一种双膛石灰窑用环冷悬挂缸及双膛石灰窑
1.1在技术领域
2.本发明涉及双膛石灰窑设备技术领域，特别地，涉及一种双膛石灰窑用环冷悬挂缸。本发明还涉及一种双膛石灰窑。
2
背景技术：
3.双膛石灰窑是目前最先进的石灰生产装备之一，广泛的应用于工业石灰和建筑石灰的生产。它主要由相互镜像的两个竖式窑膛组成，生产过程中，向一侧窑膛内供应煤粉和助燃风，形成高温环境，使窑膛内石灰石高温分解，称为煅烧膛；向另一侧窑膛内装填常温物料，同时将燃烧膛形成的高温烟气从底部引入，从顶部排出，达到预热物料的作用，称该侧窑膛为蓄热膛。经过一个周期后(约14min)，两个窑膛相互交换角色，实现石灰的连续生产。由于其采用双膛煅烧－周期换向的工艺，煅烧生成的高温烟气和成品冷却形成的高温废气用于预热物料后再排出窑膛，排烟温度通常可以降低至120℃左右，因此具有很高的热量利用率。
4.燃烧膛和蓄热膛之间设置有环形通道，将两个相互平行的窑膛的气道相互连通，使高温烟气可以顺畅的从一个膛流入另一个膛。
5.如图1所示，现有技术的双膛石灰窑工艺中，石灰石物料由窑膛顶部送入，在窑膛内经高温煅烧分解生成氧化钙成品，从窑膛底部排出。助燃风由窑顶送入煅烧膛，燃料由设置在窑膛侧壁的煤粉喷枪送入煅烧膛，在煅烧膛内燃烧形成约1100的高温氛围，为石灰的煅烧分解供热。冷却风从窑底送入，用于冷却高温成品石灰。煅烧形成的高温烟气和冷却形成的高温废气，通过环形通道进入蓄热膛，与蓄热膛内物料接触，预热蓄热膛内物料后，从蓄热膛顶端的废气出口排出窑膛，进入除尘系统，经除尘后排入周围环境。一个煅烧周期结束后，通过操作设置在窑顶的换向阀，将助燃风由原煅烧膛换向至原燃烧膛，废气则由原燃烧膛窑顶排出。
6.如图2所示，图2a、图2b以及图2c中，现有的悬挂缸结构，将带空腔的钢制圆环形缸体吊挂在窑壳外壁上作为主框架，再在缸体内外侧壁面上砌筑或浇筑耐火材料，形成整体结构。内侧壳体与外侧钢壳合围形成环形的中空腔体，并由相互咬合的沿圆心环形阵列布置的t形隔板分隔成相互串联的小空腔，冷却风从进口管送入，依次流过首尾相连的小空腔后，从出口管流出，达到冷却悬挂缸的目的。现有的悬挂缸结构容易形成超温，影响悬挂缸整体的运行寿命。
3
技术实现要素：
7.本发明提供的双膛石灰窑用环冷悬挂缸，解决了现有的石灰窑悬挂缸结构的冷却系统阻力大、冷却效果差，导致悬挂缸易烧损、设备运行寿命短的技术问题。
8.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
9.一种双膛石灰窑用环冷悬挂缸，包括具有环形气流通道的悬挂缸，悬挂缸包括外侧壳体和内侧壳体，外侧壳体环绕内侧壳体设置进而形成环形气流通道，还包括中间隔板、
螺旋旋入螺旋片以及螺旋旋出螺旋片，中间隔板设于外侧壳体和内侧壳体之间用于将环形气流通道分隔形成进气通道和排气通道，螺旋旋入螺旋片设于进气通道内用于使进气通道形成螺旋旋入通道，螺旋旋出螺旋片设于排气通道内用于使排气通道形成螺旋旋出通道，螺旋旋入通道的进气端设有进气入口，螺旋旋出通道的排气端设有排气出口，螺旋旋入通道的排气端与螺旋旋出通道的进气端相互连通组合构成螺旋冷却通道。
10.进一步地，螺旋旋入螺旋片环绕内侧壳体旋入设于中间隔板和内侧壳体之间，以使进气通道形成螺旋旋入通道，螺旋旋出螺旋片环绕中间隔板旋出设于中间隔板和外侧壳体之间，以使排气通道形成螺旋旋出通道。
11.进一步地，螺旋旋入螺旋片环绕内侧壳体旋入设于中间隔板和内侧壳体之间，以使进气通道形成螺旋旋入通道，螺旋旋出螺旋片环绕中间隔板旋出设于中间隔板和外侧壳体之间，以使排气通道形成螺旋旋出通道。
12.进一步地，进气入口设于悬挂缸的顶部，排气出口设于悬挂缸的顶部，螺旋旋入螺旋片的底部设有第一通气孔，螺旋旋出螺旋片的底部设有第二通气孔，通过设置第一通气孔和第二通气孔以使螺旋旋入通道和螺旋旋出通道从悬挂缸的底部连通，进而使螺旋旋入通道和螺旋旋出通道组合构成螺旋冷却通道。
13.进一步地，双膛石灰窑用环冷悬挂缸还包括设于悬挂缸外并与进气入口连通的进气管道，以及设于悬挂缸外并与排气出口连通的排气管道。
14.进一步地，螺旋冷却通道内均设有温度传感器。
15.进一步地，多个温度传感器沿气流方向等流线长度间隔排布。
16.进一步地，螺旋冷却通道内设有多个测温点，每一个测温点上均设有温度传感器，测温点的总数n由以下公式确定：
17.n＝n+1
[0018][0019]
