一种具有多级蓄热系统的水泥回转窑余热利用系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种水泥回转窑余热利用系统，包括水泥回转窑、多个热利用装置，所述至少一个热利用装置是多级蓄热系统，所述多级蓄热系统包括多级蓄热式换热器，所述蓄热换热器通过连接段连接，各级蓄热换热器中的蓄热材料的蓄热能力不同，沿着烟气的流动方向，各级蓄热换热器中的蓄热材料的蓄热能力逐渐下降。本发明充分利用水泥生产中的余热，使其达到换热效率最大化，以节约能源，达到环保节能的目的。
【专利说明】一种具有多级蓄热系统的水泥回转窑余热利用系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高效水泥生产过程余热利用系统，属于F27d的余热利用领域。
【背景技术】
[0002]水泥行业是一个高耗能、高污染的行业。我国2012年度水泥行业的总能耗为2.7亿吨标准煤，占我国2012年原煤总产量的8%。新型干法是一种先进的水泥生产工艺。水泥的熟料经由干法烧成，减少了脱水环节，从而大幅度地降低能耗，因此先进的新型干法水泥生产比湿法生产节能50%-60%，但是仍然存在广阔的节能空间。2010年，为进一步提高水泥企业能源利用效率，降低水泥企业成本，工信部发布了《新型干法水泥窑纯低温余热发电技术推广实施方案》，推广应用水泥生产线余热发电技术。余热发电技术就是将窑头、窑尾排放的废气余热转化为电能。水泥企业充分利用余热发电，既可以最大限度满足企业用电需求，又可以降低水泥生产成本，提高经济效益，还可以减轻热污染和环境污染，是世界水泥工业发展的趋势。我国作为世界最大的水泥生产和消费大国，充分利用水泥回转窑余热发电势在必行。
【发明内容】
[0003]本发明针对现有水泥行业余热利用的蓄热设备中存在的问题，提出了一种新型的蓄余热利用系统。
[0004]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:一种水泥生产过程余热利用的蓄热式换热器，所述换热器包括第一管束和第二管束、高温烟气进口、高温烟气出口、低温工质入口、低温工质出口和壳体，所述第一管束和第二管束设置在壳体内，所述第一管束用于流通水泥生产过程所产生的烟气，第二管束用于流通低温介质，第一管束和第二管束交叉设置；所述烟气从高温烟气入口进入，经过第一管束，然后从高温烟气出口排出，低温介质从低温介质入口进入，经过第二管束，然后从低温介质出口排出；蓄热材料置于第一管束和第二管束外的空间中；第二管束在垂直于烟气的流动方向上为并联结构，沿着烟气流动的方向上，第二管束的管径不断的减少。
[0005]一种水泥生产过程余热利用的蓄热式换热器，所述换热器包括第一管束和第二管束、高温烟气进口、高温烟气出口、低温工质入口、低温工质出口和壳体，所述第一管束和第二管束设置在壳体内，所述第一管束用于流通水泥生产过程所产生的烟气，第二管束用于流通低温介质，第一管束和第二管束交叉设置；所述烟气从高温烟气入口进入，经过第一管束，然后从高温烟气出口排出，低温介质从低温介质入口进入，经过第二管束，然后从低温介质出口排出；蓄热材料置于第一管束和第二管束外的空间中，所述第一管束和第二管束为多排结构，两排第一管束之间设置一排第二管束，两排第二管束之间设置一排第一管束，第一管束和第二管束之间构成90°设置，同一排第一管束中的相邻两个管子的圆心之间的距离为L2，所述L2与第一管束外径Dl之间的关系满足:1.5<L2/D1<2.7。
