CN118168326A - 一种煅烧装置、含有煅烧装置的系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煅烧装置、含有煅烧装置的系统及其使用方法，属于热处理及设备技术领域。本发明煅烧装置包括直立的炉墙、倾斜的隔板和闸门，由炉墙围成炉体，炉体内部空间被倾斜的隔板分隔成数个上下排列的炉膛；隔板上设有通风管；炉膛通过闸门在炉体外部或内部连通；闸门用于控制料位的高低，和／或卸料速率，控制预热带的物料呈固定床；利用该装置，物料自上而下至少完成预热和煅烧后，经由卸料口卸出。通过采用上述技术手段，本发明可以减少空气使用量，降低废气排放温度，因此，解决了现有技术中悬浮煅烧窑空气用量过多及排放废气温度高的问题，从而取得提高效率、节约能源的有益效果。

Description

一种煅烧装置、含有煅烧装置的系统及其使用方法

技术领域

本发明属热处理及设备技术领域，具体涉及一种煅烧装置、含有煅烧装置的系统及其使用方法。

背景技术

分解反应如碳酸钙分解为氧化钙和二氧化碳，碳酸镁分解为氧化镁和二氧化碳，氢氧化钙分解为氧化钙和水，等等，上述分解反应均为吸热反应；分解（煅烧）窑炉是为分解反应提供场所的容器；在现代窑炉中，物料往往经历预热、煅烧和冷却三大阶段；简而言之，冷却系统吸入环境空气，用以冷却高温产品，得到热空气，热空气部分用来为燃烧提供氧气，辅助燃料燃烧；在分解窑炉内，燃料燃烧释放出热量，经过预热的物料吸收热量、得到煅烧，基本完成分解；将物料分解后的显热回收，和／或所述热空气的剩余部分，再用来预热进入窑炉的原料。

悬浮煅烧窑是20世纪70年代全世界能源危机的产物，当时氧化铝行业采用悬浮焙烧炉代替回转窑，水泥行业采用悬浮分解炉进行窑外分解，不仅降低了单位投资，还取得了节能40%的显著效果；悬浮煅烧窑在碳酸盐行业的首例应用是20世纪90年代辽宁海城镁矿的菱镁矿煅烧；发展到现在，悬浮煅烧窑在分解碳酸盐、焙烧金属氢氧化物、热解羟基氯化物和碱式碳酸盐等方面都有国产化应用，有关行业已经不再搞重复引进了；现以沈阳金博工业技术发展有限公司设计与制造的悬浮煅烧窑为例介绍其结构；

根据文献纳米级碳酸钙生产与应用[M].胡庆福.化学工业出版社.北京.ISBN 7-5025-5298-7.2004.3，p54-56，记载：

参阅图1，所述悬浮煅烧窑包括计量给料系统、物料预热（干燥）系统、煅烧窑、产品冷却系统、排风除尘系统和燃烧系统；悬浮煅烧窑是一个中空圆柱体，底部带有空气导管，从产品冷却系统来的热空气经导管进入炉底后与喷入的燃料相遇形成火焰并产生燃烧产物气体，将颗粒悬浮起来；炉断面的选择使物料既循环又悬浮上升，停留一定时间后经热旋风分离进入冷却系统；悬浮煅烧窑可以使用各种燃料，当对产品纯度有要求时，应使用气体或液体燃料，其中以煤气较为经济。

在实际生产过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下缺陷：

为了悬浮物料，悬浮煅烧工艺耗用空气量大，废气排出窑炉时温度又偏高，因此，废气带走热量多，热量损失大；上述缺陷造成悬浮煅烧窑热效率低，存在能源浪费现象。

物料在煅烧过程中需吸收大量热量，如果煅烧装置或方法不合理会导致能源的浪费；较低的热耗，意味着较低的能源消耗和较低的废气污染物因子排放；而节能减排是环境保护的关键支撑。

因此亟需提供一种煅烧装置、含有煅烧装置的系统及其使用方法，用以解决悬浮煅烧窑空气用量过多及排放废气温度高的问题。

发明内容

本发明旨在针对现有技术中存在的技术问题，提供一种煅烧装置、含有煅烧装置的系统及其使用方法，用以弥补已有技术的缺陷。本发明的煅烧装置包括直立的炉墙、倾斜的隔板和闸门，所述煅烧装置由所述炉墙围成炉体，所述炉体内部空间被所述隔板分隔成数个上下排列的炉膛；所述隔板上设有通风管；所述炉膛通过闸门在炉体外部或内部连通；所述闸门用于控制料位的高低，和／或卸料速率，控制预热带的物料呈固定床；利用该装置，物料自上而下至少完成预热和煅烧后，经由卸料口卸出。通过采用上述技术手段，本发明可以减少空气使用量，降低废气排放温度，因此，解决了现有技术中悬浮煅烧窑空气用量过多及排放废气温度高的问题，从而取得提高效率、节约能源的有益效果。

本发明通过下面的技术方案实现：

一种煅烧装置，包括：直立的炉墙、倾斜的隔板和闸门；

所述煅烧装置由所述炉墙围成炉体，所述炉体内部空间被所述隔板分隔成数个上下排列的炉膛；所述炉膛之间通过闸门在炉体外部或内部连通；

所述隔板为多孔板，和／或炉篦；所述隔板上设有通风管；

所述煅烧装置配备有调节模块，所述调节模块包括闸门的调节机构，以及料位计；所述调节模块用于接收料位计的料位信号，并根据所述料位信号自动调节所述闸门的流量大小，或者通过手动调节闸门的流量大小，进而使预热带的物料呈固定床；

所述炉体顶部连接有进料口和排烟管；

所述炉体底部还设有第一进气口以及卸料口；物料自上而下至少完成预热和煅烧后，经由所述卸料口卸出，所述卸料口为成品出口，和／或灰渣出口。

优选地，所述通风管为陶瓷管孔，上细下粗；所述通风管孔径根据最小距离递减；所述最小距离是通风管出口端到物料表面的垂足连线长度，通过调整所述通风管孔径大小，气流自下而上穿过所述隔板和料层，在物料表面形成等压面。

优选地，所述闸门的类型包括以下至少之一：回转锁风卸料阀、翻板阀、插板阀和棒条阀。

优选地，所述闸门的驱动方式包括手动或电动，其中，若选用电动，则配备电动推杆，或气动推杆，或电液动推杆。

优选地，不同类型的闸门交替使用。

优选地，所述炉墙上还设有检修门，或观察口。

本发明还提供了一种含有煅烧装置的系统，所述煅烧装置为上述的任一煅烧装置，所述煅烧装置自身包含冷却带；或者外接冷却器，所述冷却器的进料口与所述煅烧装置的卸料口连接；

以及，第一热交换器、分离器和废气处理系统；其中，

所述第一热交换器与热风管道连接；所述热风管道是系统的余热利用管路；所述第一热交换器内部有水循环，流经所述热风管道后，通过热交换，水变成水蒸气，所述水蒸气用于余热利用工段；

所述分离器与所述排烟管连接；煅烧产生的炉顶烟气经所述分离器初步处理后，再送入所述废气处理系统，进行最后的净化处理；净化后的废气经所述废气处理系统的风机引出，排入大气。

优选地，所述炉墙上还设有燃料喷嘴。

优选地，所述煅烧装置的煅烧带上层的炉墙上还设有高温取气口，用于抽取煅烧带的高温气体。

优选地，所述冷却器是篦式冷却机或回转筒式冷却机。

优选地，所述分离器为旋风分离器，和／或沉降室，其底部连接有锁风卸料器或重锤阀。

本发明提供了一种上述的含有煅烧装置的系统的使用方法，包括如下步骤：

通过锁风喂料设备，在锁风状态下将原料喂进所述煅烧装置的预热带；

调节闸门大小，进而控制预热带的物料呈固定床，热气流自下而上透过物料间的缝隙，缓慢地向上运动，气固换热后，废气温度下降，从所述煅烧装置顶部逸出；

所述原料在预热带得到加热，逐渐失去水分；经过预热的物料由炉体中部的闸门卸出，送入煅烧带；

在煅烧带喷入燃料，和／或，利用原料自身所含热值，燃料在煅烧带内燃烧，所述物料吸收热量，得到煅烧；

煅烧完成后，通过热交换获得热空气，所述热空气用于助燃，或余热利用；所述热交换方式包括，所述煅烧装置自身包含冷却带，即通过所述第一进气口，从外界吸入冷空气，所述冷空气与热物料进行热交换；或，所述煅烧装置外接冷却器，所述煅烧装置利用外接所述冷却器进行热交换；

所述热物料经冷却得到成品。

优选地，在煅烧物料的煅烧带，或者冷却带，控制物料呈固定床。

优选地，在煅烧物料的煅烧带，或者冷却带，控制物料呈流态化。

可选地，通过手动操作调节闸门流量大小，用于控制物料状态，所述手动操作包括调整所述闸门的阀杆配重。

优选地，所述炉墙上还设有燃料喷嘴，利用所述燃料喷嘴，将燃料喷入炉膛燃烧。

优选地，所述燃料喷嘴至少设置1个，沿炉体均布；利用所述燃料喷嘴，将燃料喷入各自炉膛，通过调整燃料比例，调节煅烧强度；煅烧分快烧、慢烧两个阶段，形成分段煅烧。

优选地，在所述炉墙上增设所述高温取气口；从所述冷却器获得热风，所述热风分多路：一路用于煅烧，将燃料掺入煅烧用风，喷入炉膛燃烧，为物料煅烧提供热量；剩余热风与从所述高温取气口抽取的热风汇合，通过第一热交换器产生蒸汽，所得蒸汽引去高温余热利用工段。

优选地，余热利用系统包括余热锅炉、汽电双驱拖动汽轮机组和循环水系统，利用所得蒸汽驱动余热利用工段的汽电双驱拖动汽轮机组，通过第一热交换器，余热锅炉生产的蒸汽进入汽轮机进汽口，做功后的乏汽通过冷凝器冷凝成水，汽轮机凝结水经凝结水泵送入除氧器除氧，再经给水泵为余热锅炉提供给水，形成水蒸气朗肯热力循环系统；汽电双驱拖动汽轮机组包括主风机、电机、变速离合器和汽轮机。

优选地，窑炉废气由排烟管排出，进入分离器，进行初步处理，即气固分离。

优选地，所述分离器为旋风分离器，和／或沉降室，其底部连接有锁风卸料器或重锤阀；所述分离器收集到的粉料排出，另行处理，或者重新入窑。

优选地，所述窑炉废气经初步处理后，与余热利用系统烟气合并，再经废气处理系统净化后，排入大气。

优选地，在排气管道上设置第二热交换器，在进入废气处理系统前，再次进行余热收集，根据湿含量调节排气温度，用于防止结露，所述排气管道是废气处理系统的进风管道。

优选地，通过控制风速，利用所述煅烧装置的布风室顶的隔板筛分物料，将粗细颗粒分离，所述布风室是炉体最底层的炉膛。

优选地，所述煅烧装置的煅烧带上层的炉墙上还设有高温取气口，通过所述高温取气口，从炉膛抽取部分干燥热空气，引入高温余热利用系统，和／或，用于预热燃料。

优选地，所述预热燃料方法包括，所述炉墙上增设第二进气口，所述第二进气口与所述高温取气口之间增设循环风管连通；所述循环风管上连接有循环风机；通过循环风机抽取热风，供给燃烧。

优选地，根据热风的氧含量控制循环风比例，即，调节所述循环风掺入量，用于调整燃烧状态。

优选地，所述循环风机的进风口连接有冷风阀；用于所述循环风机的过热保护。

与现有技术相比，本发明所产生的有益效果是：

（1）本发明在预热阶段采用固定床，能减少空气使用量，并降低废气排放温度，因此提高了热效率。

（2）本发明的炉膛采用多室结构，物料在煅烧带或冷却带呈固定床，或流化床；物料在来回折返中下落，均匀换热，在动态中煅烧，煅烧强度可调节，有利于保证产品质量。

（3）进一步地，等压面的运用使窑炉横截面空气流量趋于相等，因此，物料得到均匀煅烧，也提高了单位容积生产率。

那么，现有技术为什么不能实现上述有益效果？通过分析其原因，详细说明如下：

1、在传统的床层中，当气体以较低速度自下而上通过均匀固体颗粒床层时，气体只在静止不动的固体颗粒空隙中穿过，固体颗粒床层的高度基本上维持不变，这样的床层称为固定床。随着气体流速增大，固体颗粒床层开始松动，固体颗粒的相对位置也在一定区域内调整，床层高度略有增加。随着气体流速进一步增大，即将进入流态化和气力输运阶段。所述悬浮即是在密闭的管道中借用气体（最常用的是空气）动力使固体颗粒悬浮并进行输送，所述悬浮本质上属于气力输送，要求气体流速相当快；在管径不变时增加流速，亦即用气量加大；气流速度越快，需要克服的阻力也越大，因此缺点是动力消耗较大。

发明人认识到：相关技术为了悬浮物料，气流速度较快，引入系统空气量多，超过燃料燃烧所需，产生的废气量加大，废气排放温度也高，因此，相关技术中悬浮工艺动力消耗大、热量损失大；

区别于所述传统的床层，本发明在炉内增设倾斜的隔板，所述隔板为多孔板，和／或炉篦；气流自下而上透过倾斜的隔板，在重力作用协助下，只需要少量的气流松动料层，就可以形成流态化，完成物料的搬运，而不是通过悬浮方式，所以，本发明能减少空气使用量，因此减少了动力消耗；

且本发明与现有技术不同，本发明利用闸门调节通过量，使物料在预热带呈固定床；物料在预热带呈固定床的优点在于：物料在预热带停留时间长且可控，气体流量可调，经过充分热交换后，气流缓慢地从固定床中逸出，废气将自身热量几乎全部传递给物料后，才以接近环境温度排出所述煅烧装置；也就是说，本发明用时间换能耗，在预热阶段换热速率虽然不是最快的，但胜在换热时间长，换热效果是二者共同作用的结果；所以，本发明能减少热量损失。

同时，发明人还认识到，悬浮工艺除了上述缺陷，为了延长换热时间（即停留时间），在气体流速较大的前提下，悬浮工艺的窑炉和管道只能越做越长，设备外表面积随之增加，导致散热损失也越来越大。工艺相同时，生产线产能与窑炉容积基本存在线性关系，例如，容积增加一倍，产能也增加一倍，但窑炉表面积增加不到一倍，其表面散热也增加不到一倍，所以热量损失虽然也增加，但少于一倍，生产线规模越大越节能，就是基于这个道理；若工艺不相同、而产能相同时，则散热面积大的工艺不节能；在产能相同时，本发明窑炉表面积小于悬浮工艺，散热损失小，因而节能。

2、物料按粒度尺寸大小划分为：厘米级（块）、毫米级（细粒）和微米级（粉体）；悬浮工艺使用粉体，若使用块料，动力消耗太大，不大现实；在原料制备中，块料破碎成细粒，细粒研磨成粉体；以石灰石为例，破碎电耗只是粉磨电耗的1/10左右；现有技术为了悬浮物料，需将原料磨制成粉体后使用，额外增加了粉磨电耗。而本发明可使用块状、细粒状原料，不必磨制成粉体使用，因此能节电。

物料虽然磨成粉后换热快，但换热快慢与热耗多少是两码事：物料磨成粉后，虽因接触面积增大，导致换热快，但如上述，换热效果（热耗）除了与换热快慢有关，还与换热时间有关，换热效果是二者共同作用的结果；在保证质量的前提下，降低能耗（电耗、热耗之和）才是煅烧行业的最终目标；所以，只要设备保温过关，完全可以用时间换能耗，单纯固守悬浮工艺也不科学。

在长期的生产实践中，发明人发现，以建材行业为例，将原料磨成粉利于加快后续化合反应如硅酸钙矿物的形成，而对于其它行业，则不可一概而论；也就是说，如果后续没有化合反应步骤，只是单纯换热、分解，完全没有必要将原料磨成粉；例如，在相关技术中，1000t／d级石灰悬浮窑煅烧粉料，热耗为920kcal／kg，高于麦尔兹窑；麦尔兹窑又称双膛窑，煅烧石灰石块料，燃料为煤气时，麦尔兹窑的平均热耗在850～890kcal／kg；所以说，煅烧粉料不代表热耗一定低；

又例如，用立窑预加水成球工艺煅烧料球，所述料球由粉料粘结制成，在料球成型过程中虽然加了水，当年在与新型干法（悬浮工艺）的竞争中，立窑烧成热耗先进地区的平均水平可达850kcal／kg熟料，不输悬浮工艺，只是立窑产品质量波动大，才导致立窑工艺被淘汰；根据《产业结构调整指导目录（2024年本）》，目前，水泥机立窑、石灰土立窑属落后生产工艺装备，被列入淘汰类。

