竖式水泥熟料气动颗粒分级冷却机的制作方法

本实用新型涉及水泥烧成设备领域，具体涉及到一种竖式水泥熟料气动颗粒分级冷却机。

背景技术：

冷却机是水泥烧成系统中常用的一种冷却设备；目前业内主要采用卧式冷却机，但是现有的卧式冷却机未进行颗粒的粗细分离，通过局部的逆流换热进行气流和固体的热交换；同时卧式冷却机所需的冷却空气量较大，电耗高；此外仅有前三个风室的热风回到烧成系统中，热回收效率低。

另一方面，现有的竖式冷却机通过竖式堆积熟料向下运动，与向上运动的冷却风逆流运动完成换热，大大提高了气固换热的效率，减少了冷却机用风量，减少了热耗和电耗；但是也存在下列问题：

1)为提高水泥质量，出回转窑的熟料需要急速冷却；在竖式冷却机的上部空间，出窑熟料与高温空气(600℃以上)进行换热，出窑熟料的急冷效果很难达到；

2)竖式堆积的物料阻力较大，根据实验数据和现场测试来看，每100mm的熟料会带来约800pa的空气阻力，如果熟料厚度在1.5m以上，则需要12000pa的空气压力，这还不包括篦板、辊式破碎机等设备的阻力。过高的阻力会导致电耗增加，与设置竖式冷却的初衷不符。因此，大部分竖式冷却机仅停留在理论计算阶段，尚未有成功的工业应用案例。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中存在的上述技术问题，提供了一种竖式水泥熟料气动颗粒分级冷却机；具体方案为：1.进行分段鼓风，在冷却机上部分通入新的冷却空气，增强熟料急冷效果；2.进行熟料颗粒的粗细分离，粗颗粒熟料在堆积状态下的阻力会大大降低，根据ergun方程计算，粗颗粒的空气阻力会下降至1/3左右，即使粗颗粒的堆积高度达到2m，其阻力也不超过10000pa。本实用新型可以大幅降低冷却机用风量，同时保证出冷却机熟料温度在100℃以内，达到降低烧成电耗的目的。低风量意味着冷却后风温升高，提高热回收效率，可降低系统热耗或余热转为发电量。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种竖式水泥熟料气动颗粒分级冷却机，该冷却机的上层为窑门罩；窑门罩一侧连接回转窑及三次风管；所述三次风管与分解炉连通；在窑门罩远离回转窑的一端为细颗粒沉降室；

冷却机中层为设在所述回转窑落料点下方的粗料冷却区及设在细颗粒沉降室下方的细料冷却区；细料冷却区底部包括多个细料侧入风口；所述粗料冷却区底部一侧设有粗料侧进风口，粗料冷却区顶部设有正对细颗粒沉降室的颗粒分级风道；粗料冷却区及细料冷却区通过竖直设在冷却机内的隔离冷却墙隔开；

在冷却机的下层设有将粗料冷却区和细料冷却区的落料进行再次冷却的二次冷却区，所述二次冷却区包括设在冷却机底端的若干下料灰斗，所述下料灰斗最终将冷却后的熟料收集进入冷却机下方的拉链机中。

进一步，所述颗粒分级风道为倾斜布置的、具有一定长度的热空气通道；颗粒分级风道内置若干倾斜布置的隔板，以将换热后的空气及小颗粒熟料吹入细颗粒沉降室；所述颗粒分级风道及隔板与竖直方向的夹角为30～60°。

进一步，粗料冷却区内还布置多层金属格栅，每层金属格栅包括从冷却机外部相邻两侧水平的插入辊式破碎机上端的柱状支撑；柱状支撑是表面设有多个通风孔的中空壳体结构；柱状支撑连通外部设置的鼓风机，鼓风机通过通风孔向冷却机内部鼓风。

进一步，粗料冷却区底部设有挡料板及辊式破碎机，挡料板及辊式破碎机配合可控制粗料侧熟料层高度同时对冷却后的粗颗粒熟料进行破碎，辊式破碎机设为多对，每对辊式破碎机的两侧各设有一个将粗料引到辊缝中的挡料板。

进一步，所述细料冷却区底部设有支承细料的细料棒阀或闸板阀，还设有冷却细料用的细料侧入风口；细料棒阀下方设有下料孔板，下料孔板沿厚度方向均匀开有多个下料孔，冷却后的细料经过棒阀下料孔板进入所述二次冷却区。

进一步，靠近隔离冷却墙的两个隔板之间的间隙在800mm以上，其余相邻隔板之间的间隙在300～500mm之间；且沿回转窑落料处至隔离冷却墙的方向，所有隔板顶端由高到低设置；所述隔板为中空壳体结构；

和/或，隔板内部为耐高温合金制成；隔板外部及颗粒分级风道内壁采用耐高温的浇注料包裹。

进一步，所述隔离冷却墙的主体由耐高温镍合金制成，墙体外部包裹浇注料进行保温及高温保护。

进一步，所述粗料侧进风口，和/或，细料侧入风口向下40～50°倾斜式进入冷却机，可防止物料进入风道。

更进一步，每个下料灰斗底部处均设有下层冷却风入口，下料灰斗上方设有下层冷却风出口，该冷却风出口设置在粗料颗粒一侧。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

水泥烧成熟料的颗粒粒径分布范围为0.1～500mm，其中10mm以上粒径的颗粒占比在60～80％，且粒径越大的熟料越难冷却。本实用新型提出一种利用换热后热空气对出窑熟料进行吹扫，从而实现熟料颗粒粒径分级的方法，可实现出窑熟料颗粒的粒径分级，进行分别冷却，既可以达到很好的换热效果，还可以降低熟料的料层阻力，达到节能降耗的目的；

本实用新型的竖式冷却机还通过熟料从上至下两次冷却过程，最终出冷却机熟料温度控制在100℃以内，冷却效果好；

冷却机中换热完成的高温热空气上升经过窑门罩分为两个部分，其中一部分作为二次风进入回转窑作为窑内燃料燃烧的助燃空气，另一部分作为三次风进入三次风管被送往分解炉，作为分解炉中燃料燃烧的助燃空气，热回收效率高；

附图说明：

图1是本实用新型优选实施例中冷却机的正视图；

图2是本实用新型优选实施例中冷却机的三维图。

其中：1、回转窑；2、三次风管；3、窑门罩；31、细颗粒沉降室；4、细料冷却区；41、细料棒阀；42、下料孔板；43、细料侧入风口；5、粗料冷却区；51、隔板；52、粗料侧进风口；53、挡料板；54、辊式破碎机；55、金属格栅；6、隔离冷却墙；7、下料灰斗；71、下层冷却风入口；72、下层冷却风出口。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1至图2所示，本实用新型公开了一种竖式水泥熟料气动颗粒分级冷却机，水泥烧成熟料的颗粒粒径分布范围为0.1～500mm，其中10mm以上粗粒径的颗粒占比在60～80％，该冷却机的上层为窑门罩3；窑门罩3一侧连接回转窑1及三次风管2；所述三次风管2与分解炉连通；回转窑中煅烧完成后的熟料温度一般在1400℃左右，经窑门罩3卸出后落入冷却机；冷却机中换热完成的高温热空气上升经过窑门罩3分为两个部分，其中一部分作为二次风进入回转窑作为窑内燃料燃烧的助燃空气，另一部分作为三次风进入三次风管被送往分解炉，作为分解炉中燃料燃烧的助燃空气；从冷却机向上进入窑门罩3内的热空气携带有颗粒粒径分离出来的熟料细颗粒，为了将热空气中的细颗粒收集下来，在窑门罩3远离回转窑的一端为体积较大的细颗粒沉降室31，热空气中的细颗粒向下沉降至冷却机中层的细料冷却区4；细料冷却区4一侧为粗料冷却区5，二者通过隔离冷却墙6隔开；具体的，隔离冷却墙6设置在冷却机中间位置，采用温金属加浇注料保护的方式横向穿过冷却机内部空间，从而将粗、细料冷却区4隔开。所述隔离冷却墙主体为耐高温镍合金制成，墙体外部包裹浇注料进行保温及高温保护。

