立式预热器及立式预热器-回转窑-立式冷却器块粒状物料煅烧系统的制作方法

本专利涉及立式预热器及具有立式预热器、回转窑、立式冷却器的块粒状物料煅烧系统。

背景技术：

1、一种“预热器-回转窑-冷却器”煅烧块粒状物料系统，特别是适应物料粒度15mm-40mm 的矿石比如石灰石、白云石、铝土矿、球团矿、金属矿、建筑陶粒等回转窑煅烧系统，具有物料受热比较均匀、出窑产品质量均匀的特点，其生产工艺线一般由原料加料系统、预热器系统、回转窑、冷却器系统和回转窑燃烧器系统、烟气引风机等主要设备构成，按照气体流向，冷却器-回转窑-立式预热器-除尘器-烟气引风机-烟囱依次串联；按照物料流向，原料加料系统-预热器-高温物料喂料装置-回转窑-冷却器依次串联；回转窑筒体轴线与水平呈夹角，一般夹角的正弦值sinɑ或者正切值tanɑ为3.5％，进料端高，出料端低，燃料自回转窑出料端喷入窑内燃烧。预热器的主要功能是利用高温烟气余热对物料预加热，使物料进回转窑时温度得到提高，减少回转窑的热负荷量，并回收部分热量，是个物理过程；对于煅烧石灰石/ 白云石一般采用立式预热器，对于煅烧球团一般采用链篦式预热机，对于煅烧陶粒一般采用回转式预热机，对于超高温重烧小颗粒状的菱镁矿和白云石则没有预热装置。回转窑的功能是对物料在比预热器内更高的温度下进行煅烧，发生物理和化学反应，生产出产品；冷却器的功能是将回转窑生产出的产品降温，达到便于输送、储存、回收热量，通常是风冷的方式，热交换后的风进入回转窑助燃，有的还为了煅烧物料晶型控制采取急冷，比如直接水池浴的方式。但所公知的，回转窑内物料热交换效率低，单位容积产量低、回转窑筒体散热损失大、单位重量产品能耗高，燃烧产生烟气中的nox浓度高，超过环保控制标准。存在的主要问题综合分析如下：

2、1.以块状石灰石煅烧石灰为例，石灰石煅烧成石灰，是在高温下碳酸钙分解为氧化钙的过程，在回转窑内，石灰石矿石煅烧成石灰分为五个过程：

3、(1)热气流向矿石表面的传热过程；

4、(2)由物料表面以传导方式向分解面传递热量的过程；

5、(3)碳酸钙在一定的温度下，吸收热量，发生分解反应，放出co2的过程；

6、(4)分解放出的co2，穿过cao层向表面扩散的传质过程；

7、(5)表面的co2向周围介质气流扩散的过程。

8、由于各个过程的阻力不同，碳酸钙的分解速度受控于其中最慢的一个过程。在回转窑内，高温气流对物料和耐火砖以热辐射和对流方式热交换，高温耐火砖再以热辐射和热传导对物料进行热交换。对于块状物料，单位重量的表面积小，并且物料呈堆积状态，使得气流和耐火材料对物料的传热面积非常小，因此碳酸钙在回转窑内以传热过程决定了分解速度。

9、物料在回转窑内主要受重力、摩擦力、离心力的作用，当回转窑转动时，物料在摩擦力和离心力的作用下被带到一定的高度，由于重力和倾斜角度的分力作用，使得物料下滑并向回转窑低位方向按之字形位移，位移量与物料的休止角、物料块度、回转窑倾斜角度有关。在下滑过程中，如果堆积于中间部位的物料不能翻滚暴露出来与气流接触，则它接受到的热量的机会就很困难。

10、石灰石在894℃的分解速度co2分压可以达到1大气压，在1100-1200℃时分解速度极为迅速，试验表明在温度上升到1100℃时30分钟内即可将80mm的石灰石分解成氧化钙。

11、但在实际生产中，由于回转窑转速比较低，堆积的物料不能带到足够的高度，物料在窑内滑落运动不能充分的撒开，而氧化钙的导热系数很低，堆积在中间部位的石灰石接受到的温度和热量困难，分解速度很慢。为保证产品的烧成率，需要在回转窑内停留很长的时间，从而影响了回转窑的产量，并使回转窑的热耗增加。

12、如果石灰石能够充分撒开，快速与热气流进行热交换，则煅烧的时间就可以大大缩短，回转窑的产能可以提高，单位重量产品的回转窑筒体散热损失减少，从而节能。

13、碳酸钙分解为氧化钙的理论热耗为760kcal/kg，实际预热器-回转窑-冷却器石灰生产中的热耗1200kcal/kg石灰，其中回转窑实际热能利用率低于32％，回转窑筒体散热损失占实际热耗的14％左右。要提高热效率，就要让物料获得更高的离心力，将物料带到更高，在垂直分力大于离心力和摩擦力正压分力时，物料呈抛撒落下，从而被充分撒开，使得堆积在中间的物料有机会暴露在高温气体中，充分加大物料与高温烟气接触的表面积，这要求加快回转窑的转速从而获得更高的离心力。但转速加快了，物料向出口端的流速也将大大加快，回转窑的斜度越大、转速越快，物料流速就更快，过快的流速可能造成物料内热传导、化学反应、传质过程还没有进行完成，因此需要找到与回转窑转速相匹配的物料流速。并且还需考虑到物料的数量、块粒的大小和形状、物料的休止角、物料的堆积密度、气流的速度等有关因素。物料流速与回转窑的斜度(即回转窑筒体轴向中心线与水平面夹角的正弦值sinɑ或者正切值tanɑ)关系极大，块粒状物料比如石灰回转窑已知的斜度即回转窑轴线与水平夹角 sinɑ为3.5-4.0％，这并不是最合适的角度和斜度，不利于热交换的效果和产量的发挥。

14、另外，长期以来回转窑窑头端头通常安装耐热钢的护板，阻挡耐火材料下串而产生松动，效果不理想而且造价很高、施工不方便、故障率比较高；回转窑尾端物料向后满料常有发生；窑头、窑尾密封装置不理想，经常有冒灰和漏风情况。

15、除石灰石以外的其他块粒状物料在回转窑内热交换情况、运动情况也相类似。

16、因此，如何提高回转窑的单位容积产量或者单位截面积产量，是降低热耗的关键问题。

17、2.在物料粒度≥2mm的“预热器-回转窑-冷却器”煅烧块粒状物料系统中，整个系统所需要的燃料全部来自回转窑窑头燃烧器喷入，预热器的功能作用只是将回转窑产生的尾气余热有限的回收加热物料。

18、在“预热器-回转窑-冷却器”中，回转窑的传热能力和效率是最低的，尤其是对于煅烧块状石灰石，回转窑单位容积的产量仅不到1.0t/d.m3，约是水泥窑的1/4。由于单位容积产量低，单位重量产品回转窑等设备壳体的热损失就大。因此如何发挥热交换效率相对较高的预热器作用是节能和提高产能的工作方向，比如在回转窑窑尾进料口到窑尾引风机之间提供新热源、增设新的燃烧装置，提高入窑物料的分解率或者预烧成率，就可以大大提高回转窑的产量，但目前还没有相关技术的报道和实际使用。就现有的推头式的立式预热器而言，让预热器承担更多的热分解功能，已经无法实现这个目标。

19、通常采用的推头式的立式预热器，具有内、外筒体结构，物料置于内、外筒体构成的带托料底的环形空间中，形成环形的物料层，参加热交换的物料层的高度一般2.0m左右,回转窑排放出来的烟气上升进入到环形物料层进行热交换，被加热后的物料通过液压推头将物料推入回转窑内，尾气则从顶部排出。根据回转窑的大小配置不同规格的立式预热器，在外筒体周边可以设置多个甚至十个以上推头，相应的分成多个甚至十个以上物料储存室，烟气在储存室中进行热交换，推头交替的将物料推入回转窑内，推头作往复运动。这种预热器通常只能适应15-45mm的块状物料。

20、这种立式预热器虽然外形尺寸很大，但实际储存的物料量不大，物料层和整个系统装置的阻力比较大，物料层的高度比较低，物料与烟气热交换的时间不够充分，排放废气的温度仍然还比较高，热能利用率不高，并且，推头往复运动夹带物料产生漏料现象，需要设置若干个承接漏料的集料管和斗，再人工处理这些漏料，显然气体的密闭性也不好，漏入的空气比较多，造成热交换烟气的实际温度下降。

21、3.在预热器-回转窑-冷却器块粒状物料的煅烧系统中，由于回转窑燃烧器产生的火焰温度高，必定将产生大量的nox污染大气环境。随着我国乃至全世界对大气环境的重视，对预热器-回转窑-冷却器石灰以及其他块粒状物料的煅烧系统开展脱硝处理是必然的选择。

22、不同矿石及其产品对煅烧温度的要求有不同，比如煅烧铝土矿、石灰和白云石灰等的烧成温度一般在1000-1300℃，煅烧水泥熟料温度达1500℃左右，重烧白云石、菱镁矿温度则超过1700℃，燃料燃烧产生的烟气都含有一定量的nox，燃烧温度越高产生nox概率越大，助燃空气中的n2也有被大量氧化，如果不脱硝处理直接排放，将对大气造成污染，为保护环境，我国立法对烟气排放的nox有了严格要求。

