水泥熟料逆流低阻冷却机的制作方法

本实用新型涉及的是一种水泥生产设备领域的技术，具体是一种水泥熟料逆流低阻冷却机。

背景技术：

水泥熟料冷却机是水泥熟料生产中的重要设备之一，它承担着对回转窑的高温熟料快速冷却、热量回收和输运作用。快速冷却可以提高和改善熟料的各项性能，回收高温熟料中所含大量的热量，提高二、三次风温度，降低熟料烧成热耗，防止粉尘对环境污染，降低企业生产成本；同时高温熟料冷却后有利于熟料的运输与储存。

目前水泥熟料的冷却装置，主要采用篦式冷却机和回转筒式冷却机。

篦式冷却机，冷却空气穿过堆积熟料层，固气两者能紧密接触换热，实现高温熟料的急冷，提供二、三次风可达900～1000℃，出冷却机的温度不超过环境温度65℃。但因固气运动方向成直角，必须使用较多的冷却空气量，造成余风带走大量未利用的热量，并增加了相应的除尘等环保投资，热效率只有60％～75％，为了使整个篦床面的冷却空气与料层混合均匀，避免熟料在推动过程中气流短路，所以大大增加了篦板的通风阻力比值，提高了冷却风压，加上冷却空气量超过二三次风所需空气量，因此电耗达5～6kW·h/kg·cl。

回转筒式冷却机，由于熟料与冷却空气的接触表面积少，难以实现水泥熟料的骤冷，影响熟料的质量，二、三次风温过低，冷却热效率低，仅40％～60％，出冷却机的熟料温度达220℃以上。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提出了一种水泥熟料逆流低阻冷却机，通过上下设置的多层冷却仓并加以熟料破碎从而实现分阶段冷却，能够大大提高二、三次风温度，减少冷却空气量并降低熟料出冷却机时的温度，提高熟料的冷却效率。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型包括自上而下密封连接的上冷却仓、下冷却仓和卸料仓，以便对熟料进行分阶段冷却，提高冷却效率。

上冷却仓顶部与回转窑出料口相连，回转窑出料口设有布料舌，布料舌将熟料撒落在上冷却仓的料层上。刚出窑的熟料不仅温度高，而且颗粒大小不均，甚至有大块熟料或伴有大块窑皮，因而需要进一步的破碎处理，使得熟料粒度减小且相对均匀以提高冷却效率，故本实用新型在上冷却仓底部设置若干对辊式破碎机，对即将进入下冷却仓的大尺寸熟料进行进一步破碎。不考虑在上冷却仓其他高度位置对回转窑生产的熟料进行破碎的原因是多方面的，最主要的原因是目前实际生产中应用的辊式破碎机辊轴辊套能够承受的最高温度仅在500～600℃之间，而刚出窑的熟料温度远远高于该温度。本实用新型将辊式破碎机设置在上冷却仓底部，让高温熟料在上冷却仓中与冷却空气充分换热冷却，待下落至破碎机辊轴处时，熟料温度降至辊轴辊套容许承受的温度，可以满足作业要求。

经布料舌撒落在上冷却仓料层上的熟料，与来自下冷却仓的冷却空气进行换热，热交换方式类似篦式冷却机。若在上冷却仓的仓底仅考虑采用辊式破碎机，利用辊轴间空隙中向上流动的空气进行冷却，因辊轴间空隙的面积仅占辊轴水平投影面积的5％～10％，即使采用非常高的气压提高冷却空气的流量也无法满足冷却气量的要求。故本实用新型在辊式破碎机的基础上设有间隔设置的格栅组件，通过栅条之间的间隙增大通气面积，降低阻力，增加冷却空气流量，以提高冷却效率。

优选地，格栅组件主体呈三棱柱状，包括水平格栅以及倾斜设置在水平格栅上的导流格栅。水平格栅中栅条之间的间距小于破碎机标称的最大出料粒度，一般不到破碎机标称最大出料粒度的二分之一，导流格栅中栅条之间的间距不大于破碎机标称的最大出料粒度，同时导流格栅相对于水平格栅的倾斜角度大于水泥熟料的自然休止角。因而可以使大尺寸熟料在重力作用下自行滑落至辊式破碎机中破碎，使熟料达到要求的粒度，避免大尺寸熟料在水平格栅上堆积形成死料；同时水平格栅与导流格栅之间能够被粒度较均匀的熟料填充充满，保证了来自下冷却仓的冷却空气穿过上冷却仓的料层时阻力均匀，使得上冷却仓中不同位置的熟料能够与冷却空气均匀换热。

上冷却仓可以采用多种形状，一般采用方形、长方形或圆形的棱台状，底面大，上口面积小；上口面积小，通过布料舌落下的熟料由于堆积作用引起的料层高差小，料层厚度也就均匀；熟料产量低的冷却机也可以采用筒状，即底面积与上口截面积相同。

未完全冷却熟料经破碎自由落入下冷却仓时，在料层的表面形成波浪形状，造成料层厚度不匀，厚度差可达30％以上，会造成下冷却仓中料层中不同位置处的冷却空气流量不均匀。因而在下冷却仓中于设定的下冷却仓料层厚度之上设置通气夹层。通气夹层设有若干列水平气道，相邻两列水平气道之间连接有竖向的排气口，排气口与格栅组件对应，各列水平气道与辊式破碎机辊轴间隙对应，同一列数个水平气道中的相邻两个之间设有落料间隙。

优选地，水平气道纵向与辊式破碎机辊轴轴向在水平面上的投影垂直，落料间隙均布在水平气道之间。均布的落料间隙使得上冷却仓中经辊式破碎机的熟料在落下后能够自然堆积在下冷却仓中，保证了从下冷却仓底部进入的冷却空气穿过下冷却仓熟料时，下冷却仓中各处位置的料层厚度基本相同，空气穿过料层的阻力基本相同，保证下冷却仓中熟料的冷却速度基本相同，不受堆积波形面的料层厚度不均匀的影响。

经辊式破碎机破碎得到的粒度较小的熟料增大了比表面积，有利于提高冷却效率。本实用新型在下冷却仓仓底设置若干与风机相连的空气槽，空气槽的至少一端伸出下冷却仓，以便风机鼓入的冷却空气通过空气槽能够均匀地与下冷却仓中的熟料进行换热。空气槽的宽度应考虑输入空气量的大小以及空气槽上方死料区的高低，一般死料区的高度不超过料层厚度的30％。

空气槽设置有通气格栅，通气格栅中栅条的形状可以是水平结构的也可以是弧形结构的。通气格栅沿进风方向在两侧设有侧板从而形成进风通道；相邻的两个空气槽之间留有空隙，以便冷却的水泥熟料从空隙中落入卸料仓。

优选地，相邻空气槽之间的间距大于50mm、小于下冷却仓仓内料层的厚度，同时空气槽的宽度小于仓内熟料层厚度，通气格栅中栅条间距一般不到破碎机标称的最大出料粒度二分之一。

优选地，空气槽的两端均伸出下冷却仓，冷却空气经风机鼓入后在进风通道内各处压强基本相同，控制下冷却仓不同位置熟料的冷却速度、落料速度一致。

在熟料冷却过程中，需维持上冷却仓和下冷却仓中各料层的厚度稳定，以便熟料在各冷却仓中达到冷却的目标温度。为了维持料层厚度基本不变，辊式破碎机落料速度等同熟料的加入速度，根据预设的料层厚度，熟料入冷却仓速度稳定，到达辊式破碎机辊轴时熟料的温度则可控。刚出窑的熟料下落至破碎机的时间长短取决于料层的厚度；一般经过15～20min的冷却，熟料温度可以降至500℃甚至更低。

熟料经下冷却仓冷却，达到冷却目标温度后从空气槽落料间隙流入卸料仓，为了减少卸料仓高度以及使下冷却仓仓底整截面范围下料均匀，卸料仓由多个棱台形仓组成；在卸料仓底部设置卸料阀和双道锁风计量斗，可以通过多个卸料阀在保持下冷却仓料层厚度的基础上，控制下冷却仓料层整体均匀下落。

本实用新型中上冷却仓仓壁、下冷却仓仓壁、卸料仓、通气夹层、格栅组件和空气槽均采用金属制成，而上、下冷却仓仓壁内侧设有采用非金属材料制成的耐热及保温隔热层。

技术效果

与现有技术相比，本实用新型中堆积状态熟料与自下往上运动的气体紧密接触，可实现全程逆流换热，空气阻力小，换热效率高，热效率在92％以上；本实用新型能够对大尺寸熟料进行破碎，加速熟料换热，缩短放热时间，熟料从1400℃冷却至900℃的时间不超过6min，进一步冷却至500℃的时间不超过18min，再冷却至卸料温度的时间不超过18min；本实用新型体积小，适应老生产线的改造及任一生产规模熟料的生产；此外本实用新型除破碎机和卸料阀外，很少有机械或液压传动部件，既提高了冷却效率，又大大降低运营维护成本。

附图说明

图1为本实用新型的正面剖视图；

图2为本实用新型的侧面剖视图；

图3为本实用新型中上冷却仓仓底结构俯视图；

图4为本实用新型中下冷却仓仓底结构俯视图；

图5为本实用新型中通气夹层俯视图；

图中：回转窑1、窑头罩2、三次风管3、布料舌4、辊式破碎机5、格栅组件6、通气夹层7、空气槽8、卸料阀9、双道锁风计量斗10、上冷却仓11、下冷却仓12、卸料仓13、水平格栅61、导流格栅62。

具体实施方式

自然堆积的高温熟料，固气热交换冷却的关键因素包括：熟料与冷却空气的紧密接触程度，熟料的比表面积大小及其放热时间、冷却空气的吸热能力及吸热时间、固气温差、熟料与冷却空气量比。

遵循上述因素，以日产5000吨水泥熟料的生产线为例，结合附图对本实用新型做进一步的详细说明：

熟料出窑温度及冷却要求：需要冷却熟料量为58kg/s，出窑入冷却机熟料温度1400℃，熟料出冷却机温度＜65℃+环境温度。

本实施例的基本结构及尺寸如下：

1)上冷却仓11：顶部水平截面尺寸3.0m×4.5m，仓底底面水平截面尺寸4.2m×6.4m，仓内有效高度2.4m，辊式破碎机5共4对，辊轴直径500mm，标称的最大出料粒度为25mm，水平格栅61的总面积0.77m×4.2m×(3+0.5+0.5)组＝12.94m²；

2)下冷却仓12：水平截面尺寸4.2m×6.4m，仓内有效高度2m，空气槽8共16条，每条宽240mm、长4.2m，空气槽8的侧板高度400mm，各条空气槽8之间间距为150mm；

3)卸料仓13：卸料口共6个，均布设置，水平截面的最大尺寸为2.1m×2.13m，高度2.5m。

4)工况参数：上冷却仓11保持料层厚度为2.0m，下冷却仓12保持料层厚度为1.2m，冷却风量为0.9Nm³/kg·cl，上冷却仓出口风速约20.13m/s，回转窑1的出料温度为1400℃，辊式破碎机5辊轴处温度为480℃，下冷却仓12中料层上表面温度为480℃，上冷却仓11中熟料冷却时间为16.9min，下冷却仓12中熟料冷却时间为13.5min，卸料口熟料温度＜65℃+环境温度。