粒径分级后的10mm以上的大部分熟料颗粒堆积在粗料冷却区5进行冷却，粗料冷却区5设在回转窑1落料点下方。粗料冷却区5包括与冷却机上层连通的正对细颗粒沉降室31的颗粒分级风道；颗粒分级风道内壁包有耐高温的浇注料；具体的，该风道通过若干倾斜隔板51将换热后的热空气斜向后方吹入细颗粒沉降室31，并将由窑门罩3落下的一部分小粒径的熟料颗粒向细料冷却区4方向吹送，而相对大粒径的熟料颗粒经过分级风道向下掉落至粗颗粒冷却区，从而实现熟料粒径分级。优选的，所述隔板51厚度为200mm左右，隔板51与竖直方向的夹角为30～60°；此外，所述隔板51为中空壳体结构，内部为耐高温合金制成，外部采用浇注料包裹，以减少熟料磨损；进一步，靠近隔离冷却墙6的两个隔板51之间的间隙在800mm以上，其余相邻隔板51之间的间隙在300～500mm之间；且沿回转窑落料处至隔离冷却墙6的方向，所有隔板51顶端由高到低设置，形成了利于大块物料滚落的斜坡；当有粒径超过500mm的超大块物料进入冷却机时，可滚落至隔板51的缝隙最大处再落入粗料冷却区5。

粗料冷却区5底部还包括设在该区域侧面的粗料侧进风口52，以便对筛分过后的粗料进行一级冷却。粗料侧进风口52布置在粗料冷却区5的两侧及冷却机正面(从回转窑方向看)，倾斜向下进入粗料冷却区5。

粗料冷却区5底部设有挡料板53及辊式破碎机54，二者配合对一级冷却后的粗颗粒熟料进行破碎，同时通过辊压机的缝隙控制粗料冷却区5堆积高度。一般要求经辊式破碎机54破碎后的熟料颗粒小于10mm。优选的，在所述粗料冷却区5的底部设有2-3对辊式破碎机54，每对辊式破碎机54的两侧各设有一个将粗料引到辊缝中的挡料板53。

在粗料冷却区5，大颗粒熟料在重力作用下穿过分级风道，堆积在粗颗粒冷却区并缓慢向下流过辊式破碎机54之间的辊缝，然后进入冷却机底端；大颗粒熟料料层在粗料冷却区5的堆积高度约在2～2.5m，重量约为180吨，停留时间约30min，与向上运动冷却空气进行逆流换热。为了减少辊式破碎机54的承重负荷，粗料冷却区5内还布置4～6层金属格栅55，每层金属格栅55包括从冷却机外部相邻两侧水平的插设入辊式破碎机54上端的柱状支撑；柱状支撑为中空壳体结构，其表面均匀的设有多个通风孔；柱状支撑内侧与冷却机外的鼓风机连通；中空的柱状支撑可以将进入其内部的冷却空气通过通风孔均匀的分布在熟料中，起到风量均化的作用，或者将冷却空气直接通过格栅支柱均匀的通入物料中。相邻柱状支撑之间的间隙距离300mm或以上，可增大熟料孔隙率，同时作为熟料承重的支撑，减少辊压机上熟料的压力。

