固體物料的煅燒方法及其所用的單級塔式煅燒爐的製作方法

2023-05-27 18:48:16 1

專利名稱:固體物料的煅燒方法及其所用的單級塔式煅燒爐的製作方法
本發明論及一種固體物料的煅燒方法及其所用的單級塔式煅燒爐，更具體地說就是敘述單級在塔式煅燒爐內所進行的煅燒工藝，該工藝尤其適用於煅燒石灰石以製取石灰，還介紹為實施這種煅燒工藝而專門設計的一種單級塔式煅燒爐。
煅燒爐中進行著強烈的吸熱反應過程，現有技術中所採用的煅燒爐，如熔煉爐，碳酸鹽脫氣爐，石灰石和白雲石煅燒爐等。都由於尾氣中仍含有大量餘熱，所以其熱效率都非常低。
在現有技術中進行吸熱反應過程的煅燒爐中，其熱損失的原因在於未充分利用自反應區排出的燃燒氣中的熱量。實際上燃燒反應是在很高的溫度下進行的，由於預熱區中燃燒氣和物料的溫差不夠大，致使燃燒氣的熱量不能有效地傳遞給物料。
為了克服這些缺點，Schmid等設計了一種兩級塔式煅燒爐以進行上述的吸熱反應過程(Schmid等，美國專利3074706號)。例如這種爐可用於生產石灰，在兩級塔式煅燒爐內所進行的過程是待煅燒的物料在第一級塔內由來自第二級塔反應區的燃燒氣的逆流接觸而預熱，反應區位於兩級塔的中間部位。燃料和一次燃燒空氣在第二級塔內加入，在該塔內一次空氣與已預熱過的物料相接觸而預熱，並使燃料燃燒，從而進行煅燒反應。與此同時，在第二級塔的下部通入二次冷空氣，它與燃燒氣混合後進入第一級塔，以預熱逆流而下的物料。經過預定的運行期(通常為10-20分鐘)之後，交換物流流向，即第一級塔作為煅燒塔，而第二級塔作為預熱塔。由於塔的底部只送入冷空氣，因此，兩塔的底部都是煅燒物料的冷卻區，煅燒過的物料冷卻後均由塔底卸出，只是以相互交替的形式時而由此塔卸料，時而由彼塔卸料。
雖然這種煅燒爐的熱效率高，且產品質量即均勻又好，但它有嚴重的缺點，即操作非常複雜，需要物流倒向裝置，並且操作人員需注意力集中或採用自控裝置，而自控裝置又易於出毛病。由於採用這種工藝過程必須在非常準確的預定時間內變換物流方向，所以操作麻煩，一旦操作失誤，此裝置就可能失效。
為了克服現有煅燒爐及其工藝的缺點，根據本發明的最優實施方案，提出一種固體物料的煅燒方法，該法是通過幾個豎直排列的作業區而進行的，其過程如下固體物料進入預熱區，在該區物料被逆流而上的燃燒氣所預熱，經預熱過的物料再進入空氣預熱區，並與送入該區的一次空氣並流而下，進入煅燒區，在煅燒區以並流方式加入燃料，物料經煅燒後進入冷卻區，與在該區逆流而上的二次冷空氣接觸。煅燒區產生的燃燒氣和經煅燒過的物料所預熱過的二次空氣一起經煅燒區和冷卻區分界處的某一部位流出並導入預熱區。
另外，為實現上述過程本發明提出一種單級塔式煅燒爐，該爐包括下述各部分細長的豎直的殼體，該殼體分為上室(預熱室)和下室，下室又分為三個作業區，上區為一次空氣預熱區，中區為物料煅燒區，下區為物料冷卻區;位於上室頂部的加料裝置;將物料從上室傳送至下室的物料傳送裝置;位於下室的空氣預熱區頂部的一次空氣注入裝置;位於下室的冷卻區底部的二次空氣注入裝置;位於下室的煅燒區上部的燃料加入裝置;位於煅燒區下部的氣體出口裝置;位於上室底部的燃燒氣注入裝置，該裝置與煅燒區下部的氣體出口裝置相連通;位於上室頂部的尾氣排放裝置。
