CN116067156A - 一种生物质燃料烘干与水泥窑耦合的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物质燃料烘干与水泥窑耦合的系统及方法，该系统包括篦冷机余热回收系统、窑筒体余热回收系统和生物质烘干系统；篦冷机余热回收系统将水泥窑的窑头废热烟气引入到生物质烘干系统中对生物质进行加热，窑筒体余热回收系统将收集的热介质与对生物质烘干降温后的窑头废热烟气进行换热，经换热后的窑头废热烟气再次对生物质进行烘干；经换热后的热介质回到窑筒体余热回收系统进行循环加热。本发明将水泥窑的窑头废热和回转窑筒体的散热引入到生物质烘干系统中，不仅利用了水泥窑的余热，同时将生物质进行降水烘干，提高了生物质的热值，最终提高了水泥窑燃料替代率；生物质最终含水率可达10％～15％。

Description

一种生物质燃料烘干与水泥窑耦合的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种水泥窑利用生物质燃料的系统及方法，尤其涉及一种生物质燃料烘干与水泥窑耦合的系统及方法。
背景技术
生物质的来源广泛，是目前水泥厂可利用的替代燃料，然而生物质的热值并不高，且含水率较高，大量处置的时候会影响水泥烧成系统的稳定。
不同生物质的含水率不同，水分是燃料中不可燃的部分。含水率影响燃料的燃烧性能、燃烧温度和单位能量所产生的烟气体积。在使用时，如果燃料水分过大，就会严重影响正常的燃烧，造成炉膛爆燃、生物质燃烧不完全，造成分解炉内燃烧时间不足，大量可燃物质逸出，出现预热器与分解炉温度倒挂现象，影响水泥窑系统的温度运行。可见，降低生物质替代燃料的含水率不仅可以提高燃料热值，而且还可以降低水分对烧成系统的影响。降低生物质替代燃料含水率的主要途径就是烘干工艺。
另外，生物质适宜的烘干温度一般≤120℃，温度过高容易导致生物质分解，产生有毒有害气体，甚至燃烧，进而影响烘干的安全进行。然而，在水泥生产系统中也存在着大量的未利用的余热。
专利CN114704849A公开了一种水泥窑利用生物质替代燃料的系统及方法。该系统包括燃料联合储存车间、一级烘干装置、二级烘干均化仓和分解炉。该专利利用废余热对生物质替代燃料进行两段烘干，充分回收热能，燃料水分脱除率可达15～80％。然而，该专利利用水泥窑窑头、窑尾、或两者混合废热烟气作为烘干热源，考虑到窑尾的热烟气大多已用于对煤和原料的烘干，烘干后排出的热烟气含湿量较大，再用于生物质的烘干效果不佳；二级烘干装置采用类似流化床的烘干工艺，存在烘干热效率低、不适用于颗粒较大的物料、扬尘较严重、容易发生爆炸的问题。另外，该专利并未考虑水泥回转窑筒体的余热。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种提高生物质的热值，进而提高水泥窑燃料替代率的生物质燃料烘干与水泥窑耦合的系统；
本发明的第二个目的是提供利用上述系统进行生物质燃料烘干与水泥窑耦合的方法。
技术方案：本发明所述的生物质燃料烘干与水泥窑耦合的系统，包括篦冷机余热回收系统、窑筒体余热回收系统和生物质烘干系统；所述篦冷机余热回收系统将水泥窑的窑头废热烟气引入到生物质烘干系统中对生物质进行加热，所述窑筒体余热回收系统将收集的热介质与对生物质加热后的窑头废热烟气进行换热，经换热后的窑头废热烟气再次对生物质进行加热；经换热后的余热回到窑筒体余热回收系统进行循环加热。
其中，所述生物质烘干系统包括前段和后段，所述窑头废热烟气引入到前段对生物质进行加热，对生物质加热后的窑头废热烟气与收集的余热换热后，对处于后段的生物质进行加热。
其中，所述生物质烘干系统包括带式烘干机、循环风机和排风机及连接管道；来自窑头的废热烟气经带式烘干机的前段进入，对生物质进行烘干，经循环风机抽出后送入带式烘干机的后段，经与收集的余热换热升温后对生物质进行烘干，经排风机从后段下部排出送入烟囱。
其中，来自窑头的废热烟气经带式烘干机前段的下部进入带式烘干机，与带式烘干机网带上的生物质进行换热，然后经循环风机抽出后送入后段的上方。
其中，所述窑筒体余热回收系统包括设置于回转窑上的循环介质集热装置、循环泵、设置于生物质烘干系统内的换热器及连接管道；所述循环泵将冷却介质送入循环介质集热装置，经回转窑筒体表面加热后变为热介质，热介质进入换热器中，经对生物质加热后的窑头废热烟气冷却后，返回到循环泵。
其中，所述篦冷机余热回收系统包括篦冷机、余热发电系统、除尘器、窑头引风机、烟囱及连接管道；在所述篦冷机的中部抽气经余热发电系统换热后，与篦冷机尾部排气一起经过除尘器，通过窑头引风机引出后送入生物质烘干系统，多余的排气经阀门调节排入烟囱。
其中，所述窑头引风机的出口分两路，一路与生物质烘干系统连通，一路外排接入烟囱，所述两路风管上均设置有一个风量调节阀，用于调节两路风管上的烟气量。
其中，所述循环介质集热装置为循环水集热装置，所述冷却介质为冷却水，热介质为热水。
利用上述的系统进行生物质燃料烘干与水泥窑耦合的方法，包括以下步骤：
(S1)篦冷机余热回收系统，将窑头废热烟气送入生物质烘干系统，多余的排气经阀门调节排入烟囱；根据生物质规模，控制进入生物质烘干系统的风量；
通过循环泵将冷介质送入设置于回转窑上的循环介质集热装置，经回转窑筒体表面加热后变为热介质，热介质通过管道流入换热器中，经烘干风冷却后，返回到循环泵；
(S2)窑头废热烟气从生物质烘干系统的前段下部进入，对生物质进行烘干，经循环风机抽出后送入后段的上方，经换热器换热升温后对生物质进行再次烘干，烘干后的废气经排风机从烘干机后段下部排出送入烟囱。
有益效果：本发明与现有技术相比，取得如下显著效果：(1)将水泥窑的窑头废热和回转窑筒体的散热引入到生物质烘干系统中，不仅利用了水泥窑的余热，同时将生物质进行降水烘干，提高了生物质的热值，最终提高了水泥窑燃料替代率。本发明对水泥窑余热利用的同时，不影响水泥窑的正常运行，生物质最终含水率可达10％～15％。(2)采用混合通风型带式烘干机，前段利用窑头热烟气对生物质烘干，后段利用水泥窑筒体的余热对冷却后的热烟气进行加热，具有烘干效果好、烘干能力大、烘干风量小、系统能耗低的优点。(3)采用的带式烘干机前段采用下进风，后段采用上进风方式，生物质经过上下两面的热风烘干，具有生物质烘干接触面大、烘干效果好的优点。(4)采用的带式烘干机后段采用上进风下出风的方式，利用生物质料层和皮带的隔离降尘作用，排气的含尘量很低，根据现场运行效果看，含尘量满足环保要求，不需要设置除尘装置。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本发明的生物质燃料烘干与水泥窑耦合的系统，包括篦冷机余热回收系统、窑筒体余热回收系统、生物质烘干系统。
本发明的篦冷机余热回收系统包括篦冷机4、余热发电系统5、除尘器6、窑头引风机7、烟囱10及连接管道。在篦冷机余热回收系统中，在篦冷机4中部抽气经余热发电系统5换热后，与篦冷机4尾部排气一起经过除尘器6，通过窑头引风机7引出后送入生物质烘干系统，多余的排气经第一风量调节阀门8和第二风量调节阀门9调节后排入烟囱10。
其中，窑头引风机7的出口分两路，一路与生物质烘干系统连通，一路外排接入烟囱10，两路风管上分别设置有第一风量调节阀门8和第二风量调节阀门9，用于调节两路风管上的烟气量。
本发明的窑筒体余热回收系统包括循环介质集热装置2、循环泵1、回转窑3、换热器13及连接管道。本实施例的循环介质集热装置2为循环水集热罩，循环泵1为循环水泵，通过循环泵1将冷却水送入循环水集热罩，经回转窑3筒体表面加热后变为热水，热水通过管道流入换热器13中，经烘干风冷却后，返回到循环泵1。
本发明的生物质烘干系统包括带式烘干机11、循环风机12、排风机14及连接管道。来自窑头的废热烟气经带式烘干机11的前段下部进入烘干机11内部，对网带上的生物质进行烘干，经循环风机12抽出后送入烘干机11的后段的上方，经换热器13换热升温后对生物质进行再次烘干，经排风机14从后段的下部排出送入烟囱10。
利用上述的系统进行生物质燃料烘干与水泥窑耦合的方法，包括以下步骤：
(S1)在篦冷机余热回收系统中，在篦冷机中部抽气经余热发电系统换热后，与篦冷机尾部排气一起经过除尘器，通过窑头引风机引出后送入生物质烘干系统，多余的排气经阀门调节排入烟囱；窑头引风机出口分两路，一路与生物质烘干系统连通，一路外排接入烟囱，两路风管上均设置有一个风量调节阀，用于调节两路风管上的烟气量，根据生物质规模，控制进入生物质烘干系统的风量；
(S2)窑头的废热烟气从带式烘干机的前段下部进入生物质烘干系统，对网带上的生物质进行烘干，经循环风机抽出后送入烘干机的后段上方，经换热器换热升温后对生物质进行再次烘干，烘干后的废气经排风机从烘干机后段下部排出送入烟囱；
(S3)对窑筒体余热回收的过程为：通过循环水泵将冷却水送入设置于回转窑上的循环水集热罩，经回转窑筒体表面加热后变为热水，热水通过管道流入换热器中，经烘干风冷却后，返回到循环水泵。

Claims (9)

1.一种生物质燃料烘干与水泥窑耦合的系统，其特征在于，包括篦冷机余热回收系统、窑筒体余热回收系统和生物质烘干系统；所述篦冷机余热回收系统将水泥窑的窑头废热烟气引入到生物质烘干系统中对生物质进行加热，所述窑筒体余热回收系统将收集的热介质与对生物质加热后的窑头废热烟气进行换热，经换热后的窑头废热烟气再次对生物质进行加热；经换热后的余热回到窑筒体余热回收系统进行循环加热。
2.根据权利要求1所述的生物质燃料烘干与水泥窑耦合的系统，其特征在于，所述生物质烘干系统包括前段和后段，所述窑头废热烟气引入到前段对生物质进行加热，对生物质加热后的窑头废热烟气与收集的余热换热后，对处于后段的生物质进行加热。
3.根据权利要求1所述的生物质燃料烘干与水泥窑耦合的系统，其特征在于，所述生物质烘干系统包括带式烘干机(11)、循环风机(12)和排风机(14)及连接管道；来自窑头的废热烟气经带式烘干机(11)的前段进入，对生物质进行烘干，经循环风机(12)抽出后送入带式烘干机(11)的后段，经与收集的余热换热升温后对生物质进行烘干，经排风机(14)从后段下部排出送入烟囱。
4.根据权利要求3所述的生物质燃料烘干与水泥窑耦合的系统，其特征在于，来自窑头的废热烟气经带式烘干机(11)前段的下部进入带式烘干机(11)，与带式烘干机(11)网带上的生物质进行换热，然后经循环风机(12)抽出后送入后段的上方。
5.根据权利要求1所述的生物质燃料烘干与水泥窑耦合的系统，其特征在于，所述窑筒体余热回收系统包括设置于回转窑(3)上的循环介质集热装置(2)、循环泵(1)、设置于生物质烘干系统内的换热器(13)及连接管道；所述循环泵(1)将冷却介质送入循环介质集热装置(2)，经回转窑(3)筒体表面加热后变为热介质，热介质进入换热器(13)中，经对生物质加热后的窑头废热烟气冷却后，返回到循环泵(1)。
6.根据权利要求1所述的生物质燃料烘干与水泥窑耦合的系统，其特征在于，所述篦冷机余热回收系统包括篦冷机(4)、余热发电系统(5)、除尘器(6)、窑头引风机(7)、烟囱及连接管道；在所述篦冷机的中部抽气经余热发电系统(5)换热后，与篦冷机尾部排气一起经过除尘器(6)，通过窑头引风机(7)引出后送入生物质烘干系统，多余的排气经阀门调节排入烟囱。
7.根据权利要求6所述的生物质燃料烘干与水泥窑耦合的系统，其特征在于，所述窑头引风机(7)的出口分两路，一路与生物质烘干系统连通，一路外排接入烟囱，所述两路风管上均设置有一个风量调节阀，用于调节两路风管上的烟气量。
8.根据权利要求5所述的生物质燃料烘干与水泥窑耦合的系统，其特征在于，所述循环介质集热装置(2)为循环水集热装置，所述冷却介质为冷却水，热介质为热水。
9.一种利用权利要求1所述的系统进行生物质燃料烘干与水泥窑耦合的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(S1)篦冷机余热回收系统将窑头废热烟气送入生物质烘干系统，多余的排气经阀门调节排入烟囱；根据生物质规模，控制进入生物质烘干系统的风量；
通过循环泵(1)将冷介质送入设置于回转窑(3)上的循环介质集热装置(2)，经回转窑(3)筒体表面加热后变为热介质，热介质通过管道流入换热器(13)中，经烘干风冷却后，返回到循环泵(1)；
(S2)窑头废热烟气从生物质烘干系统的前段下部进入，对生物质进行烘干，经循环风机(12)抽出后送入后段的上方，经换热器(13)换热升温后对生物质进行再次烘干，烘干后的废气经排风机(14)从烘干机后段下部排出送入烟囱。
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