[0006]一种水泥生产过程余热利用的蓄热式换热器，所述换热器包括第一管束和第二管束、高温烟气进口、高温烟气出口、低温工质入口、低温工质出口和壳体，所述第一管束和第二管束设置在壳体内，所述第一管束用于流通水泥生产过程所产生的烟气，第二管束用于流通低温介质，第一管束和第二管束交叉设置；所述烟气从高温烟气入口进入，经过第一管束，然后从高温烟气出口排出，低温介质从低温介质入口进入，经过第二管束，然后从低温介质出口排出；蓄热材料置于第一管束和第二管束外的空间中；沿着烟气的流动方向上设置多个隔板，将第一管束分为多个独立的通道；所述在中间空间隔板的距离要大于位于壳体两侧隔板与壳体的距离。
[0007]一种多级蓄热系统，所述多级蓄热系统包括多级蓄热式换热器，所述蓄热换热器通过连接段连接。
[0008]各级蓄热换热器中的蓄热材料的蓄热能力不同，沿着烟气的流动方向，各级蓄热换热器中的蓄热材料的蓄热能力逐渐下降。
[0009]各级蓄热换热器的低温工质管束是互相独立的，在每一级工质换热管束的入口上设置调节阀，用于调节进入每一级工质换热管束的介质的流量，同时，在蓄热系统的高温烟气出口位置上设置温度传感器，用于测量换热器出口的烟气的温度；调节阀、温度传感器与中央控制器进行数据连接，中央控制根据温度传感器测量的温度的大小，自动调节每一级蓄热换热器的进入工质管束的介质的流量。
[0010]如果测量的温度低于第一温度，则中央控制器自动减少每一级调节阀中的至少一个的开度，如果测量的温度高于第二温度，则中央控制器自动增加每一级调节阀中的至少一个的开度，其中第二温度大于第一温度。
[0011 ] 各级蓄热换热器的低温工质管束是串联结构的，在工质换热管束的入口上设置调节阀，用于调节进入工质换热管束的介质的流量，同时，在蓄热系统的高温烟气出口位置上设置温度传感器，用于测量换热器出口的烟气的温度；调节阀、温度传感器与中央控制器进行数据连接，中央控制根据温度传感器测量的温度的大小，自动调节进入工质管束的介质的流量。
[0012]如果测量的温度低于第一温度，则中央控制器自动减少调节阀的开度，如果测量的温度高于第二温度，则中央控制器自动增加调节阀中的开度，其中第二温度大于第一温度。
[0013]在每一级连接段上设置调节阀，用于调节进入下一级蓄热换热器的烟气流量，同时在蓄热换热器和调节阀之间设置旁通管，旁通管上设置旁通管调节阀，用于调节进入旁通管的烟气流量，所述旁通管连接到下一级连接段的调节阀与蓄热换热器之间的管路上，或者直接连接到烟气出口的管道上，最后一级的旁通管直接连接到烟气出口的管道上；每一级连接段上的调节阀、旁通管上的调节阀分别与中央控制器进行数据连接，同时在每一级的蓄热换热器的烟气出口的位置设置温度传感器，根据温度传感器测量的烟气的温度，自动调节每一级连接段上的调节阀、旁通管上的调节阀的开度。
[0014]与现有相比较，本发明蓄热式换热器具有如下的优点:
I)提供了一种新的余热系统，避免尾气的低温腐蚀。
[0015]2)提供了一种新的蓄热换热器。
[0016]3)提供了一种新的汽水分离器。
[0017]4)提供了一种新的多级蓄热系统。
[0018]5)提供了一种新的烟气分离器。。
[0019]6)通过蓄热材料的厚度或蓄热能力的变化设置，在满足蓄热需求的情况下节省了成本。
[0020]7)提供了一种新的蓄热材料，满足水泥生产中的余热利用的需求。
[0021]8)提供了一种多级余热利用系统，充分利用余热。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明的余热利用系统的示意图；
图2是本发明的蓄热式换热器中吸热结构的示意图；
图3是本发明的蓄热式换热器中放热结构的示意图；
图4是本发明的蓄热式换热器的俯视示意图；
图5是图4的蓄热式换热器的左上角局部放大图；
图6是本发明的蓄热式换热器中放热结构的另一个示意图；
图7是本发明的蓄热系统的示意图；
图8是本发明的闪蒸器的示意图；
图9是本发明的汽水分离器的示意图；
图10是分离器圆缺孔板的局部示意图；
