一种多级组合的弱涡流低阻旋风预热系统技术方案

本发明专利技术属于水泥工业生产技术领域，具体公开了一种多级组合的弱涡流低阻旋风预热系统，包括依次串联的N级低阻弱涡流旋风筒、风管、下料管及自脱硝分解炉；N为3以上的正整数；所有旋风筒均包括进口风管、蜗壳体、内筒、柱体、上锥体和下锥体；进口风管设在蜗壳体的进口处；进口风管设有气流入口；内筒为圆柱形筒体，内筒与气流出口焊接为一体套焊在蜗壳体中；蜗壳体是由三个不同半径的圆弧焊接成的三心等高度变角蜗壳结构；蜗壳体顶部设有顶盖；所述顶盖中心处开有气流出口。在保证分离效率的前提下仍能较大幅降低其阻力从而实现节能降耗，相比一般的预热器具有更低的阻力损失，系统的电耗大幅度减少10％以上。

A multi-stage combination of weak eddy current and low resistance cyclone preheating system

【技术实现步骤摘要】
一种多级组合的弱涡流低阻旋风预热系统
本专利技术属于水泥工业生产
，具体公开了一种多级组合的弱涡流低阻旋风筒旋风预热系统。
技术介绍
新型干法水泥生产线中预热预分解技术是核心之一，其中预热器承担着预热生料回收回转窑废气热焓的重要功能，预热器一般由多级串联旋风筒组成，较低的系统阻力是评判旋风预热器的重要指标。现有技术中的一种低阻旋风预热器，可以减少窑尾高温风机运行负荷，有效降低其电耗，同时有利于系统通风，贡献产能挖潜及系统对劣质原燃料的适应性，是水泥工程技术从业者的研究热点。预热器阻力主要来自于旋风筒，旋风筒是利用旋转的含尘气体所产生的离心力，将粒尘从气流中分离出来的一种气固分离装置，这类装置在工业上应用最为广泛，其特点是结构简单，操作方便，收尘效率高，价格低廉，适用于净化大于5～10μm的非黏性非纤维性的干燥粉尘。水泥行业喂入预热器内的生料细度一般80μm筛余≤25％、200μm筛余≤3％，单级旋风筒的阻力一般800～1500Pa，个别超产幅度较大的生产线阻力超过了2000Pa，整个预热器阻力以五级预热器为例超过了5000Pa、六级预热器为例超过了6000Pa甚至9000Pa，高温风机电耗超过了10kWh/t.cl。为例降低阻力，相关技术研发机构提出了锥体扩径结构旋风筒、增加膨胀仓、导流板、改变蜗壳形式等，有的甚至直接增大预热器的选型一至两个规模，但是带来的负面效果一个是结构复杂、结构部件易于损坏，另外一个就是明显牺牲了分离效率，预热器出口粉尘超过了100g/Nm3高达200g/Nm3，分离效率降至90％以下，烧成系统回灰大，带走的热焓较多，进而整个烧成系统热耗大幅度提升。高性能旋风筒需要具备高的分离效率和低的阻力损失两大显著特征。旋风筒分离效率高，出旋风筒粉尘含量低，系统热损失少；旋风筒阻力损失小，高温风机负荷低，电耗低。在旋风筒的设计研发过程中，高的分离效率和低的压力损失是一对相互制衡的指标，在现有实际应用中，为了使旋风筒保持较高的分离效率，需牺牲一部分压力指标，否则大幅度降低其阻力往往影响其分离效率，从而影响旋风筒的正常工作性能。因此，在保证分离效率的前提下，研究阻力损失更小的旋风筒，对于水泥工业预热预分解系统整体性能的提升具有重要影响。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)预热系统的阻力大，单级旋风筒阻力达到800-2000Pa，高温风机的电耗高，单位熟料电耗超过10kWh/t.cl。(2)预热系统的分离效率低，大量热生料被带走，预热器回灰多，热耗大；(3)普遍存在的低阻预热器，结果复杂，零部件易于磨损。解决上述技术问题的难度和意义：找到一种结构简单、效果良好的预热器，对于降低水泥烧成系统的电耗、热耗具有重要意义。节能减排、绿色环保成为工业高质量发展趋势的今天，一种高效低阻预热器有非常广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种多级组合的弱涡流低阻旋风预热系统，在保证分离效率的前提下仍能较大幅降低其阻力从而实现节能降耗，相比一般的预热器具有更低的阻力损失，系统的电耗大幅度减少10％以上。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种多级组合的弱涡流低阻旋风预热系统，包括依次串联的N级低阻弱涡流旋风筒、风管、下料管及自脱硝分解炉；N为3以上的正整数；末级旋风筒命名为N级。