水泥生料粉立管旋喷预热器及预热分解系统

摘要

本发明公开了一种水泥生料粉立管旋喷预热器，包括旋喷筒体、进料管和同轴设于旋喷筒体内的立管，立管的底部伸出旋喷筒体外；所述旋喷筒体的顶部设有出风口，其底部周向均布有至少2个集料斗，各集料斗的底部均设有出料口；所述立管的顶部设有导料锥，导料锥下方的立管侧壁上周向均布有复数个旋喷口，各旋喷口处均设有配合的曲面旋风导板，立管的下部与所述集料斗固定连接，立管的下部侧壁还周向均布有至少2个下料口；所述进料管至少为2个，其底部与立管的下料口连通。本发明的预热器及其组成的预热分解系统具有较小的系统阻力，可以大幅度降低系统热耗和电耗，同时简化和缩小系统的装备。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于预热颗粒或粉末材料的预热器，具体涉及一种用于预热水泥生料粉的立管旋喷预热器及预热分解系统。

背景技术

预热器的主要功能是利用回转窑及分解炉内排出的炽热气流中所具有的热焓加热生料，使之进行预热及部分碳酸盐分解，然后进入分解炉或回转窑内继续加热分解。

现有的预热器的热交换单元设备主要有旋风筒(包括联结管道)和立筒(涡室)两种，由于立筒预热器自身结构存在一些问题，其各种经济指标也难以同旋风预热器相媲美，因此现有的预热器大都采用旋风筒结构。

现有的旋风筒预热器的主要有洪堡型、史密斯型等，其旋风筒大致呈漏斗形，其顶部接有出风管，底部接有下料管，在旋风筒的上部侧壁设有进风口。所述旋风筒左右交叉设置，形成2条纵向平行的轴线，下一级旋风筒的出风管与上一级的位于其左上侧或右上侧的旋风筒进风口相接，而位于其正上方的上级旋风筒的下料管又插接于该旋风筒的出风管中；这些旋风筒沿竖向串联并在最下两级旋风预热器之间设置分解炉，形成多级旋风预热分解系统。其工作过程如下：常温的水泥生料粉从最上级的旋风预热器下料管进入，与下一级旋风预热器出风管的上升热气流混合换热，然后进入旋风筒并通过离心将料气分离；加热后的物料被分离沉降在旋风筒集料斗，进入下一级旋风筒下料管，而换热后的热气流则通过旋风筒的出风管进入上一级旋风筒或经废气管排出，在同一级旋风筒内物料与热气流是同向流动，而级与级之间物料与热气流则是逆向运动的，物料从最上级旋风筒逐步流向下一级旋风筒并最后流向分解炉，而热气流则从最下一级逐步流向上一级，直至最上一级旋风筒由出风管作为废气流出，物料从上至下，一级级被预热，而热气流从下往上一级级逐渐放热，从而实现水泥生料粉的预热。

然而，上述旋风预热器及预热分解系统存在系统阻力大的问题，这主要分为以下3个原因：(1)现有的预热分解系统中料气的速度较大，一般在15m/s以上，而由于阻力与气流速度的平方成正比，造成了系统阻力较大；(2)现有的单级旋风筒预热器高度较高，且左右交叉设置的结构也进一步加大了料气的移动路线，而路线越长，产生局部阻力的因素越多，系统阻力越大；(3)由于旋风筒预热器中混合的料气从切线方向进入筒体，随筒体旋转产生离心力，质量大的料粉团被分离至外侧，物料与筒体发生摩擦，并逐步沉降，而气体从内筒出风管流出，由于料气进入筒体旋转不到一周，旋转的料气重新与进风口的料气相交汇，未完全分离的料气又与刚进入的料气混合，然后旋转重新分离，影响了分离效率；而此处的料气运行方向和路线都很复杂，大大增加了料气运行的阻力，提高了系统阻力，增加了系统的电耗。因此，降低预热器及预热分解系统的系统阻力是目前技术人员的研究方向之一。