这说明，悬浮工艺也不代表热耗低，即便后续有化合反应，将原料磨成粉后，采用悬浮工艺也不是必须的。

综上所述，本领域技术人员认识不到现有技术的缺陷或不足，也认识不到上述联系，也不认为存在本发明申请的技术问题；所以，这也是现有技术不能取得该有益效果的原因。

附图说明

图1是现有技术的悬浮煅烧工艺流程图；

图2是本发明实施例1的煅烧装置的结构图；

图3是本发明实施例2的煅烧装置的结构图；

图4是图3中的A-A处剖面图；

图5是本发明实施例3的流程图；

图6是图5中的B处局部放大图；

图7是本发明的又一个实施例的示意图。

图中：

1-煅烧装置；

11-炉墙；111-外壳体；112-保温板；113-耐火砖；

12-隔板；121-内衬板；122-通风管；123-保护层；124-浇注料；

13-闸门；

14-进料口；

15-排烟管；

16-第一进气口；

17-燃料喷嘴；

18-高温取气口；181-循环风管；182-循环风机；183-冷风阀；

19-第二进气口；

2-冷却器；

3-第一热交换器；

4-分离器；

5-第二热交换器；

6-现有技术的预热器；

7-现有技术的焙烧炉；

8-现有技术的排风机；

9-现有技术的废气处理系统。

具体实施方式

相比于现有技术，本发明所提供的一种煅烧装置、含有煅烧装置的系统及其使用方法属于新的装置与方法；本发明结构简单、设计合理且实施方便；在本发明的实施例中，提供了多种可选的实现方式，可以根据实际需要选用，无论采取哪种方式，均不再采用现有技术用于煅烧行业，且都可以解决现有技术中的问题，并取得相应的效果；下面的几个实施例可以应用于陶粒煅烧，也可以应用到其他行业，例如，块状或细粒状石灰的生产，也可以应用到未来可预见的会出现的工艺中；因此，本发明应用包括但不限于陶粒和石灰的生产。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

首先，简要说明一下命名规则，在本发明申请中，所述煅烧装置1的主体是炉体，炉体分成数个炉膛，为方便理解，根据功能不同，各个炉膛也可分别称之为预热带、煅烧带、冷却带，最下层的炉膛是布风室。

实施例1

参阅图2，本实施例提供了一种煅烧装置1，所述煅烧装置1由直立的炉墙11围成炉体，所述炉体内部空间被倾斜的隔板12分隔成数个上下排列的炉膛；所述隔板12为多孔板，和／或炉篦；

以下举例说明炉墙11和隔板12的具体制作方法：参阅图4和图6，隔板12的内衬板121倾斜布置，与炉墙11的外壳体111焊接；内衬板121表面分布有孔；所述内衬板121材质为耐热钢板；隔板12上设有通风管122，即，通风管122穿过所述孔，与所述内衬板121焊接；通风管122上细下粗，不易被物料堵塞；通风管122材质为耐热钢板、或陶瓷，陶瓷管孔能耐受更高的温度。

进一步地，所述通风管122孔径大小不一，且根据最小距离等因素确定通风管122孔径大小，所述最小距离是通风管122出口端到料面的垂足连线长度。也就是说，在本实施例中，根据最小距离的长短，改变通风管122孔径的大小：最小距离长，通风管122孔径大；最小距离短，通风管122孔径小。

孔径调节主要是应用了如下原理：（1）气流自下而上通过隔板12，具体地，透过通风管122，若出口孔径大，则气流阻力小；若出口孔径小，则气流阻力大。（2）在隔板12上方，气流穿过料层，气流入口与出口之间存在压差，所述压差与流经长度成正比，这个长度就是通风管122出口端到物料表面的最小距离，根据物料品种不同，休止角也不同，料面也有所变化，所以，针对特定物料，各个通风管122的所述最小距离有所不同；所述最小距离呈线性变化；所述最小距离通常表观为料层阻力大小，气流总是自发地沿阻力最小的路径行走；

如此，在距离和孔径的共同（叠加）作用下，两种阻力相加后近似相等；或，进一步地，考虑筒体径向气流分布等外部因素，在多种因素叠加后，通过调整所述通风管122孔径大小，最终在气流出口（料面）形成一个等压面。基于同样的原理，若孔径相同时，通过改变各个通风管122内的气流速度，也能达到同样的效果，但实现方式显然较为复杂。

且，对于现有技术如套筒窑和竖式预热器而言，它们只使用环形空间做为煅烧（预热）带，用以克服受热不均，是以牺牲窑炉空间为代价，因此，单位容积生产率不高；

本实施例采用与上述不同的技术手段实现等压面，使窑炉横截面空气流量趋于相等，物料得到均匀煅烧；因此，本实施例在保证产品质量的前提下，提高了单位容积生产率，且结构简单。

所述内衬板121上表面敷设保护层123，可更换；其下表面填充耐高温浇注料124；保护层123和耐高温浇注料124起高温防护作用。

贴近外壳体111粘贴（内衬）保温板112，保温板112由绝热材料制成，所述绝热材料是指能阻滞热流传递的材料，又称热绝缘材料；传统绝热材料如玻璃纤维、岩棉、硅酸盐等，新型绝热材料如气凝胶毡、真空板等；然后砌筑耐火砖113，或耐高温浇注料124；保温板112和耐火砖113起保温作用，能减少炉体表面散热损失。

所述炉膛之间通过闸门13连通；即，数个所述炉膛通过闸门13在炉体外部或内部连通；所述闸门13的类型包括以下至少之一：回转锁风卸料阀、翻板阀、插板阀和棒条阀；回转锁风卸料阀和翻板阀通过阀板的转动，插板阀和棒条阀通过阀板或棒条的平移，用于调节闸门13的开度或开合频率；闸门13的驱动方式包括手动或电动，其中，若选用电动则配备电动推杆或电液动推杆，电动装置能方便操作；可根据需要选用。且，不同型式的闸门13可以交替使用。

参阅图7，回转锁风卸料阀或翻板阀设置在炉体外部，易于检修；对于插板阀和棒条阀，插板或棒条设置在炉体内部，能减少阀体的散热；

所述煅烧装置1配备有调节模块，所述调节模块包括闸门13的调节机构，以及料位计；所述闸门13用于控制料位的高低，和／或卸料速率；例如，利用所述闸门13，可以控制预热带物料呈固定床；所述调节模块用于接收料位计的料位信号，并根据所述料位信号自动调节所述闸门13的流量大小，达到控制预热带物料呈固定床的目的；

举例说明：当进料速率大于卸料速率，料面会逐渐抬高，届时再调整，让进出速率相等，使得料面在动态中保持恒定，达到智能控制要求；同理，在煅烧物料的其它阶段，也可以控制物料呈流态化。在相关技术中，所述闸门13的作用通常仅是调节物料通过量的大小，在本发明中，多个闸门13分工协作，通过调节进料速率，和／或出料速率，达到保持料位动态恒定，因此，这并非是功能的简单叠加；

额外说明：如果不设料位计，仅通过肉眼观察料位，手动操作所述闸门13，调节闸门（13）流量大小，用于控制物料状态，所述手动操作包括调整所述闸门（13）的阀杆配重，也能达到上述目的，但该技术方案降低了自动化水平，因此不推荐使用；且，在本实施例的基础上，手动操作所述闸门13也应该是本发明的保护范围。

炉墙11上还设有检修门，或观察口；方便检修与操作。

所述炉体顶部封闭，连接有进料口14和排烟管15；

所述炉体底部还设有第一进气口16，以及卸料口；利用该装置，物料自上而下至少完成预热和煅烧后，经由所述卸料口卸出，所述卸料口为成品出口，和／或灰渣出口。

本实施例适用于陶粒煅烧。陶粒就是陶质的颗粒，陶粒的粒径一般为5～20㎜，最大的粒径为25㎜；陶粒的外观特征大部分呈圆形或椭圆形球体，它的表面是一层坚硬的外壳，这层外壳呈陶质或釉质，具有隔水保气作用，并且赋予陶粒较高的强度；陶粒的内部结构特征呈细密蜂窝状微孔，这些气孔都是封闭型的，而不是连通型的，它是由于气体被包裹进壳内而形成的，这是陶粒质轻的主要原因；陶粒一般用来替代混凝土中的碎石和卵石；制作陶粒的常用原料是黏土、页岩、粉煤灰、煤矸石等，所述煤矸石是碳质、泥质和砂质页岩的混合物，具有低发热值。

本实施例公布了一种煅烧装置1的使用方法，用于制作陶粒，包括如下步骤：

将含有原煤或煤矸石的原料按比例调配后研磨成粉体，然后均化、加水，经由造粒机制成料球，喂进所述煅烧装置1；喂料的过程需在锁风状态下进行，参阅图2和图7，本实施例选用回转锁风卸料阀作为锁风喂料设备；

参阅图2，在本实施例中，预热带的物料呈固定床，热气流从下而上透过料球间的缝隙，缓慢地向上运动；物料在预热带换热后，废气温度下降，接近环境温度，从所述煅烧装置1顶部逸出；所述料球得到加热，逐渐失去水分，经预热带末端的闸门13卸出后折返，落入煅烧带；

炉墙11上还设有燃料喷嘴17，所述燃料喷嘴17可设置多个，沿炉体均布，有助于均匀燃烧；适用于白生料法煅烧工艺。

根据配煤（燃料）方式的不同，煅烧工艺基本上分两种：黑生料法和白生料法；黑生料法是煤与原料经计量后按比例混合，制粉、成球、入窑煅烧；煤若在煅烧阶段才与不含煤的生料接触，则称之为白生料法；因此，当采用黑生料法时，本实施例可不设燃料喷嘴17。

在煅烧带喷入燃料，和／或，利用料球自身所含热值，燃料在煅烧带内燃烧，环境温度升高，料球吸收热量；在倾斜的隔板12的上表面，料球在自上而下的滚动中得到煅烧，有助于形成釉质的外壳，封闭气孔；所述料球经煅烧带末端的闸门13卸出后折返，落入冷却带；

在冷却带，利用所述第一进气口16，从外界吸入冷空气，所述冷空气与炽热的料球进行热交换，所述料球得到冷却后，经由炉体底部的闸门13卸出窑炉，即为陶粒成品；布风室内的积料定时排出，即为陶砂，所述布风室为炉体最底层的炉膛。

实施例2

参阅图3和图5，在实施例1的基础上，本实施例提供了另外一种煅烧装置，与实施例1相比，其不同之处在于：

（1）在布风室的炉墙11上增设燃料喷嘴17，通过燃料喷嘴17向布风室内喷入燃料，将原有冷却带变成煅烧带，相当于在布风室顶部增加一个燃烧室；

（2）在所述煅烧装置1外部增设冷却器2，即，将原有冷却功能转移至煅烧设备的外部进行，并获得热风（热空气）；

（3）所述冷却器2出口热风分多路，一路用于煅烧，另一路与从煅烧带抽取的热风汇合，去高温余热利用工段。

在石灰的生产过程中，山石、木柴或煤炭，这些黑乎乎的原、燃材料如何变得清清白白，煤灰跑哪儿去了，技术手段就是筛分分离；不论是自然筛分，还是人工筛分，还是机械筛分，都是利用筛分原理，亘古未变。

煅烧块状石灰石，产品通过筛分，可获得含硫量低的块灰，粉灰质量普遍不高，也不容易提高，所以，粉灰通常作为等外品出售；

用来炼钢是石灰的最广泛的用途，且通常只使用块状石灰；炼钢时，石灰中硫的含量应当尽量低一些，才能使金属中的硫最大可能地转移到钢渣中去，活性石灰硫含量0.005～0.01%，有研究证明：石灰中硫含量为0.1%时，则钢中硫达到0.002～0.005%；石灰中硫来自两个方面，即石灰石固有的和燃料燃烧时吸收燃料中的硫，其吸收速度与温度、气氛、颗粒大小和煅烧方式有关；石灰最大吸收硫速度在1000℃，此温度与煅烧温度接近；石灰中硫含量一部分来自石灰石，窑的类型和煅烧工艺制度对石灰吸收燃烧产物中SO₂有很大影响；资料统计表明：石灰细粒吸收硫较多而大颗粒吸收硫较低，甚至，窑尾收尘粉（＜1mm）含硫达0.075%，而大颗粒活性石灰硫含量在0.005%，相差15倍。

发明人认识到：水泥生产的窑外分解与石灰生产虽然都是碳酸钙分解，但有本质区别，水泥生产是掺杂过程，而石灰生产是除杂过程，二者不能简单套用；所以，石灰生产一般选择块状、细粒状石灰石，专门煅烧粉状石灰时，无法通过筛分提高质量，因此这种工艺极少出现；

即便是混料式立窑，由于块煤、块石直接混合煅烧，煤渣掺入成品，造成石灰质量较低，也早已淘汰。根据《产业结构调整指导目录（2024年本）》，水泥机立窑、石灰土立窑属落后生产工艺装备，被列入淘汰类。

本实施例公布了该装置的使用方法，适用于块状石灰的生产；包括如下步骤：

参阅图3，将块状原料（石灰石）喂入该装置，经预热后，由炉体中部的闸门13卸出，送入煅烧带；

本实施例中，利用燃料喷嘴17，将燃料喷入各自炉膛，通过调整燃料比例，煅烧分快烧、慢烧两个阶段；石灰石的碳酸钙分解由表及里进行，当高温烟气接触到石灰石表面，即开始分解，分解需要吸收热量，因此温度不会上升，当生成的氧化钙包裹生芯时，热量传递受阻，分解反应变慢，若是合理的煅烧制度，此时应该进入煅烧的第二阶段，即温和的燃烧，让热量慢慢地传递到生芯，最终完成生芯的分解；本实施例的煅烧带分为两部分：快烧和慢烧，据此形成分段煅烧，通过调整燃料和热空气的分配，达到调节煅烧强度（火力大小）的目的；用以减少生烧和过烧，能提高产品质量。

经过煅烧的石灰石即为块状石灰，由炉体底部的闸门13卸出，送入外部冷却器；经冷却后即为成品。

参阅图2、图3、图5、图7，根据需要，通过控制风速，所述煅烧装置1的布风室顶的隔板12还可以充当筛子使用；通过筛分物料，将粗细颗粒分离，能提高产品质量，一举两得。

实施例3

本实施例提供了一种含有煅烧装置1的系统，包括冷却器2，该系统适用于细粒状石灰的生产；参阅图5，所述冷却器2是篦式冷却机或回转筒式冷却机，所述冷却器2的进料口与煅烧装置1的卸料口连接；在本实施例中，物料（细粒状石灰石）喂入煅烧装置1，经预热、煅烧后，卸入冷却器2；经冷却器2冷却后，可得到成品（细粒石灰）；

参阅图5，在实施例2的基础上，该系统还包括：第一热交换器3，及分离器4；

参阅图5，本实施例从冷却器2获得热风，所述热风分多路：（1）一路用于煅烧，将煤粉掺入煅烧用风，喷入炉膛燃烧，为煅烧石灰提供热量；（2）剩余热风与前述从煅烧带抽取的热风汇合，所述第一热交换器3与热风管道连接，通过第一热交换器3产生蒸汽，所得蒸汽引去高温余热利用工段；

对于产品冷却系统而言，冷却用空气进入系统时是环境温度，吸入空气量大，冷却效果才好，但是，冷却阶段产生热空气，所述热空气量往往超过煅烧所需，多余的热空气在何时、何地利用，其换热效率有差异；相关技术配套的余热利用的换热条件不理想，也造成热效率降低；相关技术中，往往是将预热物料后的废气用于余热发电，此时的气体湿含量大，温度偏低。与相关技术不同，本发明实施例将冷却产品获得的热空气，和／或从煅烧带抽取的热空气提前分流一部分进行余热利用；利用方式包括预热燃料，或用来产生蒸汽进行发电，或用蒸汽直接驱动电机；

根据卡诺效率（Carnot Efficiency）公式，η = 1－Tc／Th，其中，Tc代表卡诺热机低温端（环境）的绝对温度值，Th代表卡诺热机高温端工质（气体）的绝对温度值，由此公式可知：高温端工质绝对温度Th越大，卡诺热机的最大热功转换效率越大，即，工质温度越高，热效率越高；提前分流的气体干燥且温度高，因此，利于使用。

采用传统的余热锅炉+汽轮发电机组模式，由蒸汽推动汽轮机带动发电机发电，即热能→机械能→电能，能量转换效率较低，投资费用相对较高；在交通运输领域，蒸汽动力就曾经被广泛应用于蒸汽火车和蒸汽船上，推动列车和船只的运行；目前，在工业生产中，蒸汽动力可以直接驱动各种机械设备，如发电机、泵、压缩机等，为工业生产提供动力支持，直接驱动省掉发电环节，显然效率更高。

进一步地，本实施例利用所得蒸汽，直接驱动主机电机；本实施例选用汽电双驱系统，即汽轮机与电动机共同驱动主风机运行，余热利用系统包括余热锅炉、汽电双驱拖动汽轮机组和循环水系统，利用所得蒸汽驱动余热利用工段的汽电双驱拖动汽轮机组；在本实施例中，通过第一热交换器3，余热锅炉生产的0.75 MPa(g)－300 ℃过热蒸汽进入汽轮机进汽口，做功后的乏汽通过冷凝器冷凝成水，汽轮机凝结水经凝结水泵送入除氧器除氧，再经给水泵为余热锅炉提供给水，形成水蒸气朗肯热力循环系统；汽电双驱拖动汽轮机组包括主风机、电机、变速离合器和汽轮机。

参阅图5，所述分离器4与排烟管15连接，窑炉废气由排烟管15排出，进入分离器4，进行初步处理（即，气固分离）；所述分离器4为旋风分离器，和／或沉降室；在本实施例中为旋风分离器，其底部连接有锁风卸料器或重锤阀；经所述分离器4收集到的粉料排出，另行处理；所述粉料如果不影响操作或产品质量，也可重新入窑。

所述窑炉废气经初步处理后，与余热利用系统烟气合并，再经废气处理系统净化后，排入大气；废气处理系统的技术不在本发明的范畴，在此不予详细记载。

参阅图5，进一步地，在进入废气处理系统前，可根据需要，在排气管道上设置第二热交换器5，所述第二热交换器5主要用于调整废气温度；可根据湿含量调节排气温度，一般控制烟气温度高于露点温度20℃，用于防止结露，利于设备运行；调整废气温度后，再经所述废气处理系统净化，将所述废气排入大气。

参阅图2、图3和图5，所述煅烧装置1的煅烧带上层的炉墙11上还设有高温取气口18，用于抽取煅烧带的高温气体，通过所述高温取气口18，从炉膛抽取部分干燥热空气，引入高温余热利用工段，和／或，用于预热燃料；能加强余热利用，进一步节约能源。

参阅图2，所述预热燃料方法包括，所述炉墙11上增设第二进气口19，所述第二进气口19与所述高温取气口18之间，增设循环风管181连通；所述循环风管181上连接有循环风机182；通过循环风机182抽取热风，供给燃烧，能减少系统空气用量，进一步降低热耗。根据热风的氧含量控制循环风比例（即，掺入量大小），用于调整燃烧状态，进一步地，能节约空气。

参阅图2，所述循环风机182的进风口连接有冷风阀183；用于过热保护。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (28)

1.一种煅烧装置（1），其特征在于，包括：直立的炉墙（11）、倾斜的隔板（12）和闸门（13）；

所述煅烧装置（1）由所述炉墙（11）围成炉体，所述炉体内部空间被所述隔板（12）分隔成数个上下排列的炉膛；所述炉膛之间通过闸门（13）在炉体外部或内部连通；

所述隔板（12）为多孔板，和／或炉篦；所述隔板（12）上设有通风管（122）；

所述煅烧装置（1）配备有调节模块，所述调节模块包括闸门（13）的调节机构，以及料位计；所述调节模块用于接收料位计的料位信号，并根据所述料位信号自动调节所述闸门（13）的流量大小，或者通过手动调节闸门（13）的流量大小，进而使预热带的物料呈固定床；

所述炉体顶部连接有进料口（14）和排烟管（15）；

所述炉体底部还设有第一进气口（16）以及卸料口；物料自上而下至少完成预热和煅烧后，经由所述卸料口卸出，所述卸料口为成品出口，和／或灰渣出口。

2.根据权利要求1所述的煅烧装置（1），其特征在于，所述通风管（122）为陶瓷管孔，上细下粗；所述通风管（122）孔径根据最小距离递减；所述最小距离是通风管（122）出口端到物料表面的垂足连线长度，通过调整所述通风管（122）孔径大小，气流自下而上穿过所述隔板（12）和料层，在物料表面形成等压面。

3.根据权利要求1所述的煅烧装置（1），其特征在于，所述闸门（13）的类型包括以下至少之一：回转锁风卸料阀、翻板阀、插板阀和棒条阀。

4.根据权利要求3所述的煅烧装置（1），其特征在于，所述闸门（13）的驱动方式包括手动或电动，其中，若选用电动，则配备电动推杆，或气动推杆，或电液动推杆。

5.根据权利要求4所述的煅烧装置（1），其特征在于，不同类型的闸门（13）交替使用。

6.根据权利要求1所述的煅烧装置（1），其特征在于，所述炉墙（11）上还设有检修门，或观察口。

7.一种含有煅烧装置的系统，其特征在于，所述煅烧装置为权利要求1-6任一项所述的煅烧装置（1），所述煅烧装置（1）自身包含冷却带；或者外接冷却器（2），所述冷却器（2）的进料口与所述煅烧装置（1）的卸料口连接；

以及，第一热交换器（3）、分离器（4）和废气处理系统；其中，

所述第一热交换器（3）与热风管道连接；所述热风管道是系统的余热利用管路；所述第一热交换器（3）内部有水循环，流经所述热风管道后，通过热交换，水变成水蒸气，所述水蒸气用于余热利用工段；

所述分离器（4）与所述排烟管（15）连接；煅烧产生的炉顶烟气经所述分离器（4）初步处理后，再送入所述废气处理系统，进行最后的净化处理；净化后的废气经所述废气处理系统的风机引出，排入大气。

8.根据权利要求7所述的含有煅烧装置的系统，其特征在于，所述炉墙（11）上还设有燃料喷嘴（17）。

9.根据权利要求7所述的含有煅烧装置的系统，其特征在于，所述煅烧装置（1）的煅烧带上层的炉墙（11）上还设有高温取气口（18）。

10.根据权利要求7所述的含有煅烧装置的系统，其特征在于，所述冷却器（2）是篦式冷却机或回转筒式冷却机。

11.根据权利要求7所述的含有煅烧装置的系统，其特征在于，所述分离器（4）为旋风分离器，和／或沉降室，其底部连接有锁风卸料器或重锤阀。

12.一种根据权利要求7所述的含有煅烧装置的系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过锁风喂料设备，在锁风状态下将原料喂进所述煅烧装置（1）的预热带；

调节闸门（13）大小，进而控制预热带的物料呈固定床，热气流自下而上透过物料间的缝隙，缓慢地向上运动，气固换热后，废气温度下降，从所述煅烧装置（1）顶部逸出；

所述原料在预热带得到加热，逐渐失去水分；经过预热的物料由炉体中部的闸门（13）卸出，送入煅烧带；

在煅烧带喷入燃料，和／或，利用原料自身所含热值，燃料在煅烧带内燃烧，所述物料吸收热量，得到煅烧；

煅烧完成后，通过热交换获得热空气，所述热空气用于助燃，或余热利用；所述热交换的方式包括，所述煅烧装置（1）自身包含冷却带，即通过所述第一进气口（16），从外界吸入冷空气，所述冷空气与热物料进行热交换；或，所述煅烧装置（1）外接冷却器（2），所述煅烧装置（1）利用外接所述冷却器（2）进行热交换；

所述热物料经冷却得到成品。

13.根据权利要求12所述的含有煅烧装置的系统的使用方法，其特征在于，在煅烧物料的煅烧带，或者冷却带，控制物料呈固定床。

14.根据权利要求12所述的含有煅烧装置的系统的使用方法，其特征在于，在煅烧物料的煅烧带，或者冷却带，控制物料呈流态化。

15.根据权利要求12所述的含有煅烧装置的系统的使用方法，其特征在于，通过手动操作调节闸门（13）流量大小，用于控制物料状态，所述手动操作包括调整所述闸门（13）的阀杆配重。

16.根据权利要求12所述的含有煅烧装置的系统的使用方法，其特征在于，所述炉墙（11）上还设有燃料喷嘴（17），利用所述燃料喷嘴（17），将燃料喷入炉膛燃烧。

17.根据权利要求16所述的含有煅烧装置的系统的使用方法，其特征在于，所述燃料喷嘴（17）至少设置1个，沿炉体均布；利用所述燃料喷嘴（17），将燃料喷入各自炉膛，通过调整燃料比例，调节煅烧强度；煅烧分快烧、慢烧两个阶段，形成分段煅烧。

18.根据权利要求12所述的含有煅烧装置的系统的使用方法，其特征在于，在所述炉墙（11）上增设高温取气口（18）；从所述冷却器（2）获得热风，所述热风分多路：一路用于煅烧，将燃料掺入煅烧用风，喷入炉膛燃烧，为物料煅烧提供热量；剩余热风与从所述高温取气口（18）抽取的热风汇合，通过第一热交换器（3）产生蒸汽，所得蒸汽引去高温余热利用工段。

19.根据权利要求18所述的含有煅烧装置的系统的使用方法，其特征在于，余热利用系统包括余热锅炉、汽电双驱拖动汽轮机组和循环水系统，利用所得蒸汽驱动余热利用工段的汽电双驱拖动汽轮机组，通过第一热交换器（3），余热锅炉生产的蒸汽进入汽轮机进汽口，做功后的乏汽通过冷凝器冷凝成水，汽轮机凝结水经凝结水泵送入除氧器除氧，再经给水泵为余热锅炉提供给水，形成水蒸气朗肯热力循环系统；汽电双驱拖动汽轮机组包括主风机、电机、变速离合器和汽轮机。

20.根据权利要求12所述的含有煅烧装置的系统的使用方法，其特征在于，窑炉废气由排烟管（15）排出，进入分离器（4），进行初步处理，即气固分离。

21.根据权利要求20所述的含有煅烧装置的系统的使用方法，其特征在于，所述分离器（4）为旋风分离器，和／或沉降室，其底部连接有锁风卸料器或重锤阀；所述分离器（4）收集到的粉料排出，另行处理，或者重新入窑。

22.根据权利要求20所述的含有煅烧装置的系统的使用方法，其特征在于，所述窑炉废气经初步处理后，与余热利用系统烟气合并，再经废气处理系统净化后，排入大气。

23.根据权利要求22所述的含有煅烧装置的系统的使用方法，其特征在于，在排气管道上设置第二热交换器（5），在进入废气处理系统前，再次进行余热收集，根据湿含量调节排气温度，用于防止结露，所述排气管道是废气处理系统的进风管道。

24.根据权利要求12所述的含有煅烧装置的系统的使用方法，其特征在于，通过控制风速，利用所述煅烧装置（1）的布风室顶的隔板（12）筛分物料，将粗细颗粒分离，所述布风室是炉体最底层的炉膛。

25.根据权利要求12所述的含有煅烧装置的系统的使用方法，其特征在于，所述煅烧装置（1）的煅烧带上层的炉墙（11）上还设有高温取气口（18），通过所述高温取气口（18），从炉膛抽取部分干燥热空气，引入高温余热利用工段，和／或，用于预热燃料。

26.根据权利要求25所述的含有煅烧装置的系统的使用方法，其特征在于，所述预热燃料的方法包括，所述炉墙（11）上增设第二进气口（19），所述第二进气口（19）与所述高温取气口（18）之间，增设循环风管（181）连通；所述循环风管（181）上连接有循环风机（182）；通过循环风机（182）抽取热风，供给燃烧。

27.根据权利要求26所述的含有煅烧装置的系统的使用方法，其特征在于，根据所述热风的氧含量控制循环风比例，即，调节所述循环风的掺入量，用于调整燃烧状态。

28.根据权利要求26所述的含有煅烧装置的系统的使用方法，其特征在于，所述循环风机（182）的进风口连接有冷风阀（183）；用于所述循环风机（182）的过热保护。