通過下文的具體描述，並結合附圖，就可詳盡地了解本發明。附圖包括圖1-煅燒固體物料的單級塔式煅燒爐之剖面立視圖，它是根據本發明最優實施方案而設計的。
圖2-單級塔式煅燒爐中物料傳送區部位的局部剖面立視圖，在該部位物料由預熱區輸送到煅燒區，這是本發明的另一種具體設計方案。
圖3-燃燒進料裝置結構的局部剖面立視圖，該裝置位於煅燒區的上部，是本發明的又一具體設計方案。
現在較仔細地看一下附圖，特別是附圖1，這是實施本發明最優實施方案的單級塔式煅燒爐結構圖，它基本上包括一個豎直的細長爐殼1，中間的檔板4將其分成上室2、下室3，這兩室位於同一垂直軸線上，如附圖1所示。
根據本發明最優實施方案，爐殼分成室2和室3，室2為固體物料預熱區(圖1中用字母A標出)。室3為彼此敞開相通的三個作業區，分別由圖1中的字母B、C和D標出，其中B為空氣預熱區，C為煅燒區或反應區，位於下部的D為物料冷卻區，各區均設置有若干部件，其用途將在下文詳細論述。
固體物料輸送裝置裝配在爐殼1的室2和室3之間的檔板4上，由圖中的數字5標出，可以從爐體的上端隨意對其進行機動或手動的啟閉操作，該機械裝置還可採用自控操用，根據室2和室3內的料位高低來完成啟閉動作，如圖1所示，它和位於室2頂部6的加料裝置7在同一軸線上。
物料傳送裝置5和加料裝置7可以同步進行啟閉動作，因此待處理的物料由加料裝置7加入室2上部，與此同時，有等量的物料通過裝置5從室2進入室3，於是物料便由擋板4的上方被傳送到擋板的下方。
殼體1的底部通常都是成圓錐形，由圖1中的數字8標出，相應地裝配有卸料裝置9，其作用是將煅燒爐1中的物料按需要的操作方式連續地或間歇地卸出。操作方式也可分為連續式或間歇式，其具體細節將於下文敘述。
燃燒氣通過靠近室2底部的歧管10進入上室2，歧管10是通過一組管線11使其與室2連通，並且通過管線12與位於室3下部的另一歧管24連通(下文將予以詳述)，為避免熱輻射損失，導管12必須是高度絕熱的，以保持較高溫度，使氣體經此導管流向歧管10，再經管線11進入室2。
在室2的頂部6靠近上方處安裝有排氣歧管14，該歧管經一組管線13與室2內部連通，經導管15還可與煙囪或排氣管16連通，使廢氣在其熱量經完全回收後排入大氣，如圖1中排氣管16處的箭頭所示。
如上文所述，下室3分為三個不同的作業區，即上部的空氣預熱區B，中間的煅燒區或反應區C及下部的物料冷卻區D，在該室頂部裝有一次冷空氣入口管17，用鼓風機或壓縮機19使冷空氣經管線18和氣體入口17進入室3上部空間(其作用將在下文敘述)，空氣入口17近似位於爐殼1的室3的空氣預熱區B的上方。
在室3空氣預熱區B的下方，安裝一組燃料噴管20，噴管裝配有相配的燃燒器噴嘴21，所用的燃料最好是氣體燃料或固體燃料，用預熱過的一次空氣作載氣，由泵23及相應的管線22送至噴嘴21，由此便形成了位於爐殼1的室3中間的煅燒區或反應區C，如圖1所示。
在爐殼1外部相應於煅燒區或反應區C下部的位置處安裝有燃燒氣和二次空氣集氣歧管24，經管線25和26與室3內部相通，如上文所述，歧管24經高度絕熱的導管12又與歧管10連通，可將燃燒氣體和二次空氣送入室2。