另一方面，降低预热器及预热分解系统的能耗是目前又一发展方向，而降低最上一级预热器出口的废气温度是节能的重要手段。预热器出口的废气温度的高低主要取决于预热器串联的级数和熟料单位重量的烟气量，这是旋风筒预热器系统及碳酸钙分解温度值的物理化学特性所决定的。以目前普遍采用的五级旋风筒预热器预热分解系统而言，其最上级预热器出口的废气温度约为300～330℃。若大幅度降低废气温度则必须增加预热器级数和控制熟料单位重量的烟气量，而增加级数同时增加了系统的阻力，因此，唯有大幅度降低每级预热器的阻力，才有可能利用增加级数来降低废气温度，而不会增加系统阻力，从而达到节能的目的。

因此，开发新的预热器及预热分解系统，使其不仅具有较高的效率，又大大降低系统阻力和废气温度，这对于降低能耗、减少二氧化碳排放、精简或缩小废气系统的装备具有现实的积极意义。

发明内容

本发明目的是提供一种水泥生料粉立管旋喷预热器及预热分解系统，以降低其系统阻力，提高预热效率，降低废气温度。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种水泥生料粉立管旋喷预热器，包括旋喷筒体、进料管和同轴设于旋喷筒体内的立管，立管的底部伸出旋喷筒体外；

所述旋喷筒体的顶部设有出风口，其底部周向均布有至少2个集料斗，各集料斗的底部均设有出料口；

所述立管的顶部设有导料锥，导料锥下方的立管侧壁上周向均布有复数个旋喷口，各旋喷口处均设有配合的曲面旋风导板，立管的下部与所述集料斗固定连接，立管的下部侧壁还周向均布有至少2个下料口；

所述进料管至少为2个，其底部与立管的下料口连通。

上文中，所述旋喷口常用的是4～48个，旋喷口、曲面旋风导板由耐高温的金属制成。进料管的数目与下料口相等。

优选的技术方案，所述集料斗和进料管均为6个，两者交错设置且周向均布于立管外。

本发明同时请求保护一种水泥生料粉预热分解系统，由至少2个上述水泥生料粉立管旋喷预热器竖向串联构成，上一级预热器的立管底部与下一级预热器的出风口连接，上一级预热器的出料口与下一级预热器的进料管连接，各预热器的轴线位于同一竖直线上，在最下两级预热器之间设有分解炉。

与之相应的另一种技术方案，一种水泥生料粉预热分解系统，由至少2个上述水泥生料粉立管旋喷预热器和至少一个旋风筒预热器竖向串联构成，所述旋风筒预热器设于水泥生料粉立管旋喷预热器的底部，旋风筒预热器的出风口与上一级立管旋喷预热器的立管底部连接，在最下两级预热器之间设有分解炉，各预热器的轴线位于同一竖直线上。

上述预热分解系统可以是1～12级，优选是6～10级。

由于上述技术方案的采用，与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明设计了新的水泥生料粉立管旋喷预热器，由于集料斗设于旋喷筒体的侧壁，而立管同轴设于筒体内，气流主要在立管内运行，其悬浮速度可以较低，物料从立管下部撒入并被上升的气流分散，顺畅的从旋喷口喷出并在筒内旋转，使料气迅速分离，料气的运动路径十分流畅，产生局部阻力的因素很少，因而系统阻力也较小。

2.本发明在立管侧壁上周向均布有复数个旋喷口，各旋喷口处均设有配合的曲面旋风导板，曲面旋风导板是一个小直径旋风筒的一部分，具有很高的分离效率，该结构使物料分离路径不会与旋喷口气流相交叉，不仅延长了料气的旋转分离时间，而且粉料始终被旋转分离至筒壁附近，逐步沉降，大大提高了分离效率；此外，本发明的预热器的旋喷口流速一般控制在13～18m/s，与传统旋风筒预热器入口风速相当，但在同样的分离效率下，旋喷口流速低于传统旋风筒预热器的流速，因而降低了系统阻力。

3.本发明设置了多个集料斗和进料管，使分离的料粉沉降在集料斗中并通过进料管多点撒入下一级立管，这样有利于料粉在立管中与上升的热气流均匀混合，进行热交换，同时降低了预热器的高度。

