UA65650C2 - Циклонний теплообмінник - Google Patents

Abstract

Циклонний теплообмінник містить систему циклонів для попереднього нагрівання порошкової сировини. Вхід першого циклона з’єднаний з джерелом гарячого газу, а вихід кожного циклона з’єднаний з входом наступного циклона. Для зменшення будівельної висоти циклонного теплообмінника система циклонів розділена на високотемпературну частину (1) та низькотемпературну частину (2), які з'єднані між собою з'єднувальним трубопроводом (4) із зворотною петлею (40), розташованою нижче рівня нижнього циклона (21) низькотемпературної частини (2). Порошкова сировина подається з низькотемпературної частини (2) до високотемпературної частини (1) за допомогою транспортного трубопроводу (50), по якому подається гарячий транспортний газ. Високотемпературна частина (1) та низькотемпературна частина (2) розташовані таким чином, що патрубок входу теплого газу (130) найвищого циклона (13) високотемпературної частини (1) знаходиться вище, ніж патрубок входу теплого газу (210) нижнього циклона (21).

Description

Винахід стосується циклонного теплообмінника для попереднього нагрівання порошкової сировини, що складається з системи циклонів, які знаходяться на різних висотах один відносно одного, приєднані послідовно і з'єднані з трубопроводами гарячого газу таким чином, що вхід першого циклона приєднаний до джерела гарячого газу, а вихід кожного циклона приєднаний до входу наступного циклона, і вихід сировини з кожного циклона спрямовується до початку трубопроводу гарячого газу попереднього циклона.

Відомі дотепер теплообмінники для попереднього нагрівання порошкової сировини перед подальшим оброблянням, наприклад, для попереднього нагрівання сировинного борошна у сухому способі виробництва цементного клінкера, зроблені з послідовно розташованими теплообмінними ступенями. Ступені розташовані послідовно один над одним, що - особливо в установках з більшим градієнтом тепла, а отже, і з більшою кількістю теплообмінних ступенів - вимагає більших затрат на будівництво і монтаж відповідного обладнання та, крім іншого, приводить до невиправданого підвищення собівартості одиниці кінцевого продукту.

Проблему небажаної будівельної висоти можна вирішити шляхом розміщення послідовно розташованих теплообмінних циклонів один поруч з одним, причому окремі газові трубопроводи, що з'єднують їх, мусять бути значно нижче рівня окремих циклонів. Проте це призводить до значного збільшення розміру відповідного технологічного обладнання і, крім того, до погіршення плавного руху матеріалу та обігрівальних газів протягом технологічного процесу, що знову призводить до підвищення інвестиційних та експлуатаційних витрат.

Недоліки реалізованих на сьогоднішній день конструктивних рішень значною мірою усуваються задачею цього винаходу, що полягає у створенні циклонного теплообмінника для попереднього нагрівання порошкової сировини, який складається з системи послідовно з'єднаних циклонів, сполучених з трубопроводами гарячого газу таким чином, що вхід першого циклона приєднаний до джерела гарячого газу, а вихід кожного циклона приєднаний до входу наступного циклона, і вихідна сировина з кожного циклона спрямовується до трубопроводу, приєднаного до виходу гарячого газу попереднього циклона.

Суть винаходу полягає в тому, що система циклонів розділена на дві частини - високотемпературну частину, яка знаходиться ближче до джерела гарячого газу, та низькотемпературну частину, і в тому, що кожна частина складається принаймні з двох циклонів, з'єднаних між собою трубопроводом, на кінці якого, що знаходиться ближче до низькотемпературної частини, утворена зворотна петля таким чином, що її найнижча частина знаходиться нижче рівня нижнього циклона низькотемпературної частини, і що високотемпературна та низькотемпературна частини розташовані одна відносно одної таким чином, що патрубок входу теплого газу найвищого циклона високотемпературної частини знаходиться вище, ніж патрубок входу теплого газу нижнього циклона низькотемпературної частини, причому вихід порошкової сировини наступного циклона низькотемпературної частини введений у висхідну частину зворотної петлі, і високотемпературна частина, крім того, оснащена транспортним трубопроводом, в який входить вихідний трубопровід нижнього циклона низькотемпературної частини, та який входить у трубопровід, що з'єднує вхід гарячого газу найвищого циклона високотемпературної частини та вихід гарячого газу попереднього циклона. При цьому перевагою є те, що внутрішня частина транспортного трубопроводу розміщена нижче рівня виходу порошкової сировини нижнього циклона низькотемпературної частини.

Ще один принцип винаходу полягає у тому, що високотемпературна та/або низькотемпературна частини складаються принаймні з двох циклонів.

Нарешті, ще одним принципом винаходу є те, що у вихідний трубопровід, розташований між вхідною камерою барабанної печі та першим циклоном високотемпературної частини введений підвід палива і підвід повітря горіння, а також те, що у вихідний трубопровід, що знаходиться між вхідною камерою барабанної печі та першим циклоном високотемпературної частини, введений підвід гарячого газу і попередньо кальцинованої сировини.

При використанні конструкції згідно з винаходом досягається значне зменшення будівельної висоти циклонного теплообмінника з оптимальним використанням тепла, що міститься у газі, який подається у транспортний трубопровід для порошкової сировини. Що стосується значно меншої будівельної висоти, то винахід, крім того, можна з вигодою застосовувати в областях із значною сейсмічною активністю, в яких, наприклад, неможливо будувати звичайні високі конструкції.

Ще одна перевага рішення згідно з винаходом полягає у тому, що його можна використовувати у випалювальних теплообмінниках, де, наприклад, у вихідний газовий трубопровід між барабанною піччю та нижнім циклоном теплообмінника можна додатково подавати паливо і повітря для горіння або газ з попередньо кальцинованою сировиною з приєднаного випалювального пристрою.

Приклади виконання конструкцій згідно з винаходом схематично зображені на доданих кресленнях, де на фіг1 показаний конструкційний варіант циклонного теплообмінника, на фіг.2 - спрощений варіант низькотемпературної частини теплообмінника, зображеного на фіг.1, на фіг.3 - варіант виконання початку теплообмінника, зображеного на фіг.1, та на фіг.4 - варіант передачі порошкової сировини між двома частинами циклонного теплообмінника.

Циклонний теплообмінник у прикладі реалізації згідно з фіг1 розділений на дві частини, на високотемпературну частину І і низькотемпературну частину 2.

Високотемпературна частина 1 складається із трьох циклонів, першого циклона 11 з входом гарячого газу 110, виходом гарячого газу 111 та виходом сировини 112, другого циклона 12 з входом гарячого газу 120, виходом гарячого газу 121 та виходом сировини 122, третього циклона 13 з входом гарячого газу 130, виходом гарячого газу 131 та виходом сировини 132. Циклони 11, 12 і 13 з'єднані між собою послідовно в напрямку руху гарячого газу таким чином, що вихід 111 першого циклона 11 трубопроводом 42 з'єднаний з входом 120 другого циклона 12, вихід 121 якого трубопроводом 43 з'єднаний з входом 130 третього циклона 13. Вхід 110 першого циклона 11 своїм вихідним трубопроводом 41 з'єднаний з вхідною камерою 30 барабанної печі 3.

Вихід 132 третього циклона 13 за допомогою вихідного трубопроводу 133 з'єднаний з нижньою частиною трубопроводу 42, і аналогічним чином вихід 122 другого циклона 12 з'єднаний з нижньою частиною трубопроводу 41. Вихід сировини Д2 з першого циклона 11, нарешті, йде через вихідний трубопровід 113 у вхідну камеру 30 барабанної печі З для подальшого температурного обробляння.

Аналогічним чином низькотемпературна чистина 2 складається з нижнього циклона 21 з входом гарячого газу 210, виходом гарячого газу 210 та виходом сировини 212, з середнього циклона 22 з входом гарячого газу 220, виходом гарячого газу 221 та виходом сировини 222, з верхнього циклона 23 з входом гарячого газу 230, виходом гарячого газу 231 та виходом сировини 232. Подібним же чином, як і в високотемпературній частині 1, циклони 21, 22 і 23 тут також з'єднані між собою послідовно в напрямку А потоку гарячого газу таким чином, що вихід 211 нижнього циклона 21 з'єднаний трубопроводом 44 з входом 220 середнього циклона 22, вихід 221 якого з'єднаний трубопроводом 45 з входом 230 верхнього циклона 23. Його вихід 231 далі закінчує область циклонного теплообмінника згідно з винаходом і через вихідний трубопровід 46 з'єднаний з наступною технічною частиною. Вихід 232 верхнього циклона 23 за допомогою вихідного трубопроводу 233 з'єднаний з нижньою частиною трубопроводу 44.

Високотемпературна частина 1 та низькотемпературна частина 2 з'єднані між собою з'єднувальним трубопроводом гарячого газу 4, який з'єднує вихід 131 найвищого - третього - циклона 13 високотемпературної частини 1 з входом 210 нижнього циклона 21 низькотемпературної частини 2 таким чином, що перед входом 210 нижнього циклона 21 на з'єднувальному трубопроводі 4 утворюється зворотна петля 40, яка знаходиться нижче рівня нижнього циклона 21. Вихід сировини 222 з середнього циклона 22 потім через вихідний трубопровід 223 входить у висхідне відгалуження нижньої частини зворотної петлі 40, яке входить в нижній циклон 21.

Вхід порошкової сировини 5, що мусить бути нагріта перед подаванням у вхідну камеру 30 барабанної печі

З, входить у нижню частину трубопроводу 45 між виходом 221 середнього циклона 22 низькотемпературної частини 2 і входом 230, і, таким чином, і в верхній циклон 23, і після проходження через низькотемпературну частину 2 йде у третій - найвищий - циклон 13 високотемпературної частини 1 через трубопровід 50, приєднаний до нижньої частини трубопроводу 43 між її другим циклоном 12 та найвищим - третім - циклоном 13. Подавання здійснюється за допомогою потоку гарячого газу, який в нижній частиш 500 транспортного трубопроводу 50 підводиться у напрямку стрілки Т. В потік теплого газу через вихідний трубопровід 213 входить вихід 212 нижнього циклона 21 низькотемпературної частини 2.

Як далі показано на фіг.1, високотемпературна частина 1 розташована вище низькотемпературної частини 2 таким чином, що патрубок 130 найвищого - тобто третього - циклона 13 згідно з винаходом знаходиться вище патрубка 210 нижнього циклона 21.

На фіг.2 зображений інший варіант виконання циклонного теплообмінника згідно з винаходом. В цьому прикладі низькотемпературна частина 2 на відміну від конструкції згідно з фіг1 складається лише з двох циклонів, середнього 22 та нижнього 21. Вхід сировини 5 в цьому випадку знаходиться в нижній частині трубопроводу 44, тоді як трубопровід 45 використовується для виводу гарячого газу з циклонного теплообмінника. Вхід 210 гарячого газу з нижнього циклона 21, як і в попередньому випадку, з'єднаний через з'єднувальний трубопровід 4 з не показаною тут високотемпературною частиною, і подібним же чином вихід сировини 212 з нижнього циклона 21 через вихідний трубопровід 213 йде у транспортний трубопровід 50.

Зберігається умова більш низького розташування нижнього циклона 21 відносно розташування третього циклона 13 згідно з винаходом.

Як показано на фіг.3, конструкцію циклонного теплообмінника згідно з винаходом можна вигідним чином доповнити таким чином, що у вихідний трубопровід 41, за допомогою якого вхідна камера 30 барабанної печі З з'єднується входом гарячого газу 110 з першим циклоном Д, надходить додатковий підвід палива 6 і підвід повітря для горіння 60, або підвід газу 51 та попередньо кальцинованої сировини, або і те, і інше.

На фіг.4 показана основна частина конструкційного варіанту подавання порошкової сировини між низькотемпературною частиною 2 та високотемпературною частиною 1 теплообмінника. В цьому випадку транспортний трубопровід 50 розміщений по суті на рівні його з'єднання із з'єднувальним трубопроводом 43 високотемпературної частини 1 теплообмінника таким же чином, як і в прикладі конструкції згідно з фіг.1.

Конструкція циклонного теплообмінника доповнена транспортним засобом 7 будь-якої із звичайно вживаних конструкцій, до початку якого спрямовується вихідний трубопровід 213 виходу 212 нижнього циклона 11. Вихід транспортного засобу 7 оснащений конвеєром 70, наприклад, ківшовим конвеєром, який далі з'єднаний з транспортним трубопроводом 50. Інші елементи, зображені на фіг.4, відповідають таким самим елементам, зображеним на фіг.1, і не описуються детально. Конвеєр 70 можна замінити іншим еквівалентним обладнанням.

Циклонний теплообмінник згідно з винаходом функціонує таким чином. Порошкова сировина, попередньо нагріта у теплообміннику, в цьому випадку сировинне борошно у сухому способі виробництва цементного клінкеру, надходить через вихідний трубопровід 113 у вхідну камеру 30 барабанної печі 3. Навпаки, з вхідної камери 30 через вихідний трубопровід 41 виводиться гарячий газ, що виникає у попередньому тепловому процесі та несе з собою значну кількість теплової енергії. Цей гарячий газ проходить далі поступово в напрямку стрілок А через вихідний трубопровід 41 і трубопроводи 42 та 43, та через перший циклон 11, другий циклон 12 та третій циклон 13 високотемпературної частини 1 теплообмінника, а далі через з'єднувальний трубопровід 4 входить у нижній циклон 21 низькотемпературної частини 2 теплообмінника і йде далі в напрямку стрілок А за допомогою трубопроводів 44 і 45 через інші його циклони, середній циклон 22 та верхній циклон 23, з якого він виводиться через вихідний трубопровід 46.

Порошкова сировина подається в напрямку стрілки М через вхід 5 в нижню частину трубопроводу 45, де змішується з подаваним гарячим газом, що надходить з виходу 221 середнього циклона 22, і йде до входу 230 наступного, в цьому випадку верхнього, циклона 23. Під час проходження суміші порошку з газом частина теплової енергії газу передається порошковій сировині, і потім порошкова сировина відокремлюється у верхньому циклоні 23 від газу, який далі надходить в напрямку стрілки А до вихідного трубопроводу 46, у той час як нагріта порошкова сировина виводиться через вихідний трубопровід 233 в напрямку стрілки 5 з виходу 232 верхнього циклона 23. Вихідний трубопровід 233 входить у нижню частину трубопроводу 44, і порошкова сировина, сепарована і нагріта на попередньому ступені, знову змішується з гарячим газом, що надходить з нижнього циклона 21, завдяки чому її температура становиться вищою, ніж температура в трубопроводі 45.

Під час руху суміші порошку та газу порошкова сировина нагрівається до вищої температури, ніж попередня, тоді як температура газу знижується. Описаний процес повторюється в кожному з циклонів низькотемпературної і високотемпературної частин теплообмінника, причому під час проходження через кожний циклон температура порошкової сировини підвищується, і сировина продовжує свій рух до вхідної камери 30 барабанної печі З в напрямку стрілок 5. Навпаки, гарячий газ рухається в напрямку стрілок А до вихідного трубопроводу 46, і його температура поступово знижується.

Передача речовин між низькотемпературною частиною 2 та високотемпературною частиною 1 здійснюється таким чином, що гарячий газ надходить з виходу 131 третього циклона 13 на вхід 210 нижнього циклона 21 за допомогою окремого з'єднувального трубопроводу 4, і порошкову сировину додають до потоку гарячого газу за допомогою вихідного трубопроводу 223 у зворотній петлі 40, де її змішують з газом та додатково нагрівають. Попередньо частково нагріта порошкова сировина, що виходить з низькотемпературної частини 2 теплообмінника, підводиться через вихідний трубопровід 213 у транспортний трубопровід 50 і через нього у відповідний ступень високотемпературної частини 1 теплообмінника після змішування із зовнішнім потоком газу, що підводиться до початку 500 транспортного трубопроводу 50 в напрямку стрілки Т, |і температура якого відповідає робочій температурі між обома ступенями.

У варіанті реалізації згідно з фіг.3 з часом ефективність системи підвищується шляхом додавання додаткового палива та повітря для горіння через підводи б та 60. Таким чином можна регулювати температурні умови гарячого газу та порошкової сировини, що проходять через циклонний теплообмінник, та їхню температуру до оптимальних робочих значень. Подібним же чином можна шляхом додавання газу та попередньо кальцинованої порошкової сировини через підвід 51 в нижню частину вихідного трубопроводу 41 змінити кінцевий склад та властивості порошкової сировини, яка після проходження через перший циклон Д входить у вхідну камеру 30.

В конструкційному варіанті показаному на фіг.4, порошкова сировина подається через вихідний трубопровід 213 у транспортний засіб 7, з якого переходить на рівень транспортного трубопроводу 50.

Очевидним є те, що конструкція циклонного теплообмінника не обмежується вищевказаними прикладами.

Кількість циклонів у високотемпературній частині 1 і низькотемпературній частиш 2 не обов'язково мусить бути однаковою. Обов'язковою умовою його функціонування є, проте, те, щоб на кожному з вказаних ступенів було принаймні два циклони. Також значення різниці по висоті патрубка виходу 131 циклона високотемпературної частини 1 - який є найвищим, а отже, і останнім стосовно напрямку А потоку гарячого газу - та патрубка найнижчого, тобто першого стосовно напрямку А потоку гарячого газу циклона низькотемпературної частини 2 може бути різним - при зберіганні більш низького рівня патрубка низькотемпературної частини 2 - та може бути визначене згідно з заданими температурними умовами та формою конструкції.

З суті винаходу також очевидним є те, що початкова частина 500 транспортного трубопроводу 50 необов'язково мусить бути розташована нижче рівня найнижчої частини зворотної петлі 40 з'єднувального трубопроводу 4, як це показано на прикладах реалізації винаходу на фіг.1, 2 та 4. Цю частину транспортного трубопроводу можна вигідним чином розташувати вище, звичайно, якщо її розташування задовольняє умові розміщення нижче рівня виходу 212 нижнього циклона 21 низькотемпературної частини 2.

Конструкцію циклонного теплообмінника згідно з винаходом можна використовувати особливо для попереднього нагрівання сировинного борошна у сухому способі виробництва цементного клінкеру. р ран зу ЩІ зм ко рт фран но

Мо» со т,

Тк | Ен замі п дв ! 5 , рн в : з і в. ит | ц ; ТЕХ | ж КЗЗ зно. ке ке ре На ние я НИ

Й паї ! ех і ші / б ! ї ди

У Н Ме 4 ж Р сеї | | г пу в зи зх ПИЙ яна Її вари -я

Ой я оффаме Те йла розв в 34 о ! сю |, ! я і сердке уик, ця І | ; й рай : я ії ху й Й й г І 00 шву шо у ї М: Що и, ті к і ле й Ї у це о МИ ик М -У 1 ле в Ї яосрюу ую

КК ще я дя ше що І п ши;

ЗУ

Фе 5 4 гло тя 1 м МУК: Ши: Х й

Си, |. с мо і й а

І з х ї

Ко 0-4 ц-ї. Ян. 12» т 5-3 тот / щ вно

І) -

Пе і їх

Що 41 Е рі зе прі нн зва

Фе. Й вик тм ще . м ра ви Гай !

Ще - ! Й м и ща 4. з То у, ре ке я, й ї пе і | Ге зах і ! у пане ни 201 рн

Ай ї БРяч ил ун !

Ге у й , п Н ! І; 4 ! еко олу п КН пе ш ! І Б ую Ї ! М На дн - ІФ т шк у | ! хм ши ! ий І" з ен и

Фе. НІ з

Claims (5)

1. Циклонний теплообмінник для попереднього нагрівання порошкової сировини, який складається з системи циклонів, розташованих послідовно та з'єднаних з трубопроводами гарячого газу таким чином, що вхід першого циклона з'єднаний з джерелом гарячого газу, а вихід кожного циклона з'єднаний з входом наступного циклона, причому вихід сепарованої порошкової сировини з кожного циклона введений у трубопровід, з'єднаний з виходом гарячого газу попереднього циклона, який відрізняється тим, що система циклонів розділена на дві частини, високотемпературну частину (1), що знаходиться ближче до джерела гарячого газу, і низькотемпературну частину (2), причому кожна частина складається принаймні з двох циклонів, і обидві частини з'єднані між собою з'єднувальним трубопроводом (4), на кінці якого, що знаходиться ближче до низькотемпературної частини (2), утворена зворотна петля (40) таким чином, що її найнижча частина знаходиться нижче рівня нижнього циклона (21) низькотемпературної частини (2), і тим, що високотемпературна частина (1) і низькотемпературна частина (2) розміщені одна відносно одної таким чином, що патрубок входу теплого газу (130) найвищого циклона (13) високотемпературної частини (1) знаходиться вище, ніж патрубок входу теплого газу (210) нижнього циклона (21) низькотемпературної частини (2), причому вихід (222) порошкової сировини наступного циклона (22) низькотемпературної частини (2) введений у висхідну частину зворотної петлі (40), і високотемпературна частина (1) оснащена транспортним трубопроводом (50), в який входить вихідний трубопровід (213) нижнього циклона (21) низькотемпературної частини (2), і який, в свою чергу, входить у трубопровід (43), що з'єднує вхід (130) гарячого газу найвищого циклона (13) високотемпературної частини (1) та вихід гарячого газу (121) попереднього циклона (12).

2. Циклонний теплообмінник за п. 71, який відрізняється тим, що вхідна частина (500) транспортного трубопроводу (50) розташована нижче рівня виходу (212) порошкової сировини нижнього циклона (21) низькотемпературної частини (2).

3. Циклонний теплообмінник за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що високотемпературна частина (1) та/або низькотемпературна частина (2) складаються принаймні з двох циклонів.

4. Циклонний теплообмінник за будь-яким із пп. 1-3, який відрізняється тим, що у вихідний трубопровід (41), розміщений між вхідною камерою (30) барабанної печі (3) та першим циклоном (11) високотемпературної частини (1), входить підвід палива (6) і підвід повітря для горіння (60).

5. Циклонний теплообмінник за будь-яким із пп. 1 - 4, який відрізняється тим, що у вихідний трубопровід (41), розміщений між вхідною камерою (30) барабанної печі (3) і першим циклоном (11) високотемпературної частини (1), входить підвід (51) гарячого газу і попередньо кальцинованої сировини.