CN211801696U - 一种多级组合的弱涡流低阻旋风预热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于水泥工业生产技术领域，具体公开了一种多级组合的弱涡流低阻旋风预热系统，包括依次串联的N级低阻弱涡流旋风筒、风管、下料管及自脱硝分解炉；N为3以上的正整数；所有旋风筒均包括进口风管、蜗壳体、内筒、柱体、上锥体和下锥体；进口风管设在蜗壳体的进口处；进口风管设有气流入口；内筒为圆柱形筒体，内筒与气流出口焊接为一体套焊在蜗壳体中；蜗壳体是由三个不同半径的圆弧焊接成的三心等高度变角蜗壳结构；蜗壳体顶部设有顶盖；所述顶盖中心处开有气流出口。在保证分离效率的前提下仍能较大幅降低其阻力从而实现节能降耗，相比一般的预热器具有更低的阻力损失，系统的电耗大幅度减少10％以上。

Description

一种多级组合的弱涡流低阻旋风预热系统

技术领域

本实用新型属于水泥工业生产技术领域，具体公开了一种多级组合的弱涡流低阻旋风筒旋风预热系统。

背景技术

新型干法水泥生产线中预热预分解技术是核心之一，其中预热器承担着预热生料回收回转窑废气热焓的重要功能，预热器一般由多级串联旋风筒组成，较低的系统阻力是评判旋风预热器的重要指标。现有技术中的一种低阻旋风预热器，可以减少窑尾高温风机运行负荷，有效降低其电耗，同时有利于系统通风，贡献产能挖潜及系统对劣质原燃料的适应性，是水泥工程技术从业者的研究热点。

预热器阻力主要来自于旋风筒，旋风筒是利用旋转的含尘气体所产生的离心力，将粒尘从气流中分离出来的一种气固分离装置，这类装置在工业上应用最为广泛，其特点是结构简单，操作方便，收尘效率高，价格低廉，适用于净化大于5～10μm的非黏性非纤维性的干燥粉尘。水泥行业喂入预热器内的生料细度一般80μm筛余≤25％、200μm筛余≤3％，单级旋风筒的阻力一般800～1500Pa，个别超产幅度较大的生产线阻力超过了2000Pa，整个预热器阻力以五级预热器为例超过了5000Pa、六级预热器为例超过了6000Pa甚至9000Pa，高温风机电耗超过了10kWh/t.cl。为例降低阻力，相关技术研发机构提出了锥体扩径结构旋风筒、增加膨胀仓、导流板、改变蜗壳形式等，有的甚至直接增大预热器的选型一至两个规模，但是带来的负面效果一个是结构复杂、结构部件易于损坏，另外一个就是明显牺牲了分离效率，预热器出口粉尘超过了100g/Nm³高达200g/Nm³，分离效率降至90％以下，烧成系统回灰大，带走的热焓较多，进而整个烧成系统热耗大幅度提升。

高性能旋风筒需要具备高的分离效率和低的阻力损失两大显著特征。旋风筒分离效率高，出旋风筒粉尘含量低，系统热损失少；旋风筒阻力损失小，高温风机负荷低，电耗低。在旋风筒的设计研发过程中，高的分离效率和低的压力损失是一对相互制衡的指标，在现有实际应用中，为了使旋风筒保持较高的分离效率，需牺牲一部分压力指标，否则大幅度降低其阻力往往影响其分离效率，从而影响旋风筒的正常工作性能。因此，在保证分离效率的前提下，研究阻力损失更小的旋风筒，对于水泥工业预热预分解系统整体性能的提升具有重要影响。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)预热系统的阻力大，单级旋风筒阻力达到800-2000Pa，高温风机的电耗高，单位熟料电耗超过10kWh/t.cl。

(2)预热系统的分离效率低，大量热生料被带走，预热器回灰多，热耗大；

(3)普遍存在的低阻预热器，结果复杂，零部件易于磨损。

解决上述技术问题的难度和意义：

找到一种结构简单、效果良好的预热器，对于降低水泥烧成系统的电耗、热耗具有重要意义。节能减排、绿色环保成为工业高质量发展趋势的今天，一种高效低阻预热器有非常广阔的应用前景。

