CN104159864B - 水泥制造装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水泥制造装置，其向输送管上方的各旋流器均匀地供给原料而使预热变得均匀来提高换热效率，并且能够进行压力损失较低、能源消耗较少的操作。本发明的水泥制造装置中，在多个上段侧旋流器(13A)与配置于其下方的下段侧旋流器(13B)之间设有使从下段侧旋流器(13B)导出的废气向上方流通并进行分配而引导至各上段侧旋流器(13A)的输送管(21)，在输送管(21)中比向多个上段侧旋流器(13A)的分配部(23)更靠下方的位置设有供给水泥原料的原料供给管(22)，所述原料供给管的数量与向上段侧旋流器(13A)的分配出口(21a)的数量相同，各原料供给管(22)的向输送管(21)的连接口(22a)在与流入到各分配出口(21a)的废气的每一个回旋流的流动对应的位置各配置有一个。
Description
技术领域
本发明涉及一种向预热器供给水泥原料的同时在炉窑中进行烧成而制造水泥熟料的装置。
本申请基于2012年3月14日在日本申请的专利申请2012-57517号主张优选权，并将其内容援用于此。
背景技术
在水泥制造装置中设有用于对水泥原料进行预热的预热器。该预热器中，多个旋流器成为在上下方向上连结的状态，其最下段的旋流器连接于水泥窑的窑尾部。水泥原料通过碾磨机成为粉体之后，从在该预热器的中途位置将最上段的旋流器和其下段的旋流器之间连结的输送管供给至预热器。在预热器内，水泥原料伴随从水泥窑上升的废气的流动引导至最上段的旋流器之后，在各旋流器中依次下降的同时受到废气的热量而被预热，并从最下段的旋流器供给至水泥窑。
当向输送管供给该水泥原料时，由于在其上方设有多个旋流器，因此为了在这些旋流器内进行均匀的预热，需要均匀地供给原料。
作为该供给水泥原料之类的粉体的装置，有专利文献1至专利文献3中记载的装置，分别设法提高分散性。
专利文献1中记载的装置中，在供给水泥原料的粉体的原料供给管(倾斜滑槽)底板的下端部上表面设有以概率曲线状隆起的山形凸部。该凸部形成为下端侧最高且上游侧的高度为零，当所供给的原料接触凸部时，向左右分散而供给至输送管内。
另一方面，在专利文献2中提出有如下粉末材料的分散装置：在原料供给管(投入滑槽)与输送管(导管)的连结部设有分散板，该分散板绕水平轴线角位移，且最大限度能够突出至投入滑槽内径的1/2。并且，专利文献3中记载的装置公开有如下内容：在原料供给管(原料滑槽)与输送管(热气输送管)的接合部，在相对于气体流大致正交的方向上形成有原料滑动面。
在这些专利文献2或3中记载的装置中，通过使原料与向输送管内突出的分散板或原料滑动面碰撞，从而使其在输送管内分散并进行供给。
专利文献1：日本专利公开平6-191615号公报
专利文献2：日本专利公开平9-262452号公报
专利文献3：日本实用新型公告昭62-29919号公报
然而，在这些专利文献中记载的装置中，由于在原料供给管的下端部或输送管的内部配置有分散用凸部或分散板，因此容易成为堵塞等的原因，并且当在输送管内配置分散板时，成为从下方上升的废气流通的阻力，有可能妨碍稳定的操作。
发明内容
本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种向输送管上方的各旋流器均匀地供给原料而使预热变得均匀来提高换热效率，并且能够进行压力损失较低、能源消耗较少的操作的水泥制造装置。
在水泥制造装置的输送管内，来自下段侧旋流器的废气成为回旋流而上升，当设置多个向上段侧旋流器的分配出口时，在输送管内产生与该分配出口的数量相应的废气的流动(回旋流)。因此，如以往，当原料供给管的数量为一个且将该原料供给管的向输送管的连接口设置成与输送管的内壁面处于同一面时，从原料供给管向输送管流出的大部分水泥原料，伴随废气的回旋流中流经原料供给管的连接口附近的回旋流而从输送管上部的分配出口流出。因此，设置于输送管上部的各分配出口中的水泥原料的流出量变得不均匀而产生偏差。此时，各分配出口中的废气的温度差产生大幅偏差，换热效率下降。
并且，如专利文献2，即使在原料供给管的连接口的下方设置分散板，只要不将分散板插入到输送管内的长度设置成充分长，大部分水泥原料就会伴随流经输送管的内壁附近的回旋流，集中向一个分配出口流出。
因此，本发明为以下解决手段。
本发明的水泥制造装置，其中，使水泥窑中产生的废气流通的多个旋流器成为在上下方向上连结的状态，并且，在多个上段侧旋流器与配置于其下方的下段侧旋流器之间设有输送管，所述输送管使从下段侧旋流器导出的所述废气向上方流通并进行分配而引导至各上段侧旋流器，在所述输送管中比向所述多个上段侧旋流器的分配部更靠下方的位置设有供给水泥原料的原料供给管，所述原料供给管的数量与向所述上段侧旋流器的分配出口的数量相同，各原料供给管的向所述输送管的连接口在与流入到各分配出口的废气的每一个回旋流的流动对应的位置各配置有一个。
如此，使向上段侧旋流器的分配出口的数量与原料供给管的数量一致，并且在与输送管内产生的各回旋流的流动对应的位置配置原料供给管的连接口，从而能够使水泥原料向各分配出口均匀地流出而对水泥原料进行均匀的预热，因此能够提高废气与水泥原料的换热效率。并且，无需在输送管设置分散板等，因此能够进行压力损失较低、能源消耗较少的操作。
在本发明的水泥制造装置中，当向所述上段侧旋流器的分配出口的数量设为n时，能够采用如下结构：所述原料供给管的各连接口配置于绕所述输送管的轴线各错开360°/n的位置的结构；或在输送管的一侧面上下分开并以n个规定间隔配置的结构。
并且，在本发明的水泥制造装置中能够设为以下方式。
所述原料供给管设置成相对于所述输送管的轴线以20°～50°的角度倾斜即可。
并且，所述原料供给管的连接口设置成与所述输送管的内壁面处于同一面即可。
在本发明的水泥制造装置中能够设为如下：所述上段侧旋流器设有两台，所述原料供给管分别连接于绕所述输送管隔开180°的位置。
在本发明的水泥制造装置中，当从通过所述上段侧旋流器的各分配出口的中心的水平面至通过所述原料供给管的各连接口的中心的水平面之间的垂直距离设为H且将所述输送管的直径设为D时，其比率H/D设定为1.1～3.0即可。
根据本发明，能够使水泥原料向分配出口均匀地流出，因此能够使该预热变得均匀来提高换热效率。并且，无需在输送管设置分散板等，因此能够进行压力损失较低、能源消耗较少的操作。
附图说明
图1是立体地表示本发明的水泥制造装置的第1实施方式中的输送管内的废气流动的示意图。
图2是表示输送管内的横截面方向上的气体流动的速度矢量的示意图。
图3是表示整个水泥制造装置的概略结构图。
图4是立体地表示本发明的水泥制造装置的第2实施方式中的输送管内的废气流动的示意图。
图5是表示对从包含分配部的平面至原料供给管前端的垂直距离相对于输送管内径的比率H/D与各分配出口的废气温度差之间的关系进行分析的结果的曲线图。
图6是立体地表示本发明的水泥制造装置的另一实施方式中的输送管内的废气流动的示意图，示出具备三个分配出口的输送管的例子。
图7是立体地表示本发明的水泥制造装置的又一实施方式中的输送管内的废气流动的示意图，示出具备四个分配出口的输送管的例子。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明所涉及的水泥制造装置的实施方式进行说明。
如图3的整体所示，第1实施方式的水泥制造装置具备：单独储存作为水泥原料的石灰石、粘土、硅石、铁原料等的原料储存库1、对这些水泥原料进行粉碎、干燥的原料碾磨机及干燥器2、对利用该原料碾磨机得到的粉体状的水泥原料进行预热的预热器3、烧成通过预热器3预热的水泥原料的水泥窑4及用于冷却利用水泥窑4烧成之后的水泥熔渣的冷却器5等。
水泥窑4为在横向上稍微倾斜的圆筒状的旋转炉窑，通过绕轴芯进行旋转来将从预热器3供给至其窑尾部6的水泥原料进给至窑前部7的同时，在该进给过程中，通过窑前部7的燃烧炉8加热烧成至1450℃左右而生成水泥熔渣，并将该水泥熔渣从窑前部7向冷却器5送出。水泥熔渣在冷却器5中冷却至规定温度之后，进给至精加工工序。
并且，水泥窑4中产生的废气在预热器3中从下方向上方经由之后，通过排气管9导入至原料碾磨机及干燥器2中，并且原料碾磨机及干燥器2中导入来自水泥窑4的废气，从而同时进行水泥原料的粉碎和干燥。在该原料碾磨机及干燥器2上连接有具备收尘器10、烟囱11等的废气管路12。
