一种回转窑水泥熟料生产线余热回收利用系统的制作方法

本发明涉及水泥厂余热回收的技术领域，具体涉及一种应用于回转窑水泥熟料生产线的余热回收利用系统。

背景技术：

水泥工业是国家建筑领域的支柱产业，属于高能耗、高污染、低附加值的行业。在国家“十三五”规划中，重点改造能源消耗大、环境污染严重的相关产业，因此，水泥行业是重点节能改造对象之一。

水泥生产过程中包括原材料的制备、熟料煅烧冷却和水泥的磨制，其中熟料煅烧是耗能最大的步骤，回转窑作为熟料煅烧的设备，通过燃料燃烧释放热能而完成生料的预热、分解及化学反应等过程，从而烧制成水泥熟料，其能耗约占总体能耗的80%以上，在回转窑运行过程中，其筒体表面温度可达到350℃左右，大量的热量通过设备表面以辐射散热的形式散失到环境中；煅烧后的熟料需要经过篦冷机快速冷却降温。在篦冷机中，一室的高温气体作为二次风送入窑内助燃，部分高温气体送入窑头余热锅炉；二室的高温气体通过管道引至窑尾分解炉；三室的废气经除尘器后排放出去。因此，通过回转窑筒体的散热和篦冷机三室的废气排放散热不仅造成能源大量浪费，而且还会对环境产生热污染。

技术实现要素：

本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种回转窑水泥熟料生产线余热回收利用系统。本发明可有效解决水泥厂生产线中回转窑和篦冷机三室的余热散失问题，能实现对水泥生产企业熟料生产线中回转窑和篦冷机三室的余热合理回收和利用，避免了因余热损失而造成能源浪费，可提高水泥生产过程的能源利用效率。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的回转窑水泥熟料生产线余热回收利用系统包括回转窑换热罩装置、回转窑筒体余热回收装置、篦冷机三室余热换热装置、以及篦冷机余热回收装置；

a、所述回转窑换热罩装置包括围绕回转窑筒体设置的至少两个弧形结构的换热罩，设置在每个换热罩与回转窑筒体之间的换热器；所述换热器的一侧端设有蒸汽出口，另一侧端设置有给水口；所述每个换热罩的弧心角均为90º；

b、所述的回转窑筒体余热回收装置包括通过蒸汽输送管道以及相关阀门与换热器的蒸汽出口相连接的换热器集热器，通过换热器的给水口与下侧给水纵管相连接的给水管；在蒸汽输送管道中设置有用于将液态冷凝水反送至下侧给水纵管中、保证蒸汽输送管道的蒸汽纯度的疏水器；在蒸汽集热器上设置有集热器蒸汽出口管、温度计、压力表、水位计、检查孔、调节阀、事故放水管；所述给水管通过闸阀、除污器、流量计、压力显示表与给水泵相连接；

c、所述篦冷机三室余热换热装置包括连接在篦冷机三室与惯性除尘室之间的篦冷机三室出风管道，所述惯性除尘室与出风管道之间设置有惯性除尘室挡板，所述惯性除尘室下部设置有收尘器；

d、所述篦冷机余热回收装置包括与惯性除尘室相连通的高温气体换热室，在所述高温气体换热室内布置有由若干根换热铜管组成的蒸汽换热器和热水换热器两部分，所述蒸汽换热器布置在靠近高温气体入口处；所述热水换热器布置在靠近高温气体出口处。

本发明中所述换热器包括多个螺旋翅片管、以及与螺旋翅片管的蒸汽出口相连接的上侧蒸汽纵管、与螺旋翅片管的进水口相连接的下侧给水纵管；所述上侧蒸汽纵管的一端设有蒸汽出口，下侧给水纵管的一端设置有给水口；且所述螺旋翅片管、以及与螺旋翅片管的蒸汽出口相连接的上侧蒸汽纵管、与螺旋翅片管的进水口相连接的下侧给水纵管通过支撑架连接钢架基础进行固定，外侧铺设方钢骨架和保温岩棉，内外铺设白铁皮，起到保温和反射辐射散热的作用，以水作为冷却介质，在螺旋翅片铜管中受到回转窑筒体的热量传递，以蒸汽形式汇聚排出。其中，风机对准螺旋翅片铜管和回转窑空隙，加强空气流动，增加对流换热。

