专利名称：一种用于旋风预热器的喷腾型换热风管的制作方法
技术领域：
本发明属于热工设备技术领域，涉及一种用于旋风预热器的换热风管，特别涉及一种用于水泥生产线窑尾旋风预热器的喷腾型换热风管。
背景技术：
自20世纪80年代以来，悬浮预热预分解工艺已经在水泥生产中得到普及，水泥生产热耗随之大幅降低。以带五级旋风预热器的5000t/d水泥熟料生产线为例，目前较为先进的熟料热耗水平约为3000kJ/kg熟料，但其窑尾废气温度在310°C以上，普通生产线的正常废气温度约330°C，而五级旋风预热器的理论废气温度应在280°C以下。因此，提高窑尾旋风预热器系统的换热效率尚有潜力可挖。为了进一步降低水泥生产线的窑尾旋风预热器排出废气的温度，主要的思路包括1)适当增加旋风预热器的级数；2)提高每级换热单元的换热效率；3)改善分解炉的燃烧效果，适当降低分解炉出口的废气温度，等等。由理论计算可知，随着预热器级数的增加，其排出的废气温度相应降低。但预热器的级数愈多，每增加一级所能降低的废气温度愈少；同时，增加换热级数将提高预热器系统阻力，从而提高系统电耗；此外，增加预热器级数势必增加塔架高度，从而增加了投资。改善分解炉的燃烧效果，适当降低分解炉出口的废气温度，也是目前普遍追求的技术措施，但该技术目前已达到了较高的水平，进一步优化的难度较大。因此，提高每级换热单元的换热效率将是各研发和设计单位努力采取的技术措施和方向。旋风预热器系统的每级换热单元由旋风筒、换热风管、下料管、锁风阀以及撒料装置等组成。由于在换热风管中，生料与热气流之间的温差、相对速度及接触面积都较大，热交换剧烈，因此理论计算及实践均证明，生料与气流的热交换主要(约80%以上)在换热风管内进行。优化设计换热风管的结构和运行风速，对提高预热器每级换热单元的换热效率起着至关重要的作用。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种用于旋风预热器的喷腾型换热风管，该风管能够显著改善气固换热效果，提高预热器每级换热单元的换热效率。本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是一种用于旋风预热器的喷腾型换热风管，包括从下至上依次设置的风管进口段、风管柱体段和风管出口段，所述风管进口段与下一级旋风筒的出风口相连接，所述风管出口段与上一级旋风筒的进风口相连接，所述风管柱体段上设有生料进口，所述生料进口处装有撒料装置，所述风管进口段内设有一个缩径段。所述风管柱体段内设有至少一个缩径段。所述风管柱体段内所设的缩径段的管径与所述风管进口段内所设的缩径段的管径相同。
所述风管进口段内所设的缩径段与其下方的下一级旋风筒出风口连接，并通过进口锥体段与所述风管柱体段相连接；所述风管柱体段内所设的每个缩径段均通过上方锥体段和下方锥体段与相邻管段相连接。所述进口锥体段的锥角不小于60°，所述上方锥体段的锥角不小于60°，所述下方锥体段的锥角为30 45°。该换热风管的外形上设有与其内部所设的缩径段相应的缩径段。该换热风管内部所设的缩径段是通过改变其内部耐火内衬的厚度来实现的。本发明具有的优点和积极效果是1)来自下一级旋风筒的高温气流为旋转气流，经过风管内的一个或多个缩径段会产生喷腾效应，使含生料的高温气流形成涡流，回落的物料可与上升气流形成多次逆流换热，旋喷结合的流态可强化生料与热气流的混合，并增大固气停留时间比，延长生料在风管中的绝对停留时间，大大提高风管内的固气比，从而改善气固间的换热效果；2)换热风管所设置的缩径段内风速较高，不仅可以避免生料短路直接进入下一级旋风筒，而且有利于料粉的打散，并可强化气、料之间的对流换热；3)以五级旋风预热器为例，采用本发明提供的换热风管，出预热器废气温度可控制在290°C以下，水泥烧成系统的热耗随之大幅降低。综上所述，本发明通过在现有风管内增加一个或多个用于形成气流喷腾效应的缩径段，并通过优化风管内风速，提高了预热器每级换热单元的换热效率，降低了旋风预热器排出的废气温度，从而实现了烧成系统的节能降耗。本发明解决了公知技术中存在的水泥窑尾预热器排出的废气温度偏高，预热器每级换热单元的换热效率偏低的问题，且可用于一切需要采用气固悬浮换热的工业领域。
图1是本发明的结构示意图；图2是采用本发明的水泥预分解系统结构示意图。图中I是下一级旋风筒，2是出风口，3是风管进口段，4是进口锥体段，5是风管柱体段，6是撒料装置，7是缩径段，8是风管出口段，9是进风口，10是上一级旋风筒，21是旋风筒，22是喷腾型换热风管，23是下料管，24是分解炉，25是窑尾喂料室。
具体实施例方式为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下请参见图1，一种用于旋风预热器的喷腾型换热风管，包括从下至上依次设置的风管进口段3、风管柱体段5和风管出口段8，所述风管进口段3与下一级旋风筒I的出风口 2相连接，所述风管出口段8与上一级旋风筒10的进风口 9相连接，所述风管柱体段5上设有生料进口，所述生料进口处装有撒料装置6。在本实施例中，所述风管进口段3内设有一个缩径段，所述风管柱体段5内设有一个缩径段7。所述风管进口段3内所设的缩径段与其下方的下一级旋风筒I出风口 2连接，并通过进口锥体段4与所述风管柱体段5相连接；所述风管柱体段5内所设的缩径段7通过上方锥体段和下方锥体段与相邻管段相连接。所述风管柱体段5上的缩径段7的管径推荐与风管进口段3的缩径段管径相同，但也可以不同。
所述进口锥体段4的锥角(与水平方向夹角，下同)应不小于60°，但不限于不小于60° ;所述风管柱体段5内的缩径段7的上方锥体段的锥角应不小于60°，但不限于不小于60°，缩径段7的下方锥体段的锥角应为30 45°，但不限于30 45°。上述各缩径段的风速须适当高于常规设计的风管风速。请参见图2，图2示出的是采用本发明的水泥预分解系统结构示意图。其中，旋风预热器由多级换热单元串联组成，且根据生产线规模可设计为单列或多列。每级换热单元由旋风筒21、喷腾型换热风管22、下料管23等组成。最下级旋风筒21的进风口与分解炉24的出风口相连接，最下级旋风筒的下料管23与窑尾喂料室25相连接。本发明的工作原理和技术关键在于本实施例在运行过程中，高温气流从最下级旋风筒的进风口进入预热器，经与生料的多级换热，从最上级旋风筒的出风口离开预热器；冷生料从最上级换热风管喂入预热器，经多级预热及在分解炉24内进行预分解，由最下级旋风筒收集后经下料管喂入窑尾喂料室25。在各级换热单元内，生料经撒料装置6撒入风管，被来自下一级旋风筒I的高速气流迅速冲散，剥离成大量的单个颗粒悬浮于高温气流中。高温气流经位于风管进口段3内的缩径段和位于所述风管柱体段5内的缩径段7会产生两次喷腾效应，使含生料的高温气流形成涡流，可加强生料与热气流的混合，并增大固气停留时间比，延长生料在风管中的绝对停留时间，从而改善气固间的换热效果。充分换热后的含生料气流进入上一级旋风筒10，经旋风分离后，气流从上一级旋风筒10的出风口离开。本实施例仅是本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明。本发明所涉及的由本发明组成的旋风预热器，除可以改变预热器的级数和列数外，也可以在全部或部分级采用喷腾型换热风管。此外，喷腾型换热风管既可以通过实施例所示的风管外形实现，也可以通过在风管内改变耐火内衬的厚度来实现，且风管柱体段可以不设置缩口，也可以设置一个或多个缩口。本发明除用于旋风预热器以外，亦可用于一切需要实现气固悬浮换热的系统之中。凡依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种用于旋风预热器的喷腾型换热风管，包括从下至上依次设置的风管进口段、风管柱体段和风管出口段，所述风管进口段与下一级旋风筒的出风口相连接，所述风管出口段与上一级旋风筒的进风口相连接，所述风管柱体段上设有生料进口，所述生料进口处装有撒料装置，其特征在于，所述风管进口段内设有一个缩径段。
2.根据权利要求1所述用于旋风预热器的喷腾型换热风管，其特征在于，所述风管柱体段内设有至少一个缩径段。
3.根据权利要求2所述用于旋风预热器的喷腾型换热风管，其特征在于，所述风管柱体段内所设的缩径段的管径与所述风管进口段内所设的缩径段的管径相同。
4.根据权利要求2所述用于旋风预热器的喷腾型换热风管，其特征在于，所述风管进口段内所设的缩径段与其下方的下一级旋风筒出风口连接，并通过进口锥体段与所述风管柱体段相连接；所述风管柱体段内所设的每个缩径段均通过上方锥体段和下方锥体段与相邻管段相连接。
5.根据权利要求4所述用于旋风预热器的喷腾型换热风管，其特征在于，所述进口锥体段的锥角不小于60°，所述上方锥体段的锥角不小于60°，所述下方锥体段的锥角为 30 45°。
6.根据权利要求1 5任意一项所述用于旋风预热器的喷腾型换热风管，其特征在于， 该换热风管的外形上设有与其内部所设的缩径段相应的缩径段。
7.根据权利要求1 5任意一项所述用于旋风预热器的喷腾型换热风管，其特征在于， 该换热风管内部所设的缩径段是通过改变其内部耐火内衬的厚度来实现的。
全文摘要
本发明公开了一种用于旋风预热器的喷腾型换热风管，包括从下至上依次设置的风管进口段、风管柱体段和风管出口段，所述风管进口段与下一级旋风筒的出风口相连接，所述风管出口段与上一级旋风筒的进风口相连接，所述风管柱体段上设有生料进口，所述生料进口处装有撒料装置，所述风管进口段内设有一个缩径段。本发明通过在现有风管内增加一个或多个用于形成气流喷腾效应的缩径段，并通过优化风管内风速，提高了旋风预热器每级换热单元的换热效率，降低了旋风预热器排出的废气温度，从而实现了节能降耗。
文档编号F27D13/00GK102997688SQ20121058325
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者俞为民, 朱金波, 彭学平, 张凯, 武晓萍 申请人:天津水泥工业设计研究院有限公司, 天津中材工程研究中心有限公司