专利名称：用于固体物料和气体之间进行化学和/或物理反应的设备和方法及用于制造水泥的工厂设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在固体物料和气体之间进行化学和/或物理反应，特别是用 于预热、冷却和/或煅烧细粒物料的设备和方法，以及一种用于制造水泥的工厂设备。
背景技术：
在实践中，已知用于预热、冷却和煅烧细粒物料的，特别是包括DC热交换器和旋 风分离器的系统。大多数情况下，这样的设备包括几个堆叠的分级，气流从底部至顶部引导 通过所有分级，同时固体物料以相反方向供给到各分级。这样的系统的缺点在于它们需要巨大的净空高度和旋风分离器的分离程度并不 总是能得到满足。例如，在旋风器中常出现非受控的流动，这是在例如旋风器的入口处通过 进入气流叠加在旋风器中形成的旋拧流上或通过旋风器锥体中气流方向的反转引起。另 夕卜，原已沉积在旋风器边缘处的颗粒可再引入旋风器的进入气流中。另一问题在于，由于使用具有不同尺寸的构造，在相同的进入速度下离心力发生 变化，因而导致不同的分离条件。因此在US 4,318,692中提出一种用于水泥原料的多级预热器，其单个分级各自 由上升管和邻接的螺旋形和/或盘旋式管构成。螺旋形和/或盘旋式管具有矩形横截面， 并且连接到块形收集室的一个侧面。连接点从这里延伸到块形收集室的整个侧面。收集室 的下部以漏斗方式逐渐变细，并且用来排出固体物料，同时气体引导向上。但是，这种收集 室的分离程度并不令人满意。DE 103 09 575 Al公开一种用于从气体-颗粒混合物中分离颗粒的回旋加速器， 该回旋加速器具有倾斜进入的吸入通道。颗粒向下排出，同时气体通过通到回旋加速器内 的浸入管导出。
发明内容
本发明着手解决提高分离室中的分离程度的问题。根据本发明，该问题通过权利要求1和权利要求13的特征来解决。根据本发明的用于在固体物料和气体之间进行化学和/或物理反应，特别是用于 预热、冷却和/或煅烧细粒物料的设备基本上包括在其中通过离心力将气_固物料悬浮 物分离成固体物料流和气流的至少一个螺旋形和/或盘旋式管和连接到螺旋形和/或盘旋 式管端部的至少一个分离区，用于排出固体物料流的固体物料管和用于排出气流的气体管 连接到该分离区。在此该分离区由气体管的下部形成，在螺旋形和/或盘旋式管(1)的连 接区域中的分离区和到其之上且与其连接的气体管的部分具有相同的直径。为了形成旋拧 流，螺旋形和/或盘旋式管以与水平面呈至少30°的角度切向地通到分离区内。根据本发明的螺旋形和/或盘旋式管应理解为是指至少在片段中具有螺旋和/或 盘旋形式的管。在这里螺旋形和/或盘旋式管的扭转可特别地也仅在例如90°的较小角度范围内延伸。与目前为止已知的解决方案相比，主要的不同之处在于螺旋形和/或盘旋式管后 未接着旋风器样分离器，而仅仅是跟随着具有连接的固体物料管的气体管。螺旋形和/或 盘旋式管连接到气体管的方式将预先与气流分离的固体物料直接供给到固体物料管，并且 也将气流转换成旋拧流。这防止了物料再次被气流带走和被排出。构成本发明基础的试验已通过产生这一旋拧流显示出，高效地将固体物料流和气流分离是可能的。这样做时，特别是70-100%的物料可从气-固物料悬浮物中分离。本发明的进一步实施方案为从属权利要求的主题。在根据本发明的方法中，气_固物料悬浮物通过螺旋形和/或盘旋式管引入到气 体管内，其方式使得在气体管中产生旋拧流并且固体物料直接向下排出。根据本发明，螺旋形和/或盘旋式管切向地通到随后的气体管内以产生旋拧流。 当然，“切向的”应理解为是指大致切向地定向的螺旋形和/或盘旋式管的那些连接。根据本发明的优选实施方案，气体管具有圆形构造以有利于旋拧流。另外，螺旋形 和/或盘旋式管以与水平面呈30°至60°之间的角度连接到气体管是有利的。这样，固体 物料直接引导向下到固体物料管，同时气流可向上排出。为了帮助产生旋拧流，从水平方向上看，在与分离室的连接区域中的螺旋形和/ 或盘旋式管的宽度小于分离室的宽度，并且优选小于分离室的宽度的50%。根据优选的实施方案，气体管的下部构造成以漏斗形式逐渐变细，固体物料管连 接到以漏斗形式逐渐变细的气体管的部分。气体管的延伸可以在气体的流动方向上具有相对小或相对大的直径。这样，可影 响和最优化方法的具体参数，例如压力损失或分离程度。在实践中，该设备适当地为具有几个螺旋形和/或盘旋式管和关联的气体管的多 级和/或多串布置。同时，特别地可设置气_固物料悬浮物管，该气_固物料悬浮物管包括 通过转向头彼此连接的上升管和下降的螺旋形和/或盘旋式管。通过多级布置，设置一个堆叠在另一个之上的多个分级，各分级包括下面的部 件a.具有螺旋形和/或盘旋式管的用于引导气_固物料悬浮物的气_固物料悬浮物 管，b.分离区，c.用于排出分离的固体物料的固体物料管，d.和用于排出分离的气体的气体管，一个分级的气体管合并到下一个较高分级的气_固物料悬浮物管内，并且一个分 级的固体物料管通到下一个较低分级的气_固物料悬浮物管内。
以下通过描述和附图详细说明本发明的另外的优点和实施方案，其中图1示出具有螺旋形和/或盘旋式管和气体管的设备的正视图，图2示出根据图1的设备旋转90°的视图，图3示出根据图1的设备的俯视图，
图4示出多级配置的侧视图，和图5示出根据图4的多级布置的俯视图，以及
图6示出用于水泥制造的工厂设备的三维示意图。
具体实施例方式在图1至图3所示的用于在固体物料4和气体5之间进行化学和/或物理反应， 特别是用于预热、冷却和/或煅烧细粒物料的设备基本上由至少一个螺旋形和/或盘旋式 管1、连接到螺旋形和/或盘旋式管端部的用于排出气流的至少一个气体管2、以及用于排 出固体物料和连接到气体管的固体物料管3构成。螺旋形和/或盘旋式管1通到管2的下部内，该管2的下部形成分离区2a，该分离 区和其之上并与其邻接的气体管2的部分具有相同的直径。螺旋形和/或盘旋式管1切向 地并与水平面呈至少30°的角度α通到分离区2a内。角度α优选在30°至60°的范围 内。气体管2或更确切地说气体管2的分离区2a进一步在其下部区域中具有以漏斗 形式逐渐变细的部分2b，固体物料管3连接到该部分2b。以漏斗形式逐渐变细的部分2b 在紧接它们连接处之下邻接螺旋形和/或盘旋式管1。在本发明的范围内，在螺旋形和/或 盘旋式管1的连接的底端和以漏斗形式逐渐变细的部分2b之间设置小的距离也是可能的， 但是这应当小于在连接区域中的气体管2的半径，优选小于该半径的一半。为了在固体物料和/或气体之间进行化学和/或物理反应，气-固物料悬浮物经 螺旋形和/或盘旋式管1通向气体管2。当这发生时，在螺旋形和/或盘旋式管1中的离心 力导致气_固物料悬浮物预分离成固体物料流4和气流5。通过螺旋形和/或盘旋式管连接到气体管的方式，预先与气流分离的固体物料流 4经由以漏斗形式逐渐变细的部分2b直接引导至固体物料管3。气流5另外地变换成旋拧 流并且通过气体管2向上排出。这防止了物料被气流再次携带和被带走。到气体管中的倾斜向下引导的物料进料也防止了在气体管中产生的旋拧流叠加 到螺旋形和/或盘旋式管1的开口区域中的物料流上。在基于本发明的试验中，通过产生 该旋拧流表明固体物料流和气流可被高效地分离。根据本发明的进一步的实施方案，在连接区域中的气体管2的横截面大小为螺旋 形和/或盘旋式管1的横截面的0. 5至1. 5倍。该横截面比有助于旋拧流的产生。对于该设备的特定应用，例如作为用于热处理细粒物料的设备，可如在所示的示 例性实施方案中设置气_固物料悬浮物管，其包括上升管6和下降的螺旋形和/或盘旋式 管1，还设置转向头7，该转向头部7使上升管6与螺旋形和/或盘旋式管1连接。气_固 物料悬浮物管的上升和下降分支确保气体和固体物料之间充分的接触时间。另一方面，该 构造使得能够获得比较低的总高度的非常紧凑的结构。在本发明的范围内，螺旋形和/或盘旋式管1的半径和/或倾斜度和/或横截面 形状和/或横截面尺寸沿气_固物料悬浮物的流动方向发生改变是可能的。这样，一方面 可影响在螺旋形和/或盘旋式管的区域中的气_固物料悬浮物的预分离，且另一方面螺旋 形和/或盘旋式管1可适应于外部条件。当几个分级彼此嵌套在一起并一个在另一个之上 布置时，这是特别有利的。
半径、倾斜度、横截面形状和/或横截面尺寸可在流动的方向上急剧地变化和/或还可在至少一个片段中连续地变化。因此，例如，半径的减小引起离心力的增加，相反半径 的增加相应于离心力的降低。可通过改变横截面形状和尺寸影响流速。通常地，上述设备是具有多个螺旋形和/或盘旋式管和关联的气体管的多级和/ 或多串布置的形式。三级布置在图4和图5中示意性地示出。该布置具体地包括下部分级 I、中间分级II和上部分级III，在各情况中，下部分级的气体管2合并到布置在其上面的分 级的螺旋形和/或盘旋式管1中。最上的分级III的气体管2”是例如连接到过滤器或下 游的高效分离器以用于除尘。在固体物料管3的情况中，情况相反。因此，最上的分级III 的固体物料管3”连接到通向中间分级II的螺旋形和/或盘旋式管1’的气体管2，而中间 分级II的固体物料管连接到通向下部分级I的螺旋形和/或盘旋式管1的气体管。最下 的分级I的固体物料管3连接到随后的组件，例如煅烧炉或回转窑。这样，引入到通向最上 分级III的螺旋形和/或盘旋式管1”的气体管的固体物料可在热气流中进行热处理。如从图4和图5中特别清楚地显示的，多级布置的单个分级可借助于螺旋形和/ 或盘旋式管彼此嵌套布置，以便产生在垂直方向上非常紧凑的整体布置。图6最终示出用于在水泥制造过程中热处理细粒物料的工厂设备的三维示意图， 该工厂设备具有回转窑10、煅烧炉20和预热器30。煅烧炉20和/或预热器30在此可根 据在图1至图5中所描述的设备构造。
权利要求
一种用于在固体物料和气体之间进行化学和/或物理反应，特别是用于预热、冷却和/或煅烧细粒物料的设备，所述设备具有-至少一个螺旋形和/或盘旋式管(1)，在其中气-固物料悬浮物通过离心力分离成固体物料流(4)和气流(5)，和-连接到螺旋形和/或盘旋式管(1)端部的至少一个分离区(2a)，用于排出固体物料流(4)的固体物料管(3)和用于排出气流(5)的气体管(2)连接到所述分离区(2a)，其特征在于，所述分离区由气体管(2)的下部形成，在螺旋形和/或盘旋式管(1)的连接区域中的分离区(2a)和在其上方并与其连接的气体管(2)部分具有相同的直径，为形成旋拧流，螺旋形和/或盘旋式管(1)切向地并与水平面并且呈至少30°的角度(α)通到分离区(2a)内。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，螺旋形和/或盘旋式管(1)以与水平面呈 30°至60°之间的角度连接到气体管(2)。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在水平方向上看，螺旋形和/或盘旋式管 (1)在 与气体管(2)连接的区域中的宽度小于气体管(2)的宽度，并且优选小于气体管(2) 的宽度的50%。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在连接区域中的气体管(2)的横截面是螺 旋形和/或盘旋式管(1)的横截面的0. 5至1. 5倍。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，固体物料管(3)连接在分离区(2a)之下。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，气体管(2)的下部(2b)构造成以漏斗形 式逐渐变细。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，固体物料管连接到以漏斗形式逐渐变细 的气体管(2)的部分(2b)。
8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，螺旋形和/或盘旋式管(1)的连接的底部 与以漏斗形式逐渐变细的部分(2b)之间的距离小于连接区域中气体管(2)的半径，优选小 于该半径的一半。
9.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，以漏斗形式逐渐变细的部分(2b)在紧接 连接处之下邻接螺旋形和/或盘旋式管(1)。
10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备为具有几个螺旋形和/或盘旋 式管(1)和关联的气体管(2)的多级和/或多串布置。
11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，设置包括上升管(6)和下降的螺旋形和 /或盘旋式管(1)的气-固物料悬浮物管，并且还设置将上升管(6)与螺旋形和/或盘旋式 管(1)连接的转向头(7)。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，设置一个堆叠在另一个之上的多个分 级(I，II，III)，各分级包括下面的部件a.用于引导气-固物料悬浮物的气-固物料悬浮物管，b.分离区(2a)，c.用于排出分离的固体物料的固体物料管(3)，d.用于排出分离的气体的气体管(2)，一个分级的气体管(2)合并到下一个较高分级的气-固物料悬浮物管中，并且一个分级的固体物料管(3)通到下一个较低分级的气-固物料悬浮物管内。
13. 一种用于制造水泥的工厂设备，具有预热器(30)、煅烧炉(20)和窑(10)，预热器 (30)和/或煅烧炉(20)具有根据前述权利要求1至11中的一项或多项的设备。
全文摘要
根据本发明的用于在固体物料和气体之间进行化学和/或物理反应，特别是用于预热、冷却和/或煅烧细粒物料的设备基本上由在其中通过离心力将气一固悬浮物分离成固体物料流和气流的螺旋形和/或盘旋式管，和连接到螺旋形和/或盘旋式管端部的至少一个分离区构成，用于除去固体物料流的固体物料管和用于除去气流的气体管连接到所述分离区。该分离区由气体管的下部形成，在螺旋形和/或盘旋式管的连接的区域中的分离区和连接到其上的气体管的部分具有相同的直径。为了形成旋拧流，螺旋形和/或盘旋式管与水平面切向地并且呈至少30°的角度通到分离区内。
文档编号B04C5/04GK101849155SQ200880102000
公开日2010年9月29日 申请日期2008年6月25日 优先权日2007年8月7日
发明者丹特里夫·库坡, 安德雷斯·霍佩, 海因茨-维尔纳·斯迈尔, 贝雷纳·格奥尔格, 路易斯·拉嘉·加西亚, 马克·沃尔林克 申请人:伯利休斯股份有限公司