專利名稱：用于粉狀物料的高固氣比交叉料流熱處理裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于氣固相熱交換或熱反應領域，具體的說是一種用于粉狀物料的快速加熱、反應及分離的高固氣比交叉料流熱處理裝置。
背景技術：
自從1932年由捷克工程師M.Voel-Jorgensen首次提交了用旋風懸浮預熱器加熱水泥生料粉的專利以來，使水泥窯的質量和產量大幅度提高，熱耗明顯下降，引起了各國水泥技術研究者和設備制造商的關注，相繼投入力量研究和開發新型預熱系統。早期使用的懸浮預熱系統是由多個旋風預熱器串聯起來組成一個多單體的單系列，如中國專利CN1210965所公開的就是這種單系列形式的預熱系統。普遍使用的4單體、5單體的單系列預熱系統排出的廢氣溫度大約在350～400℃的范圍。為了提高單系列預熱器的熱效率，有人提出了增加換熱單元數的方案。但是增加換熱單元數需要構筑更高的框架，同時還要求采用克服更大流體阻力的風機，這勢必要增大設備投資和生產成本。水泥生產廠近年來傾向于要求提高單機產量。假如仍采用單系列預熱系統，有三點不利一是單體預熱器也必須擴大結構尺寸，相應的建筑物框架高度必須大大增加；二是隨著單體的增加，系統流體阻力大幅度增加，從而使電耗大幅度增加，而熱效率卻增加不多；三是分離效率隨旋風筒單體結構尺寸增大而下降，飛灰量增多，系統中物料的內返混和外返混都增大，從而導致系統熱效率的下降。
目前也有個別水泥生產廠采用平行雙列預熱系統，它是將各旋風預熱器自上而下按平行雙列方式排列，最上面的旋風預熱器為第一單元，向下依次為第二單元，……，最末單元。最末單元的旋風預熱器的排料口與反應器(窯或分解爐)相連。各列間的氣流路線和物料流路線均為并聯方式，互不相干，而每列中的氣流路線和物料流路線均為串聯方式，每一列甚至沒有獨立的風機系統。這種布置可使大型回轉窯的窯外預熱系統采用的旋風預熱器結構尺寸較小，建筑物框架高度相對較低，旋風預熱器的氣固分離效率較高。然而這類平行系列中每一列仍保持著單系列的結構與氣流和物料流的特征。系統排出的廢氣溫度偏高，熱處理過程不夠穩定，熱量未能被充分利用仍是它的缺點。
發明內容
本發明所要解決的問題是對現有的預熱系統加以改進，提供一種可以提高換熱器換熱效率，降低廢氣溫度、提高生料入窯溫度和反應率的用于粉狀物料的高固氣比交叉料流熱處理裝置。
解決上述問題的技術方案是所提供的用于粉狀物料的高固氣比交叉料流熱處理裝置包括多個旋風換熱器，所說的多個旋風換熱器自上而下按多列形式并行排列，該裝置最上面的旋風換熱器為第一單元，向下依次為第二單元，……，最末單元，各列間的氣流路線為并聯方式，而每列的氣流路線為串聯方式，即每列中的旋風換熱器的出風口通過風管與同列的上一單元旋風換熱器的進風口相連通。本發明的改進之處在于前述的各單元由一級或多級旋風換熱器組成，其中至少有一個單元的物料流路線按串聯方式連接，即上一單元的末級旋風換熱器排料口與本單元首級旋風換熱器的進風管相連，該首級旋風換熱器的排料口與本單元第二級旋風換熱器的進風管相連，依次類推，該單元末級旋風換熱器的排料口與下一單元首級旋風換熱器的進風管相連。
采用這種物料流串聯方式可以提高預熱單元的固氣比，使熱氣的熱量得以充分利用，從而降低廢氣溫度，提高整個系統的熱效率及反應率。
上述的多個旋風換熱器可按平行兩列排列，也可按三列或四列形式排列。
上述的最末單元的末級旋風換熱器可與高溫反應器相連，譬如，在用于水泥生料的預熱時，可以與分解爐相連，以便進一步提高熱效率及反應速率。
一般情況下，本發明可以有兩個至五個單元的物料流路線按串聯方式連接，各單元之間按串聯方式交叉連接，即每個單元的末級旋風換熱器的排料口與下一單元的首級旋風換熱器的進風管相連。其固氣比是現有的平行雙系列預熱系統的兩倍以上。
與現有技術相比，本發明采用了平行氣流組織與串行物料流相結合的方案。就以本發明的平行雙系列而言，100％的物料流喂入50％的氣流中，預熱單元的固氣比是現有系統的兩倍，不但有效地提高了系統的熱效率，增加單機產量，而且換熱器排出的廢氣溫度較低，比現有的預熱系統降低一百度以上。另外，由于氣流并行且單位產品所需燃料少，廢氣量小，窯尾主風機的電耗比現有的預熱系統少。本發明的另一優點是適應性強，可用來對傳統回轉窯實施技術改造，特別是可靈活地對各類立筒(噴射型、旋流型)預熱器的一級、二級、三級旋風預熱器進行改造，并且投資省，改造周期短。
本發明可廣泛用于水泥、化工、冶金等行業中的粉體加熱系統中，尤其適用于水泥廠中的旋風懸浮預熱器的生料預熱及預反應。
圖1是本發明的結構示意圖，圖中帶箭頭的虛線表示氣流路線，帶箭頭的實線表示物料流路線。
圖2是圖1旋風換熱器的氣流和物料流的管路連接圖，圖中的粗實線表示物料管道。
圖3是本發明另一實施例的結構示意圖，圖中的粗實線表示物料管道。
圖4是本發明第三實施例的示意圖，圖中帶箭頭的虛線表示氣流路線，帶箭頭的實線表示物料流路線。
圖5是本發明第四實施例的示意圖。
具體實施例方式
圖1、圖2給出了本發明用于水泥生料預熱系統的最佳實施例。本預熱系統的多個旋風換熱器自上而下排列成兩列，共有五個單元。每列旋風換熱器的氣流路線按串聯方式連接，即每一列的各旋風換熱器的出風口與同列上一單元旋風換熱器的進風口相連；兩列旋風換熱器的氣流路線為并聯。來自回轉窯的熱氣流進入第五單元(最末單元)換熱器5，分離出生料后的熱氣流離開換熱器5，分成兩路分別進入兩列的第四單元換熱器4A、4B，然后再分別進入各列上一單元的旋風換熱器，依次類推。各列旋風換熱器的物料流路線為交叉串聯，即第二單元的兩級旋風換熱器2A、2B、第三單元的兩級換熱器3A、3B和第四單元的兩級換熱器4A、4B分別組成三個預熱單元，每個單元內的換熱器物料流路線為串聯，而各單元之間的物料流路線又交叉串聯，如換熱器2A的排料口通過物料管2A1與換熱器2B的進風管2B1連通，形成物料在單元內兩換熱器2A、2B的串聯；而換熱器2B的排料口又與下一單元換熱器3A的進風管連通，形成單元間的串聯，依次類推，從而形成物料流的交叉串聯方式。生料由喂料點C加入到換熱器1A和換熱器1B的進風管匯合處，隨上升氣流分別進入到第一單元換熱器1A、1B中。物料在風管中與熱氣流換熱，在換熱器中氣固分離，氣體向上由高溫風機11排走。第一單元的兩個換熱器收集下來的物料經過膨脹倉12、卸料器13(每個換熱器均設有膨脹倉和卸料器)，匯合后送入到換熱器3A的出風管(也是第二單元換熱器2A的進風管)中，隨上升熱氣流進入到換熱器2A中，進行物料與氣體分離，分離出來的生料再送入到換熱器2B。然后，物料按前述過程依次進入換熱器3A、換熱器3B、換熱器4A、換熱器4B和換熱器5，生料與氣體的換熱主要在上升風管中完成。在整個物流過程中，物料按“之”字形交叉通過各換熱器，兩列換熱器中100％的生料如此往復下降與上升的50％熱氣流進行充分的換熱，最后到換熱器5中。
為了充分地利用來自回轉窯的氣體熱能，最末單元旋風換熱器5可連接一個分解爐15，該分解爐的一端與回轉窯14相連，另一端與最末單元旋風換熱器5的進風口相連，倒數第二單元換熱器4B的排料口又與分解爐14相連。換熱器4B所排出的物料進入分解爐，被進一步加熱(此時，物料中的碳酸鈣將發生分解反應)，然后經換熱器5送入回轉窯14中。此時，分解爐14又起著高溫換熱反應器的作用。
為了保證氣流的均勻性，在換熱器2B的出風管上還設置了氣流調節器16，可以通過系統中溫度和壓力的變化，調節兩路風的平衡。
本實施例用水泥生料進行模擬對比實驗的結果如下表所示
從表中可以看出換熱器的固氣比可以提高到2左右，在流體阻力和電耗不變的情況下，可使廢氣溫度下降105℃，熟料熱耗降低10％。
本發明的第二實施例如圖3所示預熱系統為兩列五單元，其中第二單元32兩個換熱器和第四單元34兩個換熱器所組成的預熱單元的物料流路線為串聯，第三單元33只設置了一個換熱器，第一單元31和第五單元35的結構與上一實施例相同。
本發明的第三實施例如圖4所示預熱系統為三列四單元，圖中只畫出了第一預熱單元。氣流分成三路分別進入三個換熱器41、42、43，三個換熱器排出的氣體匯總后由高溫風機排走。這三個換熱器的物料流路線為串聯方式物料從第一換熱器41的進風管44進入換熱器41，換熱器41的排料管與換熱器42的進風管相連，換熱器42的排料管與換熱器43的進風管相連，而換熱器43的排料管再與下一預熱單元相連。
本發明的第四實施例如圖5所示在最末單元51的下面設有立筒式換熱器54，最末單元51的排料口與立筒式換熱器54的進料口相連，最末單元旋風換熱器51的進風口與立筒式換熱器54的出風口相連，物料是從第一單元兩個換熱器的進風管的D、E處送入的。最末單元換熱器51包括兩個旋風換熱器52、53，兩個旋風換熱器52、53的物料流路線為串聯，即換熱器52的排料口與換熱器53的進風管相連，換熱器53的排料口與立筒式換熱器54的進料口相連，立筒式換熱器54的出風口分成兩路，分別與兩個換熱器52、53的進風口相連。前述的立筒式換熱器可由二至三個串聯的缽體組成。這種組合形式特別適用于立筒預熱系統的改造。
以上實施例并不是本發明的窮舉，本發明的物料流串聯預熱單元可以有多種組合形式。
權利要求
1.一種用于粉狀物料的高固氣比交叉料流熱處理裝置，包括多個旋風換熱器，所說的多個旋風換熱器自上而下按多列形式并行排列，該裝置最上面的旋風換熱器為第一單元，向下依次為第二單元，……，最末單元，各列間的氣流路線為并聯方式，而每列的氣流路線為串聯方式，即每列中的旋風換熱器的出風口通過風管與同列的上一單元旋風換熱器的進風口相連通，其特征是前述的各單元由一級或多級旋風換熱器組成，其中至少有一個單元的物料流路線按串聯方式連接，即上一單元的末級旋風換熱器排料口與本單元首級旋風換熱器的進風管相連，該首級旋風換熱器的排料口與本單元第二級旋風換熱器的進風管相連，依次類推，該單元末級旋風換熱器的排料口與下一單元首級旋風換熱器的進風管相連。
2.如權利要求1所述的高固氣比交叉料流熱處理裝置，其特征是所說的多個旋風換熱器按兩列或三列或四列形式并行排列。
3.如權利要求1或2所述的高固氣比交叉料流熱處理裝置，其特征是有兩個至五個單元的物料流路線按串聯方式連接，各單元之間按串聯方式交叉連接，即每個單元的末級旋風換熱器的排料口與下一單元的首級旋風換熱器的進風管相連。
4.如權利要求1或2所述的高固氣比交叉料流熱處理裝置，其特征是最末單元的末級旋風換熱器(5)與高溫反應器(15)相連。
5.如權利要求1或2所述的高固氣比交叉料流熱處理裝置，其特征是在最末單元旋風換熱器(51)的下面設有立筒式換熱器(54)，最末單元旋風換熱器(51)的排料口與立筒式換熱器(54)的進料口相連，最末單元旋風換熱器(51)的進氣口與立筒式換熱器(54)的出風口相連。
全文摘要
本發明是一種用于粉狀物料的高固氣比交叉料流熱處理裝置，它由多列并行排列的旋風換熱器組成，最上面的換熱器為第一單元，最下面的換熱器為最末單元，每列換熱器的氣流路線為串聯方式。本裝置中至少有一個單元的物流路線按串聯方式連接，即上一單元的末級旋風換熱器排料口與本單元首級旋風換熱器的進風管相連，該首級旋風換熱器的排料口與本單元第二級旋風換熱器的進風管相連，依次類推。本裝置的特點是并聯平行的氣流與交叉串行的料流相結合，從而提高了預熱單元的固氣比和系統的換熱效率。本發明可廣泛用于水泥、化工、冶金等行業中的粉料換熱系統。
文檔編號F27B7/34GK1415926SQ0213951
公開日2003年5月7日 申請日期2002年11月11日 優先權日2002年11月11日
發明者徐德龍, 陳慧霞, 嵇鷹, 李兆鋒, 程福安 申請人:西安建筑科技大學