4.本发明的立管旋喷预热器高度较小，且预热分解系统是由预热器竖向串联组成的，因而整个预热分解系统的高度较小，料气的移动路线短，系统阻力小。

5.以8级预热分解系统为例，本发明的立管旋喷预热分解系统的废气温度可以控制在200℃左右，系统阻力在3500pa以下，可以降低热耗10％以上，并大幅度降低了烧成系统电耗，同时简化和缩小废气系统的装备。

附图说明

图1是本发明实施例一中水泥生料粉立管旋喷预热器的主视图；

图2是本发明实施例一中水泥生料粉立管旋喷预热器的俯视图；

图3是本发明实施例一中水泥生料粉立管旋喷预热器的剖视图(立管未剖)；

图4是图1的B-B剖视图；

图5是图1的C-C剖视图；

图6是图3的D-D剖视图；

图7是本发明实施例一中水泥生料粉预热分解系统的结构示意图；

图8是本发明实施例一中水泥生料粉预热分解系统的料气流动方式示意图；

图9是图8的A部放大图；

图10是本发明实施例二中水泥生料粉预热分解系统的结构示意图。

其中：1、旋喷筒体；2、进料管；3、立管；4、出风口；5、集料斗；6、导料锥；7、旋喷口；8、曲面旋风导板；9、下料口；10、分解炉；11、旋风筒预热器；12、出料口。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一

参见图1～6所示，一种水泥生料粉立管旋喷预热器，包括旋喷筒体1、进料管2和同轴设于旋喷筒体内的立管3，立管的底部伸出旋喷筒体外；所述旋喷筒体1的顶部设有出风口4，其底部周向均布有6个集料斗5，各集料斗的底部均设有出料口12；

所述立管3的顶部设有导料锥6，导料锥下方的立管侧壁上周向均布有复数个旋喷口7，各旋喷口7处均设有配合的曲面旋风导板8，立管的下部与所述集料斗固定连接，立管的下部侧壁还周向均布有6个下料口9；所述进料管为6个，其底部与立管的下料口9连通。集料斗和进料管交错设置且周向均布于立管外。

所述下料口9上设有撒料器，集料斗5的出口处设有锁风阀。

参见图7所示，由7个上述的水泥生料粉立管旋喷预热器和1个旋风筒预热器11竖向串联构成，所述旋风筒预热器设于水泥生料粉立管旋喷预热器的底部，旋风筒预热器的出风口与上一级立管旋喷预热器的立管底部连接，在最下两级预热器之间设有分解炉10，各预热器的轴线位于同一竖直线上。

水泥生料粉立管旋喷预热器及分解炉的筒体由公知的方法制成，外部为金属壳体，内衬的耐火材料可以是耐火砖也可以是耐热混凝土，在旋喷筒体1内的立管3及旋喷口7、曲面旋风导板8等则采用耐高温的金属或非金属制成。

在预热分解系统中立管旋喷预热器的数目根据实际情况设置，一般设置4～12级，但6～10级比较合适。立管旋喷预热器采用多个集料斗和进料管，一般采用4～8个，本实施例采用6个。被分离的料粉沉降在集料斗中并通过多点撒入下一级立管，这样有利于料粉进入立管后能迅速与上升气流均匀混合，同时降低了立管旋喷预热器的高度。本实施例以每小时生产105吨(2500t/d)水泥熟料的立管旋喷预热器预热分解系统为例，采用7个立管旋喷预热器和1个传统的旋风筒11，构成8级预热分解系统，其主要尺寸及工艺参数如下表所示：

