专利名称：一种水泥回转窑高温筒体壁面辐射能余热回收的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种余热回收的装置，特别地涉及一种主要应用于水泥回转窑高 温筒体壁面辐射能余热回收的装置。
背景技术：
现我国是水泥生产大国，目前全国共有水泥生产企业5000余家，水泥总产量连续 20余年居世界第一位。30年来，水泥产量以超过年均10%的高速持续增长，水泥产业作为 国民经济支柱的同时也是能耗大户，生产成本中能源成本占据较高比例，因此水泥企业节 能降耗对其内部及国民经济、环境保护等均有非常重要的意义。水泥生产过程中，回转窑筒壁面约300C，以产能5000t/d孰料生产线为例，直径 4m，长60m的窑筒，可回收辐射能约为5MW，数量可观，不但可以满足厂区生活用热，还可以 提供部分办公设施的采暖负荷，甚至产生低压饱和蒸汽，作为水泥窑纯低温余热发电系统 的汽轮机补汽进行发电，进一步提高系统发电能力，降低生产能耗。目前，辐射集热器主要包括聚焦、槽式平板等形式，主要应用于太阳能热发电领 域，针对水泥窑高温筒体壁面辐射能余热回收，尚尤专业产晶开发，本发明旨在开发一种低 成本、模块式水泥回转窑专用辐射集热器，用以回收高温筒体壁面的辐射能。
发明内容
本发明的目的针对现有技术的缺陷在于提供一种低成本、模块式水泥回转窑专用 辐射集热器，用以回收高温筒体壁面辐射能，提高水泥工业余热回收利用率。为实现上述目的，本发明在水泥回转窑表面布置多组辐射集热器，以辐射换热为 主回收窑筒壁面辐射能，辐射集热器内布置多排管路，以水为工质，通过对流换热方式吸收 辐射集热器所获得的辐射能，根据需要制备生活、供暖用热水甚至发电用蒸汽。换言之，本发明提供了一种水泥回转窑高温筒体壁面辐射能余热回收的集热装 置，包括多个集热器组件，每个集热器组件由至少两个集热器单元结构围绕回转窑筒体布 置而成，其中集热器单元结构包括集热器单元主体，其由数根第一管路和数根第二管路并 排相间设置，并由固定装置进行固定而形成，其中第一管路和第二管路均由水平管段和位 于水平管段两侧的两个弯曲管段组合而成，且第一管路和第二管路的弯曲管段的弯曲角度 不同；两个连接管，其分别设置在集热器单元主体的两侧，第一管路和第二管路的弯曲管开 口处，并与集热器单元主体中的第一管路和第二管路相连通；四个过渡管，其分别安装在两 个连接管的两端，并与各连接管相连通；槽钢框架，其设置在所述集热器单元主体的四周， 并通过所述固定装置与所述集热器单元主体连接，以对所述集热器单元主体起到支撑和保 护作用；其中，一个集热器单元主体上的过渡管与另一集热器单元主体上的过渡管连通，从 而将所述至少两个集热器单元结构彼此连接在一起，最外侧的两个集热器单元主体上的过 渡管的非与其它过渡管连通的一端管口安装有堵板，这样最终形成集热器组件。优选的是，本发明的水泥回转窑高温筒体壁面辐射能余热回收的集热装置，所述固定装置包括位于第一管路和第二管路上方和下方的夹紧板组和/或设置在第一管路和 第二管路的中部，且在第一管路和第二管路排列出的整个宽度上延伸的加强板，并且所述 槽钢框架通过设置在所述夹紧板组上的连接支架与所述集热器单元主体连接。优选的是，本发明的水泥回转窑高温筒体壁面辐射能余热回收的集热装置，所述 槽钢框架的直角连接处还设置有加强肋。优选的是，本发明的水泥回转窑高温筒体壁面辐射能余热回收的集热装置，所述 第一管路和第二管路为水管，其中容纳的热量传递介质为水。 优选的是，本发明的水泥回转窑高温筒体壁面辐射能余热回收的集热装置，所述 至少两个集热器单元结构为八个，且这八个集热器单元结构围绕回转窑筒体占据的角度是 288°。优选的是，本发明的水泥回转窑高温筒体壁面辐射能余热回收的集热装置，所述 每个集热器组件上设置有两对支脚，每对支脚均设置在集热器单元结构的槽钢框架上。优选的是，本发明的水泥回转窑高温筒体壁面辐射能余热回收的集热装置，所述 集热器单元主体上的第一管路和第二管路的朝向回转窑筒体的一面的管壁上涂敷了黑色 高温耐热油漆。优选的是，本发明的水泥回转窑高温筒体壁面辐射能余热回收的集热装置，所述 多个集热器组件为一个，它们沿回转窑筒体的轴向顺序排列。