CN107246803B - 一种土壤改良剂冷却过程余热回收与利用装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于节能减排的技术领域，具体涉及一种土壤改良剂冷却过程余热回收与利用装置及方法。本发明的技术方案如下：一种土壤改良剂冷却过程余热回收与利用装置，包括回转窑、料斗、密闭竖式罐体和除尘器；所述回转窑中设有燃烧器，所述密闭竖式罐体的顶部设有土壤改良剂进口，所述密闭竖式罐体侧壁下部设有常温空气进气口，所述密闭竖式罐体侧壁上部设有热空气出口，所述密闭竖式罐体底部设有土壤改良剂出口；所述料斗设置在所述回转窑的底部，所述料斗通过下料管道与所述土壤改良剂进口连接在一起；所述热空气出口通过热空气管道与所述燃烧器连接在一起；所述除尘器设置在所述热空气管道中。本发明能够高效回收利用余热资源。

Description

一种土壤改良剂冷却过程余热回收与利用装置及方法

技术领域

本发明属于节能减排的技术领域，具体涉及一种土壤改良剂冷却过程余热回收与利用装置及方法。

背景技术

随着经济与社会的不断发展，土壤退化问题日益突出，主要表现为土壤紧实与硬化、侵蚀、盐碱化、酸化、元素失衡、化学污染、有机质流失和动植物区系的退化等。根据2000年世界粮农组织(FAO)世界土壤资源报告全球严重土地退化面积约为3500万km2，占总土地面积的26％，其中由于农业生产活动造成的严重土地退化面积占总土地面积的9％。我国土地沙化、退化十分严重，全国沙化土地面积达170多万平方公里，占国土面积的18％，而且沙化土地面积还在增加。修复退化土壤的重要措施之一就是应用土壤改良剂。土壤改良剂的用量约为1kg/m²，以此估算土壤改良剂的需求量约为1.7亿吨，需求量巨大。

本种土壤改良剂的组成为：石英石30％-50％、钾长石20％-30％、石膏(脱硫)20％-30％、石灰石15％-25％和添加剂3％-5％。其生产是在回转窑中进行的，通过天然气的燃烧对土壤改良剂进行加热。这个过程耗费大量的燃料。然而，在土壤改良剂的生产结束后，平均温度为800℃的土壤改良剂携带大量显热。这部分热量占燃料燃烧所产生热量的40％。目前，国内土壤改良剂刚刚兴起。对土壤改良剂余热资源回收还没有引起足够的重视。一般情况下，土壤改良剂的冷却为自然冷却，冷却速度慢，土壤改良剂所携带的显热被白白浪费，按照需求量推算这部分显热量多达5.7×10⁷万吨标煤。由此看出，土壤改良剂余热回收的潜力巨大。

发明内容

本发明提供一种土壤改良剂冷却过程余热回收与利用装置及方法，高效回收利用余热资源。

本发明的技术方案如下：

一种土壤改良剂冷却过程余热回收与利用装置，包括回转窑、料斗、密闭竖式罐体和除尘器；所述回转窑中设有燃烧器，所述密闭竖式罐体的顶部设有土壤改良剂进口，所述密闭竖式罐体侧壁下部设有常温空气进气口，所述密闭竖式罐体侧壁上部设有热空气出口，所述密闭竖式罐体底部设有土壤改良剂出口；所述料斗设置在所述回转窑的底部，所述料斗通过下料管道与所述土壤改良剂进口连接在一起；所述热空气出口通过热空气管道与所述燃烧器连接在一起；所述除尘器设置在所述热空气管道中。

所述的土壤改良剂冷却过程余热回收与利用装置，其优选方案为，所述土壤改良剂出口处设置旋转下料阀。

一种土壤改良剂冷却过程余热回收与利用方法，利用上述的土壤改良剂冷却过程余热回收与利用装置，具体步骤如下：

1)回转窑的燃烧器生产的土壤改良剂，通过料斗及下料管道进入到密闭竖式罐体中，土壤改良剂的温度为750℃～850℃；

2)然后从密闭竖式罐体的常温空气进气口通入常温空气，使炽热的土壤改良剂与常温空气充分接触进行热交换，空气流量与土壤改良剂的处理量即气固比为1.2～1.3m³:1kg；