其中，n为测温点的总数量，n为测温区间的数量，tw表示设计壁面温度，t1表示设计入口冷风风温、t
n+1
表示设计出口冷风风温，δs表示温度传感器存在实际的测量分辨率，k表示阈值系数，k的取值为1.2至3。
[0020]
进一步地，螺旋旋入螺旋片的螺旋角θ为其中，tw表示设计壁面温度，t1表示设计入口冷风风温、t
n+1
表示设计出口冷风风温，h为螺旋流道的升程，h为流体与壁面之间传热系数，c为气体与外壳的接触边界长度，m是风流量，cp是风比热。
[0021]
本发明还提供一种双膛石灰窑，包括间隔布设的两个窑壳以及上述的双膛石灰窑用环冷悬挂缸，双膛石灰窑用环冷悬挂缸设于窑壳的底部。
[0022]
本发明具有以下有益效果：
[0023]
本发明的双膛石灰窑用环冷悬挂缸，包括外侧壳体、内侧壳体、中间隔板、螺旋旋
入螺旋片以及螺旋旋出螺旋片，通过螺旋旋入螺旋片、螺旋旋出螺旋片以及中间隔板相互配合将外侧壳体和内侧壳体之间形成的环形气流通道分隔呈螺旋旋入通道和螺旋旋出通道。在进行冷却时，从螺旋旋入通道的进气端送入冷却气流，冷却气流流经螺旋旋入通道，对螺旋旋入通道一侧的壳体进行冷却；之后冷却气流继续流动从螺旋旋入通道的排气端进入螺旋旋出通道的进气端，冷却气流流经螺旋旋出通道对螺旋旋出通道一侧的壳体进行冷却，最终从螺旋旋出通道的排气出口流出；本发明的双膛石灰窑用环冷悬挂缸，由于冷却风流道设置成贴合壁体设置的螺旋形，冷却气流流线方向的变化更加缓慢平和，避免了现有技术中的垂直或尖锐的流道折角，因此冷却气流的流动更加顺畅，冷却气流进出环形气流通道的压降相对现有技术有显著下降，同时，由于设计了螺旋气流通道避免了流道中的小夹角，整个流道中几乎不存在流场死区，可以有效的避免流场死区导致的局部超温，冷却气流在冷却的过程中流动阻力更小，冷却效果好。
[0024]
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
4附图说明
[0025]
构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0026]
图1是现有技术中的双膛石灰窑的工艺流程图；
[0027]
图2是现有技术中的石灰窑悬挂缸冷却原理示意图，其中，图2a为缸体的结构示意图之一，图2b为缸体的结构示意图之二，图2c是图2b中g－g 的剖视图；
[0028]
图3是本发明一个实施例中的双膛石灰窑用环冷悬挂缸的部分结构示意之一；
[0029]
图4是本发明一个实施例中的双膛石灰窑用环冷悬挂缸的部分结构示意之二；
[0030]
图5是本发明一个实施例中的螺旋旋入螺旋片的示意图。
[0031]
图例说明：
[0032]
100、悬挂缸；10、外侧壳体；20、内侧壳体；30、环形通道；31、进气通道；32、排气通道；40、中间隔板；50、螺旋旋入螺旋片；60、螺旋旋出螺旋片；70、温度传感器；80、进气管道；90、排气管道。
5具体实施方式
[0033]
以应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0034]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035]
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0036]
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指
示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0037]
如图3和图4所示，本发明提供的一种双膛石灰窑用环冷悬挂缸，包括具有环形气流通道的悬挂缸100，悬挂缸100包括外侧壳体10和内侧壳体 20，外侧壳体10环绕内侧壳体20设置进而形成环形气流通道，还包括中间隔板40、螺旋旋入螺旋片50以及螺旋旋出螺旋片60，中间隔板40设于外侧壳体10和内侧壳体20之间用于将环形气流通道分隔形成进气通道31和排气通道32，螺旋旋入螺旋片50设于进气通道31内用于使进气通道31形成螺旋旋入通道，螺旋旋出螺旋片60设于排气通道32内用于使排气通道 32形成螺旋旋出通道，螺旋旋入通道的进气端设有进气入口，螺旋旋出通道的排气端设有排气出口，螺旋旋入通道的排气端与螺旋旋出通道的进气端相互连通组合构成螺旋冷却通道。
[0038]
本发明提供的本发明的双膛石灰窑用环冷悬挂缸，具有环形气流通道的悬挂缸100，悬挂缸包括外侧壳体10、内侧壳体20、中间隔板40、螺旋旋入螺旋片50以及螺旋旋出螺旋片60，通过螺旋旋入螺旋片50、螺旋旋出螺旋片60以及中间隔板40相互配合将外侧壳体10和内侧壳体20之间形成的环形气流通道分隔呈螺旋旋入通道和螺旋旋出通道。在进行冷却时，从螺旋旋入通道的进气端送入冷却气流，冷却气流流经螺旋旋入通道，对螺旋旋入通道一侧的壳体进行冷却；之后冷却气流继续流动从螺旋旋入通道的排气端进入螺旋旋出通道的进气端，冷却气流流经螺旋旋出通道对螺旋旋出通道一侧的壳体进行冷却，最终从螺旋旋出通道的排气出口流出；本发明的双膛石灰窑用环冷悬挂缸，由于冷却风流道设置成贴合壁体设置的螺旋形，冷却气流流线方向的变化更加缓慢平和，避免了现有技术中的垂直或尖锐的流道折角，因此冷却气流的流动更加顺畅，冷却气流进出环形气流通道的压降相对现有技术有显著下降，同时，由于设计了螺旋气流通道避免了流道中的小夹角，整个流道中几乎不存在流场死区，可以有效的避免流场死区导致的局部超温，冷却气流在冷却的过程中流动阻力更小，冷却效果好。
[0039]
请再次参考图2和图3，图3中的箭头表示气流方向，通过研究发现，现有的悬挂缸结构存在两个明显缺陷：第一，气流在流经t形隔板时，容易在隔板转角处形成死区，使得转角处的换热强度变低，导致悬挂缸100局部由于冷却强度不够，形成超温，直接影响悬挂缸100整体运行寿命；第二，悬挂缸100冷却腔体折流板过多，气流在流经悬挂缸100时发生的流向的急剧变化很多，导致腔体气流阻力过大，造成系统供风压力高，增加了设备负荷；本发明的双膛石灰窑用环冷悬挂缸，通过设置双层螺旋片式风冷通道，能显著降低悬挂缸冷却系统的阻力，提高冷却效果，有效延长石灰窑运行寿命。
[0040]
可以理解地，本发明中，外侧壳体10和内侧壳体20均采用钢制结构，中间隔板40、螺旋旋入螺旋片50以及螺旋旋出螺旋片60可采用钢制结构；螺旋旋入螺旋片50沿周向绕悬挂缸100布设且沿轴向向悬挂缸100的底部延伸以将冷却气流引入，螺旋旋出螺旋片60沿周向绕悬挂缸100布设且沿轴向向悬挂缸100的顶部延伸以将冷却气流引出。
[0041]
进一步地，螺旋旋入螺旋片50环绕内侧壳体20旋入设于中间隔板40 和内侧壳体20之间，以使进气通道31形成螺旋旋入通道，螺旋旋出螺旋片 60环绕中间隔板40旋出设于
中间隔板40和外侧壳体10之间，以使排气通道32形成螺旋旋出通道。可以理解地，由于悬挂缸100的内侧温度高于外侧温度，为了便于降低内侧壳体20的温度，将螺旋旋入通道靠近内侧壳体20设置。
[0042]
进一步地，螺旋旋入螺旋片50环绕内侧壳体20旋入设于中间隔板40 和内侧壳体20之间，以使进气通道31形成螺旋旋入通道，螺旋旋出螺旋片 60环绕中间隔板40旋出设于中间隔板40和外侧壳体10之间，以使排气通道32形成螺旋旋出通道。
[0043]
进一步地，进气入口设于悬挂缸100的顶部，排气出口设于悬挂缸100 的顶部，螺旋旋入螺旋片50的底部设有第一通气孔，螺旋旋出螺旋片60 的底部设有第二通气孔，通过设置第一通气孔和第二通气孔以使螺旋旋入通道和螺旋旋出通道从悬挂缸100的底部连通，进而使螺旋旋入通道和螺旋旋出通道组合构成螺旋冷却通道。
[0044]
进一步地，还包括设于悬挂缸100外并与进气入口连通的进气管道80，以及设于悬挂缸100外并与排气出口连通的排气管道90。进而便于通过进气管道80将冷却气流从悬挂缸100上方引入螺旋旋入通道内，将冷却后的冷却气流从悬挂缸100上方引出。
[0045]
进一步地，为了便于检测螺旋冷却通道的温度，避免局部超温，螺旋冷却通道内均设有温度传感器70。可选地，温度传感器70采用热电偶。
[0046]
进一步地，温度传感器70沿气流方向等流线长度间隔排布。
[0047]
进一步地，所述螺旋冷却通道内设有多个测温点，每一个所述测温点上均设有所述温度传感器，所述测温点的总数n由以下公式确定：
[0048]
n＝n+1
[0049][0050]
其中，n为测温点的总数量，n为测温区间的数量，tw表示设计壁面温度， t1表示设计入口冷风风温、t
n+1
