CN102401573B - 一种用于水泥窑旁路放风烟气余热发电的取风系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于水泥窑旁路放风烟气余热发电的取风系统，包括回转窑、窑尾烟室、上升烟道、预热器以及窑尾旁路放风余热锅炉，在窑尾烟室侧壁或窑尾烟室的顶部或上升烟道的侧壁开设取风口，在取风口与窑尾旁路放风余热锅炉的进烟口之间通过取风管相连；所述取风管由取风管 三段管体组成；取风管倾斜向上安装，底端与取风口连接，顶端与竖直的取风管连接；取风管顶端封闭，顶端侧壁与一个倾斜向下的取风管连通，取风管底端与窑尾旁路放风余热锅炉的进烟口接通。本发明可有效解决旁路放风取风管路的灰堵问题，同时具有结构合理、拆装方便、效率高、安全性高、容易清理、不易堵灰等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种水泥窑旁路放风取风设备，尤其是一种应用于水泥窑旁路放风余热发电过程中的烟气取风装置。
背景技术
在水泥生产工艺中，原、燃料中钾、钠、氯、硫元素是新型干法水泥窑能否稳定生产和影响水泥产品质量的干扰因素，其过量存在容易造成窑尾或预热器、烟道出现结皮、堵灰等问题，严重时更会造成堵塞问题，影响水泥烧成系统的正常运转，同时也会降低水泥质量。
已知，旁路放风技术已在国内外广泛使用，水泥生产过程中主要采用旁路放风技术来解决有害组分循环、降低熟料中有害组分含量的问题。现用的旁路放风系统是：使进入系统的高温窑气首先急冷，将挥发性组分尽量冷凝附着于料粉上，然后用收尘器将其从气流中分离排除。目前所采用的急冷手段为“空冷”，即将窑气通入一个“急冷室”，同时鼓入冷风将其急剧冷却后进行收尘。但是，虽然旁路放风工艺在国际上通用，但从经济角度分析，则代价相当高昂。其原因在于三个方面：1）大量冷风的鼓入，使旁路放风系统的处理风量远大于初始窑气量（达2-4倍)。实际生产中，旁路放风往往可以间断进行，而且放风量是在某个范围内波动。旁路放风系统的规格必须适应瞬时最大处理风量，这意味着即使为了进行少量放风，也必须增设一套相对庞大的高效收尘系统，而主收尘系统的规格并不因此而缩小。这两套窑气净化系统的总处理能力将大大超过原来的窑气量，在基建投资、占地面积、电能消耗、运行及维护费用方面都要付出巨大的代价。2）由于窑尾烟室废气粉尘粘度高，容易造成旁路放风废气管道、废气冷却设备的堵塞，严重影响旁路放风系统的正常运行。3）旁路放风系统中的窑气热量回收利用率较低，既污染环境又浪费热能。综上所述，改善现有旁路放风技术的除尘效果、充分利用旁路放风的烟气热能已成为不可回避的技术话题。
例如：本司先期就水泥窑窑尾余热发电工艺问题申请的专利号为201120438574.9的《一种水泥窑窑尾旁路放风的余热发电装置》专利，主要结构是：回转窑尾烟室的另一烟气出口通过高温废气管道与旁路放风余热锅炉壳体的进烟口相连，其出烟口通过收尘器及引风机与烟囱相连，该旁路放风余热锅炉省煤器的进水口与除氧器出水口相连，该省煤器出水口与汽包相连，该汽包又分别通过上升管和下降管与蒸发段构成循环，汽包的蒸汽出口与过热器蒸汽进口相连，该过热器的蒸汽出口与汽轮机蒸汽进气口相连。 其功能是利用水泥窑窑尾旁路放风高温烟气中的热量产生蒸汽进行发电技术。但是，在国内某水泥厂进行工业实验过程中发现由于窑尾烟室内烟气温度高、烟气粉尘粘度大，造成旁路放风取气管路容易发生结皮、堵塞等问题，因而旁路放风余热锅炉不能投入使用，造成旁路放风余热发电技术不能顺利实施。因此，为了保证旁路放风余热锅炉的正常使用，使整套技术发电量更加可观，势必需要对旁路放风的取风工艺和装置进行改进。
发明内容
本发明的目的是提供在利用水泥窑内高温烟气旁路放风进行发电过程中避免堵灰、方便清理、提高利用率的一种用于水泥窑旁路放风烟气余热发电的取风系统。
本发明采取的主要技术方案为：包括回转窑、窑尾烟室、上升烟道、预热器以及窑尾旁路放风余热锅炉，在窑尾烟室侧壁或窑尾烟室的顶部或上升烟道的侧壁开设取风口，在取风口与窑尾旁路放风余热锅炉的进烟口之间通过取风管相连；所述取风管由取风管Ⅰ、取风管Ⅱ和取风管Ⅲ组成；取风管Ⅰ倾斜向上安装，底端与取风口连接，顶端与竖直的取风管Ⅱ连接；取风管Ⅱ顶端封闭，顶端侧壁与一个倾斜向下的取风管Ⅲ连通，取风管Ⅲ底端与窑尾旁路放风余热锅炉的进烟口接通。
也可在窑尾烟室顶部开设取风口，此时可直接由取风管Ⅱ和取风管Ⅲ组成两段式取风管，取风口直接与取风管Ⅱ底端管口连接；取风管Ⅱ侧壁与取风管Ⅲ连通。此种结构可省去取风管Ⅰ。
在窑尾烟室侧壁或上升烟道开设取风口，采用取风管Ⅰ、取风管Ⅱ和取风管Ⅲ组成三段式取风管，取风口与取风管Ⅰ连接，取风管Ⅰ与取风管Ⅱ、取风管Ⅲ依次连接，取风管Ⅲ与窑尾旁路放风余热锅炉的进烟口接通。
在取风口处安装柔性挡灰装置和清灰装置；所述柔性挡灰装置为链幕或弹簧幕或簧片百叶窗。
取风管Ⅱ的内径大于取风管Ⅲ；取风管Ⅱ中烟气流速为2～15m/s；取风管Ⅲ中烟气流速为8～45m/s。
在取风管内壁敷设保温层和浇注料。在取风管Ⅱ内安装挡尘装置，挡尘装置为百叶窗式挡板或“∽”形挡板或缩口挡板。
所述取风管与取风口、窑尾旁路放风余热锅炉的进烟口连接处分别设置膨胀装置。
所述取风管Ⅰ为等径的方管或圆管，也可是喇叭状非等径方管或圆管，与取风管Ⅱ连接处采用流线连接。
在取风管Ⅰ上设有空气炮。
在取风管上安装烟风阀。
本发明的工作过程是：开启烟风阀，保证取风管的顺畅。来自窑尾烟室内的旁路放风烟气通过取风口进入取风管内，依次逐级流经取风管Ⅰ、取风管Ⅱ、取风管Ⅲ（当在窑尾烟室顶部开设取风口时，烟气直接流经取风管Ⅱ、取风管Ⅲ）后进入窑尾旁路放风余热锅炉，最终烟气与水换热并产生过热蒸汽，利用蒸汽发电。其中，取风口处的柔性挡灰装置可将粘性灰尘粘结在其表面，再利用清灰装置定期清除粘结在柔性挡灰装置上的灰尘，保持取风口畅通。取风管Ⅱ的内径大于取风管Ⅰ和取风管Ⅲ的内径，有助于改变烟气在其中的流速，使大颗粒的灰尘在此段沉降，进一步降低堵塞危险。取风管Ⅲ采用较小管径，使其中烟气流速大大增加，将管内壁面灰尘携带进入旁路放风余热锅炉内，防止了取风管Ⅲ内的堵塞问题。取风管Ⅱ内还可以设置挡尘装置，挡尘装置也可进一步阻挡灰尘。另外，空气炮可用于吹起取风管Ⅰ内部的灰尘，避免该段管体的堵塞问题。
本发明的有益效果为：
1、在窑尾烟室取风口处设置了柔性挡灰装置，与清灰装置配合使用，可有效避免部分粘结性颗粒进入下一级取风管道，同时也可以解决取风口容易结皮堵塞的问题。
2、取风管Ⅰ上设置若干个空气炮，可将取风管Ⅱ内壁上沉降下来的烟尘快速、顺畅的清除，可防止管路堵塞问题。
3、取风管Ⅱ采用了立式大截面的结构，使高温烟气进入后会有明显降速，使得一部分大颗粒灰尘受重力作用而沉降下来，避免进入下一级取风管而产生壁面灰尘集结堵塞的问题。
4、取风管Ⅲ内径小于取风管Ⅱ的内径，使得烟气进入取风管Ⅲ时烟气流速增大，通过高速气流将取风管Ⅲ内的灰尘携带到窑尾旁路放风余热锅炉中，防止取风管的堵塞。
5、有助于回转窑中碱性气体的顺利排出，提高了水泥产品的品质。
6、可增加余热电站的发电量，有效利用排出的高温烟气，使这部分高温烟气进入窑尾旁路放风余热锅炉，产生蒸汽用于发电，以4500t/d水泥生产线为例，在10%的旁路放风条件下，发电量可大幅增加，另外还能降低熟料的热耗。
7、具有结构合理、拆装方便、效率高、安全性高、容易清理、不易堵灰等优点。
附图说明
图1为本发明采用窑尾烟室侧壁开口取风连接的结构简图。
图2为本发明采用上升烟道侧壁开口取风连接的结构简图。
图3为本发明采用窑尾烟室顶部开口取风连接的结构简图。
图中标号说明：
1：回转窑、2：窑尾烟室、3：取风口、4：预热器、5：取风管Ⅰ、6：取风管Ⅱ、7：取风管Ⅲ、8：膨胀装置、9：窑尾旁路放风余热锅炉、10：保温层、11：浇注料、12：柔性挡灰装置、13：烟风阀、14：清灰装置、15：空气炮、16：上升烟道、17：挡尘装置。
具体实施方式
工艺和装置：
本发明包括回转窑1、窑尾烟室2、上升烟道16、预热器4以及窑尾旁路放风余热锅炉9，在窑尾烟室侧壁或窑尾烟室的顶部或上升烟道的侧壁开设取风口3，在取风口与窑尾旁路放风余热锅炉的进烟口之间通过取风管相连；所述取风管由取风管Ⅰ5、取风管Ⅱ6和取风管Ⅲ7中至少两段管体组成；取风管Ⅰ倾斜向上安装，底端与取风口连接，顶端与竖直的取风管Ⅱ连接；取风管Ⅱ顶端封闭，顶端侧壁与一个倾斜向下的取风管Ⅲ连通，取风管Ⅲ底端与窑尾旁路放风余热锅炉的进烟口接通。在取风口处安装柔性挡灰装置12和清灰装置14；所述柔性挡灰装置为链幕或弹簧幕或簧片百叶窗。取风管Ⅱ的内径大于取风管Ⅲ；取风管Ⅱ中烟气流速为2～15m/s；取风管Ⅲ中烟气流速为8～45m/s。在取风管内壁敷设保温层10和浇注料11。在取风管Ⅱ内安装挡尘装置17，挡尘装置为百叶窗式挡板或“∽”形挡板或缩口挡板。所述取风管与取风口、窑尾旁路放风余热锅炉的进烟口连接处分别设置膨胀装置8。所述取风管Ⅰ为等径的方管或圆管，也可是喇叭状非等径方管或圆管，与取风管Ⅱ连接处采用流线连接。在取风管Ⅰ上设有空气炮15。在取风管上安装烟风阀13。
下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
实施例一
如图1示，在窑尾烟室的侧壁面开设取风口，在取风口处设置柔性挡灰装置，所述柔性挡灰装置为链幕或弹簧幕或簧片百叶窗，当旁路放风的高温烟气通过取风口的柔性挡灰装置时，部分粘性灰尘在柔性挡灰装置上粘结。设置在此处的清灰装置可以定期的将粘结在柔性挡灰装置上的灰尘清除。在取风管Ⅰ上还设置了烟风阀，用于执行旁路放风烟气的开启。在取风管Ⅰ壁面长度方向上设置了多组空气炮，可清除沉降在取风管Ⅰ壁面的灰尘，使灰尘掉落入回转窑内。取风管Ⅰ的顶端连接取风管Ⅱ，取风管Ⅱ为立式放置，取风管Ⅱ中烟气的流速为7m/s，烟气中大尺寸的颗粒受自身重力作用在取风管Ⅱ段内沉降，最终通过取风管Ⅰ返回到窑尾烟室中，取风管Ⅱ的顶端封闭。在取风管Ⅱ靠近顶部的侧壁面开口连接取风管Ⅲ，取风管Ⅲ的另一端与窑尾旁路放风余热锅炉的进烟口相连，取风管Ⅲ中烟气的流速为30m/s。由于取风管Ⅲ的管径小于取风管Ⅱ的管径，因此当烟气在流经取风管Ⅲ时，烟气的流速提高，可将取风管Ⅲ内的灰尘颗粒携带进入窑尾旁路放风余热锅炉中，防止取风管发生堵塞。为了最大程度的回收旁路放风烟气中的余热，所有的取风管路内壁敷设保温层和浇注料。另外，为了安全起见，在取风管Ⅰ和取风口之间设置了膨胀装置，在取风管Ⅲ和窑尾旁路放风余热锅炉的进烟口处也设置了膨胀装置，膨胀装置可防止管路膨胀造成破坏。最后，高温的烟气进入窑尾旁路放风余热锅炉内产生蒸汽并利用蒸汽进行发电。
实施例二
如图2所示，在上升烟道的侧壁开设取风口，在取风口处设置柔性装置，当旁路放风高温烟气通过取风口的柔性装置时，部分粘性灰尘在柔性装置上粘结。设置在此处的清灰装置可以定期的将粘结在柔性装置上的灰尘清除。烟气经过与取风口连接的取风管Ⅰ，在取风管Ⅰ和旁路放风取风口之间设置了膨胀装置，在取风管Ⅰ上还设置了烟风阀，用于执行旁路放风烟气的开启。在取风管Ⅰ壁面长度方向上设置了多组空气炮，用于取风管Ⅰ壁面沉降灰尘的清除。取风管Ⅰ的另一端连接取风管Ⅱ，取风管Ⅱ为立式放置，取风管Ⅱ中烟气的流速为7m/s，烟气中大尺寸的颗粒在此中沉降，并通过取风管Ⅰ返回到窑尾烟室中，取风管Ⅱ中还设置了挡尘装置，提高了烟气中粉尘颗粒的分离效率，取风管Ⅱ的顶端封闭。在取风管Ⅱ靠近顶部的侧壁面开口连接取风管Ⅲ，取风管Ⅲ的另一端与窑尾旁路放风余热锅炉的进烟口相连，取风管Ⅲ中烟气的流速为30m/s，烟气在流经取风管Ⅲ时流速提高，可以将取风管Ⅲ内的灰尘颗粒携带进入窑尾旁路放风余热锅炉中，防止管路发生堵塞。为了最大程度的回收旁路放风烟气中的余热，所有的取风管路内壁敷设保温层和浇注料。在取风管Ⅲ和旁路放风余热锅炉的烟气入口处设置了膨胀装置，防止管路膨胀造成破坏。最后，高温的烟气进入窑尾旁路放风余热锅炉内产生蒸汽并利用蒸汽进行发电。
实施例三
如图3所示，在窑尾烟室的顶部开设取风口，在取风口处设置柔性装置，当旁路放风高温烟气通过取风口的柔性装置时，部分粘性灰尘在柔性装置上粘结，设置在此处的清灰装置可以定期的将粘结在柔性装置上的灰尘清除。烟气经过与取风口竖直连接的取风管Ⅱ，烟气在取风管Ⅱ中的平均流速为7m/s, 烟气中大尺寸的颗粒在此中沉降直接掉落到窑尾烟室中，取风管Ⅱ的顶端封闭，在取风管Ⅱ和取风口之间设置了膨胀装置，防止管路膨胀造成破坏。在取风管Ⅱ靠近顶部的侧壁面开口并与取风管Ⅲ连通，取风管Ⅲ的底端与窑尾旁路放风余热锅炉的进烟口相连，其中，烟气在取风管Ⅲ的流速为30m/s，烟气在流经取风管Ⅲ时，流速提高，可以将取风管Ⅲ内的灰尘颗粒携带进入旁路放风余热锅炉中，防止管路发生堵塞。为了最大程度的回收旁路放风烟气中的余热，所有的取风管路内壁敷设保温层和浇注料。在取风管Ⅲ和旁路放风余热锅炉的烟气入口处设置了膨胀装置，防止管路膨胀造成破坏。在取风管Ⅲ内还设置了烟风阀，用于执行旁路放风烟气的开启。
Claims (9)
1.一种用于水泥窑旁路放风烟气余热发电的取风系统，包括回转窑、窑尾烟室、上升烟道、预热器以及窑尾旁路放风余热锅炉，其特征在于：在窑尾烟室侧壁或窑尾烟室的顶部或上升烟道的侧壁开设取风口，在取风口与窑尾旁路放风余热锅炉的进烟口之间通过取风管相连；所述取风管由取风管Ⅰ、取风管Ⅱ和取风管Ⅲ组成；取风管Ⅰ倾斜向上安装，底端与取风口连接，顶端与竖直的取风管 
连接；取风管Ⅱ顶端封闭，顶端侧壁与一个倾斜向下的取风管Ⅲ连通，取风管
底端与窑尾旁路放风余热锅炉的进烟口接通；在取风口处安装柔性挡灰装置和清灰装置；取风管Ⅱ的内径大于取风管Ⅰ和取风管Ⅲ的内径。
2.根据权利要求1所述的一种用于水泥窑旁路放风烟气余热发电的取风系统，其特征在于：所述在取风口处安装的柔性挡灰装置为链幕或弹簧幕或簧片百叶窗。
3.根据权利要求1所述的一种用于水泥窑旁路放风烟气余热发电的取风系统，其特征在于：取风管Ⅱ中烟气流速为2～15m/s；取风管
中烟气流速为8～45m/s。
4.根据权利要求1所述的一种用于水泥窑旁路放风烟气余热发电的取风系统，其特征在于：在取风管内壁敷设保温层和浇注料。
5.根据权利要求1所述的一种用于水泥窑旁路放风烟气余热发电的取风系统，其特征在于：在取风管Ⅱ内安装挡尘装置，挡尘装置为百叶窗式挡板或“∽”形挡板或缩口挡板。
6.根据权利要求1所述的一种用于水泥窑旁路放风烟气余热发电的取风系统，其特征在于：所述取风管与取风口、窑尾旁路放风余热锅炉的进烟口连接处分别设置膨胀装置。
7.根据权利要求1所述的一种用于水泥窑旁路放风烟气余热发电的取风系统，其特征在于：所述取风管Ⅰ为等径的方管或圆管，也可是喇叭状非等径方管或圆管，与取风管Ⅱ连接处采用流线连接。
8.根据权利要求1所述的一种用于水泥窑旁路放风烟气余热发电的取风系统，其特征在于：在取风管Ⅰ上设有空气炮。
9.根据权利要求1所述的一种用于水泥窑旁路放风烟气余热发电的取风系统，其特征在于：在取风管上安装烟风阀。
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