立式预热器及立式预热器-回转窑-立式冷却器块粒状物料煅烧系统技术方案

本专利提供一种在预热时提高物料热交换的均匀性、一致性，阻力小，物料加热充分的立式预热器，甚至还具有预热器烧嘴和/或SNCR脱硝装置的立式预热器。包括预热器筒体、加料装置、排气装置、预热器卸料装置；预热器筒体至少有一个突变截面，在突变截面处形成物料不能自然到达的空腔；加料装置包括加料管和布料器；加料时在布料器的下方形成了物料不能自然到达的无料区，在预热器筒体顶部内周形成了物料不能自然到达的空间；加料装置和预热器卸料装置之间还设置导料器；在导料器的下方形成了物料不能自然到达的无料腔。本专利还提供了一种物料受热更加均匀，减少对烟气NO

【技术实现步骤摘要】
立式预热器及立式预热器
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回转窑
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立式冷却器块粒状物料煅烧系统


[0001]本专利涉及立式预热器及具有立式预热器、回转窑、立式冷却器的块粒状物料煅烧系统。

技术介绍

[0002]一种“预热器
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回转窑
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冷却器”煅烧块粒状物料系统，特别是适应物料粒度15mm
‑
40mm 的矿石比如石灰石、白云石、铝土矿、球团矿、金属矿、建筑陶粒等回转窑煅烧系统，具有物料受热比较均匀、出窑产品质量均匀的特点，其生产工艺线一般由原料加料系统、预热器系统、回转窑、冷却器系统和回转窑燃烧器系统、烟气引风机等主要设备构成，按照气体流向，冷却器
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回转窑
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立式预热器
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除尘器
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烟气引风机
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烟囱依次串联；按照物料流向，原料加料系统
‑
预热器
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高温物料喂料装置
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回转窑
‑
冷却器依次串联；回转窑筒体轴线与水平呈夹角，一般夹角的正弦值sin
ɑ
或者正切值tan
ɑ
为3.5％，进料端高，出料端低，燃料自回转窑出料端喷入窑内燃烧。预热器的主要功能是利用高温烟气余热对物料预加热，使物料进回转窑时温度得到提高，减少回转窑的热负荷量，并回收部分热量，是个物理过程；对于煅烧石灰石/ 白云石一般采用立式预热器，对于煅烧球团一般采用链篦式预热机，对于煅烧陶粒一般采用回转式预热机，对于超高温重烧小颗粒状的菱镁矿和白云石则没有预热装置。回转窑的功能是对物料在比预热器内更高的温度下进行煅烧，发生物理和化学反应，生产出产品；冷却器的功能是将回转窑生产出的产品降温，达到便于输送、储存、回收热量，通常是风冷的方式，热交换后的风进入回转窑助燃，有的还为了煅烧物料晶型控制采取急冷，比如直接水池浴的方式。但所公知的，回转窑内物料热交换效率低，单位容积产量低、回转窑筒体散热损失大、单位重量产品能耗高，燃烧产生烟气中的NO
X
浓度高，超过环保控制标准。存在的主要问题综合分析如下：
[0003]1.以块状石灰石煅烧石灰为例，石灰石煅烧成石灰，是在高温下碳酸钙分解为氧化钙的过程，在回转窑内，石灰石矿石煅烧成石灰分为五个过程：
[0004](1)热气流向矿石表面的传热过程；
[0005](2)由物料表面以传导方式向分解面传递热量的过程；
[0006](3)碳酸钙在一定的温度下，吸收热量，发生分解反应，放出CO2的过程；
[0007](4)分解放出的CO2，穿过CaO层向表面扩散的传质过程；