优选的是，本发明的水泥回转窑高温筒体壁面辐射能余热回收的集热装置，所述 回转窑筒体和所述集热器组件之间的空隙处设置有挡板。优选的是，本发明的水泥回转窑高温筒体壁面辐射能余热回收的集热装置，所述 第一管路的弯曲管段相对于水平管段的弯曲角度为90°，而所述第二管路的弯曲管段相对 于水平管段的弯曲角度为150°。本发明的有益效果是本发明的余热回收装置采用管路、槽钢等标准件组成，结构 简单，成本低廉；集热面为涂装黑色高温耐热油漆的管路表面，不但可以保证集热效率，同 时适用于水泥生产的恶劣环境；本发明的余热回收装置由多组集热单元组成，模块化设计， 可根据需要灵活布置；本发明的余热回收装置成288°围绕回转窑筒体布置，预留72°开 口用于回转窑筒壁面远红外探伤检测，回收余热的同时不影响水泥生产。
图1为本发明的集热器单元结构的俯视图；图2为本发明的集热器单元结构的主视图；图3为本发明的集热器单元结构的一个侧视图；图4为本发明的集热器单元结构的另一个侧视图；图5为本发明的一个组装结构的一个示意图；图6为本发明的一个组装结构的一个侧视图；图7为本发明的一个组装结构的另一个侧视图；图8为本发明的一个组装结构的主视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文 字能够据以实施。如图1所示，集热器单元结构包括位于集热器单元结构中间位置的集热器单元主 体，该集热器单元主体由数根150°水管5与数根90°水管6并排相间设置而成，且该集 热器单元主体由固定装置固定而成(该固定装置将在后面给予详细解释)150°水管5和 90°水管6均由位于该集热器单元主体的中间位置的水平管段和位于水平管段两侧的两 个弯曲管段组合而成。因而，整个管路排也由一个水平段管路排和两个弯曲段管路排组成。 其中90°水管的弯曲管段相对于水平管段的弯曲角度为90°，而150°管段的弯曲管段相 对于水平管段的弯曲角度为150°，当然，本发明的管路的弯曲管段的弯曲角度不限于本实 施例所示出的90°和150°，任何其他合适的，能够达到同样技术效果的角度都是可以的。该集热器单元主体还包括两个连接管8，其分别地设置在集热器单元主体的两侧， 且位于数根150°水管5和数根90°水管6的弯曲管的开口处，并与数根150°水管5和数 根90°水管6相互连通。该集热器单元主体还包括四个过渡管7，且分别安装在两个连接管 8的两端，并且与各连接管8相连通。本发明的集热器单元和体还包括槽钢框架，其设置在 集热器单元主体的周围，并通过固定装置与集热器单元主体相连接，以对集热器单元主体 起到支撑和保护作用。如图2所示，该槽钢框架由两根连接槽钢1和两根槽钢2分别地连 接而成。而该集热器单元结构的固定装置包括位于数根150°水管5和数根90°水管6的 上方和下方的两个位于集热器单元主体两侧的夹紧板组12和/或设置在数根150°水管5 和数根90°水管6形成的管路排中部，且在数根150°水管5和数根90°水管6形成的管 路排的整个宽度上延伸的一个加强板3。该加强板3和槽钢框架通过设置在夹紧板组12上 的连接支架9和集热器单元主体连接，从而将集热器单元主体和槽钢框架固定在一起。如 图2和图4所示，夹紧板组12上和连接支架9通过螺栓10和螺母11固定在一起。当然， 该集热器单元结构的固定装置不仅仅限于本实施例所示出的两个夹紧板组12，也可以是一 个或者两个以上的夹紧板组12，且该夹紧板组12的位置也并不限定在集热器单元主体的 两侧。而加强板3也不仅限于本实施例的一个，也可以是数个，且该加强板3的位置也不限 于在集热器单元主体的中部，任何其他可以将集热器单元主体和其他连接结构固定在一起 的位置均是可以的如图2所示，该槽钢框架的直角连接处均设置有加强肋4，该加强肋4起到进一步 固定槽钢框架的作用，且该加强肋可以是钢筋或者钢板等多种形式的加强固件。同时，数根 150°水管5和数根90°水管6内容纳的热量传递介质为水，但是形成该集热器单元主体的 管路排的管路也可以为其他形式的能够容纳水流通的管路，同时该热量传递介质也可以为 其他介质。图5示出了由三个集热器单元结构构成的一个集热器单元组件(当然也可以是两 个或者三个以上的集热器单元结构构成，此处仅显示三个)。且图中的三个集热器单元结构 所构成的集热器单元组件围绕回转窑筒体18，布置。