CN103471411B - 水泥回转窑外壁余热回收装置 - Google Patents

水泥回转窑外壁余热回收装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水泥回转窑外壁余热回收装置，涉及水泥生产中能源节约领域，提供一种能够利用水泥回转窑外壁余热加热水的水泥回转窑外壁余热回收装置。水泥回转窑外壁余热回收装置包括水泥回转窑、集热器、进水管和出水管，集热器设置于水泥回转窑外部，集热器与水泥回转窑间有距离，外部进水管和出水管分别与集热器两端连接。本发明可加装到水泥回转窑外壁外部，将水泥回转窑外壁余热利用于加热水。

Description

水泥回转窑外壁余热回收装置
技术领域
本发明涉及水泥生产中能源节约领域,尤其涉及水泥回转窑外壁余热回收装置。
背景技术
近年来我国经济高速发展，但是，这是以高能耗为代价的，这是不可持续的发展模式。水泥工业是能耗大户(约占7.65％)，且其热效仅有30～50％，存在巨大能源浪费，其中通过回转窑表面所损失的能量约占总耗能的11.96％。回转窑筒体散热使得其表面温度高达200～400℃，工厂采用大型风扇给窑体降温，既造成高温污染又浪费了能源。所以将回转窑炉外壁的余热回收并利用具有重要意义.
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种能够利用水泥回转窑外壁余热加热水的水泥回转窑外壁余热回收装置。
为解决上述问题采用的技术方案是：水泥回转窑外壁余热回收装置包括水泥回转窑、集热器、进水管和出水管，集热器设置于水泥回转窑外部，集热器与水泥回转窑间有距离，外部进水管和出水管分别与集热器两端连接。
进一步的是：水泥回转窑外壁余热回收装置包括外壳和保温层，外壳包覆水泥回转窑，保温层与外壳内壁连接，集热器设置于保温层与水泥回转窑之间。
进一步的是：集热器包括若干集热管，集热管形状为波浪形曲管，集热管沿水泥回转窑轴向设置。
进一步的是：水泥回转窑外壁余热回收装置包括滑轨和两件具有升降装置和滑轮的支架，滑轮能够沿滑轨移动。外壳包括两件外壳半体，外壳半体与支架连接。
进一步的是：集热管外壁涂有高发射率金属氧化物涂层，集热管内壁涂有防粘涂层。
进一步的是：水泥回转窑外壁余热回收装置包括水箱、水泵、循环水管、阀门、温控装置和出水喷头，出水管和出水喷头分别与水箱连接，循环水管两端分别与集热器和水箱连接，循环水管和连接出水喷头与水箱的水管上均设置有水泵，温控装置根据水箱内水温控制循环水管上水泵的运转与否，进水管、出水管和循环水管上均设置有阀门。
本发明的有益效果是：冷水通过进水管进入集热器，水泥回转窑外壁余热加热冷水，冷水变热可以应用到人们生活中；同时冷水吸热，可以起到冷却水泥回转窑外壁作用，可以省去帮助水泥回转窑外壁散热的风扇；本发明的应用可以既省去冷水加热和水泥回转窑外壁散热风扇驱动的能源，有明显的节能环保作用。
附图说明
图1是水泥回转窑外壁余热回收装置结构示意图；
图2是包括热水利用装置的水泥回转窑外壁余热回收装置结构示意图；
图中标记为：出水管1、集热器2、水泥回转窑3、集热管4、外壳半体5、密封条6、升降装置7、进水管8、阀门9、保温层10、外壳11、支架12、滑轮13、滑轨14、循环水管15、水泵16、水箱17、水泵18、出水喷头19、浴室20。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
水泥回转窑外壁余热回收装置包括水泥回转窑3、集热器2、进水管8和出水管1，集热器2设置于水泥回转窑3外部，集热器2与水泥回转窑3间有距离，外部进水管8和出水管1分别与集热器2两端连接。水泥回转窑3的外壁旋转，集热器2静止，因此，集热器2与水泥回转窑3间应该有距离。冷水通过进水管进入集热器2，水泥回转窑3外壁余热加热冷水，冷水变热可以应用到人们生活中；同时冷水吸热，可以起到冷却水泥回转窑3外壁作用，可以省去帮助水泥回转窑3外壁散热的风扇；本发明的应用可以既省去冷水加热和水泥回转窑3外壁散热风扇驱动的能源，有明显的节能环保作用。