实用新型内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种多级组合的弱涡流低阻旋风预热系统，在保证分离效率的前提下仍能较大幅降低其阻力从而实现节能降耗，相比一般的预热器具有更低的阻力损失，系统的电耗大幅度减少10％以上。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种多级组合的弱涡流低阻旋风预热系统，包括依次串联的N级低阻弱涡流旋风筒、风管、下料管及自脱硝分解炉；N为3以上的正整数；末级旋风筒命名为N级。

旋风筒按照在预热器上设置的位置，分为顶级旋风筒及非顶级旋风筒；所述顶级旋风筒设在预热系统顶部，非顶级旋风筒设在顶级旋风筒下方；所有旋风筒均包括进口风管、蜗壳体、内筒、柱体、上锥体和下锥体；

所述进口风管是风管端部连接旋风筒的部分，设在蜗壳体的进口处；进口风管设有气流入口；

所述内筒为圆柱形筒体，所述内筒与气流出口焊接为一体套焊在蜗壳体中；

所述蜗壳体是由三个不同半径的圆弧焊接成的三心等高度变角蜗壳结构；蜗壳体顶部设有顶盖；所述顶盖中心处开有气流出口；

所述柱体为圆柱形空心壳体，柱体下方依次连接有所述上锥体及下锥体；所述下锥体出口为下料口。

进一步，在所有相邻的旋风筒中，上一级旋风筒气流入口与下一级旋风筒的气流出口通过风管连接；所有下料口均连接有下料管；前N-3级任一旋风筒上的下料管均与该旋风筒后两级旋风筒之间的风管连通；

所述分解炉设在所有旋风筒的下方；N-1级旋风筒的下料管与分解炉连通；

所述分解炉的下方还设有与回转窑连通的烟室，N级旋风筒的下料管与烟室连通；顶级与二级旋风筒之间风管连通有生料进料管；

还包括设在地面的高温风机；所述高温风机与顶级旋风筒顶部的出风口通过管道相连。

进一步，所述蜗壳体是由以O2为圆心的R2圆弧段，R2圆弧段一端焊接以O1为圆心的R1圆弧段，另一端焊接以O3为圆心的R3圆弧段；三个不同半径圆弧段的角度之和为270°，三段圆弧段采取等高度变角形式与所述柱体连接。

进一步，对于非顶级弱涡流旋风筒，气流入口其宽高比b/a＝0.3～0.6；和/或，且气流入口竖向截面积Fi与所述柱体横截面积F的比值Fi/F＝0.2～0.5；和/或，进口风管靠近内筒位置处与内筒之间的距离大于150mm。

进一步，内筒内径d与柱体内径Di比值为d/Di＝0.4-0.6；和/或，蜗壳体螺旋线依次相切， R2圆弧段偏心距e1与柱体内径Di比值为e1/Di＝0.06-0.09；R3圆弧段偏心距e2与柱体内径 Di比值为e2/Di＝0-0.4。

进一步，对于顶级弱涡流旋风筒C1，气流入口其宽高比b/a＝0.3～0.6；和/或，且气流入口竖向截面积Fi与所述柱体横截面积F的比值Fi/F＝0.15～0.25；和/或，进口风管靠近内筒位置处与内筒之间的距离大于500mm。

进一步，内筒内径d与柱体内径Di比值为d/Di＝0.3-0.5；和/或，R2圆弧段偏心距e1与柱体内径Di比值为e1/Di＝0.1-0.2；R3圆弧段偏心距e2/Di＝0。

进一步，旋风筒高度H与柱体内径Di比值为H/Di＝1.1-3.1。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

本实用新型的预热装置，将弱涡流低阻旋风筒气流平稳引入旋风筒，物料在惯性力和离心力的作用下达到筒壁，有利于物料分离效率的提高和旋风筒阻力的降低；减少了进口区涡流阻力，阻力损失更低，可以有效控制进口气流速度和气流在内筒的旋转速度，减少或避免进口气流与回流相撞，提高了分离效率；顶级旋风筒保证了预热器整体较高的分离效率；末次旋风筒设计了扁嘴空气炮，减少了还原气氛或者高温物料发粘引起的结皮堵塞。

采用本实用新型的技术得到的多级预热系统阻力比一般的窑尾预热器低500～2000Pa，高温风机的电耗可控制在4kWh/t.cl以下，节电10％以上，六级预热器可以达到传统五级预热器的阻力，即在电耗不增加的前提下增加了一级换热，能耗降低3-5kgce/t.cl；本技术也适用于现有生产线的改造升级，不影响原有窑尾预热器的土建结构。

为了进一步实现节能降耗的目的，解决预热器阻力和分离效率两个相互矛盾的性能，在上述技术方案中，优选的将高效低阻预热技术与梯度燃烧自脱硝分解炉结合，形成高效低阻低能耗低NOx排放的预热预分解技术，同时达到节能和环保的功能。

此外，蜗壳体采用等高度变角三心270°大蜗壳螺旋结构，三个不同半径的圆弧连接更为平顺，可使气流平稳引入旋风筒，物料在惯性力和离心力的作用下达到筒壁，有利于物料分离效率的提高和旋风筒阻力的降低；

蜗壳螺旋线采用等高度变角结构，所述蜗壳体与柱体连接的外侧壁与水平方向的夹角为γ；该夹角γ在进风口处为50°并沿蜗壳螺旋线逐渐增大至90°，能够有效防止斜坡积料的发生，减少塌料对旋风筒内气流的干扰；

蜗壳体采用大蜗壳螺旋结构，进口面积更大，风速更低，减少了进口区涡流阻力，阻力损失更低；

进口风管尺寸设计更为合理，进口宽高比0.3～0.6之间，且气流入口竖向截面积F与所述柱体横截面积Fi的比值在0.2～0.4之间；可以有效控制进口气流速度和气流在内筒的旋转速度，减少或避免进口气流与回流相撞，提高分离效率；

所述进口风管正对气流入口处采用顺畅平稳的斜壁引导气流进入蜗壳体内，这种斜壁角度从上至下逐渐增大的结构形式不仅起到了气流导向的作用，还可减少蜗壳体进口处涡流阻力，阻力损失更低，可以有效控制进口气流速度和气流在内筒的旋转速度，减少或避免进口气流与回流相撞，提高了分离效率；保证旋风筒入口气流稳定，减少涡流，降低阻力。

附图说明：

图1是本实用新型中预热系统的结构示意图；

图2是旋风筒的正视图；

图3是图2的俯视图；

图4是本实用新型的进口风管左视图；

图5是本实用新型中气流在旋风筒中的流向示意图；其中实线为进气气流，虚线为出气气流。

其中：

1、旋风筒；11、进口风管；11a、气流入口；11b、外侧壁；11c、斜壁；12、蜗壳体；12a、顶盖；12b、气流出口；13、内筒；14、柱体；15、上锥体；16、下锥体；16a、下料口；2、风管；3、下料管；4、分解炉；5、烟室；6、生料进料管；7、高温风机。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图；对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例；而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型提供了一种多级组合的弱涡流低阻旋风预热系统，包括依次串联的N级低阻弱涡流旋风筒1、风管2、下料管3及自脱硝分解炉4；N为3以上的正整数；按照在预热器上设置的位置，旋风筒分为顶级旋风筒及非顶级旋风筒；所述顶级旋风筒设在预热系统顶部，非顶级旋风筒设在顶级旋风筒下方；

具体的，所有旋风筒均包括进口风管11、蜗壳体12、内筒13、柱体14、上锥体15、下锥体16；最下方的末次旋风筒设有扁嘴空气炮，减少了还原气氛或者高温物料发粘引起的结皮堵塞。