在室3下部圓錐底8的相應位置處裝有二次空氣入口管27，經管線28與二次空氣的鼓風機或壓縮機29相連，二次空氣由管27在冷卻區D下方垂直向上噴出以冷卻物料，其作用將在敘述煅燒爐操作方法時詳述。
圖1所示的整個煅燒爐的結構是本發明的最優實施方案，但需要說明的是，圖中所標出的具體機械裝置，在不偏離本發明的範圍及原理的條件下可加以改進。因此，如圖2所示，該圖是煅燒爐的一個作業區，即物料傳送裝置5和擋板4，在圖2所示的實例中，擋板4是閉合的，它的中心沒有安裝物料傳送裝置5，而是用一組出口導管30來代替物料傳送裝置5，這組導管30與室2下部相通，通過合適的氣動閥或手動閥31，可將物料經導管32，傳送至室3的上部。這種裝置的作用和圖1所示的在擋板4中心裝配有機械傳送裝置5的情況完全相同，而且它的動作也和加料裝置7及卸料裝置9同步，就如上文對圖1所作的描述一樣。
圖1和圖2所示的兩種物料傳送裝置也可以用密封裝置來代替，即用氣動密封裝置代替擋板4和物料傳送裝置5，需要時可以用通常的氣動裝置將其去除。按本發明的煅燒法及所設計的煅燒爐其主要原理是要設置兩個獨立的室，即室2及室3，也就是將物料預熱區和煅燒區實體隔離，為此，可採用機械裝置(如擋板4)和任何類型的物料傳送裝置5，還可採用可隨意去除的氣動密封裝置代替擋板4及傳送裝置5。
圖3是燃料噴管20的另一種設計方案，由圖所示，它主要由與室3相通的一組孔眼組成，這組孔眼鑽在室3的適當部位上，以代替圖1中燃料噴管20上的噴嘴21。燃料噴管20裝配在室3的外面，如圖3所示。這樣的噴管與圖1的方案相比可快速更換和/或維修。但功能完全相同。因此，設計上的變更並不意味著本申請案所要求保護的論題有任何改變。
本發明所論及的固體物料的煅燒法將結合圖1的單級塔式煅燒爐加以敘述，儘管此煅燒法可以在不同類型的煅燒爐內實施，但其先決條件是要遵守在單級塔式煅燒爐內燃燒氣體與物料並流的原理。
按照本發明最優的實施方案，要煅燒的物料-最好是製造石灰的石灰石或製造鎂砂的白雲石-通過加料裝置7送入爐殼1的室2，被來自爐殼1煅燒區C的燃燒氣和來自冷卻區D的二次空氣的高溫混合氣流所預熱，氣流方向如室2中的箭頭所示。來自煅燒區C的燃燒氣藉助於從冷卻區D的下部注入的二次空氣在室2中進一步燃燒(下之將予以詳述)，以提高室2內物料的溫度，從而提高其預熱效率，此時，物料將最大限度地吸收燃燒氣所載帶的熱量，最後，廢氣經歧管14及煙道16排入大氣。
預熱過的物料經傳送裝置5送至下面的室3，並順勢進入空氣預熱區B，在B區上部，一次空氣經進氣噴嘴17注入，與預熱過的物料並流以達到預熱，直至該物料進入煅燒區或反應區C為止，在C區上部，燃料經噴管20及噴嘴21噴入，遇經噴嘴17注入的並在B區預熱過的一次空氣而發生燃燒，這樣，利用預熱過的一次空氣和燃料就實現了燃燒反應，如石灰石氧化為氧化鈣或白雲石氧化為鎂砂。
在煅燒區C，與下降的物料並流的燃燒氣和經爐殼1底部的噴嘴27噴入的二次空氣逆向相遇(將在下文予以詳述)，此時，燃燒氣體與二次空氣一起經管線25和26向外流向歧管24，在此，來自煅燒區C的燃燒氣和冷卻區D的已預熱過的二次空氣的混合氣經導管12進入歧管10，再經管線11注入室2使其進一步完全燃燒，這樣，又使上述新加入的物料得到預熱。
