一种预防水泥预分解窑系统高温结皮的装置及方法与流程

[0001]
本发明属于水泥生产技术领域，具体涉及一种预防水泥预分解窑系统高温结皮的装置及方法。


背景技术：

[0002]
作为一种主要的温室气体，co2的大量排放加剧了全球温室效应，在我国，水泥行业已成为仅次于电力行业的第二大co2排放源，减缓水泥工业的co2排放问题刻不容缓。
[0003]
目前水泥行业可采用的碳减排技术方案为燃烧前捕集和燃烧后捕集，这两种方法均存在碳捕集效率低、捕集流量小、系统复杂、设备投资大、运行成本高的问题。有研究表明，当大幅度提高窑尾烟气中co2浓度可大大简化对烟气中co2捕集提纯的工艺流程，大大降低co2捕集提纯系统的投资成本和运行成本。基于上述研究成果，国内外对水泥工业富(纯)氧燃烧技术开展了大量研究工作，主要的思路是将水泥预分解窑系统采用的助燃介质由常规空气替换为富(纯)氧，尽可能减少助燃介质中的n2含量，从而提升烟气中co2浓度，随后通过捕集提纯系统将烟气中co2提纯至99.9％或更高纯度。由于分解炉内主要发生煤粉燃烧和生料分解反应，而生料分解反应为可逆反应，当烟气中co2浓度升高时，co2的局部分压增大，导致生料分解反应正向进行受到抑制，从而导致生料分解率降低，增加回转窑负荷，进而导致水泥预分解窑系统热耗增加，水泥预分解窑系统的产量无法提高，同时也会对熟料的产品质量造成影响，这是水泥生产过程中需要极力避免的。为保证高co2浓度下生料分解率为90％以上，可行的思路主要有提高分解炉内温度、增加分解炉炉容。一方面，现有水泥预分解窑系统的布置空间非常紧凑，客观条件不允许分解炉炉容无限增加；另一方面，当分解炉内温度较低时，即使大幅度增加分解炉炉容，也很难保证生料分解率为90％以上。基于上述考虑，要想实现高co2浓度下生料分解率为90％以上，可采用的思路为提高分解炉内温度。然而，随着分解炉内温度的提高，极有可能在分解炉出口及与分解炉相连的下级预热器下料口等部位造成灾难性的结皮，结皮增加了系统的阻力，影响了窑系统的通风，影响了熟料煅烧质量和产量，重者可能发生旋风预热器堵塞，导致水泥窑停机停产，影响水泥窑系统的稳定运行。
[0004]
基于上述介绍，预防分解炉出口及与分解炉相连的下级预热器下料口出现高温结皮是富(纯)氧燃烧技术普遍面临的问题，若上述问题无法得到有效解决，将使得富(纯)氧燃烧技术较难在水泥工业得到推广应用。
[0005]
因此，研发一种可以解决上述技术问题的装置和方法具有重要意义。


技术实现要素：

[0006]
针对上述问题，本发明提供一种预防水泥预分解窑系统高温结皮的装置，所述水泥预分解窑系统包括分解炉、旋风预热器，旋风预热器包括多级旋风分离器，分解炉的出口与最下一级旋风分离器之间设置有第一管道；
[0007]
所述装置包括循环管道，循环管道的一端设置在最上一级旋风分离器出口管道
上，循环管道的另一端设置在所述第一管道上；所述循环管道上还设置有输送支路，所述输送支路与收集设备连接；
[0008]
所述循环管道上设置有第一阀门，所述输送支路上设置有第二阀门。
[0009]
进一步地，所述第一阀门、第二阀门是电磁球阀、闸阀的任意一种。
[0010]
进一步地，所述旋风预热器的列数为1列或2列。
[0011]
进一步地，所述装置还包括温度控制部件，所述温度控制部件安装在分解炉出口处，所述温度控制部件用于监测分解炉出口处的温度，并控制第一阀门的开启或关闭。
[0012]
进一步地，所述温度控制部件包括温度监测单元、显示屏、控制器；
[0013]
所述温度监测单元分别与显示屏、控制器连接；所述控制器与所述第一阀门连接，所述控制器用于控制第一阀门的开启或关闭；
[0014]
所述温度监测单元安装在分解炉的出口处，用于实时监测分解炉出口处的温度，所述温度监测单元还用于将分解炉出口处的温度分别发送到控制器和显示屏；所述显示屏用于显示温度监测单元所监测的温度；
[0015]
所述控制器用于接收分解炉出口处的温度，并用于将分解炉出口处的温度与高温阈值、低温阈值进行比较；
[0016]
当分解炉出口处的温度大于等于高温阈值时，所述控制器控制第一阀门打开；
[0017]
当分解炉出口处的温度小于等于低温阈值时，所述控制器控制第一阀门关闭。
[0018]
进一步地，所述温度监测单元是热电偶、温度传感器的任意一种。
[0019]
进一步地，所述控制器为温度继电器、plc控制器的任意一种。
[0020]
本发明还提供使用上述预防水泥预分解窑系统高温结皮的装置预防水泥预分解窑系统高温结皮的方法，所述方法包括：利用第一阀门控制循环管道的开启或关闭，利用第二阀门控制输送支路的开启或关闭；
[0021]
当第一阀门打开时，循环管道开启，旋风预热器出口排出的烟气经循环管道、第一管道，进入最下一级旋风分离器。
[0022]
进一步地，所述方法还包括：利用温度控制部件监测分解炉出口处的温度，并控制第一阀门的开启或关闭。
[0023]
进一步地，所述温度控制部件包括温度监测单元、显示屏、控制器；
[0024]
所述温度监测单元分别与显示屏、控制器连接；所述控制器与所述第一阀门连接，利用所述控制器控制第一阀门的开启或关闭；
[0025]
利用所述温度监测单元实时监测分解炉出口处的温度，所述温度监测单元将分解炉出口处的温度分别发送到控制器和显示屏；所述显示屏显示温度监测单元所监测的温度；
[0026]
所述控制器接收分解炉出口处的温度，并将分解炉出口处的温度与高温阈值、低温阈值进行比较；
[0027]
当分解炉出口处的温度大于等于高温阈值时，所述控制器控制第一阀门打开；
[0028]
当分解炉出口处的温度小于等于低温阈值时，所述控制器控制第一阀门关闭。
[0029]
本发明的有益效果：
[0030]
本发明通过在现有的水泥预分解窑系统上增设循环管道，使旋风预热器排出的低温烟气与分解炉出口的高温烟气混合，形成了降温区域，使分解炉出口处及与分解炉相连
的下级旋风分离器下料口处的温度降低，预防由于高温而导致的结皮的形成，保证水泥预分解窑系统的稳定运行。
[0031]
本发明的装置和方法适用于各类水泥预分解窑系统，本发明的装置不需要对现有的水泥预分解窑系统进行大幅度改造，设计简单合理，实用性强。
[0032]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0033]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]
图1示出了将本发明实施例的预防水泥预分解窑系统高温结皮的装置安装在水泥预分解窑系统上的示意图。
[0035]
其中，1-第一管道，2-循环管道，3-第一阀门，4-输送支路，5-第二阀门，6-分解炉，7-最下一级旋风分离器，8-最上一级旋风分离器，9-助燃介质管道。图中的虚线表示气体输送管道，实线表示物料输送管道，箭头表示气体或物料的流动方向。
具体实施方式
[0036]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037]
需要理解的是，术语“第一”、“第二”等的使用并非表示任何顺序或重要性，并非表示隐含指明所指示的技术特征的数量。术语“第一”、“第二”等仅用于部件之间的彼此区分。术语“包括”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、元件、部件、和/或它们的组合。
[0038]
本发明提供一种预防水泥预分解窑系统高温结皮的装置，图1示出了将本发明实施例的预防水泥预分解窑系统高温结皮的装置安装在水泥预分解窑系统上的示意图，如图1所示，所述装置包括循环管道2和温度控制部件(图中未示出)。所述水泥预分解窑系统包括旋风预热器、分解炉6、烟室、回转窑、冷却机，所述水泥预分解窑系统还包括助燃介质管道9。所述旋风预热器包括多级旋风分离器，分解炉6的出口与最下一级旋风分离器7之间设置有第一管道1；循环管道2的一端设置在最上一级旋风分离器8上，具体地，循环管道2的一端与最上一级旋风分离器8出口管道连接，循环管道2的另一端与所述第一管道1连接；所述循环管道2用于将旋风预热器出口排出的低温烟气与分解炉出口的高温烟气相混合，混合后的气体温度低于分解炉出口排出的烟气温度，混合之后的气体经第一管道1进入最下一级旋风分离器7，可以预防与分解炉相连的下级旋风分离器下料口处的结皮问题。气体混合之后，还可以在第一管道1与循环管道2的连接处形成降温区域，由于气体的流动性，可以进
一步使分解炉出口处的温度降低，可以预防分解炉出口处的结皮问题。所述循环管道2上设置有第一阀门3。
