專利名稱：：水泥生料粉立管旋噴預熱器及預熱分解系統的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種用于預熱顆粒或粉末材料的預熱器，具體涉及一種用于預熱水泥生料粉的立管旋噴預熱器及預熱分解系統。
背景技術：
：預熱器的主要功能是利用回轉窯及分解爐內排出的熾熱氣流中所具有的熱焓加熱生料，使之進行預熱及部分碳酸鹽分解，然后進入分解爐或回轉窯內繼續加熱分解。現有的預熱器的熱交換單元設備主要有旋風筒(包括聯結管道)和立筒(渦室)兩種，由于立筒預熱器自身結構存在一些問題，其各種經濟指標也難以同旋風預熱器相媲美，因此現有的預熱器大都采用旋風筒結構。現有的旋風筒預熱器的主要有洪堡型、史密斯型等，其旋風筒大致呈漏斗形，其頂部接有出風管，底部接有下料管，在旋風筒的上部側壁設有進風口。所述旋風筒左右交叉設置，形成2條縱向平行的軸線，下一級旋風筒的出風管與上一級的位于其左上側或右上側的旋風筒進風口相接，而位于其正上方的上級旋風筒的下料管又插接于該旋風筒的出風管中；這些旋風筒沿豎向串聯并在最下兩級旋風預熱器之間設置分解爐，形成多級旋風預熱分解系統。其工作過程如下常溫的水泥生料粉從最上級的旋風預熱器下料管進入，與下一級旋風預熱器出風管的上升熱氣流混合換熱，然后進入旋風筒并通過離心將料氣分離；加熱后的物料被分離沉降在旋風筒集料斗，進入下一級旋風筒下料管，而換熱后的熱氣流則通過旋風筒的出風管進入上一級旋風筒或經廢氣管排出，在同一級旋風筒內物料與熱氣流是同向流動，而級與級之間物料與熱氣流則是逆向運動的，物料從最上級旋風筒逐步流向下一級旋風筒并最后流向分解爐，而熱氣流則從最下一級逐步流向上一級，直至最上一級旋風筒由出風管作為廢氣流出，物料從上至下，一級級被預熱，而熱氣流從下往上一級級逐漸放熱，從而實現水泥生料粉的預熱。然而，上述旋風預熱器及預熱分解系統存在系統阻力大的問題，這主要分為以下3個原因(1)現有的預熱分解系統中料氣的速度較大，一般在15m/s以上，而由于阻力與氣流速度的平方成正比，造成了系統阻力較大；(2)現有的單級旋風筒預熱器高度較高，且左右交叉設置的結構也進一步加大了料氣的移動路線，而路線越長，產生局部阻力的因素越多，系統阻力越大；(3)由于旋風筒預熱器中混合的料氣從切線方向進入筒體，隨筒體旋轉產生離心力，質量大的料粉團被分離至外側，物料與筒體發生摩擦，并逐步沉降，而氣體從內筒出風管流出，由于料氣進入筒體旋轉不到一周，旋轉的料氣重新與進風口的料氣相交匯，未完全分離的料氣又與剛進入的料氣混合，然后旋轉重新分離，影響了分離效率；而此處的料氣運行方向和路線都很復雜，大大增加了料氣運行的阻力，提高了系統阻力，增加了系統的電耗。因此，降低預熱器及預熱分解系統的系統阻力是目前技術人員的研究方向之o另一方面，降低預熱器及預熱分解系統的能耗是目前又一發展方向，而降低最上一級預熱器出口的廢氣溫度是節能的重要手段。預熱器出口的廢氣溫度的高低主要取決于3預熱器串聯的級數和熟料單位重量的煙氣量，這是旋風筒預熱器系統及碳酸鈣分解溫度值的物理化學特性所決定的。以目前普遍采用的五級旋風筒預熱器預熱分解系統而言，其最上級預熱器出口的廢氣溫度約為300330°C。若大幅度降低廢氣溫度則必須增加預熱器級數和控制熟料單位重量的煙氣量，而增加級數同時增加了系統的阻力，因此，唯有大幅度降低每級預熱器的阻力，才有可能利用增加級數來降低廢氣溫度，而不會增加系統阻力，從而達到節能的目的。因此，開發新的預熱器及預熱分解系統，使其不僅具有較高的效率，又大大降低系統阻力和廢氣溫度，這對于降低能耗、減少二氧化碳排放、精簡或縮小廢氣系統的裝備具有現實的積極意義。
發明內容本發明目的是提供一種水泥生料粉立管旋噴預熱器及預熱分解系統，以降低其系統阻力，提高預熱效率，降低廢氣溫度。為達到上述目的，本發明采用的技術方案是一種水泥生料粉立管旋噴預熱器，包括旋噴筒體、進料管和同軸設于旋噴筒體內的立管，立管的底部伸出旋噴筒體外；所述旋噴筒體的頂部設有出風口，其底部周向均布有至少2個集料斗，各集料斗的底部均設有出料口；所述立管的頂部設有導料錐，導料錐下方的立管側壁上周向均布有復數個旋噴口，各旋噴口處均設有配合的曲面旋風導板，立管的下部與所述集料斗固定連接，立管的下部側壁還周向均布有至少2個下料口；所述進料管至少為2個，其底部與立管的下料口連通。上文中，所述旋噴口常用的是448個，旋噴口、曲面旋風導板由耐高溫的金屬制成。進料管的數目與下料口相等。優選的技術方案，所述集料斗和進料管均為6個，兩者交錯設置且周向均布于立管外。本發明同時請求保護一種水泥生料粉預熱分解系統，由至少2個上述水泥生料粉立管旋噴預熱器豎向串聯構成，上一級預熱器的立管底部與下一級預熱器的出風口連接，上一級預熱器的出料口與下一級預熱器的進料管連接，各預熱器的軸線位于同一豎直線上，在最下兩級預熱器之間設有分解爐。與之相應的另一種技術方案，一種水泥生料粉預熱分解系統，由至少2個上述水泥生料粉立管旋噴預熱器和至少一個旋風筒預熱器豎向串聯構成，所述旋風筒預熱器設于水泥生料粉立管旋噴預熱器的底部，旋風筒預熱器的出風口與上一級立管旋噴預熱器的立管底部連接，在最下兩級預熱器之間設有分解爐，各預熱器的軸線位于同一豎直線上。上述預熱分解系統可以是112級，優選是610級。由于上述技術方案的采用，與現有技術相比，本發明具有如下優點1.本發明設計了新的水泥生料粉立管旋噴預熱器，由于集料斗設于旋噴筒體的側壁，而立管同軸設于筒體內，氣流主要在立管內運行，其懸浮速度可以較低，物料從立管下部撒入并被上升的氣流分散，順暢的從旋噴口噴出并在筒內旋轉，使料氣迅速分離，料氣的運動路徑十分流暢，產生局部阻力的因素很少，因而系統阻力也較小。42.本發明在立管側壁上周向均布有復數個旋噴口，各旋噴口處均設有配合的曲面旋風導板，曲面旋風導板是一個小直徑旋風筒的一部分，具有很高的分離效率，該結構使物料分離路徑不會與旋噴口氣流相交叉，不僅延長了料氣的旋轉分離時間，而且粉料始終被旋轉分離至筒壁附近，逐步沉降，大大提高了分離效率；此外，本發明的預熱器的旋噴口流速一般控制在1318m/s，與傳統旋風筒預熱器入口風速相當，但在同樣的分離效率下，旋噴口流速低于傳統旋風筒預熱器的流速，因而降低了系統阻力。3.本發明設置了多個集料斗和進料管，使分離的料粉沉降在集料斗中并通過進料管多點撒入下一級立管，這樣有利于料粉在立管中與上升的熱氣流均勻混合，進行熱交換，同時降低了預熱器的高度。4.本發明的立管旋噴預熱器高度較小，且預熱分解系統是由預熱器豎向串聯組成的，因而整個預熱分解系統的高度較小，料氣的移動路線短，系統阻力小。5.以8級預熱分解系統為例，本發明的立管旋噴預熱分解系統的廢氣溫度可以控制在200°C左右，系統阻力在3500pa以下，可以降低熱耗10%以上，并大幅度降低了燒成系統電耗，同時簡化和縮小廢氣系統的裝備。圖1是本發明實施例一中水泥生料粉立管旋噴預熱器的主視圖；圖2是本發明實施例一中水泥生料粉立管旋噴預熱器的俯視圖；圖3是本發明實施例一中水泥生料粉立管旋噴預熱器的剖視圖(立管未剖)；圖4是圖1的B-B剖視圖；圖5是圖1的C-C剖視圖；圖6是圖3的D-D剖視圖；圖7是本發明實施例一中水泥生料粉預熱分解系統的結構示意圖；圖8是本發明實施例一中水泥生料粉預熱分解系統的料氣流動方式示意圖；圖9是圖8的A部放大圖；圖10是本發明實施例二中水泥生料粉預熱分解系統的結構示意圖。其中1、旋噴筒體；2、進料管；3、立管；4、出風口；5、集料斗；6、導料錐；7、旋噴口；8、曲面旋風導板；9、下料口；10、分解爐；11、旋風筒預熱器；12、出料口。具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述實施例一參見圖16所示，一種水泥生料粉立管旋噴預熱器，包括旋噴筒體1、進料管2和同軸設于旋噴筒體內的立管3，立管的底部伸出旋噴筒體外；所述旋噴筒體1的頂部設有出風口4，其底部周向均布有6個集料斗5，各集料斗的底部均設有出料口12；所述立管3的頂部設有導料錐6，導料錐下方的立管側壁上周向均布有復數個旋噴口7，各旋噴口7處均設有配合的曲面旋風導板8，立管的下部與所述集料斗固定連接，立管的下部側壁還周向均布有6個下料口9；所述進料管為6個，其底部與立管的下料口9連通。集料斗和進料管交錯設置且周向均布于立管外。5所述下料口9上設有撒料器，集料斗5的出口處設有鎖風閥。參見圖7所示，由7個上述的水泥生料粉立管旋噴預熱器和1個旋風筒預熱器11豎向串聯構成，所述旋風筒預熱器設于水泥生料粉立管旋噴預熱器的底部，旋風筒預熱器的出風口與上一級立管旋噴預熱器的立管底部連接，在最下兩級預熱器之間設有分解爐10，各預熱器的軸線位于同一豎直線上。水泥生料粉立管旋噴預熱器及分解爐的筒體由公知的方法制成，外部為金屬殼體，內襯的耐火材料可以是耐火磚也可以是耐熱混凝土，在旋噴筒體1內的立管3及旋噴口7、曲面旋風導板8等則采用耐高溫的金屬或非金屬制成。在預熱分解系統中立管旋噴預熱器的數目根據實際情況設置，一般設置412級，但610級比較合適。立管旋噴預熱器采用多個集料斗和進料管，一般采用48個，本實施例采用6個。被分離的料粉沉降在集料斗中并通過多點撒入下一級立管，這樣有利于料粉進入立管后能迅速與上升氣流均勻混合，同時降低了立管旋噴預熱器的高度。本實施例以每小時生產105噸(2500t/d)水泥熟料的立管旋噴預熱器預熱分解系統為例，采用7個立管旋噴預熱器和1個傳統的旋風筒11，構成8級預熱分解系統，其主要尺寸及工藝參數如下表所示<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>本發明的料氣流動方式參見圖89所示，生料粉由提升機(或氣動泵)送入最上一級立管旋噴預熱器入料口，經撒料器撒入立管，未充分分散的粉團逐步下落，上升的氣流很快將粉團剝落、分散(一般情況下上升氣流速度達9m/s時，粉團下落高度不超過1米)，分散的料粉則隨氣流進入立管頂部噴口，料氣噴出即隨曲面導板旋轉，部分料粉被分離，料氣旋轉至筒壁且沿其切線方向繼續運動，料氣進一步被分離；料粉沉降至集料斗，通過進料管經撒料器撒入下一級立管，而氣流則上升至頂部出風口排出。同理，從底部上升的熱氣流(煙氣)經過每一級預熱器與料粉混合又分離，不斷放熱，溫度不斷下降，最后從最上一級預熱器流出，而物料從最上一級流向下一級，生料溫度不斷提高，經多級預熱器后料粉進入分解爐，從而實現水泥生料粉的預熱與分解。采用筒內旋噴使物料分離路徑不會與旋噴口氣流相交叉，這不僅延長了料氣的旋轉分離時間，而且料粉始終被旋轉分離至筒壁附近，逐步沉降，大大提高了分離效率。旋噴口的氣流速度是旋風分離效率的主要參數，立管旋噴預熱器噴口流速一般控制在1318米/秒，與傳統旋風筒預熱器入口風速相當，但在同樣的分離效率條件下，噴口流速低于傳統預熱器的流速，降低了阻力。降低預熱器的系統阻力及提高料氣分離效率是預熱器研制的兩大目標。眾所周知，生料粉團在立管中懸浮速度最低，通常細度的生料粉，通過撒料器撒入立管，當熱氣流的上升速度達到8m/s以上，可使生料粉團分散并懸浮向上運動；如果略低于懸浮速度，較細的料粉則隨上升氣流經旋噴口在筒內旋轉分離，然后進入下一級，而部分(控制在10%以內)較粗的料粉團，便逆氣流緩緩下落，但具有較充分的時間與氣流進行逆流熱交換并進入下一級，與細粉團一樣達到預熱的目的。因此，控制氣流的速度(同時控制料粉的細度和分散程度)就可以控制逆流與順流料粉的比例，但實際生產中料粉是通過撒料器進入立管，料粉成團狀，不可能全分散，故部分粉團實際的懸浮速度將大于8m/s。本發明的預熱器立管內氣流速度一般控制在912米/秒，使撒入的料粉所形成的粉團開始下落，但隨氣流上升很快被分散；這比傳統的旋風筒預熱器管道內的料氣氣流速度低的多，因此阻力也小得多(阻力與氣流速度的平方成正比)，物料在管道內停留時間延長，熱交換時間也相應增多。本發明的料氣運動的路徑十分流暢，比傳統的預熱器料氣運動的路徑短得多，產生局部阻力的因素很少，并且生料粉在立管中具有最低的懸浮速度。立管旋噴預熱器中料氣的運動速度可以在略低于粉團的懸浮速度下運動。為了保證生料粉的旋轉分離，僅僅在噴口處具有較高的噴射速度，這就大大降低了系統阻力。采用本發明的單級立管旋噴預熱器阻力僅為傳統單級旋風筒預熱器阻力的20%40%。采用7個立管旋噴預熱器和1個旋風筒預熱器及傳統的分解爐構成的8級預熱分解系統，廢氣溫度可控制在200°C左右，系統阻力在3500pa以下，可以降低熱耗10%以上，大幅度降低燒成系統電耗，同時簡化和縮小窯尾廢氣系統的裝備。當然，本預熱分解系統中的立管旋噴預熱器還可以置換傳統的旋風筒預熱器，在現有的預熱分解系統改造中使用。實施例二參見圖10所示，一種水泥生料粉預熱分解系統，由8個水泥生料粉立管旋噴預熱器豎向串聯構成，上一級預熱器的立管底部與下一級預熱器的出風口連接，上一級預熱器的出料口與下一級預熱器的進料管連接，各預熱器的軸線位于同一豎直線上，在最下兩級預熱器之間設有分解爐10。上述水泥生料粉立管旋噴預熱器與實施例一相同。以每小時生產105噸(2500t/d)水泥熟料的立管旋噴預熱器預熱分解系統為例，采用上述8個立管旋噴預熱器豎向串聯構成的8級預熱分解系統后，其系統阻力低于3000pa，廢氣溫度可控制在200°C左右，與現有的5級旋風筒預熱器和分解爐構成的預熱分解系統相比降低熱耗10%以上，并大幅度降低系統的電耗，同時簡化和縮小窯尾廢氣系統的裝備。權利要求一種水泥生料粉立管旋噴預熱器，其特征在于包括旋噴筒體(1)、進料管(2)和同軸設于旋噴筒體內的立管(3)，立管的底部伸出旋噴筒體外；所述旋噴筒體(1)的頂部設有出風口(4)，其底部周向均布有至少2個集料斗(5)，各集料斗的底部均設有出料口(12)；所述立管(3)的頂部設有導料錐(6)，導料錐下方的立管側壁上周向均布有復數個旋噴口(7)，各旋噴口(7)處均設有配合的曲面旋風導板(8)，立管的下部與所述集料斗固定連接，立管的下部側壁還周向均布有至少2個下料口(9)；所述進料管(2)至少為2個，其底部與立管的下料口(9)連通。2.根據權利要求1所述的水泥生料粉立管旋噴預熱器，其特征在于所述集料斗和進料管均為6個，兩者交錯設置且周向均布于立管外。3.—種水泥生料粉預熱分解系統，其特征在于由至少2個如權利要求1所述的水泥生料粉立管旋噴預熱器豎向串聯構成，上一級預熱器的立管底部與下一級預熱器的出風口連接，上一級預熱器的出料口與下一級預熱器的進料管連接，各預熱器的軸線位于同一豎直線上，在最下兩級預熱器之間設有分解爐(10)。4.一種水泥生料粉預熱分解系統，其特征在于由至少2個如權利要求1所述的水泥生料粉立管旋噴預熱器和至少一個旋風筒預熱器豎向串聯構成，所述旋風筒預熱器設于水泥生料粉立管旋噴預熱器的底部，旋風筒預熱器的出風口與上一級立管旋噴預熱器的立管底部連接，在最下兩級預熱器之間設有分解爐(10)，各預熱器的軸線位于同一豎直線上。全文摘要本發明公開了一種水泥生料粉立管旋噴預熱器，包括旋噴筒體、進料管和同軸設于旋噴筒體內的立管，立管的底部伸出旋噴筒體外；所述旋噴筒體的頂部設有出風口，其底部周向均布有至少2個集料斗，各集料斗的底部均設有出料口；所述立管的頂部設有導料錐，導料錐下方的立管側壁上周向均布有復數個旋噴口，各旋噴口處均設有配合的曲面旋風導板，立管的下部與所述集料斗固定連接，立管的下部側壁還周向均布有至少2個下料口；所述進料管至少為2個，其底部與立管的下料口連通。本發明的預熱器及其組成的預熱分解系統具有較小的系統阻力，可以大幅度降低系統熱耗和電耗，同時簡化和縮小系統的裝備。文檔編號F27D13/00GK101832715SQ20101016120公開日2010年9月15日申請日期2010年4月22日優先權日2010年4月22日發明者姜筱文,曹彩虹,胡承,胡筱,胡錫文申請人:胡錫文