粉状物料混联混流悬浮预热预煅烧系统的制作方法

粉状物料混联混流悬浮预热预煅烧系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于气固相热交换和热反应领域，具体是一种粉状物料混联混流悬浮预热预煅烧系统。该系统由预热装置和预煅烧装置组成；所述预热装置由多个旋风换热器组成，各旋风换热器在空间上排列为两列，两列旋风换热器并联在气流路线上，并且每一列内具有至少三级气流串联的旋风换热器；各级旋风换热器中至少有相邻的两级所有旋风换热器料流串联，其料流串联的方式为轮换串联或交叉串联；其中，除了最后一级料流串联的旋风换热器外，其它料流串联的旋风换热器中，至少有1个旋风换热器下料口设置有平衡分料阀。本实用新型节能，减排，产量高，质量好，投资省，资源循环利用效果好。
【专利说明】粉状物料混联混流悬淳预热预煅烧系统

【技术领域】
[0001] 本实用新型涉属于气固相热交换和热反应领域，具体是一种用于粉状物料在悬浮 气流状态下进行气固相换热、分离以及固相反应的粉状物料混联混流悬浮预热预煅烧系 统。

【背景技术】
[0002] 1971年日本石川岛公司（IHI)单列串流悬浮预热预分解系统SF诞生，即预热装置 内气流和料流都串行；经过预热装置预热后的粉状物料进入预分解装置加热分解。此项发 明导致水泥产质量明显提高；热耗也明显下降。但热耗仍然偏高，以3级、4级该系统为例， 第一级排气温度达到320-400°C ;生料的表观分解率小于85% ;PM2. 5, PM10等粉尘及C02、 S02、NOx等有害气体排放量大，NOx超过800mg/Nm 3。
[0003] 随后，双列平行并流悬浮预热预分解系统诞生，即预热装置内各列气流和料流并 行，每列气流和料流串行；经过预热装置预热后的粉状物料进入预分解装置加热分解。期 间，预分解装置也进行了许多改进，最有代表性的应该是德国洪堡公司（KHD)发明的外循环 分解炉。此发明降低了建筑高度，降低了分解炉温度；水泥产质量，热耗，生料的表观分解 率，PM2. 5, PM10等粉尘及C02、S02、N0x等有害气体排放量也略有改善。但由于增加了循环 分解炉和分解炉内增加了回料量，压损增大，电耗增加。一些研究者又把预热器从4级增加 到5级，发现热耗下降很少，建筑高度，压损，电耗增加很多；其它几乎没有变化。以上所有 系统仍然保留了单列串流悬浮预热预分解系统的特征。
[0004] 1977年奥地利（PASEC法）和1979年日本（SCS法）双列交叉串流悬浮预热预分解 系统诞生，即预热装置内各列气流并行，每列气流串行，各列料流交叉串行；经过预热装置 预热后的粉状物料进入预分解装置加热分解。此发明导致热耗较大降低，以3级、4级该系 统为例，第一级排气温度达到260-330°C。但由于料气比和热交换次数的增加，各列物料和 风压不平衡，建筑高大，压损增加超过l〇〇〇Pa ;PM2. 5, PM10等粉尘排放量成倍增加，极大浪 费电能，污染环境；其它变化不明显。
[0005] 随着规模效应的驱使，国内外众多研究者主要以双列悬浮预热预分解系统为方向 进行了研究。其中最突出的是双列轮换串流悬浮预热预分解系统，即预热装置内各列气流 并行，每列气流串行；各列料流轮换串行；经过预热装置预热后的粉状物料进入预分解装 置加热分解。此发明导致水泥产质量，热耗，建筑高度，压损，PM2. 5，PM10等粉尘及C02、S02、 NOx等有害气体排放量等方面又有所改进；以3级、4级该系统为例，第一级排气温度达到 250-3KTC;生料的表观分解率近95% ;Ν0χ近600mg/Nm3等等。但这些成绩还有很大的提升 空间，还不能满足对能源，资源，环保的更高要求。


