热器和回转窑之间增设分解炉和利用窑尾上升烟道，设燃料喷入装置，使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程，在分解炉内以悬浮态或流化态下迅速进行，使入窑生料的分解率提高到90％以上。将原来在回转窑内进行的碳酸盐分解任务，移到分解炉内进行；燃料大部分从分解炉内加入，少部分由窑头加入，减轻了窑内煅烧带的热负荷，延长了衬料寿命，有利于生产大型化。由于燃料与生料混合均匀，燃料燃烧热及时传递给物料，使燃烧、换热及碳酸盐分解过程得到优化，因而具有优质、高效、低耗等一系列优良性能及特点。

综上所述，预热器和分解炉是新型干法水泥生产的关键设备，是回转窑水泥厂煅烧系统的重要组成部分，是提高水泥产品质量、降低热耗的主要设备。因此，在重油为燃料的情况下，需要解决水泥生产的核心设备——预热器和分解炉的结构设计问题。

下面详细说明所述预分解系统。

1、预分解系统的工作原理

本预分解系统由单系列窑尾预热器和在线管道分解炉构成，进入分解炉的燃料和预热的生料被高速气流携带，悬浮于炉内，一面旋流向上运动，一面进行燃烧、分解。燃料的燃烧放热过程与生料的吸热分解过程同时在悬浮状态下极其迅速地进行，生料在入窑前已基本完成了CaCO₃的分解。

生料粉由C2出口至C1进口的连接处喂入，随热气流进入C1旋风筒并分离，预热后的生料通过下料管进入C3出口到C2进口的连接风管，再随热气流进入C2并分离，依此类推。生料由上向下，在与热气流的换热过程中温度逐渐增高，由C5旋风筒经下料管入窑；窑尾烟气与来自三次风管的高温废气经管道在线型分解炉在上升烟道汇合后进入C5旋风筒。气流在与生料的换热过程中由下向上温度逐渐降低，最后由C1出风口排出。

2、预分解系统的结构特点

(1)旋风筒结构以大蜗壳、短柱体为主要特征，旋风筒蜗壳采用等角变高技术，其进气口为斜切角并设置了导流板，使筒壁与内筒之间的环形通道平稳地由宽变窄，更有利于气体的流动，物料更易靠向筒壁分离，而气流被迫向下运动，既减少过早通过内筒短路逸出，又缓解了回流与进风的干扰，因而有利于分离效率的提高，并有效降低了系统的阻力；减少了进口处平段的积料；高的分离效率，有效地减少了预热器内部的物料循环，提高了系统的效率；旋风筒内筒采用了耐热钢制作的悬挂分片式圆形结构，便于维修更换；并设置了导流器，既确保了较高的分离效率，又减少了含尘气流对内筒的冲击腐蚀，延长了内筒的使用寿命。

(2)采用了扩散撒料装置，有效强化了管道内物料的分散和气固间的换热。众所周知，在预热器系统中80％的热交换过程是在每级预热器管道内完成的。因而加强管道内的物料分散是强化气固热交换的重要措施，撒料箱的采用能够均匀地将物料分散到整个管道截面内。采用扩散口方式，还有利于下料管的防堵；优化改进了各级旋风筒下锁风阀的结构型式，使其性能更为优越、使用寿命长、阀板更换方便，有效降低了内外漏风与窜风而影响分离与换热效率，同时避免了旋风筒内因锁风阀内漏风而引起的堵料。

(3)为了减少物料的外循环量，C1筒的分离效率达95％以上。由于高温区旋风筒的分离效率对热效率的影响最大，C5级旋风筒的分离效率每提高1％，热耗可降低4.5kcal/kg.cl。因而，在系统性能先进合理的前提下，C5级旋风筒的分离效率设计的较高；在布置方式上，采用风管和旋风筒之间短距离斜坡连接，减少了管道积料的问题。旋风筒料锥采用斜锥方式，一方面缩小了预热器塔架。另一方面斜锥结构使料流流场形成力学不对称性而容易坍塌，从而有效避免了预热器锥部的堵料。

(4)各级旋风筒锥部均设有捅料孔，能在必要时解决堵料问题。

(5)在易发生堵塞的4、5级旋风筒下部设有膨胀仓，能有效地减少堵料的发生。

(6)各级旋风筒的连接风管布置紧凑，可大大降低窑尾框架的高度和占地面积。

(7)C2-C1风管上部设有点火烟囱，用以排放点火时产生的烟气或掺入冷风。

(8)管道式分解炉：

(8.1)采用特殊切旋入口，使分解炉下部形成一含氧较高的预燃空间，可以提高燃烧初期O2的含量，使燃料在氧含量及三次风温较高的分解炉下部快速着火燃烧；

(8.2)通过入炉物料的分配，可以根据无烟煤的着火特性.调整入预燃室的物料达到控制煤着火和燃烧初期的吸热源，以维持继续燃烧的要求，同时也增加了对煤种的适应性；

(8.3)该分解炉由于采用喷旋结合和延长管路，增加物料在炉内的停留时间，使重油能够在炉内得到充分的燃烧；采用喷旋结合，炉内温度均匀，形成一稳定的燃烧区，不产生偏流、局部过热、结皮和塌料问题；

(8.4)由于内部流场、浓度和温度合理，避免了内部存在死区和积料问题；

(8.5)喷旋结合，增加了炉内的湍流度(7％～9％)，有利于炉内O2分子的扩散和煤的燃烧；

(8.6)分解炉采用带有旋流导向的喷煤嘴，以加强燃料与热空气的充分混合，强化其燃烧过程；

(8.7)分解炉直接安装在窑尾烟室上面，窑气直接进入分解炉，所以不存在上升烟道结皮问题，保证了窑系统的稳定操作；由于炉子底部与窑尾烟室直接相连，开口大，不易发生堵塞，同时从根本上避免了离线式分解炉塌料对生产造成的不利影响；

(8.8)分解炉有后燃烧区，在主燃烧区没有完全燃烧的燃料，在后燃烧区可达到完全燃烧，避免了由于燃料的后燃烧而引起的预热器堵塞；

(8.9)排出的NOX低，对环境污染少；

(8.10)分解炉的流体阻力较小，减小了系统的动力消耗；

(8.11)高效低阻的预热器与适应性较高的分解炉一起构成的新型预分解系统，确保入窑物料的分解率达到95％以上。

以上对本申请所提供的一种燃重油新型干法水泥生产的预分解系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (7)

1.一种燃重油新型干法水泥生产的预分解系统，包含预热器和分解炉，其特征在于：

所述预热器由上下排列的C1至C5五级旋风筒组成，最上一级旋风筒为双筒，各旋风筒之间用管道连接，每个旋风筒和相连接管道形成一级预热器；旋风筒的卸料口用料管与下一级气体管道连接；

生料先喂入第一级旋风筒入口的上升管道内，一级旋风筒将气体和生料分离，收下的生料经卸料管进入二级旋风筒的上升管道内进行第二轮加热，再经二级旋风筒分离，依此经过四级或五级旋风预热器进入回转窑内或分解炉内；

所述分解炉设在预热器和回转窑之间，将原来在回转窑内进行的碳酸盐分解任务，移到分解炉内进行；进入分解炉的燃料和预热的生料被高速气流携带，悬浮于炉内，一面旋流向上运动，一面进行燃烧、分解；燃料的燃烧放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热分解过程，在分解炉内以悬浮态或流化态下迅速进行，使入窑生料的分解率提高到90％以上；

其中，所述分解炉采用切旋入口，以提高分解炉下部形成的预燃空间的含氧量；所述分解炉采用喷旋结合和延长管路，以使炉内温度均匀，形成一稳定的燃烧区，并增加物料在炉内的停留时间；所述分解炉采用带有旋流导向的喷煤嘴，以加强燃料与热空气的充分混合，强化燃料的燃烧过程；所述分解炉直接安装在窑尾烟室上面，窑气直接进入分解炉；所述分解炉有后燃烧区，在主燃烧区没有完全燃烧的燃料，在后燃烧区完全燃烧。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

生料粉由C2出口至C1进口的连接处喂入，随热气流进入C1旋风筒并分离，预热后的生料通过下料管进入C3出口到C2进口的连接风管，再随热气流进入C2并分离，依此类推，生料由上向下，在与热气流的换热过程中温度逐渐增高，由C5旋风筒经下料管入回转窑或分解炉；

窑尾烟气与来自三次风管的高温废气经管道在分解炉在上升烟道汇合后进入C5旋风筒；气流在与生料的换热过程中由下向上温度逐渐降低，最后由C1出风口排出。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

旋风筒结构以大蜗壳、短柱体为主要特征，旋风筒蜗壳采用等角变高技术，其进气口为斜切角并设置了导流板，使筒壁与内筒之间的环形通道平稳地由宽变窄；

旋风筒内筒采用了耐热钢制作的悬挂分片式圆形结构。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

扩散撒料装置，采用扩散口方式，均匀地将物料分散到每级预热器管道的整个管道截面内，有效强化了管道内物料的分散和气固间的换热。

5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：

C1筒的分离效率达95％以上；

采用风管和旋风筒之间短距离斜坡连接；

旋风筒料锥采用斜锥结构；

各级旋风筒锥部均设有捅料孔。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

在易发生堵塞的C4和C5级旋风筒下部设有膨胀仓。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述预热器为单系列窑尾预热器；

所述分解炉为在线管道分解炉。