专利名称:固体物料的煅烧方法及其所用的单级塔式煅烧炉的制作方法
本发明论及一种固体物料的煅烧方法及其所用的单级塔式煅烧炉，更具体地说就是叙述单级在塔式煅烧炉内所进行的煅烧工艺，该工艺尤其适用于煅烧石灰石以制取石灰，还介绍为实施这种煅烧工艺而专门设计的一种单级塔式煅烧炉。
煅烧炉中进行着强烈的吸热反应过程，现有技术中所采用的煅烧炉，如熔炼炉，碳酸盐脱气炉，石灰石和白云石煅烧炉等。都由于尾气中仍含有大量余热，所以其热效率都非常低。
在现有技术中进行吸热反应过程的煅烧炉中，其热损失的原因在于未充分利用自反应区排出的燃烧气中的热量。实际上燃烧反应是在很高的温度下进行的，由于预热区中燃烧气和物料的温差不够大，致使燃烧气的热量不能有效地传递给物料。
为了克服这些缺点，Schmid等设计了一种两级塔式煅烧炉以进行上述的吸热反应过程(Schmid等，美国专利3074706号)。例如这种炉可用于生产石灰，在两级塔式煅烧炉内所进行的过程是待煅烧的物料在第一级塔内由来自第二级塔反应区的燃烧气的逆流接触而预热，反应区位于两级塔的中间部位。燃料和一次燃烧空气在第二级塔内加入，在该塔内一次空气与已预热过的物料相接触而预热，并使燃料燃烧，从而进行煅烧反应。与此同时，在第二级塔的下部通入二次冷空气，它与燃烧气混合后进入第一级塔，以预热逆流而下的物料。经过预定的运行期(通常为10-20分钟)之后，交换物流流向，即第一级塔作为煅烧塔，而第二级塔作为预热塔。由于塔的底部只送入冷空气，因此，两塔的底部都是煅烧物料的冷却区，煅烧过的物料冷却后均由塔底卸出，只是以相互交替的形式时而由此塔卸料，时而由彼塔卸料。
虽然这种煅烧炉的热效率高，且产品质量即均匀又好，但它有严重的缺点，即操作非常复杂，需要物流倒向装置，并且操作人员需注意力集中或采用自控装置，而自控装置又易于出毛病。由于采用这种工艺过程必须在非常准确的预定时间内变换物流方向，所以操作麻烦，一旦操作失误，此装置就可能失效。
为了克服现有煅烧炉及其工艺的缺点，根据本发明的最优实施方案，提出一种固体物料的煅烧方法，该法是通过几个竖直排列的作业区而进行的，其过程如下固体物料进入预热区，在该区物料被逆流而上的燃烧气所预热，经预热过的物料再进入空气预热区，并与送入该区的一次空气并流而下，进入煅烧区，在煅烧区以并流方式加入燃料，物料经煅烧后进入冷却区，与在该区逆流而上的二次冷空气接触。煅烧区产生的燃烧气和经煅烧过的物料所预热过的二次空气一起经煅烧区和冷却区分界处的某一部位流出并导入预热区。
另外，为实现上述过程本发明提出一种单级塔式煅烧炉，该炉包括下述各部分细长的竖直的壳体，该壳体分为上室(预热室)和下室，下室又分为三个作业区，上区为一次空气预热区，中区为物料煅烧区，下区为物料冷却区;位于上室顶部的加料装置;将物料从上室传送至下室的物料传送装置;位于下室的空气预热区顶部的一次空气注入装置;位于下室的冷却区底部的二次空气注入装置;位于下室的煅烧区上部的燃料加入装置;位于煅烧区下部的气体出口装置;位于上室底部的燃烧气注入装置，该装置与煅烧区下部的气体出口装置相连通;位于上室顶部的尾气排放装置。
通过下文的具体描述，并结合附图，就可详尽地了解本发明。附图包括图1-煅烧固体物料的单级塔式煅烧炉之剖面立视图，它是根据本发明最优实施方案而设计的。
图2-单级塔式煅烧炉中物料传送区部位的局部剖面立视图，在该部位物料由预热区输送到煅烧区，这是本发明的另一种具体设计方案。
图3-燃烧进料装置结构的局部剖面立视图，该装置位于煅烧区的上部，是本发明的又一具体设计方案。
现在较仔细地看一下附图，特别是附图1，这是实施本发明最优实施方案的单级塔式煅烧炉结构图，它基本上包括一个竖直的细长炉壳1，中间的档板4将其分成上室2、下室3，这两室位于同一垂直轴线上，如附图1所示。
根据本发明最优实施方案，炉壳分成室2和室3，室2为固体物料预热区(图1中用字母A标出)。室3为彼此敞开相通的三个作业区，分别由图1中的字母B、C和D标出，其中B为空气预热区，C为煅烧区或反应区，位于下部的D为物料冷却区，各区均设置有若干部件，其用途将在下文详细论述。
固体物料输送装置装配在炉壳1的室2和室3之间的档板4上，由图中的数字5标出，可以从炉体的上端随意对其进行机动或手动的启闭操作，该机械装置还可采用自控操用，根据室2和室3内的料位高低来完成启闭动作，如图1所示，它和位于室2顶部6的加料装置7在同一轴线上。
物料传送装置5和加料装置7可以同步进行启闭动作，因此待处理的物料由加料装置7加入室2上部，与此同时，有等量的物料通过装置5从室2进入室3，于是物料便由挡板4的上方被传送到挡板的下方。
壳体1的底部通常都是成圆锥形，由图1中的数字8标出，相应地装配有卸料装置9，其作用是将煅烧炉1中的物料按需要的操作方式连续地或间歇地卸出。操作方式也可分为连续式或间歇式，其具体细节将于下文叙述。
燃烧气通过靠近室2底部的歧管10进入上室2，歧管10是通过一组管线11使其与室2连通，并且通过管线12与位于室3下部的另一歧管24连通(下文将予以详述)，为避免热辐射损失，导管12必须是高度绝热的，以保持较高温度，使气体经此导管流向歧管10，再经管线11进入室2。
在室2的顶部6靠近上方处安装有排气歧管14，该歧管经一组管线13与室2内部连通，经导管15还可与烟囱或排气管16连通，使废气在其热量经完全回收后排入大气，如图1中排气管16处的箭头所示。
如上文所述，下室3分为三个不同的作业区，即上部的空气预热区B，中间的煅烧区或反应区C及下部的物料冷却区D，在该室顶部装有一次冷空气入口管17，用鼓风机或压缩机19使冷空气经管线18和气体入口17进入室3上部空间(其作用将在下文叙述)，空气入口17近似位于炉壳1的室3的空气预热区B的上方。
在室3空气预热区B的下方，安装一组燃料喷管20，喷管装配有相配的燃烧器喷嘴21，所用的燃料最好是气体燃料或固体燃料，用预热过的一次空气作载气，由泵23及相应的管线22送至喷嘴21，由此便形成了位于炉壳1的室3中间的煅烧区或反应区C，如图1所示。
在炉壳1外部相应于煅烧区或反应区C下部的位置处安装有燃烧气和二次空气集气歧管24，经管线25和26与室3内部相通，如上文所述，歧管24经高度绝热的导管12又与歧管10连通，可将燃烧气体和二次空气送入室2。
在室3下部圆锥底8的相应位置处装有二次空气入口管27，经管线28与二次空气的鼓风机或压缩机29相连，二次空气由管27在冷却区D下方垂直向上喷出以冷却物料，其作用将在叙述煅烧炉操作方法时详述。
图1所示的整个煅烧炉的结构是本发明的最优实施方案，但需要说明的是，图中所标出的具体机械装置，在不偏离本发明的范围及原理的条件下可加以改进。因此，如图2所示，该图是煅烧炉的一个作业区，即物料传送装置5和挡板4，在图2所示的实例中，挡板4是闭合的，它的中心没有安装物料传送装置5，而是用一组出口导管30来代替物料传送装置5，这组导管30与室2下部相通，通过合适的气动阀或手动阀31，可将物料经导管32，传送至室3的上部。这种装置的作用和图1所示的在挡板4中心装配有机械传送装置5的情况完全相同，而且它的动作也和加料装置7及卸料装置9同步，就如上文对图1所作的描述一样。
图1和图2所示的两种物料传送装置也可以用密封装置来代替，即用气动密封装置代替挡板4和物料传送装置5，需要时可以用通常的气动装置将其去除。按本发明的煅烧法及所设计的煅烧炉其主要原理是要设置两个独立的室，即室2及室3，也就是将物料预热区和煅烧区实体隔离，为此，可采用机械装置(如挡板4)和任何类型的物料传送装置5，还可采用可随意去除的气动密封装置代替挡板4及传送装置5。
图3是燃料喷管20的另一种设计方案，由图所示，它主要由与室3相通的一组孔眼组成，这组孔眼钻在室3的适当部位上，以代替图1中燃料喷管20上的喷嘴21。燃料喷管20装配在室3的外面，如图3所示。这样的喷管与图1的方案相比可快速更换和/或维修。但功能完全相同。因此，设计上的变更并不意味着本申请案所要求保护的论题有任何改变。
本发明所论及的固体物料的煅烧法将结合图1的单级塔式煅烧炉加以叙述，尽管此煅烧法可以在不同类型的煅烧炉内实施，但其先决条件是要遵守在单级塔式煅烧炉内燃烧气体与物料并流的原理。
按照本发明最优的实施方案，要煅烧的物料-最好是制造石灰的石灰石或制造镁砂的白云石-通过加料装置7送入炉壳1的室2，被来自炉壳1煅烧区C的燃烧气和来自冷却区D的二次空气的高温混合气流所预热，气流方向如室2中的箭头所示。来自煅烧区C的燃烧气借助于从冷却区D的下部注入的二次空气在室2中进一步燃烧(下之将予以详述)，以提高室2内物料的温度，从而提高其预热效率，此时，物料将最大限度地吸收燃烧气所载带的热量，最后，废气经歧管14及烟道16排入大气。
预热过的物料经传送装置5送至下面的室3，并顺势进入空气预热区B，在B区上部，一次空气经进气喷嘴17注入，与预热过的物料并流以达到预热，直至该物料进入煅烧区或反应区C为止，在C区上部，燃料经喷管20及喷嘴21喷入，遇经喷嘴17注入的并在B区预热过的一次空气而发生燃烧，这样，利用预热过的一次空气和燃料就实现了燃烧反应，如石灰石氧化为氧化钙或白云石氧化为镁砂。
在煅烧区C，与下降的物料并流的燃烧气和经炉壳1底部的喷嘴27喷入的二次空气逆向相遇(将在下文予以详述)，此时，燃烧气体与二次空气一起经管线25和26向外流向歧管24，在此，来自煅烧区C的燃烧气和冷却区D的已预热过的二次空气的混合气经导管12进入歧管10，再经管线11注入室2使其进一步完全燃烧，这样，又使上述新加入的物料得到预热。
最后，固体物料继续下降到歧管24以下，从而进入冷却区D，并被由喷嘴27喷入的二次冷空气冷却，而二次空气本身却被此物料所预热。预热过的二次空气与煅烧区C的燃烧气一起进入上述的物料预热室2。
经二次冷空气冷却过的物料通过卸料装置9卸出，这时温度已很低，可进行运输和进一步利用。
如上所述，根据本发明所设计的煅烧炉，借助于下述各种装置的配合动作，能连续地或间歇地完成上述的煅烧过程。这些装置包括加料装置7、卸料装置9、固体物料传送装置5、泵送(连续或间歇)一次空气的鼓风机19、泵送二次空气的鼓风机29及输送燃料泵23。
根据本发明所设计的单级塔式煅烧炉避免了传统的两级塔式煅烧炉中预热区和煅烧区互相交替及塔中气流倒向的要求，大大简化了煅烧炉本身的操作过程并提高了工艺效率，因为在按本发明所设计的单级塔式煅烧炉中，固体物料可由塔顶连续地向下降到塔底，气流可以按上述方式泵送，整个炉体划分为上室2(预热室)和下室3(煅烧室)，同时煅燃室又分为三个不同的作业区，即预热区、煅烧区及物料冷却区。运行过程中勿须变换炉内气流方向，即炉内气体的流动状态始终如一，因此不需要安装气流方向变换的挡板及其他机械装置，因为机械装置在高温气体的工作环境中时常会失灵及发生故障。
热量的热辐射损失可能会来自导管12，此导管将来自煅烧室的燃烧气导入预热室，这种热辐射损失可采用合适的耐高温绝热材料来克服。因此对本发明的工艺及按本发明所设计的煅烧炉来说，这些问题并不是明显的缺点，因为绝热措施不难实现，所以热辐射损失问题与本发明的工艺效率的提高及煅烧炉操作过程的简化相比，也就不是一个很重要的问题。目前正在使用的两级塔式煅烧炉以及最近研制的带热量回收装置的煅烧炉，其操作极为复杂，因此可以认为本发明的煅烧炉是固体物料煅烧技术中一项具有变革性的设备，因为它可大大简化了煅烧工艺过程及煅烧炉的操作，保证能高效率地回收煅烧气所载带的热量。实际上，用旁通管将煅烧区下部与预热区下部连通并未引起热辐射损失。
一般地说，当使用本发明的方法及煅烧炉来煅烧石灰石以制造石灰时，石灰石离开预热区A时的温度大约为800至900℃，而在煅烧区C，所达到的温度大约为1100至1200℃，此温度可通过调节分别进入煅烧区和物料冷却区的一次空气和二次空气的进入量来加以控制。
离开冷却区的物料用二次空气冷却到50至60℃，物料所载带的全部热量实际上都被二次空气所吸收，但它与来自煅烧区C的燃烧气混合后进入预热区A时，其温度并未超过1000℃。
看来，旁通管12可能构成有热辐射损失的临界区段，但由于通过它的气体温度不高于1000℃，所以可选用合适的耐高温绝热材料保温，这样当气体通过导管12时，就可防止出现明显的热辐射损失。
另一方面，这种炉子通常是成组地安装，这时旁通导管12可以位于两炉之间，这样就可将导管置于合适的绝热容器内，靠炉壁的热传导使容器保持在恒定加热状态，由于这些旁通导管12在位置上正好与炉子的煅烧区相合，所以也就位于炉体温度最高的部位。
权利要求
1.一种固体物料的煅烧方法，该法包括如下各步固体物料在物料预热区的顶部加入，而灼热的燃烧气和二次空气流进入预热区底部以逆流方式与物料接触，预热过的物料传送至煅烧区，该区位于物料预热区的同心线下方，并由可移动式密封装置将两区隔开，同时在靠近煅烧区的上部导入燃料及一次空气，燃料发生燃烧，并煅烧与其并流的物料，煅烧过的物料下降至物料冷却区，该区在上述煅烧区的同心线下方，是煅烧区向下的连续延伸，二次空气自物料冷却区底部与物料逆向进入，这样进入的二次空气与上述物料相接触而受到预热，而后与煅烧区所产生的燃烧气相混合，所形成的二次空气和燃烧气的混合物再循环到上述的物料加热区的底部。
2.按照权利要求
1的方法，其中进入煅烧区的一次空气通过与预热过的物料并流接触而受到预热，一次空气流是从煅烧区的顶部导入，而燃料是从煅烧区的稍下部位引入，因此，在煅烧区的顶部和稍下部位之间便形成了一次空气的预热区。
3.按照权利要求
2的方法，其中固体物料是石灰石，它在物料预热区预热到约800℃至900℃，在煅烧区煅烧到约1100℃至1200℃，在冷却区冷却到50℃至60℃。
4.煅烧固体物料的单级塔式煅烧炉，它包括下述各部分上顶及下底均封闭的细长而竖直的壳体;位于壳体顶部的固体物料加料装置;位于壳体底部的煅烧过的物料卸料装置;位于壳体顶部和底部之间某一预定部位的可移动式密封装置，它将壳体分为上室(物料预热室)和下室，下室包括至少一个上区(煅烧区)和一个下区(物料冷却区);位于煅烧区顶部的一次空气注入装置;位于一次空气注入装置稍下方的燃料注入和燃烧装置;位于物料冷却区底部的二次空气注入装置;位于煅烧区和物料冷却区交界部位的集气装置，它收集煅烧区产生的燃烧气和二次空气的混合气;将集气装置和物料预热室底部相连通的导管装置;位于物料预热室顶部的排气装置。
5.按照权利要求
4设计的单级塔式煅烧炉，它还包括一个在其可移动式密封装置的下方和煅烧区的上方之间形成一次空气预热区，即靠近密封装置部位装配的一次空气注入装置和在其下方装配的燃料注入和燃烧装置之间的空间，此空间的距离就相当于一次空气预热区所要求的高度。
6.按照权利要求
4设计的单级塔式煅烧炉，其可移动式密封装置包括一个水平隔板，水平隔板包括物料传送装置，物料传送装置将物料从上室传送至下室。
7.按照权利要求
4设计的单级塔式煅烧炉，其可移动式密封装置包括一个气动密封件。
8.按照权利要求
4设计的单级塔式煅烧炉，其可移动式密封装置包括一块水平封闭板和连通上室和下室的旁通导管，导管将物料从上室传送至下室。
专利摘要
固体物料在单级塔式煅烧炉内煅烧，该炉包括上部预热区、中部煅烧区、下部冷却区以及在煅烧区与冷却区交界处的同预热区底部连通的导管。在预热区内，向下移动的物料与来自导管的燃烧气和二次空气逆流接触而预热，接着在进入煅烧区的燃料和一次空气中以并流方式而煅烧，最后与注入冷却区的二次空气逆流接触而冷却，燃烧区的燃烧气和二次空气通过导管又输送至预热区。
文档编号C04B2/12GK86103744SQ86103744
公开日1986年12月17日 申请日期1986年5月29日
发明者戴维·D·达格罗萨 申请人:戴维·D·达格罗萨导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan