一种外燃窑固体物料预热干燥一体化系统及控制方法

技术领域

本发明专利涉及余热回收及节能低碳领域，尤其涉及一种外燃窑固体物料预热干燥一体化系统及控制方法。

背景技术

在碳减排、碳捕集相关政策的引导下，外燃窑煅烧技术作为碳酸盐煅烧行业重点关注的碳减排、碳捕集技术之一，正在氧化镁、生石灰、水泥生产等高碳排放企业中逐步推广应用。

外燃窑煅烧技术通过窑金属筒体把被煅烧的物料与高温烟气分隔开来，高温烟气在窑筒体外部流动，通过窑筒体把高温烟气的热量传递给在窑筒体内部被煅烧的物料。由于物料不与进行加热的烟气进行混合，高温下碳酸盐物料煅烧分解产生的高浓度二氧化碳可以通过简单净化后被回收利用，极大的降低了二氧化碳的捕集与回收利用成本。对于常用的碳酸盐矿物原料，对外燃窑加热的高温烟气的排气温度一般在950℃左右。实践表明，利用外燃窑排出的高温烟气余热对进入外燃窑的物料进行预热干燥，并尽可能的提高物料的预热温度可以有效地降低外燃窑的系统煅烧能耗及二氧化碳排放量。

采用外燃窑排出的高温烟气直接对进入外燃窑的物料进行接触式预热干燥，会使得烟气中的污染物吸附在物料颗粒表面，造成物料污染，降低外燃窑煅烧分解气的纯度，对分解气的回收利用产生不利的影响。

目前，为了避免烟气中的污染物传递给物料，常常采用烟气间壁式加热方法加热物料。专利（申请号：201911204473.2）公开了一种高温粉状固体冷却和余热回收系统及实现方法，该方法直接利用高温烟气的余热，采用固定式管式换热器对固体物料进行间壁式加热。采用固定式间壁加热方式，其加热效率低、物料预热温度低，烟气余热回收利用的效率较低，难以实现高温烟气余热的高效回收利用；尤其对于具有一定含湿量的物料，还存在着湿气难以排出、物料板结等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种外燃窑固体物料预热干燥一体化系统及控制方法，在保证固体物料免受烟气污染的前提下，采用分段、梯级加热的方式对送入外燃窑前的固体物料进行预热、干燥，可以有效的提高固体物料的预热温度，实现烟气余热的高效回收利用，降低外燃窑系统的二氧化碳排放量。

为解决现有技术问题，本发明公开了一种外燃窑固体物料预热干燥一体化系统，包括：高温固体物料预热干燥装置、高温固体物料预热干燥装置的排气口、高温固体物料预热干燥装置的进料口、高温固体物料预热干燥装置的返料口、高温固体物料预热干燥装置的进气口、高温烟气换热器和气粉分离装置；

原料颗粒通过高温固体物料预热干燥装置的进料口进入高温固体物料预热干燥装置，高温烟气换热器通过高温固体物料预热干燥装置的进气口连接高温固体物料预热干燥装置，高温固体物料预热干燥装置通过高温固体物料预热干燥装置的排气口连接气粉分离装置的进气口，高温固体物料预热干燥装置通过高温固体物料预热干燥装置的返料口连接气粉分离装置的排料口,高温固体物料预热干燥装置设有排料管。

进一步地，还包括余热锅炉，气粉分离装置的排气口连接余热锅炉的进气口。

进一步地，还包括除尘器，余热锅炉的排气口连接除尘器，除尘器用于将除尘后的烟气送入烟囱排出。

进一步地，所述高温固体物料预热干燥装置内由上至下设有多层气化布风板，每层气化布风板底部均设有排料管，位于最底层气化布风板底部的排料管用于将预热干燥后的固体物料送至外燃窑。

进一步地，所述气化布风板的层数为三层。

进一步地，所述排料管连接有排料控制阀。

进一步地，位于最底层气化布风板的底部设有风室。

进一步地，所述高温固体物料预热干燥装置的进料口的下方设有伞形物料分散装置。

相应地，一种外燃窑固体物料预热干燥一体化系统的控制方法：

高温烟气换热器的高温烟气侧的进口与外燃窑的高温烟气排气相连，高温烟气换热器的空气侧的进口与常温空气进气相连；通过高温烟气换热器的换热，外燃窑的排出的高温烟气降温，换热降温后的低温烟气排气送入烟气净化装置进行净化后排放；常温洁净空气被加热升温，换热升温后的高温空气通过高温固体物料预热干燥装置的进气口被送入高温固体物料预热干燥装置对固体物料进行加热与干燥。

颗粒状常温固体原料经过高温固体物料预热干燥装置的进料口被送入高温固体物料预热干燥装置，被加热升温后的高温物料经过排料管排出，送至外燃窑中进行煅烧；

高温固体物料预热干燥装置对物料进行预热与干燥后的含湿排气通过高温固体物料预热干燥装置的排气口排出，含湿排气进入气粉分离装置进行气固分离，气粉分离装置分离下来的物料通过高温固体物料高温固体物料预热干燥装置的返料口返送回高温固体物料预热干燥装置的内部进行循环；

气粉分离装置的排气口与余热锅炉相连，对150~300℃的含湿排气的余热进行回收，余热锅炉的排气经过除尘器除尘后送入烟囱进行排放。

进一步地，高温固体物料预热干燥装置（14）内流经气化布风板（6）上的物料层的空塔气流速度在0.5~4m/s，当物料为细颗粒或粉料时，气流速度取小值。

本发明具有的有益效果：

本发明利用洁净空气回收外燃窑排出的高温烟气含有的余热，采用分段、梯级加热的方式对送入外燃窑前的固体物料进行预热、干燥。本发明在保证固体物料免受烟气污染的前提下，可以有效的提高固体物料的预热温度，实现烟气余热的高效回收利用，降低外燃窑系统的二氧化碳排放量。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

附图标记：

1、余热锅炉，2、气粉分离装置，3、高温固体物料预热干燥装置的排气口，4、高温固体物料预热干燥装置的进料口，5、伞形物料分散装置，6、气化布风板，7、高温固体物料预热干燥装置的返料口，8、排料管，9、排料控制阀，10、风室，11、高温固体物料预热干燥装置的进气口，12、高温烟气换热器，13、除尘器，14、高温固体物料预热干燥装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的一种外燃窑固体物料预热干燥一体化系统，包括高温固体物料预热干燥装置14、气粉分离装置2、高温烟气换热器12、余热锅炉1、除尘器13。原料颗粒通过高温固体物料预热干燥装置的进料口4进入高温固体物料预热干燥装置14，高温烟气换热器12通过高温固体物料预热干燥装置的进气口11连接高温固体物料预热干燥装置14，高温固体物料预热干燥装置14通过高温固体物料预热干燥装置的排气口3连接气粉分离装置2的进气口，高温固体物料预热干燥装置14通过高温固体物料预热干燥装置的返料口7连接气粉分离装置2的排料口, 高温固体物料预热干燥装置14设有排料管8。气粉分离装置2的排气口连接余热锅炉1的进气口。余热锅炉1的排气口连接除尘器13，除尘器13用于将除尘后的烟气送入烟囱排出。

在本实施例中，高温烟气来自于煅烧水泥生料的外燃窑排出的950℃的高温烟气。高温烟气换热器12的高温烟气侧的进口与外燃窑的高温烟气排气相连，空气侧的进口与常温空气进气相连。通过高温烟气换热器的换热，950℃的高温烟气降温至120~150℃，换热降温后的低温烟气排气送入烟气净化装置进行净化后排放；25℃左右的常温洁净空气被加热升温至850~900℃，换热升温后的高温空气通过高温固体物料预热干燥装置14下部的风室10的进气口11被送入高温固体物料预热干燥装置14对固体物料进行加热与干燥。

高温烟气换热器12用来把外燃窑高温烟气排气的热量传递给洁净空气，然后利用高温洁净空气来直接加热干燥被送入外燃窑中煅烧的物料，这样既可以避免固体物料受烟气污染，还能回收利用高温烟气的余热实现对物料的有效加热。

颗粒状常温固体原料经过高温固体物料预热干燥装置的进料口4被送入，被加热升温后约750~800℃高温物料经过最下层的排料管8排出，送至外燃窑中进行煅烧。

高温固体物料预热干燥装置14对物料进行预热与干燥后的150~300℃的含湿排气通过上部高温固体物料预热干燥装置的排气口3排出，含湿排气进入气粉分离装置2进行气固分离，气粉分离装置2分离下来的物料通过高温固体物料预热干燥装置的返料口7返送回高温固体物料预热干燥装置14的上层内部进行循环。

气粉分离装置2的排气口与余热锅炉1相连，对150~300℃的含湿排气的余热进行回收，余热锅炉1的排气经过除尘器13除尘后送入烟囱进行排放。在本实施例中，气粉分离装置2采用旋风气固分离器。

高温固体物料预热干燥装置14为三层流态化或半流态化气固加热干燥装置，内部为从上到下分三层布置，分为三层布置的气化布风板6、每层气化布风板6的底部设有排料管8。

高温固体物料预热干燥装置14在不同高度上设置三层气化布风板6，依据物料颗粒的大小及分布特性的不同，气化布风板6可为水平或倾斜布置，其倾斜角度为0~15°。当物料为细颗粒或粉料时，倾角取小值。

高温固体物料预热干燥装置14的最上层排料管8在距离高温固体物料预热干燥装置的进料口4的远端布置，下层排料管相对于上层排料管在距离远端布置，有利于延长物料颗粒在布风板上料层内的停留时间，提高换热与干燥效果。

在高温固体物料预热干燥装置14的每一层气化布风板6的排料管8上分别设置有排料控制阀9。通过排料控制阀9控制每一层气化布风板6上的物料层的厚度，通过每一层料层厚度的单独调整，可以分别改变每一层物料的加热与干燥效果，进而根据实际需要调整每一层物料的排料温度，实现尽可能的提高温固体物料预热干燥装置14的排料的最终预热温度与降低排料含湿量，从而降低外燃窑煅烧系统的能耗。

高温固体物料预热干燥装置的进料口4的出口设置有伞形物料分散装置5。通过伞形物料分散装置5对进口物料的分散作用，可以有效的避免成团进料对最上层气化布风板上的流化或半流化物料层的冲击，有助于维持布风板上物料层流化状态的稳定。

依据物料颗粒大小及分布特性的不同，高温固体物料预热干燥装置4内流经气化布风板6上的物料层的空塔气流速度在0.5~4m/s。当物料为细颗粒或粉料时，气流速度取小值。在本实施例中，气化布风板上的物料层的空塔气流速度为2.5m/s

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。同时在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。且在本发明的附图中，填充图案只是为了区别图层，不做其他任何限定。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。