23、对于烟气的脱硝即nox处理，通常有二种方案：选择性非催化还原法即sncr工艺和选择性催化还原法即scr工艺，均采用nh3或者尿素为还原剂，其基本原理是nh3与nox混合，将 nox还原成n2,反应需要的条件是要在一定的温度和反应时间，sncr适应于烟气温度800-1100℃，scr适应于烟气温度320-400℃，scr除了还原剂外另外需要使用催化剂比如tio2、 v2o5、wo3，scr往往工程投资大，运行成本高。对于水泥熟料的生产，烟气在分解炉和预热器的烟气温度区间800-900℃，因此水泥企业已经普遍采用sncr工艺处理，脱硝效率也在逐步提高到60-80％，实现达标排放。随着技术的进步，脱硝的方法也在不断开发出来，比如一种干法高分子脱硝剂的开发和应用，其脱硝的效率比较高，适应的温度范围在780-920℃，也需要与烟气一定的混合、反应时间，但脱硝的成本比较高。

24、但对于煅烧石灰石、白云石等的立式预热器-回转窑-立式冷却器煅烧系统，因为大多采用的多室推杆式的立式预热器，在预热器与回转窑的连接处-“转运溜槽”，烟气在800-1050℃的温度区域，但通道短而狭小，还原剂与烟气中的nox不具备足够空间和时间充分完成混合、还原反应，也不具备安装还原剂喷头条件，因此现有煅烧石灰石、白云石等的多室推杆立式预热器-回转窑-立式冷却器煅烧系统没有条件采用sncr工艺进行脱硝，只能考虑在烟气与物料在预热器内完成热交换后，采用选择性催化还原技术工艺即scr脱硝，排放的烟气温度还需要控制在适当区间，但投资大，运行费用高，企业难以承受，因此目前煅烧石灰石、白云石、铝矾土等行业目前基本还没有采用脱硝装置。

25、发明了一种具备采用sncr工艺对烟气脱硝装置的立式预热器-回转窑-立式冷却器煅烧系统，将sncr脱硝工艺装置的还原剂喷头安装在回转窑与预热器之间连接的烟室或者高温烟气管道上，从回转窑窑尾排出的高温烟气，温度范围一般为800-1100℃，正好符合sncr脱硝工艺，也可以控制在符合干法高分子脱硝的温度区间。如果需要进一步提高脱硝效果，则还可以与scr工艺结合起来脱硝。

26、4.对于2-15mm的物料煅烧，尤其是超高温煅烧，由于颗粒度的范围很“尴尬”，作为类似水泥窑旋风或者悬浮式的预热器，由于颗粒度太大了，悬浮不起来，无法适应；作为类似石灰生产带推头的立式预热器，由于颗粒太小了，阻力很大，也无法适应。比如石灰石或者白云石矿山，2-15mm的矿石基本没有办法用于煅烧石灰。

27、对于2-15mm的白云石/菱镁矿超高温镁钙砂，目前国际上还没有预热器技术，只能加长回转窑的长度，比一般带预热器的回转窑长度长2-3倍，但最终尾气排放的温度仍然在600℃以上，热耗相当于一般轻烧白云石的热耗2-3倍。煅烧温度越高，烟气产生的nox越多，尾气温度虽然很高但低于sncr的脱硝工艺。

28、炼铁球团采用的链篦机-回转窑煅烧，系统占地面积大，配套设备多，投资大，热效率不高，故障率较高，运行成本高。

29、陶粒采用二段式回转窑煅烧，相比能耗也较高。

技术实现思路

1、本专利的目的是提供一种在预热时提高物料热交换的均匀性、一致性，阻力小，热交换效率高，物料加热充分的立式预热器，甚至还具有预热器烧嘴、sncr脱硝装置的立式预热器。

2、为达到上述目的，本专利的立式预热器，包括预热器筒体及预热器筒体构成的预热器腔体，在预热器筒体上部设置用于向预热器筒体内填加物料的加料装置和用于将尾气排出的排气装置，在预热器筒体下部或底部出料口设置用于将预热器筒体内物料排出的预热器卸料装置；

3、在加料装置与预热器卸料装置之间的预热器筒体至少有一个突变截面，该突变截面上部的预热器筒体内腔在水平方向尺寸较小，该突变截面下部的预热器筒体内腔在水平方向尺寸较大，物料在预热器筒体内向下流动时，在突变截面处形成物料不能自然到达的空腔；用于将高温烟气送入预热器腔体内的高温烟气管道出口与该空腔相通；