【发明内容】

[0006] 本实用新型能够解决的问题，是针对现有各种水泥粉状物料悬浮预热预分解系统 中存在的问题而加以改进，提供一种节能，减排，产量高，质量好，投资省，资源循环利用效 果好的粉状物料混联混流悬浮预热预煅烧系统。
[0007] 本实用新型的粉状物料混联混流悬浮预热预煅烧系统的技术方案是：该系统由预 热装置和预煅烧装置组成；所述预热装置由多个旋风换热器组成，各旋风换热器在空间上 排列为两列，两列旋风换热器并联在气流路线上，并且每一列内具有至少三级气流串联的 旋风换热器；其气流路线由煅烧装置开始，经最后一级旋风换热器，逐级到达第一级旋风换 热器，由第一级旋风换热器出风口引出；其料流路线由第一级旋风换热器开始，逐级到达最 后一级旋风换热器，再引入煅烧装置；其特征是：所述各级旋风换热器中至少有相邻的两 级所有旋风换热器料流串联，其料流串联的方式为轮换串联或交叉串联；其中，除了最后一 级料流串联的旋风换热器外，其它料流串联的旋风换热器中，至少有1个旋风换热器下料 口设置有平衡分料阀，平衡分料阀的出口分两路，一路按料流串联路线排料至紧邻的下一 个旋风换热器进风管，另一路排料至紧邻的下一个旋风换热器出料口。
[0008] 上述技术方案中：
[0009] -、所述气流串联是指一个旋风换热器的出风管与另一个旋风换热器的进风管相 连，依次类推；
[0010] 二、所述料流串联是指一个旋风换热器的下料管与另一个旋风换热器的进风管相 连，依次类推；
[0011] 三、所述级是由气流末端的各旋风换热器组成第一级，沿着气流的逆向紧邻着的 各旋风换热器组成第二级，依次类推，直至最末一级；
[0012] 四、所述列是由最末一级一个旋风换热器出风管与上一级一个旋风换热器进风管 相连，依次类推，直至最上一级的旋风换热器构成一列；
[0013] 五、所述交叉串联是指上一级料流路线从第一列旋风换热器进入同级的第二列旋 风换热器(任意1列作为第一列，另一列则为第二列);本级料流路线也是从第一列旋风换热 器进入本级的第二列旋风换热器；上级与本级之间，料流路线由上一级第二列旋风换热器 进入本级的第一列旋风换热器；
[0014] 六、所述轮换串联是指上一级料流路线从第一列旋风换热器进入同级的第二列旋 风换热器(任意1列作为第一列，另一列则为第二列);本级料流路线从第二列旋风换热器喂 入本级的第一列旋风换热器；上级与本级之间，料流路线由上一级第二列旋风换热器进入 本级的第二列旋风换热器。
[0015] 上述基本技术方案的有益效果体现在：由于通常预热装置要么料流全部并流，要 么料流全部串流；实用新型设置相邻的2级旋风换热器料流轮换串联或交叉串联，通过平 衡分料阀进行料流再分配，使整个预热装置料流既有并行，又有串行，处于混联混流状态下 换热，弥补了双列平行并流预热装置热效率低的缺陷，避开了双列轮换串流预热装置中各 级温度差不规律的弱点，减轻了双列交叉串流预热装置中各列物料和风压不平衡，压损大 的影响；整个系统的热效率极大提高，大量节约能耗，及减少C0 2的排放，同时，因为料气比 大，所以起到了固硫作用，减少了 S02的排放。