3)冷却后的土壤改良剂由土壤改良剂出口排出；

4)与土壤改良剂充分接触后的热空气从热空气出口进入热空气管道，经过除尘器除尘后进入燃烧器作为高温助燃空气。

本发明的有益效果为：加快了土壤改良剂的冷却过程，提高土壤改良剂的性能，同时将土壤改良剂的大量显热回收，降低了能耗，节省了燃料的用量。并且对热空气除尘，减少了空气污染。经过试验证明，空气流量与土壤改良剂处理量的比值达到1.2～1.3m³:1kg的时候，可以令土壤改良剂的冷却效果最好，也就是说这个比例可以使空气与土壤改良剂发生剧烈的热量传递，使得土壤改良剂迅速冷却，使得其性能更加优异。

由计算可以得出节省燃料量情况如下：

密闭竖式罐体处理土壤改良剂的处理量q_固＝500kg/10min。土壤改良剂的温度t_固,in＝800℃，比热容c_固＝0.84kJ/(kg·℃)。每吨土壤改良剂需要70m³天然气，即每10分钟消耗35m³天然气(q_燃＝35m³/10min)。天然气的低发热量Q_低＝35000kJ/m³。根据工艺要求，回转窑内温度范围为950～1000℃，烟气中氧气的浓度为9％以上。炉温系数η为0.8。

通过燃料燃烧计算，1m³天然气燃烧理论需要空气L₀＝9.5m³，当烟气中氧气浓度为9％以上时，可得出空气过量系数n＝1.8，实际空气量V_n＝17.2m³，产生烟气量18.2m³通过公式：

q_空＝nL₀q_燃

可计算出消耗空气量q_空＝601m³/10min。假设理论燃烧温度1200℃，根据经验查得燃烧产物平均比热：c_产＝1.547kJ/(m³·℃)

计算得出理论燃烧温度t_理＝1244℃，根据炉温系数η＝0.8

t_窑＝η·t_理

可以得出窑内温度t_窑＝995℃，符合要求。设出料温度t_固,out＝100℃，冷却气体进口温度t_g,in＝20℃，由下式：

式中，c_空为空气比热，kJ/(kg·℃)；ρ_空为空气密度kg/m³。

可算出空气出口温度t_g,out＝396℃。将这部分余热回收后的空气全部作为助燃空气，由能量守恒可得：

实际所需天然气量q_燃’＝27m³/10min。取空气过量系数n＝1.9，同理可得，进口风量q_空＝635m³/10min。计算得出气体出口温度为t_g,out＝356℃，而此时理论燃烧温度t_理＝1196℃。根据炉温系数可得窑内温度t_窑＝957℃，符合要求。

与余热回收前天然气消耗量(35m³/10min)相比，余热回收后(27m³/10min)节约天然气22.86％。

附图说明

图1为土壤改良剂冷却过程余热回收与利用装置结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种土壤改良剂冷却过程余热回收与利用装置，包括回转窑、料斗8、密闭竖式罐体一3、密闭竖式罐体二12、除尘器一5和除尘器二10；所述回转窑中设有燃烧器7；所述密闭竖式罐体一3的顶部设有土壤改良剂进口一，所述密闭竖式罐体一3侧壁下部设有常温空气进气口一，所述密闭竖式罐体一3侧壁上部设有热空气出口一，所述密闭竖式罐体一3底部设有土壤改良剂出口一；所述密闭竖式罐体二12的顶部设有土壤改良剂进口二，所述密闭竖式罐体二12侧壁下部设有常温空气进气口二，所述密闭竖式罐体二12侧壁上部设有热空气出口二，所述密闭竖式罐体二12底部设有土壤改良剂出口二；所述料斗8设置在所述回转窑的底部，所述料斗8通过下料管道一与所述土壤改良剂进口一连接在一起，所述料斗8通过下料管道二与所述土壤改良剂进口二连接在一起，下料管道一中设有下料阀门一4，下料管道二中设有下料阀门二11；所述热空气出口一通过热空气管道一与所述燃烧器7连接在一起，所述热空气出口二通过热空气管道二与所述燃烧器7连接在一起，热空气管道一中设有热空气阀门一6，热空气管道二中设有热空气阀门二9；所述除尘器一5设置在所述热空气管道一中，所述除尘器二10设置在所述热空气管道二中；所述土壤改良剂出口一处设置旋转下料阀一1，所述土壤改良剂出口二处设置旋转下料阀二14；常温空气进气口一处设有进气阀门一2，常温空气进气口二处设有进气阀门二13。

