本技术涉及可以对物料预热或者加热或冷却的热交换立窑，尤其是利用余热预热物料的预热器。
背景技术：
现有的液压推杆式立式预热器，是通过液压推杆的反复移动推动物料进行间歇下料，通过转运槽进入回转窑内，同时回转窑的高温尾气通过转运槽进入预热器内，对预热器的物料进行预热。在液压推杆上方的耐热混凝土“桥”由于长期在高温、受压(石灰石)的环境下，经常容易损坏甚至垮塌，易出现漏料的现象。同时液压推杆容易卡料，漏风严重。而且由于转运槽有效通风截面积小，因此高温尾气流动速度快，系统阻力大，预热器内有效料层高度较低(大约2000mm)且不能调节，只能对粒度为20-50mm的物料进行预热，尤其不能对1-15mm 的小颗粒物料预热。回转窑内高温尾气进入预热器与物料进行热交换后的烟气通过预热器顶部排出的烟气温度往往＞380℃，热能利用率较低。因烟气温度较高，除尘前需要对烟气设立冷却器或掺冷风降低烟气温度，掺冷风后要求除尘器和引风机的选型大，加大了袋式除尘器和引风机的投资，也增加了生产运行的动力消耗和成本。
技术实现要素：
本技术的目的是提供一种构造简单，能够对不同粒度大小的物料进行热交换，尤其是适用于粒度为1-15mm的小物料，能够连续下料，烟气阻力小，有效料柱高度高且可以根据物料大小进行调节，无卡料、漏料、漏风问题的热交换立窑，这种热交换立窑可以用作加热或者干燥或者预热物料也可以用作冷却物料。作为预热器使用时，排放烟气温度低，无需对排放烟气进行冷却即可除尘。
本技术所述的热交换立窑，包括筒体，在筒体上部设置用于向筒体内填加物料的加料装置和用于将尾气排出的排气装置，在筒体下部设置用于将筒体内物料排出的卸料装置，在加料装置与卸料装置之间的筒体至少有一个突变截面，该突变截面上部的筒体内腔在水平方向尺寸较小，该突变截面下部的筒体内腔在水平方向尺寸较大，物料在筒体内向下流动时，在突变截面下部处形成物料不能自然到达的空腔；用于输送与物料进行热交换的气体介质的供气管路出口与该空腔相通。该突变截面的构造有多种，只要物料在筒体内向下流动时，在突变截面下部处形成物料不能自然到达的空腔即可。该卸料装置有多种，只要可以承受高温物料的可以控制流量的卸料机都可以使用。
作为对所述的热交换立窑的进一步改进，加料装置包括加料管和布料器；布料器为上小下大的锥形体或者板柱状结构，加料管的出口端位于筒体顶部中心位置，并与筒体内部相通，布料器位于加料管出口的下方；加料时，在布料器的下方形成了物料不能自然到达的无料区，在筒体顶部外周形成了物料不能自然到达的空间。最好，加料装置相对于筒体上下移动。
作为对所述的热交换立窑的进一步改进，在筒体内，加料装置和卸料装置之间还设置分料器；该分料器为上小下大的锥形体或者板柱状结构，并以筒体轴线为对称轴轴对称；在分料器的下方形成了物料不能自然到达的无料区，分料器的底端安装高度低于供气管路出口。
作为对所述的热交换立窑的进一步改进，排气装置包括与筒体顶部外周的空间相通的烟气管，该烟气管通过与除尘器、引风机、烟囱相连接。
作为对所述的热交换立窑的进一步改进，它还包括烟室、下料管和回转窑，所述供气管路的进口与烟室相通，回转窑排气端(即回转窑尾端)与烟室相通；所述卸料装置的出口连接穿过烟室的下料管，与回转窑进料端(即回转窑尾端)相通。该热交换立窑此时是一种立式预热器，也是回转窑尾气余热利用立窑。
本技术的有益效果：
1.物料通过加料管进入筒体内，由于加料管下方有布料器，所以布料器的下方形成了没有物料的无料区21；由于加料管的存在，在筒体顶部外周也形成了物料不能自然到达的空间 22。
由于布料器、空腔结构和分料器的设置，在空腔内气体是混合相通的，压力是相等的，所以很容易实现空腔内的高温烟气温度相等；高温烟气从空腔上升穿过物料层时，到达同一个高度的水平截面高温烟气的行程近似相等，遇到的物料阻力近似相等，所以窑内高温烟气在同一高度的截面近似于等压面，高温烟气很容易在同一个高度截面流量和流速近似相等，从而实现了温度均匀的要求。
同理，由于布料器、空腔结构和分料器的设置，同一高度水平截面的物料，下行到达空腔和分料器的距离近似相等，相互挤压受力近似一致，物料向下运动的速度近似一致，因此，物料与烟气热交换的传受热量近似相等，从而实现了物料热交换的均匀性、一致性，对物料热交换产物质量有了基本保障。
2.物料在分料器形成锥形坡面状分布，分料器控制了物料锥形坡面状分布的料层厚度，物料下行的速度或者物料在窑腔体内停留的时间则由卸料装置控制，这就更有利于保障热交换产物的质量。
明显，在空腔内的烟气温度最高，分料器锥形坡面物料所处的环境温度最高，高温烟气上升穿过物料层后，布料器处物料所处环境温度最低。由于，(1)立窑的有效容积大，通风面积大，气流速度低；(2)分料器锥形坡面的物料受热时对烟气基本不产生阻力；(3)卸料装置连续卸料，所以热交换立窑内物料连续下行运动，运动物料比静置物料对气流的阻力大大减小。所以该立窑的阻力低，可以提高料柱的高度，热交换的物料量更大和热交换时间更长，从而提高了热交换的效率。作为预热器使用时，烟气的排放温度比传统液压推杆预热器低。通过供气管路送入的气体介质到达在突变截面处形成的空腔23内，作为预热器使用时，与物料不但通过热辐射方式对物料加热，还穿过料层直接通过与物料主要以对流热交换方式对物料加热，所以物料加热充分。同一个突变截面处形成的空腔23可以是一个或多个，多个空腔可以在周向相连形成一个环形。
3.加料装置相对于筒体上下移动，可以改变筒体内物料的高度，以适应不同粒径的物料。几何尺寸相对大些的物料，对气流的阻力小一些，物料内部的传热和传质的时间需要长些，几何尺寸相对小的物料对气流的阻力就大些，物料内部的传热和传质的时间需要短些。因此，为满足料层阻力和热交换的要求，对于大粒径的物料，加料管和布料器相对于筒体的位置可以高一些，这样筒体内物料就多一些。对于小粒径的物料，加料管和布料器相对于筒体的位置可以低一些，这样筒体内物料就少一些。这样，大粒径的物料虽然比表面积小，但筒体内料柱高(或者说料层厚)，热交换时间长；小粒径物料虽然比表面积大，但筒体内料柱低(或者说料层薄)，热交换时间短，都能够达到需要热交换效果。该热交换立窑用作预热器时，预热的物料料柱高可达6米以上，是传统液压推杆式立式预热器的3倍，物料热交换的时间也是传统预热器的3倍，并且可以根据需要调节料柱的高低，可以适应1-80mm不同粒径段的物料(传统的必须20mm以上物料)。
4.利用回转窑尾气余热加热物料时，回转窑通过烟室、下料管、供气管路与预热器衔接，回转窑的高温尾气通过烟室、供气管路进入预热器；预热器内的物料被预热后通过下料管进入回转窑内；供气管路的有效通风截面积比液压推杆式立式预热器的转运槽出料口截面积(出料口也是进气口)大许多，回转窑的高温尾气进入预热器更加畅通，压损低，预热效果好，热效率高，因此同比窑型产量更高。
5.作为预热器时，其排放的烟气温度比较低，一般在180-240℃左右，与传统液压推杆预热器相比，省去了多管冷却器的投资；并且，由于改变了漏风现象，除尘器、引风机及其电动机的配置规格约减小30％，从而减小了设备投资，减小了运行费用和电力消耗。
6.常用的液压推杆立式预热器，液压推杆间歇周期性动作时物料才运动，预热器的阻力大，料柱高度不能高，热交换的时间比较短，尾气排放温度比较高，漏风严重，系统投资比较大，设备的故障率也比较高，运行成本比较高，而本申请作为一种连续无推杆立式预热器，没有液压推杆等运行部件、运行可靠，故障率低、机械设备和耐火材料的使用寿命大大延长。主体部分的耐火材料保证10年无需更换。预热后的物料通过耐高温的喂料机可控制的定量均匀喂入回转窑内，运动部件少，因而故障大大减少。
7.耐火材料品种规格少，方便砌筑和检修维护。
8.由于热交换立窑的有效容积更大，热交换的时间更加充分、没有漏风现象、并且烟气排放温度更低，所以本发明的热效率大大提高。
9.适应的物料品种及其几何形状范围广泛，不仅可以适应20-50mm块状物料，也可以适应1-15mm小颗粒物料；产品品种适应性强，石灰石、石灰、烧结白云石、高炉水渣、兰炭、焦炭等非金属矿产品，铁矿等金属矿产品都可适应；