4、加料装置包括加料管和布料器；布料器为上小下大的锥形体或者板状、柱状结构、锥形与柱形的复合结构，加料管的出口端位于预热器筒体顶部中心位置，并与预热器筒体内部相通，布料器位于加料管出口的下方；加料时，在布料器的下方形成了物料不能自然到达的无料区，在预热器筒体顶部内周形成了物料不能自然到达的空间；

5、在预热器筒体内，加料装置和预热器卸料装置之间还设置导料器；该导料器为上小下大的锥形体或者板状、柱状结构、锥形与柱形的复合结构，并以预热器筒体轴线为对称轴轴对称；在导料器的下方形成了物料不能自然到达的无料腔，导料器的底端高度低于高温烟气管道出口。

6、上述的立式预热器，在立式预热器突变截面处物料不能达到的空腔内，安装以脱nox为目的的选择性非催化还原即sncr法的还原剂喷头，或者安装干法高分子还原剂喷头，将还原剂分散喷入烟气中，还原剂喷头通过管道与还原剂输送系统联接。

7、上述的立式预热器，在预热器上，安装预热器中心烧嘴或/和预热器环周烧嘴，预热器中心烧嘴出口位于导料器下方，与无料腔相通，预热器环周烧嘴设置在预热器筒体环周，预热器环周烧嘴的出口与空腔相通，预热器烧嘴在无料腔或/和空腔释放热量并产生热气流；预热器烧嘴进口端接燃料源或者热气源。

8、本专利同时提供了一种物料受热更加均匀、更加节能、产量更高，且减少了单位重量产品对烟气nox的处理量和处理成本、高效率的立式预热器-回转窑-立式冷却器块粒状物料煅烧系统。

9、本专利所述的一种立式预热器-回转窑-立式冷却器块粒状物料煅烧系统，按照气体流向，冷却器、回转窑、预热器、除尘器、引风机依次串联；按照物料流向，预热器、高温物料喂料装置、回转窑、冷却器依次串联；所述预热器为所述的立式预热器；回转窑排放出的烟气进入预热器腔体与进入预热器腔体内的物料进行热交换，从预热器顶部进入除尘器除尘后，经引风机引出排放；加热后的物料从预热器底部经高温物料喂料装置进入回转窑煅烧；冷却器包括壳体及壳体构成的冷却器腔体，从回转窑出料端排放出的物料进入冷却器腔体，与进入冷却器腔体内的冷却风进行热交换冷却后，从冷却器底部排出，被加热的风进入回转窑助燃。

10、上述的立式预热器-回转窑-立式冷却器块粒状物料煅烧系统，它还包含烟室，

11、回转窑筒体的进料端伸入到烟室内，回转窑可以自由旋转，并通过固定在烟室上的密封装置与回转窑筒体滑动连接，阻止烟室内的气体泄漏；

12、烟室通过高温烟气管道与立式预热器的预热器腔体相通；与预热器腔体相通的高温烟气管道的出气端高于与烟室相通的进气端；回转窑产生的烟气流经烟室、高温烟气管道进入预热器；

13、与高温物料喂料装置相通的下料管穿过烟室伸入到回转窑的进料端内。

14、上述的立式预热器-回转窑-立式冷却器块粒状物料煅烧系统，在烟室上或者在高温烟气管道上，安装以脱nox为目的的选择性非催化还原即sncr法的还原剂喷头，或者安装干法高分子还原剂喷头，将还原剂分散喷入烟气中，还原剂喷头通过管道与还原剂输送系统联接。

15、上述的立式预热器-回转窑-立式冷却器块粒状物料煅烧系统，在烟室上或者在高温烟气管道上，安装向烟室内或者高温烟气管道内喷入燃料和/或助燃气的烟室烧嘴或烟道烧嘴。

16、上述的立式预热器-回转窑-立式冷却器块粒状物料煅烧系统，进一步改进，回转窑筒体轴向中心线与水平面夹角的正弦值sinɑ或者正切值tanɑ为1.50-2.99％，进料端高，出料端低，燃料自回转窑出料端喷入回转窑内燃烧。

17、上述的立式预热器-回转窑-立式冷却器块粒状物料煅烧系统，进一步改进，回转窑的进料端和出料端两端的末端段为缩口的圆锥形筒体，末端段端头直径小于回转窑筒体直径；圆锥形筒体外周有外筒体，末端段端头通过环形法兰与外筒体端头封闭连接，外筒体朝向回转窑中部的另外一端头敞开与大气相通，圆锥形筒体与外筒体之间形成盲通的冷却环套；鼓风装置向冷却环套内吹风冷却；法兰与末端段内采用耐火浇注料形成整体保护；外筒体外周与密封装置在周向滑动连接。

