一种粉末-气体热交换器及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种用于在以逆流的方式流动的粉末流和气体流之间交换热量的粉末

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种粉末
‑
气体热交换器及其应用


[0001]本专利技术广泛地涉及在粉末流和气体流之间传递热量的方法。更具体地，可以在煅烧炉、气体预热系统或闪速煅烧炉中促进流之间的热传递，以提高材料加工的能源效率。
[0002]本申请的项目已获得了654465号授予协议下的欧盟地平线2020研究与创新计划的资助。

技术介绍

[0003]粉末流和气体流之间的热传递在许多工业过程中很常见，尤其是矿物煅烧、焙烧过程以及波特兰水泥等材料的生产。
[0004]在许多过程中，需要冷却热粉末产品以进行处理，并且热量用于预热供给至过程中的输入粉末，以最小化反应器中的能耗。该过程可以通过使用两个联用粉末
‑
气体热交换器来完成。因此，冷气体流(通常为空气)可以与第一热交换器中的热粉末产品混合，然后加热的空气与冷输入粉末混合，从而在第二热交换器中预热用于注入反应器的粉末。然而，该系统的热效率通常较差，因为气体和固体被夹在同向流(co
‑
flow)中，因此排出的固体和气体的温度相同，并且处于输入和输出的热容加权平均温度。来自第一热交换器的热固体仅部分被冷却，并且从第二热交换器排出的气体中留有大量热能。这种低效率的起因是由气体
‑
颗粒摩擦引起的粉末和气体流的固有同向流。有必要提高该过程的传热效率。
[0005]在实践中，克服这种低效率的已知技术是将热交换器分成多(N)个同向流段，其中粉末在重力作用下从段1向下流动到段N，并通过从段N向上流动到段1的气体被逐渐加热或冷却，然后气体在此处被逐渐冷却或加热。结果是随着N变大，这种分段同向流系统的效率接近于理想逆流系统的效率。例如，在生产波特兰水泥的常见工艺中，热交换器的区段可以是悬浮旋风分离器，其中粉末被夹带在气体流中，然后在旋风分流器中分离，其中粉末向下流动，分离的气体向上流动。气体流是煅烧炉塔和回转窑的燃烧气体与来自熟料冷却装置的未用于燃烧过程的过量加热空气的混合物。因此，向下流动的颗粒在下降时被逐渐加热，而向上流动的气体在每个阶段被逐渐冷却。已经发现，当N＝5时，可以实现足够好的热交换，并且添加第六个悬浮旋风分离器的增量成本通常不会产生足以保证另一阶段的能量效率的提高。气体流中粉末的损失通常约为7％
‑
9％，这是通过在气体和粉末的质量流量大约相等的工艺中对气体速度约为15m/s或者更高的每个阶段使用悬浮旋风分离器来实现的。质量流量的相似性是高效热交换器的一般要求，其中粉末和气体的热容在质量基础上是相似的。这些系统的特点是旋风分离器材料的磨损高，并且在N个旋风分离器堆中气体和粉末流动的曲折路径意味着钢和耐火材料的质量相当大，且成本高昂。实际上，热交换堆的尺寸比煅烧反应器的尺寸大一个数量级。
[0006]一般来说，需要一种克服传统的同向流粉末
‑
气体热交换器的局限性的粉末
‑
气体热交换器，特别是需要使用分段同向流系统。
[0007]本专利技术的目的可以是改善粉末流和气体流之间的传热。
[0008]在整个说明书中，对现有技术的任何讨论都不应被视为承认该现有技术是广为人
知的或是构成本领域公知常识的一部分。