预热器3构筑成使水泥窑4中产生的废气流通的多个旋流器13成为在上下方向上连结的状态，其最下段部分的旋流器13D连接于水泥窑4的窑尾部6。
另外，在图3中，简化示出预热器3的结构，但在本实施方式中，预热器3由上下4段的旋流器13构成。此时，由于在相对于第3段的一个旋流器13B为最上段的第4段以并列状态连接有两台旋流器13A(本发明中所说的上段侧旋流器)，并且第3段旋流器13B并排设置有两台，从而最上段的旋流器13A各设有两台，总计四台。预热器3也可以设为与该结构不同的结构。
而且，在将预热器3的最上段侧的并列的两台旋流器13A与第3段的一个旋流器13B之间连结的输送管21上连接有可供给来自原料碾磨机及干燥器2的原料的原料供给管22。该输送管21从第3段旋流器13B向垂直上方延伸之后，经由分配部23向左右分支，在上段侧的两台旋流器13A上分别连接有分配出口21a。图1中仅示出下段侧的旋流器13B，输送管21的上部示出至分配出口21a，上段侧旋流器13A则省略。
原料供给管22连接于该输送管21的比分配部23更靠下方的位置，并且设置成其数量与向上段侧的旋流器13A的分配出口21a的数量相同。并且，该连接位置在与流入到各分配出口21a的废气的每一个回旋流的流动对应的位置各配置有一个。而且，当将上段侧的旋流器13A的分配出口21a的数量设为n时，原料供给管22的各连接口22a配置于绕输送管21的轴线C1各错开360°/n的位置。
在图1所示的预热器3中，与最上段侧的两台旋流器13A对应地连接有两个原料供给管22。而且，连接于绕输送管21的轴线C1旋转180°的位置，即各原料供给管22的连接口22a彼此面对面的位置。并且，向输送管21内开口的各原料供给管22的连接口22a设置成与输送管21的内壁面处于同一面。另外，连接口22a也可以不严密地与输送管21的内壁面处于同一面，可以稍微突出。并且，分配部23设为输送管21的轴线C1与将向上段侧的两个旋流器13A的分配出口21a中心之间相连的线C2之间的交点部分(参考图1)。另外，在图1中，相对于将分配出口21a中心之间相连的线C2，两个原料供给管22的连接口22a以大致90°的角度设置，但该角度并不限定于此，即使设定为任意角度，也能够通过将各原料供给管22的连接口22a配置于各错开360°/n的位置来向每一个回旋流的流动供给水泥原料。
并且，原料供给管22形成为相对于输送管21的轴线以20°～50°的适当的角度θ倾斜，水泥原料通过该原料供给管2以2按一定量落下的方式被投入。
在如此构成的水泥制造装置中，若从原料储存库1供给水泥原料，则该水泥原料被原料碾磨机及干燥器2粉碎、干燥之后，通过原料供给管22投入到预热器3中，在预热器3内落下的同时供给至下方的水泥窑4中。在该预热器3中，来自水泥窑4的废气在旋流器13内向与水泥原料相反的方向从下方依次向上方流通，水泥原料在通过这些旋流器13内时被来自水泥窑4的废气预热至规定温度(例如900℃)。而且，预热的水泥原料从最下段的旋流器13D供给至水泥窑4的窑尾部6。
对来自原料供给管22的水泥原料的供给进行详细叙述如下：从下段侧(第3段)的旋流器13B上升的废气在连接有该原料供给管22的输送管21中流通，水泥原料伴随该流动引导至上段侧(第4段)的旋流器13A。另一方面，由水泥窑4中的燃烧产生的废气通过各旋流器13而成为回旋流并在预热器3内上升。从原料供给管22供给的水泥原料投入到该回旋流之中。
该回旋流如由图2的横截面方向的速度矢量所示，圆周方向速度矢量在输送管21的内壁面21b附近增大，朝向输送管21的中心部C，圆周方向成分缓慢减小，而垂直朝上的速度矢量增大。
并且，如图1的示意图所示，该回旋流从下段侧的旋流器13B经由输送管21由分配部23分配为两个，被分至上段侧的两台旋流器13A而流通。用涂黑箭头表示流向两台旋流器13A中的一侧的流动，用空心箭头表示流向另一侧的流动，它们在输送管21内以螺旋状扭转的同时上升。而且，在输送管21内上升而到达分配部23，并以从该分配部23分支的状态从分配出口21a向各自的旋流器13A导出。
