CN104764339B - 一种实现空气净化除尘的换热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种实现含尘气流的充分固气换热的循环装置，包括分解反应设备(1)，第一换热设备(2)，第二换热设备(3)，第三换热设备(4)，反应池(5)，气流在多个换热设备之间的流动。本发明的循环装置，提高物料在预分解系统内的停留时间，从而提高物料的分解率和系统反应率，减小系统流体阻力，同时对经分离的气体进行净化，回收重金属，有利于环保。
Description
技术领域
本发明属于固气换热反应领域，涉及一种在水泥生产过程中实现含尘气流的循环分离、循环换热的装置，尤其涉及一种实现含尘气流的充分固气换热的循环装置，属于空气净化除尘领域。
背景技术
随着水泥工业生产工艺的不断发展，新型干法水泥生产技术已经成为水泥熟料锻烧的主流技术，这项技术的显著特点是物料与气体之间的换热和传质在悬浮状态下进行。在新型干法水泥生产技术中，性能理想的悬浮预热器具有使气固两相高度分散、充分换热和高效分离等功能。要提高其分离效率、改进结构和优化尺寸，必须深入地研究其内部湍流流场及固体颗粒的浓度分布规律。作为构成悬浮预热系统总体框架的单体，在充分考虑高效低阻的前提下，优化换热装置的布置格局与联接关系，以实现悬浮预热系统整体的高效运行的优化设计。
自1971年出现的第一台悬浮预分解设备以来，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设备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，水泥熟料的烧成热耗明显下降。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设备，促进预分解系统不断的发展，其性能日趋完善。在达到分解温度前，分解设备将经过悬浮预热后的水泥生料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。
但是，由于分解设备的温度偏高，普遍存在着物料流场和温度场的波动较大，窑尾烟室和管道容易结皮堵塞，物料停留时间短，燃料焦粒燃烧不完全，设备内温度上下倒挂等现象，影响系统均衡稳定的运行。而且分解设备中物料在气流中的分散程度、物料颗粒的大小、分解设备的温度、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。
因此，在其它制约因素不易变动的情况下，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，在分解设备尺寸不变的情况下，使经分解的物料在换热设备进行气固分离后，然后从换热设备的排料口进入循环回到分解设备，就可以使部分未完全反应的物料多次进入分解设备反应，增加系统的固气比和热稳定性，解决上述分解设备存在的问题，保障入窑碳酸盐的表观分解率和系统均衡稳定的运行。同时，经过气固分离的物料在循环过程中，受到上升热气流的充分加热，更利于在分解设备中分解反应的进行。
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实现含尘气流的充分固气换热的循环装置，提高物料在预分解系统内的停留时间，从而提高物料的分解率和系统反应率，减小系统流体阻力，同时对经分离的气体进行净化，回收重金属。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种实现含尘气流的充分固气换热的循环装置，包括分解反应设备(1)，第一换热设备(2)，第二换热设备(3)，第三换热设备(4)，反应池(5)，其特征在于：
分解反应设备(1)包括进料口(1A)、燃料入口(1B)、排气口(1C)、排料口(1D)，经过悬浮预热的水泥生料通过进料口(1A)进入分解反应设备(1)，燃料通过燃料入口(1B)喷入分解反应设备(1)，分解反应设备(1)将经过悬浮预热的水泥生料与燃料混合，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，生成的氧化钙经排料口(1D)进入水泥回转窑中；
第一换热设备(2)包括进气口(2A)，排气口(2B)，排料口(2C)，分解反应设备(1)的排气口(1C)与第一换热设备(2)的进气口(2A)通过第一管道(2E)相联，排料口(2C)与水泥回转窑相联，输送在分解反应设备(1)中产生的含尘气流进入第一换热设备(2)中，含尘气流经过第一换热设备的初步分离，得到的粗粒径颗粒经排料口(2C)进入水泥回转窑中；
第二换热设备(3)包括进气口(3A)，排气口(3B)，排料口(3C)，第一换热设备(2)的排气口(2B)与第二换热设备(3)的进气口(3A)通过第二管道(3E)相联；
第三换热设备(4)包括进气口(4A)，排气口(4B)，排料口(4C)，第一换热设备(2)的排气口(2B)与第三换热设备(4)的进气口(4A)通过第三管道(4E)相联；
经过初步分离的含尘气流通过第一换热设备(2)的排气口(2B)和第二、三换热设备(3、4)的进气口(3A、4A)进入第二、三换热设备(3、4)中，进行进一步的分离，在第二换热设备(3)中分离得到的粉料通入第三管道(4E)中，而且在第三换热设备(4)中分离得到的粉料通入第一管道(2E)中；
第二、三换热设备(3、4)的排气口(3B、4B)与反应池(5)第四管道(5E)相联，经过分离除尘的气体在反应池(5)中进行脱硫、脱碱反应得到净化，净化后的空气排入大气中。
在本发明的技术方案中，分解反应设备(1)包括：热气入口，设置在该设备下部的一侧或两侧；热烟入口，设置在该设备底部。
在本发明的技术方案中，优选的分解反应设备是分解炉，优选的换热设备是旋风换热器。
在本发明的技术方案中，热气是经过加热的空气，以中心进风或侧向进风的方式，以1500-2000米/分的速度从所述热气入口进入设备中。
在本发明的技术方案中，水泥回转窑的热烟以1200-2500米/分的速度从所述热烟入口进入设备中。
在本发明的技术方案中，在反应池(5)中，通入硫酸、盐酸、硝酸或二氧化碳，在水中与分离除尘的气体发生反应，使重金属微粒沉淀为氢氧化物、硫酸盐或碳酸盐，再过滤分离沉淀物和污水，使用碱溶沉淀物以溶出重金属，对污水进行中和或硫化处理。
依据本发明的技术方案，不需要用增大分解反应设备的尺寸，即可以使经分解的物料在换热设备进行气固分离后，然后从换热设备的排料口进入循环回到分解设备，就可以使部分未完全反应的物料多次进入分解设备反应，增加系统的固气比和热稳定性，解决上述分解设备存在的问题，保障入窑碳酸盐的表观分解率和系统均衡稳定的运行。同时，经过气固分离的物料在循环过程中，受到上升热气流的充分加热，更利于在分解设备中分解反应的进行。实验表明：在保持高分解率的情况下，循环率每增加50％，操作温度可降低20℃。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。
依据本发明的技术方案，物料循环量由第一换热设备的分离效率控制，提高了分解反应设备的空间利用率和单位容积热容量，使炉温波动减小，结皮堵塞的概率减小，系统运行更加稳定，提高单位炉容产量。
依据本发明的技术方案，气流在多个换热设备之间的流动可以有效降低SO2、NOx等有害气体的排放，而且通过使用反应池(5)，可以使重金属转化为氢氧化物、硫酸盐或碳酸盐，得到的净化空气可以直接排入大气。
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1的结构示意图，其中虚线代表气流方向，实线代表物流方向。
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。
本发明的实现含尘气流的充分固气换热的循环装置包括分解反应设备(1)，第一换热设备(2)，第二换热设备(3)，第三换热设备(4)，反应池(5)。
分解反应设备(1)包括进料口(1A)、燃料入口(1B)、排气口(1C)、排料口(1D)，经过悬浮预热的水泥生料通过进料口(1A)进入分解反应设备(1)，燃料通过燃料入口(1B)喷入分解反应设备(1)，分解反应设备(1)将经过悬浮预热的水泥生料与燃料混合，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，生成的氧化钙经排料口(1D)进入水泥回转窑(未显示)中。
分解反应设备(1)还包括：热气入口(未显示)，设置在该设备下部的一侧或两侧；热烟入口(未显示)，设置在该设备底部。热气是经过加热的空气，以中心进风或侧向进风的方式，以1500-2000米/分的速度从所述热气入口进入设备中。水泥回转窑的热烟以1200-2500米/分的速度从所述热烟入口进入设备中。热气和热烟具有较高的温度，通过与水泥生料的热交换对其进行加热，有利于促进分解反应的进行。优选的分解反应设备是分解炉。
第一换热设备(2)包括进气口(2A)，排气口(2B)，排料口(2C)，分解反应设备(1)的排气口(1C)与第一换热设备(2)的进气口(2A)通过第一管道(2E)相联，排料口(2C)与水泥回转窑相联，输送在分解反应设备(1)中产生的含尘气流进入第一换热设备(2)中，含尘气流经过第一换热设备的初步分离，得到的粗粒径颗粒经排料口(2C)进入水泥回转窑中。第二换热设备(3)包括进气口(3A)，排气口(3B)，排料口(3C)，第一换热设备(2)的排气口(2B)与第二换热设备(3)的进气口(3A)通过第二管道(3E)相联；第三换热设备(4)包括进气口(4A)，排气口(4B)，排料口(4C)，第一换热设备(2)的排气口(2B)与第三换热设备(4)的进气口(4A)通过第三管道(4E)相联。优选的换热设备是旋风换热器。