[0016] 在上述技术方案基础上，所述第一级的两列旋风换热器的料流路线并联，即两列 旋风换热器的料流始端分别独立连接供料端，料流末端进入第二级旋风换热器。在此基础 上，在第二级旋风换热器的料流始端还可以设置有直接连接供料端的进料管。
[0017] 该方案的有益效果体现在：通常预热装置只在第一级喂料，而本实用新型采用上 述技术特征的方案，极大地减少了 PM2. 5, PM10等粉尘的排放，且这两部分粉料的比例可 以调节，从而调节第一级旋风换热器出口温度，保证其它余热设施的运用，尽可能地降低热 耗，充分利用可用的余热。
[0018] 所述预煅烧装置由分离器，三次风管，分解炉，烟道，烟室，补热装置组成；所述三 次风管和烟道的气流入口分别连接三次风气流源和烟室，三次风管的气流出口汇合并连接 分解炉；分解炉的出口连接至分离器，分离器的气流出口连接至预热装置最后一级旋风换 热器的气流路线始端；所述预热装置中料流末端的旋风换热器出料端分为两路，一路接入 三次风管，另一路接入烟道。
[0019] 该方案的效果体现在：排入烟道的粉料提供了脱硝（NOx)的催化剂和阻止烟道结 皮的料幕；排入三次风管内的粉料分散效果好，热交换效率高，分解时间长，分解更充分，且 这两部分粉料还可以按比例调节，从而调节烟道和三次风管之间风压的平衡，减少压损。
[0020] 所述分离器包括有粗粉分离器和细粉分离器；粗粉分离器的入口连接分解炉出 口，粗粉分离器的粗粉出口通入分解炉，粗粉分离器的排风口接入细粉分离器入口，细粉分 离器的的细粉出口通入烟室。所述细粉分离器的细粉出口从烟室侧面上部或顶部进入烟 室。所述三次风管与烟室之间设置有连接管道和锁风阀。
[0021] 该方案的有益效果体现在：通常系统中的分离器只有细粉分离器，本系统中的分 离器由细粉分离器和粗粉分离器组成，经过分解炉加热分解后的粉料先进入粗粉分离器分 离，后进入细粉分离器分离，该结构使未分解的粗颗粒粉料和煤粉重新返回分解炉中下部 加热反应，并使得分解炉中下部形成高温分解区，利于物料分解和高强度水泥的煅烧；通常 系统经过细粉分离器分离的细粉从烟室斜坡排入烟室，而本实用新型的上述方案中，经过 细粉分离器分离的细粉从烟室侧面上部或顶部排入烟室，料流由上而下，气流由下而上，粉 料与热气逆流，在烟室里进行预煅烧；此创新提高了物料煅烧接触面积，提高了水泥强度， 提高了煅烧效率，大量节约能耗，减少了 co2的排放；本实用新型的系统在三次风管与烟室 之间增加了连接管道和锁风阀，如果系统出现异常，三次风管弯头处的积料由此排入烟室， 减少积料造成的压损。
[0022] 所述三次风管和烟道的中心线成锐角夹角，合并后进入分解炉。
[0023] 该方案的有益效果体现在：通常系统的三次风管和烟道的热风接近于直角合并后 进入分解炉，本系统的三次风管和烟道的热风成锐角逐步合并后进入分解炉，实现了空气 连续分级燃烧，减少过剩空气，减少局部高温点的产生，减少NOx的生成。
[0024] 所述补热装置由1-2个替代燃料喂入装置，及至少2处喷煤装置组成，每处喷煤装 置由至少1个喷煤管组成，所述喷煤装置包括设置在三次风管与分解炉的接口处和烟道进 口处的喷煤装置，还可以包括设置在分解炉中部的喷煤装置。
[0025] 该方案的有益效果体现在：实现了燃料分级燃烧，且在分解炉内形成高温还原区 和分解区，高温还原区还原来自烟室的NOx，高温分解区有利于物料的分解和高强度水泥的 煅烧；替代燃料(城市垃圾，工业垃圾等）从三次风管喂入，三次风管氧含量高，燃料易点燃， 同时降低了进入分解炉前的三次风的过剩空气，减少NOx的形成。