所述热水换热器是由多行S型换热铜管组成，且所述热水换热器的热水出口与热水集热器相连，在热水集热器的热水管道出口处设置气液分离器，将系统内蒸汽排出，保证热水的正常输送。

本发明中所述蒸汽换热器中的换热铜管是由多行采用竖直排列的换热铜管组成，下端均与给水横管相连，上端与蒸汽集热器相连，且在蒸汽集热器的蒸汽管道出口处设置有疏水器，将液态冷凝水反送至给水横管中，保证蒸汽输送管道的蒸汽纯度。

本发明的有益效果如下：

本发明针对回转窑水泥熟料生产线的热量散失进行回收利用而发明，通过设置换热铜管，以水流作为冷却介质，对回转窑换热罩、回转窑筒体余热和篦冷机三室高温气体的热量进行回收。吸收热量后的水变为蒸汽和热水，汇集到蒸汽集热器和热水集热器中，以供生活和生产使用，有效解决了水泥生产企业熟料生产线的余热散失问题，提高水泥厂综合经济效益，且能够促进节能减排，减少能源消耗对环境的危害。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的水泥回转窑A型余热回收装置剖面图（一种实施方式）。

图3为本发明的水泥回转窑B型余热回收装置剖面图（第二种实施方式）。

图4为本发明的水泥回转窑C型余热回收装置剖面图（第三种实施方式）。

图5为图1的主视图。

图6为图1中换热器的结构

图7为换热器的侧视图。

图8为集热器热力流程简图。

图9为集热器大样图。

图10为篦冷机三室左视图。

图11为蒸汽换热器平面图。

图12为热水换热器平面图。

图13为热水换热器供回水布置图。

图14为蒸汽换热器的蒸汽回收流程图。

图15为热水换热器的热水回收流程图。

图中序号：1-换热罩、2-蒸汽出口、3-上侧蒸汽纵管、4-下侧给水纵管、5-支撑架、6-给水口、7-回转窑筒体、8-钢架基础、9-螺旋翅片管、10-方钢骨架、11-集热器、12-集热器蒸汽出口管、13-压力表、14-水位计、15-检查孔、16-调节阀、17-事故放水管、18-蒸汽输送管道、19-给水管、20-闸阀、21-除污器、22-流量计、23-压力显示表、24-支撑钢架、25-温度计、26-安全阀、27-备用出水口、28-放气阀、29-风机、30-风机管道、31-疏水器、32-为热水回流管道、33-惯性除尘室挡板、34-收尘器、35-回转窑窑头、36-传送带、37-篦冷机、38-篦冷机一室出风管道、39-篦冷机一室、40-篦冷机二室出风管道、41-篦冷机二室、42-篦冷机三室出风管道、43-篦冷机三室、44-熟料运输室、45-惯性除尘室、46-高温气体换热室、47-蒸汽换热器、48-热水换热器、49-管道风机、50-气体汇集室、51-篦冷室风机、52-蒸汽横管、53-竖直排列的换热铜管、54-蒸汽换热器给水横管、55-蒸汽换热器总给水管、56-S型换热铜管、57-热水换热器给水管、58-热水出水管、59热水集热器。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述：

水泥生产过程中包括原材料的制备、熟料煅烧冷却和水泥的磨制，其中熟料煅烧是耗能最大的步骤，回转窑作为熟料煅烧的设备，通过燃料燃烧释放热能而完成生料的预热、分解等化学反应，从而烧制成水泥熟料，其能耗约占总体能耗的80%以上，在回转窑运行过程中，表面温度可达到350℃左右，大量的热量通过设备表面以辐射散热的形式散失到环境中；煅烧后的熟料需要经过篦冷机快速冷却降温。在篦冷机中，一室的高温气体送至回转窑内补充空气助燃，二室的高温气体送入分解炉回收利用，三室的气体温度达到150℃，一般直接排到室外。因此，回转窑和篦冷室的大量余热未能充分利用，不仅造成能源浪费，而且对环境产生不利影响。