图11是分离器多孔孔板局部示意图；
图12是分离器的进汽管、出汽管与分离管的连接方式；
图13是烟气分离装置的【具体实施方式】；
图14是烟气分离装置的另一个【具体实施方式】；
图15是图13烟气入口装置的从底部看的示意图。
[0023]附图标记
I水泥回转窑，2第一热利用装置，3第二热利用装置，4旁通烟道，5第一调节阀，6第二调节阀，7旁路调节阀，8温度传感器，9高温烟气出口，10换热器壳体，11第一管束，12竖向隔板，13高温烟气进口，14竖向隔板，15竖向隔板，16工质入口，17第二管束，18工质出口，19进口管，20进口联箱，21调节阀，22连接段，23连接段，24 一级蓄热换热器，25 二级蓄热换热器，26三级蓄热换热器，27支架，28热水入口，29蒸汽出口，30热水出口，31进汽口法兰，32出水口法兰，33壳体，34分离管，35进汽管，36圆缺孔板一，37连接管，38圆缺孔板二，39多孔孔板，40出汽管，41出汽口法兰，42可调整烟气挡板、43烟气除灰挡板、44壳体、45除灰管道、46烟气入口管道。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0025]如图1所示，一种水泥回转窑余热利用系统包括水泥回转窑1、至少一个热利用装置(图1仅展示了两个，实际上不限于两个)和旁通烟道4，所述水泥回转窑I产生的烟气经过热利用装置进行换热后，从尾部烟道排走。
[0026]如图1所示，热利用装置为两个，而且两个热利用装置2，3所在的管路为并联结构，并且与旁路烟道4并联，两个热利用装置2、3所在的管路分别设置调节阀5和6，用于调节进入热利用装置中参与换热的烟气的流量，旁通烟道4上设置调节阀7，用于调节进入旁路烟道4的烟气流量；所述的热利用装置2，3所在的管路的烟气和旁路烟道4中烟气混合后进入尾部烟道，在尾部烟道设置温度传感器8，用于测量尾部烟道的排烟温度。
[0027]所述系统进一步包括中央控制器9，中央控制器9与调节阀5、6、7和温度传感器8进行数据连接，用于控制调节阀的开度和接受温度传感器的测量数据。
[0028]当测量的排烟温度低于一定的数值时，中央控制器自动调大控制阀7的开度，同时减小控制阀5、6的开度，通过减少参与换热的烟气的流量来提升排烟温度，避免低温腐蚀。
[0029]所述至少一种热利用装置是蓄热式换热器，所述换热器包括第一管束11和第二管束17、高温烟气进口 13、高温烟气出口 9、低温工质入口 16、低温工质出口 18和壳体10，所述第一管束11和第二管束17设置在壳体10内，所述第一管束11用于流通水泥生产过程所产生的烟气，第二管束12用于流通低温介质，第一管束11和第二管束17交叉设置；所述烟气从高温烟气入口 13进入，经过第一管束11，然后从高温烟气出口 9排出，低温介质从低温介质入口 16进入，经过第二管束17，然后从低温介质出口 18排出；蓄热材料置于换热器壳体中的第一管束11和第二管束17外的空间中。
[0030]烟气经过第一管束的时候，蓄热材料吸收烟气中的热量，然后蓄热介质将吸收的热量传递给第二管束的低温介质，从而完成换热过程。
[0031]烟气和低温介质可以同时进行流动，蓄热材料在吸收烟气热量的同时，将热量传递给低温介质。
[0032]当然作为另一个选择，烟气和低温介质可以不同时间段分别与蓄热介质进行换热。在吸热过程中，高温烟气在管内放热，蓄热材料存储热量；当需要利用储存的热量时，第二管束内通过低温介质，吸收蓄热介质的热量。例如当高温烟气间歇性停止时，蓄热材料与第二管束内的低温工质进行放热反应，实现水泥生产过程余热的存储和利用，提高了能源的利用率。
