使用臥式旋風筒實現的外循環式高固氣比分解反應器的製作方法

2023-05-16 22:49:11 2

專利名稱：使用臥式旋風筒實現的外循環式高固氣比分解反應器的製作方法
技術領域：
本發明屬於氣固相熱反應領域，涉及一種用於粉狀物料的快速傳熱、傳質及反應的熱反應裝置，尤其涉及一種使用臥式旋風筒實現的外循環式高固氣比分解反應器。
背景技術：
自從1971年日本石川島公司和秩父水泥公司開發出第一臺懸浮預分解爐(SF)以來，在懸浮預熱技術的基礎上，各種類型的懸浮預熱器與不同的分解爐相結合促進了懸浮預熱預分解技術的發展，使水泥窯的質量和產量大幅度提高，水泥孰料燒成熱耗明顯下降。 同時，各國水泥技術研究者和設備製造商不斷投入力量研發新型分解爐，促進預分解系統不斷的發展，其性能日趨完善。早期使用的預分解系統主要是由分解爐單體構成，其位於懸浮預熱器和水泥迴轉窯之間，既是一個燃燒爐，又是一個換熱器，同時也是一個反應器，具有燃料燃燒、氣固換熱和碳酸鹽分解等多種功能，承擔著氣固兩相輸送、混合、分散、換熱和化學反應的多項任務。分解爐將經過懸浮預熱後的水泥生料在達到分解溫度前，與進入爐內的燃料混合，在懸浮狀態下迅速吸收燃料燃燒熱，使生料中的碳酸鈣迅速分解成氧化鈣， 從而使入窯生料的分解率從懸浮預熱窯的30 %左右提高到85 % 90 %，這樣不僅減少了窯內煅燒帶的熱負荷，也大幅度提高了窯系統的生產效率。目前，普遍使用的分解爐根據工作原理和主要特徵大致可分為三類圓筒式、流化床式和煙道式，分解爐型超過三十多種，但由於分解爐爐溫偏高，上述分解爐普遍存在著爐內流場和溫度場波動較大，窯尾煙室和管道容易結皮堵塞，快速反應爐中，物料停留時間短，二把火中的燃料焦粒燃燒不完全，造成爐內溫度上下倒掛等現象，影響系統均衡穩定的運行。而且分解爐中物料在氣流中的分散程度、物料顆粒的大小、分解爐的溫度、二氧化碳的分壓以及反應時間(停留時間)等多種因素制約著入窯碳酸鹽的表觀分解率。基於上述原因，當其他因素保持相對穩定的情況下，如果有意識地延長物料的停留時間，就可以提高其分解率。也就是說，在分解爐尺寸不加大的情況下，利用數倍於成品量的出爐物料向分解爐作「爐外循環」過程，就可以使部分未完全反應的物料多次進入分解爐反應，增加系統的固氣比和熱穩定性，解決上述分解爐存在的問題，保障入窯碳酸鹽的表觀分解率和系統均衡穩定的運行。目前，已有部分科研單位和公司對「外循環式」分解爐進行了研究，開發了某些循環分料控制裝置。循環分料控制裝置位於末級懸浮預熱器下料管的下端，物料出分解爐後進入末級懸浮預熱器，氣固分離後由預熱器下料管進入循環分料控制裝置被作用分離，一部分物料再次進入分解爐形成循環物料，其餘物料則進入迴轉窯內。但這些循環分料控制裝置大都存在以下問題1) 「物料外循環」的實現或者通過分流裝置直接分料實現，或者經過中間分離器將較粗物料分離後再經過分流裝置分料來實現外循環。但是通過分料裝置所分得的入窯料與入爐料料量的比例很難把握，並且入窯部分的物料中也含有大量的未完全分解的碳酸鈣顆粒和較粗未完全燃燒的焦炭顆粒，這樣勢必增加了迴轉窯的熱負荷；另外，通過分料裝置分入分解爐內的物料中也含有大量的已分解氧化鈣顆粒、未完全分解的較細碳酸鈣顆粒以及其它較細顆粒，這樣也影響了分解爐的空間利用率。2) 「物料外循環」系統中均含有必不可少的裝置-分料裝置。這樣分料裝置的工作性能及運行成本就是影響外循環系統的關鍵因素。實際應用中，無論是工藝複雜的流化床分流裝置，還是結構簡單的分料閥裝置，它們都是在高溫的環境中進行工作的，所以對材質的要求較高，並且高溫情況下各調節裝置的靈活性也受到很大的限制。

發明內容