利用上述装置实施的土壤改良剂冷却过程余热回收与利用方法，具体过程如下：回转窑的燃烧器7生产出来的炽热土壤改良剂，落入到料斗8中；将下料阀门一4打开，下料阀门二11关闭，进气阀门一2关闭，进气阀门二13打开，热空气阀门一6关闭，热空气阀门二9打开，旋转下料阀1关闭，旋转下料阀14打开，土壤改良剂进入密闭竖式罐体一3中，与此同时，常温空气与密闭竖式罐体二12中的炽热土壤改良剂进行换热，通过除尘器二10进入燃烧器7作为高温助燃空气，冷却后的土壤改良剂排出密闭竖式罐体二12。当土壤改良剂装满密闭竖式罐体一3时，下料阀门一4关闭，下料阀门二11打开，进气阀门一2打开，进气阀门二13关闭，热空气阀门一6打开，热空气阀门二9关闭，旋转下料阀1打开，旋转下料阀14关闭，土壤改良剂进入密闭竖式罐体二12中，与此同时，常温空气与密闭竖式罐体一3中的炽热土壤改良剂进行换热，通过除尘器一5进入燃烧器7作为高温助燃空气，冷却后的土壤改良剂排出密闭竖式罐体一3。

炽热的土壤改良剂温度为800℃，炽热的土壤改良剂交替进入密闭竖式罐体一3和密闭竖式罐体二12，与进入的常温空气进行换热，空气流量与土壤改良剂的处理量的比值即气固比为1.2～1.3:1Nm³/t，使空气在密闭竖式罐体一3和密闭竖式罐体二12内与炽热的土壤改良剂充分接触。经过试验证明，空气流量与土壤改良剂的处理量的比值为1.2～1.3m³:1kg时，可以令土壤改良剂的冷却效果最好，也就是说这个比例可以令空气与土壤改良剂发生剧烈的热量传递，使得土壤改良剂迅速冷却。

Claims (1)

1.一种土壤改良剂冷却过程余热回收与利用方法，利用土壤改良剂冷却过程余热回收与利用装置进行，土壤改良剂冷却过程余热回收与利用装置包括回转窑、料斗、密闭竖式罐体一、密闭竖式罐体二、除尘器一和除尘器二；所述回转窑中设有燃烧器；所述密闭竖式罐体一的顶部设有土壤改良剂进口一，所述密闭竖式罐体一侧壁下部设有常温空气进气口一，所述密闭竖式罐体一侧壁上部设有热空气出口一，所述密闭竖式罐体一底部设有土壤改良剂出口一；所述密闭竖式罐体二的顶部设有土壤改良剂进口二，所述密闭竖式罐体二侧壁下部设有常温空气进气口二，所述密闭竖式罐体二侧壁上部设有热空气出口二，所述密闭竖式罐体二底部设有土壤改良剂出口二；所述料斗设置在所述回转窑的底部，所述料斗通过下料管道一与所述土壤改良剂进口一连接在一起，所述料斗通过下料管道二与所述土壤改良剂进口二连接在一起，下料管道一中设有下料阀门一，下料管道二中设有下料阀门二；所述热空气出口一通过热空气管道一与所述燃烧器连接在一起，所述热空气出口二通过热空气管道二与所述燃烧器连接在一起，热空气管道一中设有热空气阀门一，热空气管道二中设有热空气阀门二；所述除尘器一设置在所述热空气管道一中，所述除尘器二设置在所述热空气管道二中；所述土壤改良剂出口一处设置旋转下料阀一，所述土壤改良剂出口二处设置旋转下料阀二；常温空气进气口一处设有进气阀门一，常温空气进气口二处设有进气阀门二；

其特征在于，具体步骤如下：回转窑的燃烧器生产出来的炽热土壤改良剂，土壤改良剂的温度为750℃~850℃，落入到料斗中；将下料阀门一打开，下料阀门二关闭，进气阀门一关闭，进气阀门二打开，热空气阀门一关闭，热空气阀门二打开，旋转下料阀一关闭，旋转下料阀二打开，土壤改良剂进入密闭竖式罐体一中，与此同时，常温空气与密闭竖式罐体二中的炽热土壤改良剂进行换热，空气流量与土壤改良剂的处理量即气固比为1.2~1.3 m³:1kg，通过除尘器二进入燃烧器作为高温助燃空气，冷却后的土壤改良剂排出密闭竖式罐体二；当土壤改良剂装满密闭竖式罐体一时，下料阀门一关闭，下料阀门二打开，进气阀门一打开，进气阀门二关闭，热空气阀门一打开，热空气阀门二关闭，旋转下料阀一打开，旋转下料阀二关闭，土壤改良剂进入密闭竖式罐体二中，与此同时，常温空气与密闭竖式罐体一中的炽热土壤改良剂进行换热，通过除尘器一进入燃烧器作为高温助燃空气，冷却后的土壤改良剂排出密闭竖式罐体一。