[0026] 至少一个所述旋风换热器的进风风道为螺旋切向进风方向。所述细粉分离器的进 风风道也为螺旋切向进风方向。所述粗粉分离器的的进风风道为上部偏心轴向进风方向。
[0027] 该方案的有益效果体现在：1、常规旋风换热器上部水平切向进风，其水平切向进 风与内部旋流风混合，相撞，压损大，分离效率低，粉尘排放较大，热交换效率低；本系统至 少采用了 1级新型旋风换热器，其上部螺旋切向进风，此创新结构的螺旋切向进风与内部 旋流风分层，不相撞，压损小，分离效率高，粉尘排放少，热交换效率高；2、常规细粉分离器 类似于常规旋风换热器，本系统采用了螺旋切向进风的细粉分离器同样起到减小压损、提 高分离效率的作用；3、常规粗粉分离器上部水平切向进风，过分离严重，循环料量大，压损 大；本系统的粗粉分离器，其上部偏心轴向进风，此创新结构可自动沉降粗颗粒粉料，循环 料量小，压损小。
[0028] 本实用新型克服了双列平行并流悬浮预热预分解系统、双列交叉串流悬浮预热预 分解系统及双列轮换串流悬浮预热预分解系统的缺陷，吸收了它们的优势，还增加了一个 预煅烧过程；其料流既有并行，又有串行，处于混联混流状态下换热与预煅烧，其产质量高， 投资省，能耗省，资源省，PM2. 5, PM10等粉尘及C02, S02, NOx等有害气体排放量少，对恶劣 气候，劣质原料，劣质燃料适应能力强，且可以大量使用替代燃料。以3级、4级该系统为例， 第一级排气温度230-280°C，生料表观分解率理论上100%，实际可达98%以上，产量提高20% 以上，水泥强度提高4%以上，压损减小lOOOPa以上，节煤20%以上，节电13%以上，NOx减 排50%以上，S0 2减少70%以上，C02减排20%以上，粉尘减排50-70%，可使用城市垃圾，工业 垃圾等替代燃料近60%，零用水。
[0029] 本实用新型还可以广泛应用于建材、冶金、化工等多种行业中。

【专利附图】

【附图说明】
[0030] 图1是本实用新型一个实施例的结构示意图。
[0031] 图2是本实用新型另一个实施例的结构示意图。
[0032] 图3是本实用新型又一个实施例的结构示意图。
[0033] 图4是螺旋切向进风的旋风换热器或细粉分离器的结构示意图。
[0034] 图5是图4的俯视图。
[0035] 图6是偏心轴向进风的粗粉分离器结构示意图。
[0036] 图7是图6的俯视图。
[0037] 图8是图1、图2、图3三个实施例的气流路线图。
[0038] 图9是图1实施例的料流路线图。
[0039] 图10是图2实施例的料流路线图。
[0040] 图11是图3实施例的料流路线图。
[0041] 各图中，带箭头的虚线表示气流路线，带箭头的实线表示料流路线；图中：R1-R3 代表喂料装置；Cla-C4a、Clb-C4b代表旋风换热器；L1-L13代表锁风阀；W1代表平衡分料 阀；Wf代表分料阀；Gc代表粗粉分离器；Sc代表细粉分离器；B1-B3代表喷煤装置；BT代表 替代燃料喂入装置；T代表三次风管；D代表分解炉；F代表烟道；G代表烟室。

【具体实施方式】
[0042] 图1是本实用新型实施例一的结构原理，是用于煅烧水泥的2列4级混联混流悬 浮预热预煅烧系统。
[0043] 料流路线：一部分粉料由R1和R2分别喂入并列的Cla和Clb进风管换热，被风带 入旋风换热器Cla和Clb继续换热并分离，换热并分离后的粉料排入C2a进风管换热，另一 部分粉料由R3直接喂入Cla和Clb出料口，并一起进入C2a进风管换热；这两部分料又被 热风带入旋风换热器C2a继续换热并分离，换热并分离后的粉料再依次经过C2b、C3b、C3a 轮换串联换热并分离，经过旋风换热器C3a换热并分离后的粉料，通过平衡分料阀W1分成 两路,一路依次经过C4b、C4a串行换热并分离；一路直接排入C4a换热并分离；通过旋风换 热器C4a换热并分离的粉料再通过分料阀Wf分成两路：一路喂入烟道F进口上部，再进入 分解炉D，一路喂入三次风管T，再进入分解炉D ;经过分解炉加热分解后的粉料通过新型粗 粉分离器Gc分离后，粗颗粒的粉料和煤粉再次返回分解炉D中下部反应；细颗粒的粉料，再 经过新型细粉分离器Sc分离，分离出的细粉排入烟室G侧面上部或顶部，粉料与热气逆流， 在烟室预煅烧。如果系统出现异常，三次风管积料通过L13排入烟室G。
[0044] 气流路线：烟室G的热风通过烟道F进入分解炉，替代燃料BT的风通过三次风管 T进入分解炉，喷煤装置B1的风通过烟道进入分解炉，B2的风从三次风管与分解炉接口处 直接进入分解炉D，B3的风从分解炉中部直接进入分解炉D，三次风管T与烟道F的热风成 小锐角逐渐合股进入分解炉D，在分解炉内，热气与悬浮粉料加热分解后，依次进入新型粗 粉分离器Gc和新型细粉分离器Sc，分离出来的热风再分两路，分别依次进入并行的2列旋 风换热器C4a、C3a、C2a、Cla及C4b、C3b、C2b、Clb，与粉料换热及分离后排出。
[0045] 补充热源：预热预煅烧热源不足部分，通过三次风管与分解炉接口处B1，分解炉 中部B3喷入煤粉，直接进入分解炉，以及通过烟道进口 B2喷入煤粉，再进入分解炉；还可以 通过三次风管BT处喂入替代燃料，再进入分解炉。
[0046] 此案例：C1排气温度235 °C，生料表观分解率99%，产量提高27%，水泥强度提高 5%，压损减小llOOPa，节煤23%，节电15%，NOx减排55%，S0 2减少75%，C02减排21%，粉尘减 排60%，可使用城市垃圾，工业垃圾等替代燃料60%，零用水。
[0047] 图2是本实用新型另一种实施例，是用于煅烧水泥的2列4级混联混流悬浮预热 预煅烧系统，料流路线第二级和第三级为交叉串联，平衡分料阀位于第三级的两列之间，其 它类似。参见图10。
[0048] 图3是本实用新型又一种实施案例，是用于煅烧水泥的2列4级混联混流悬浮预 热预煅烧系统，其第二级和第三级为轮换串联，平衡分料阀位于第三级与第四级之间，其它 类似。参见图11
[0049] 图4、图5标明了螺旋切向进风的旋风换热器或细粉分离器结构，其上部螺旋切向 进风，其螺旋切向进风与内部旋流风分层，不相撞，压损小，分离效率高，粉尘排放少，热交 换效率高。
[0050] 图6、图7标明了偏心轴向进风的粗粉分离器结构上部偏心轴向进风，可自动沉降 粗颗粒粉料，循环料量小，压损小。
[0051] 图8详细标明了图1、图2、图3各实施案例的气流路线，实际上，三个实施例气流 路线路线相同，即2列并行，每列串行。
[0052] 图9 一图11详细标明了图1、图2、图3各实施案例的不同料流路线。
[0053] 这些实施案例仅是本实用新型中几种典型的组合形式，本实用新型还包含其它多 种组合形式，在此不一一列举。
【权利要求】