[0008](5)表面的CO2向周围介质气流扩散的过程。
[0009]由于各个过程的阻力不同，碳酸钙的分解速度受控于其中最慢的一个过程。在回转窑内，高温气流对物料和耐火砖以热辐射和对流方式热交换，高温耐火砖再以热辐射和热传导对物料进行热交换。对于块状物料，单位重量的表面积小，并且物料呈堆积状态，使得气流和耐火材料对物料的传热面积非常小，因此碳酸钙在回转窑内以传热过程决定了分解速度。
[0010]物料在回转窑内主要受重力、摩擦力、离心力的作用，当回转窑转动时，物料在摩
擦力和离心力的作用下被带到一定的高度，由于重力和倾斜角度的分力作用，使得物料下滑并向回转窑低位方向按之字形位移，位移量与物料的休止角、物料块度、回转窑倾斜角度有关。在下滑过程中，如果堆积于中间部位的物料不能翻滚暴露出来与气流接触，则它接受到的热量的机会就很困难。
[0011]石灰石在894℃的分解速度CO2分压可以达到1大气压，在1100
‑
1200℃时分解速度极为迅速，试验表明在温度上升到1100℃时30分钟内即可将80mm的石灰石分解成氧化钙。
[0012]但在实际生产中，由于回转窑转速比较低，堆积的物料不能带到足够的高度，物料在窑内滑落运动不能充分的撒开，而氧化钙的导热系数很低，堆积在中间部位的石灰石接受到的温度和热量困难，分解速度很慢。为保证产品的烧成率，需要在回转窑内停留很长的时间，从而影响了回转窑的产量，并使回转窑的热耗增加。
[0013]如果石灰石能够充分撒开，快速与热气流进行热交换，则煅烧的时间就可以大大缩短，回转窑的产能可以提高，单位重量产品的回转窑筒体散热损失减少，从而节能。
[0014]碳酸钙分解为氧化钙的理论热耗为760kcal/kg，实际预热器
‑
回转窑
‑
冷却器石灰生产中的热耗1200kcal/kg石灰，其中回转窑实际热能利用率低于32％，回转窑筒体散热损失占实际热耗的14％左右。要提高热效率，就要让物料获得更高的离心力，将物料带到更高，在垂直分力大于离心力和摩擦力正压分力时，物料呈抛撒落下，从而被充分撒开，使得堆积在中间的物料有机会暴露在高温气体中，充分加大物料与高温烟气接触的表面积，这要求加快回转窑的转速从而获得更高的离心力。但转速加快了，物料向出口端的流速也将大大加快，回转窑的斜度越大、转速越快，物料流速就更快，过快的流速可能造成物料内热传导、化学反应、传质过程还没有进行完成，因此需要找到与回转窑转速相匹配的物料流速。并且还需考虑到物料的数量、块粒的大小和形状、物料的休止角、物料的堆积密度、气流的速度等有关因素。物料流速与回转窑的斜度(即回转窑筒体轴向中心线与水平面夹角的正弦值sin
ɑ
或者正切值tan
ɑ
)关系极大，块粒状物料比如石灰回转窑已知的斜度即回转窑轴线与水平夹角 Sin
ɑ
为3.5
‑
4.0％，这并不是最合适的角度和斜度，不利于热交换的效果和产量的发挥。
[0015]另外，长期以来回转窑窑头端头通常安装耐热钢的护板，阻挡耐火材料下串而产生松动，效果不理想而且造价很高、施工不方便、故障率比较高；回转窑尾端物料向后满料常有发生；窑头、窑尾密封装置不理想，经常有冒灰和漏风情况。
[0016]除石灰石以外的其他块粒状物料在回转窑内热交换情况、运动情况也相类似。
[0017]因此，如何提高回转窑的单位容积产量或者单位截面积产量，是降低热耗的关键问题。
[0018]2.在物料粒度≥2mm的“预热器
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回转窑
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冷却器”煅烧块粒状物料系统中，整个系统所需要的燃料全部来自回转窑窑头燃烧器喷入，预热器的功能作用只是将回转窑产生的尾气余热有限的回收加热物料。
[0019]在“预热器
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回转窑