為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種使用臥式旋風筒實現的外循環式高固氣比分解反應器，可選擇性提高物料在預分解系統內的停留時間，提高物料的分解率和系統反應率，改變對循環粉料不加區分，任意分流的模式，減小系統流體阻力。為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是使用臥式旋風筒實現的外循環式高固氣比分解反應器，包括分解爐2，料粉在分解爐2中以懸浮態進行熱分解反應；臥式旋風筒3，與分解爐2的出口連通，初步分離出含塵氣流中的粗粒徑顆粒，通過底部卸料椎體連接的第一物料管道31回送到分解爐2中；旋風筒4，與臥式旋風筒3連通，進一步分離出含塵氣流中粉體顆粒，通過底部卸料椎體連接的第二物料管道41回送到分解爐2中。所述的分解爐2包括爐體；餵料管，設置在該爐體下部的一側或兩側；噴煤管，設置在該爐體下部錐體的一側或兩側，與第一物料管道31和第二物料管道41連通；熱空氣進風口，設置在該爐體下部的一側或兩側，熱空氣以中心進風或偏心進風或切向進風的方式，以15 35米/秒的速度從所述熱空氣進風口進入爐體；熱煙氣進風口，設置在該爐體底部，水泥迴轉窯1的熱煙氣以20 40米/秒的速度從所述熱煙氣進風口進入爐體。所述分解爐2上可設置縮口。所述餵料管的下端設置物料分散裝置，所述噴煤管為單通道或者多通道。所述第一物料管道31上設置第一卸料鎖風閥32，第二物料管道41上設置第二卸料鎖風閥42。所述分解爐2和兩個臥式旋風筒3相連，每個臥式旋風筒3都連接一個旋風筒4。本發明與現有技術相比，具有以下優點一 )並不用增大分解爐的尺寸可使數倍於成品量分解料返回分解爐，提高預分解系統的固氣比，延長物料在分解爐內的停留時間，從而提高了入窯生料的表觀分解率和燃料的燃燒效率，提高整個系統的熱效率和反應率。試驗證明在保持分解率90%的情況下， 循環率每增加100%，操作溫度可降低30-40°C。同時，隨著循環倍數的增大，分解爐內物料顆粒濃度成倍增大，爐內溫度波動減小，熱工穩定性提高。
二 )避免了傳統的外循環式分解爐系統中較細的已分解生料顆粒在系統中多次循環的狀態，改變對循環粉料不加區分，任意分流的模式，物料循環量由分離器(無內筒的臥式旋風筒)的分離效率控制，從本質上提高了分解爐的空間利用率，使分解爐單位容積的熱容量大大增加，爐溫波動減小，結皮堵塞的概率減小，系統運行將更加穩定，提高單位爐容產量，降低S02、N0X等有害氣體的排放。三)本系統物料循環分離器採用臥式旋風筒，與普通立式旋風筒相比較，具有減少了氣體入口處氣流的衝擊壓損和錐體底部氣流反轉向上流動時的渦流損失以及氣體排出內筒處的壓力損失，另外還有尺寸小、不易結皮堵塞等優點。四)本發明適應性強，可用來對傳統的迴轉窯實施技術改造，特別是可靈活的對各類分解爐進行改造，並且投資省，改造周期短，有巨大的經濟效益和社會效益。本發明可廣泛用於水泥、化工、冶金等行業中的粉體物料熱反應分解系統中，尤其適用於水泥廠中的預分解系統內碳酸鈣顆粒分解反應過程。


圖1是本發明實施例一的結構示意圖，圖中帶箭頭的虛線表示氣流路線，帶箭頭的實線表示物料路路線圖。圖2是本發明實施例二的結構示意圖，圖中帶箭頭的虛線表示氣流路線，帶箭頭的實線表示物料路路線圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。實施例一如圖1所示，本發明為一種使用臥式旋風筒實現的外循環式高固氣比分解反應器，包括分解爐2，料粉在分解爐2中以懸浮態進行熱分解反應；臥式旋風筒3，與分解爐2的出口連通，初步分離出含塵氣流中的粗粒徑顆粒，通過底部卸料椎體連接的第一物料管道31回送到分解爐2中；旋風筒4，與臥式旋風筒3連通，進一步分離出含塵氣流中粉體顆粒，通過底部卸料椎體連接的第二物料管道41回送到分解爐2中。其中，分解爐2包括爐體；餵料管，設置在該爐體下部的一側或兩側；噴煤管，設置在該爐體下部錐體的一側或兩側，與第一物料管道31和第二物料管道41連通；熱空氣進風口，設置在該爐體下部的一側或兩側，熱空氣以中心進風或偏心進風或切向進風的方式，以15 35米/秒的速度從所述熱空氣進風口進入爐體；熱煙氣進風口，設置在該爐體底部，水泥迴轉窯1的熱煙氣以20 45米/秒的速度從所述熱煙氣進風口進入爐體。工作時，含有物料的氣流從分解爐2出來直接進入臥式旋風筒3，圍繞臥式旋風筒
53的水平軸線旋轉再從另一端的出氣口排出，分離出來的物料經下面的卸料椎體處卸出。經氣固分離，使未完全分解或部分分解的較粗碳酸鈣顆粒、未完全燃燒的較粗燃料顆粒從物料中分離、收集，經過第一物料管道3 1，返回分解爐2中繼續分解或燃燒，較細顆粒在旋流分離器內被氣流帶走進入較高分離效率的末級旋風預熱器即旋風筒4內分離，經第二物料管道41進入迴轉窯內；剩餘含粉塵氣流經出口進入上一級旋風預熱單元。返回分解爐2中的較粗顆粒，與新加入的生料和燃料一起繼續燃燒和分解，再次參與物料爐外循環過程。實施例二如圖2所示，預分解系統中的分解爐2和兩個臥式旋風筒3相連，臥式旋風筒3出口沿氣流旋轉方向對稱連接兩個末級旋風預熱器即旋風筒4。其餘各部分結構與上實施例一相同。以上是實例並不是本發明的窮舉，本發明的物料分離器可以有多種形式，同時本發明的分解爐、多種形式的分離器、懸浮預熱器也可以有多種組合形式。
權利要求
1.使用臥式旋風筒實現的外循環式高固氣比分解反應器，其特徵在於，包括分解爐O)，料粉在分解爐O)中以懸浮態進行熱分解反應；臥式旋風筒(3)，與分解爐O)的出口連通，初步分離出含塵氣流中的粗粒徑顆粒，通過底部卸料錐體連接的第一物料管道(31)回送到分解爐O)中；旋風筒G)，與臥式旋風筒C3)連通，進一步分離出含塵氣流中粉體顆粒，通過底部卸料錐體連接的第二物料管道Gl)回送到分解爐O)中。
2.根據權利要求1所述的使用臥式旋風筒實現的外循環式高固氣比分解反應器，其特徵在於，所述的分解爐(2)包括爐體；餵料管，設置在該爐體下部的一側或兩側；噴煤管，設置在該爐體下部錐體的一側或兩側，與第一物料管道(31)和第二物料管道 (41)連通；熱空氣進風口，設置在該爐體下部的一側或兩側；熱煙氣進風口，設置在該爐體底部。
3.根據權利要求2所述的使用臥式旋風筒實現的外循環式高固氣比分解反應器，其特徵在於，熱空氣以中心進風或偏心進風或切向進風的方式，以15 35米/秒的速度從所述熱空氣進風口進入爐體。
4.根據權利要求2所述的使用臥式旋風筒實現的外循環式高固氣比分解反應器，其特徵在於，水泥迴轉窯(1)的熱煙氣以20 45米/秒的速度從所述熱煙氣進風口進入爐體。
5.根據權利要求2所述的使用臥式旋風筒實現的外循環式高固氣比分解反應器，其特徵在於，所述分解爐(2)上設置有縮口。
6.根據權利要求2至5任一權利要求所述的使用臥式旋風筒實現的外循環式高固氣比分解反應器，其特徵在於，所述餵料管的下端設置物料分散裝置。
7.根據權利要求6所述的使用臥式旋風筒實現的外循環式高固氣比分解反應器，其特徵在於，所述噴煤管為單通道或者多通道。
8.根據權利要求1所述的使用臥式旋風筒實現的外循環式高固氣比分解反應器，其特徵在於，所述第一物料管道(31)上設置第一卸料鎖風閥(32)。
9.根據權利要求1所述的使用臥式旋風筒實現的外循環式高固氣比分解反應器，其特徵在於，所述第二物料管道Gl)上設置第二卸料鎖風閥G2)。
10.根據權利要求1所述的使用臥式旋風筒實現的外循環式高固氣比分解反應器，其特徵在於，所述分解爐( 和兩個臥式旋風筒(；3)相連，每個臥式旋風筒(；3)都連接一個旋風筒⑷。
全文摘要
本發明為使用臥式旋風筒實現的外循環式高固氣比分解反應器，包括分解爐，料粉在分解爐中以懸浮態進行熱分解反應；臥式旋風筒，與分解爐的出口連通，初步分離出含塵氣流中的粗粒徑顆粒，通過底部卸料椎體連接的第一物料管道回送到分解爐中；旋風筒，與臥式旋風筒連通，進一步分離出含塵氣流中粉體顆粒，通過底部卸料椎體連接的第二物料管道回送到分解爐中。本發明可選擇性提高物料在預分解系統內的停留時間，提高物料的分解率和系統反應率，改變對循環粉料不加區分，任意分流的模式，減小系統流體阻力，同時本發明可提高排出生料粉的表觀分解率，增強分解爐的熱穩定性，提高單位爐容產量、降低SO2、NOx等有害氣體的排放。
文檔編號C04B7/43GK102219411SQ20111007174
公開日2011年10月19日 申請日期2011年3月24日 優先權日2011年3月24日
發明者劉文歡, 徐德龍, 楊沛浩, 羅永勤, 範海宏, 陳延信 申請人:西安建築科技大學, 陝西德龍水泥高新技術孵化有限公司