表示设计出口冷风风温，δs表示温度传感器存在实际的测量分辨率，k表示阈值系数，k的取值为1.2至3。可以理解地，表示向下取整符号，例如本发明中，典型值范围：tw∈[500，700]，t1∈[20，30]，tn∈[200，300]，δs∈[2，8]，k∈ [1.2，1.8]。例如：tw＝600，t1＝25，tn＝250，δs＝5，k＝1.5，n＝24。即共计需要24个温度传感器。
[0051]
进一步地，螺旋冷却通道内设有多个测温点，每一个测温点上设有温度传感器，相邻两个温度传感器70的流线长度距离(单个测温区间的流线长度)为其中，tw表示设计壁面温度，t1表示设计入口冷风风温、t
n+1
表示设计出口冷风风温，δs是温度传感器在该实际工况下的测量精度(测量值与实际值的差值的绝对值)，h为流体与壁面之间传热系数，在悬挂缸外壳各处基本相等；c为气体与外壳的接触边界长度，δx为积分步长，c
×
δx＝a为接触面积；m是风流量；cp是风比热。
[0052]
本发明中，通过研究发现壁温与风温之间的函数关系：石灰窑运行时，物料温度一
般维持在1100℃，物料温度通过耐火层和隔热层，传导到悬挂缸钢壳上的温度一般在500℃以下，由于环形通道处的物料温度场比较均匀，因此可以近视的认为，在没有局部破坏的时候，悬挂缸外壳各处温度基本均匀，用t
′w表示。而流体流经恒温壁面的换热过程可以由下式描述：
[0053]h·c·
dx
·
(t
w-t
x
)＝m
·cp
·
dt
x
，
[0054]
即：
[0055][0056]
对上式两边积分后，有：
[0057][0058]
上式揭示了上下游测温点之间的温度关系。式中，h为气体与壁面之间传热系数，在悬挂缸外壳各处基本相等；c为气体与外壳的接触边界长度，δx为相邻两传感器间流线长度，m是风流量；cp是风比热。
[0059]
对进出口应用上式，有：
[0060][0061]
对出口最后两点应用上式，有：
[0062][0063]
式中，t
n+1
是出口风温。相邻两点间温度差δt
[0064]
δt＝t
n+1-tn[0065]
带入上式，变形得到小区域个数n与最后两测温点间的温差δt之间关系：
[0066][0067]
考虑到温度传感器在实际工况中，特别是在这种复杂生产工况中，传感器存在实际的测量分辨率δs，即由于传感器自身问题或工况环境问题，小于δs的温度变化，传感器无法有效捕捉。因此，为了保证传感器能测量得到相邻两点间的有意义的温度差异，δt必须大于δs，为此引入阈值系数 k，k为大于1的系数。使得：
[0068]
δt＝k
·
δs
[0069]
带入上式有：
[0070][0071]
要保证分区n是整数，同时δt尽可能大，对上式向下取整，得到n 值计算公式：
[0072][0073]
进一步地，螺旋旋入螺旋片50的螺旋角θ为螺旋旋入通道的螺旋角θ为其中，tw为设计壁面温度，t1为设计入口风温、t
n+1
为设计出口风温，h为螺旋流道的升程，h 为流体与壁面之间传热系数，在悬挂缸外壳各处基本相等；c为气体与外壳的接触边界长度；m是风流量；cp是风比热。
[0074]
可以理解地，请参考图5，螺旋角θ的设计原理如下：其中，流线方向与螺线线方向基本一致，因此可以认为流线长度等于螺旋线长度。
[0075]
可选地，单圈螺旋线长度lx和单圈升程h:
[0076][0077]
h＝πd
·
tanθ
[0078]
圈数：
[0079][0080]
内层螺旋线总长l
x1
[0081][0082]
同理，外层螺旋线总长l
x2
[0083][0084]
流线总长δx
[0085][0086]
进出口风温遵循如下公式：
[0087][0088]
带入：
[0089]
δx＝δx
·n[0090]
可以得到，为达到相应的冷却效果，需要的流线长度公式：
[0091][0092]
带入流线与螺旋角之间的关系，可以得到如下的螺旋角θ的设计计算公式：
[0093][0094]
采用本发明的双膛石灰窑用环冷悬挂缸，将温度传感器70设于螺旋冷却通道内用于检测螺旋冷却通道的温度时，可以准确地检测出局部超温，避免了在测温点之外的位置出现局部超温时，无法有效预警，导致无法有效捕捉局部超温影响悬挂缸运行寿命的技术问题。
[0095]
本发明还提供一种双膛石灰窑，包括间隔布设的两个窑壳以及上述的双膛石灰窑用环冷悬挂缸，双膛石灰窑用环冷悬挂缸设于窑壳的底部。
[0096]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.1在技术领域
2.本发明涉及双膛石灰窑设备技术领域，特别地，涉及一种双膛石灰窑用环冷悬挂缸。本发明还涉及一种双膛石灰窑。
2
背景技术：
3.双膛石灰窑是目前最先进的石灰生产装备之一，广泛的应用于工业石灰和建筑石灰的生产。它主要由相互镜像的两个竖式窑膛组成，生产过程中，向一侧窑膛内供应煤粉和助燃风，形成高温环境，使窑膛内石灰石高温分解，称为煅烧膛；向另一侧窑膛内装填常温物料，同时将燃烧膛形成的高温烟气从底部引入，从顶部排出，达到预热物料的作用，称该侧窑膛为蓄热膛。经过一个周期后(约14min)，两个窑膛相互交换角色，实现石灰的连续生产。由于其采用双膛煅烧－周期换向的工艺，煅烧生成的高温烟气和成品冷却形成的高温废气用于预热物料后再排出窑膛，排烟温度通常可以降低至120℃左右，因此具有很高的热量利用率。
4.燃烧膛和蓄热膛之间设置有环形通道，将两个相互平行的窑膛的气道相互连通，使高温烟气可以顺畅的从一个膛流入另一个膛。
5.如图1所示，现有技术的双膛石灰窑工艺中，石灰石物料由窑膛顶部送入，在窑膛内经高温煅烧分解生成氧化钙成品，从窑膛底部排出。助燃风由窑顶送入煅烧膛，燃料由设置在窑膛侧壁的煤粉喷枪送入煅烧膛，在煅烧膛内燃烧形成约1100的高温氛围，为石灰的煅烧分解供热。冷却风从窑底送入，用于冷却高温成品石灰。煅烧形成的高温烟气和冷却形成的高温废气，通过环形通道进入蓄热膛，与蓄热膛内物料接触，预热蓄热膛内物料后，从蓄热膛顶端的废气出口排出窑膛，进入除尘系统，经除尘后排入周围环境。一个煅烧周期结束后，通过操作设置在窑顶的换向阀，将助燃风由原煅烧膛换向至原燃烧膛，废气则由原燃烧膛窑顶排出。
6.如图2所示，图2a、图2b以及图2c中，现有的悬挂缸结构，将带空腔的钢制圆环形缸体吊挂在窑壳外壁上作为主框架，再在缸体内外侧壁面上砌筑或浇筑耐火材料，形成整体结构。内侧壳体与外侧钢壳合围形成环形的中空腔体，并由相互咬合的沿圆心环形阵列布置的t形隔板分隔成相互串联的小空腔，冷却风从进口管送入，依次流过首尾相连的小空腔后，从出口管流出，达到冷却悬挂缸的目的。现有的悬挂缸结构容易形成超温，影响悬挂缸整体的运行寿命。
3
技术实现要素：
7.本发明提供的双膛石灰窑用环冷悬挂缸，解决了现有的石灰窑悬挂缸结构的冷却系统阻力大、冷却效果差，导致悬挂缸易烧损、设备运行寿命短的技术问题。
8.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
9.一种双膛石灰窑用环冷悬挂缸，包括具有环形气流通道的悬挂缸，悬挂缸包括外侧壳体和内侧壳体，外侧壳体环绕内侧壳体设置进而形成环形气流通道，还包括中间隔板、
螺旋旋入螺旋片以及螺旋旋出螺旋片，中间隔板设于外侧壳体和内侧壳体之间用于将环形气流通道分隔形成进气通道和排气通道，螺旋旋入螺旋片设于进气通道内用于使进气通道形成螺旋旋入通道，螺旋旋出螺旋片设于排气通道内用于使排气通道形成螺旋旋出通道，螺旋旋入通道的进气端设有进气入口，螺旋旋出通道的排气端设有排气出口，螺旋旋入通道的排气端与螺旋旋出通道的进气端相互连通组合构成螺旋冷却通道。
10.进一步地，螺旋旋入螺旋片环绕内侧壳体旋入设于中间隔板和内侧壳体之间，以使进气通道形成螺旋旋入通道，螺旋旋出螺旋片环绕中间隔板旋出设于中间隔板和外侧壳体之间，以使排气通道形成螺旋旋出通道。
11.进一步地，螺旋旋入螺旋片环绕内侧壳体旋入设于中间隔板和内侧壳体之间，以使进气通道形成螺旋旋入通道，螺旋旋出螺旋片环绕中间隔板旋出设于中间隔板和外侧壳体之间，以使排气通道形成螺旋旋出通道。
12.进一步地，进气入口设于悬挂缸的顶部，排气出口设于悬挂缸的顶部，螺旋旋入螺旋片的底部设有第一通气孔，螺旋旋出螺旋片的底部设有第二通气孔，通过设置第一通气孔和第二通气孔以使螺旋旋入通道和螺旋旋出通道从悬挂缸的底部连通，进而使螺旋旋入通道和螺旋旋出通道组合构成螺旋冷却通道。
13.进一步地，双膛石灰窑用环冷悬挂缸还包括设于悬挂缸外并与进气入口连通的进气管道，以及设于悬挂缸外并与排气出口连通的排气管道。
14.进一步地，螺旋冷却通道内均设有温度传感器。
15.进一步地，多个温度传感器沿气流方向等流线长度间隔排布。
16.进一步地，螺旋冷却通道内设有多个测温点，每一个测温点上均设有温度传感器，测温点的总数n由以下公式确定：
17.n＝n+1
[0018][0019]
其中，n为测温点的总数量，n为测温区间的数量，tw表示设计壁面温度，t1表示设计入口冷风风温、t
n+1
表示设计出口冷风风温，δs表示温度传感器存在实际的测量分辨率，k表示阈值系数，k的取值为1.2至3。
[0020]
进一步地，螺旋旋入螺旋片的螺旋角θ为其中，tw表示设计壁面温度，t1表示设计入口冷风风温、t
n+1
表示设计出口冷风风温，h为螺旋流道的升程，h为流体与壁面之间传热系数，c为气体与外壳的接触边界长度，m是风流量，cp是风比热。
[0021]
本发明还提供一种双膛石灰窑，包括间隔布设的两个窑壳以及上述的双膛石灰窑用环冷悬挂缸，双膛石灰窑用环冷悬挂缸设于窑壳的底部。
[0022]
本发明具有以下有益效果：
[0023]
本发明的双膛石灰窑用环冷悬挂缸，包括外侧壳体、内侧壳体、中间隔板、螺旋旋
入螺旋片以及螺旋旋出螺旋片，通过螺旋旋入螺旋片、螺旋旋出螺旋片以及中间隔板相互配合将外侧壳体和内侧壳体之间形成的环形气流通道分隔呈螺旋旋入通道和螺旋旋出通道。在进行冷却时，从螺旋旋入通道的进气端送入冷却气流，冷却气流流经螺旋旋入通道，对螺旋旋入通道一侧的壳体进行冷却；之后冷却气流继续流动从螺旋旋入通道的排气端进入螺旋旋出通道的进气端，冷却气流流经螺旋旋出通道对螺旋旋出通道一侧的壳体进行冷却，最终从螺旋旋出通道的排气出口流出；本发明的双膛石灰窑用环冷悬挂缸，由于冷却风流道设置成贴合壁体设置的螺旋形，冷却气流流线方向的变化更加缓慢平和，避免了现有技术中的垂直或尖锐的流道折角，因此冷却气流的流动更加顺畅，冷却气流进出环形气流通道的压降相对现有技术有显著下降，同时，由于设计了螺旋气流通道避免了流道中的小夹角，整个流道中几乎不存在流场死区，可以有效的避免流场死区导致的局部超温，冷却气流在冷却的过程中流动阻力更小，冷却效果好。
[0024]
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
4附图说明
[0025]
构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0026]
图1是现有技术中的双膛石灰窑的工艺流程图；
[0027]
图2是现有技术中的石灰窑悬挂缸冷却原理示意图，其中，图2a为缸体的结构示意图之一，图2b为缸体的结构示意图之二，图2c是图2b中g－g 的剖视图；
[0028]
图3是本发明一个实施例中的双膛石灰窑用环冷悬挂缸的部分结构示意之一；
[0029]
图4是本发明一个实施例中的双膛石灰窑用环冷悬挂缸的部分结构示意之二；
[0030]
图5是本发明一个实施例中的螺旋旋入螺旋片的示意图。
[0031]
图例说明：
[0032]
100、悬挂缸；10、外侧壳体；20、内侧壳体；30、环形通道；31、进气通道；32、排气通道；40、中间隔板；50、螺旋旋入螺旋片；60、螺旋旋出螺旋片；70、温度传感器；80、进气管道；90、排气管道。
5具体实施方式
[0033]
以应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0034]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035]
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0036]
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指
示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0037]
如图3和图4所示，本发明提供的一种双膛石灰窑用环冷悬挂缸，包括具有环形气流通道的悬挂缸100，悬挂缸100包括外侧壳体10和内侧壳体 20，外侧壳体10环绕内侧壳体20设置进而形成环形气流通道，还包括中间隔板40、螺旋旋入螺旋片50以及螺旋旋出螺旋片60，中间隔板40设于外侧壳体10和内侧壳体20之间用于将环形气流通道分隔形成进气通道31和排气通道32，螺旋旋入螺旋片50设于进气通道31内用于使进气通道31形成螺旋旋入通道，螺旋旋出螺旋片60设于排气通道32内用于使排气通道 32形成螺旋旋出通道，螺旋旋入通道的进气端设有进气入口，螺旋旋出通道的排气端设有排气出口，螺旋旋入通道的排气端与螺旋旋出通道的进气端相互连通组合构成螺旋冷却通道。
[0038]
本发明提供的本发明的双膛石灰窑用环冷悬挂缸，具有环形气流通道的悬挂缸100，悬挂缸包括外侧壳体10、内侧壳体20、中间隔板40、螺旋旋入螺旋片50以及螺旋旋出螺旋片60，通过螺旋旋入螺旋片50、螺旋旋出螺旋片60以及中间隔板40相互配合将外侧壳体10和内侧壳体20之间形成的环形气流通道分隔呈螺旋旋入通道和螺旋旋出通道。在进行冷却时，从螺旋旋入通道的进气端送入冷却气流，冷却气流流经螺旋旋入通道，对螺旋旋入通道一侧的壳体进行冷却；之后冷却气流继续流动从螺旋旋入通道的排气端进入螺旋旋出通道的进气端，冷却气流流经螺旋旋出通道对螺旋旋出通道一侧的壳体进行冷却，最终从螺旋旋出通道的排气出口流出；本发明的双膛石灰窑用环冷悬挂缸，由于冷却风流道设置成贴合壁体设置的螺旋形，冷却气流流线方向的变化更加缓慢平和，避免了现有技术中的垂直或尖锐的流道折角，因此冷却气流的流动更加顺畅，冷却气流进出环形气流通道的压降相对现有技术有显著下降，同时，由于设计了螺旋气流通道避免了流道中的小夹角，整个流道中几乎不存在流场死区，可以有效的避免流场死区导致的局部超温，冷却气流在冷却的过程中流动阻力更小，冷却效果好。
[0039]
请再次参考图2和图3，图3中的箭头表示气流方向，通过研究发现，现有的悬挂缸结构存在两个明显缺陷：第一，气流在流经t形隔板时，容易在隔板转角处形成死区，使得转角处的换热强度变低，导致悬挂缸100局部由于冷却强度不够，形成超温，直接影响悬挂缸100整体运行寿命；第二，悬挂缸100冷却腔体折流板过多，气流在流经悬挂缸100时发生的流向的急剧变化很多，导致腔体气流阻力过大，造成系统供风压力高，增加了设备负荷；本发明的双膛石灰窑用环冷悬挂缸，通过设置双层螺旋片式风冷通道，能显著降低悬挂缸冷却系统的阻力，提高冷却效果，有效延长石灰窑运行寿命。
[0040]
可以理解地，本发明中，外侧壳体10和内侧壳体20均采用钢制结构，中间隔板40、螺旋旋入螺旋片50以及螺旋旋出螺旋片60可采用钢制结构；螺旋旋入螺旋片50沿周向绕悬挂缸100布设且沿轴向向悬挂缸100的底部延伸以将冷却气流引入，螺旋旋出螺旋片60沿周向绕悬挂缸100布设且沿轴向向悬挂缸100的顶部延伸以将冷却气流引出。
[0041]
进一步地，螺旋旋入螺旋片50环绕内侧壳体20旋入设于中间隔板40 和内侧壳体20之间，以使进气通道31形成螺旋旋入通道，螺旋旋出螺旋片 60环绕中间隔板40旋出设于
中间隔板40和外侧壳体10之间，以使排气通道32形成螺旋旋出通道。可以理解地，由于悬挂缸100的内侧温度高于外侧温度，为了便于降低内侧壳体20的温度，将螺旋旋入通道靠近内侧壳体20设置。
[0042]
进一步地，螺旋旋入螺旋片50环绕内侧壳体20旋入设于中间隔板40 和内侧壳体20之间，以使进气通道31形成螺旋旋入通道，螺旋旋出螺旋片 60环绕中间隔板40旋出设于中间隔板40和外侧壳体10之间，以使排气通道32形成螺旋旋出通道。
[0043]
进一步地，进气入口设于悬挂缸100的顶部，排气出口设于悬挂缸100 的顶部，螺旋旋入螺旋片50的底部设有第一通气孔，螺旋旋出螺旋片60 的底部设有第二通气孔，通过设置第一通气孔和第二通气孔以使螺旋旋入通道和螺旋旋出通道从悬挂缸100的底部连通，进而使螺旋旋入通道和螺旋旋出通道组合构成螺旋冷却通道。
[0044]
进一步地，还包括设于悬挂缸100外并与进气入口连通的进气管道80，以及设于悬挂缸100外并与排气出口连通的排气管道90。进而便于通过进气管道80将冷却气流从悬挂缸100上方引入螺旋旋入通道内，将冷却后的冷却气流从悬挂缸100上方引出。
[0045]
进一步地，为了便于检测螺旋冷却通道的温度，避免局部超温，螺旋冷却通道内均设有温度传感器70。可选地，温度传感器70采用热电偶。
[0046]
进一步地，温度传感器70沿气流方向等流线长度间隔排布。
[0047]
进一步地，所述螺旋冷却通道内设有多个测温点，每一个所述测温点上均设有所述温度传感器，所述测温点的总数n由以下公式确定：
[0048]
n＝n+1
[0049][0050]
其中，n为测温点的总数量，n为测温区间的数量，tw表示设计壁面温度， t1表示设计入口冷风风温、t
n+1
表示设计出口冷风风温，δs表示温度传感器存在实际的测量分辨率，k表示阈值系数，k的取值为1.2至3。可以理解地，表示向下取整符号，例如本发明中，典型值范围：tw∈[500，700]，t1∈[20，30]，tn∈[200，300]，δs∈[2，8]，k∈ [1.2，1.8]。例如：tw＝600，t1＝25，tn＝250，δs＝5，k＝1.5，n＝24。即共计需要24个温度传感器。
[0051]
进一步地，螺旋冷却通道内设有多个测温点，每一个测温点上设有温度传感器，相邻两个温度传感器70的流线长度距离(单个测温区间的流线长度)为其中，tw表示设计壁面温度，t1表示设计入口冷风风温、t
n+1
表示设计出口冷风风温，δs是温度传感器在该实际工况下的测量精度(测量值与实际值的差值的绝对值)，h为流体与壁面之间传热系数，在悬挂缸外壳各处基本相等；c为气体与外壳的接触边界长度，δx为积分步长，c
×
δx＝a为接触面积；m是风流量；cp是风比热。
[0052]
本发明中，通过研究发现壁温与风温之间的函数关系：石灰窑运行时，物料温度一
般维持在1100℃，物料温度通过耐火层和隔热层，传导到悬挂缸钢壳上的温度一般在500℃以下，由于环形通道处的物料温度场比较均匀，因此可以近视的认为，在没有局部破坏的时候，悬挂缸外壳各处温度基本均匀，用t
′w表示。而流体流经恒温壁面的换热过程可以由下式描述：
[0053]h·c·
dx
·
(t
w-t
x
)＝m
·cp
·
dt
x
，
[0054]
即：
[0055][0056]
对上式两边积分后，有：
[0057][0058]
上式揭示了上下游测温点之间的温度关系。式中，h为气体与壁面之间传热系数，在悬挂缸外壳各处基本相等；c为气体与外壳的接触边界长度，δx为相邻两传感器间流线长度，m是风流量；cp是风比热。
[0059]
对进出口应用上式，有：
[0060][0061]
对出口最后两点应用上式，有：
[0062][0063]
式中，t
n+1
是出口风温。相邻两点间温度差δt
[0064]
δt＝t
n+1-tn[0065]
带入上式，变形得到小区域个数n与最后两测温点间的温差δt之间关系：
[0066][0067]
考虑到温度传感器在实际工况中，特别是在这种复杂生产工况中，传感器存在实际的测量分辨率δs，即由于传感器自身问题或工况环境问题，小于δs的温度变化，传感器无法有效捕捉。因此，为了保证传感器能测量得到相邻两点间的有意义的温度差异，δt必须大于δs，为此引入阈值系数 k，k为大于1的系数。使得：
[0068]
δt＝k
·
δs
[0069]
带入上式有：
[0070][0071]
要保证分区n是整数，同时δt尽可能大，对上式向下取整，得到n 值计算公式：
[0072][0073]
进一步地，螺旋旋入螺旋片50的螺旋角θ为螺旋旋入通道的螺旋角θ为其中，tw为设计壁面温度，t1为设计入口风温、t
n+1
为设计出口风温，h为螺旋流道的升程，h 为流体与壁面之间传热系数，在悬挂缸外壳各处基本相等；c为气体与外壳的接触边界长度；m是风流量；cp是风比热。
[0074]
可以理解地，请参考图5，螺旋角θ的设计原理如下：其中，流线方向与螺线线方向基本一致，因此可以认为流线长度等于螺旋线长度。
[0075]
可选地，单圈螺旋线长度lx和单圈升程h:
[0076][0077]
h＝πd
·
tanθ
[0078]
圈数：
[0079][0080]
内层螺旋线总长l
x1
[0081][0082]
同理，外层螺旋线总长l
x2
[0083][0084]
流线总长δx
[0085][0086]
进出口风温遵循如下公式：
[0087][0088]
带入：
[0089]
δx＝δx
·n[0090]
可以得到，为达到相应的冷却效果，需要的流线长度公式：
[0091][0092]
带入流线与螺旋角之间的关系，可以得到如下的螺旋角θ的设计计算公式：
[0093][0094]
采用本发明的双膛石灰窑用环冷悬挂缸，将温度传感器70设于螺旋冷却通道内用于检测螺旋冷却通道的温度时，可以准确地检测出局部超温，避免了在测温点之外的位置出现局部超温时，无法有效预警，导致无法有效捕捉局部超温影响悬挂缸运行寿命的技术问题。
[0095]
本发明还提供一种双膛石灰窑，包括间隔布设的两个窑壳以及上述的双膛石灰窑用环冷悬挂缸，双膛石灰窑用环冷悬挂缸设于窑壳的底部。
[0096]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。