1. 一种粉状物料混联混流悬浮预热预煅烧系统，由预热装置和预煅烧装置组成；所述 预热装置由多个旋风换热器组成，各旋风换热器在空间上排列为两列，两列旋风换热器并 联在气流路线上，并且每一列内具有至少三级气流串联的旋风换热器；其气流路线由煅烧 装置开始，经最后一级旋风换热器，逐级到达第一级旋风换热器，由第一级旋风换热器出风 口引出；其料流路线由第一级旋风换热器开始，逐级到达最后一级旋风换热器，再引入煅烧 装置；其特征是：所述各级旋风换热器中至少有相邻的两级的所有旋风换热器料流串联， 其料流串联的方式为轮换串联或交叉串联；其中，除了最后一级料流串联的旋风换热器外， 其它料流串联的旋风换热器中，至少有1个旋风换热器下料口设置有平衡分料阀，平衡分 料阀的出口分两路，一路按料流串联路线排料至紧邻的下一个旋风换热器进风管，另一路 排料至紧邻的下一个旋风换热器出料口。
2. 根据权利要求1所述的粉状物料混联混流悬浮预热预煅烧系统，其特征是：所述第 一级的两列旋风换热器的料流路线并联。
3. 根据权利要求2所述的粉状物料混联混流悬浮预热预煅烧系统，其特征是：在第二 级旋风换热器的料流始端设置有直接连接供料端的进料管（R3 )。
4. 根据权利要求1所述的粉状物料混联混流悬浮预热预煅烧系统，其特征是：所述预 煅烧装置由分离器，三次风管，分解炉，烟道，烟室，补热装置组成；所述三次风管和烟道的 气流入口分别连接三次风气流源和烟室，三次风管的气流出口汇合并连接分解炉；分解炉 的出口连接至分离器，分离器的气流出口连接至预热装置最后一级旋风换热器的气流路线 始端；所述预热装置中料流末端的旋风换热器出料端分为两路，一路接入三次风管，另一路 接入烟道。
5. 根据权利要求4所述的粉状物料混联混流悬浮预热预煅烧系统，其特征是：分离器 包括有粗粉分离器和细粉分离器；粗粉分离器的入口连接分解炉出口，粗粉分离器的粗粉 出口通入分解炉，粗粉分离器的排风口接入细粉分离器入口，细粉分离器的的细粉出口通 入烟室。
6. 根据权利要求5所述的粉状物料混联混流悬浮预热预煅烧系统，其特征是：所述细 粉分离器的细粉出口从烟室侧面上部或顶部进入烟室。
7. 根据权利要求5所述的粉状物料混联混流悬浮预热预煅烧系统，其特征是：所述三 次风管与烟室之间设置有连接管道和锁风阀。
8. 根据权利要求5所述的粉状物料混联混流悬浮预热预煅烧系统，其特征是：所述三 次风管和烟道的中心线成锐角夹角，合并后进入分解炉。
9. 根据权利要求5所述的粉状物料混联混流悬浮预热预煅烧系统，其特征是：所述补 热装置由1-2个替代燃料喂入装置，及至少2处喷煤装置组成，每处喷煤装置由至少1个 喷煤管组成，所述喷煤装置包括设置在三次风管与分解炉的接口处和烟道进口处的喷煤装 置。
10. 根据权利要求1所述的粉状物料混联混流悬浮预热预煅烧系统，其特征是：至少一 个所述旋风换热器的进风风道为螺旋切向进风方向。
11. 根据权利要求5所述的粉状物料混联混流悬浮预热预煅烧系统，其特征是：所述细 粉分离器的进风风道为螺旋切向进风方向。
12. 根据权利要求5所述的粉状物料混联混流悬浮预热预煅烧系统，其特征是：所述粗 粉分离器的的进风风道为上部偏心轴向进风方向。
【文档编号】F27D13/00GK203848687SQ201420244622
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2014年5月13日
【发明者】刘政, 钱慧 申请人:刘政, 钱慧