根据水泥回转窑3各个部分的长度、结构特点，以及回转外壁温度分布可将水泥回转窑3分为四个部分，通过对水泥回转窑炉3外壁现场测温，得到某企业水泥回转窑3筒壁外壁实际温度分布。根据实测结果(各测5个温度点)，为便于计算，对各段温度进行量化，可分别得到低温段(冷却带)约180℃，长度约9.5m；中低温段(预热带)约270℃，长度9m；中温段(过渡带)约320℃，长度约20.5m；高温段(烧成带)约400℃，长度约20m。其中高温段为有效散热等间距并排了6个功率为10kW的电风扇，低中温段则没有安排散热装置。对于高温段，其平均温度为400℃，这一部分的热量具有很大回收利用意义，因此本发明专利围绕高温段采取余热回收措施，也就是集热器2位置与高温段位制对应。
为了使水泥回转窑3外壁热量更多的传递给水，水泥回转窑外壁余热回收装置包括外壳11和保温层10，外壳11包覆水泥回转窑3，保温层10与外壳11内壁连接，集热器2设置于保温层10与水泥回转窑3之间。外壳11和保温层10防止水泥回转窑3外壁热量散失到空气中，使热量基本由通过集热器2的水吸收。保温层10材料为玻璃棉毡，厚度为10cm，玻璃棉毡导热系数为0.043W/(m·K)。外壳11采用不锈钢板，可防止风雨日照对保温层的损坏。集热器2和通过与外壳11连接的方式固定。
集热器2具体设置方式推荐如下：集热器2包括若干集热管4，集热管4形状为波浪形，集热管4沿水泥回转窑3轴向设置。集热器2横截面可以同太阳能热水器的集热管，波浪形的集热管4相对直线形的集热管4能够大幅增加内部水的行程，从而增加水的吸热量。除了波浪形，其他曲线形状的集热管4也可以增加内部水的行程，同样适用。
外壳11需要相对水泥回转窑3固定，其固定方式有多种，本发明推荐方式如图1所示：水泥回转窑外壁余热回收装置包括滑轨14和两件具有升降装置7和滑轮13的支架12，滑轮13能够沿滑轨14移动。外壳11包括两件外壳半体5，外壳半体5与支架12连接。设置好滑轨14，在离水泥回转窑3较远的地方将外壳半体5与保温层10和集热器2装配好并将外壳半体5与支架12连接，然后推移支架12沿滑轨14移动至水泥回转窑3处，将两个外壳半体5拼合，即可完成装配。拆卸则将支架12推离水泥回转窑3即可。水泥回转窑外壁余热回收装置装配和拆卸都很方便。两件外壳半体5之间可以设置密封条6保证密封。升降装置7的作用是升降外壳半体5，使其圆心便于与水泥回转窑3圆心重合。
进一步的，集热管4外壁涂有高发射率金属氧化物涂层，集热管4内壁涂有防粘涂层。高发射率金属氧化物涂层可以提高集热管4的导热性能，防粘涂层能够防止集热管4内部积水垢。
通过集热管4加热后的热水可以应用到人们生活各方面，具体一种热水的利用方式如下：水泥回转窑外壁余热回收装置包括水箱17、水泵16、循环水管15、阀门9、温控装置18和出水喷头19，出水管1和出水喷头19分别与水箱17连接，循环水管15两端分别与集热器2和水箱17连接，循环水管15和连接出水喷头19与水箱17的水管上均设置有水泵16，温控装置18根据水箱17内水温控制循环水管15上水泵16的运转与否，进水管8、出水管1和循环水管15上均设置有阀门9。出水喷头19设置与浴室20内，热水可以用于沐浴。水箱17用于存储热水，并在需要的时候将热水释放到出水喷头19，水箱17采用不锈钢板无缝焊接而成。输送热水的管路(如出水管1)最好选用保温水管，减少热量流失。在水箱17内热水长时间不用温度降低后，循环水管15可将水送回集热管再次加热。
本发明具体经济效益分析如下：
在没有进行余热回收利用时，高温段约为20m的水泥回转窑3外壁面所散发的热量计算：假设该段水泥回转窑3与外界空气的传热形式为辐射传热，其散热量：
φ＝A1σε(Th-Te)
式中，
φ---回转窑散发的热量，w；
A1---回转窑高温段面积，m2；
σ---斯蒂芬-玻尔兹曼常数，其值为5.67×10-8W/(m2·K4)；
ε---回转窑表面发射率；
Th---回转窑平均壁温，k；
Te---环境温度k。
代入数据，回转窑高温段为20m，直径为4m，回转窑表面为氧化的钢板，发射率为0.8，平均壁温为400℃，环境温度为20℃，
按目前的生产方式，由外壁产生的热量因未采取有效回收利用措施而白白浪费掉，尤其是高温段。现将一年内耗散的热量作粗略计算。
一年按350天生产计算，则耗散掉的总热量为:
Q＝φt＝2253529.16×350×24×60×60＝6.81×1013J
也就是说至少要消耗4075.76吨标煤。按市场价换算成总价值就是:
M＝m×500×1.5＝3056820(元)
整个系统最终的集热情况和即热效率、经济效益见表1。
表1 余热回收系统的集热情况

