CN102633452B

CN102633452B - 水泥熟料窑外预分解系统

Info

Publication number: CN102633452B
Application number: CN201210083221.0A
Authority: CN
Inventors: 张长乐; 盛赵宝; 汪克春; 轩红钟; 张中建; 邵明军; 井上一郎; 曹齐来; 朱智平; 潘胡江; 徐学慧
Original assignee: Anhui Conch Kawasaki Equipment Manufacturing Co ltd; Anhui Conch Construction Materials Design Institute Co Ltd
Current assignee: Anhui Conch Kawasaki Equipment Manufacturing Co ltd; Anhui Conch Construction Materials Design Institute Co Ltd
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: CN102633452A

Abstract

本发明公开了一种水泥熟料窑外预分解系统，包括旋风筒、分解炉(9)，所述的旋风筒从顶部至底部分别为一级旋风筒(18)、二级旋风筒(19)、三级旋风筒(20)、四级旋风筒(21)和五级旋风筒(22)；所述的一级至五级旋风筒为两列分布，其中一级旋风筒(18)为每列两个，二级至五级每列一个。采用上述技术方案，使用高效低阻型旋风筒和低NOx环保型分解炉，并与新型干法水泥生产工艺技术相结合，提高煤粉燃烬率和生料分解率；提高收尘效率，降低预热器出口粉尘浓度；减少废气排放，降低预热器出口NOx含量；降低系统阻力，提高系统效率；增强了对劣质煤的适应性；系统运行更加稳定。

Description

水泥熟料窑外预分解系统

技术领域

本发明属于水泥生产设备的技术领域，涉及水泥熟料烧成设备的改进技术，更具体地说，本发明涉及一种水泥熟料窑外预分解系统。

背景技术

新型干法水泥生产技术是20世纪50年代发展起来的新技术，其以悬浮预热器和窑外分解技术(分解炉)为核心，采用新型原料、燃料均化和节能粉磨技术及装备，全线采用计算机集散控制，实现水泥生产过程自动化和高效、优质、低耗、环保。

窑外预热预分解技术作为新型干法水泥生产的核心技术，对推动水泥生产技术的进步起着重要作用。该技术出现以后，使水泥生产能耗大幅度降低、生产自动化程度明显提高、生产能力迅速提高。

我国新型干法水泥技术发展较晚，通过国外水泥装备技术的引进、消化、吸收和自主创新，研发出国产水泥装备，并逐步向大型化、自动化方向发展。尽管我国水泥装备技术发展迅速，但生产技术指标与国外相比仍存在一定差距，同时也面临着优质煤资源逐渐减少和环境要求日益提高的问题。

由于优质煤资源的减少，目前我国水泥厂用煤大多为挥发份较低的无烟煤，水泥熟料烧成系统存在煤粉后燃烧现象，窑系统生产运行的效率和稳定性受到一定程度的影响。

发明内容

本发明提供一种水泥熟料窑外预分解系统，其目的是使窑尾预热预分解系统实现高效低阻、节能环保和运行稳定。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明所提供的水泥熟料窑外预分解系统，包括旋风筒、分解炉，所述的旋风筒从顶部至底部分别为一级旋风筒、二级旋风筒、三级旋风筒、四级旋风筒和五级旋风筒；所述的一级至五级旋风筒为两列分布，其中一级旋风筒为每列两个，二级至五级每列一个。

所述的分解炉从上至下分别为混合室、辅助喷腾床、旋流室和喷腾床，所述的喷腾床的下部为高温烟气进口。

所述的旋风筒自上至下包括涡壳、圆柱体、圆锥体，所述的涡壳内设内筒，所述的涡壳的外侧设置进风口。

所述的一级旋风筒和五级旋风筒的结构为所述的旋风筒设有锥体扩径结构，所述的锥体扩径结构为：所述的圆锥体分为上锥体和下锥体，所述的上锥体与下锥体均为大端朝上、小端朝下；所述的上锥体与下锥体同轴连接并相通，所述的下锥体的大端直径大于上锥体的小端直径；所述的下锥体的上端口与所述的上锥体之间设水平的密封端面。

所述的进风口的底部设有倾斜面，所述的倾斜面的倾斜方向是从外向内、从高到低，使所述的进风口的两侧面的形状为五边形。

所述的辅助喷腾床连接所述的混合室与旋流室，并在直径方向形成收缩。

所述的喷腾床由所述的高温烟气进口至旋流室方向，形成直径由小到大的锥度。

所述的分解炉设有两个三次进风口，在所述的分解炉的横截面上，按所述的分解炉的中心对称分布，从所述的旋流室的底部水平旋切入炉。

所述的分解炉设有三个生料进口，其中一个设在所述的旋流室的上部，通过下料管斜向下通入炉内；另外两个分别设在所述的三次风进口处，通过下料管斜向下、向炉内方向通入三次风进口。