三个集热器单元结构的集热器单元主 体上的过渡管互相连通，从而将三个集热器单元结构互相连通在一起。其中，这些过渡管是 通过连接构件连通在一起的，比如图示中的长半径U型弯头19，当然该连接构件也可以是 其他类型的构件，比如具有不同角度的U型弯头等。当三个集热器单元结构组成一个集热器单元组件的围绕回转窑筒体18布置的时候，最外侧的两个集热器单元主体上的过渡管 的非与其它过渡管连通的一端管口安装有堵板13 (也可以参照图1中的堵板13)。如图5 中所示，每个集热器组件上设置有两对支脚14，每对支脚14均设置在集热器单元结构的槽 钢框架(由图中两根槽钢15和两根连接槽钢17所连接构成)，图中的槽钢框架中设置了加 强槽钢16以固定该支脚14。
图6中，各集热器组件之间还设置了组件连接加强板20以巩固各组件之间的连 接。图7中回转窑筒体18和所述集热器组件之间的空隙处还设置有挡板21。当然，如组件 连接加强板20和挡板21之类的附件构件也可以不设置。如图8所示，总共示出了三个集热器组件沿回转窑筒体18的轴向顺序排列，且图8 也示出了构成一个集热器组件的八个集热器单元结构，且这八个集热器单元结构围绕回转 筒体18所占据的角度为288°，这样就预留了 72°的开口空间用于回转窑筒壁面远组外探 伤检测，从而在回收余热的同时不影响水泥生产。另外，本发明的集热器单元主体上的由数根90°水管6和数根150°水管5形成 的管路排的朝向回转窑筒体18的一面的管壁上涂敷了黑色高温耐热油漆，这样不但可以 保证集热效率，同时使得本发明的装置适用于水泥生产的恶劣环境。本发明的各组集热器单元结构串联，而串联而成的各集热器组件内的工质水通过 图1中过渡管7串联分配于各集热器单元结构，再由图1中数根150°水管5与数根90° 水管6分配于各水管内，从而通过对流换热方式吸收该余热回收装置所获得的辐射能，然 后根据需要制备生活、供暖用热水甚至发电用蒸汽，以达到余热回收再利用的目的。本发明的余热回收装置由多组集热器组件构成，且集热器组件又由集热器单元结 构组成，这样本发明就采用了模块化设计，可根据需要灵活布置。同时，本发明的余热回收 装置采用水管、槽钢等标准件组成，结构简单，成本低廉。下面再以一个实施例来说明本发明的优势。以产能5000t/d孰料生产线为例，回转窑筒体壁面温度3°C，直径4m，每组辐射集 热器组件单位长度3m，设环境温度27°C，根据筒体材料发射率0. 8.计算环境辐射散热量 170403W。增加辐射集热器组件，根据布置情况角系数选择0. 8，余热回收装置散热损失Il1 =5%，辐射集热器单元结构之间漏热损失Il2 = 10%，每组辐射集热器组件可回收有效 热量115874W。若以水为工质，流量9kg/s，则每组集热器组件可产生;TC温升。本发明的余热回收装置的余热回收制冷供热计算如下根据前述计算，若布置长 度25m的辐射集热器，冬季则可生产32. 4t/h，70°C _95°C供暖热水，供热量约为940kW，采 用供热负荷70W/m2，供热面积约为10000m2+240kW(生活用热食堂、洗浴等)，夏季则可生 40. 5t/h，80°C -100°C热水，采用单效热水型溴化里机组，COP 0. 85，供冷量约为800kW，采 用供冷负荷140W/m2，供冷面积约为4000m2+240kW(生活用热食堂、洗浴等)，综上所述，通 过回转窑高温筒体壁面辐射能余热回收装置进行回收余热并采用热水型溴化里机组，可基 本满足)区部分办公建筑的全年冷热负荷用生活用热。根据上述计算，供热节能量采暖季11-4月，节标煤500t ；制冷节能量供冷季 5-10月，节标煤430t 总和全年节约标煤930t/a，节能效益近百万元。回转窑高温筒体壁面辐射能余热回收装置的余热回收发电量计算如下给水参数4°C饱和水，发电用饱 和蒸汽参数0. 3Mpa，1°C饱和蒸汽，由此计算需热量2557. 37kJ/ kg，选用辐射集热器组件总共13组，可提供热量1500kW，制备蒸汽2t/h，则可在原有余热 发电系统基础上增加发电量200kW。 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列 运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地 实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限 于特定的细节和这里示出与描述的图例。
权利要求
1.一种水泥回转窑高温筒体壁面辐射能余热回收的集热装置，其特征在于，包括多个集热器组件，每个集热器组件由至少两个集热器单元结构围绕回转窑筒体布置而 成，其中集热器单元结构包括集热器单元主体，其由数根第一管路和数根第二管路并排相间设置，并由固定装置进 行固定而形成，其中第一管路和第二管路均由水平管段和位于水平管段两侧的两个弯曲管 段组合而成，且第一管路和第二管路的弯曲管段的弯曲角度不同；两个连接管，其分别设置在集热器单元主体的两侧，第一管路和第二管路的弯曲管开 口处，并与集热器单元主体中的第一管路和第二管路相连通；四个过渡管，其分别安装在两个连接管的两端，并与各连接管相连通；槽钢框架，其设置在所述集热器单元主体的四周，并通过所述固定装置与所述集热器 单元主体连接，以对所述集热器单元主体起到支撑和保护作用；其中，个集热器单元主体上的过渡管与另集热器单元主体上的过渡管连通，从而将所 述至少两个集热器单元结构彼此连接在一起，最外侧的两个集热器单元主体上的过渡管的 非与其它过渡管连通的一端管口安装有堵板，这样最终形成集热器组件。
2.如权利要求1所述的水泥回转窑高温筒体壁面辐射能余热回收的集热装置，其特 征在于，所述固定装置包括位于第一管路和第二管路上方和下方的夹紧板组和/或设置 在第一管路和第二管路的中部，且在第一管路和第二管路排列出的整个宽度上延伸的加强 板，并且所述槽钢框架通过设置在所述夹紧板组上的连接支架与所述集热器单元主体连 接。
3.如权利要求1所述的水泥回转窑高温筒体壁面辐射能余热回收的集热装置，其特征 在于，所述槽钢框架的直角连接处还设置有加强肋。
4.如权利要求1所述的水泥回转窑高温筒体壁面辐射能余热回收的集热装置，其特征 在于，所述第一管路和第二管路为水管，其中容纳的热量传递介质为水。
5.如权利要求1所述的水泥回转窑高温筒体壁面辐射能余热回收的集热装置，其特征 在于，所述至少两个集热器单元结构为八个，且这八个集热器单元结构围绕回转窑筒体占 据的角度是288°。
6.如权利要求1所述的水泥回转窑高温筒体壁面辐射能余热回收的集热装置，其特征 在于，所述每个集热器组件上设置有两对支脚，每对支脚均设置在集热器单元结构的槽钢 框架上。
7.如权利要求1所述的水泥回转窑高温筒体壁面辐射能余热回收的集热装置，其特征 在于，所述集热器单元主体上的第一管路和第二管路的朝向回转窑筒体的一面的管壁上涂 敷了黑色高温耐热油漆。
8.如权利要求5所述的水泥回转窑高温筒体壁面辐射能余热回收的集热装置，其特征 在于，所述多个集热器组件为三个，它们沿回转窑筒体的轴向顺序排列。
9.如权利要求1所述的水泥回转窑高温筒体壁面辐射能余热回收的集热装置，其特征 在于，所述回转窑筒体和所述集热器组件之间的空隙处设置有挡板。
10.如权利要求1所述的水泥回转窑高温筒体壁面辐射能余热回收的集热装置，其特 征在于，所述第一管路的弯曲管段相对于水平管段的弯曲角度为90°，而所述第二管路的 弯曲管段相对于水平管段的弯曲角度为150°。
全文摘要
本发明公开了一种水泥回转窑高温筒体壁面辐射能余热回收的集热装置，包括多个集热器组件，每个集热器组件由至少两个集热器单元结构围绕回转窑筒体布置而成，其中集热器单元结构由集热器单元主体、两个连接管、四个过渡管和槽钢框架组成；其中，一个集热器单元主体上的过渡管与另一集热器单元主体上的过度管连通，从而将所述至少两个集热器单元结构彼此连接在一起，最外侧的两个集热器单元主体上的过渡管的非与其它过渡管连通的一端管口安装有堵板，这样最终形成集热器组件。本发明不仅结构简单成本低廉，而且可以保证集热效率，同时又不影响水泥生产。
文档编号F27B7/20GK102102946SQ201010601089
公开日2011年6月22日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者冯帅, 张向辉, 曹滨斌, 李成波, 董兰起, 魏连有 申请人:中材节能股份有限公司