CN106839788A - 一种水泥熟料生产线余热综合利用系统 - Google Patents

一种水泥熟料生产线余热综合利用系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水泥熟料生产线余热综合利用系统，包括：回转窑辐射热吸收罩(1)、三次风管取热装置(2)、窑头罩取热装置(3)、篦冷机(4)、篦冷机取热装置(5)、气泡(6)、汽轮机(7)、减速器(8)、鼓风机(9)、耦合器(10)、电机(11)、冷凝器(12)、除氧器(13)、水泵(14)、冷凝塔(15)、冷却水泵(16)。本发明采用在回转窑、篦冷机、三次风管和窑头罩中加装取热装置，实现了高效取热，采用余热拖动鼓风机，将从篦冷机得到的余热最终用于拖动篦冷机运行时所需的鼓风机，减少了能量转换过程，提高余热利用效率，降低了吨熟料能耗，提高了劣质煤利用率和熟料品质。

Description

一种水泥熟料生产线余热综合利用系统
技术领域
本发明水泥生产技术领域，特别涉及一种水泥熟料生产线余热综合利用系统。
背景技术
水泥是人类社会的主要建筑材料，其行业发展与国民经济建设密切相关。水泥生产行业是典型的高能耗行业，从水泥生产工艺上看，回转窑筒体、窑头罩、蓖冷机、三次风管等设备散失的余热尚未有效回收，具有很大的节能潜力。水泥回转窑是生产水泥熟料的主要设备之一，燃料燃烧产生的高温气体用于加热生料，并发生一系列化学反应，最终形成熟料。回转窑筒体的温度较高，传统的水泥行业对其产生的热量没有被有效回收。篦冷机是水泥厂熟料烧成系统中的重要设备，用于对已经烧成的高温水泥熟料进行冷却、输送，同时为回转窑及分解炉等提供热空气，是烧成系统的主要热回收设备。在水泥熟料煅烧工艺中，三次风管将出自篦冷机的高温空气作为助燃气体输送至分解炉内的燃料燃烧区。三次风管内壁在800-1200℃的工作环境中，不仅承受高温腐蚀，还要经受携有大量细颗粒熟料的高速气流冲刷，减少了三次风管的使用寿命。窑头罩是连接篦冷机和回转窑的非标准设备，易产生高温腐蚀和冲刷磨损。富氧燃烧是一种在含氧浓度高(超过21％)的空气进行燃烧的高效节能技术，具有火焰温度和黑度高、燃烧速度快、燃点温度低、烟气量少、污染物低等特点。该技术用于水泥熟料生产，可显著降低吨熟料能耗、提高劣质煤利用率、提高熟料品质，同时可导致篦冷机、二次风管和三次风管烟气温度升高。因此，采用富氧煅烧技术的水泥炉窑，在篦冷机内、二次风管内和三次风管内存在更多可利用余热资源。(201310566022.X)公布了采用在篦冷机低温度外表面包裹循环水包的方法回收水泥熟料余热。(201510618017.8、201510618031.8、201510617368.7、201510618002.1)公布了在篦冷机底部外壳和熟料通道之间布置换热管的余热回收方法。在对于回转窑三次风管改造的专利中，多以通过结构和材料的改造来增加三次风管的内壁抗磨特性及结构稳定性，如(201320256388.2)公布了在三次风管弯管处内壁上设多个抗磨板来增加三次风管的使用寿命；而关于三次风管的余热利用的相关专利发明很少，所查专利中仅(201110425284.5)公布了采用在三次风管上布置蒸汽过热器以对流换热方式回收余热，并用来提高蒸汽温度和压力的方法。
发明内容
本发明的目的是：提供一种水泥熟料生产线余热综合利用系统，具有取热快、热利用率高、经济效益高等特点，能够显著降低吨熟料能耗、提高劣质煤利用率、提高熟料品质。