本发明的料气流动方式参见图8～9所示，生料粉由提升机(或气动泵)送入最上一级立管旋喷预热器入料口，经撒料器撒入立管，未充分分散的粉团逐步下落，上升的气流很快将粉团剥落、分散(一般情况下上升气流速度达9m/s时，粉团下落高度不超过1米)，分散的料粉则随气流进入立管顶部喷口，料气喷出即随曲面导板旋转，部分料粉被分离，料气旋转至筒壁且沿其切线方向继续运动，料气进一步被分离；料粉沉降至集料斗，通过进料管经撒料器撒入下一级立管，而气流则上升至顶部出风口排出。同理，从底部上升的热气流(烟气)经过每一级预热器与料粉混合又分离，不断放热，温度不断下降，最后从最上一级预热器流出，而物料从最上一级流向下一级，生料温度不断提高，经多级预热器后料粉进入分解炉，从而实现水泥生料粉的预热与分解。

采用筒内旋喷使物料分离路径不会与旋喷口气流相交叉，这不仅延长了料气的旋转分离时间，而且料粉始终被旋转分离至筒壁附近，逐步沉降，大大提高了分离效率。旋喷口的气流速度是旋风分离效率的主要参数，立管旋喷预热器喷口流速一般控制在13～18米/秒，与传统旋风筒预热器入口风速相当，但在同样的分离效率条件下，喷口流速低于传统预热器的流速，降低了阻力。

降低预热器的系统阻力及提高料气分离效率是预热器研制的两大目标。众所周知，生料粉团在立管中悬浮速度最低，通常细度的生料粉，通过撒料器撒入立管，当热气流的上升速度达到8m/s以上，可使生料粉团分散并悬浮向上运动；如果略低于悬浮速度，较细的料粉则随上升气流经旋喷口在筒内旋转分离，然后进入下一级，而部分(控制在10％以内)较粗的料粉团，便逆气流缓缓下落，但具有较充分的时间与气流进行逆流热交换并进入下一级，与细粉团一样达到预热的目的。因此，控制气流的速度(同时控制料粉的细度和分散程度)就可以控制逆流与顺流料粉的比例，但实际生产中料粉是通过撒料器进入立管，料粉成团状，不可能全分散，故部分粉团实际的悬浮速度将大于8m/s。本发明的预热器立管内气流速度一般控制在9～12米/秒，使撒入的料粉所形成的粉团开始下落，但随气流上升很快被分散；这比传统的旋风筒预热器管道内的料气气流速度低的多，因此阻力也小得多(阻力与气流速度的平方成正比)，物料在管道内停留时间延长，热交换时间也相应增多。

本发明的料气运动的路径十分流畅，比传统的预热器料气运动的路径短得多，产生局部阻力的因素很少，并且生料粉在立管中具有最低的悬浮速度。立管旋喷预热器中料气的运动速度可以在略低于粉团的悬浮速度下运动。为了保证生料粉的旋转分离，仅仅在喷口处具有较高的喷射速度，这就大大降低了系统阻力。

采用本发明的单级立管旋喷预热器阻力仅为传统单级旋风筒预热器阻力的20％～40％。采用7个立管旋喷预热器和1个旋风筒预热器及传统的分解炉构成的8级预热分解系统，废气温度可控制在200℃左右，系统阻力在3500pa以下，可以降低热耗10％以上，大幅度降低烧成系统电耗，同时简化和缩小窑尾废气系统的装备。

当然，本预热分解系统中的立管旋喷预热器还可以置换传统的旋风筒预热器，在现有的预热分解系统改造中使用。

实施例二

参见图10所示，一种水泥生料粉预热分解系统，由8个水泥生料粉立管旋喷预热器竖向串联构成，上一级预热器的立管底部与下一级预热器的出风口连接，上一级预热器的出料口与下一级预热器的进料管连接，各预热器的轴线位于同一竖直线上，在最下两级预热器之间设有分解炉10。

上述水泥生料粉立管旋喷预热器与实施例一相同。

以每小时生产105吨(2500t/d)水泥熟料的立管旋喷预热器预热分解系统为例，采用上述8个立管旋喷预热器竖向串联构成的8级预热分解系统后，其系统阻力低于3000pa，废气温度可控制在200℃左右，与现有的5级旋风筒预热器和分解炉构成的预热分解系统相比降低热耗10％以上，并大幅度降低系统的电耗，同时简化和缩小窑尾废气系统的装备。