所述进口风管11是风管端部连接旋风筒的部分，设在蜗壳体12的进口处；进口风管11 设有气流入口11a；

所述内筒13为圆柱形筒体，所述内筒13与气流出口12b焊接为一体套焊在蜗壳体12中；

所述蜗壳体12是由三个不同半径的圆弧焊接成的三心等高度变角大蜗壳结构；蜗壳体 12顶部设有顶盖12a；所述顶盖12a中心处开有气流出口12b；具体的，所述蜗壳体12是由以O2为圆心的R2圆弧段一端焊接以O1为圆心的R1圆弧段，另一端焊接以O3为圆心的R3圆弧段；三个不同半径圆弧段的角度之和为270°，三段圆弧段采取等高度变角形式与下方的所述柱体14连接；三个不同半径的圆弧连接更为平顺，可使气流平稳引入旋风筒，物料在惯性力和离心力的作用下达到筒壁，有利于物料分离效率的提高和旋风筒阻力的降低；蜗壳螺旋线采用等高度变角结构，所述蜗壳体12与柱体14连接的外侧壁11b与水平方向的夹角为γ；该夹角γ在进风口处为50°并沿蜗壳螺旋线逐渐增大至90°。从而能够有效防止斜坡积料的发生，减少塌料对旋风筒内气流的干扰；蜗壳进口采用该大蜗壳螺旋结构，扩大了大部分进口区域与蜗壳，进口面积更大，风速更低，减少了进口区涡流阻力，阻力损失更低；

所述柱体14为圆柱形空心壳体，柱体14下方依次连接有所述上锥体15及下锥体16；所述下锥体出口为下料口16a。所述上锥体是从上至下直径减小的直锥体，所述下锥体是从上至下直径减小的歪锥体；歪锥体轴心与水平面夹角最小为60°，以在不妨碍下料的同时便于气流折返。

优选的，所述进口风管11正对气流入口11a处采用顺畅平稳的斜壁11c引导气流进入蜗壳体12内，具体的，所述斜壁11c由两段组成，上方的斜壁11c与水平方向夹角α为15-20°；下方斜壁11c与水平方向夹角β为到60-70°；这种斜壁11c角度从上至下逐渐增大的结构形式不仅起到了气流导向的作用，还可保证旋风筒入口气流稳定，减少涡流，降低阻力。

优选的，对于非顶级弱涡流旋风筒：气流入口11a其宽高比b/a＝0.3～0.6，且气流入口11a 竖向截面积Fi与所述柱体14横截面积F的比值Fi/F＝0.2～0.5，进口风管11靠近内筒位置处与内筒之间的距离大于150mm；可以有效控制进口气流速度和气流在内筒13的旋转速度，减少或避免进口气流与回流相撞，提高分离效率；优选的，设所述内筒内径为d，所述柱体有效内径为Di，则内筒内径d与柱体内径Di比值为d/Di＝0.4-0.6；蜗壳体螺旋线依次相切， R2圆弧段偏心距e1/Di＝0.06-0.09，R3圆弧段偏心距e2/Di＝0-0.4，当e2＝0时，R3圆弧段中心点与R1圆弧段中心点重合并落在柱体圆心处；此外，旋风筒高度H与柱体内径Di比值为H/Di＝2.2-4.5。

对于顶级弱涡流旋风筒C1：气流入口11a其宽高比b/a＝0.3～0.6，且气流入口11a竖向截面积Fi与所述柱体14横截面积F的比值Fi/F＝0.15～0.25，进口风管11靠近内筒位置处与内筒之间的距离大于500mm；优选的，内筒内径d与柱体内径Di比值为d/Di＝0.3-0.5，蜗壳体螺旋线依次相切，R2圆弧段偏心距e1/Di＝0.1-0.2，R3圆弧段偏心距e2/Di＝0，e2＝0，此时 R3圆弧段中心点与R1圆弧段中心点重合，并落在柱体圆心处。此外，旋风筒高度H与柱体内径Di比值为H/Di＝1.1-3.1。优选的，所述顶级旋风筒为对称设置的双旋风筒结构，且两旋风筒的进口风管相邻设置。