18、上述的立式预热器-回转窑-立式冷却器块粒状物料煅烧系统，对于立式冷却器，包括集料斗、布料装置、冷却器卸料装置、鼓风装置；壳体的上端为进料端用于与窑头罩连接，下端为出料端与冷却器卸料装置连接，壳体的以垂直方向的轴线为中心轴的周边封闭，壳体内围成冷却器腔体；集料斗为上口大、下部的出口小的料斗形结构，位于冷却器腔体内上方，承接收集从回转窑经窑头罩卸出的高温物料进入冷却器腔体内，物料在冷却器腔体内形成以轴线对称的料堆；布料装置位于冷却器腔体内，在集料斗的下方、冷却器卸料装置的上方，以轴线对称，布料装置是锥形体、或者柱形体或者柱形和锥形的复合体，自集料斗出口出来的物料被布料装置分布在壳体与布料装置之间的环形空间中，该环形空间是冷却器腔体的一部分；集料斗的出口、冷却器腔体、布料装置、冷却器卸料装置均以轴线对称布置；鼓风装置的出风口与冷却器腔体相通，并以轴线对称均匀分布；在冷却器腔体内，物料自上而下运动，由冷却器卸料装置卸出冷却器腔体，鼓风装置鼓入冷却器腔体的冷却风自下而上运动，与物料热交换后进入窑头罩、回转窑；

19、回转窑筒体的出料端伸入到窑头罩内，回转窑可以相对于窑头罩自由旋转，并通过固定在窑头罩上的密封装置与回转窑筒体滑动连接，阻止窑头罩内的气体泄漏；

20、在冷却器卸料装置的上部，围绕壳体安装箱体式布风装置，箱体式布风装置的内侧面形成以轴线对称的第二环形空间，该第二环形空间与冷却器腔体相通，箱体式布风装置上有与鼓风装置管道连接的第二进风口，箱体式布风装置的内侧面上还开有以轴线对称均匀分布的第二出风口或出风孔，第二出风口或出风孔与冷却器腔体相通；

21、布料装置含有密闭中空体，密闭中空体有与鼓风装置管道连接的第三进风口，密闭中空体设有以轴线对称均匀分布的第三出风口或出风孔，第三出风口或出风孔与冷却器腔体相通；

22、冷却器卸料装置含有锁风卸料机，锁风卸料机的机壳上开设导气孔，导气孔一端与机壳内的物料通道相通，另一端与除尘器的进气口相联通；

23、在窑头罩内，壳体的进料端安装有以耐热钢制成的筛孔状格栅篦板，用于筛除从回转窑出来的大块物料，集料斗位于格栅篦板下方；

24、集料斗的外边沿与壳体内壁之间形成可供冷却风通过的空间。

25、本技术中所述锥形体，包含台形体。

26、本技术的有益效果：

27、1.回转窑斜度即回转窑轴线与水平面夹角ɑ的正弦值sinɑ或者正切值tanɑ将传统的 3.5％，改为1.50-2.99％。具体方案是将托轮、齿轮、挡轮等回转窑传动机构和整个回转体筒体轴线与水平夹角ɑ的sinɑ或者tanɑ调整为1.50-2.99％；回转窑进料端设置为可以挡料的圆锥体结构，下料管深入到距离窑口更远的距离。这样可以将回转窑的转速提高到1.4-3.0 转/分钟，既能使得物料更加有利于分散，增加直接与高温烟气热交换的物料表面积和接触频率，还能保证物料在回转窑中充分的煅烧时间，从而提高回转窑产量和产品质量。显然，本专利的立式预热器及其立式预热器-回转窑-立式冷却器块粒状物料煅烧系统，同样可以适应回转窑斜度即正弦值sinɑ或者正切值tanɑ3.0-4.0％的条件。

28、2.由于，回转窑的进料端和出料端两端的末端段为缩口的圆锥形筒体，末端段端头直径小于回转窑筒体直径；圆锥形筒体外周有外筒体，末端段端头通过环形法兰与外筒体端头封闭连接，外筒体朝向回转窑中部的另外一端头敞开与大气相通，圆锥形筒体与外筒体之间形成盲通的冷却环套；鼓风装置向冷却环套内吹风冷却；法兰与末端段内采用耐火浇注料形成整体保护；外筒体外周与密封装置在周向滑动连接。所以，可以非常有效的使得回转窑内的耐火材料不下串松垮；有效的防止窑尾物料从后满料卸出；有效的防止回转窑两端头的冒灰和漏气泄入情况；有效的对密封装置、端头法兰冷却；无需使用耐热钢的护板；设备运行更加可靠。

29、3.物料通过加料管进入预热器筒体内，由于加料管下方有布料器，所以布料器的下方形成了没有物料的无料区17；由于加料管的存在，在预热器筒体顶部内周也形成了物料不能自然到达的空间。

30、由于布料器、空腔结构和导料器的设置，在空腔内气体是混合相通的，压力是相等的，所以很容易实现空腔内的高温烟气温度相等；预热器工作时，在加料装置、突变截面、导料器、卸料装置、鼓风机、引风机等的综合作用下，对于气流，在预热器内的高度方向至少形成的4个没有物料的无料空间区域，各个无料空间区域内的气体压力近似相等，气体温度也近似均匀，自下而上无料空间区域内的气体压力递减，形成压力差，因此气体自下而上流动；在同一高度，因为无料空间区域气体阻力低于有物料区域阻力，所以气体自下而上流动时，从下一层面的无料空间区域很容易导向流入上一层面的无料空间区域；由于在预热器内物料分布和无料空间区域的分布是对称的，所以气体在穿过料层到达上一层面无料空间区域遇到的阻力近似对称相等，气体的流量、流速、温度、阻力也近似对称相等，气流上升过程气体温度逐步降低；4个没有物料的无料空间区域在高度方向自上而下的分布为靠近筒体分布的环周空间-靠近筒体内中心空间-靠近筒体的环周空间-靠近筒体内的中心空间，即按照上下、内外交替分布，因此，气体上升时需要按照中心-周边-中心-周边轨迹流动，不仅产生向上的垂直位移，还产生内外交替的水平位移。无料空间区域对气体起到导流作用。

31、预热器工作时，在加料装置、突变截面15、导料器16、卸料装置、鼓风机、引风机等的综合作用下，在预热器内的物料，在布料器133上侧自然形成物料坡面状的锥形料堆；在布料器133下方，因为有倒锥体状的无料区17，物料呈对称的中心倒锥体状凹陷堆积；在突变截面处，或者在导料器16的上侧，物料呈锥形体堆积；在导料器16下方，因为有倒锥体状的无料腔19，物料呈含有对称的中心倒锥体状凹陷堆积。布料器133、突变截面15、导料器16的结构形状和尺寸，决定了物料堆积的状态和尺寸。在卸料装置卸料时，物料在重力的作用下，自加料仓通过加料管自动加入到预热器内，不卸料时自然停止加料。加料仓、加料管的物料对气体的进出起到阻止作用。由于布料器133、突变截面15、导料器16的作用，物料在下行时被引导移动，运动轨迹不仅有向下运动位移，还同时有由中心向周边-由周边向中心 -由中心向周边-由周边向中心的反复水平位移，下行移动受力、在预热器内热交换的条件和效果对称近似一致；在布料器133的上侧，物料与自无料区17上升的热气流进行对流、辐射热交换，被干燥、预热；物料逐步下行时，气流温度和物料温度逐步上升，物料自布料器133下方无料区17到在靠近突变截面15的空腔18之间，热气流自突变截面空腔18穿过物料层到达布料器133下方的无料区17，物料与气体热交换的条件和效果对称近似相等，主要以对流方式进行热交换；物料下行到在突变截面15，形成锥形料堆，料堆表面的物料受到空腔18高温气体的热辐射的热量相对较多，温度相对较高，煅烧充分，料堆内部的物料或者靠近导料器16的物料相对收到的热量比较少，温度比较低，煅烧相对不够充分。物料在继续下行时，靠近导料器16侧面温度较低的物料被布置在倒锥体状的表面，无料腔中心烧嘴产生的高温气体，以热辐射对倒锥体状的表面煅烧后，穿过倒锥体状物料层，以对流的方式对在上方煅烧不够充分的物料进一步充分煅烧，并到达突变截面空腔,继续流上升穿过料层到达无料区、布料器、预热器内顶部环形空间、最终排出系统。完成预热、焙烧的物料由高温物料喂料装置均匀加入到回转窑内。物料在预热器内的运动速度、运动路程和停留的时间相似，热交换的条件相似。

32、由于实现了物料和热气体在预热器内对称均匀分布和流动，烟气在空腔18、无料腔19 中压力均匀、温度均匀，并且，物料与热气体逆向流动进行热交换时，无料腔19和空腔18 的热气源对物料上下两层和内外两侧加热、焙烧，发生化学反应，热交换的条件相近似，从而实现了物料受热均匀性、一致性，对物料热交换产物的质量有了基本保障。

33、物料在导料器形成锥形坡面状分布，导料器控制了物料锥形坡面状分布的料层厚度，物料下行的速度或者物料在预热器腔体内停留的时间则由预热器卸料装置控制，这就更有利于保障热交换产物的质量。

