CN203857822U - 一种水泥窑利用液态氧和液态氮冷却熟料的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水泥窑利用液态氧和液态氮冷却熟料的装置。所述装置是在水泥窑篦冷机高温降温区设置有液氧输入接口，在中温降温区设置有液氮输入接口，本实用新型中液氧通入提高了熟料冷却速率，使高温熟料骤冷，防止或减少C₃S在1250℃的分解，防止或减少了MgO晶体析出，改善熟料稳定性；防止C₃S的晶体长大，提高熟料的易磨性。液氮通入有效的防止或减少了C₂S的晶型转变。

Description

一种水泥窑利用液态氧和液态氮冷却熟料的装置

技术领域

本实用新型涉及水泥窑富氧燃烧领域，特别涉及一种水泥窑利用液态氧和液态氮冷却熟料的装置，是一种利用液态氧和液态氮冷却熟料并强化回转窑预热分解系统燃烧的装置。

背景技术

富氧燃烧是指在比空气(含氧20.9％)含氧浓度高的富氧空气中的燃烧：它是一项高效节能的燃烧技术，在玻璃工业、冶金工业及热能工程领域均有应用。通常空气中只有20.9％的氧气，燃料在空气燃烧时因缺氧会降低发热量，造成能源浪费：煤炭(包括油品、天然气)在26％～31％氧浓度时，获得最佳的燃烧效率。富氧燃烧机理是将高浓度氧气送入燃烧设备中，提高燃烧空气的氧气含量，从而提高窑炉燃烧效率，使燃料在富氧燃烧中极大的转化成热能。

随着全球能源危机的加剧，燃料价格的不断上涨及环保要求的不断提高，企业的生产成本越来越高，节能降耗和保护环境是每个企业发展的重要问题。富氧燃烧作为较新的燃烧技术在节能和减排方面的优良性能，在工业炉窑方面的应用得到了大力的推广。随着水泥企业节能减排力度加大，降低能源消耗成为降低成本的重要手段，富氧燃烧技术日趋成熟。

公开号CN102434890的发明专利介绍了采用膜分离技术，自空气中分离获取两种不同纯度的富氧气体，再分别送入水泥回转窑的多通道燃烧器的不同部

位，进行富氧助燃。该发明无需改善现有的燃烧器、增强了富氧燃烧的调节性。然而在改善并提高燃烧性能的前提下，水泥窑还要解决另一个问题，就是防止硅酸三钙在温度超过1250℃时的过度分解以及防止或减少了MgO晶体析出，改善熟料稳定性；防止C₃S的晶体长大，提高熟料的易磨性。此外，回转窑熟料在篦冷机的中温段，还需要解决C₂S的晶型转换问题，尤其是在生产高C₂S熟料产品时，更需要通过急速冷却的方式，使熟料快速通过晶型转换温度区间，因此水泥窑设置了熟料冷却段，其目的是将高温的熟料进行冷却，以改善上述的问题，但目前的冷却段所采用的是大功率的风冷机使用的是自然空气，并且随着环境温度的变化存在冷却能耗大，冷却效果不稳定的问题，进而影响水泥产品质量的问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种水泥窑利用液态氧和液态氮冷却熟料的装置。是一种利用液态氧和液态氮冷却熟料并强化回转窑预热分解系统燃烧的装置。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种水泥窑利用液态氧和液态氮冷却熟料的装置，包括水泥窑篦冷机，水泥窑的高温熟料从回转窑出来后落入水泥窑篦冷机，所述水泥窑篦冷机顺序设置有高温降温区、中温降温区、低温降温区，所述高温熟料经高温降温区、中温降温区和低温降温区后转入下一道工序段，在所述篦冷机高温降温区和中温降温区分别设置有风冷鼓风机，在所述高温降温区风冷鼓风机的输出或输入管道上设置有液氧输入接口，在所述中温降温区风冷鼓风机的输出或输入管道上设置有液氮输入接口，一个液氧源通过液氧连接管与液氧输入接口连接，一个液氮源通过液氮连接管与液氮输入接口连接，一个控制电路根据高温降温区和中温降温区的温度控制液氧与空气的送入比例以及液氮与空气的送入比例。