旋风筒按照在预热器上设置的位置，分为顶级旋风筒及非顶级旋风筒；所述顶级旋风筒设在预热系统顶部，非顶级旋风筒设在顶级旋风筒下方；所有旋风筒均包括进口风管、蜗壳体、内筒、柱体、上锥体和下锥体；所述进口风管是风管端部连接旋风筒的部分，设在蜗壳体的进口处；进口风管设有气流入口；所述内筒为圆柱形筒体，所述内筒与气流出口焊接为一体套焊在蜗壳体中；所述蜗壳体是由三个不同半径的圆弧焊接成的三心等高度变角蜗壳结构；蜗壳体顶部设有顶盖；所述顶盖中心处开有气流出口；所述柱体为圆柱形空心壳体，柱体下方依次连接有所述上椎体及下椎体；所述下椎体出口为下料口。进一步，在所有相邻的旋风筒中，上一级旋风筒气流入口与下一级旋风筒的气流出口通过风管连接；所有下料口均连接有下料管；前N-3级任一旋风筒上的下料管均与该旋风筒后两级旋风筒之间的风管连通；所述分解炉设在所有旋风筒的下方；N-1级旋风筒的下料管与分解炉连通；所述分解炉的下方还设有与回转窑连通的烟室，N级旋风筒的下料管与烟室连通；顶级与二级旋风筒之间风管连通有生料进料管；还包括设在地面的高温风机；所述高温风机与顶级旋风筒顶部的出风口通过管道相连。进一步，所述蜗壳体是由以O2为圆心的R2圆弧段，R2圆弧段一端焊接以O1为圆心的R1圆弧段，另一端焊接以O3为圆心的R3圆弧段；三个不同半径圆弧段的角度之和为270°，三段圆弧段采取等高度变角形式与所述柱体连接。进一步，对于非顶级弱涡流旋风筒，气流入口其宽高比b/a＝0.3～0.6；和/或，且气流入口竖向截面积Fi与所述柱体横截面积F的比值Fi/F＝0.2～0.5；和/或，进口风管靠近内筒位置处与内筒之间的距离大于150mm。进一步，内筒内径d与柱体内径Di比值为d/Di＝0.4-0.6；和/或，蜗壳体螺旋线依次相切，R2圆弧段偏心距e1与柱体内径Di比值为e1/Di＝0.06-0.09；R3圆弧段偏心距e2与柱体内径Di比值为e2/Di＝0-0.4。进一步，对于顶级弱涡流旋风筒C1，气流入口其宽高比b/a＝0.3～0.6；和/或，且气流入口竖向截面积Fi与所述柱体横截面积F的比值Fi/F＝0.15～0.25；和/或，进口风管靠近内筒位置处与内筒之间的距离大于500mm。进一步，内筒内径d与柱体内径Di比值为d/Di＝0.3-0.5；和/或，R2圆弧段偏心距e1与柱体内径Di比值为e1/Di＝0.1-0.2；R3圆弧段偏心距e2/Di＝0。进一步，旋风筒高度H与柱体内径Di比值为H/Di＝1.1-3.1。进一步，旋风筒气流入口风速V入＝12～18m/s；气流出口风速V出＝13-19m/s。更进一步，所述柱体风速为2-8m/s；和/或，风管的截面风速为16～24m/s。本专利技术具有的优点和积极效果是：本专利技术的预热装置，将弱涡流低阻旋风筒气流平稳引入旋风筒，物料在惯性力和离心力的作用下达到筒壁，有利于物料分离效率的提高和旋风筒阻力的降低；减少了进口区涡流阻力，阻力损失更低，可以有效控制进口气流速度和气流在内筒的旋转速度，减少或避免进口气流与回流相撞，提高了分离效率；顶级旋风筒保证了预热器整体较高的分离效率；末次旋风筒设计了扁嘴空气炮，减少了还原气氛或者高温物料发粘引起的结皮堵塞。采用本专利技术的技术得到的多级预热系统阻力比一般的窑尾预热器低500～2000Pa，高温风机的电耗可控制在4kWh/t.cl以下，节电10％以上，六级预热器可以达到传统五级预热器的阻力，即在电耗不增加的前提下增加了一级换热，能耗降低3-5kgce/t.cl；本技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多级组合的弱涡流低阻旋风预热系统，其特征在于：包括依次串联的N级低阻弱涡流旋风筒、风管、下料管及自脱硝分解炉；N为3以上的正整数，顶部设为1级；/n旋风筒按照在预热器上设置的位置，分为顶级旋风筒及非顶级旋风筒；所述顶级旋风筒设在预热系统顶部，非顶级旋风筒设在顶级旋风筒下方；所有旋风筒均包括进口风管、蜗壳体、内筒、柱体、上锥体和下锥体；/n所述进口风管是风管端部连接旋风筒的部分，设在蜗壳体的进口处；进口风管设有气流入口；/n所述内筒为圆柱形筒体，所述内筒与气流出口焊接为一体套焊在蜗壳体中；/n所述蜗壳体是由三个不同半径的圆弧焊接成的三心等高度变角蜗壳结构；蜗壳体顶部设有顶盖；所述顶盖中心处开有气流出口；/n所述柱体为圆柱形空心壳体，柱体下方依次连接有所述上椎体及下椎体；所述下椎体出口为下料口。/n

【技术特征摘要】
1.一种多级组合的弱涡流低阻旋风预热系统，其特征在于：包括依次串联的N级低阻弱涡流旋风筒、风管、下料管及自脱硝分解炉；N为3以上的正整数，顶部设为1级；
旋风筒按照在预热器上设置的位置，分为顶级旋风筒及非顶级旋风筒；所述顶级旋风筒设在预热系统顶部，非顶级旋风筒设在顶级旋风筒下方；所有旋风筒均包括进口风管、蜗壳体、内筒、柱体、上锥体和下锥体；
所述进口风管是风管端部连接旋风筒的部分，设在蜗壳体的进口处；进口风管设有气流入口；
所述内筒为圆柱形筒体，所述内筒与气流出口焊接为一体套焊在蜗壳体中；
所述蜗壳体是由三个不同半径的圆弧焊接成的三心等高度变角蜗壳结构；蜗壳体顶部设有顶盖；所述顶盖中心处开有气流出口；
所述柱体为圆柱形空心壳体，柱体下方依次连接有所述上椎体及下椎体；所述下椎体出口为下料口。


2.如权利要求1所述的多级组合的弱涡流低阻旋风预热系统，其特征在于：在所有相邻的旋风筒中，上一级旋风筒气流入口与下一级旋风筒的气流出口通过风管连接；所有下料口均连接有下料管；前N-3级任一旋风筒上的下料管均与该旋风筒后两级旋风筒之间的风管连通；
所述分解炉设在所有旋风筒的下方；N-1级旋风筒的下料管与分解炉连通；
所述分解炉的下方还设有与回转窑连通的烟室，N级旋风筒的下料管与烟室连通；顶级与二级旋风筒之间风管连通有生料进料管；
还包括设在地面的高温风机；所述高温风机与顶级旋风筒顶部的出风口通过管道相连。


3.如权利要求2所述的多级组合的弱涡流低阻旋风预热系统，其特征在于：所述蜗壳体是由以O2为圆心的R2圆弧段，R2圆弧段一端焊接以O1为圆心的R1圆弧段，另一端焊接以O3为圆心的R3圆弧段；三个不同半径圆弧段的角度之和为270°，三段圆弧段采取等高度变角形式与所述柱体连接。


4.如权利要求3所述的多级组合的弱涡流低阻旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：马娇媚，李波，武晓萍，赵亮，高为民，
申请(专利权)人：天津水泥工业设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12