本实施例新投入使用前，应将常温熟料或其他颗粒状物料填满卸料仓13及填充上冷却仓11、下冷却仓12至设定的料层厚度，即上冷却仓11料层厚度为2.0m、下冷却仓12料层厚度为1.2m，保证辊式破碎机5、格栅组件6、空气槽8等不受高温熟料的损害，上冷却仓11与回转窑1的窑头罩2密封连接，保证二、三次风可全部进入回转窑1及三次风管3，如图1和图2所示。

出窑的高温熟料自由落在布料舌4上，经缓冲均布在上冷却仓11料层表面上，在上冷却仓11料层上表面形成自然堆积，由于高温熟料休止角很小，约13°，料层表面高差小于料层厚度的10％～15％，料层厚度基本均匀。

上冷却仓11中熟料是通过辊式破碎机5落入下冷却仓12中的，不同粒径大小的熟料都经导流格栅62导流落入辊式破碎机5的辊轴间隙中，经破碎落入下冷却仓12，如图1和图3所示。熟料在上冷却仓5中停留16.9min，只需测量滚轴处熟料的温度，不超过辊轴容许的最高温度就可以长久运行。上冷却仓11中料层厚度还可以通过辊式破碎机5的运转来调节。

控制上冷却仓11的料层厚度就是控制熟料在上冷却仓11的冷却时间，同时检测二、三次风温度，据此可以更精细调节冷却效果。

如图1和图5所示，下冷却仓12中料层上方为一空隙区，空隙区设有通气夹层7，一方面在空隙区实现气体均压，另一方面留有空间作为下冷却仓12料层厚度的调节之用，使下冷却仓12料层厚度趋于均匀，从而空气穿透料层阻力基本一致。

空隙区的压力不大于4200Pa，此处冷却空气温度330～380℃；冷却空气向上流动，通过上冷却仓11仓底的格栅组件6及辊轴间间隙向上穿过上冷却仓11中料层，气体继续与上冷却仓11中熟料紧密接触进行热交换。

料层厚度为1.2m时，熟料在下冷却仓12的停留时间为13.5min。如图1和图4所示，熟料在自重作用下，从空气槽8的间隙向下流入卸料仓13，熟料流动速度通过双道锁风计量斗10计量并由卸料阀9控制。

熟料是从上往下流动，而冷却空气则由下往上流。冷却空气为自然环境下空气，初始温度30℃，冷却空气量为0.9Nm³/kg·cl，从下冷却仓12的空气槽8两端进入，从空气槽8顶部格栅流入料层。下冷却仓12中料层的状态与篦式冷却机的料层状态相似，均为自然堆积，但下冷却仓12的料层比篦式冷却机的料层状态均匀。篦式冷却机在推动熟料过程中，局部容易形成空气短路，为改善阻力均匀性，需提高篦板自身的空气阻力，而本实施例中熟料运动不存在推动，自然堆积状态下向下流动过程比较均匀，空气从底部向上穿过料层，与熟料颗粒紧密接触换热；上述过程中，阻力主要来自于料层，格栅的阻力很小，所以料层阻力比篦式冷却机中篦板加料层的阻力小得多。以本实施例下冷却仓12中料层厚1.2m为例，料层阻力约2000Pa，输入的空气压力小于6200Pa，下冷却仓料层上方的空隙区的压力不大于4200Pa。

本实施例具有适应熟料颗粒状态波动的能力，可以通过调整上冷却仓11、下冷却仓12的料层厚度和冷却时间，使得辊轴处熟料温度满足作业温度要求；所需冷却风量不大于0.9Nm³/kg·cl；冷却空气压力小于6200Pa；电耗小于3.5kW·h/kg·cl；出冷却机的二、三次风的气体温度在1100℃以上，甚至达1200℃；熟料处冷却机时的温度不高于环境温度65℃。本实施例适应水泥熟料颗粒大小不均、适应任一规模的回转窑水泥熟料生产线。

需要强调的是：以上仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。