[0039]
所述循环管道2上还设置有输送支路4，所述输送支路4与收集设备(图中未示出)连接。所述输送支路4上设置有第二阀门5。
[0040]
所述温度控制部件安装在分解炉6出口处，所述温度控制部件用于监测分解炉6出口处的温度，并控制第一阀门3的开启或关闭。
[0041]
所述温度控制部件包括温度监测单元、显示屏和控制器；
[0042]
所述温度监测单元分别与显示屏、控制器连接；所述控制器与所述第一阀门3连接。
[0043]
所述温度监测单元安装在分解炉6的出口处，用于实时监测分解炉6出口处的温度，所述温度监测单元还用于将分解炉6出口处的温度分别发送到控制器和显示屏；所述显示屏用于显示温度监测单元所监测的温度；所述控制器用于控制第一阀门3的开启或关闭；
[0044]
所述温度监测单元是热电偶、温度传感器的任意一种。
[0045]
所述控制器用于接收分解炉6出口处的温度，并用于将分解炉6出口处的温度与高温阈值、低温阈值进行比较；
[0046]
当分解炉6出口处的温度大于等于高温阈值时，所述控制器控制第一阀门3打开；
[0047]
当分解炉6出口处的温度小于等于低温阈值时，所述控制器控制第一阀门3关闭。
[0048]
所述控制器为温度继电器、plc控制器的任意一种。
[0049]
所述第一阀门3、第二阀门5是电磁球阀、闸阀的任意一种。
[0050]
本发明的装置可以通过温度控制部件来控制第一阀门3的开启或关闭，当第一阀门3开启时，旋风预热器出口排出的烟气可以经循环管道2、第一管道1重新进入旋风预热器，通过循环管道2与第一管道1的连接处，旋风预热器出口排出的低温烟气可以与分解炉出口排出的高温烟气混合，实现对分解炉出口排出的高温烟气进行降温的目的，并形成降温区域。并且由于气体的流动性，可以使分解炉出口处的温度降低，预防分解炉6出口处形成结皮。并且旋风预热器出口排出的烟气与分解炉出口排出的高温烟气混合后，混合后的气体温度小于分解炉出口排出的高温烟气的温度，混合后的低温气体经第一管道1进入旋风预热器，可以预防与分解炉相连的下级旋风分离器下料口处的结皮。
[0051]
当第一阀门3开启时，可以使分解炉出口处的温度降低，还可以使进入旋风预热器的烟气温度降低；若进入旋风预热器的烟气温度过低，会影响生料在旋风预热器中的预热。当分解炉出口处的温度降低到低温阈值时，通过本发明的控制器可以关闭第一阀门3，以防止进入旋风预热器的烟气温度过低。
[0052]
本领域的技术人员可以根据生料和水泥预分解窑的实际工作情况来选择高温阈值、低温阈值。示例性的，高温阈值可以为880℃，低温阈值可以为860℃，但不限于此。通过使用本发明的装置，可以使分解炉出口处的温度保持在高温阈值与低温阈值之间，一旦分解炉出口处的温度高于高温阈值，温度控制部件控制第一阀门开启，形成降温区域，使分解炉出口处的温度降低，并进一步使与分解炉相连的下级旋风预热器下料口处的温度降低，预防结皮的形成。当分解炉出口处的温度过低时，温度控制部件控制第一阀门关闭，避免进入旋风预热器中的烟气温度过低而影响生料的预热。
[0053]
本发明的装置可以根据温度监测单元所监测的分解炉出口处的实时温度控制循
环管道上第一阀门的开启或关闭。通过本发明的装置，可以避免分解炉出口处及与分解炉相连的下级旋风分离器下料口处的温度过高，避免形成结皮；还可以避免进入旋风预热器的气体温度过低，避免影响生料的预热效果。
[0054]
本发明的装置可以适用于各类水泥预分解窑系统。例如本发明的装置适用于离线型水泥预分解窑系统、在线型水泥预分解窑系统，本发明的装置适用于单系列旋风预热器的水泥窑系统、双系列旋风预热器的水泥窑系统。
[0055]
本发明还提供一种使用上述预防水泥预分解窑系统高温结皮的装置预防水泥预分解窑系统高温结皮的方法，所述方法包括：利用第一阀门控制循环管道的开启或关闭，利用第二阀门控制输送支路的开启或关闭；
[0056]
当第一阀门打开时，循环管道开启，旋风预热器出口排出的烟气经循环管道、第一管道，进入最下一级旋风分离器。
[0057]
进一步地，所述方法还包括：利用温度控制部件监测分解炉出口处的温度，并控制第一阀门的开启或关闭。
[0058]
进一步地，所述温度控制部件包括温度监测单元、显示屏、控制器；
[0059]
所述温度监测单元分别与显示屏、控制器连接；所述控制器与所述第一阀门连接，利用所述控制器控制第一阀门的开启或关闭；
[0060]
利用所述温度监测单元实时监测分解炉出口处的温度，所述温度监测单元将分解炉出口处的温度分别发送到控制器和显示屏；所述显示屏显示温度监测单元所监测的温度；
[0061]
所述控制器接收分解炉出口处的温度，并将分解炉出口处的温度与高温阈值、低温阈值进行比较；
[0062]
当分解炉出口处的温度大于等于高温阈值时，所述控制器控制第一阀门打开；
[0063]
当分解炉出口处的温度小于等于低温阈值时，所述控制器控制第一阀门关闭。
[0064]
图1以离线型水泥预分解窑系统为例进行说明，分解炉左侧设置有第一列旋风预热器，分解炉右侧设置有第二列旋风预热器。生料经提升机由喂料装置分别喂入第一列旋风预热器和第二列旋风预热器，在第一列旋风预热器和第二列旋风预热器内实现预热生料和气固分离。进入第一列旋风预热器的生料经过多次换热和气固分离后从第一列倒数第二级旋风分离器进入分解炉。进入第二列旋风预热器的生料经过多次换热和气固分离后从第二列最后一级旋风分离器进入分解炉。分解炉内燃料燃烧释放大量热量供生料分解，分解完成的热生料离开分解炉，随后经过第一管道1进入第一列最后一级旋风分离7进行气固分离，分离后的烟气向上流动，进入上一级旋风分离器，最终从最上一级旋风分离器8出口管道离开；分离后的物料经烟室进入回转窑，在回转窑内煅烧形成熟料，熟料由回转窑出口进入冷却机，冷却机对高温熟料进行冷却。从回转窑离开的高温烟气进入第二列旋风预热器，随后对第二列旋风预热器中的生料进行多次预热和气固分离，烟气最终从第二列旋风预热器出口管道离开。
[0065]
进一步地，所述控制器还可以与所述第二阀门5连接，所述控制器还用于控制第二阀门5的开启或关闭；
[0066]
进一步地，当第一阀门3关闭时，第二阀门5打开，旋风预热器出口排出的烟气进入输送支路，经过收集设备(图中未示出)进行收集。收集设备用于收集水泥预分解窑系统所
产生的烟气。所述收集设备可以与烟气捕集提纯系统连接，用于捕集水泥预分解窑系统所产生的二氧化碳；所述收集设备还可以与余热利用设备连接，直接将水泥预分解窑系统所产生的烟气进行余热利用；余热利用设备还可以与烟气捕集提纯系统连接，烟气先进入余热利用设备进行余热利用，余热利用完成的气体可以进入烟气捕集提纯系统，对二氧化碳进行捕集提纯。
[0067]
具体地，助燃介质管道9用于向分解炉中输送助燃介质，助燃介质可以为纯氧或富氧气体。助燃介质管道9的一端与分解炉连接，助燃介质管道9的另一端与储存助燃介质的罐体(图中未示出)连接。
[0068]
当第一阀门3打开时，第二阀门5可以根据需要选择打开或关闭。当第一阀门3打开、第二阀门5打开时，一部分旋风预热器出口排出的烟气经循环管道、第一管道，进入最下一级旋风分离器7；另一部分旋风预热器出口排出的烟气进入输送支路，经过收集设备后，进入烟气捕集提纯系统或者余热利用设备。当第一阀门3打开、第二阀门5关闭时，旋风预热器出口排出的烟气全部经循环管道、第一管道，进入最下一级旋风分离器7。
[0069]
本发明对旋风预热器的级数不作限制，本领域技术人员可以根据使用需求进行选择，例如为3～7级。
[0070]
本发明在传统水泥预分解窑系统上增设循环管道2和温度控制部件，循环管道2上设置有第一阀门3。所述循环管道2上还设置有输送支路4，所述输送支路4与收集设备连接。所述输送支路4上设置有第二阀门5。通过温度控制部件可以监测分解炉出口处的温度，并且可以控制第一阀门3的开启或关闭，可以用于预防分解炉出口及与分解炉出口相连的下级旋风分离器下料口出现高温结皮。
[0071]
需要理解的是，本发明的装置可以用于预防水泥预分解窑系统高温结皮，但对引起高温结皮的原因不作限制，例如本发明的装置可以用于预防由于分解炉内富氧燃烧或纯氧燃烧所引起的水泥预分解窑系统高温结皮，还可以用于预防其他原因所引起的水泥预分解窑系统高温结皮，例如可以用于预防具有间接换热分解炉的水泥预分解窑系统的高温结皮。
[0072]
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

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