[0033]作为一个优选，第一管束11和第二管束17为多排结构，两排第一管束11之间设置一排第二管束17，两排第二管束17之间设置一排第一管束11，第一管束11和第二管束17之间构成90°角度设置，如图3所示。其中第一管束3和第二管束17中心线之间的距离不能过大，如果过大，则会因为烟气没有足够的热量，导致蓄热材料无法蓄满热量，造成蓄热材料的浪费，同时也会造成出口 13烟气的温度过低，造成低温腐蚀；如果距离过小，则造成蓄热材料无法蓄满足够的热量，造成无法满足换热的需求，造成了能源的浪费，因此，本发明是通过多个不同管径的换热器的试验数据总结出的最佳的换热器的尺寸关系。
[0034]其中第一管束的外径为Dl，第二管束的外径为D2，第一管束的中心线和第二管束的中心线之间的距离为L，则D1、D2和L满足如下公式:
L=a*(Dl2+D22)b，其中 a, b 为参数，其中 0.95〈=a〈=L 05，0.53<=b<=0.55;
25mm〈=Dl〈=60mm，25mm〈=D2〈=60mm，
L, Dl, D2的单位为mm。
[0035]L的数值为单位为mm时的数值，即L的单位为mm, Dl, D2的数值为单位为mm时的数值
作为一个优选，a=l, b=0.54。
[0036]同一排第一管束中的相邻两个管子的圆心之间的距离为L2，L2的距离不能过大，如果过大会导致热量无法蓄满，造成蓄热材料的浪费，如果过小，会导致蓄热材料的蓄热能力太低，无法满足蓄热需求，会造成余热的损失。通过多次试验，确定的所述L2与第一管束外径Dl之间的关系满足:1.5<L2/D1<2.7，优选的，1.9<L2/D1<2.1。
[0037]作为优选，如图2-4所示，所述换热器为立式结构，第一管束11为竖直方向设置，第二管束17为水平方向设置，在竖直方向上设置多个隔板12、14、15，通过多个隔板将第一管束分为多个独立的通道。通过隔板，有利于进一步提高烟气的对流传热性能。同时竖向隔板12、竖向隔板14和竖向隔板15也是第二管束17的支撑板。
[0038]作为一个优选，沿着壳体竖向的中线向壳体两侧，隔板之间的距离越来越小。例如所述隔板形成的中间空间的距离要大于位于壳体两侧的距离。其中隔板12、14形成的空间以及14与15形成的空间要大于隔板12与左侧壳体形成的空间，同时要大于隔板15与右侧壳体形成的空间。主要原因是因为壳体两侧的烟气的速度要小于中间的速度，通过隔板的设置可以是整个壳体内的空气流动速度基本保持一致，从而使得蓄热材料整体上均匀吸热。
[0039]作为优选，如图3所示，在上下方向上所述相邻的第二管束17之间设置弯管结构，从而使第二管束在上下方向上构成蛇形管结构。
[0040]作为一个优选，沿着烟气流动的方向，所述的蓄热材料的蓄热能力逐渐降低。主要原因是沿着烟气的流动方向，烟气的温度越来越低，烟气的放热能力逐渐降低，因此不需要高蓄热能的材料，这样可以节省蓄热材料的成本。
[0041]图3中第二管束是在垂直方向上设置多根互相平行的并联的蛇形管，低温介质沿着垂直方向流动，但是第二管束的排列方式不限于图2所示的形式。如图6所示，作为另一种设置方式，第二管束是在水平方向上的多根互相平行的并联的管，所述管可以是蛇形管，即同一平面上的管子在端部通过弯管连接在一起，为串联结构，在不同平面的管子为并联结构。当然，所述管子也可以不设置弯管，即在平面上和垂直方向上的所有管子都为并联结构。
[0042]对于图6所示的形式，作为一个优选，沿着烟气流动的方向上，第二管束的管径不断的减少。主要原因是因为沿着烟气流动的方向，烟气的温度不断的下降，蓄热材料所存储热量也越来越少，因此通过减少管径，来减少流经蓄热材料的低温介质的流量，从而使得沿着延期的流动方向上，低温介质的整体的温度升高差别不大，使得加热后的低温介质在混合前的温度基本保持一致，避免了加热的温度的不均匀，同时也可以避免第二管束受热不均匀而导致局部温度过高，影响其使用寿命。
[0043]作为一个优选，沿着烟气流动的方向，所述的第一管束11的中心线和第二管束17的中心线之间的距离为L逐渐减小。主要原因是沿着烟气的流动方向，烟气的温度越来越低，烟气的放热能力逐渐降低，因此所需要的蓄热材料也就越来越少，这样可以节省蓄热材料的成本。
[0044]针对上述情况，但是此时的L数值也满足上述的公式。可以通过调整a、b两个参数的大小来调整L不断变化的数值。
[0045]作为优选，沿着烟气流动方向，所述的蓄热材料被分给成多段，每一段是互相独立的，通过每一段的保温材料蓄热能力的不同来实现蓄热能力的逐渐降低。例如可以通过蓄热材料的不同(包括成分不同)。
[0046]作为一个优选，在第二管束17的入口上设置调节阀21，用于调节进入第二管束17的介质的流量，同时，在高温烟气出口 9位置上设置温度传感器(没有示出)，用于测量换热器出口的烟气的温度；调节阀21、温度传感器与中央控制器(没有示出)进行数据连接，中央控制根据温度传感器测量的温度的大小，自动调节进入第二管束17的介质的流量。
[0047]如果测量的温度低于第一温度，则中央控制器自动减少调节阀的开度，如果测量的温度高于第二温度，则中央控制器自动增加调节阀的开度，其中第二温度大于第一温度。
[0048]之所以采取上述措施，主要目的是为了防止低温腐蚀。因为如果烟气出口温度过低，会造成烟气温度低于露点温度，会造成对排烟管道以及换热器的低温腐蚀，通过减少参与换热的低温介质的流量，来降低换热量，提高出口温度，对温度的控制可以避免低温腐蚀的发生；同理，如果测量的温度高于一定温度，则表明排烟温度过高，会造成浪费，因此，需要增加流体的流量，来吸收更多的热量。
[0049]优选的，所述蓄热介质是中温盐基相变材料，所述中温盐基材料由以下成分组成:KNO3> NaN03> NaNO2, CaN03、KNO2，各成分的质量百分比分别为:33_35%KN03、19_21%NaN03、32-33%NaN02、7.14%CaN03，其余为 ΚΝ02。
[0050]优选的是，33.34%ΚΝ03、20.21%NaN03、32.35%NaN02、7.14%CaN03,其余为 KN02。
[0051]通过调整蓄热材料的成分获得不同熔点的蓄热材料。
[0052]上述的蓄热材料是通过多次试验得到的结果，熔点在200°C以上，完全满足了水泥生产过程中的对余热的吸收利用。
[0053]所述的至少一个热利用装置为多级蓄热系统。如图7所示，多级蓄热系统包括三级蓄热式换热器24 - 26和两个连接段22、23，蓄热换热器可以采用前面所提到的蓄热换热器，当然也可以采用本领域的其它的蓄热换热器。其中第一级蓄热换热器24与第二级蓄热换热器25之间通过连接段23进行连接，第二级蓄热换热器25与第三级蓄热换热器26通过连接段22连接。
[0054]虽然图7展示了三级蓄热换热器，但是实际上不限于三级，可以设置两级换热器或者其他四级以上蓄热换热器。相邻各级通过连接段连接。
[0055]连接段不局限于附图所示的形式，可以是管子的形式。
[0056]沿着烟气的流动方向，各级蓄热换热器中的蓄热材料的蓄热能力逐渐下降。例如，可以选取不同熔点的中温盐基材料来实现不同的蓄热能力。对于第一级蓄热换热器24，蓄热材料的熔点230 - 250°C，优选是240°C ;对于第二级蓄热换热器25，蓄热材料的熔点150 - 170°C，优选是160°C，对于第三级蓄热换热器26，蓄热材料的熔点90 — 110°C，优选是 100。。。
[0057]各级蓄热换热器的高温烟气的入口温度在140°C _300°C范围内。
[0058]在吸热过程中，第一级蓄热换热器24的第二管束所在的壳侧是高温熔点盐基材料的空间，高温烟气在管内放热，盐基材料吸热变成液态，对应的熔点是240 V左右。在放热过程中，一级蓄热换热器的蓄热材料放热温度降低，一级蓄热换热器的第二管束内的低温工质吸热温度升高。
[0059]在吸热过程中，第二级蓄热换热器25的第二管束所在的壳侧是高熔点盐基材料的空间，高温烟气在二级换热面内放热，二级盐基材料吸热变成液态。因为烟气沿程温度降低，因此，必须选用具有较低熔点的二级盐基材料，对应的熔点是160°C左右。在放热过程中，二级盐基材料放热温度降低，二级第二管束内的低温工质吸热温度升高。
[0060]在吸热过程中，第二级蓄热换热器工质用换热管束所在的壳侧是高温熔点盐基材料的空间，高温烟气在三级换热面内放热，三级盐基材料吸热变成液态。因为烟气沿程温度降低，此处需选用具有更低熔点的三级盐基材料，对应的熔点是140°C左右。在放热过程中，三级盐基材料放热温度降低，三级工质用换热管束内的低温工质吸热温度升高。
[0061]低温介质和烟气之间的流动是逆流流动。对于每一级蓄热换热器的第二管束，可以是互相独立的加热系统，也可以通过设置连接管束，将相邻两级的第二管束连接起来，从而形成一个串联的第二管束。所述低温工质在第三级蓄热换热器中加热后，在进入第二级蓄热换热器中继续加热，在第二级蓄热换热器中加热后，在进入第一级蓄热换热器中进行加热。
[0062]在每一级工质换热管束的入口上设置调节阀(如果工质换热管束是串联结构，则只需要在第三级工质换热管束的入口上设置调节阀)，用于调节进入每一级工质换热管束的介质的流量，同时，在高温烟气出口 I位置上设置温度传感器(没有示出)，用于测量换热器出口的烟气的温度；调节阀、温度传感器与中央控制器(没有示出)进行数据连接，中央控制根据温度传感器测量的温度的大小，自动调节每一级蓄热换热器的进入工质管束的介质的流量。
[0063]如果测量的温度低于第一温度，则中央控制器自动减少每一级调节阀中的至少一个的开度，如果测量的温度高于第二温度，则中央控制器自动增加每一级调节阀中的至少一个的开度，其中第二温度大于第一温度。
[0064]之所以采取上述措施，主要目的是为了防止低温腐蚀。因为如果烟气出口温度过低，会造成烟气温度低于露点温度，会造成对排烟管道以及换热器的低温腐蚀，通过减少参与换热的低温介质的流量，来降低换热量，提高出口温度，对温度的控制可以避免低温腐蚀的发生；同理，如果测量的温度高于一定温度，则表明排烟温度过高，会造成浪费，因此，需要增加流体的流量，来吸收更多的热量。
[0065]优选的，所述的至少一个热利用装置为闪蒸器，所述闪蒸器包括支架27，热水入口28，蒸汽出口 29，热水出口 30，来自余热发电系统的高温水自闪蒸器热水入口 28进入闪蒸器，扩容闪蒸后产生一定压力下的饱和蒸汽自闪蒸器蒸汽出口 29并入到余热发电系统。闪蒸器内温度降低的热水自闪蒸器热水出口 30排出。
[0066]闪蒸器蒸汽出口 29设置一种高效汽水分离器，包括壳体33、分离管34、进汽管35、圆缺孔板一 36、圆缺孔板二 38、多孔孔板39、连接管37和出汽管40。
[0067]汽水分离器为立式布置，汽水分离器的进汽管35和出汽管40分别布置于分离器的底部与顶部位置，出水管位于壳体33底部侧面。分离管34分为两段，两段之间通过中间连接管37进行连接，进汽管35出口端与出汽管40进口端分别插入分离器34的两段中，使用钢条以角焊方式将分离管34与35和40连接，连接方式如附图12。圆缺孔板一 36和圆缺孔板二 38设置在连接管37内的蒸汽进口端和出口端，圆缺孔板开孔口置于连接管异侧，如附图10所示，这种布置方式使得蒸汽在连接管内的流动呈流线型，提高分离效率。多孔孔板39设置在出汽管端分离管40中的第二段中，孔板上开有小孔，小孔呈圆心布置，如图11所示。
