用于回收內(nèi)部隔熱反應(yīng)器中產(chǎn)生的廢熱的系統(tǒng)和方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于回收內(nèi)部隔熱反應(yīng)器中產(chǎn)生的廢熱的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]這個(gè)完整的專(zhuān)利申請(qǐng)要求于2013年7月26日提交的印度臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)3349/CHE/2013和2013年10月02日提交的印度臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)4474/CHE/2013的優(yōu)先權(quán)，這些申請(qǐng)以引用的方式整體并入本文。
[0003]背景
[0004]領(lǐng)域
[0005]公開(kāi)的主題涉及廢熱管理領(lǐng)域，并且更具體地但非排他地涉及回收內(nèi)部隔熱反應(yīng)器(諸如回轉(zhuǎn)窯)中產(chǎn)生的廢熱。
[0006]相關(guān)領(lǐng)域的討論
[0007]通常，回轉(zhuǎn)窯用于生產(chǎn)水泥、石灰和海綿鐵以及其他應(yīng)用。窯內(nèi)的溫度可為1000°C或更高。因此，窯通過(guò)提供內(nèi)部耐火爐襯來(lái)隔熱以避免窯的殼體過(guò)熱。
[0008]已觀察到，呈補(bǔ)料形式的耐火爐襯有時(shí)會(huì)從爐襯中脫離。此類(lèi)補(bǔ)料的形成導(dǎo)致殼體的對(duì)應(yīng)部分的直接加熱，從而導(dǎo)致熱點(diǎn)。如果早期未檢測(cè)到此類(lèi)熱點(diǎn)，那么部分殼體會(huì)得到直接加熱，從而導(dǎo)致殼體變形，并且可能會(huì)使窯不起作用。即使在耐火爐襯存在的情況下，也已觀察到，窯的殼體的溫度處于200 °C至300 °C或更高的水平，這會(huì)導(dǎo)致相對(duì)較高的熱量因輻射和對(duì)流損失而損失到周?chē)h(huán)境。
[0009]在一段時(shí)間內(nèi)，已經(jīng)做出努力以避免熱量損失到周?chē)h(huán)境。所提出的理論技術(shù)中的一些包括增加內(nèi)部隔熱體的厚度或質(zhì)量，利用輕質(zhì)材料包封殼體并且外殼體提供包圍窯的殼體的外部隔熱體，而使外殼體與窖殼體之間存在小的空間。
[0010]增加內(nèi)部隔熱體的厚度或質(zhì)量增加了隔熱體的成本和/或重量和體積，從而使其難以實(shí)施。
[0011]利用輕質(zhì)隔熱材料(諸如，礦物棉)包封殼體的方法解決一些上述問(wèn)題。然而，此類(lèi)包封體限制了確定熱點(diǎn)的可能性，并且在熱點(diǎn)發(fā)生時(shí)會(huì)增加損壞，因?yàn)檩斎氲綒んw的附加的熱輸入因附加的隔熱體而無(wú)法散發(fā)出來(lái)。如前所述，在早期無(wú)法確定熱點(diǎn)具有嚴(yán)重后果Ο
[0012]相似地，提供在包圍但不接觸窯的殼體的外側(cè)上隔熱的外殼體可減少熱量損失到周?chē)h(huán)境。然而，這種系統(tǒng)也限制熱點(diǎn)的確定，并且大大地增加了熱點(diǎn)形成的速度。
[0013]前述技術(shù)具有如所強(qiáng)調(diào)的缺點(diǎn)，因此尚未被廣泛采用。
[0014]此外，已經(jīng)做出嘗試來(lái)利用由窯的殼體排放的熱量。已在編號(hào)為PCT/US2010/020116的PCT申請(qǐng)和美國(guó)專(zhuān)利4238187中公開(kāi)了嘗試?yán)糜筛G的殼體排放的熱量的幾項(xiàng)技術(shù)。
[0015]PCT/US2010/020116公開(kāi)了用于通過(guò)在窯的殼體上方提供包封體來(lái)從窯的殼體回收熱量的技術(shù)。在本技術(shù)中，窯的燃燒空氣穿過(guò)包封體，從而降低燃料的特定消耗。此項(xiàng)技術(shù)的一個(gè)嚴(yán)重缺點(diǎn)是，其通過(guò)與正加熱的空氣進(jìn)行熱交換而不可避免地冷卻了包封體，并且因此增加正通過(guò)殼體傳遞出去的熱量。因此，只要所有空氣可被用作燃燒空氣，就將對(duì)熱損失具有積極效果。此外，在石灰廠和水泥廠兩者中，在此項(xiàng)技術(shù)可使用的情況下，已存在大量的低溫?zé)崃浚梢员冉⑷缢ㄗh的結(jié)構(gòu)低得多的成本將低溫?zé)崃坑糜诤?jiǎn)單的燃燒空氣預(yù)熱器中。因此，所建議的技術(shù)可能在經(jīng)濟(jì)上不可行。
[0016]美國(guó)4238187公開(kāi)了用于回收材料在回轉(zhuǎn)窯中鍛燒時(shí)產(chǎn)生的廢熱的技術(shù)。在前述技術(shù)中，通過(guò)預(yù)熱穿過(guò)多個(gè)模塊元件的冷卻劑來(lái)回收熱量，模塊元件遵循殼體的外部形式。雖然這種方法解決了利用廢熱并觀察窯表面的可能的熱點(diǎn)的問(wèn)題，但是它具有缺點(diǎn)。已觀察到，如果人們?nèi)韵Ｍ軌驒z查窯，前述方法只從窯回收部分熱量。此外，一般來(lái)說(shuō)不可能將回收的廢熱用于除了區(qū)域供熱之外的任何有用目的，如果窯位于使用區(qū)域供熱的城市附近的話。然而，此項(xiàng)技術(shù)尚未被視為是有意思的還可能歸因于另一個(gè)主要缺點(diǎn)，即與可被回收的熱量的價(jià)值相比，系統(tǒng)成本昂貴。
[0017]根據(jù)前述討論，需要用于能夠成本有效地利用來(lái)自?xún)?nèi)部隔熱的高溫反應(yīng)器(諸如回轉(zhuǎn)窯)的廢熱的技術(shù)。此外，該技術(shù)應(yīng)允許早期檢測(cè)反應(yīng)器的殼體中的熱點(diǎn)。
[0018]另外，應(yīng)當(dāng)注意到，此類(lèi)內(nèi)部隔熱反應(yīng)器的殼體溫度是其壽命和維護(hù)需求的決定因素。非常高的殼體溫度會(huì)不利地影響反應(yīng)器的機(jī)械強(qiáng)度并且可能會(huì)導(dǎo)致完全崩潰。因此，在有能力控制和調(diào)節(jié)反應(yīng)器殼體的溫度的情況下，實(shí)施廢熱回收措施是非常重要的。
[0019]已觀察到，提供在包圍但不接觸回轉(zhuǎn)窯的殼體的外側(cè)上隔熱的包封體，同時(shí)在某種程度上成功減少由反應(yīng)器排放到周?chē)h(huán)境的熱量，可不利地影響反應(yīng)器的殼體的溫度。不利影響可歸因于以下各項(xiàng):(a)當(dāng)殼體由具有高于周?chē)h(huán)境的溫度的包封體圍繞時(shí)，借助于輻射而從殼體帶走的熱量減少，以及(b)包封體限制了繞過(guò)殼體的空氣的量和速度，從而減少了借助于對(duì)流(即，與周?chē)諝膺M(jìn)行熱交換)而從殼體帶走的熱量。這兩個(gè)因素的總體影響是殼體的溫度將增加。
[0020]因此，需要不僅能夠成本有效地利用來(lái)自?xún)?nèi)部隔熱的高溫反應(yīng)器的廢熱，而且提供控制此類(lèi)反應(yīng)器的殼體溫度的可能性的技術(shù)。
[0021]概述
[0022]在一個(gè)實(shí)施方案中，提供了一種用于回收由內(nèi)部隔熱式回轉(zhuǎn)窯排放的熱量的系統(tǒng)。系統(tǒng)可包括包封窯的外殼體的一部分的一個(gè)或多個(gè)模塊。每個(gè)模塊可包括限定模塊內(nèi)的空間的內(nèi)殼體和外殼體?？商峁┯糜趯⑺邮盏侥K中的入口。通過(guò)入口接收的水使用布水器在面向模塊的外殼體的內(nèi)殼體的表面上方以膜的形式散開(kāi)。每個(gè)模塊還可包括壓力調(diào)節(jié)裝置，其被配置來(lái)調(diào)節(jié)模塊內(nèi)的壓力，以使得確保模塊內(nèi)的壓力接近于周?chē)鷫毫?。出口可被配置?lái)允許熱水離開(kāi)模塊。
[0023]在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供了一種用于檢測(cè)回轉(zhuǎn)窯上的熱點(diǎn)形成的系統(tǒng)。系統(tǒng)可包括沿著窯的長(zhǎng)度包封窯的外殼體的一個(gè)或多個(gè)模塊。每個(gè)模塊可包括被配置來(lái)將水接收到模塊中的入口。通過(guò)入口接收的水使用布水器在面向模塊的外殼體的內(nèi)殼體的表面上方以膜的形式散開(kāi)。至少一個(gè)孔或壓力釋放裝置可被配置來(lái)允許模塊中產(chǎn)生的蒸汽離開(kāi)。出口可被配置來(lái)允許熱水從模塊離開(kāi)。根據(jù)離開(kāi)壓力釋放裝置的蒸汽的一個(gè)或多個(gè)特征，可確定熱點(diǎn)的形成。
[0024]在又另一個(gè)實(shí)施方案中，提供了一種用于回收由回轉(zhuǎn)窯排放的熱量的方法。該方法包括提供被配置來(lái)包封外殼體的至少一部分的一個(gè)或多個(gè)模塊。可將水接收到模塊中，并且可允許熱水離開(kāi)模塊?？芍辽倩陔x開(kāi)模塊的水的溫度來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)入模塊的水流?？烧{(diào)節(jié)模塊與窯的接近性以調(diào)節(jié)窯的外殼體的溫度或正離開(kāi)模塊的水的溫度。
【附圖說(shuō)明】
[0025]在附圖的圖示中以舉例而非限制的方式示出了各個(gè)實(shí)施方案，其中相同附圖標(biāo)記指示相同元件，并且其中:
[0026]圖1示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的回轉(zhuǎn)窯100的簡(jiǎn)化截面圖；
[0027]圖1A示出圖1的回轉(zhuǎn)窯100的簡(jiǎn)化透視圖；
[0028]圖2A提供根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的包封外殼體102的一部分的一對(duì)模塊202的剖視圖；
[0029]圖2B是根據(jù)實(shí)施方案的沿著回轉(zhuǎn)窯100的長(zhǎng)度提供的多個(gè)模塊202的簡(jiǎn)化側(cè)視圖；
[0030]圖2C是沿著回轉(zhuǎn)窯100的長(zhǎng)度提供的多個(gè)模塊202的透視圖；
[0031]圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的示例性模塊202的截面透視圖；
[0032]圖3A是圖3的示例性模塊202的透視圖；
[0033]圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的包括溫度傳感器402的示例性模塊202的截面透視圖；
[0034]圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的示例性模塊202的截面透視圖，該示例性模塊202包括配備成將模塊202內(nèi)的壓力維持在所需范圍內(nèi)的第一翼片502和第二翼片504 ;
[0035]圖5A是圖5的示例性模塊202的透視圖；
[0036]圖6是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的用于利用從模塊202收集的熱水來(lái)產(chǎn)生電力的系統(tǒng)600的框圖；
[0037]圖7A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的用于控制模塊202與外殼體102之間的距離的系統(tǒng)700的透視圖；
[0038]圖7B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的系統(tǒng)700的透視圖，其中模塊202與外殼體102之間的距離已增加；
[0039]圖7C是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的用于使用可選布置控制模塊202與外殼體102之間的距離的系統(tǒng)700的透視圖；
[0040]圖7D是系統(tǒng)700的透視圖，其中已使用圖7C的布置來(lái)使模塊202與外殼體102之間的距離增加；
[0041]圖8是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的內(nèi)置于模塊202的窗口或狹縫802的透視圖；
[0042]圖9是根據(jù)實(shí)施方案的適于與蓋板902 —起限定隔室的多個(gè)模塊202的透視圖，其中多個(gè)模塊202沿著回轉(zhuǎn)窯100的長(zhǎng)度提供；
[0043]圖10