34、明显，在空腔内的烟气温度较高，导料器锥形坡面物料所处的环境温度同样较高，高温烟气上升穿过物料层后，布料器处物料所处环境温度较低。由于，(1)预热器的有效容积大，通风面积大，气流速度低，阻力较低；(2)导料器锥形坡面的物料受热时对烟气基本不产生阻力；(3)预热器卸料装置连续卸料，所以立式预热器内物料连续下行运动，运动物料比静置物料对气流的阻力大大减小。所以该预热器的阻力低，可以提高料柱的高度，热交换的物料量更大和热交换时间更长，从而提高了热交换的效率。预热器烟气的排放温度比传统液压推杆预热器低。通过高温烟气管道送入的气体介质到达在突变截面处形成的空腔18内，预热器不但通过热辐射方式对物料加热，还穿过料层直接通过与物料主要以对流热交换方式对物料加热，所以物料加热充分。同一个突变截面处形成的空腔18可以是一个或多个，多个空腔可以在周向相连形成一个环形。

35、加料装置相对于预热器筒体上下移动，可以改变预热器筒体内物料的高度，以适应不同粒径的物料。如果加料装置向下移动，预热器内热交换的物料层高度就比较低，物料层的阻力就比较小，适合较小粒径物料的预热，对于2-15mm物料还可能使得物料呈悬浮状态。加料装置向上移动时，物料层的高度就比较厚，适合块度比较大的物料。几何尺寸相对大些的物料，对气流的阻力小一些，物料内部的传热和传质的时间需要长些，几何尺寸相对小的物料对气流的阻力就大些，物料内部的传热和传质的时间需要短些。因此，为满足料层阻力和热交换的要求，对于大粒径的物料，加料管和布料器相对于预热器筒体的位置可以高一些，这样预热器筒体内物料就多一些。对于小粒径的物料，加料管和布料器相对于预热器筒体的位置可以低一些，这样预热器筒体内物料就少一些。这样，大粒径的物料虽然比表面积小，但预热器筒体内料柱高(或者说料层厚)，热交换时间长；小粒径物料虽然比表面积大，但预热器筒体内料柱低(或者说料层薄)，热交换时间短，都能够达到需要热交换效果。预热的物料料柱高可达6米以上，是传统液压推杆式立式预热器的3倍，物料热交换的时间也是传统预热器的3倍，并且可以根据需要调节料柱的高低，可以适应1-80mm不同粒径段的物料(传统的必须20mm以上物料)。

36、布料器上可以具有通风孔，烟气穿过布料器上的通风孔并对布料器上方的物料加热后到达排气装置，这时布料器还具有干燥床的作用，尤其对人造球团(比如炼铁球团、污泥球团、陶粒等)水分的烘干有利。

37、4.在预热器筒体内导料器的下方，物料不能自然到达的无料腔19，通入燃料及助燃气并燃烧，该无料腔19则成为一个燃烧室(或者成为燃烧区)，燃料及助燃气的流量和压力受到适当的控制，燃烧区的温度也受到控制；在引风机的作用下，燃烧产生的热气体穿过上方的物料层，进行热交换，加热或者煅烧物料，甚至使物料发生化学反应，并最终汇入排气装置。此时，所述的预热器实际是一种预煅烧的立窑。

38、或者，在突变截面下部处形成物料不能自然到达的空腔18喷入燃料和助燃空气，该空腔 18则成为一个燃烧室(或者成为燃烧区)，燃料及助燃气体的流量和压力受到适当的控制，燃烧区的温度也受到控制；在引风机的作用下，燃烧产生的热气体穿过上方的物料层，进行热交换，并最终汇入排气装置。此时，所述的预热器实际是一种预煅烧的立窑。

39、当然，还可以将燃料和助燃空气通入到高温烟气管道或者烟室中燃烧，产生的热气体进入预热器内与预热器内的物料进行热交换，将物料预煅烧。此时，所述的预热器实际是一种预煅烧的立窑。

40、这样整个系统带来巨大的好处是：(1)无料腔和空腔形成的1个或者2个燃烧室，形成了上下两个层面、内外两个侧面对物料加热，从而物料受热更加均匀；(2)增加的热量可以大幅度增加石灰石/白云石的分解率或者其他产品的烧成率，大幅度提高回转窑及全系统装置的产量；(3)大幅度降低单位重量产品回转窑筒体、及其他设备的热损失，甚至可以缩短回转窑筒体的长度，从而整个系统更加节能；(4)相对于回转窑，由于在预热器内燃烧的温度比较低，产生的nox大幅度减少，大幅度减少了单位重量产品对烟气nox的处理量和处理成本。

41、5.预热器突变截面的构造有多种，只要物料在预热器筒体内向下流动时，在突变截面处形成物料不能自然到达的空腔即可。该预热器卸料装置有多种，只要可以承受高温物料的可以控制流量的卸料机都可以使用。预热器筒体下部或底部出料口接预热器卸料装置入口，预热器卸料装置的出口与高温物料喂料装置的入口相连接。当然，也可以省去预热器卸料装置，直接把高温物料喂料装置的入口与预热器筒体下部或底部出料口相接，这样高温物料喂料装置就起到了预热器卸料装置的作用。

42、6.利用回转窑尾气余热加热物料时，回转窑通过烟室、下料管、高温烟气管道与预热器衔接，回转窑的高温尾气通过烟室、高温烟气管道进入预热器；预热器内的物料被预热后通过下料管进入回转窑内；高温烟气管道的有效通风截面积比液压推杆式立式预热器的转运槽出料口截面积(出料口也是进气口)大许多，回转窑的高温尾气进入预热器更加畅通，压损低，预热效果好，热效率高，因此同比窑型产量更高。

43、7.预热器排放的烟气温度比较低，一般在180-240℃左右，与传统液压推杆预热器相比，省去了多管冷却器的投资；并且，由于改变了漏风现象，除尘器、引风机及其电动机的配置规格约减小20％，从而减小了设备投资，减小了运行费用和电力消耗。

44、常用的液压推杆预热器，液压推杆间歇周期性动作时物料才运动，预热器的阻力大，料柱高度不能高，热交换的时间比较短，尾气排放温度比较高，漏风严重，系统投资比较大，设备的故障率也比较高，运行成本比较高，而本技术中的预热器作为一种连续无推杆立式预热器，没有液压推杆等运行部件、运行可靠，故障率低、机械设备和耐火材料的使用寿命大大延长。主体部分的耐火材料保证5年无需更换。预热后的物料通过耐高温的喂料装置可控制的定量均匀喂入回转窑内，运动部件少，因而故障大大减少。

45、8.由于立式预热器的有效容积更大，热交换的时间更加充分、没有漏风现象、并且烟气排放温度更低，所以热效率大大提高。

46、9.适应的物料品种及其几何形状范围广泛，不仅可以适应20-80mm块状物料，也可以适应1-20mm小颗粒物料；产品品种适应性强，石灰石、石灰、烧结白云石、兰炭、焦炭、白云石、超高温烧结白云石/菱镁矿、铝矾土矿、建筑陶粒等非金属矿产品，炼铁球团矿、钢铁厂除尘污泥团块料、还原焙烧铁矿、铝矾土矿等金属矿产品，工业污泥团块料、城市污泥垃圾团块料等都可适应。

47、10.将sncr脱硝装置的还原剂喷头安装在烟室或者高温烟气管道上，或者安装在预热器突变截面处物料不能达到的腔体内，将还原剂分散喷入烟气中，对烟气进行脱硝。从回转窑窑尾排出的高温烟气，温度范围一般为800-1050℃，在立式预热器内的空腔、无料腔等通过调节燃料、助燃气的流量、压力，或者调节预热器内的料高等手段，使得预热器的温度为800-1050℃，正好符合sncr脱硝工艺，也可以控制在符合干法高分子脱硝的温度区间。相比scr脱硝工艺装置，大幅度减少了工程投资和生产运行成本。

48、11.对于冷却器，因集料斗的出口以壳体轴线对称布置，物料在立式冷却器上的落点位置恒定正好位于冷却器的中心，不会因回转窑的转速、物料的块度、被回转窑带起的高度、格栅篦板等因素而变化，不会产生偏料现象；冷却器腔体、布料装置、冷却器卸料装置均以壳体轴线对称布置，冷却器腔体内位于同一水平截面上的物料基本均匀，且均匀下降，物料在冷却器内停留的时间基本一致；鼓风装置的出风口以壳体轴线对称均匀分布，或者，箱体式布风装置的内侧面上的第二出风口或出风孔以壳体轴线对称均匀分布，或者，布料装置中密闭中空体上的第三出风口或出风孔以壳体轴线对称均匀分布，冷却风在冷却器腔体内基本均匀分布。因此，冷却器内同一个横断面上的物料，阻力大小一致对称，物料的下降的速度一致对称，冷却风上升的流速和流量也均匀对称，不会产生偏风、偏料现象，对物料的冷却效果均匀，热交换后风的温度、流量稳定，进入回转窑的助燃风量稳定，燃烧火焰稳定，窑内温度稳定，排放烟气成分稳定，保证了煅烧产品质量。