所述的分解炉设有四个煤粉喷口，其中两个设在所述的喷腾床的高度方向上的中部；另外两个与所述的三次风进口的高度相同，与三次风进口间隔分布。

本发明采用上述技术方案，使用高效低阻型旋风筒和低NOx环保型分解炉，并与新型干法水泥生产工艺技术相结合，提高煤粉燃烬率和生料分解率；提高收尘效率，降低预热器出口粉尘浓度；减少废气排放，降低预热器出口NOx含量；降低系统阻力，提高系统效率；增强了对劣质煤的适应性；系统运行更加稳定。

附图说明

下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明中的一级旋风筒结构示意图；

图2为本发明中的二、三、四级旋风筒结构示意图；

图3为本发明中的五级旋风筒结构示意图；

图4为本发明中的分解炉结构示意图；

图5为窑尾预热预分解系统工艺流程图；

图中标记为：

1、内筒，2、涡壳，3、圆柱体，4、圆锥体，5、上锥体，6、下锥体，7、锥体扩径结构，8、进风口，9、分解炉，10、辅助喷腾床，11、旋流室，12、喷腾床，13、生料进口，14、三次风进口，15、高温烟气进口，16、煤粉喷口，17、混合室，18、一级旋风筒，19、二级旋风筒，20、三级旋风筒，21、四级旋风筒，22、五级旋风筒，23、下料管，24、进风管。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图5所表达的本发明的结构，本发明为一种水泥熟料窑外预分解系统，属于水泥熟料烧成设备，利用高效低阻型旋风筒和C-KSV分解炉对水泥生料进行预热预分解。本发明基于目前技术的现状，采用C-KSV高效低阻旋风筒和C-KSV低NOx环保分解炉作为主要设备，通过合理配置各级预热器的分离效率和压力损失，使窑尾预热预分解系统实现高效低阻、节能环保、运行稳定。

为了解决在本说明书背景技术部分所述的目前公知技术存在的问题并克服其缺陷，实现高效低阻、节能环保和运行稳定的发明目的，本发明采取的技术方案为：

如图5所示，本发明所提供的水泥熟料窑外预分解系统，包括旋风筒、分解炉9，所述的旋风筒从顶部至底部分别为一级旋风筒18、二级旋风筒19、三级旋风筒20、四级旋风筒21和五级旋风筒22；所述的一级至五级旋风筒为两列分布，其中一级旋风筒18为每列两个，二级至五级每列一个。

均化后的水泥生料经为一级旋风筒18、二级旋风筒19(C2-C1)连接风管上的撒料装置充分分散后进入预热器，在预热器内与热气体在悬浮状态下充分换热。至四级旋风筒21(C4)后入分解炉9，在分解炉9内的高温环境下，碳酸盐大量分解。分解后的物料入五级旋风筒22(C5)分离收集，然后经窑尾烟室喂入回转窑。进风管24与所述的五级旋风筒22的内筒1连接。

如图1、图2、图3所示，所述的旋风筒自上至下包括涡壳2、圆柱体3、圆锥体4，所述的涡壳2内设内筒1，所述的涡壳2的外侧设置进风口8。

如图1和图3所示，所述的一级旋风筒18和五级旋风筒22的结构为所述的旋风筒设有锥体扩径结构7，所述的锥体扩径结构7为：所述的圆锥体4分为上锥体5和下锥体6，所述的上锥体5与下锥体6均为大端朝上、小端朝下；所述的上锥体5与下锥体6同轴连接并相通，所述的下锥体6的大端直径大于上锥体5的小端直径；所述的下锥体6的上端口与所述的上锥体5之间设水平的密封端面。

本发明的预热器为五级双系列旋风预热器，按照4-2-2-2-2的形式，主要采用高效低阻型“C-KSV”旋风筒(C1、C5)和低阻型旋风筒(C2、C3、C4)。

旋风筒的性能指标主要包括收尘效率和压力损失，且两者呈反比例关系，影响旋风预热器性能的因素主要包括结构参数和操作参数。旋风预热器的结构参数主要包括旋风筒的结构型式、筒体直径、柱体和锥体高度、蜗壳形状、进口形状及大小、内筒型式和直径及插入深度、锥体型式及角度等等。

该系统通过调整各级旋风筒的内筒插入深度和“C-KSV”旋风筒“锥体扩径”的结构形式，使各级旋风筒的分离效率(η1＞η5＞η2、η3、η4)和压力损失得到合理匹配。

各级预热器的分离效率按照η1＞η5＞η2、η3、η4的方式匹配，既保证了预热器具有较高的收尘效率，又使总体压力损失降到最低，并对顶部和底部的旋风筒采用特殊的“锥部扩径”设计，构成高效低阻型“C-KSV”旋风筒。该旋风筒在圆锥体中部设计了独特的“锥体扩径结构”，有效避免了气体“折返”时将已收集下的物料再次扬起，提高了气固分离效率。比传统的旋风筒分离效率提高2％～5％，压损系数比传统旋风筒降低25％～30％。

通过对该预热器进行冷态模型试验，证明这种匹配方式既保证了预热器具有较高的收尘效率，又使预热器总体压力损失降到最低。

所述的进风口8的底部设有倾斜面，所述的倾斜面的倾斜方向是从外向内、从高到低，使所述的进风口8的两侧面的形状为五边形。

所述的倾斜面与水平面的夹角为50°。旋风筒进风口8为带50°倾角的五边形结构，有效减少了粉尘堆积，使系统运行更加稳定。

该旋风筒具有以下特点：

1、体积小：直径比传统旋风筒小6％，总体高度小5％；

2、收尘效率高：在进口风速相同的条件下，收尘效率比传统的旋风筒高2～5％，C1出口含尘浓度≤60g/Nm³；

3、压力损失小：在同样的收尘效率下，该旋风筒压力损系数比传统旋风筒低25％～30％，C1出口压力4700±300Pa；

4、运行稳定：旋风筒进风口底部采用50°倾角，可防止粉尘堆积，使系统运行更加稳定。

如图4所示，所述的分解炉9从上至下分别为混合室17、辅助喷腾床10、旋流室11和喷腾床12，所述的喷腾床12的下部为高温烟气进口15。

所述的辅助喷腾床10连接所述的混合室17与旋流室11，并在直径方向形成收缩。

所述的喷腾床12由所述的高温烟气进口15至旋流室11方向，形成直径由小到大的锥度。

本发明提供的“低NOx环保型C-KSV分解炉”，通过优化分解炉9的结构形式、物料及燃料进入位置和三次风进入形式及位置，降低了系统NOx排放浓度，高效环保；增强了分解炉9对劣质无烟煤的适应性，煤质适应性强；使烧成系统运行更加稳定可靠。

如图4所示，所述的分解炉9设有两个三次进风口14，在所述的分解炉9的横截面上，按所述的分解炉9的中心对称分布，从所述的旋流室11的底部水平旋切入炉。

该分解炉9运行时，回转窑内的高温烟气经窑尾上升烟道，由炉底缩口的高温烟气进口15向上进入分解炉9，形成喷腾效应，也为煤粉着火及生料分解提供一部分热量，三次风经两个水平的三次风管进入分解炉9，形成旋流效应，三次风几乎提供了分解炉1内煤粉燃烧所需的全部氧气。

所述的分解炉9设有三个生料进口13，其中一个设在所述的旋流室11的上部，通过下料管23斜向下通入炉内；另外两个分别设在所述的三次风进口14处，通过下料管10斜向下、向炉内方向通入三次风进口14。

在预热器内预热至700℃左右的生料，由C4生料下料管23进入分解炉9，在炉内旋流和喷腾的双重作用下很快地分散开来，与燃烧的煤粉充分混合并且吸收煤粉燃烧所放出的热量，达到分解的目的。

生料下料口即图中的生料进口13有两个位置，其一是两个三次风进口14处，在三次风中分散，并被切向带入分解炉9，形成一定的旋转分离，生料贴壁下滑；另一个下料的位置几乎在下钵的中部.两处下料位置，可以调节各处的下料量。

所述的分解炉9设有四个煤粉喷口16，其中两个设在所述的喷腾床12的高度方向上的中部；另外两个与所述的三次风进口14的高度相同，与三次风进口14间隔分布。

煤粉由四根煤粉喷口16喷入分解炉9，每个喷嘴的喷煤量各占25％，在分解炉9内着火燃烧。

C-KSV分解炉用于日产5000吨水泥熟料生产线，采用多点喂煤、喂料、中部二次喷腾和三次风双向旋切入炉的喷旋式设计，具有以下性能特点：

1、物料分布合理：采用旋流(三次风)和喷腾流(窑气)形成的复合流，二者强度的合理配合，强化了物料的分散；

2、温度场分布合理：一部分物料随三次风进入炉内形成旋流，在离心力作用下，逐渐向分解炉9边壁集中，防止壁面周围温度过高，并使中心区域温度相对较高，有利于煤粉的快速燃烧；

C、生料分解率高：物料平均停留时间9.2秒左右，出分解炉生料分解率达90％以上；

4、煤粉燃烬率高：煤粉主要在分解炉中部燃烧，该区域物料浓度低，有利于煤粉的快速燃烧；分解炉炉容达1560m³，燃烧空间充足，燃烬率高，不存在后燃烧现象；

5、煤质适应性强：单通道双层对称四点喂煤，可根据煤质情况调节煤粉的喂入位置和喂入量，增强了对劣质煤的适应性；

6、NOx排放低：在炉底喷腾床中部，设置有燃料喷嘴，喷入的煤粉在低氧状态下燃烧，形成还原气氛，将窑气中的NOx部分还原。

本发明的主要技术参数：

该系统预热器出口粉尘浓度≤60g/Nm³，而现有水泥生产线的预热器出口含尘浓度普遍在100g/Nm³左右。

该系统预热器出口NOx含量较低，当燃料中N含量＜1％时，可使C1出口NOx排放浓度≤350mg/Nm³(湿态，O2含量10％)。

该系统阻力小，C1出口压力4700±300Pa。

该系统对劣质无烟煤的适应性强，煤粉在分解炉内停留时间长达9秒，且分解炉炉容大，煤粉燃烧空间充足，燃烬率高。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种水泥熟料窑外预分解系统，包括旋风筒、分解炉（9）；

所述的旋风筒从顶部至底部分别为一级旋风筒（18）、二级旋风筒（19）、三级旋风筒（20）、四级旋风筒（21）和五级旋风筒（22）；

所述的一级至五级旋风筒为两列分布，其中一级旋风筒（18）为每列两个，二级至五级每列一个；

所述的旋风筒自上至下包括涡壳（2）、圆柱体（3）、圆锥体（4），所述的涡壳（2）内设内筒（1），所述的涡壳（2）的外侧设置进风口（8）；

其特征在于：

所述的一级旋风筒（18）和五级旋风筒（22）设有锥体扩径结构（7），所述的锥体扩径结构（7）为：

所述的圆锥体（4）分为上锥体（5）和下锥体（6），所述的上锥体（5）与下锥体（6）均为大端朝上、小端朝下；

所述的上锥体（5）与下锥体（6）同轴连接并相通，所述的下锥体（6）的大端直径大于上锥体（5）的小端直径；

所述的下锥体（6）的上端口与所述的上锥体（5）之间设水平的密封端面。

2.按照权利要求1所述的水泥熟料窑外预分解系统，其特征在于：所述的分解炉（9）从上至下分别为混合室（17）、辅助喷腾床（10）、旋流室（11）和喷腾床（12），所述的喷腾床（12）的下部为高温烟气进口（15）。

3.按照权利要求1所述的水泥熟料窑外预分解系统，其特征在于：所述的进风口（8）的底部设有倾斜面，所述的倾斜面的倾斜方向是从外向内、从高到低，使所述的进风口（8）的两侧面的形状为五边形。

4.按照权利要求2所述的水泥熟料窑外预分解系统，其特征在于：所述的辅助喷腾床（10）连接所述的混合室（17）与旋流室（11），并在直径方向形成收缩。

5.按照权利要求2所述的水泥熟料窑外预分解系统，其特征在于：所述的喷腾床（12）由所述的高温烟气进口（15）至旋流室（11）方向，形成直径由小到大的锥度。

6.按照权利要求2或4或5所述的水泥熟料窑外预分解系统，其特征在于：所述的分解炉（9）设有两个三次风进口（14），在所述的分解炉（9）的横截面上，按所述的分解炉（9）的中心对称分布，从所述的旋流室（11）的底部水平旋切入炉。

7.按照权利要求6所述的水泥熟料窑外预分解系统，其特征在于：所述的分解炉（9）设有三个生料进口（13），其中一个设在所述的旋流室（11）的上部，通过下料管（23）斜向下通入炉内；另外两个分别设在所述的三次风进口（14）处，通过下料管（23）斜向下、向炉内方向通入三次风进口（14）。

8.按照权利要求6所述的水泥熟料窑外预分解系统，其特征在于：所述的分解炉（9）设有四个煤粉喷口（16），其中两个设在所述的喷腾床（12）的高度方向上的中部；另外两个与所述的三次风进口（14）的高度相同，与三次风进口（14）间隔分布。