技术实现思路

[0009]待解决的问题提供一种用于在粉末流和气体流之间高效地交换热量的热交换系统和/或方法可以是有利的。
[0010]提供相对于本领域已知的更节能的系统可以是有利的。
[0011]本专利技术的目的可以是提高需要冷却粉末产品并对送入反应器的粉末进行预热的已知反应器系统的性能。
[0012]本专利技术的目的可以是通过用具有相似热效率的单级工艺来代替用于预热水泥生料粉末的N
‑
堆段同向流工艺来简化波特兰水泥的生产。
[0013]本文所述的专利技术可解决现有粉末
‑
气体热交换器的上述效率问题、复杂性问题和成本问题中的至少一个。
[0014]解决问题的方法本公开涉及一种用于在粉末和气体之间交换热量的方法。在该方面，固体可以比气体更热或更冷。
[0015]根据第一方面，本专利技术提供了一种用于在以逆流的方式流动的粉末流和气体流之间交换热量的粉末
‑
气体热交换器，其中竖轴热交换器中粉末流的质量流率基本上等于气体流质量流率。
[0016]粉末
‑
气体热交换器优选地包括适合用于加热冷固体流的热气体流，或适合用于冷却热固体流的冷气体流，其中热气体流包括工艺中产生的热气体或热空气，并且冷气体流包括空气。
[0017]在优选实施方案中，粉末
‑
气体热交换器包括气体注入段，其中气体被注入靠近扩散管中的轴的底部的位置，以便产生上升气体流；粉末分散段，包括第一长度的轴段，来自粉末注入段的粉末在第一长度内沿轴横向分散；混合段，其中来自粉末分散段的粉末和来自气体注入段的气体流动接触以交换热量；位于热交换器底部的粉末料斗段，其中经过气体注入段落下的粉末积聚为粉末废品，其中粉末废品通过阀门从热交换器中排出；位于扩散管顶部的分离段，该分离段将气体与任何夹带的固体基本上分离，其中固体向下重新注入扩散管中，其中气体以基本上不影响下方粉末分散的方式从反应器中排出。
[0018]在一个实施方案中，选择从粉末注入段进入粉末
‑
气体热交换器的粉末的速度，以及来自气体注入段的上升气体的速度，以使粉末颗粒在混合段中的再循环最少，使得下降粉末流和上升气体流在混合段基本上处于逆流接触的状态。
[0019]本专利技术的第二方面提供了一种用于处理粉末的反应器，包括两个或更多个粉末
‑
气体热交换器，以从一个或多个反应器段的排气流中回收热量，并使用该热量预热输入粉末流，以优化反应器段的热能效率。
[0020]在一个实施方案中，反应器包括：第一粉末
‑
气体热交换器，以用冷气体流冷却来自反应器段的热粉末；第二粉末
‑
气体热交换器，第二粉末
‑
气体热交换器注入来自第一粉末
‑
气体热交换器的输出热气体流，以预热冷粉末，从而作为预热的粉末流注入反应器段，其中反应不产生大的工艺气体流，并且燃烧气体不被注入反应器段。
[0021]在优选实施方案中，反应器包括：第一粉末
‑
气体热交换器，以用冷气体流冷却来自反应器段的热粉末；将冷粉末进料分离为第一冷粉末输入流和第二冷粉末输入流的工具，其中第一冷输入粉末流的质量流量的比例为排出热粉末的质量流量与来自反应器段的热粉末流和热气体流之比，或比例为排出热粉末的热容加权质量流量与热容加权的热粉末流和热工艺气体流之比；第二粉末
‑
气体热交换器，其中来自第一粉末
‑
气体热交换器的输出热气体流用于预热第一冷输入粉末流，用于作为预热的粉末流注入反应器段；第三粉末
‑
气体热交换器，其中来自反应器段的热工艺气体输出流用于预热第二冷输入粉末流，用于作为预热的粉末本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种粉末
‑
气体热交换器，其用于在以逆流的方式流动的粉末流和气体流之间交换热量，其中竖轴热交换器中的粉末流质量流率基本上等于气体流质量流率。2.根据权利要求1所述的粉末
‑
气体热交换器，包括适合用于加热冷固体流的热气体流，或适合用于冷却热固体流的冷气体流，其中所述热气体流包括工艺中产生的热气体或热空气，并且所述冷气体流包括空气。3.根据权利要求1所述的粉末
‑
气体热交换器，包括：a.粉末注入段，其中在轴的顶部注入粉末，以在热交换器中产生下降流；b.气体注入段，其中气体被注入至扩散管中靠近轴的底部的位置，以产生上升气体流；c.粉末分散段，其包括第一长度的轴，来自所述粉末注入段的粉末在所述第一长度内沿轴横向分散；d.混合段，其中来自所述粉末分散段的粉末和来自所述气体注入段的气体流动接触以进行热交换；e.位于所述热交换器的底部的粉末料斗段，其中经过所述气体注入段落下的粉末积聚为粉末废品，其中所述粉末废品通过阀门从所述热交换器中排出；f.位于所述扩散管的顶部的分离段，其基本分离气体与任何夹带的固体，其中固体被向下重新注入所述扩散管中，其中气体以基本上不影响下方粉末分散的方式从反应器中排出。4.根据权利要求4所述的粉末
‑
气体热交换器，其中，选择从所述粉末注入段进入所述粉末
‑
气体热交换器的粉末的速度和来自所述气体注入段的上升气体的速度，以使粉末颗粒在所述混合段中的再循环最少，使得下降粉末流和上升气体流在所述混合段中基本上处于逆流接触状态。5.一种用于处理粉末的反应器，包括两个或更多个如权利要求4或权利要求5所述的粉末
‑
气体热交换器，以从一个或更多个反应器段的排气流中回收热量，并使用所述热量来预热输入粉末流，以优化反应器段的热能效率。6.根据权利要求6所述的反应器，包括：a.如权利要求1所述的第一粉末
‑
气体热交换器，以使用冷气体流冷却来自反应器段的热粉末；b.如权利要求1所述的第二粉末
‑
气体热交换器，其注入来自所述第一粉末
‑
气体热交换器的输出热气体流，以预热冷粉末，用于作为预热的粉末流注入所述反应器段；其中反应不产生大的工艺气体流，并且燃烧气体不被注入所述反应器段。7.根据权利要求6所述的反应器，包括：a.如权利要求1所述的第一粉末
‑
气体热交换器，以使用冷气体流冷却来...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克，
申请(专利权)人：卡利有限公司，
类型：发明
国别省市：