本发明的技术方案是：一种水泥熟料生产线余热综合利用系统，包括：回转窑辐射热吸收罩、三次风管取热装置、窑头罩取热装置、篦冷机篦冷机取热装置、气泡、汽轮机、减速器、鼓风机、耦合器、电机、冷凝器、除氧器、水泵、冷凝塔、冷却水泵；
所述回转窑辐射热吸收罩设置在回转窑筒体外壁，通过对流换热、辐射散射的方式，获取回转炉内的热量，形成高温水流和水蒸气进入所述汽包；
所述三次风管取热装置安装在三次风管的中段位置，通过对流换热、辐射散射的方式，获取回转窑内的热量，形成高温水流和水蒸气进入所述汽包；
所述窑头罩取热装置安装在窑头罩内顶壁和侧壁，通过对流换热、辐射散射的方式，获取窑头罩内的热量，形成高温水流和水蒸气进入所述汽包；
所述篦冷机用于对已经烧成的高温水泥熟料进行冷却、输送；
所述篦冷机取热装置安装在篦冷机内顶壁和侧壁，通过对流换热、辐射散射的方式，获取篦冷机内的热量，形成高温水流和水蒸气进入所述汽包；
所述气泡中的水经过回转窑辐射热吸收罩、三次风管取热装置、窑头罩取热装置、篦冷机取热装置吸收水泥熟料余热，形成高温水流和水蒸气进入所述汽包。
所述汽轮机在所述汽包传送的高温高压水蒸气的作用下，向所述减速器输送不稳定的轴功，带动所述减速器运转；所述汽轮机将乏汽传送给所述冷凝器；
所述减速器用于将所述汽轮机传送的不稳定的轴功稳定成低速稳定的驱动力，并传送所述鼓风机；
所述鼓风机在所述减速器的匀速带动下为篦冷机鼓风；所述鼓风机可以在所述耦合器的带动下为为篦冷机鼓风；
所述耦合器用于实现所述电机与所述鼓风机的耦合，当所述减速器传给所述鼓风机的驱动力不足时，将所述电机的驱动力传递给所述鼓风机；
所述电机用于在余热利用系统启动阶段和所述汽轮机没有驱动力输出时驱动所述耦合器，从而带动所述鼓风机为篦冷机鼓风；
所述冷凝器用于将所述汽轮机传送的乏汽进行冷凝，在送入所述除氧器进行除氧；
所述除氧器用于出去冷凝水中的氧气；
所述水泵用于将经过除氧的冷凝水增压输送到所述汽包；
所述冷却塔与用于产生冷却水，并在所述冷却水泵的作用下，使冷却水在所述冷凝器中循环；
所述冷却水泵用于将所述冷却塔产生的冷却水输送给所述冷凝器。
更近一步地，所述回转窑辐射热吸收罩成圆筒形，设置在回转窑的外围；圆筒形的所述回转窑辐射热吸收罩内壁上设置有换热管，水从换热管快速流过，带走回转炉的热量。
更近一步地，所述三次风管取热装置安装在三次风管中段位置，所述三次风管取热装置包括换热介质入口、入口处联箱盘、换热管道、固定盘、换热介质出口、出口处联箱、法兰、换热管道隔板；所述换热介质入口用于连接外部余热利用系统，将外部水流接入；所述入口处联箱盘用于使多个所述换热管道成圆形排列；所述换热介质入口设置在所述入口处联箱盘上；所述换热管道用于将所述换热介质入口进入的水流，通过对流换热和辐射散射方式获取回转炉内的热量后，形成高温水流和水蒸气；所述换热管外表涂有热辐射吸收涂层；所述固定盘用于固定所述换热管道；所述换热介质出口将所述换热管道内形成的高温水流和水蒸气排出；所述出口处联箱盘用于使多个所述换热管道成圆形排列；所述换热介质出口设置在所述出口处联箱盘上；所述法兰用于实现与回转窑三次风管的连接；所述换热管道隔板设置于所述换热管道中间位置，用于实现在所述换热管道的稳固与隔离。
更近一步地，所述窑头罩取热装置内置涂有吸热材料的换热管，换热管固定安装在窑头罩顶壁和两个侧壁上，水在换热管内循环，带走窑头罩内的热量。
更近一步地，所述篦冷机取热装置包括：换热管、换热组外壳、固定槽，所述换热管安装在所述换热组外壳内，所述固定槽将装有多个所述换热管的所述换热组外壳固定在篦冷机外壳顶壁和两个侧壁上；所述换热管内壁设置短翅片，外表涂有热辐射吸收涂层，用于增强水的对流换热。
本发明采用在回转窑筒体、篦冷机、三次风管和窑头罩中加装取热装置，实现了更高效的取热，采用余热拖动鼓风机，将从篦冷机得到的余热最终用于拖动篦冷机运行时所需的鼓风机，减少了能量转换过程，提高了余热利用效率，从而达到在不影响原生产的情况下，更高效的利用水泥熟料余热，尤其是在进行了富氧煅烧技术改造的水泥熟料生产线上，水泥熟料降温更快，余热回收效果更好，显著降低了吨熟料能耗，提高了劣质煤利用率和熟料品质。
附图说明
图1为本发明组成示意图；
图2为本发明三次风管取热装置结构示意图；
图3为本发明三次风管取热装置剖面结构示意图；
图4为本发明篦冷机取热装置结构示意图。
1—回转窑辐射热吸收罩、2—三次风管取热装置、3--窑头罩取热装置、4—篦冷机5—篦冷机取热装置、6—气泡、7—汽轮机、8—减速器、9—鼓风机、10—耦合器、11—电机、12—冷凝器、13—除氧器、14—水泵、15—冷凝塔、16—冷却水泵、21--换热介质入口、22--入口处联箱盘、23--换热管道、24--固定盘、25--换热介质出口、26--出口处联箱盘、27--法兰、28--换热管道隔板、51--换热管、52--换热组外壳、53--固定槽、54—水泥熟料
具体实施方式
实施例1：参见图1至图4，一种水泥熟料生产线余热综合利用系统，包括：回转窑辐射热吸收罩1、三次风管取热装置2、窑头罩取热装置3、篦冷机4篦冷机取热装置5、气泡6、汽轮机7、减速器8、鼓风机9、耦合器10、电机11、冷凝器12、除氧器13、水泵14、冷凝塔15、冷却水泵16；
所述回转窑辐射热吸收罩1设置在回转窑筒体外壁，通过对流换热、辐射散射的方式，获取回转炉内的热量，形成高温水流和水蒸气进入所述汽包5；所述回转窑辐射热吸收罩1成圆筒形，设置在回转窑的外围；圆筒形的所述回转窑辐射热吸收罩1内壁上设置有换热管，水从换热管快速流过，带走回转炉的热量；
所述三次风管取热装置2安装在三次风管的中段位置，通过对流换热、辐射散射的方式，获取回转窑内的热量，形成高温水流和水蒸气进入所述汽包5；所述三次风管取热装置2安装在三次风管中段位置，所述三次风管取热装置2包括换热介质入口21、入口处联箱盘22、换热管道23、固定盘24、换热介质出口25、出口处联箱26、法兰27、换热管道隔板28；所述换热介质入口21用于连接外部余热利用系统，将外部水流接入；所述入口处联箱盘22用于使多个所述换热管道23成圆形排列；所述换热介质入口21设置在所述入口处联箱盘22上；所述换热管道23用于将所述换热介质入口21进入的水流，通过对流换热和辐射散射方式获取回转炉内的热量后，形成高温水流和水蒸气；所述换热管23外表涂有热辐射吸收涂层；所述固定盘24用于固定所述换热管道23；所述换热介质出口25将所述换热管道23内形成的高温水流和水蒸气排出；所述出口处联箱盘26用于使多个所述换热管道23成圆形排列；所述换热介质出口25设置在所述出口处联箱盘26上；所述法兰27用于实现与回转窑三次风管的连接；所述换热管道隔板28设置于所述换热管道23中间位置，用于实现在所述换热管道23的稳固与隔离；
所述窑头罩取热装置3安装在窑头罩内顶壁和侧壁，通过对流换热、辐射散射的方式，获取窑头罩内的热量，形成高温水流和水蒸气进入所述汽包5；所述窑头罩取热装置3内置涂有吸热材料的换热管，换热管固定安装在窑头罩顶壁和两个侧壁上，水在换热管内循环，带走窑头罩内的热量；
所述篦冷机4用于对已经烧成的高温水泥熟料进行冷却、输送；
所述篦冷机取热装置5安装在篦冷机内顶壁和侧壁，通过对流换热、辐射散射的方式，获取篦冷机内的热量，形成高温水流和水蒸气进入所述汽包6；所述篦冷机取热装置5包括：换热管51、换热组外壳52、固定槽53，所述换热管51安装在所述换热组外壳52内，所述固定槽53将装有多个所述换热管51的所述换热组外壳52固定在篦冷机外壳顶壁和两个侧壁上；所述换热管51内壁设置短翅片，外表涂有热辐射吸收涂层，用于增强水的对流换热；
所述气泡6中的水经过回转窑辐射热吸收罩1、三次风管取热装置2、窑头罩取热装置3、篦冷机取热装置5吸收水泥熟料余热，形成高温水流和水蒸气进入所述汽包6；
所述汽轮机7在所述汽包6传送的高温高压水蒸气的作用下，向所述减速器8输送不稳定的轴功，带动所述减速器8运转；所述汽轮机7将乏汽传送给所述冷凝器11；
所述减速器8用于将所述汽轮机7传送的不稳定的轴功稳定成低速稳定的驱动力，并传送所述鼓风机9；
所述鼓风机9在所述减速器8的匀速带动下为篦冷机鼓风；所述鼓风机9可以在所述耦合器10的带动下为为篦冷机鼓风；
所述耦合器10用于实现所述电机11与所述鼓风机9的耦合，当所述减速器8传给所述鼓风机9的驱动力不足时，将所述电机11的驱动力传递给所述鼓风机9；
所述电机11用于在余热利用系统启动阶段和所述汽轮机7没有驱动力输出时驱动所述耦合器10，从而带动所述鼓风机9为篦冷机鼓风；
所述冷凝器12用于将所述汽轮机7传送的乏汽进行冷凝，在送入所述除氧器13进行除氧；
所述除氧器13用于出去冷凝水中的氧气；
所述水泵14用于将经过除氧的冷凝水增压输送到所述汽包6；
所述冷却塔15与用于产生冷却水，并在所述冷却水泵12的作用下，使冷却水在所述冷凝器10中循环；
所述冷却水泵16用于将所述冷却塔11产生的冷却水输送给所述冷凝器10。

Claims (5)

1.一种水泥熟料生产线余热综合利用系统，其特征在于，包括：回转窑辐射热吸收罩(1)、三次风管取热装置(2)、窑头罩取热装置(3)、篦冷机(4)篦冷机取热装置(5)、气泡(6)、汽轮机(7)、减速器(8)、鼓风机(9)、耦合器(10)、电机(11)、冷凝器(12)、除氧器(13)、水泵(14)、冷凝塔(15)、冷却水泵(16)；
所述回转窑辐射热吸收罩(1)设置在回转窑筒体外壁，通过对流换热、辐射散射的方式，获取回转炉内的热量，形成高温水流和水蒸气进入所述汽包(5)；
所述三次风管取热装置(2)安装在三次风管的中段位置，通过对流换热、辐射散射的方式，获取回转窑内的热量，形成高温水流和水蒸气进入所述汽包(5)；
所述窑头罩取热装置(3)安装在窑头罩内顶壁和侧壁，通过对流换热、辐射散射的方式，获取窑头罩内的热量，形成高温水流和水蒸气进入所述汽包(5)；
所述篦冷机(4)用于对已经烧成的高温水泥熟料进行冷却、输送；
所述篦冷机取热装置(5)安装在篦冷机内顶壁和侧壁，通过对流换热、辐射散射的方式，获取篦冷机内的热量，形成高温水流和水蒸气进入所述汽包(6)；
所述气泡(6)中的水经过回转窑辐射热吸收罩(1)、三次风管取热装置(2)、窑头罩取热装置(3)、篦冷机取热装置(5)吸收水泥熟料余热，形成高温水流和水蒸气进入所述汽包(6)。
所述汽轮机(7)在所述汽包(6)传送的高温高压水蒸气的作用下，向所述减速器(8)输送不稳定的轴功，带动所述减速器(8)运转；所述汽轮机(7)将乏汽传送给所述冷凝器(11)；
所述减速器(8)用于将所述汽轮机(7)传送的不稳定的轴功稳定成低速稳定的驱动力，并传送所述鼓风机(9)；
所述鼓风机(9)在所述减速器(8)的匀速带动下为篦冷机鼓风；所述鼓风机(9)可以在所述耦合器(10)的带动下为为篦冷机鼓风；
所述耦合器(10)用于实现所述电机(11)与所述鼓风机(9)的耦合，当所述减速器(8)传给所述鼓风机(9)的驱动力不足时，将所述电机(11)的驱动力传递给所述鼓风机(9)；
所述电机(11)用于在余热利用系统启动阶段和所述汽轮机(7)没有驱动力输出时驱动所述耦合器(10)，从而带动所述鼓风机(9)为篦冷机鼓风；
所述冷凝器(12)用于将所述汽轮机(7)传送的乏汽进行冷凝，在送入所述除氧器(13)进行除氧；
所述除氧器(13)用于出去冷凝水中的氧气；
所述水泵(14)用于将经过除氧的冷凝水增压输送到所述汽包(6)；
所述冷却塔(15)与用于产生冷却水，并在所述冷却水泵(12)的作用下，使冷却水在所述冷凝器(10)中循环；
所述冷却水泵(16)用于将所述冷却塔(11)产生的冷却水输送给所述冷凝器(10)。
2.如权利要求1所述的一种水泥熟料生产线余热综合利用系统，其特征在于：所述回转窑辐射热吸收罩(1)成圆筒形，设置在回转窑的外围；圆筒形的所述回转窑辐射热吸收罩(1)内壁上设置有换热管，水从换热管快速流过，带走回转炉的热量。
3.如权利要求1所述的一种水泥熟料生产线余热综合利用系统，其特征在于：所述三次风管取热装置(2)安装在三次风管中段位置，所述三次风管取热装置(2)包括换热介质入口(21)、入口处联箱盘(22)、换热管道(23)、固定盘(24)、换热介质出口(25)、出口处联箱(26)、法兰(27)、换热管道隔板(28)；所述换热介质入口(21)用于连接外部余热利用系统，将外部水流接入；所述入口处联箱盘(22)用于使多个所述换热管道(23)成圆形排列；所述换热介质入口(21)设置在所述入口处联箱盘(22)上；所述换热管道(23)用于将所述换热介质入口(21)进入的水流，通过对流换热和辐射散射方式获取回转炉内的热量后，形成高温水流和水蒸气；所述换热管(23)外表涂有热辐射吸收涂层；所述固定盘(24)用于固定所述换热管道(23)；所述换热介质出口(25)将所述换热管道(23)内形成的高温水流和水蒸气排出；所述出口处联箱盘(26)用于使多个所述换热管道(23)成圆形排列；所述换热介质出口(25)设置在所述出口处联箱盘(26)上；所述法兰(27)用于实现与回转窑三次风管的连接；所述换热管道隔板(28)设置于所述换热管道(23)中间位置，用于实现在所述换热管道(23)的稳固与隔离。
4.如权利要求1所述的一种水泥熟料生产线余热综合利用系统，其特征在于：所述窑头罩取热装置(3)内置涂有吸热材料的换热管，换热管固定安装在窑头罩顶壁和两个侧壁上，水在换热管内循环，带走窑头罩内的热量。
5.如权利要求1所述的一种水泥熟料生产线余热综合利用系统，其特征在于，所述篦冷机取热装置(5)包括：换热管(51)、换热组外壳(52)、固定槽(53)，所述换热管(51)安装在所述换热组外壳(52)内，所述固定槽(53)将装有多个所述换热管(51)的所述换热组外壳(52)固定在篦冷机外壳顶壁和两个侧壁上；所述换热管(51)内壁设置短翅片，外表涂有热辐射吸收涂层，用于增强水的对流换热。
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