[0068]在湿蒸汽进入进汽管35后，进汽管35出口与分离器34之间存在空间，出进汽管的蒸汽在分离器内膨胀，蒸汽流速降低，蒸汽中部分水滴由于重力的作用流速也减小，蒸汽在分离管34与进汽管35之间的空间中进行汽水分离，进汽管35与分离管34采用的连接方式中提供了水滴落下的通道，部分水滴在重力的作用下沿分离管内壁侧向下流动。这个过程是蒸汽中汽与水第一次分离。
[0069]进汽管端分离器34与连接管37连接，连接管37管径比分离器34小，连接管37进口端设置圆缺孔板一 36，蒸汽通过圆缺孔板一 36进行节流，流体的流通面积减小，孔板的节流作用使得蒸汽的压力下降，蒸汽流的流速增加，大部分蒸汽挤过节流扇形孔，蒸汽流速又因流通面积的增大和流束扩散而减小。在连接管37的出口端设置了一个与连接管进口端相同尺寸的圆缺孔板二 38，扩散的蒸汽流束又在此处减速增压，蒸汽通过孔板后流通面积再次增大，流束再次扩散。这个过程中蒸汽流束由于孔板的节流以及液滴的重量、惯性作用，水分较多地被分离出来，是蒸汽气流高效分离的区段。蒸汽在连接管内进行第二、第三次汽水分尚。
[0070]连接管37与出汽管端分离管34之间管径不同，蒸汽从连接管37出来后流动截面积发生较大变化，流动速度增加，流束扩散作用增加，在分离管34中再次分离。连接管37出口处设置一个多孔孔板39，用于蒸汽中汽与水的多次分离，蒸汽通过多孔孔板39的多个小孔后在汽水分离器中较好的分离出干蒸汽与水，实现蒸汽中汽与水的第四次分离。出汽管40与分离器34之间存在空间，蒸汽在进入出汽管40后流动截面积发生变化，蒸汽内部的汽与水进行再次分离，实现蒸汽中汽与水的第五次分离。整个过程中蒸汽进行汽水分离的位置包括进汽管与分离管之间、分离管与连接管接口处、圆缺孔板一、圆缺孔板二、多孔孔板以及出汽管与分离管之间。最终分离出来的水滴由于重力的作用向下流动最终通过出水口排出汽水分尚器外。
[0071]优选的，上述分离器设置在闪蒸器的出口位置上，所述出水口与闪蒸器的出水口连接，用以分离蒸汽和水，避免水进入汽轮机中。
[0072]通过多次的实验，得到最优的尺寸关系。所述连接管37的管径是分离管34管径的
0.45-0.55倍，两段分离管34的管径相同；进汽管35和出汽管40的管径相同，且为分离管管径的0.45-0.55倍，进汽管伸入分离管第一段的长度为分离管第一端的长度的30-45%，出汽管伸入分离管第二段的长度为分离管第二端的长度的30-45%，分离管第一段下端与分离器壳体的下部的距离为壳体总长度的15-20%，分离管第二段上端与分离器壳体的上部的距离为壳体总长度的15-20% ;圆缺孔板一和圆缺孔板一的圆缺高度a为直径的0.2-0.3倍。优选的，所述的多孔孔板距离分离管第二段下端的距离为第二段总长度的8-10%。
[0073]优选的，所述在至少一个热利用装置的进烟口安装烟气分离器，如图13所示。所述烟气入口装置设置在余热换热器的进烟口的位置，以避免更多的固体燃烧颗粒进入余热换热器，避免积灰。
[0074]如图13所示，烟气入口装置，包括可调整烟气挡板42、烟气除灰挡板43、壳体44、除灰管道45、烟气入口管道46。烟气入口管道46位于下端，是烟气的进口端，呈圆形。来自水泥生产过程的烟气自下而上由入口管道46进入，经过沉降除灰后由壳体44顶部中间的出口位置流出。烟气出口端为方形，如图14所示。除灰管道45内置于壳体55内，用于沉降和收集烟气中的灰尘，其下方连接定期排灰机构。烟气除灰挡板43与除灰管道45顶端相互连接，呈Y型布置，以增加收尘的面积。可调整挡板42设置在壳体44的顶端，与壳体44活动连接。通过改变可调整挡板44的角度能够调整烟气出口端的流速，以获得较好的除尘效果。
[0075]如图13所示，所述壳体44由下端的第一竖直段、与第一竖直段相连的向外的倾斜段、与倾斜段相连的第二竖直段以及位于顶端的与第二竖直段相连的水平段组成，所述的可调整烟气挡板42与水平段的另一端部相连，围绕着水平段的另一端部调整角度；所述的第一竖直段构成了烟气的入口，所述除灰管道45从烟气入口中深入到壳体44中，烟气除灰挡板43与除灰管道45的位于壳体44内的上部端部相连；在竖直方向上，所述的烟气除灰挡板43的上端和下端位于第二竖直段的上端和下端之间；所述倾斜段向外倾斜，使得烟气的流通面积增加，降低了烟气的流速，然后通过第二竖直段，烟气的流通面积基本上保持不变，最后因为第二竖直段的存在，使得烟气改变流动方向。
[0076]第一竖直段可以是如图14所示的圆管，也可以是方管或者其他结构。
[0077]在实施过程中，烟气经由烟气入口管道进入烟气入口装置，通过由烟气入口管道和除灰管道形成的空间，此时烟气的流通面积较小，对应的流速较大。在烟气上升过程中，烟气的流通面积逐渐增加，流速逐渐降低，所含灰尘与烟气逐渐分离，此事发生了第一次分离。在气流继续上升时，由于受到烟气除灰挡板17的阻碍，烟气发生偏转，烟气中的灰尘受到重力以及惯性力的作用，灰尘与烟气进行第二次分离。在烟气继续上升的过程中，因为水平段的原因，烟气进行了拐弯，在拐弯过程中，灰尘和烟气进行了第三次分离；随着烟气的继续流动，可调整烟气挡板与烟气除灰挡板之间形成一个与烟气流动方向相反的通道，烟气流过此处通道时流动中受到较大扰动，由于惯性、重力以及可调整挡板与烟气除灰挡板的阻碍作用，烟气与灰尘第四次分离。该区域是烟气与灰尘高效分离的区域。分离出的灰尘落入除灰管道中聚积，积灰达到一定的程度时，打开除灰管道底部的放灰口实施排灰。通过调整可调整挡板的角度，既能够形成特定的烟气弯曲型流道，又能够调节烟气的流通速度。因此，可调整烟气挡板和烟气除灰挡板的结构能够实现烟气的多次高效除尘，很大程度的减少了烟道内设备积灰问题，又提高了烟气进入换热器后的换热效率。
[0078]对于上述的四次分离，其中最主要的是第四次分离，此时分离的灰尘最多，对于前三次分离的灰尘，相对的较少，因此没有单独设置除灰的装置。
[0079]作为一个优选，所述的烟气通过单独的烟气管道46进入壳体内，如图14所示，在此种情况下，前三次分离的灰尘可以落入第一竖直段和烟气管道46之间的空间，然后在第一竖直段和烟气管道46之间的空间设置除灰装置，定期除灰。
[0080]优选的，烟气管道46伸入的壳体内的高度要高于第一竖直段的高度。
[0081]对于上述两种实施例，作为一个优选，所述的烟气除灰挡板的端部与水平段的与可调整烟气挡板连接的端部在竖直方向上对齐，所述的烟气除灰挡板与水平方向的夹角为15-40°，所述的倾斜段与水平方向的夹角为20-45°，在竖直方向上，第二竖直段的高度是倾斜段高度的2.5-5.6倍。
[0082]优选的，水平段的与可调整烟气挡板连接的端部与第一竖直段在竖直方向上对齐。
[0083]虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
【权利要求】
1.一种水泥回转窑余热利用系统，包括水泥回转窑、多个热利用装置，所述水泥回转窑产生的烟气经过热利用装置进行换热后，从尾部烟道排走；多个热利用装置所在的管路为并联结构，所述的热利用装置所在的管路的换热后的烟气混合后进入尾部烟道； 所述至少一个热利用装置是多级蓄热系统，所述多级蓄热系统包括多级蓄热式换热器，所述蓄热换热器通过连接段连接，各级蓄热换热器中的蓄热材料的蓄热能力不同，沿着烟气的流动方向，各级蓄热换热器中的蓄热材料的蓄热能力逐渐下降。
【文档编号】F27B7/20GK104266481SQ201410573164
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年5月5日 优先权日:2014年5月5日
【发明者】程林, 杜文静 申请人:山东省能源与环境研究院