细料冷却区4用于对出窑熟料中粒径小于10mm的细料进行冷却，细颗粒熟料在堆积状态下与冷却空气逆向运动进行换热，细料堆积高度约500～800mm，细料冷却区4中细料的停留时间约为20min；细料冷却区4底部设有支承细料的细料棒阀41(或闸板阀)，通过细料棒阀41的开度对细料区堆积高度进行调节，棒阀的插入深度不同，插入的根数不同都可以改变细料的下料速度；优选的，还包括设在细料棒阀下方20～50mm的下料孔板42，细料通过下料孔板42落入冷却机下层，下料孔板42与细料棒阀或闸板阀配合，共同控制细料的下料速度。下料孔板42是一块沿厚度方向开有固定尺寸下料孔的钢板，冷却后的细料经过下料孔板42进入下层的二次冷却区。

此外，隔离冷却墙6的上沿与颗粒分级风道相接，下沿与辊式破碎机54和下料孔板42相接。

此外，细料冷却区4底部包括分布在两侧及冷却机背面(从回转窑方向看)的多个细料侧入风口43，该入口通入常温空气对细料侧物料进行一级冷却，风道入口设置为向下40～50°倾斜进入细料冷却区4，可以避免物料随风进入窑门罩3或粗料冷却区5，同时可以给进入的冷却风一个向下的速度分量，增大气料换热时间。

在冷却机的下层设有将粗料冷却区5和细料冷却区4的落料进行再次冷却的二次冷却区，二次冷却区包括设在冷却机底端的下料灰斗7，所述下料灰斗7最终将冷却后的熟料集中收集进入冷却机下方的拉链机中。优选的，冷却机底部设有4个均匀排列的倒锥形下料灰斗7；

4个下料灰斗7均设有下层冷却风入口71，对下料灰斗7处堆积的熟料进行冷却，进一步降低冷却机的出料温度，并保持在100℃左右；下料灰斗7上端的区域设有下层冷却风出口72，用于将二次冷却后的冷却风排出冷却机，送入余热锅炉或直接进入窑头废气处理设备。优选的，冷却风出口设置在粗料颗粒一侧，以防止冷却风阻碍细料落下。

上述竖式水泥熟料气动颗粒分级冷却机的冷却方法包括如下步骤：

1、从回转窑中烧成后的熟料经过窑门罩3落入粗料冷却区5，分级风道吹出的热风工况风俗约为3-5m/s，并会产生横向的速度，从而将10mm以下的大部分颗粒在吹扫至位于窑门罩3后方的细颗粒沉降室31，细颗粒沉降室31内的风速在1m/s左右，可保证细颗粒沉降至下方的细料冷却区4。10mm以上的大粒径颗粒大部分落入风道下方的粗料冷却区5进行冷却；

粗料冷却区5是熟料冷却的主要区域，冷却风量约0.4～0.7nm3/kgcl，接近80％以上的熟料堆积在这一区域与进入的冷空气进行逆流换热；换热后的粗颗粒熟料约300～400℃，换热后的空气达到1150～1250℃；粗料冷却区5堆积高度在1.5～2.5m左右，由于粗颗粒相对孔隙率较大，因此总体阻力较小，约8000～10000pa气体阻力；

冷却机中换热完成的高温热空气上升经过窑门罩3分为两个部分，其中一部分作为二次风进入回转窑作为窑内燃料燃烧的助燃空气，另一部分作为三次风进入三次风管被送往分解炉，作为分解炉中燃料燃烧的助燃空气；

2、冷却后的粗颗粒通过辊式破碎机54破碎至更小的颗粒进入二次冷却区，辊式破碎机54可控制熟料最终粒度以及粗料冷却区5的堆积高度；作为阻力源，辊式破碎机54可防止一次冷却区和二次冷却区串风；

3、进入冷却机后方细料冷却区4的大部分为10mm以下的细粉料，堆积高度约400～600mm，通过鼓入0.2～0.3nm3/kgcl空气进行冷却，冷却后细颗粒落入二次冷却区；

4、经过一次冷却后的粗、细熟料在二次冷却区中进行再次冷却，温度控制在100℃以内，最终通过下料灰斗7排出到外部的拉链机。优选的，4个下料灰斗7共用一台风冷机，该风冷机对整个下料灰斗7的冷却风量可以达到0.4-0.5nm3/kgcl。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。