本发明针对水泥熟料生产过程中，回转窑筒体表面散热和篦冷机三室高温气体热量散失的现象，提出一种应用于回转窑水泥熟料生产线余热回收利用系统，通过设置换热铜管，以水流作为冷却介质，对回转窑筒体余热和篦冷机三室高温气体的热量进行回收。吸收热量后的水变为蒸汽和热水，汇集到蒸汽集热器和热水集热器中，以供生活和生产使用。

如图1所示，本发明包括回转窑换热罩装置、回转窑筒体余热回收装置、篦冷机三室余热换热装置、以及篦冷机余热回收装置。

如图2所示，所述回转窑换热罩装置包括围绕回转窑筒体7设置的四个弧形结构的换热罩1，所述每个换热罩1的弧心角均为90º；设置在每个换热罩1与回转窑筒体7之间的换热器；所述换热器包括多个螺旋翅片管9、以及与螺旋翅片管的蒸汽出口相连接的上侧蒸汽纵管3、与螺旋翅片管的进水口相连接的下侧给水纵管4；所述上侧蒸汽纵管3的一端设有蒸汽出口2，下侧给水纵管的一端设置有给水口6（参见图2、5、6、7所示）；进一步说，所述螺旋翅片管9、以及与螺旋翅片管的蒸汽出口相连接的上侧蒸汽纵管3、与螺旋翅片管的进水口相连接的下侧给水纵管4通过支撑架连接钢架基础进行固定，外侧铺设方钢骨架和保温岩棉，内外铺设白铁皮，起到保温和反射辐射散热的作用，以水作为冷却介质，在螺旋翅片铜管中受到回转窑筒体的热量传递，以蒸汽形式汇聚排出。其中，风机对准螺旋翅片铜管和回转窑空隙，加强空气流动，增加对流换热。

如图8、9所示，所述的回转窑筒体余热回收装置包括通过蒸汽输送管道18以及相关阀门与蒸汽出口2相连接的换热器集热器11，通过给水口6与下侧给水纵管相连接的给水管19；在蒸汽输送管道中设置有用于将液态冷凝水反送至下侧给水纵管4中、保证蒸汽输送管道的蒸汽纯度的疏水器；在蒸汽集热器上设置有集热器蒸汽出口管12、温度计25、压力表13、水位计14、检查孔15、调节阀16、事故放水管17；所述给水管19通过闸阀20、除污器21、流量计22、压力显示表23与给水泵相连接。

如图1、10所示，所述篦冷机三室余热换热装置包括连接在篦冷机三室43与惯性除尘室45之间的篦冷机三室出风管道，所述惯性除尘室45与出风管道之间设置有惯性除尘室挡板33，所述惯性除尘室下部设置有收尘器34；所述篦冷机余热回收装置包括与惯性除尘室45相连通的高温气体换热室46，在所述高温气体换热室内布置有由若干根换热铜管组成的蒸汽换热器47和热水换热器48两部分，所述蒸汽换热器47布置在靠近高温气体入口处；所述热水换热器48布置在靠近高温气体出口处。

如图12所示，本发明中所述热水换热器48是由多行S型换热铜管56组成，且所述热水换热器48的热水出口与热水集热器相连，在热水集热器的热水管道出口处设置气液分离器，将系统内蒸汽排出，保证热水的正常输送。

如图11所示，本发明中所述蒸汽换热器47中的换热铜管是由多行采用竖直排列的换热铜管53组成，下端均与给水横管相连，上端与蒸汽集热器相连，且在蒸汽集热器的蒸汽管道出口处设置有疏水器，将液态冷凝水反送至给水横管中，保证蒸汽输送管道的蒸汽纯度。

本发明的回转窑换热罩装置可根据水泥厂回转窑外界实际环境，设计成三个弧形结构的换热罩（如图3所示）或两个弧形结构的换热罩（如图4所示）.