最後，固體物料繼續下降到歧管24以下，從而進入冷卻區D，並被由噴嘴27噴入的二次冷空氣冷卻，而二次空氣本身卻被此物料所預熱。預熱過的二次空氣與煅燒區C的燃燒氣一起進入上述的物料預熱室2。
經二次冷空氣冷卻過的物料通過卸料裝置9卸出，這時溫度已很低，可進行運輸和進一步利用。
如上所述，根據本發明所設計的煅燒爐，藉助於下述各種裝置的配合動作，能連續地或間歇地完成上述的煅燒過程。這些裝置包括加料裝置7、卸料裝置9、固體物料傳送裝置5、泵送(連續或間歇)一次空氣的鼓風機19、泵送二次空氣的鼓風機29及輸送燃料泵23。
根據本發明所設計的單級塔式煅燒爐避免了傳統的兩級塔式煅燒爐中預熱區和煅燒區互相交替及塔中氣流倒向的要求，大大簡化了煅燒爐本身的操作過程並提高了工藝效率，因為在按本發明所設計的單級塔式煅燒爐中，固體物料可由塔頂連續地向下降到塔底，氣流可以按上述方式泵送，整個爐體劃分為上室2(預熱室)和下室3(煅燒室)，同時煅燃室又分為三個不同的作業區，即預熱區、煅燒區及物料冷卻區。運行過程中勿須變換爐內氣流方向，即爐內氣體的流動狀態始終如一，因此不需要安裝氣流方向變換的擋板及其他機械裝置，因為機械裝置在高溫氣體的工作環境中時常會失靈及發生故障。
熱量的熱輻射損失可能會來自導管12，此導管將來自煅燒室的燃燒氣導入預熱室，這種熱輻射損失可採用合適的耐高溫絕熱材料來克服。因此對本發明的工藝及按本發明所設計的煅燒爐來說，這些問題並不是明顯的缺點，因為絕熱措施不難實現，所以熱輻射損失問題與本發明的工藝效率的提高及煅燒爐操作過程的簡化相比，也就不是一個很重要的問題。目前正在使用的兩級塔式煅燒爐以及最近研製的帶熱量回收裝置的煅燒爐，其操作極為複雜，因此可以認為本發明的煅燒爐是固體物料煅燒技術中一項具有變革性的設備，因為它可大大簡化了煅燒工藝過程及煅燒爐的操作，保證能高效率地回收煅燒氣所載帶的熱量。實際上，用旁通管將煅燒區下部與預熱區下部連通並未引起熱輻射損失。
一般地說，當使用本發明的方法及煅燒爐來煅燒石灰石以製造石灰時，石灰石離開預熱區A時的溫度大約為800至900℃，而在煅燒區C，所達到的溫度大約為1100至1200℃，此溫度可通過調節分別進入煅燒區和物料冷卻區的一次空氣和二次空氣的進入量來加以控制。
離開冷卻區的物料用二次空氣冷卻到50至60℃，物料所載帶的全部熱量實際上都被二次空氣所吸收，但它與來自煅燒區C的燃燒氣混合後進入預熱區A時，其溫度並未超過1000℃。
看來，旁通管12可能構成有熱輻射損失的臨界區段，但由於通過它的氣體溫度不高於1000℃，所以可選用合適的耐高溫絕熱材料保溫，這樣當氣體通過導管12時，就可防止出現明顯的熱輻射損失。
另一方面，這種爐子通常是成組地安裝，這時旁通導管12可以位於兩爐之間，這樣就可將導管置於合適的絕熱容器內，靠爐壁的熱傳導使容器保持在恆定加熱狀態，由於這些旁通導管12在位置上正好與爐子的煅燒區相合，所以也就位於爐體溫度最高的部位。
權利要求