经过初步分离的含尘气流通过第一换热设备(2)的排气口(2B)和第二、三换热设备(3、4)的进气口(3A、4A)进入第二、三换热设备(3、4)中，进行进一步的分离，在第二换热设备(3)中分离得到的粉料通入第三管道(4E)中，与第三管道(4E)中的上升热气流相遇，完成换热过程，而且在第三换热设备(4)中分离得到的粉料通入第一管道(2E)中，与第一管道(2E)中的上升热气流相遇，完成换热过程。最终，在换热设备中循环流动的粉料也经排料口(2C)进入水泥回转窑中。
第二、三换热设备(3、4)的排气口(3B、4B)与反应池(5)第四管道(5E)相联，经过分离除尘的气体在反应池(5)中进行脱硫、脱碱反应得到净化，净化后的空气排入大气中。
在反应池(5)中，通入硫酸、盐酸、硝酸或二氧化碳，在水中与分离除尘的气体发生反应，使重金属微粒沉淀为氢氧化物、硫酸盐或碳酸盐，再过滤分离沉淀物和污水，使用碱溶沉淀物以溶出重金属，对污水进行中和或硫化处理。
本发明并不限于以上实施例。在权利要求请求保护的范围内，本发明的分解反应设备、换热设备和反应池可以具有各种组合方式。
Claims (6)
1.一种实现含尘气流的充分固气换热的循环装置，包括分解反应设备(1)，第一换热设备(2)，第二换热设备(3)，第三换热设备(4)，反应池(5)，其特征在于：
分解反应设备(1)包括进料口(1A)、燃料入口(1B)、排气口(1C)、排料口(1D)，经过悬浮预热的水泥生料通过进料口(1A)进入分解反应设备(1)，燃料通过燃料入口(1B)喷入分解反应设备(1)，分解反应设备(1)将经过悬浮预热的水泥生料与燃料混合，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，生成的氧化钙经排料口(1D)进入水泥回转窑中；
第一换热设备(2)包括进气口(2A)，排气口(2B)，排料口(2C)，分解反应设备(1)的排气口(1C)与第一换热设备(2)的进气口(2A)通过第一管道(2E)相联，排料口(2C)与水泥回转窑相联，输送在分解反应设备(1)中产生的含尘气流进入第一换热设备(2)中，含尘气流经过第一换热设备的初步分离，得到的粗粒径颗粒经排料口(2C)进入水泥回转窑中；
第二换热设备(3)包括进气口(3A)，排气口(3B)，排料口(3C)，第一换热设备(2)的排气口(2B)与第二换热设备(3)的进气口(3A)通过第二管道(3E)相联；
第三换热设备(4)包括进气口(4A)，排气口(4B)，排料口(4C)，第一换热设备(2)的排气口(2B)与第三换热设备(4)的进气口(4A)通过第三管道(4E)相联；
经过初步分离的含尘气流通过第一换热设备(2)的排气口(2B)和第二、三换热设备(3、4)的进气口(3A、4A)进入第二、三换热设备(3、4)中，进行进一步的分离，在第二换热设备(3)中分离得到的粉料通入第三管道(4E)中，而且在第三换热设备(4)中分离得到的粉料通入第一管道(2E)中，最终，粉料经排料口(2C)进入水泥回转窑中；
第二、三换热设备(3、4)的排气口(3B、4B)与反应池(5)第四管道(5E)相联，经过分离除尘的气体在反应池(5)中进行脱硫、脱碱反应得到净化，净化后的空气排入大气中。
2.根据权利要求1的实现含尘气流的充分固气换热的循环装置，其特征在于，所述的分解反应设备(1)包括：热气入口，设置在该设备下部的一侧或两侧；热烟入口，设置在该设备底部。
3.根据权利要求2的实现含尘气流的充分固气换热的循环装置，其特征在于，热气是经过加热的空气，以中心进风或侧向进风的方式，以1500-2000米/分的速度从所述热气入口进入设备中。
4.根据权利要求2的实现含尘气流的充分固气换热的循环装置，其特征在于，水泥回转窑的热烟以1200-2500米/分的速度从所述热烟入口进入设备中。
5.根据权利要求1的实现含尘气流的充分固气换热的循环装置，其特征在于，所述分解反应设备是分解炉，所述换热设备是旋风换热器。
6.根据权利要求1-5任一项所述的实现含尘气流的充分固气换热的循环装置，其特征在于，在反应池(5)中，通入硫酸、盐酸、硝酸或二氧化碳，在水中与分离除尘的气体发生反应，使重金属微粒沉淀为氢氧化物、硫酸盐或碳酸盐，再过滤分离沉淀物和污水，使用碱溶沉淀物以溶出重金属，对污水进行中和或硫化处理。
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