如此，输送管21内成为两个流动扭转的同时上升的回旋流，因此若水泥原料仅投入到其任一流动中，则会集中供给至上段侧的两台旋流器13A中的一台，只有该一台旋流器13A的负载增大。
本发明的水泥制造装置中，在将从下段侧(第3段)旋流器13B导出的废气进行分配并引导至两台上段侧(第4段)旋流器13A的输送管21的比分配部23更靠下方的位置设有供给水泥原料的原料供给管22，所述原料供给管22的数量与向上段侧旋流器13A的分配出口21a的数量相同，并将各原料供给管22的向输送管21的连接口22a在与流入到各分配出口21a的废气的每一个回旋流的流动对应的位置各配置一个，从而投下的原料伴随该回旋流的流动上升的同时，从分配部23均匀地供给至上段侧的两个旋流器13A。在图1所示的例子中，水泥原料从180°对置配置的各原料供给管22分别供给至两个流动中。而且，分别供给至这些两个流动中的水泥原料伴随该流动供给至各上段侧旋流器13A。
因此，两个旋流器的负载均衡，能够使供给至各旋流器的水泥原料的预热状态变得均匀。若预热器最上段的旋流器出口中的气体温度差为例如100℃以上，则单位热耗量至少增大3kcal/kg-cli以上，但如本发明的装置那样，通过使预热状态变得均匀，能够缩小其温度差来降低单位热耗量。而且，原料供给管22的连接口22a设置成与输送管21的内壁面处于同一面，因此不存在对于从下方上升的回旋流的流动的阻力，能够进行压力损失较低、能源消耗较少的操作。
另外，当设置三台以上的旋流器时，如图6及图7所示，在输送管21内与分配出口21a的数量相应地产生回旋流的流动。此时，通过在与流入到各分配出口21a的废气的每一个回旋流的流动对应的位置各配置一个原料供给管22的向输送管21的连接口22a，可以使投下的原料伴随各回旋流的流动从各分配出口21a均匀地供给至上段侧旋流器。在图6所示的例子中，将水泥原料从配置于各错开120°的位置的各原料供给管22分别供给至三个回旋流的流动中，伴随该流动从各分配出口21a均匀地供给至上段侧旋流器。并且，在图7所示的例子中，将水泥原料从配置于各错开90°的位置的各原料供给管22分别供给至四个回旋流的流动中，伴随该流动从各分配出口21a均匀地供给至上段侧旋流器。
即，通过将原料供给管22与向上段侧旋流器的分配出口21a的数量n相应地配置于各错开360°/n的位置，能够使水泥原料伴随各回旋流的流动向上段侧旋流器均匀地供给。
图4中示出本发明的水泥制造装置的第2实施方式。
如该图4所示的水泥原料装置，可以为如下结构：通过将原料供给管22的各连接口22a在输送管21的一侧面上下分开并以规定间隔配置两个，从而在与废气的两个回旋流的流动对应的位置各配置一个。此时，也能够从各原料供给管22分别向两个流动供给水泥原料。而且，供给至这两个流动中的水泥原料伴随该流动供给至各上段侧旋流器13A。因此，能够使水泥原料均匀地流出至向上段侧的旋流器13A的各分配出口21a，从而能够使该预热变得均匀来提高换热效率。
并且，当将原料向三台以上的旋流器分配供给时，按照向上段侧旋流器的分配出口的数量n将原料供给管22在输送管的一侧面上下分开并以规定间隔配置n个，从而能够在与每一个回旋流的流动对应的位置各配置一个。
实际上究竟将原料供给管的连接口配置于输送管的哪一位置，通过观察分配出口的温度差而改变原料供给管的连接位置，来决定与每一个回旋流的流动对应的连接位置。具体而言，可以举出利用计算机模拟的方法、使用冷轧试验装置的方法和在实际设备中观察分配出口的温度差而改变连接位置的方法。以下，对能够将水泥原料向两个回旋流的流动中投下的原料供给管的连接位置进行模拟的结果进行说明。
如图1所示，模拟的输送管模型构成为具备两个向最上段的旋流器的分配出口21a，且将原料供给管22的连接口22a绕输送管21的轴线错开180°对置配置。并且，构成将从通过上段侧旋流器的各分配出口21a的中心的水平面P1至通过原料供给管22的各连接口22a的中心的水平面P2之间的垂直距离H与输送管的直径D的比率H/D设定为1.07、1.47、1.84、2.22、2.68的5种输送管模型，并对这些输送管进行热流体模拟。而且，计算经由分配部之后的输送管的左右分配出口温度，并求出其温度差。并且，计算从输送管的左右分配出口流出的水泥原料的比例，并求出其比例差。
