本發(fā)明屬于節(jié)能減排的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種土壤改良劑冷卻過程余熱回收與利用裝置及方法。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的不斷發(fā)展，土壤退化問題日益突出，主要表現(xiàn)為土壤緊實(shí)與硬化、侵蝕、鹽堿化、酸化、元素失衡、化學(xué)污染、有機(jī)質(zhì)流失和動(dòng)植物區(qū)系的退化等。根據(jù)2000年世界糧農(nóng)組織(fao)世界土壤資源報(bào)告全球嚴(yán)重土地退化面積約為3500萬km2，占總土地面積的26％，其中由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)造成的嚴(yán)重土地退化面積占總土地面積的9％。我國(guó)土地沙化、退化十分嚴(yán)重，全國(guó)沙化土地面積達(dá)170多萬平方公里，占國(guó)土面積的18％，而且沙化土地面積還在增加。修復(fù)退化土壤的重要措施之一就是應(yīng)用土壤改良劑。土壤改良劑的用量約為1kg/m2，以此估算土壤改良劑的需求量約為1.7億噸，需求量巨大。
本種土壤改良劑的組成為：石英石30％-50％、鉀長(zhǎng)石20％-30％、石膏(脫硫)20％-30％、石灰石15％-25％和添加劑3％-5％。其生產(chǎn)是在回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行的，通過天然氣的燃燒對(duì)土壤改良劑進(jìn)行加熱。這個(gè)過程耗費(fèi)大量的燃料。然而，在土壤改良劑的生產(chǎn)結(jié)束后，平均溫度為800℃的土壤改良劑攜帶大量顯熱。這部分熱量占燃料燃燒所產(chǎn)生熱量的40％。目前，國(guó)內(nèi)土壤改良劑剛剛興起。對(duì)土壤改良劑余熱資源回收還沒有引起足夠的重視。一般情況下，土壤改良劑的冷卻為自然冷卻，冷卻速度慢，土壤改良劑所攜帶的顯熱被白白浪費(fèi)，按照需求量推算這部分顯熱量多達(dá)5.7×107萬噸標(biāo)煤。由此看出，土壤改良劑余熱回收的潛力巨大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種土壤改良劑冷卻過程余熱回收與利用裝置及方法，高效回收利用余熱資源。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種土壤改良劑冷卻過程余熱回收與利用裝置，包括回轉(zhuǎn)窯、料斗、密閉豎式罐體和除塵器；所述回轉(zhuǎn)窯中設(shè)有燃燒器，所述密閉豎式罐體的頂部設(shè)有土壤改良劑進(jìn)口，所述密閉豎式罐體側(cè)壁下部設(shè)有常溫空氣進(jìn)氣口，所述密閉豎式罐體側(cè)壁上部設(shè)有熱空氣出口，所述密閉豎式罐體底部設(shè)有土壤改良劑出口；所述料斗設(shè)置在所述回轉(zhuǎn)窯的底部，所述料斗通過下料管道與所述土壤改良劑進(jìn)口連接在一起；所述熱空氣出口通過熱空氣管道與所述燃燒器連接在一起；所述除塵器設(shè)置在所述熱空氣管道中。
所述的土壤改良劑冷卻過程余熱回收與利用裝置，其優(yōu)選方案為，所述土壤改良劑出口處設(shè)置旋轉(zhuǎn)下料閥。
一種土壤改良劑冷卻過程余熱回收與利用方法，利用上述的土壤改良劑冷卻過程余熱回收與利用裝置，具體步驟如下：
1)回轉(zhuǎn)窯的燃燒器生產(chǎn)的土壤改良劑，通過料斗及下料管道進(jìn)入到密閉豎式罐體中，土壤改良劑的溫度為750℃～850℃；
2)然后從密閉豎式罐體的常溫空氣進(jìn)氣口通入常溫空氣，使熾熱的土壤改良劑與常溫空氣充分接觸進(jìn)行熱交換，空氣流量與土壤改良劑的處理量即氣固比為1.2～1.3m3:1kg；
3)冷卻后的土壤改良劑由土壤改良劑出口排出；
4)與土壤改良劑充分接觸后的熱空氣從熱空氣出口進(jìn)入熱空氣管道，經(jīng)過除塵器除塵后進(jìn)入燃燒器作為高溫助燃空氣。
本發(fā)明的有益效果為：加快了土壤改良劑的冷卻過程，提高土壤改良劑的性能，同時(shí)將土壤改良劑的大量顯熱回收，降低了能耗，節(jié)省了燃料的用量。并且對(duì)熱空氣除塵，減少了空氣污染。經(jīng)過試驗(yàn)證明，空氣流量與土壤改良劑處理量的比值達(dá)到1.2～1.3m3:1kg的時(shí)候，可以令土壤改良劑的冷卻效果最好，也就是說這個(gè)比例可以使空氣與土壤改良劑發(fā)生劇烈的熱量傳遞，使得土壤改良劑迅速冷卻，使得其性能更加優(yōu)異。
由計(jì)算可以得出節(jié)省燃料量情況如下：
密閉豎式罐體處理土壤改良劑的處理量q固＝500kg/10min。土壤改良劑的溫度t固,in＝800℃，比熱容c固＝0.84kj/(kg·℃)。每噸土壤改良劑需要70m3天然氣，即每10分鐘消耗35m3天然氣(q燃＝35m3/10min)。天然氣的低發(fā)熱量q低＝35000kj/m3。根據(jù)工藝要求，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)溫度范圍為950～1000℃，煙氣中氧氣的濃度為9％以上。爐溫系數(shù)η為0.8。
通過燃料燃燒計(jì)算，1m3天然氣燃燒理論需要空氣l0＝9.5m3，當(dāng)煙氣中氧氣濃度為9％以上時(shí)，可得出空氣過量系數(shù)n＝1.8，實(shí)際空氣量vn＝17.2m3，產(chǎn)生煙氣量18.2m3通過公式：
q空＝nl0q燃
可計(jì)算出消耗空氣量q空＝601m3/10min。假設(shè)理論燃燒溫度1200℃，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)查得燃燒產(chǎn)物平均比熱：c產(chǎn)＝1.547kj/(m3·℃)
計(jì)算得出理論燃燒溫度t理＝1244℃，根據(jù)爐溫系數(shù)η＝0.8
t窯＝η·t理
可以得出窯內(nèi)溫度t窯＝995℃，符合要求。設(shè)出料溫度t固,out＝100℃，冷卻氣體進(jìn)口溫度tg,in＝20℃，由下式：
式中，c空為空氣比熱，kj/(kg·℃)；ρ空為空氣密度kg/m3。
可算出空氣出口溫度tg,out＝396℃。將這部分余熱回收后的空氣全部作為助燃空氣，由能量守恒可得：
實(shí)際所需天然氣量q燃’＝27m3/10min。取空氣過量系數(shù)n＝1.9，同理可得，進(jìn)口風(fēng)量q空＝635m3/10min。計(jì)算得出氣體出口溫度為tg,out＝356℃，而此時(shí)理論燃燒溫度t理＝1196℃。根據(jù)爐溫系數(shù)可得窯內(nèi)溫度t窯＝957℃，符合要求。
與余熱回收前天然氣消耗量(35m3/10min)相比，余熱回收后(27m3/10min)節(jié)約天然氣22.86％。
附圖說明
圖1為土壤改良劑冷卻過程余熱回收與利用裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，一種土壤改良劑冷卻過程余熱回收與利用裝置，包括回轉(zhuǎn)窯、料斗8、密閉豎式罐體一3、密閉豎式罐體二12、除塵器一5和除塵器二10；所述回轉(zhuǎn)窯中設(shè)有燃燒器7；所述密閉豎式罐體一3的頂部設(shè)有土壤改良劑進(jìn)口一，所述密閉豎式罐體一3側(cè)壁下部設(shè)有常溫空氣進(jìn)氣口一，所述密閉豎式罐體一3側(cè)壁上部設(shè)有熱空氣出口一，所述密閉豎式罐體一3底部設(shè)有土壤改良劑出口一；所述密閉豎式罐體二12的頂部設(shè)有土壤改良劑進(jìn)口二，所述密閉豎式罐體二12側(cè)壁下部設(shè)有常溫空氣進(jìn)氣口二，所述密閉豎式罐體二12側(cè)壁上部設(shè)有熱空氣出口二，所述密閉豎式罐體二12底部設(shè)有土壤改良劑出口二；所述料斗8設(shè)置在所述回轉(zhuǎn)窯的底部，所述料斗8通過下料管道一與所述土壤改良劑進(jìn)口一連接在一起，所述料斗8通過下料管道二與所述土壤改良劑進(jìn)口二連接在一起，下料管道一中設(shè)有下料閥門一4，下料管道二中設(shè)有下料閥門二11；所述熱空氣出口一通過熱空氣管道一與所述燃燒器7連接在一起，所述熱空氣出口二通過熱空氣管道二與所述燃燒器7連接在一起，熱空氣管道一中設(shè)有熱空氣閥門一6，熱空氣管道二中設(shè)有熱空氣閥門二9；所述除塵器一5設(shè)置在所述熱空氣管道一中，所述除塵器二10設(shè)置在所述熱空氣管道二中；所述土壤改良劑出口一處設(shè)置旋轉(zhuǎn)下料閥一1，所述土壤改良劑出口二處設(shè)置旋轉(zhuǎn)下料閥二14；常溫空氣進(jìn)氣口一處設(shè)有進(jìn)氣閥門一2，常溫空氣進(jìn)氣口二處設(shè)有進(jìn)氣閥門二13。
利用上述裝置實(shí)施的土壤改良劑冷卻過程余熱回收與利用方法，具體過程如下：回轉(zhuǎn)窯的燃燒器7生產(chǎn)出來的熾熱土壤改良劑，落入到料斗8中；將下料閥門一4打開，下料閥門二11關(guān)閉，進(jìn)氣閥門一2關(guān)閉，進(jìn)氣閥門二13打開，熱空氣閥門一6關(guān)閉，熱空氣閥門二9打開，旋轉(zhuǎn)下料閥1關(guān)閉，旋轉(zhuǎn)下料閥14打開，土壤改良劑進(jìn)入密閉豎式罐體一3中，與此同時(shí)，常溫空氣與密閉豎式罐體二12中的熾熱土壤改良劑進(jìn)行換熱，通過除塵器二10進(jìn)入燃燒器7作為高溫助燃空氣，冷卻后的土壤改良劑排出密閉豎式罐體二12。當(dāng)土壤改良劑裝滿密閉豎式罐體一3時(shí)，下料閥門一4關(guān)閉，下料閥門二11打開，進(jìn)氣閥門一2打開，進(jìn)氣閥門二13關(guān)閉，熱空氣閥門一6打開，熱空氣閥門二9關(guān)閉，旋轉(zhuǎn)下料閥1打開，旋轉(zhuǎn)下料閥14關(guān)閉，土壤改良劑進(jìn)入密閉豎式罐體二12中，與此同時(shí)，常溫空氣與密閉豎式罐體一3中的熾熱土壤改良劑進(jìn)行換熱，通過除塵器一5進(jìn)入燃燒器7作為高溫助燃空氣，冷卻后的土壤改良劑排出密閉豎式罐體一3。
熾熱的土壤改良劑溫度為800℃，熾熱的土壤改良劑交替進(jìn)入密閉豎式罐體一3和密閉豎式罐體二12，與進(jìn)入的常溫空氣進(jìn)行換熱，空氣流量與土壤改良劑的處理量的比值即氣固比為1.2～1.3:1nm3/t，使空氣在密閉豎式罐體一3和密閉豎式罐體二12內(nèi)與熾熱的土壤改良劑充分接觸。經(jīng)過試驗(yàn)證明，空氣流量與土壤改良劑的處理量的比值為1.2～1.3m3:1kg時(shí)，可以令土壤改良劑的冷卻效果最好，也就是說這個(gè)比例可以令空氣與土壤改良劑發(fā)生劇烈的熱量傳遞，使得土壤改良劑迅速冷卻。