Claims (4)

1.水泥回转窑外壁余热回收装置，包括水泥回转窑(3)，其特征在于：包括集热器(2)、外壳(11)、滑轨(14)和两件具有升降装置(7)和滑轮(13)的支架(12)；
外壳(11)包覆水泥回转窑(3)，外壳(11)包括两件外壳半体(5)，两件外壳半体(5)分别与两件支架(12)连接，外壳半体(5)内壁连接有保温层(10)；
滑轨(14)水平设置于支架(12)下方，滑轮(13)能够沿滑轨(14)滚动使两件外壳半体(5)拼合或分离；
集热器(2)包括若干集热管(4)、两件进水管(8)和两件出水管(1)，集热管(4)形状为波浪形，集热管(4)沿水泥回转窑(3)轴向设置于保温层(10)与回转窑(3)之间；一部分集热管(4)与一件外壳半体(5)连接，另一部分集热管(4)与另一件外壳半体(5)连接；两部分集热管(4)分别与两件进水管(8)和两件出水管(1)连接。
2.根据权利要求1所述的水泥回转窑外壁余热回收装置，其特征在于：两件外壳半体(5)拼合时，两件外壳半体(5)之间设置有密封条(6)。
3.根据权利要求2所述的水泥回转窑外壁余热回收装置，其特征在于：集热管(4)外壁涂有高发射率金属氧化物涂层，集热管(4)内壁涂有防粘涂层。
4.根据权利要求3所述的水泥回转窑外壁余热回收装置，其特征在于：包括水箱(17)、水泵(16)、循环水管(15)、阀门(9)、温控装置(18)和出水喷头(19)，出水管(1)和出水喷头(19)分别与水箱(17)连接，循环水管(15)两端分别与集热器(2)和水箱(17)连接，循环水管(15)和连接出水喷头(19)与水箱(17)的水管上均设置有水泵(16)，温控装置(18)根据水箱(17)内水温控制循环水管(15)上水泵(16)的运转与否，进水管(8)、出水管(1)和循环水管(15)上均设置有阀门(9)。
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