更具体说，本发明中所述的上侧蒸汽纵管3通过竖向螺旋翅片管9连接下侧给水纵管4，在上侧蒸汽纵管3的一端设有蒸汽出口2，在下侧给水纵管的另一端设有给水口6，上侧蒸汽纵管3和下侧给水纵管4均为无缝钢管，多个螺旋翅片管9围绕着回转窑筒体7布置，给水管19中的水流通过给水口6进入下侧给水纵管4，水流沿着下侧给水纵管4进入螺旋翅片管9，在螺旋翅片管9中受到回转窑筒体7的辐射换热和对流换热，受热变成蒸汽，汇集到上侧蒸汽纵管3，通过蒸汽出口2进入蒸汽输送管道18，随后进入换热器集热器11。

在螺旋翅片管9中，布置带有翅片的一侧靠近回转窑筒体7，增加换热面积，加强换热能力，布置不带翅片的一侧背对回转窑7，减少翅片管的散热损失。风机29安放在一侧的钢架基础8上，风机管道30对准螺旋翅片管9和回转窑筒体7之间的空隙，开动风机能增加回转窑筒体7和螺旋翅片管9之间的空气流动，加强对流换热，同时尽量避免外界粉尘黏附螺旋翅片，避免粉尘增加传热热阻，造成传热量减少，余热回收效果不明显。

如图2和3所示，换热罩1由支撑架5固定承重，两侧和下部支撑架5固定在回转窑的钢架基础8，上侧支撑架5固定在最上方支撑钢架24。

如图8和9所示，换热器集热器11中的蒸汽通过集热器蒸汽出口管12流出，以供生活和生产使用，事故放水管17设置在集热器最下部，通过调节阀16连接。换热器集热器11是一个封闭的圆筒压力罐，两侧分别设置水位计14和检查孔15，上侧设置压力表13、温度计25、安全阀26、放气阀28等，上侧设置集热器蒸汽出口管12、备用出水口27，下侧设置事故放水管17等。

如图1、10所示，所述篦冷机37根据排风温度不同，一般分为三个部分，篦冷机一室39的排风温度在900℃左右，部分高温气体沿回转窑窑头35进入回转窑，补充高温空气，充当助燃气体，部分高温气体沿着篦冷机一室出风管道38进入窑头余热锅炉，篦冷机二室41的排风温度在400℃左右，高温气体通过篦冷机二室出风管道40引入窑尾分解炉，篦冷机三室43的排风温度在150℃左右，一般情况下，篦冷机三室43的高温气体直接排出室外，造成余热浪费。本发明通过高温气体换热室46对篦冷机三室的高温气体进行热回收。 篦冷室风机51排出的冷风经过传送带36时，被熟料加热成高温气体、进行余热回收，首先需要进行除尘处理，高温气体中的尘粒被惯性除尘室挡板33改变运动轨迹，落入下方的收尘器34中。除尘后的高温气体经管道进入高温气体换热室46，为了充分回收高温气体中的热量，高温气体换热室46设置两部分换热铜管，换热后的气体在气体汇集室50处排出。其中，这部分管道设置管道风机49，增强高温气体换热室46内空气流动，强化换热。

除尘后的高温气体经管道进入高温气体换热室46，为了充分回收高温气体中的热量，高温气体换热室46设置两部分换热铜管，高温气流依次流过两部分换热铜管，第一部分换热铜管首先接触高温气流，管内水流受热变成蒸汽，这部分称为蒸汽换热器47，第二部分换热铜管的水流受热变为热水，这部分称为热水换热器48。其中，蒸汽换热器47的截面布置如图11所示，蒸汽换热器给水横管54中的水流均匀进入竖直排列的换热铜管53进行换热，水相变为蒸汽集聚到蒸汽横管52排出，在蒸汽横管52的出口处设置疏水器31，其中，多个截面的竖直排列的换热铜管53交叉排列，增强换热。热水换热器48的截面布置如图12所示，单根S型换热铜管56以S型曲折排列，上侧为给水口，下侧为出水口，多个截面布置如图15所示，上侧水平热水换热器给水管57均匀供水给各个S型换热铜管56，换热后的热水统一聚集到热水出水管58，在出口处设置气液分离器。将换热后的蒸汽和热水分别引入换热器集热器11和热水集热器59中。