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冷却器”中，回转窑的传热能力和效率是最低的，尤其是对于煅烧块状石灰石，回转窑单位容积的产量仅不到1.0t/d.m3，约是水泥窑的1/4。由于单位容积产量低，单位重量产品回转窑等设备壳体的热损失就大。因此如何发挥热交换效率相对较高的预热器作用是节能和提高产能的工作方向，比如在回转窑窑尾进料口到窑尾引风机之间提供新本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种立式预热器，包括预热器筒体及预热器筒体构成的预热器腔体，其特征是：在预热器筒体上部设置用于向预热器筒体内填加物料的加料装置和用于将尾气排出的排气装置，在预热器筒体下部或底部出料口设置用于将预热器筒体内物料排出的预热器卸料装置；在加料装置与预热器卸料装置之间的预热器筒体至少有一个突变截面，该突变截面上部的预热器筒体内腔在水平方向尺寸较小，该突变截面下部的预热器筒体内腔在水平方向尺寸较大，物料在预热器筒体内向下流动时，在突变截面处形成物料不能自然到达的空腔；用于将高温烟气送入预热器腔体内的高温烟气管道出口与该空腔相通；加料装置包括加料管和布料器；布料器为上小下大的锥形体或者板状、柱状结构、锥形与柱形的复合结构，加料管的出口端位于预热器筒体顶部中心位置，并与预热器筒体内部相通，布料器位于加料管出口的下方；加料时，在布料器的下方形成了物料不能自然到达的无料区，在预热器筒体顶部内周形成了物料不能自然到达的空间；在预热器筒体内，加料装置和预热器卸料装置之间还设置导料器；该导料器为上小下大的锥形体或者板状、柱状结构、锥形与柱形的复合结构，并以预热器筒体轴线为对称轴轴对称；在导料器的下方形成了物料不能自然到达的无料腔，导料器的底端高度低于高温烟气管道出口。2.根据权利要求1所述的立式预热器，其特征是：在立式预热器突变截面处物料不能达到的空腔内，安装以脱NO
X
为目的的选择性非催化还原即SNCR法的还原剂喷头，或者安装干法高分子还原剂喷头，将还原剂分散喷入烟气中，还原剂喷头通过管道与还原剂输送系统联接。3.根据权利要求1所述的立式预热器，其特征是：在预热器上，安装预热器中心烧嘴或/和预热器环周烧嘴，预热器中心烧嘴出口位于导料器下方，与无料腔相通，预热器环周烧嘴设置在预热器筒体环周，预热器环周烧嘴的出口与空腔相通，预热器烧嘴在无料腔或/和空腔释放热量并产生热气流；预热器烧嘴进口端接燃料源或者热气源。4.一种立式预热器
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回转窑
‑
立式冷却器块粒状物料煅烧系统，按照气体流向，冷却器、回转窑、预热器、除尘器、引风机依次串联；按照物料流向，预热器、高温物料喂料装置、回转窑、冷却器依次串联；其特征是：所述预热器为权利要求1或2或3所述的立式预热器；回转窑排放出的烟气进入预热器腔体与进入预热器腔体内的物料进行热交换，从预热器顶部进入除尘器除尘后，经引风机引出排放；加热后的物料从预热器底部经高温物料喂料装置进入回转窑煅烧；冷却器包括壳体及壳体构成的冷却器腔体，从回转窑出料端排放出的物料进入冷却器腔体，与进入冷却器腔体内的冷却风进行热交换冷却后，从冷却器底部排出，被加热的风进入回转窑助燃。5.根据权利要求4所述的立式预热器
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回转窑
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立式冷却器块粒状物料煅烧系统，其特征是：它还包含烟室，回转窑筒体的进料端伸入到烟室内，回转窑可以自由旋转，并通过固定在烟室上的密封装置与回转窑筒体滑动连接，阻止烟室内的气体泄漏；烟室通过高温烟气管道与立式预热器的预热器腔体相通；与预热器腔体相通的高温烟气管道的出气端高于与烟室相通的进气端；回转窑产生的烟气流经烟室、高温烟气管道进入预热器；
与高温物料喂料装置相通的下料管穿过烟室伸入到回转窑的进料端内。6.根据权利要求5所述的立式预热器
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回转窑
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立式冷却器块粒状物料煅烧系统，其特征是：在烟室上或者在高温烟气管道上，安装以脱NO
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为目的的选择性非催化还原即SNCR法的还原剂喷头，或者安装干法高分子还原剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘银江，杭宁，刘宇，
申请(专利权)人：南京苏冶钙业技术有限公司，
类型：发明
国别省市：