并且，作为模拟的条件，假想设定熔渣生产量为200ton/h的水泥窑的预热器，向第3段旋流器供给风量为14300Nm3/h、温度为640℃的气体，向原料供给管供给风量为1400Nm3/h、温度为80℃的气体。另外，将原料供给管22的倾斜角度θ设定为35°。将结果示于表1及图5。图5的纵轴为左右分配出口之间的废气温度差。
[表1]
由表1及图5所示的结果可明确如下：分配出口温度差越小，各分配出口中的流出原料的比例差也越小，能够使水泥原料的预热状态变得均匀。另外，在实用的比率H/D的范围(1.1～3.0)内，能够将分配出口温度差设为大致50℃以内。
并且，当在比率H/D设定为1.4～2.7的位置配置原料供给管的各连接口时，能够通过将左右分配出口之间的废气温度差设为20℃以内来将流出原料的比例差抑制为较小，因此优选。
另外，当在比率H/D设定为1.5～2.4的位置配置原料供给管的各连接口时，能够通过将左右分配出口之间的废气温度差设为10℃以内来将流出原料的比例差抑制为较小，因此更优选。
另外，本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内可施加各种变更。
例如，仅对向连接于最上段的旋流器13A的输送管的原料供给进行了说明，但当将原料供给至向在各段设置的多个旋流器的输送管或将最下段的旋流器13D与水泥窑的窑尾部6之间连接的上升管道25(参考图3)时，也能够适用本发明。
并且，作为水泥原料，不仅是从碾磨机进给的生料，而且将经由上部的旋流器之后引导至下部旋流器的预热中的原料供给至输送管时，也能够适用本发明。
并且，在上述实施方式中，设为从各原料供给管22均匀地供给水泥原料并使其伴随各回旋流的流动，但也可以设为在各原料供给管22的上游设置对向各原料供给管22的水泥原料的供给量进行调整的供给量控制器的结构。此时，能够控制供给至各原料供给管22的水泥原料的供给量来进行分配，并且能够对供给至各分配出口21a的水泥原料的温度进行更均匀的预热。
产业上的可利用性
能够利用于向预热器供给水泥原料的同时在炉窑中进行烧成来制造水泥熔渣的水泥制造装置。
符号说明
3-预热器，4-水泥窑，6-窑尾部，13、13A～13D-旋流器，21-输送管，21b-内壁面，22-原料供给管，23-分配部，24-上端，25-上升管道。
Claims (7)
1.一种水泥制造装置，其特征在于，
使水泥窑中产生的废气流通的多个旋流器为在上下方向上连结的状态，并且，在多个上段侧旋流器与配置于其下方的下段侧旋流器之间设有输送管，所述输送管使从下段侧旋流器导出的所述废气向上方流通并进行分配而引导至各上段侧旋流器，在所述输送管中比向所述多个上段侧旋流器的分配部更靠下方的位置设有供给水泥原料的原料供给管，所述原料供给管的数量与向所述上段侧旋流器的分配出口的数量相同，各原料供给管的向所述输送管的连接口在与流入到各分配出口的废气的每一个回旋流的流动对应的位置各配置有一个。
2.根据权利要求1所述的水泥制造装置，其特征在于，
当将向所述上段侧旋流器的分配出口的数量设为n时，所述原料供给管的各连接口配置于绕所述输送管的轴线各错开360°/n的位置。
3.根据权利要求1所述的水泥制造装置，其特征在于，
当将向所述上段侧旋流器的分配出口的数量设为n时，所述原料供给管的各连接口在所述输送管的一侧面上下分开并以n个规定间隔配置。
4.根据权利要求1所述的水泥制造装置，其特征在于，
所述原料供给管设置成相对于所述输送管的轴线以20°～50°的角度倾斜。
5.根据权利要求1所述的水泥制造装置，其特征在于，
所述原料供给管的连接口设置成与所述输送管的内壁面处于同一面。
6.根据权利要求2所述的水泥制造装置，其特征在于，
所述上段侧旋流器设有两台，所述原料供给管分别连接于绕所述输送管隔开180°的位置。
7.根据权利要求2所述的水泥制造装置，其特征在于，
当从通过所述上段侧旋流器的各分配出口的中心的水平面至通过所述原料供给管的各连接口的中心的水平面之间的垂直距离设为H且将所述输送管的直径设为D时，其比率H/D设定为1.1～3.0。
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