带料气流以比较平稳的方式从进口风管11的气流入口11a进入旋风筒，沿着蜗壳体12 的壁面旋转向下流动，生料依次沿所述柱体14、上锥体15及下锥体16的壁面进入下料口61，从而排出旋风筒；气体在上锥体15和下锥体16的作用下折返，并通过内筒13由气流出口 12b排出旋风筒；实现含尘气流的气固分离。

在所有相邻的旋风筒中，上一级旋风筒气流入口与下一级旋风筒的气流出口通过风管连接；所有下料口均连接有下料管；前N-3级任一旋风筒上的下料管均与该旋风筒后两级旋风筒之间的风管连通；

所述分解炉设在所有旋风筒的下方；N-1级旋风筒的下料管与分解炉连通；

所述分解炉的下方还设有与回转窑连通的烟室5，N级旋风筒的下料管与烟室连通；顶级旋风筒与二级旋风筒之间风管连通有生料进料管6。

还包括设在地面的高温风机7；所述高温风机与顶级旋风筒C1顶部的出风口通过管道相连，高温风机为整个系统提供拉风。

如图1所示，以六级旋风预热器为例，工作时，生料通过生料进料管进入C2-C1风管，由于所有风管内均通有被高温风机拉过来的热气流，因此被上升热气流加热后的生料随气流进入C1旋风筒1进行气固分离，分离后的生料从C1下料管进入C3-C2风管，同样被加热后生料进入C2旋风筒进行气固分离，分离后的生料从C2下料管进入C4-C3风管，被加热后进入C3旋风筒进行气固分离，分离后的生料从C3下料管进入C5-C4风管，被加热后进入C4旋风筒进行气固分离，分离后的生料从C4下料管进入C6-C5风管，被加热后的生料进入C5旋风筒进行气固分离，分离后的生料从C5下料管上进行分料后进入分解炉，生料在分解炉分解后被热气流带入C6旋风筒进行气固分离，分离后的生料从C6下料管进入烟室，最后进入回转窑进行煅烧。

由于分解炉设有两个不同的进料口对应不同温度的分解区域，因此C5旋风筒设有两个连通进料口的C5下料管，在C5旋风筒的锁风阀下方设有分料阀以便为两个C5下料管进行分料。

实验研究和工程实践表明，旋风筒气流入口风速V_入对阻力和效率的影响很大，从降阻考虑，希望V_入低些；从提高风量和效率考虑，V_入高些较好；当V_入超过一定限度时，阻力激增，而效率增加甚微。最佳入口风速因旋风预热器的结构和处理气体温度不同而异，本实用新型取V_入＝12～18m/s；气流出口风速V_出＝13-19m/s；柱体风速为2-8m/s，所述风管的截面风速为16～24m/s。

本实施例中，同一自脱硝分解炉对应两列预热装置，实际设计过程中也可以是一列预热器或者三列预热器。

表1本实用新型中多级预热器技术参数

本实用新型的技术得到的多级预热系统阻力高温风机的电耗可控制在4kWh/t.cl以下，节电10％以上，六级预热器可以达到传统五级预热器的阻力，在电耗不增加的前提下增加了一级换热，能耗降低3-5kgce/t.cl；本技术也适用于现有生产线的改造升级，不影响原有窑尾预热器的土建结构。以下是本实用新型在正常原燃料条件下，主要性能保证参数：

更进一步，表1中5500t/d生产线六级高效低阻弱涡流旋风预热器技术，窑尾在不增加选型规格的前提下，装置投产后产量稳定在6000-6200t/d，预热器出口的温度260℃，预热器出口的压力为4200-4500Pa，顶级旋风筒C1的阻力为800Pa以下，非顶级旋风筒的阻力为500Pa 以下；预热器非顶级旋风筒分离效率达到90％左右，顶级旋风筒分离效率达到97％。预热器出口的粉尘浓度≤60g/Nm3，分离效率达到95％以上，高温风机电耗3.6-4.0kWh/t.cl，熟料综合电耗＜40kWh/t.cl，标准煤耗≤94kgce/t.cl，收到了良好的节能减排效果。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，如预热器采用单列或双列或三列预热器，如旋风筒采用二级、三级、四级、五级、六级、七级、八级等，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多级组合的弱涡流低阻旋风预热系统，其特征在于：包括依次串联的N级低阻弱涡流旋风筒、风管、下料管及自脱硝分解炉；N为3以上的正整数，顶部设为1级；

