CN106766865B - 闪速煅烧系统 - Google Patents

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Abstract

本发明闪速煅烧系统包括第一炉段和第二炉段、位于每个炉段顶部的燃料入口管、烟气出口管和炉膛连通管，每个炉段具有连通其内第一炉膛和第二炉膛的底部互连通道，炉膛连通管设置成通过四通阀与燃料入口管和烟气出口管连通，同一炉段内第一炉膛与燃料入口管连通时第二炉膛与烟气出口管连通、反之亦然，且不同炉段的四通阀设置成第一炉段的第一炉膛与燃料入口管连通时第二炉段的第一炉膛与烟气出口管连通，每个炉膛内都设有螺旋反应管，第一炉段螺旋反应管排料口与第二炉段中螺旋反应管注料口相连，每个炉膛内都设有顶部蓄热体和底部蓄热体，第二炉段的第一炉膛和第二炉膛的底部都设有一次气固分离器，它们都连接至第二炉段外设置的二次气固分离器。

Description

闪速煅烧系统
技术领域：
本发明涉及一种矿物煅烧设备，特别涉及一种闪速煅烧系统。
背景技术：
康纳·J·霍利等人提供了一种用于矿物煅烧的系统和方法，其专利公开号为CN101466461A。该系统包括：垂直设置的反应器段、用于接收颗粒原料的注入器单元、与反应器段的壁热链接的反应器热交换单元、一个或多个形成于反应器段中的入口以用于将过热气体引入反应器段以建立气-固多相系统环境、以及一个或多个形成于蒸馏段的出口以使气体产物在由入口至出口的过热气流作用下至少部分从反应器段中排出。
该专利技术中存在排烟温度高、热效率低的问题，难以进行工业化应用。具体是：该专利技术中炉膛内高温烟气与螺旋管内受热物料的换热过程包括高温烟气与螺旋管外壁的传热、螺旋管的导热及螺旋管内壁与气固混合物的传热三部分，传热速率较低，在炉膛内无其他载体吸收高温烟气热量的条件下，炉膛排烟温度极高，造成能源的极大浪费，或必须在炉膛外部采用余热回收装置进行热量回收。
发明内容：
为克服上述问题，本发明提供一种具有蓄热功能从而降低能耗的闪速煅烧系统将是有利的。
为此，本发明提供一种闪速煅烧系统，其包括：其内肩并肩设置有第一炉膛和第二炉膛的第一炉段和第二炉段、位于每个炉段顶部的燃料入口管、烟气出口管和炉膛连通管，每个炉段具有用于连通第一炉膛和第二炉膛的底部互连通道，炉膛连通管设置成通过四通阀与燃料入口管和烟气出口管连通，从而使得同一炉段内第一炉膛与燃料入口管相连通时第二炉膛与烟气出口管相连通、第二炉膛与燃料入口管相连通时第一炉膛与烟气出口管相连通，并且不同炉段的四通阀设置成当第一炉段的第一炉膛与燃料入口管相连通时第二炉段的第一炉膛与烟气出口管相连通，每个炉膛内都设置有具有注料口和排料口的螺旋反应管，第一炉段的螺旋反应管的排料口与第二炉段中对应的螺旋反应管的注料口相连，在每个炉膛内都设置有顶部蓄热体和底部蓄热体，在第二炉段的第一炉膛和第二炉膛的底部都设置有一次气固分离器，在第二炉段外设置有二次气固分离器，这些一次气固分离器都连接至二次气固分离器。
在本发明中，由于设置了两个炉段共四个炉膛，在每个炉膛内都设置有顶部蓄热体和底部蓄热体，第一炉膛通入燃料时烟气走第二炉膛，并且第一炉段和第二炉段的两个第一炉膛一个进燃料则另一个走烟气，而两个第二炉膛的状态也是刚好相反，从而使得燃料燃烧后向外排放的过程中其热量能够被走烟气的炉膛所吸收储备，待该炉膛切换为燃烧状态时，用于预热燃气及助燃空气，炉膛出口烟气温度可由不采用蓄热体时的800-900℃降低至200℃以下，有效提高了热利用率。
优选地，上述顶部蓄热体和上述底部蓄热体都为陶瓷小球蓄热体。
优选地，上述第一炉段的上述第一炉膛和上述第二炉膛设置成通过上述四通阀在与上述燃料入口管相连通的燃烧状态和与上述烟气出口管相连通的蓄热状态之间定时切换，上述第二炉段的上述第一炉膛和上述第二炉膛设置成通过上述四通阀在与上述烟气出口管相连通的蓄热状态和与上述燃料入口管相连通的燃烧状态之间定时切换。
进一步优选地，上述定时切换的切换时间为3分钟。
优选地，上述每个炉膛内沿圆周均布有四组螺旋反应管，并且优选螺旋反应管的外壁上设置有翅片。
优选地，位于上述第一炉段顶部的上述燃料入口管设置成用于向上述第一炉段输送燃料，该燃料为占总量70%的高炉煤气并与占总量45%的助燃空气预混成混合气后一起被输送，该混合气的温度约为700℃、空气系数为0.7，占总量25%的助燃空气经由上述第一炉段的中下部通入该第一炉段内以进一步助燃，从而保证整个上述第一炉段内燃料与助燃空气均为系统总负荷的70%，第一炉段的空气系数为1.1；位于上述第二炉段顶部的上述燃料入口管设置成用于向上述第二炉段输送燃料，该燃料为占总量30%的高炉煤气并与占总量20%的助燃空气预混成混合气后一起被输送，混合气温度约为700℃、空气系数为0.7，占总量10%的助燃空气经由上述第二炉段的中下部通入该第二炉段内以进一步助燃，从而保证整个上述第二炉段内的燃料与助燃空气为系统总负荷的30%，第二炉段的空气系数为1.1。
进一步优选地，上述占总量25%的助燃空气经由热源预热后通入上述第一炉段内，上述热源来自于经过二次气固分离器后的气体的余热；在上述第二炉段的上述底部蓄热体的下方设置有螺旋反应管外壁热交换器以使得上述占总量10%的助燃空气与上述螺旋反应管的外壁进行热交换而升温。
优选地，经由上述第一炉段的螺旋反应管的注料口向该螺旋反应管内注入煅烧原料，该煅烧原料为50~150μm的金属碳酸盐和金属氢氧化物的固体粉末并通过输送介质输送。
进一步优选地，上述金属碳酸盐粉末为石灰石粉或白云石粉，上述金属氢氧化物为电石渣或氢氧化镁，上述输送介质为空气或过热蒸汽。
又优选地，上述第一炉段的螺旋反应管的排料口与上述第二炉段中对应的螺旋反应管的注料口之间通过管道相连，在该管道上设置有文丘里喷射装置用来补充作为输送介质的空气或过热蒸汽，以降低第二炉段螺旋反应管内气固混合物中的CO2分压。
通过参考下面所描述的实施例，本发明的上述这些方面和其他方面将会得到更清晰地阐述。
附图说明：
发明的结构以及进一步的目的和优点将通过下面结合附图的描述得到更好地理解，其中，相同的参考标记标识相同的元件：
图1是根据本发明的一个具体实施方式的闪速煅烧系统的结构示意图；
图2是图1中A部分的放大视图，其中清楚地示出了装设于图1中管道上的文丘里喷射装置。
具体实施方式：
下面将结合附图描述本发明的具体实施方式。
如图1所示，根据本发明的具体实施方式的闪速煅烧系统采用的是蓄热式双膛双段结构，其包括第一炉段10和第二炉段30，在这两个炉段内都肩并肩设置有第一炉膛21和第二炉膛23。每个炉段的顶部设置有燃料入口管20、烟气出口管22和炉膛连通管24。每个炉段具有用于连通第一炉膛21和第二炉膛23的底部互连通道26。炉膛连通管24一端与第一炉膛21连接另一端与第二炉膛23连接，并设置成通过四通阀28与燃料入口管20和烟气出口管22连通，从而使得同一炉段内第一炉膛21与燃料入口管20相连通时第二炉膛23与烟气出口管22相连通、第二炉膛23与燃料入口管20相连通时第一炉膛21与烟气出口管22相连通，并且，不同炉段的四通阀28设置成当第一炉段10的第一炉膛21与燃料入口管20相连通时，第二炉段30的第一炉膛21与烟气出口管22相连通。在每个炉膛内都设置有顶部蓄热体25和底部蓄热体27，这些蓄热体在本实施方式中为陶瓷小球蓄热体。
在本实施方式中，通过第一炉段10顶部的四通阀28，第一炉段10的第一炉膛21和第二炉膛23都设置成在燃烧状态（即与燃料入口管20相连通时）和蓄热状态（即与烟气出口管22相连通时）之间定时切换，切换时间例如可以是3分钟，换句话说，当四通阀28处于I位时，燃料从第一炉膛21进入，而烟气从第二炉膛23排出；当四通阀28处于II位时，燃料从第二炉膛23进入，而烟气从第一炉膛21排出。
通过第二炉段30顶部的四通阀28，第二炉段30的第一炉膛21和第二炉膛23设置成在蓄热状态（即与烟气出口管22相连通时）和燃烧状态（即与燃料入口管20相连通时）之间定时切换，切换时间与第一炉段10的切换时间相同。但是，第二炉段30的两个炉膛与第一炉段10的两个炉膛是错时切换，也就是说，在第二炉段30内，当四通阀28处于I位时，燃料从第二炉膛23进入，而烟气从第一炉膛21排出；当四通阀28处于II位时，燃料从第一炉膛21进入，而烟气从第二炉膛23排出，即第二炉段30的第一炉膛21和第一炉段10的第一炉膛21并非同时处于燃烧状态或蓄热状态，而是一个处于燃烧状态一个处于蓄热状态，同理，两个炉段的第二炉膛也是这样。
每个炉膛即第一炉膛21和第二炉膛23内都设置有四组螺旋反应管29，它们在炉膛内沿圆周均布，这样在每个炉段即第一炉段10和第二炉段30都设置有八组螺旋反应管29，并且一一对应，充分利用了换热面积。为增加传热效率，在螺旋反应管29的外壁上可以设置有翅片（图未示），和/或在螺旋反应管29与每个炉膛的炉壁之间的空间内设置折流板结构（图未示）。每组螺旋反应管29都具有注料口291和排料口293。第一炉段10的螺旋反应管29的排料口293与第二炉段30中对应的螺旋反应管29的注料口291相连。
在第二炉段30的底部蓄热体27的下方设置有螺旋反应管外壁热交换器90，这样，从第二炉段30的中下部通入的一部分空气（可以是冷却空气）可以与螺旋反应管外壁热交换器90进行换热，从而使该部分空气的温度得到提升，同时在一定程度上能够对第二炉段30已完成煅烧的螺旋反应管29以及螺旋反应管内的原料进行冷却。
在第二炉段30的第一炉膛21和第二炉膛23的底部都设置有一次气固分离器50，该一次气固分离器50用于对螺旋反应管29内的介质（煅烧后的成品粉料、输送原料用的过热蒸汽、以及煅烧过程中原料分解所产生的CO2）进行一次分离。在第二炉段30外设置有二次气固分离器70，这些一次气固分离器50都连接至二次气固分离器70，一次分离后的混合气体（蒸汽、分解产生的CO2及未分离完全的成品粉料）再次进入二次气固分离器70进行分离。其中，上述一次气固分离器50和二次气固分离器70都可以是旋风气固分离器。
如图1所示，第一炉段10和第二炉段30通过烟气出口管22排出的烟气汇总后，进一步引至石灰石粉仓（图未示），利用烟气余热对原料石灰石粉进行预热。尽管在本实施方式中煅烧的是石灰石粉，但也可以是例如白云石粉的其他金属碳酸盐粉末，当然也可以是例如电石渣或氢氧化镁的金属氢氧化物。
作为原料的50~150μm的石灰石粉，通过作为输送介质的过热蒸汽的输送经由第一炉段10内的螺旋反应管29的注料口291进入该螺旋反应管29中。经过第一炉段10的螺旋反应管29之后，大部分的石灰石完成分解，并通过上部连接第一炉段10内的螺旋反应管29的排料口293的管道40引出第一炉段10外，然后通过管道40上设置的文丘里喷射装置41（见图2）补入一部分过热蒸汽后（见图2左边的向右箭头），再通过下面连接第二炉段30内的相应螺旋反应管29的注料口291的管道40进入第二炉段3的该螺旋反应管29内。从第二炉段30的螺旋反应管29出来的石灰石粉完成煅烧，其混合物（煅烧完成的石灰粉料、蒸汽及分解产生的CO2）依次进入一次气固分离器50及二次气固分离器70。
需要说明的是，第一炉段10和第二炉段30的过热蒸汽的热量均产自于系统余热。经二次气固分离后的气体（蒸汽及CO2）仍有较高的温度及含有较大的热量，足以满足输送用过热蒸汽的温度、压力及流量要求。
如图1所示，位于第一炉段10顶部的燃料入口管20设置成用于向第一炉段10输送燃料，该燃料为占总量70%的高炉煤气并与占总量45%的助燃空气预混成混合气后一起被输送，该混合气温度约为700℃、空气系数为0.7。该混合气首先进入第一炉段10的炉膛顶部的陶瓷小球蓄热体内，然后在炉膛内进行燃烧。占总量25%的助燃空气经过预热(热源来自于经过二次气固分离后气体的余热）后经由第一炉段10的中下部通入该第一炉段10内，随炉内气流运动，并与炉内燃料中剩余的可燃气体接触后继续燃烧，即进一步助燃，从而保证整个第一炉段10内的燃料和助燃空气均为系统总负荷的70%，即第一炉段10内的燃料和助燃空气占闪速煅烧系统中各自总量的70%，第一炉段10内的混合气系数为1.1。
位于第二炉段30顶部的燃料入口管20设置成用于向第二炉段30输送燃料，该燃料为占总量30%即剩余30%的高炉煤气并与占总量20%的助燃空气预混成混合气后一起被输送，该混合气的温度约为700℃、空气系数为0.7。该混合气首先进入第二炉段30的炉膛顶部的陶瓷小球蓄热体内，然后在炉膛内进行燃烧。占总量10%的助燃空气经由第二炉段30的中下部通入该第二炉段30内，并通过第二炉段30底部的螺旋反应管外壁热交换器90换热后，温度得到提升，并随炉内气流运动与第二炉段30内剩余的燃料中的可燃气体接触后继续燃烧，即进一步助燃，从而保证整个第二炉段30内的燃料和助燃空气均为系统总负荷的30%，即第二炉段30内的燃料和助燃空气占闪速煅烧系统中各自总量的30%，第二炉段30内的空气系数也为1.1。
再如图1所示，经过二次气固分离后温度约为790℃的高温气体首先进入烟气锅炉60加热软水产生约300℃的过热蒸汽用于物料输送；然后进入空气换热器80与上述占总量25%的助燃空气进行换热，将这部分助燃空气预热至约200℃再通入炉膛进行助燃。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构作各种变化和改进，包括这里单独披露的或要求保护的技术特征的组合，以及明显地包括这些特征的其它组合。这些变形和/或组合均落入本发明所涉及的技术领域内，并落入本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种闪速煅烧系统，其特征在于包括：其内都肩并肩设置有第一炉膛和第二炉膛的第一炉段和第二炉段、位于每个炉段顶部的燃料入口管、烟气出口管和炉膛连通管，每个炉段具有用于连通第一炉膛和第二炉膛的底部互连通道，炉膛连通管设置成通过四通阀与燃料入口管和烟气出口管连通，从而使得同一炉段内第一炉膛与燃料入口管相连通时第二炉膛与烟气出口管相连通、第二炉膛与燃料入口管相连通时第一炉膛与烟气出口管相连通，并且不同炉段的四通阀设置成当第一炉段的第一炉膛与燃料入口管相连通时第二炉段的第一炉膛与烟气出口管相连通，每个炉膛内都设置有具有注料口和排料口的螺旋反应管，第一炉段的螺旋反应管的排料口与第二炉段中对应的螺旋反应管的注料口相连，在每个炉膛内都设置有顶部蓄热体和底部蓄热体，在第二炉段的第一炉膛和第二炉膛的底部都设置有一次气固分离器，在第二炉段外设置有二次气固分离器，这些一次气固分离器都连接至二次气固分离器。
2.根据权利要求1所述的闪速煅烧系统，其特征在于，所述顶部蓄热体和所述底部蓄热体都为陶瓷小球蓄热体。
3.根据权利要求1或2所述的闪速煅烧系统，其特征在于，所述第一炉段的所述第一炉膛和所述第二炉膛设置成通过所述四通阀在与所述燃料入口管相连通的燃烧状态和与所述烟气出口管相连通的蓄热状态之间定时切换，所述第二炉段的所述第一炉膛和所述第二炉膛设置成通过所述四通阀在与所述烟气出口管相连通的蓄热状态和与所述燃料入口管相连通的燃烧状态之间定时切换。
4.根据权利要求3所述的闪速煅烧系统，其特征在于，所述定时切换的切换时间为3分钟。
5.根据权利要求1所述的闪速煅烧系统，其特征在于，所述每个炉膛内沿圆周均布有四组螺旋反应管，所述螺旋反应管的外壁上设置有翅片。
6.根据权利要求1所述的闪速煅烧系统，其特征在于，位于所述第一炉段顶部的所述燃料入口管设置成用于向所述第一炉段输送燃料，该燃料为占总量70%的高炉煤气并与占总量45%的助燃空气预混成混合气后一起被输送，该混合气温度为700℃、空气系数为0.7，占总量25%的助燃空气经由所述第一炉段的中下部通入该第一炉段内以进一步助燃，从而使得整个所述第一炉段内空气系数为1.1；位于所述第二炉段顶部的所述燃料入口管设置成用于向所述第二炉段输送燃料，该燃料为占总量30%的高炉煤气并与占总量20%的助燃空气预混成混合气后一起被输送，该混合气温度为700℃、空气系数为0.7，占总量10%的助燃空气经由所述第二炉段的中下部通入该第二炉段内以进一步助燃，从而使得整个所述第二炉段内的空气系数为1.1。
7.根据权利要求6所述的闪速煅烧系统，其特征在于，所述占总量25%的助燃空气经由热源预热后通入所述第一炉段内，所述热源来自于经过二次气固分离器后的气体的余热；在所述第二炉段的所述底部蓄热体的下方设置有螺旋反应管外壁热交换器以使得所述占总量10%的助燃空气与所述螺旋反应管的外壁进行热交换而升温。
8.根据权利要求1所述的闪速煅烧系统，其特征在于，经由所述第一炉段的所述螺旋反应管的所述注料口向该螺旋反应管内注入煅烧原料，该煅烧原料为50~150μm的金属碳酸盐和金属氢氧化物的固体粉末并通过输送介质输送。
9.根据权利要求8所述的闪速煅烧系统，其特征在于，所述金属碳酸盐粉末为石灰石粉或白云石粉，所述金属氢氧化物为电石渣或氢氧化镁，所述输送介质为空气或过热蒸汽。
10.根据权利要求1或8或9所述的闪速煅烧系统，所述第一炉段的螺旋反应管的排料口与所述第二炉段中对应的螺旋反应管的注料口之间通过管道相连，在该管道上设置有文丘里喷射装置用来补充作为输送介质的空气或过热蒸汽。
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