方案进一步是：所述控制电路包括工业控制器、风速传感器、流量控制电磁阀、变频电源控制器、温度传感器；

当液氧输入接口和液氮输入接口分别设置在鼓风机输出管道上的时候，在所述高温降温区风冷鼓风机输出管道从鼓风机输出口到液氧输入接口之间、以及所述中温降温区风冷鼓风机输出口到液氮输入接口之间分别设置用于测量风量的所述风速传感器；

当液氧输入接口和液氮输入接口分别设置在鼓风机输入管道上的时候，在所述高温降温区风冷鼓风机输入管道进风口到液氧输入接口之间、以及所述中温降温区风冷鼓风机输入管道进风口到液氮输入接口之间分别设置用于测量风量的所述风速传感器；

所述的液氧连接管和液氮连接管上分别设置有所述流量控制电磁阀，所述风冷鼓风机的电机连接的是所述变频电源控制器，所述篦冷机的高温降温区和中温降温区分别设置有所述温度传感器，所述的风速传感器、温度传感器连接至工业控制器的信号输入电路，所述工业控制器的控制输出电路分别连接变频电源控制器、流量控制电磁阀。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

液氧通入的优点：

1，加速了熟料的热交换，使高温熟料骤冷，防止或减少C3S在1250℃的分解，防止或减少了MgO晶体析出，改善熟料稳定性；防止C₃S的晶体长大，提高熟料的易磨性。

2，液氧的通入降低燃料的燃点温度和减少燃尽时间，加快燃烧速度，促进燃烧完全；同时使火焰具有较高火焰温度和黑度。

3，降低过量空气系数，减少燃烧后的烟气量。

液氮通入的优点：

有效的防止或减少了C₂S的晶型转变。在熟料经过500℃左右温度段时，液氮的通入，使熟料快速通过此温度段，有效的防止了β-C₂S向γ-C₂S的晶型转变，防止了熟料的粉化现象，提高了熟料的强度。

下面结合附图和实施例对本实用新型作一详细描述。

附图说明

图1为本实用新型水泥窑篦冷机液态氧和液态氮加入结构示意图；

图2为本实用新型水泥窑篦冷机另一种液态氧和液态氮加入结构示意图；

图3为本实用新型控制电路逻辑线路示意图。

具体实施方式

一种水泥窑利用液态氧和液态氮冷却熟料的装置，如图1和图2所示，包括水泥窑篦冷机1，水泥窑的高温熟料2从回转炉3出来后落入水泥窑篦冷机，所述水泥窑篦冷机顺序设置有高温降温区1-1、中温降温区1-2和低温降温区1-3，所述高温熟料经高温降温区、中温降温区和低温降温区后转入下一道工序段，在所述篦冷机高温降温区和中温降温区分别设置有风冷鼓风机4和5，在所述高温降温区风冷鼓风机的输出管道4-1上设置有液氧输入接口6，在所述中温降温区风冷鼓风机的输出管道5-1上设置有液氮输入接口7，或者如图2所示，在所述高温降温区风冷鼓风机的输入管道4-2上设置有液氧输入接口，在所述中温降温区风冷鼓风机的输入管道5-2上设置有液氮输入接口，一个液氧源8通过液氧连接管9与液氧输入接口连接，一个液氮源10通过液氮连接管11与液氮输入接口连接，一个控制电路根据高温降温区和中温降温区的温度控制液氧与空气的送入比例以及液氮与空气的送入比例。

实施例中：如图3所示，所述控制电路包括工业控制器12、风速传感器13、流量控制电磁阀14、变频电源控制器15、温度传感器16；

当液氧输入接口和液氮输入接口分别设置在鼓风机输出管道上的时候，在所述高温降温区风冷鼓风机输出管道从鼓风机输出口到液氧输入接口之间、以及所述中温降温区风冷鼓风机输出口到液氮输入接口之间分别设置用于测量风量的所述风速传感器13；

当液氧输入接口和液氮输入接口分别设置在鼓风机输入管道上的时候，在所述高温降温区风冷鼓风机输入管道进风口4-2-1到液氧输入接口之间、以及所述中温降温区风冷鼓风机输入管道进风口5-2-1到液氮输入接口之间分别设置用于测量风量的所述风速传感器13；

所述的液氧连接管和液氮连接管上分别设置有所述流量控制电磁阀14，所述风冷鼓风机的电机连接的是所述变频电源控制器，所述篦冷机的高温降温区和中温降温区分别设置有所述温度传感器，所述的风速传感器、温度传感器连接至工业控制器的信号输入电路，所述工业控制器的控制输出电路分别连接变频电源控制器、流量控制电磁阀；其中的工业控制器是市场上成熟的PLC可编程控制器。

上述的实施例中，所述的高温区从高温区入口到出口（即熟料入口到熟料送出口）的温度是不同的通常高温区入口的温度最高，温度传感器也设置在高温区入口或者入口到出口之间。同样，所述的中温区从中温区入口到出口（即熟料入口到熟料送出口）的温度是不同的通常中温区入口的温度最高，温度传感器也设置在中温区入口或者入口到出口之间。

由篦冷机下方的风室进入篦冷机内的冷空气在与篦床上的高温熟料进行充分的热交换后被加热成高温热风从篦冷机的上端引出形成二次风和三次风，被分别送入回转窑(二次风)和分解炉(三次风)助燃。因此，上述的实施例中，所述的高温降温区是二次风和高温降温区三次风与熟料进行热交换的篦冷机的篦床区域，温度传感器设置在篦冷机的高温段与中温段，高温降温区是指篦冷机内与熟料换热后气体温度高于700℃的区域，中温降温区是指篦冷机内与熟料换热后气体温度在700℃-300℃的区域。

液氧是指工业液氧。工业上制造液氧的方法是对液态空气进行分馏，它的主要物理性质如下：通常气压（101.325 kPa）下密度1.141 g/cm??，凝固点50.5 K（-222.65 °C），沸点90.188 K（-182.96 °C）。

实施例中在高温区加入液氧加速了熟料的热交换，使高温熟料骤冷，防止或减少C₃S在1250℃的分解，在中温区加入液氮防止或减少了MgO晶体析出，改善熟料稳定性；防止C₃S的晶体长大，提高熟料的易磨性。

液氧的通入降低燃料的燃点温度和减少燃尽时间，加快燃烧速度，促进燃烧完全；同时使火焰具有较高火焰温度和黑度同时降低过量空气系数，减少燃烧后的烟气量。

在水泥生产过程中，液氧随空气进入篦冷机，液体遇到高温熟料，液体变成气体，这是一个吸热反应，因此可以说加速了热价换；

水泥熟料以石灰石和粘土、铁质原料为主要原料，按适当比例配制成生料，烧至部分或全部熔融，并经冷却而获得的半成品。熟料在回转窑烧成后，要送入篦冷机进行极冷。

从窑头罩落入篦冷机的高温熟料在1350℃左右。高温熟料从窑头罩落入篦冷机的同时，篦冷机下方高压冷风机将强冷风鼓入篦冷机下风室并透过熟料层，此时篦床上熟料基本处于悬浮状态，高温熟料与冷空气在较短时间内完成充分的热交换，冷风使高温熟料急速冷却，熟料中的多种矿物成分结晶成相对稳定的晶相并迅速达到稳定状态，高压冷风机鼓入的冷空气则被迅速加热。细的熟料颗粒由篦床的细孔流入篦床下方的集料斗，较大颗粒的熟料则保持一定厚度随篦板以一定的速度向出料端移动，经过中温区和低温区的冷风继续冷却后，经过篦冷机破碎机的破碎后落入篦冷机的输送设备进入熟料库，工艺上要求此时的出篦冷机的熟料温度为周围环境温度+65℃左右，由篦冷机下方的风室进入篦冷机内的冷空气在与篦床上的高温熟料进行充分的热交换后被加热成高温热风，分别进入回转窑(二次风)和分解炉(三次风)助燃。水泥纯低温余热发电系统投运以后，将会从篦冷机提取部分热风，窑头AQC炉利用这些废热进行余热发电或供暖等，以达到热量回、收节能减排的目的。

篦冷机是干法水泥生产过程中的关键设备，在整个水泥生产过程当中不仅承担着对篦冷机内高温熟料进行冷却的作用，而且还有改善出篦冷机熟料质量、提高熟料在水泥制备环节的易磨性，提高二次风、三次风温度、对回转窑系统的助燃等作用。熟料冷却系统的篦冷机与烧成系统的五级旋风预热器、分解炉、回转窑等设备相互组合，共同构成了一个水泥生产过程冷却与烧成系统体系。篦冷机的功能可从如下两方面介绍：

(1)从水泥工艺方面来说，篦冷机主要负责对落入篦冷机的高温熟料快速降温也叫骤冷。高温熟料从窑头罩落入篦冷机，篦冷机下方的高压冷却风机将冷空气压如篦冷机的风室中，然后冷风从篦下迅速穿透篦床上的熟料层，使高温熟料急速冷却同时实现热量的回收，此过程中高温熟料在篦冷机中发生一系列复杂的物理化学反应。在此过程中冷却效果好的晶体的易磨性也会很好。

(2)从热工角度来说，熟料在篦冷机中实现骤冷的同时由篦下高压冷却风机鼓入的冷风和篦床上的高温熟料实现快速冷热对流换热，从而实现对高温熟料所携带热量的回收。回收得到的热风除了一部分作为二次风和三次风助燃，还有一部分经过窑头收尘器后进入水泥纯低温余热发电系统的窑头AQC炉发电。因此，如果回收得到的热风一直保持在一个较高的温度，那么这对降低回转窑和分解炉环节的热耗，对余热发电系统的发电量都是有利的。相反，如果篦冷机的热回收效率较低的话，那么这不仅对熟料的冷却质量有影响，对烧成系统的煤耗和对余热发电系统的发电量都是有不利影响的，进而对企业的节能降耗不利。

(3)篦冷机承担对高温熟料的冷却和输送任务，他对高温熟料的冷却方便于对高温熟料的运输和存储。如果不经篦冷机的冷却，要输送高温熟料必须要采用耐高温的设备，这会提高生产成本并且对设备的损坏也很严重。 

Claims (2)

1.一种水泥窑利用液态氧和液态氮冷却熟料的装置，包括水泥窑篦冷机，水泥窑的高温熟料从回转窑出来后落入水泥窑篦冷机，所述水泥窑篦冷机顺序设置有高温降温区、中温降温区、低温降温区，所述高温熟料经高温降温区、中温降温区和低温降温区后转入下一道工序段，在所述篦冷机高温降温区和中温降温区分别设置有风冷鼓风机，其特征在于，在所述高温降温区风冷鼓风机的输出或输入管道上设置有液氧输入接口，在所述中温降温区风冷鼓风机的输出或输入管道上设置有液氮输入接口，一个液氧源通过液氧连接管与液氧输入接口连接，一个液氮源通过液氮连接管与液氮输入接口连接，一个控制电路根据高温降温区和中温降温区的温度控制液氧与空气的送入比例以及液氮与空气的送入比例。

2.根据权利要求1所述的一种水泥窑利用液态氧和液态氮冷却熟料的装置，其特征在于，所述控制电路包括工业控制器、风速传感器、流量控制电磁阀、变频电源控制器、温度传感器；

当液氧输入接口和液氮输入接口分别设置在鼓风机输出管道上的时候，在所述高温降温区风冷鼓风机输出管道从鼓风机输出口到液氧输入接口之间、以及所述中温降温区风冷鼓风机输出口到液氮输入接口之间分别设置用于测量风量的所述风速传感器；

当液氧输入接口和液氮输入接口分别设置在鼓风机输入管道上的时候，在所述高温降温区风冷鼓风机输入管道进风口到液氧输入接口之间、以及所述中温降温区风冷鼓风机输入管道进风口到液氮输入接口之间分别设置用于测量风量的所述风速传感器；

所述的液氧连接管和液氮连接管上分别设置有所述流量控制电磁阀，所述风冷鼓风机的电机连接的是所述变频电源控制器，所述篦冷机的高温降温区和中温降温区分别设置有所述温度传感器，所述的风速传感器、温度传感器连接至工业控制器的信号输入电路，所述工业控制器的控制输出电路分别连接变频电源控制器、流量控制电磁阀。