專利名稱：用于進(jìn)行固態(tài)材料和氣體間化學(xué)和/或物理反應(yīng)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及進(jìn)行固態(tài)材料和氣體間化學(xué)和/或物理反應(yīng)的裝置，特別是用于進(jìn) 行那些安排了多個對精細(xì)顆粒材料進(jìn)行預(yù)加熱、冷卻和/或煅燒的反應(yīng)階段的裝置。
背景技術(shù)：
特別的，包含并流式熱交換器和旋流分離器的系統(tǒng)在水泥業(yè)和采礦業(yè)中十分常 見，常用于對精細(xì)顆粒材料進(jìn)行預(yù)加熱、冷卻和/或煅燒。這些裝置通常具有計劃好的 多個反應(yīng)階段。氣流被導(dǎo)向上升通過每個階段，而在相反方向上向各個階段提供固體材 料。上述系統(tǒng)存在一些缺點(diǎn)。由于需要旋流分離器具有龐大的結(jié)構(gòu)高度和很高的分 離度，所以并不總是令人滿意的。舉例來說，在旋流分離器入口處經(jīng)常會出現(xiàn)吸入氣體 和旋流分離器內(nèi)部產(chǎn)生的擾動氣流或者旋流分離器圓錐體產(chǎn)生的反向氣流之間的疊加所 引起的不可控氣流。進(jìn)而，使得在旋流分離器邊緣已經(jīng)分離的顆粒又被引入到旋流分離 器的吸入氣流中。上述系統(tǒng)的另一個問題是，如果結(jié)構(gòu)形態(tài)大小不同，而吸入速度相同，則離心 力會改變，從而產(chǎn)生了不同的分離條件。因此，在US 4318697中提出，對水泥原料多階段進(jìn)行預(yù)加熱，各個獨(dú)立階段中 均存在一個上升線路和一個毗鄰的螺旋狀和/或蝸旋的線路，則螺旋和/或蝸旋的線路 具有矩形截面并且與平行六面體分離腔的側(cè)面連接。連接位置在平行六面體分離腔的整 個側(cè)面上延伸。分離腔的底部以漏斗狀的方式變窄，用來在向上氣體導(dǎo)引時導(dǎo)出固態(tài)材 料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是，改進(jìn)進(jìn)行固態(tài)材料和氣體之間的化學(xué)和/或物理反應(yīng)的 裝置，這種裝置是關(guān)于在分離腔中的分離等級而特別對精細(xì)顆粒材料進(jìn)行預(yù)加熱、冷卻 和/或煅燒。根據(jù)本發(fā)明，通過權(quán)利要求1中的特征解決了發(fā)明中提出的問題。根據(jù)本發(fā)明的裝置用于進(jìn)行固態(tài)材料和氣體之間的化學(xué)和/或物理反應(yīng)，這種 裝置特別應(yīng)用于對精細(xì)顆粒材料進(jìn)行預(yù)加熱、冷卻和/或煅燒，本質(zhì)上包含至少一個將 氣體/固態(tài)材料懸浮物用離心力分離成固態(tài)材料流和氣流的螺旋和/或蝸旋線路，以及 至少一個分離腔，該分離腔連接到螺旋和/或蝸旋線路端部并連接到氣體線路以導(dǎo)出氣 體，或者該分離腔由氣體線路的一部分形成，一個連接到分離腔以將固態(tài)材料導(dǎo)出的固 態(tài)材料線路。螺旋和/或蝸旋線路以相對于水平位置至少30度的夾角在分離腔中有開 口，分離腔在開口區(qū)域的橫截面大小為螺旋和/或蝸旋線路的橫截面大小的0.5倍 1.5 倍。因此，螺旋和/或蝸旋線路在到分離腔的開口區(qū)域相對于水平位置具有至少30度的夾角。依照本發(fā)明，螺旋和/或蝸旋線路指的是至少一部分被構(gòu)建為螺旋和/或蝸旋的 結(jié)構(gòu)。螺旋和/或蝸旋線路也可以尤其只在相對小的角度范圍上旋轉(zhuǎn)延伸，比如說，90度。與US 4,318,692中的結(jié)構(gòu)不一樣的是，螺旋和/或蝸旋線路不與分離腔的側(cè)面完 全連接，而是成切線連接。US 4,318,692中的螺旋和/或蝸旋線路更多的是通過水平方向 的連接套管通向分離腔。螺旋和/或蝸旋線路至少相對于水平位置成30度角的連接處連同相切的開口一 起使得固態(tài)材料流沿著分離腔壁的曲線向下導(dǎo)引。另一方面，氣流以旋轉(zhuǎn)的形式向上排
出ο通過形成本發(fā)明基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，分離腔在開口區(qū)域上的橫截面為螺旋和/或 蝸旋線路橫截面的0.5倍 1.5倍有著決定性的重要性。如果螺旋和/或蝸旋線路的橫截 面在其長度上變化，則橫截面關(guān)系的重點(diǎn)方面就是在螺旋和/或蝸旋線路的橫截面進(jìn)入 分離腔的開口區(qū)域的橫截面。在傳統(tǒng)的旋流分離器中，雖然氣體/固體材料的懸浮物路線通常也是相切連 接，但實(shí)質(zhì)上相對于分離腔的橫截面有著較小的橫截面，而且它們是水平連接的。通過形成本發(fā)明基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的裝置實(shí)現(xiàn)了十分突出的分離度 及相對較小的壓力損失。并且，對于導(dǎo)入分離腔固態(tài)材料/氣體流和被導(dǎo)出分離腔的固 態(tài)材料流和氣流沒有任何負(fù)面的影響。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的其他結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選結(jié)構(gòu)，分離腔被制造成圓形的，尤其是旋轉(zhuǎn)對稱的。
此外，固態(tài)材料線路在分離腔下部與分離腔相連，氣體線路在分離腔上部與分 離腔相連。分離腔下部進(jìn)而以漏斗狀方式變窄，則固態(tài)材料線路連接到以漏斗狀方式變 窄的分離腔部分。分離腔在開口區(qū)域的橫截面大小優(yōu)選為氣體線路橫截面大小的0.5 1.5倍。根 據(jù)本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)，氣體線路的下部形成了分離腔，但是，氣體線路也可以以下水管 道的方式延伸進(jìn)入分離腔。本裝置尤其能被用于水泥生產(chǎn)的預(yù)加熱器或者煅燒器。在作為預(yù)加熱器的情況 下，具有多個分離腔以及相關(guān)螺旋和/或蝸旋線路的多階段和/或多線程的裝置特別有 利。


參照下文的描述以及附圖，對本發(fā)明的其他優(yōu)勢和結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的說明。圖1是根據(jù)本發(fā)明的裝置的側(cè)視圖；圖2是圖1旋轉(zhuǎn)90度的側(cè)視圖；圖3是根據(jù)圖1的裝置的頂視圖；圖4是分離腔沿圖1中的IV-IV線的剖視圖；圖5是螺旋和/或蝸旋線路沿著圖3中的V-V線的剖視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的裝置的第二實(shí)施例的側(cè)視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的裝置的第三實(shí)施例的側(cè)視圖8是具有三段階梯工序的裝置的側(cè)視圖；圖9是根據(jù)圖8的本裝置的頂視圖；圖10是用于制 造水泥熔渣的裝置的三維示例。
具體實(shí)施例方式圖1至圖5示出了用于進(jìn)行固態(tài)材料5和氣體6之間的化學(xué)和/或物理反應(yīng)的裝 置。這種裝置可以是在水泥生產(chǎn)過程中對精細(xì)顆粒材料進(jìn)行熱處理的裝置，如，預(yù)加熱 器或煅燒器。該裝置實(shí)際上包含了氣體/固態(tài)材料懸浮物線路1、用于分離被加入的固態(tài)材料 和被加入的氣體的分離腔2、用來導(dǎo)出分離出的固態(tài)材料的固態(tài)材料線路3、以及用于導(dǎo) 出分離出的氣體的氣體線路4。為了進(jìn)行固態(tài)材料5和氣體間的化學(xué)和/或物理反應(yīng)，通過氣體/固態(tài)材料懸浮 物線路1將氣體/固態(tài)材料懸浮物提供到分離腔2。氣體/固態(tài)材料懸浮物線路1具有上升線路部分和下降線路部分，上升線路部分 呈上升線路la，下降線路呈螺旋和/或蝸旋線路lb。還提供了轉(zhuǎn)向頭lc，轉(zhuǎn)向頭Ic將 上升線路Ia連接到螺旋和/或蝸旋線路lb。垂直看去，至少螺旋和/或蝸旋線路Ib的 起始部分要高于它在分離腔2上的開口端。在螺旋和/或蝸旋線路Ib中，氣體/固態(tài)材料懸浮物由于離心力的作用分離成 固態(tài)材料流和氣流。在圖示的實(shí)施例中，螺旋和/或蝸旋線路Ib相對于水平方向以至少30度的α 角(優(yōu)選在30度到60度范圍內(nèi))成切線開口進(jìn)入分離腔2。在開口區(qū)域，分離腔2的以 漏斗狀方式變窄的部分2b與其圓柱形部分2a相連。固態(tài)材料線路3連接至分離腔的以漏斗狀方式變窄的部分2b，分離腔的圓柱形 2a部分匯入氣體線路4。在圖示的實(shí)施例中，氣體線路4和分離腔的圓柱形部分2a具有相同的直徑。因 此，還可以這么說，即分離腔是由氣體線路4的下部形成的。圖4和圖5圖示了圖1中分離腔2中的橫截面IV-IV，以及圖3中螺旋和/或蝸 旋線路Ib的橫截面V-V。分離腔在螺旋和/或蝸旋線路開口處的凈橫截面應(yīng)該是螺旋和/或蝸旋線路的凈 橫截面的0.5 1.5倍。由于上述的尺寸和螺旋和/或蝸旋線路Ib傾斜的向下導(dǎo)入并且與分離腔2相切 連接，固態(tài)材料5沿曲線被導(dǎo)入到分離腔的以漏斗狀方式變窄的部分2b，然后到達(dá)固態(tài) 材料線路3 (見圖1和圖3)。氣體6成旋轉(zhuǎn)氣流沿分離腔圓柱形部分2a的內(nèi)壁被向上導(dǎo)出到氣體線路4 (見圖 1)。氣流被傾斜向下導(dǎo)入到分離腔2還避免了分離腔產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)氣流與吸入氣流在螺旋 和/或蝸旋線路Ib的開口區(qū)域處相疊加。由圖3可以看出，螺旋和/或渦旋線路Ib延展了一個大約180度的角度。不 過，根據(jù)本發(fā)明，角度范圍可以被選擇成更大或者更小。任何可能改變氣體/固態(tài)材料 懸浮物方向的螺旋和/或蝸旋線路Ib的半徑和/或斜率和/或橫截面形狀和/或橫截面大小都是可行的。圖6示出了一個實(shí)施例，氣體線路4.1具有比分離腔2小的直徑，并且以下水管 的方式插入到分離腔2中。在根據(jù)圖7的實(shí)施例中，氣體線路4.2具有較分離腔2大的直徑，而且，在形成 本發(fā)明基礎(chǔ)的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，分離腔2在開口區(qū)域處的橫截面是氣體線路橫截面0.5 1.5 倍的時候是比較有利的。而且，氣體線路應(yīng)該在氣流方向上至少具有第一個和第二個橫截面尺寸和/或 形狀。螺旋和/或蝸旋線路Ib的軸線優(yōu)選為垂直，但是，當(dāng)螺旋和/或蝸旋線路Ib旋 轉(zhuǎn)時，其中軸相對于垂線有一個傾斜也是可能的。下文參照圖8和圖9描述了以下的裝置，這個裝置包括三個階段I、II、III，例如 該裝置是用于水泥原料的三階段預(yù)加熱器，每個獨(dú)立的階段均可以按照圖1至圖7構(gòu)建。 在這種多階段的裝置中，通過固態(tài)材料線路3"‘將待加工的固態(tài)材料提供到頂 層階段III中，然后以加工后的固態(tài)材料5形態(tài)從底層階段I導(dǎo)出。在每階段的氣體線路并 入下一階段的上升線路的同時，固態(tài)材料線路導(dǎo)通到每個獨(dú)立階段的上升線的區(qū)域中。進(jìn)而，當(dāng)固態(tài)材料被向下方向?qū)氲饺齻€階段的同時，氣體在相反的方向上流 經(jīng)該裝置。被加入到底層階段的氣體6可能是反應(yīng)爐或煅燒器的熱廢氣。在第三階段通 過氣體線路4"導(dǎo)出的氣體6"被提供到連接在下游的過濾器或者高效的分離器(例如) 以進(jìn)行除塵。處理過的固態(tài)材料5到達(dá)例如煅燒器或者反應(yīng)爐，以進(jìn)行后續(xù)處理。由于氣體/固態(tài)材料懸浮物線路1的結(jié)構(gòu)具有上升線路Ia和下降的螺旋或蝸旋 線路lb，三個階段可以被安排得非常緊湊并且相互纏繞。還可以交替地構(gòu)建至少兩個相 鄰階段的螺旋或蝸旋線路lb，1' b，1" b，使之以順時針方向和逆時針方向?yàn)閷?dǎo)向(見 圖9)。根據(jù)本發(fā)明，可以在氣體/固態(tài)材料懸浮物流動方向上改變螺旋和/或蝸旋線路 Ib的半徑和/或斜率和/或橫截面形狀和/或橫截面尺寸。在上述方式下，一方面可以 在螺旋和/或蝸旋線路的區(qū)域上影響氣體/固態(tài)材料懸浮物的預(yù)分離，另一方面可以使螺 旋和/或渦旋線路Ib適應(yīng)于外界環(huán)境。當(dāng)多階段相互嵌套并且階梯工序時，這種方式特 別有利的。半徑、斜率、橫截面形狀和/或橫截面尺寸還可以在流動方向上突然發(fā)生改變 和/或至少一個部分上連續(xù)地發(fā)生改變。比如說，半徑的減小帶來了離心力的增加，或 者半徑的變大帶來離心力的減小。改變橫截面尺寸和形狀可以影響流體的流速。最后，圖10是一種在水泥生產(chǎn)過程中對精細(xì)顆粒材料進(jìn)行熱處理的裝置的三維 示例，該裝置具有圓柱形轉(zhuǎn)窯10，煅燒器2和預(yù)加熱器30。可以根據(jù)圖1至圖9所述的 裝置來構(gòu)建煅燒器20和/或預(yù)加熱器30。
權(quán)利要求
1. 一種用于進(jìn)行固態(tài)材料和氣體間化學(xué)和/或物理反應(yīng)的裝置，尤其是對精細(xì)顆粒材 料進(jìn)行預(yù)加熱，冷卻和/或煅燒的裝置，所述裝置具有至少一個螺旋和/或蝸旋線路(Ib)，在所述螺旋和/或蝸旋線路中氣體/固態(tài)材料懸 浮被離心力分離成固體材料流(5)和氣流(6)；以及至少一個分離腔(2)，所述分離腔連接到螺旋和/或蝸旋線路的一端并且連接到氣體 線路(4 ； 4.1 ； 4.2)以排出氣體或是由氣體線路的一部分形成；固體材料線路，其連接到分離腔以排出固態(tài)材料流；所述裝置的特征在于螺旋和/或蝸旋線路(Ib)以相對于水平方向至少30度的角度 (α)成切線方向連通分離腔(2)，分離腔(2)在開口區(qū)域處的橫截面大小是螺旋和/或蝸 旋線路橫截面大小的0.5 1.5倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于具有所述分離腔(2)被構(gòu)建為圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述分離腔(2)在所述開口區(qū)域處的橫截 面大小是氣體線路(4 ； 4.1 ； 4.2)的橫截面大小的0.5 1.5倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述固態(tài)材料線路(3)連接到所述分離腔 (2)的下部，所述氣體線路(4)連接到所述分離腔的上部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述分離腔(2)被構(gòu)造成以漏斗狀方式變窄。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述固態(tài)材料線路(3)連接到所述分離腔 (2)的以漏斗狀方式變窄的部分(2b)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述氣體線路(4.1)以下水管方式延伸進(jìn) 入所述分離腔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述氣體線路(4)在氣體流動方向上具有 至少第一和第二橫截面尺寸和/或形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，當(dāng)螺旋和/或蝸旋線路(Ib)旋轉(zhuǎn)時， 中軸相對于垂直方向是傾斜的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置呈具有多個分離腔(2， 2'，2")以及相關(guān)螺旋和/或渦旋線路(lb，1' b，1" b)的多階段或多線程的裝置的 形式。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述分離腔(2)被構(gòu)建為旋轉(zhuǎn)對稱。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述分離腔(2)和所述氣體線路(4.1； 4.2)具有不同的直徑。
13.用于進(jìn)行固態(tài)材料和氣體之間的化學(xué)和/或物理反應(yīng)的方法，特別用于對精細(xì)顆 粒材料進(jìn)行預(yù)加熱，冷卻和/或煅燒的方法，所述方法具有根據(jù)一個或更多之前權(quán)利要 求所述的裝置，其中，通過螺旋和/或蝸旋線路(Ib)以所述氣流在所述分離腔(2)中生 成的旋轉(zhuǎn)氣流的方式將氣體/固體材料懸浮物引入到分離腔(2)。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明用于進(jìn)行固態(tài)材料和氣體之間的化學(xué)和/或物理反應(yīng)、尤其用于對精細(xì)顆粒材料進(jìn)行預(yù)加熱，冷卻和/或煅燒的裝置，實(shí)質(zhì)上包含至少一個用離心力將氣體/固態(tài)材料懸浮物分離成固態(tài)材料流和氣流的螺旋和/或蝸旋線路，至少一個連接到螺旋和/或蝸旋線路端部并連接到氣體線路以導(dǎo)出氣體、或是通過氣體線路的一部分形成的分離腔，一個連接到分離腔以導(dǎo)出固態(tài)材料的固態(tài)材料線路。螺旋和/或蝸旋線路相對于水平方向30度角的方向成切線連通分離腔，分離腔在開口區(qū)域處的橫截面大小是螺旋和/或蝸旋線路的橫截面大小的0.5～1.5倍。
文檔編號C04B7/43GK102016474SQ200880128826
公開日2011年4月13日 申請日期2008年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月25日
發(fā)明者丹尼爾·克萊格雷夫, 丹特里夫·庫坡, 安德雷斯·霍佩, 托馬斯·戴克, 斯蒂芬妮·里克特, 海因茨-維爾納·斯邁爾, 貝雷納·格奧爾格, 路易斯·拉嘉·加西亞 申請人:伯利休斯股份有限公司