10.热交换立窑系统设置相应的温度、压力、流量、气体成分、高温TV、计量等仪表及阀门、PLC，很容易实现自动化、智能化操作。
附图说明
图1是一种立式预热器的主视图(突变截面上部的筒体内腔是锥形)；
图2是图1的侧视图；
图3是另一种立式预热器的主视图(突变截面上部的筒体内腔是直筒形)；
图4是第三种种立式预热器的主视图(突变截面上部的筒体内腔是锥形、分料器、布料器均为板状)；
图中，加料仓1，加料管2，烟气管3，回转窑4，筒体5，布料器6，烟室7，供气管路 8，分料器9，支腿10，下料管11，突变截面上部的筒体内腔12，突变截面下部的筒体内腔 13，卸料口14，高温物料喂料机15，料位检测装置16，温度传感器17，物料18，无料区21，空间22，空腔23，空区24，悬索或吊杆25。
具体实施方式
为便于说明方便，现以预热器作为说明案例。参见图1、2所述的用于对石灰石进行预热的立式预热器，筒体5上部设置用于向筒体内填加物料18的加料仓1、加料管2和布料器6。加料仓1上设置有检测高低的两个料位检测装置16。加料管的出口端位于筒体顶部中心位置，并与筒体内相通，布料器位于加料管出口的下方。加料管2可以相对于筒体可以伸缩以改变长度(相当于加料管可以相对于筒体上下移动)。布料器6为上小下大的锥形体，通过悬索或吊杆25悬挂在上筒体顶部，可以调节悬索或吊杆25以改变布料器相对于筒体的上下位置，然后再刚性固定。
在布料器与高温物料喂料机之间的筒体中部，有一个突变截面，该突变截面上部的筒体内腔12在水平方向尺寸较小，该突变截面下部的筒体内腔13在水平方向尺寸较大，物料在筒体内向下流动时，在突变截面下方、筒体内部外周处形成物料不能自然到达的空腔23。形成突变截面的构造有多种，只要物料在筒体内向下流动时，在突变截面下、筒体内部外周处形成物料不能自然到达的空腔即可。例如，突变截面上部的筒体内腔12可以是下端上大下小的锥形(如图1、图4所示)，也可以是直筒形(如图3)。筒体内腔12下端是锥形时，有利于气流与物料的热交换更加均匀。
参见图1、图4所示，在突变截面上方有与空腔23相连通的空区24，这样有利于增加空腔23的容积。
石灰回转窑4的尾端伸入一烟室7内，供气管路8的进口与烟室相通，供气管路8的出口与突变截面处的空腔23相通。本案例供气管路为2个，供气管路的出口在筒体周向均匀分布。筒体底部的卸料口14接高温物料喂料机(卸料装置)15，高温物料喂料机15出口通过穿过烟室的下料管11伸入到回转窑4的尾端内。
在筒体内，加料装置和卸料装置之间还设置分料器9，该分料器为上小下大的锥形体，并以筒体轴线为对称轴轴对称；分料器的底端安装高度低于供气管路8的出口，通过固定在筒体上的支腿10支撑。
物料通过加料仓、加料管进入筒体内，由于加料管下方有布料器，所以布料器的下方形成了没有物料的无料区21；由于加料管的存在，在筒体顶部外周也形成了物料不能自然到达的空间22；在上筒体顶部的周边连接有烟气管3。烟气管3与空间22相通，并与除尘器、引风机、烟囱相连接。在供气管路8上和筒体顶部设置有温度传感器17，分别用于检测供气管路8内的高温尾气的温度和排放的烟气温度。
本申请是一种连续无推杆立式预热器。预热器运行时，加料仓1内的物料通过加料管2 加入到预热器内，从卸料口14通过高温物料喂料机卸出，再通过下料管11进入回转窑4内。在引风机的作用下，从回转窑排放的高温尾气进入到回转窑窑尾的烟室7内，通过供气管路 8进入预热器内，与物料热交换后，通过连接有除尘器、引风机的烟气管3排出。
图4所示的立式预热器与图1所示立式预热器的主要区别在于：图4中的分料器9为空心板状结构，分料器9安装高度低于供气管路的出口；布料器6为板状结构。
本申请与常规的液压推杆立式预热器的主要区别如下。该无推杆预热器的应用，不仅热效率大大提高，而且运行可靠，可以为业主节省大笔投资，还可以大大降低运行成本。
二种预热器的比较：
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