CN1203286C - 用于粉状物料的高固气比交叉料流热处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种用于粉状物料的高固气比交叉料流热处理装置，它由多列并行排列的旋风换热器组成，各列最上面的换热器组成第一单元，各列最下面的换热器组成最末单元，每列换热器的气流路线为串联方式。本装置中至少有一个单元的物流路线按串联方式连接，即：上一单元的最后一个旋风换热器排料口与本单元第一个旋风换热器的进风管相连，该第一个旋风换热器的排料口与本单元第二个旋风换热器的进风管相连，依次类推。本装置的特点是并联平行的气流与交叉串行的料流相结合，从而提高了预热单元的固气比和系统的换热效率。本发明可广泛用于水泥、化工、冶金等行业中的粉料换热系统。
Description
技术领域
本发明属于气固相热交换或热反应领域，具体的说是一种用于粉状物料的快速加热、反应及分离的高固气比交叉料流热处理装置。
背景技术
自从1932年由捷克工程师M.Voel-Jorgensen首次提交了用旋风悬浮预热器加热水泥生料粉的专利以来，使水泥窑的质量和产量大幅度提高，热耗明显下降，引起了各国水泥技术研究者和设备制造商的关注，相继投入力量研究和开发新型预热系统。早期使用的悬浮预热系统是由多个旋风预热器串联起来组成一个多单体的单系列，如中国专利CN1210965所公开的就是这种单系列形式的预热系统。普遍使用的4单体、5单体的单系列预热系统排出的废气温度大约在350～400℃的范围。为了提高单系列预热器的热效率，有人提出了增加换热单元数的方案。但是增加换热单元数需要构筑更高的框架，同时还要求采用克服更大流体阻力的风机，这势必要增大设备投资和生产成本。水泥生产厂近年来倾向于要求提高单机产量。假如仍采用单系列预热系统，有三点不利：一是单体预热器也必须扩大结构尺寸，相应的建筑物框架高度必须大大增加；二是随着单体的增加，系统流体阻力大幅度增加，从而使电耗大幅度增加，而热效率却增加不多；三是分离效率随旋风筒单体结构尺寸增大而下降，飞灰量增多，系统中物料的内返混和外返混都增大，从而导致系统热效率的下降。
目前也有个别水泥生产厂采用平行双列预热系统，它是将各旋风预热器自上而下按平行双列方式排列，最上面的旋风预热器为第一单元，向下依次为第二单元，……，最末单元。最末单元的旋风预热器的排料口与反应器(窑或分解炉)相连。各列间的气流路线和物料流路线均为并联方式，互不相干，而每列中的气流路线和物料流路线均为串联方式，每一列甚至有独立的风机系统。这种布置可使大型回转窑的窑外预热系统采用的旋风预热器结构尺寸较小，建筑物框架高度相对较低，旋风预热器的气固分离效率较高。然而这类平行系列中每一列仍保持着单系列的结构与气流和物料流的特征。系统排出的废气温度偏高，热处理过程不够稳定，热量未能被充分利用仍是它的缺点。
发明内容
本发明所要解决的问题是对现有的预热系统加以改进，提供一种可以提高换热器换热效率，降低废气温度、提高生料入窑温度和反应率的用于粉状物料的高固气比交叉料流热处理装置。
解决上述问题的技术方案是：所提供的用于粉状物料的高固气比交叉料流热处理装置，包括多个旋风换热器，所说的多个旋风换热器自上而下按两列或三列或四列形式并行排列，该装置各列最上面的旋风换热器组成第一单元，向下依次为第二单元，第三单元，依次类推，各列间的气流路线为并联方式，而每列的气流路线为串联方式，该串联方式是指：每列中的旋风换热器的出风口通过风管与同列的上一单元旋风换热器的进风口相连通，本发明的改进之处是前述的各单元中至少有一个单元的物料流路线按串联方式连接，该串联方式是指：上一单元的最后一个旋风换热器排料口与本单元第一个旋风换热器的进风管相连，该第一个旋风换热器的排料口与本单元第二个旋风换热器的进风管相连，依次类推，该单元最后一个旋风换热器的排料口与下一单元第一个旋风换热器的进风管相连。
采用这种物料流串联方式可以提高预热单元的固气比，使热气的热量得以充分利用，从而降低废气温度，提高整个系统的热效率及反应率。
上述的多个旋风换热器可按平行两列排列，也可按三列或四列形式排列。
上述的最末单元的末级旋风换热器可与高温反应器相连，譬如，在用于水泥生料的预热时，可以与分解炉相连，以便进一步提高热效率及反应速率。
一般情况下，本发明可以有两个至五个单元的物料流路线按串联方式连接，各单元之间按串联方式交叉连接，即：每个单元的末级旋风换热器的排料口与下一单元的首级旋风换热器的进风管相连。其固气比是现有的平行双系列预热系统的两倍以上。
与现有技术相比，本发明采用了平行气流组织与串行物料流相结合的方案。就以本发明的平行双系列而言，100％的物料流喂入50％的气流中，预热单元的固气比是现有系统的两倍，不但有效地提高了系统的热效率，增加单机产量，而且换热器排出的废气温度较低，比现有的预热系统降低一百度以上。另外，由于气流并行且单位产品所需燃料少，废气量小，窑尾主风机的电耗比现有的预热系统少。本发明的另一优点是适应性强，可用来对传统回转窑实施技术改造，特别是可灵活地对各类立筒(喷射型、旋流型)预热器的一级、二级、三级旋风预热器进行改造，并且投资省，改造周期短。
本发明可广泛用于水泥、化工、冶金等行业中的粉体加热系统中，尤其适用于水泥厂中的旋风悬浮预热器的生料预热及预反应。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，图中带箭头的虚线表示气流路线，带箭头的实线表示物料流路线。
图2是图1旋风换热器的气流和物料流的管路连接图，图中的粗实线表示物料管道。
图3是本发明另一实施例的结构示意图，图中的粗实线表示物料管道。
图4是本发明第三实施例的示意图，图中带箭头的虚线表示气流路线，带箭头的实线表示物料流路线。
图5是本发明第四实施例的示意图。
具体实施方式
图1、图2给出了本发明用于水泥生料预热系统的最佳实施例。本预热系统的多个旋风换热器自上而下排列成两列，共有五个单元。每列旋风换热器的气流路线按串联方式连接，即每一列的各旋风换热器的排风口与同列上一单元旋风换热器的进风口相连；两列旋风换热器的气流路线为并联。来自回转窑的热气流进入第五单元(最末单元)换热器5，分离出生料后的热气流离开换热器5，分成两路分别进入两列的第四单元换热器4A、4B，然后再分别进入各列上一单元的旋风换热器，依次类推。各列旋风换热器的物料流路线为交叉串联，即：第二单元的两个旋风换热器2A、2B、第三单元的两个换热器3A、3B和第四单元的两个换热器4A、4B分别组成三个预热单元，每个单元内的换热器物料流路线为串联，而各单元之间的物料流路线又交叉串联，如：换热器2A的排料口通过物料管2A1与换热器2B的进风管2B1连通，形成物料在单元内两换热器2A、2B的串联；而换热器2B的排料口又与下一单元换热器3A的进风管连通，形成单元间的串联，依次类推，从而形成物料流的交叉串联方式。生料由喂料点C加入到换热器1A和换热器1B的进风管汇合处，随上升气流分别进入到第一级换热器1A、1B中，物料在风管中与热气流换热，在换热器中气固分离，气体向上由高温风机11排走。第一单元的两个换热器收集下来的物料经过膨胀仓12、卸料器13(每个换热器均设有膨胀仓和卸料器)，汇合后送入到换热器3A的出风管(也是第二单元换热器2A的进风管)中，随上升热气流进入到换热器2A中，进行物料与气体分离，分离出来的生料再送入到换热器2B。然后，物料按前述过程依次进入换热器3A、换热器3B、换热器4A、换热器4B和换热器5，生料与气体的换热主要在上升风管中完成。在整个物流过程中，物料按“之”字形交叉通过各换热器，两列换热器中100％的生料如此往复下降与上升的50％热气流进行充分的换热，最后到换热器5中。
为了充分地利用来自回转窑的气体热能，最末单元旋风换热器5可连接一个分解炉15，该分解炉的一端与回转窑14相连，另一端与最末单元旋风换热器5的进风口相连，倒数第二单元换热器4B的排料口又与分解炉15相连。换热器4B所排出的物料进入分解炉，被进一步加热(此时，物料中的碳酸钙将发生分解反应)，然后经换热器5送入回转窑14中。此时，分解炉15又起着高温换热反应器的作用。
为了保证气流的均匀性，在换热器2B的出风管上还设置了气流调节器16，可以通过系统中温度和压力的变化，调节两路风的平衡。
本实施例用水泥生料进行模拟对比实验的结果如下表所示：
| 指标名称 | 高固气比预热系统 | 现有预热系统 | 效果 |
| 规模(t/d) | 2000 | 2000 | |
| 热耗(kJ/kg) | 2894 | 3184 | 降耗10％ |
| 出换热器废气温度(℃) | 230 | 335 | 降低105 |
| 出换热器废气量(Nm3/kg) | 1.20 | 1.64 | 降低0.44 |
| 排风电耗(kW·h/t) | 7.60 | 7.63 |
从表中可以看出：在流体阻力和电耗不变的情况下，可使废气温度下降105℃，熟料热耗降低10％。
本发明的第二实施例如图3所示：预热系统为两列五单元，其中第二单元32两个换热器和第四单元34两个换热器所组成的预热单元的物料流路线为串联，第三单元33只设置了一个换热器，第一单元31和第五单元35的结构与上一实施例相同。
本发明的第三实施例如图4所示：预热系统为三列四单元，图中只画出了第一预热单元。气流分成三路分别进入三个换热器41、42、43，三个换热器排出的气体汇总后由高温风机排走。这三个换热器的物料流路线为串联方式：物料从第一换热器41的进风管44进入换热器41，换热器41的排料管与换热器42的进风管相连，换热器42的排料管与换热器43的进风管相连，而换热器43的排料管再与下一预热单元相连。
本发明的第四实施例如图5所示：在最末单元51的下面设有立筒式换热器54，最末单元51的排料口与立筒式换热器54的进料口相连，最末单元旋风换热器51的进风口与立筒式换热器54的出风口相连，物料是从第一单元两个换热器的进风管的D、E处送入的。最末单元换热器51包括两个旋风换热器52、53，两个旋风换热器52、53的物料流路线为串联，即：换热器52的排料口与换热器53的进风管相连，换热器53的排料口与立筒式换热器54的进料口相连，立筒式换热器54的出风口分成两路，分别与两个换热器52、53的进风口相连。前述的立筒式换热器可由二至三个串联的钵体组成。这种组合形式特别适用于立筒预热系统的改造。
以上实施例并不是本发明的穷举，本发明的物料流串联预热单元可以有多种组合形式。
Claims (4)
1、一种用于粉状物料的高固气比交叉料流热处理装置，包括多个旋风换热器，所说的多个旋风换热器自上而下按两列或三列或四列形式并行排列，该装置各列最上面的旋风换热器组成第一单元，向下依次为第二单元，第三单元，依次类推，各列间的气流路线为并联方式，而每列的气流路线为串联方式，该串联方式是指：每列中的旋风换热器的出风口通过风管与同列的上一单元旋风换热器的进风口相连通，其特征是前述的各单元中至少有一个单元的物料流路线按串联方式连接，该串联方式是指：上一单元的最后一个旋风换热器排料口与本单元第一个旋风换热器的进风管相连，该第一个旋风换热器的排料口与本单元第二个旋风换热器的进风管相连，依次类推，该单元最后一个旋风换热器的排料口与下一单元第一个旋风换热器的进风管相连。
2、如权利要求1所述的高固气比交叉料流热处理装置，其特征是有两个至五个单元的物料流路线按串联方式连接。
3、如权利要求1所述的高固气比交叉料流热处理装置，其特征是最末单元的最后一个旋风换热器(5)与分解炉(15)相连。
4、如权利要求1所述的高固气比交叉料流热处理装置，其特征是在最末单元旋风换热器(51)的下面设有立筒式换热器(54)，最末单元旋风换热器(51)的排料口与立筒式换热器(54)的进料口相连，最末单元旋风换热器(51)的进气口与立筒式换热器(54)的出风口相连。
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