旋风筒按照在预热器上设置的位置，分为顶级旋风筒及非顶级旋风筒；所述顶级旋风筒设在预热系统顶部，非顶级旋风筒设在顶级旋风筒下方；所有旋风筒均包括进口风管、蜗壳体、内筒、柱体、上锥体和下锥体；

所述进口风管是风管端部连接旋风筒的部分，设在蜗壳体的进口处；进口风管设有气流入口；

所述内筒为圆柱形筒体，所述内筒与气流出口焊接为一体套焊在蜗壳体中；

所述蜗壳体是由三个不同半径的圆弧焊接成的三心等高度变角蜗壳结构；蜗壳体顶部设有顶盖；所述顶盖中心处开有气流出口；

所述柱体为圆柱形空心壳体，柱体下方依次连接有所述上锥体及下锥体；所述下锥体出口为下料口。

2.如权利要求1所述的多级组合的弱涡流低阻旋风预热系统，其特征在于：在所有相邻的旋风筒中，上一级旋风筒气流入口与下一级旋风筒的气流出口通过风管连接；所有下料口均连接有下料管；前N-3级任一旋风筒上的下料管均与该旋风筒后两级旋风筒之间的风管连通；

所述分解炉设在所有旋风筒的下方；N-1级旋风筒的下料管与分解炉连通；

所述分解炉的下方还设有与回转窑连通的烟室，N级旋风筒的下料管与烟室连通；顶级与二级旋风筒之间风管连通有生料进料管；

还包括设在地面的高温风机；所述高温风机与顶级旋风筒顶部的出风口通过管道相连。

3.如权利要求2所述的多级组合的弱涡流低阻旋风预热系统，其特征在于：所述蜗壳体是由以O2为圆心的R2圆弧段，R2圆弧段一端焊接以O1为圆心的R1圆弧段，另一端焊接以O3为圆心的R3圆弧段；三个不同半径圆弧段的角度之和为270°，三段圆弧段采取等高度变角形式与所述柱体连接。

4.如权利要求3所述的多级组合的弱涡流低阻旋风预热系统，其特征在于：对于非顶级弱涡流旋风筒，气流入口其宽高比b/a＝0.3～0.6；

和/或，气流入口竖向截面积Fi与所述柱体横截面积F的比值Fi/F＝0.2～0.5；

和/或，进口风管靠近内筒位置处与内筒之间的距离大于150mm。

5.如权利要求4所述的多级组合的弱涡流低阻旋风预热系统，其特征在于：内筒内径d与柱体内径Di比值为d/Di＝0.4-0.6；

和/或，蜗壳体螺旋线依次相切，R2圆弧段偏心距e1与柱体内径Di比值为e1/Di＝0.06-0.09；R3圆弧段偏心距e2与柱体内径Di比值为e2/Di＝0-0.4。

6.如权利要求3所述的多级组合的弱涡流低阻旋风预热系统，其特征在于：对于顶级弱涡流旋风筒C1，气流入口其宽高比b/a＝0.3～0.6；

和/或，且气流入口竖向截面积Fi与所述柱体横截面积F的比值Fi/F＝0.15～0.25；

和/或，进口风管靠近内筒位置处与内筒之间的距离大于500mm。

7.如权利要求6所述的多级组合的弱涡流低阻旋风预热系统，其特征在于：内筒内径d与柱体内径Di比值为d/Di＝0.3-0.5；

和/或，R2圆弧段偏心距e1与柱体内径Di比值为e1/Di＝0.1-0.2；R3圆弧段偏心距e2/Di＝0。

8.如权利要求6所述的多级组合的弱涡流低阻旋风预热系统，其特征在于：旋风筒高度H与柱体内径Di比值为H/Di＝1.1-3.1。

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