阅读说明：本技术 一种竖式水泥熟料篦式颗粒分级冷却机及冷却方法 (Vertical cement clinker grate type particle grading cooler and cooling method ) 是由 赵亮 彭学平 孙建 代中元 陈昌华 于 2019-11-14 设计创作，主要内容包括：本发明属于水泥烧成设备领域,具体涉及一种竖式水泥熟料篦式颗粒分级冷却机,该冷却机的上层为窑门罩；在窑门罩下方靠近回转窑一侧设有细料冷却区,细料冷却区一侧设有粗料冷却区,二者通过隔离冷却墙隔开；所述细料冷却区上端倾斜布置有过滤熟料用的两级筛滤篦板；在冷却机的下层设有将所有落料进行再次冷却的二次冷却区,二次冷却区包括设在冷却机底端的若干下料灰斗,所述下料灰斗最终将冷却后的熟料收集到冷却机下方的拉链机中。本发明实现了熟料分级分别冷却,可以达到很好的换热效果,同时降低熟料的料层阻力,达到节能降耗的目的；实现两次熟料与空气的逆流换热过程,冷却效果好。(The invention belongs to the field of cement firing equipment, and particularly relates to a vertical cement clinker grate type particle grading cooler, wherein a kiln door cover is arranged on the upper layer of the cooler; a fine material cooling area is arranged below the kiln door cover and close to one side of the rotary kiln, a coarse material cooling area is arranged at one side of the fine material cooling area, and the fine material cooling area and the coarse material cooling area are separated by an isolation cooling wall; the upper end of the fine material cooling area is obliquely provided with a two-stage screening and filtering grid plate for filtering clinker; and a secondary cooling area for cooling all the blanking again is arranged at the lower layer of the cooler, the secondary cooling area comprises a plurality of blanking ash hoppers arranged at the bottom end of the cooler, and the cooled clinker is finally collected into a zipper machine below the cooler by the blanking ash hoppers. According to the invention, clinker is respectively cooled in a grading way, so that a good heat exchange effect can be achieved, the material layer resistance of the clinker is reduced, and the purposes of energy conservation and consumption reduction are achieved; the countercurrent heat exchange process of clinker and air is realized twice, and the cooling effect is good.)

一种竖式水泥熟料篦式颗粒分级冷却机及冷却方法

技术领域

本发明涉及水泥烧成设备领域，具体涉及到一种竖式水泥熟料篦式颗粒分级冷却机及冷却方法。

背景技术

冷却机是水泥烧成系统中常用的一种冷却设备；目前业内主要采用卧式冷却机，但是现有的卧式冷却机未进行颗粒的粗细分离，通过局部的逆流换热进行气流和固体的热交换；同时卧式冷却机所需的冷却空气量较大，电耗高；此外仅有前三个风室的热风回到烧成系统中，热回收效率低。

另一方面，现有的竖式冷却机通过竖式堆积熟料向下运动，与向上运动的冷却风逆流运动完成换热，大大提高了气固换热的效率，减少了冷却机用风量，减少了热耗和电耗；但是也存在下列问题：

1)为提高水泥质量，出回转窑的熟料需要急速冷却；在竖式冷却机的上部空间，出窑熟料与高温空气(600℃以上)进行换热，出窑熟料的急冷效果很难达到；

2)竖式堆积的物料阻力较大，根据实验数据和现场测试来看，每100mm的熟料会带来约800Pa的空气阻力，如果熟料厚度在1.5m以上，则需要12000Pa的空气压力，这还不包括篦板、辊式破碎机等设备的阻力。过高的阻力会导致电耗增加，与设置竖式冷却的初衷不符。因此，竖式冷却机大都还停留在理论计算阶段，少有成功使用的案例。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，开发出一种竖式水泥熟料气动颗粒分级冷却机及冷却方法；具体方案为：1、进行分段鼓风，在冷却机上部分通入新的冷却空气，增强熟料急冷效果；2、进行熟料颗粒的粗细分离，粗颗粒熟料在堆积状态下的阻力会大大降低，根据ergun方程计算，粗颗粒的空气阻力会下降至1/3左右，即使粗颗粒的堆积高度达到2m，其阻力也不超过10000Pa。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种竖式水泥熟料篦式颗粒分级冷却机，该冷却机的上层为窑门罩；窑门罩一侧连接回转窑及三次风管；所述三次风管与分解炉连通；

在窑门罩下方靠近回转窑一侧设有细料冷却区，细料冷却区包括对落料逆向换热的细料侧入风口和细料侧出风口；远离回转窑的一侧为粗料冷却区，粗料冷却区底部包括设在该区域侧面的粗料侧入风口；细料冷却区与粗料冷却区通过隔离冷却墙隔开；

所述细料冷却区上端倾斜布置有过滤熟料用的两级筛滤篦板，两级筛滤篦板均设在回转窑出窑下料点的正下方，且两级筛滤篦板的下端部与隔离冷却墙的上端连接；此外，两级筛滤篦板平行布置且与水平方向成40～60°夹角；上方篦板的篦缝尺寸大于下方篦板的篦缝尺寸；

在冷却机的下层设有将所有落料进行再次冷却的二次冷却区，二次冷却区包括设在冷却机底端的若干下料灰斗，所述下料灰斗最终将冷却后的熟料收集到冷却机下方的拉链机中。

进一步，所述两级筛滤篦板的材质采用镍质合金，篦板与熟料接触面设有陶瓷贴片；两级筛滤篦板内部为中空壳体结构，篦板在正对篦缝位置处设有若干可使外部风源进入冷却机的通风孔；篦板内部与冷却机外部的通风机相连，常温空气通过通风机从一侧鼓入篦板，并从另一侧的通风孔排出。

进一步，在两级筛滤篦板上方位置处设置多个吹扫篦板用的空气炮，空气炮正对篦板上部的熟料颗粒；在两级篦板上下侧均设有压力传感器，通过压力传感器的反馈信号来控制空气炮的运行。

进一步，所述细料区底部设有棒阀或闸板阀，棒阀或闸板阀下方设有下料孔板，下料孔板为沿厚度方向上开孔的金属板，冷却后的细料经过下料孔板进入所述二次冷却区。

进一步，所述粗料冷却区的底部设有多对辊式破碎机，每对辊式破碎机的两侧各设有一个将粗料引到辊缝中的挡料板，辊式破碎机可将大粒径的熟料破碎至所需要的粒径。

进一步，粗料冷却区内还包括水平设在辊式破碎机上部的多层柱状金属格栅，每层金属格栅包括从外部等间距***冷却机的多个支撑柱；支撑柱是表面设有多个透气孔的中空壳体结构；支撑柱内侧与冷却机外的鼓风机连通，鼓风机通过透气孔向冷却机内部鼓风。

进一步，所述粗料侧入风口，和/或，细料侧入风口向下40～50°倾斜式进入冷却机。

更进一步，上述竖式水泥熟料气动颗粒分级冷却机的冷却方法，包括如下步骤：

S1、从回转窑中烧成后的熟料经窑门罩落入一级筛滤篦板上，一级筛滤篦板可过滤出大块熟料，同时对熟料下落进行缓冲；二级筛滤篦板进一步对熟料进行二次筛分；同时空气炮对篦板上物料进行不定时吹扫以防止篦缝堵塞；

S2、筛滤后的细料竖直下落进入细料冷却区底部；下落过程中，冷却风持续对细料进行冷却；

S3、超出篦板间隙大小的熟料滑落至粗料冷却区内，粗料呈堆状堆积在靠近细料冷却区一侧，堆积到一定高度，粗料颗粒向下运动与冷却风进行逆流换热；

S4、冷却后的粗颗粒通过辊式破碎机破碎至更小的颗粒进入二次冷却区；另一侧的细料在冷却后也落入二次冷却区；

S5、粗、细熟料在二次冷却区中进行再次冷却，温度控制在100℃以内，最终通过下料灰斗排出到外部的拉链机；

S6、冷却机中换热完成的高温热空气上升经过窑门罩分为两个部分，其中一部分作为二次风进入回转窑作为窑内燃料燃烧的助燃空气，另一部分作为三次风进入三次风管被送往分解炉，作为分解炉中燃料燃烧的助燃空气。

本发明具有的优点和积极效果是：

现有水泥烧成熟料的颗粒粒径分布范围为0.1～500mm，其中10mm以上粒径的颗粒占比在60～80％，且粒径越大的熟料越难冷却。本发明提出一种利用筛滤篦板对出窑后的熟料进行逐级过滤，从而实现熟料颗粒粒径分级，再分别进行冷却，既可以达到很好的换热效果，还可以降低熟料的料层阻力，大幅降低冷却机用风量，同时保证出冷却机熟料温度在100℃以内，可以降低烧成电耗；同时低风量意味着冷却后风温升高，提高热回收效率，可以降低系统热耗或转为余热发电量。

本发明的竖式冷却机还通过熟料从上至下两次冷却过程，最终出冷却机熟料温度控制在100℃以内，冷却效果好；

设置空气炮可以与两级篦板上下侧的压力传感器配合，通过监测篦板上下侧的压力差可以判断篦板上物料的分布情况，一旦出现物料堵塞篦缝的情况，可以通过空气炮对篦板上方进行吹扫，或者加大篦板自身的通风，直接吹扫篦缝处的熟料颗粒。

冷却机中换热完成的高温热空气上升经过窑门罩分为两个部分，其中一部分作为二次风进入回转窑作为窑内燃料燃烧的助燃空气，另一部分作为三次风进入三次风管被送往分解炉，作为分解炉中燃料燃烧的助燃空气，热回收效率高。

附图说明：

图1是本发明优选实施例中冷却机的正视图；

图2是本发明优选实施例中冷却机的局部放大图；

图3是本发明优选实施例中冷却机的三维图；

图4是本发明优选实施例中冷却机的使用状态图；

图5是本发明优选实施例中一级筛滤篦板的三维图。

其中：1、回转窑；2、三次风管；3、窑门罩；4、细料冷却区；41、一级筛滤篦板；42、二级筛滤篦板；43、篦缝；44、细料侧入风口；45、通风孔；46、细料侧出风口；47、空气炮；48、细料棒阀；49、下料孔板；5、粗料冷却区；51、粗料侧入风口；52、挡料板；53、辊式破碎机；54、金属格栅；6、隔离冷却墙；7、下料灰斗；71、下层冷却风入口；72、下层冷却风出口。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1至图5所示，本发明公开了一种竖式水泥熟料篦式颗粒分级冷却机，该冷却机的上层为窑门罩3；窑门罩3一侧连接回转窑1及三次风管2；所述三次风管2与分解炉连通；回转窑中煅烧完成后的熟料温度一般在1400℃左右，经窑门罩3卸出后下落，并进行颗粒分级和冷却；冷却机中换热完成的高温热空气上升经过窑门罩3分为两个部分，其中一部分作为二次风进入回转窑1作为窑内燃料燃烧的助燃空气，另一部分作为三次风进入三次风管2被送往分解炉，作为分解炉中燃料燃烧的助燃空气；

在窑门罩3下方靠近回转窑一侧设有细料冷却区4，远离回转窑1的一侧为粗料冷却区5，细料冷却区与粗料冷却区通过竖直设置在冷却机内的隔离冷却墙6隔开；具体的，隔离冷却墙6采用耐温金属加浇注料保护的方式竖直的穿过冷却机中部，从而将粗、细料冷却区4、5分隔开。具体的，所述隔离冷却墙主体为耐高温镍合金制成，墙体外部包裹浇注料进行保温及高温保护。

细料冷却区4用于堆积出窑熟料中粒径小于10mm的细料，堆积状态下与冷却空气逆向运动进行换热，细料堆积高度约500～800mm，细料冷却区4中细料的停留时间约为20min；

所述细料冷却区4上端设有过滤熟料用的一级筛滤篦板41，该篦板设在回转窑出窑下料点的正下方；为了防止积料，一级筛滤篦板41与水平方向40～60°向下倾斜布置在冷却机内，两端采用支撑结构支撑；优选的，篦板的最高点距离下料点(回转窑卸料最低点)距离L约400～1000mm；

在一级筛滤篦板41下方400～800mm位置处平行设有二级筛滤篦板42；一级筛滤篦板的篦缝43尺寸大于二级筛滤篦板的篦缝43尺寸；两级筛滤篦板的下端部与隔离冷却墙上端连接；从而经过两级过滤的粗颗粒熟料能够落入粗料冷却区5；两级筛滤篦板的材质采用镍质合金，耐温1500℃不变形，篦板与熟料接触面设置陶瓷贴片，以防止篦板磨损。

优选的，两级筛滤篦板采用内部中空壳体结构；篦板在正对篦缝43位置处设有若干可使外部风源进入冷却机的透气孔45，篦板内部与冷却机外部的通风机相连，常温空气通过通风机从一侧鼓入篦板，并从另一侧的通风孔排出；未进入冷却机的剩余空气进入余热锅炉或废气处理系统。对篦板进行冷却的作用在于降低篦板本身温度，保持篦板本身硬度及刚性，不会变形或被熟料磨损。通过风冷冷却可将篦板温度控制在200℃左右，同时透气孔45处喷出高压气体对篦缝43进行吹扫，可以保证篦缝43处不会出现物料堆积。

此外，细料冷却区4底部包括细料侧入风口44，细料侧入风口布置在细料冷却区的两侧及冷却机正面(从回转窑方向看)；细料侧入风口通入常温空气对细料侧物料进行一级冷却，细料侧入风口向下倾斜40～50°进入细料冷却区4，可以避免物料随风进入窑门罩3或粗料冷却区5，同时可以给进入的冷却风一个向下的速度分量，增大气料换热时间。

细料侧入风口44与细料侧出风口46形成对落料逆向换热的循环风，此外将热风排出可以避免大量热风从筛滤篦板向上吹出，使熟料颗粒漂浮在筛滤篦板上方，导致篦缝43堵塞。

水泥烧成熟料的颗粒粒径分布为0.1～500mm范围，其中10mm以上粒径的颗粒占比在60～80％范围内，且粒径越大的熟料越难冷却。优选的，所述一级筛滤篦板41篦隙为50～150mm；所述二级筛滤篦板42的篦隙为10～20mm，从而使出窑熟料中粒径小于10-20mm的细料经过两级篦板筛分后落入下侧的细料冷却区4；

为防止物料在篦板上方堆积，在两级筛滤篦板上方近距离设置多个空气炮47，空气炮正对筛滤篦板上部的熟料颗粒；在两级篦板上下侧均设有压力传感器，通过压力传感器的反馈信号来控制空气炮的运行。一旦出现物料堵塞篦缝43的情况，可以通过空气炮47对筛滤篦板上方进行吹扫，或者加大筛滤篦板自身的通风，直接吹扫篦缝43。

细料冷却区4底部还设有支撑细料的细料棒阀48(或闸板阀)，通过细料棒阀48的开度对细料区堆积高度进行调节，细料棒阀的***深度和数量不同都可以改变细料的下料速度；优选的，细料冷却区4还包括设在细料棒阀48下方的下料孔板49；下料孔板是沿厚度方向开孔的金属板，孔高为20～50mm；下料孔板49与棒阀或闸板阀配合，共同控制细料的下料速度。冷却后的细料经过下料孔板49进入下层的二次冷却区。

出窑熟料中粒径大于10mm的粗料经过两级筛滤篦板筛分后，沿篦板方向滑落入粗料冷却区5，粗颗粒熟料粒度较大，堆积状态的孔隙率大，空气阻力较小，相比细颗粒熟料更难以冷却，粗料侧的物料堆积高度约在2～2.5m，停留时间约30min。

粗料冷却区5底部还包括设在该区域侧面的粗料侧入风口51，以便对筛分过后的粗料进行一级冷却。与细料侧入风口44一样，粗料侧入风口51布置在粗料冷却区5的两侧及冷却机背面(从回转窑方向看)，向下倾斜40-50°进入粗料冷却区5。

粗料冷却区5底部辊式破碎机53以便对一级冷却后的粗颗粒熟料进行破碎，同时通过辊压机的缝隙控制粗料冷却区5的堆积高度。一般要求经辊式破碎机53破碎后的熟料颗粒小于10mm。优选的，在所述粗料冷却区5的底部设有2-3对辊式破碎机53，每对辊式破碎机53的两侧各设有一个将粗料引到辊缝中的挡料板52，大颗粒熟料堆积在粗颗粒冷却区并缓慢向下经过辊式破碎机53之间的辊缝，然后进入冷却机底端。

大颗粒熟料料层在粗料冷却区5的堆积高度约在2～2.5m，重量约为180吨，停留时间约30min，与向上运动冷却空气进行逆流换热。为了减少辊式破碎机53的承重负荷，粗料冷却区5内还包括水平设在辊式破碎机上部的4-6层柱状金属格栅，每层金属格栅包括从外部等间距***冷却机的多个支撑柱；支撑柱是表面设有多个透气孔的中空壳体结构；支撑柱内侧与冷却机外的鼓风机连通，中空的支撑柱可以将进入其内部的冷却空气通过透气孔均匀的分布在熟料中，起到风量均化的作用，或者将冷却空气直接通过格栅支柱均匀的通入物料中。相邻支撑柱之间的间隙距离300mm或以上，可增大熟料孔隙率，同时作为熟料承重的支撑，减少辊压机上熟料的压力。

在冷却机的下层设有将所有落料进行再次冷却的二次冷却区，二次冷却区包括设在冷却机底端的下料灰斗7，所述下料灰斗7最终将冷却后的熟料集中收集至冷却机下方的拉链机中。优选的，冷却机底部设有4个均匀排列的倒锥形下料灰斗7；

4个下料灰斗7均设有下层冷却风入口71，从而使出料温度保持在100℃以下；下料灰斗7上端设有下层冷却风出口72，下层冷却风出口用于将二次冷却后的冷却风排出至余热锅炉或窑头废气处理设备。优选的，下层冷却风出口设置在粗料颗粒一侧，以防止冷却风阻碍细料落下。

优选的，4个下料灰斗7之间共用一台风冷机，该风冷机对整个下料灰斗7的冷却风量可以达到0.4-0.5Nm3/kgcl。

本发明还公开了上述竖式水泥熟料篦式颗粒分级冷却机的冷却方法，包括如下步骤：

S1、从回转窑中烧成后的熟料经窑门罩3落入一级筛滤篦板41上方，一级筛滤篦板41可过滤出大块熟料，同时对熟料下落进行缓冲；二级筛滤篦板42进一步熟料进行二次筛分；同时空气炮47对篦板上物料进行不定时吹扫以防止篦缝43堵塞；

S2、筛滤后的细料竖直下落进入细料冷却区4底部；下落过程中，冷却风持续对细料进行冷却；细料冷却区4的堆积高度在500～800mm范围，在细料堆积区停留时间约20min，料层阻力约5000～8000Pa，细料侧鼓入的冷却风量约0.2～0.4Nm3/kgcl(按单位篦冷机熟料产能计算)；

S3、超出篦板间隙大小的熟料滑落至粗料冷却区5内，粗料呈堆状堆积在靠近细料冷却区4一侧；堆积到一定高度时，粗料颗粒向下运动与冷却风进行逆流换热，粗料堆积高度可达2～2.5m，停留时间约30min可保证熟料与冷却空气充分进行热交换，粗料侧冷却风量约0.5～0.7Nm3/kgcl，冷却区域冷却风的名义风速约2m/s。热交换完成后粗颗粒熟料约300℃，冷却空气为加热至1200℃。冷却风可通过侧面入口直接鼓入，或通过布置在冷却机内部的支撑格栅鼓入；

S4、冷却后的粗颗粒通过辊式破碎机53破碎至更小的颗粒进入二次冷却区，辊式破碎机53可控制熟料最终粒度以及粗料冷却区5的堆积高度；作为阻力源，辊式破碎机53可防止一次冷却区和二次冷却区串风；另一侧的细料在冷却后也落入二次冷却区；

S5、粗、细熟料在二次冷却区中进行再次冷却，温度控制在100℃以内，最终通过下料灰斗7排出到外部的拉链机；

S6、冷却机中换热完成的高温热空气上升经过窑门罩分为两个部分，其中一部分作为二次风进入回转窑作为窑内燃料燃烧的助燃空气，另一部分作为三次风进入三次风管被送往分解炉，作为分解炉中燃料燃烧的助燃空气。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。