1.一種固體物料的煅燒方法，該法包括如下各步固體物料在物料預熱區的頂部加入，而灼熱的燃燒氣和二次空氣流進入預熱區底部以逆流方式與物料接觸，預熱過的物料傳送至煅燒區，該區位於物料預熱區的同心線下方，並由可移動式密封裝置將兩區隔開，同時在靠近煅燒區的上部導入燃料及一次空氣，燃料發生燃燒，並煅燒與其並流的物料，煅燒過的物料下降至物料冷卻區，該區在上述煅燒區的同心線下方，是煅燒區向下的連續延伸，二次空氣自物料冷卻區底部與物料逆向進入，這樣進入的二次空氣與上述物料相接觸而受到預熱，而後與煅燒區所產生的燃燒氣相混合，所形成的二次空氣和燃燒氣的混合物再循環到上述的物料加熱區的底部。
2.按照權利要求
1的方法，其中進入煅燒區的一次空氣通過與預熱過的物料並流接觸而受到預熱，一次空氣流是從煅燒區的頂部導入，而燃料是從煅燒區的稍下部位引入，因此，在煅燒區的頂部和稍下部位之間便形成了一次空氣的預熱區。
3.按照權利要求
2的方法，其中固體物料是石灰石，它在物料預熱區預熱到約800℃至900℃，在煅燒區煅燒到約1100℃至1200℃，在冷卻區冷卻到50℃至60℃。
4.煅燒固體物料的單級塔式煅燒爐，它包括下述各部分上頂及下底均封閉的細長而豎直的殼體;位於殼體頂部的固體物料加料裝置;位於殼體底部的煅燒過的物料卸料裝置;位於殼體頂部和底部之間某一預定部位的可移動式密封裝置，它將殼體分為上室(物料預熱室)和下室，下室包括至少一個上區(煅燒區)和一個下區(物料冷卻區);位於煅燒區頂部的一次空氣注入裝置;位於一次空氣注入裝置稍下方的燃料注入和燃燒裝置;位於物料冷卻區底部的二次空氣注入裝置;位於煅燒區和物料冷卻區交界部位的集氣裝置，它收集煅燒區產生的燃燒氣和二次空氣的混合氣;將集氣裝置和物料預熱室底部相連通的導管裝置;位於物料預熱室頂部的排氣裝置。
5.按照權利要求
4設計的單級塔式煅燒爐，它還包括一個在其可移動式密封裝置的下方和煅燒區的上方之間形成一次空氣預熱區，即靠近密封裝置部位裝配的一次空氣注入裝置和在其下方裝配的燃料注入和燃燒裝置之間的空間，此空間的距離就相當於一次空氣預熱區所要求的高度。
6.按照權利要求
4設計的單級塔式煅燒爐，其可移動式密封裝置包括一個水平隔板，水平隔板包括物料傳送裝置，物料傳送裝置將物料從上室傳送至下室。
7.按照權利要求
4設計的單級塔式煅燒爐，其可移動式密封裝置包括一個氣動密封件。
8.按照權利要求
4設計的單級塔式煅燒爐，其可移動式密封裝置包括一塊水平封閉板和連通上室和下室的旁通導管，導管將物料從上室傳送至下室。
專利摘要
固體物料在單級塔式煅燒爐內煅燒，該爐包括上部預熱區、中部煅燒區、下部冷卻區以及在煅燒區與冷卻區交界處的同預熱區底部連通的導管。在預熱區內，向下移動的物料與來自導管的燃燒氣和二次空氣逆流接觸而預熱，接著在進入煅燒區的燃料和一次空氣中以並流方式而煅燒，最後與注入冷卻區的二次空氣逆流接觸而冷卻，燃燒區的燃燒氣和二次空氣通過導管又輸送至預熱區。
文檔編號C04B2/12GK86103744SQ86103744
公開日1986年12月17日 申請日期1986年5月29日
發明者戴維·D·達格羅薩 申請人:戴維·D·達格羅薩導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan