一種水泥窯爐局部富氧燃燒器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種水泥窯爐局部富氧燃燒器，通過(guò)在燃燒器軸流風(fēng)通道外設(shè)置了富氧空氣通道并在富氧空氣通道出口設(shè)置了噴嘴,噴嘴布置于軸流風(fēng)噴嘴外側(cè)圓周的下部、接近熟料，使得燃燒器下部與富氧空氣通道接觸側(cè)氧氣局部濃度提高，燃料的燃燒速度會(huì)得到提升，直接導(dǎo)致局部熱量聚集，隨著氧氣的擴(kuò)散及熱傳遞、熱輻射過(guò)程的進(jìn)行，相鄰的燃料也開(kāi)始燃燒，因此回轉(zhuǎn)窯熟料或類(lèi)似物和富氧空氣通道接觸側(cè)溫度明顯上升，能夠應(yīng)對(duì)配料帶來(lái)的生料質(zhì)量波動(dòng)。此外,通過(guò)設(shè)定噴嘴在圓周方向上的分布區(qū)域所對(duì)應(yīng)的中心角≤270°,這個(gè)角度范圍能夠完全覆蓋燃料和隨著回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)動(dòng)的水泥熟料或類(lèi)似物之間的區(qū)域，確保了富氧空氣的使用精準(zhǔn)、節(jié)約。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種水泥窯爐局部富氧燃燒器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種生產(chǎn)水泥或類(lèi)似物的工業(yè)燃燒器，特別涉及利用劣質(zhì)燃料或替代燃料的富氧燃燒器。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年，隨著水泥生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及整體水泥市場(chǎng)的萎縮，國(guó)內(nèi)的水泥生產(chǎn)企業(yè)都已經(jīng)將精力從粗放式生產(chǎn)轉(zhuǎn)而聚焦于如何提高熟料質(zhì)量、降低各工藝環(huán)節(jié)的生產(chǎn)成本、降低廢氣及粉塵的排放上來(lái)。
[0003]水泥回轉(zhuǎn)窯窯頭燃燒器用煤量占據(jù)整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)的30%~50%，而從水泥生產(chǎn)角度來(lái)看，原料(礦石)、燃料(主要是煤粉)、電的費(fèi)用消耗是水泥熟料的主要成本構(gòu)成，而對(duì)于部分水泥廠(chǎng)，燃料費(fèi)用甚至占據(jù)熟料成本的一半以上。因此，在不改變系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)工況的情況下，盡可能多地燃用成本低廉的劣質(zhì)燃料對(duì)于企業(yè)降低產(chǎn)品的成本有極大幫助。對(duì)于窯頭燃燒器這一主要耗能設(shè)備，如何提升燃燒器燃用劣質(zhì)煤及其他低熱值燃料的穩(wěn)定性、提高對(duì)燃料品質(zhì)變化的適應(yīng)性成了目前困擾業(yè)界的難題。
[0004]用回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)水泥或類(lèi)似物所用的燃燒器，影響煅燒的主要因素是燃燒器的一次風(fēng)比例，煤粉噴出速度，各通道出口風(fēng)速，旋流強(qiáng)度，燃料種類(lèi)、顆粒細(xì)度、燃燒氛圍等。對(duì)于普通的煤粉燃燒器，燃用劣質(zhì)煤缺陷明顯，因?yàn)榱淤|(zhì)煤的揮發(fā)分含量低、發(fā)熱量低、灰分含量大，易磨性差，燃燒時(shí) 火焰穩(wěn)定性差、煤粉氣流的著火距離延長(zhǎng)、火焰溫度較低，火焰中心容易偏斜，點(diǎn)火穩(wěn)燃困難，操作不當(dāng)時(shí)，在燃燒器頭部會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)焦現(xiàn)象，導(dǎo)致不得不頻繁停窯檢修，降低了企業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
[0005]對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，存在由于煤磨產(chǎn)能的限制因而無(wú)法通過(guò)降低煤粉細(xì)度來(lái)改善燃燒的可能性，所以針對(duì)劣質(zhì)煤的燃燒，燃燒器的結(jié)構(gòu)改變勢(shì)在必行。
[0006]煤粉的燃燒過(guò)程中，氧氣濃度的變化對(duì)煤粉燃燒會(huì)產(chǎn)生很大的影響，通過(guò)增加氧氣的濃度，煤粉的著火溫度會(huì)下降，燃燒反應(yīng)的速度、火焰溫度、煤粉的燃燼率會(huì)得到提升，尤其是對(duì)于劣質(zhì)煤，根據(jù)實(shí)驗(yàn)，氧氣濃度的提升對(duì)于其燃盡的促進(jìn)作用更加顯著。
[0007]目前存在的利用回轉(zhuǎn)窯制造水泥或者類(lèi)似物的富氧燃燒技改裝置中，在燃燒器所處的窯頭處，業(yè)內(nèi)較頻繁使用膜分離法分離出來(lái)的含氧濃度為23%~30%的富氧空氣對(duì)一次風(fēng)進(jìn)行富氧的方式。該部分的富氧空氣中，氮?dú)獗壤s占68%~75%左右，雖然較空氣中的氮?dú)獗壤兴档停窍噍^于VPSA制氧裝置制取的含氧量80%~92%濃度的氣體，使用膜分離法制取的富氧空氣對(duì)一次風(fēng)進(jìn)行全局富氧+時(shí)，第一會(huì)造成排放的尾氣中含N2比例過(guò)高，大量的熱量經(jīng)N2攜帶出回轉(zhuǎn)窯，導(dǎo)致熱能利用效率降低，第二會(huì)造成氧氣的浪費(fèi)，因?yàn)榛剞D(zhuǎn)窯內(nèi)并非所有部位都需要進(jìn)行富氧。
[0008]根據(jù)國(guó)外的富氧運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，對(duì)原有裝置進(jìn)行富氧技改多采用額外增加氧氣噴槍的方法，雖然采用該方法安裝位置、噴射角度可以比較靈活地調(diào)整，但采用該方法會(huì)有明顯的弊端:由于氧氣噴槍直接插入回轉(zhuǎn)窯窯頭，煤粉在富氧環(huán)境下產(chǎn)生遠(yuǎn)大于1300°C的高溫，而對(duì)于氧氣噴槍來(lái)說(shuō)，管徑一般比較小，堆砌澆注料較為困難，且澆注料壽命難以得到保證，只能通過(guò)外加隔熱套管等方式保護(hù)，可能導(dǎo)致氧槍存在壽命偏低、需要頻繁更換等問(wèn)題；此外，燃燒器對(duì)于工廠(chǎng)來(lái)說(shuō)是消耗品，針對(duì)每一次更換不同品牌或者同品牌不同結(jié)構(gòu)形式的燃燒器，工廠(chǎng)需要修改氧氣噴槍的位置，以達(dá)到最佳效果，這樣無(wú)疑增加了工廠(chǎng)的操作難度。
[0009]如果不對(duì)燃燒器通道進(jìn)行改進(jìn)，而僅對(duì)一次風(fēng)機(jī)出口加氧或?qū)S向風(fēng)通道進(jìn)行富氧時(shí)，會(huì)造成氧氣的浪費(fèi)。水泥熟料或類(lèi)似物的煅燒過(guò)程主要在燃燒器和熟料或類(lèi)似物接近的一側(cè)進(jìn)行，根據(jù)現(xiàn)有的燃燒技術(shù)，并不需要對(duì)燃燒器上遠(yuǎn)離熟料或類(lèi)似物的那側(cè)進(jìn)行
高濃度富氧。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0010]所要解決的技術(shù)問(wèn)題:
[0011]針對(duì)現(xiàn)有的燃燒器對(duì)于劣質(zhì)燃料、低熱值燃料適應(yīng)性較差、燃盡率低，回轉(zhuǎn)窯出口CO濃度偏高，并且現(xiàn)存的對(duì)燃燒器進(jìn)行富氧的方式存在氧氣耗量大、熱能利用效率低、使用者承擔(dān)成本高昂的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種增設(shè)富氧風(fēng)通道及噴嘴的燃燒器，該燃燒器對(duì)于燃料品質(zhì)的變化有很強(qiáng)的適應(yīng)性，能夠在水泥或類(lèi)似物的生產(chǎn)過(guò)程中燃用劣質(zhì)燃料，達(dá)到節(jié)能降耗、穩(wěn)定生產(chǎn)、降低成本的目的。
[0012]技術(shù)方案:
[0013]為了解決以上問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種水泥窯爐局部富氧燃燒器，包括點(diǎn)火油槍管、中心風(fēng)道、一個(gè)或多個(gè)旋流風(fēng)道、一個(gè)或多個(gè)燃料通道、軸流風(fēng)通道以及點(diǎn)火油槍、中心風(fēng)噴嘴、旋流風(fēng)噴嘴、燃料噴嘴、軸流風(fēng)噴嘴，其特征在于:在燃燒器軸流風(fēng)通道外設(shè)置了富氧空氣通道并在富氧空氣通道出口設(shè)置了噴嘴，噴嘴布置于軸流風(fēng)噴嘴外側(cè)圓周的下部、接近熟料，噴嘴在圓周方向上的分布區(qū)域所對(duì)應(yīng)的中心角< 270°。
[0014]作為本實(shí)用新型的有益效果，通過(guò)在燃燒器上設(shè)置富氧空氣通道，并在富氧空氣通道出口設(shè)置富氧噴嘴，使得燃燒器下部與富氧空氣通道接觸側(cè)氧氣局部濃度提高，燃料的燃燒速度會(huì)得到提升，直接導(dǎo)致局部熱量聚集，隨著氧氣的擴(kuò)散及熱傳遞、熱輻射過(guò)程的進(jìn)行，相鄰的燃料也開(kāi)始燃燒，因此回轉(zhuǎn)窯熟料或類(lèi)似物和富氧空氣通道接觸側(cè)溫度明顯上升，能夠應(yīng)對(duì)配料帶來(lái)的生料質(zhì)量波動(dòng)；同時(shí)，由于熱能利用效率提升，單位熟料或類(lèi)似物的標(biāo)煤耗有所下降，此外，更高的煅燒溫度也帶來(lái)了熟料燒成的產(chǎn)量的提升。假設(shè)將局部對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的噴嘴布置于軸流風(fēng)噴嘴與燃料噴嘴之間，會(huì)導(dǎo)致煤粉直接與富氧空氣接觸，煤粉迅速燃燒，溫度急劇上升，富氧空氣通道外圈的軸流風(fēng)被富氧風(fēng)替代，同時(shí)失去了原有的助燃作用，熱力型NOx的產(chǎn)生速率與體積均超過(guò)本實(shí)用新型方案的水平；此外，通過(guò)設(shè)定噴嘴在圓周方向上的分布區(qū)域所對(duì)應(yīng)的中心角< 270°，這個(gè)角度范圍能夠完全覆蓋燃料和隨著回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)動(dòng)的水泥熟料或類(lèi)似物之間的區(qū)域，確保了富氧空氣的使用精準(zhǔn)、節(jié)約。
[0015]所述噴嘴為局部對(duì)稱(chēng)式布置。作為本實(shí)用新型的有益效果，通過(guò)在富氧空氣通道出口設(shè)置局部對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)噴嘴，節(jié)約了富氧空氣用量，由于回轉(zhuǎn)窯不停旋轉(zhuǎn)這一工作特點(diǎn)，從窯頭往窯尾方向看，水泥熟料或類(lèi)似物被物料間摩擦力帶起，且斷面呈月牙形分布在回轉(zhuǎn)窯中的一側(cè)，如圖4中熟料或類(lèi)似物14所示的部分，煅燒反應(yīng)在此區(qū)域內(nèi)完成。根據(jù)現(xiàn)有的煅燒技術(shù)，只需要對(duì)燃燒器靠近熟料或類(lèi)似物的一側(cè)提供富氧氣體，即可有效提高火焰溫度，從而提高回轉(zhuǎn)窯內(nèi)反應(yīng)區(qū)的溫度，加速反應(yīng)過(guò)程的進(jìn)行。因此不需對(duì)火焰全局富氧，此外全局富氧還會(huì)導(dǎo)致:①富氧氣體存在極大浪費(fèi)，②遠(yuǎn)離熟料或類(lèi)似物側(cè)局部溫度過(guò)高，從而導(dǎo)致窯皮燒損以及窯磚壽命縮短等一系列問(wèn)題，③熱力型NOx產(chǎn)量增加。
[0016]所述富氧空氣通道獨(dú)立于其它通道，供氧裝置通過(guò)管路和富氧空氣通道連接。作為本實(shí)用新型的有益效果，富氧空氣通道獨(dú)立于其它通道，供氧裝置通過(guò)管路和富氧空氣通道連接，這樣避免了其它通道中氣體的干擾，且能夠在指定位置加入富氧空氣，便于精確計(jì)量控制進(jìn)入燃燒器的富氧空氣的體積，從而便捷地調(diào)整出口風(fēng)速，進(jìn)而間接通過(guò)燃燒過(guò)程來(lái)調(diào)節(jié)火焰的形狀，改善水泥熟料或類(lèi)似物的煅燒效果。
[0017]所述富氧空氣通道出口設(shè)置的噴嘴存在一噴射角度范圍，在噴嘴端面上，以單個(gè)氣體分子所在位置為基準(zhǔn)點(diǎn)，設(shè)定經(jīng)過(guò)該基準(zhǔn)點(diǎn)并垂直于燃燒器端面方向?yàn)檎较?，?duì)應(yīng)的每一個(gè)氣體分子的噴射角度被限定在一個(gè)以該氣體分子所在位置為頂點(diǎn)，錐角為120°的發(fā)散圓錐內(nèi)。在此錐角的范圍內(nèi)，富氧空氣與燃料充分接觸，燃料的燃燒得到促進(jìn)，低熱值、劣質(zhì)燃料的燃燼率也得到了提升。
[0018]所述的噴嘴在燃燒器端面上呈圓弧形布置。圓弧形布置的噴嘴確保與軸流風(fēng)的等距，能夠使燃燒器與熟料或類(lèi)似物接觸端的燃燒均勻穩(wěn)定。
[0019]所述的噴嘴中單個(gè)噴嘴端面為圓形或不閉合圓環(huán)形。所述的富氧空氣噴嘴端面形式為不閉合圓環(huán)形時(shí)，內(nèi)部設(shè)置數(shù)量η > I的加強(qiáng)筋。加強(qiáng)筋的設(shè)置保證了富氧空氣噴嘴在高溫環(huán)境下依然具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)性能。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本實(shí)用新型的一種可選的端部結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0022]圖3為本實(shí)用新型增設(shè)的富氧氣體噴嘴噴射方向示意圖；
[0023]圖4為從窯頭向窯尾方向，回轉(zhuǎn)窯燃燒器富氧噴嘴的相對(duì)位置圖；
[0024]圖5為本實(shí)用新型一種優(yōu)選的噴嘴出口端面形式示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0026]如圖1、2所示，本實(shí)用新型提供了一種富氧燃燒器，包括點(diǎn)火油槍管1、中心風(fēng)道
2、一個(gè)或多個(gè)旋流風(fēng)道3、一個(gè)或多個(gè)燃料通道4、軸流風(fēng)通道5、中心風(fēng)噴嘴11、旋流風(fēng)噴嘴10、燃料噴嘴9、軸流風(fēng)噴嘴8，在燃燒器軸流風(fēng)通道5外設(shè)置了富氧空氣通道6(如圖3、
4、5)并在富氧空氣通道6出口設(shè)置了噴嘴12。點(diǎn)火器點(diǎn)燃點(diǎn)火油槍后，燃料經(jīng)過(guò)燃料管道4進(jìn)入，空氣從中心風(fēng)道2、旋流風(fēng)道3，軸流風(fēng)管5出口的噴嘴噴射入回轉(zhuǎn)窯，為燃料(煤粉)的燃燒提供空氣；而通過(guò)在燃燒器上設(shè)置富氧空氣通道，使得低熱值燃料能夠與部分富氧空氣混合，改善燃燒環(huán)境。一般煤粉的著火點(diǎn)在27(T380°C之間，根據(jù)煤的品質(zhì)變化而變化，比如褐煤著火點(diǎn)一般在280°C左右，貧煤、瘦煤等都在370°C左右。而煤粉和富氧空氣混合后，燃料的著火點(diǎn)被降低，著火時(shí)間亦有不同程度上的縮短，在提高燃燒效率的同時(shí)，促進(jìn)燃料的完全燃燒。所設(shè)置的局部富氧空氣噴嘴在保證燃料燃燒完全的同時(shí)，最大程度上節(jié)約了富氧用氣體的用量。
[0027]富氧空氣噴嘴12端面結(jié)構(gòu)及在圓周方向上分布的區(qū)域所對(duì)應(yīng)的中心角角度根據(jù)使用燃料的種類(lèi)確定。噴嘴12布置于軸流風(fēng)噴嘴8外側(cè)圓周的下部、接近熟料，噴嘴12在圓周方向上的分布區(qū)域所對(duì)應(yīng)的中心角< 270°。所述噴嘴12為局部對(duì)稱(chēng)式布置。
[0028]所述富氧空氣通道6獨(dú)立于其它通道，供氧裝置通過(guò)管路7和富氧空氣通道6連接。供氧裝置為富氧燃燒器提供的富氧空氣氧氣濃度范圍在50%~99.999%之間。
[0029]在圖3所示的本實(shí)用新型增設(shè)的單個(gè)富氧空氣噴嘴噴射方向示意圖中，通過(guò)外形及尺寸可變的噴嘴將富氧空氣以圖3示意的噴射角度范圍內(nèi)的任一角度噴射入火焰中，與燃料接觸后促進(jìn)燃料的燃燒，提升低熱值、劣質(zhì)燃料的燃燼率。在燃燒器端面上，以單個(gè)氣體分子所在位置為基準(zhǔn)點(diǎn)，設(shè)定經(jīng)過(guò)該基準(zhǔn)點(diǎn)并垂直于燃燒器端面方向?yàn)檎较?，?duì)應(yīng)的每一個(gè)氣體分子的噴射角度被限定在一個(gè)以氣體分子所在位置為頂點(diǎn)，錐角為120°的發(fā)散圓錐內(nèi)。
[0030]作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，如圖3、4、5所示，富氧空氣噴嘴12布置形式為圓弧形。
[0031]作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，如圖4所示，單個(gè)富氧空氣噴嘴端面為圓形。端面為圓形的富氧空氣噴嘴呈圓弧形布置于軸流風(fēng)噴嘴8外側(cè)圓周的下部、接近熟料或類(lèi)似物側(cè)，富氧空氣噴嘴12的噴射出的氣體的主要覆蓋區(qū)域?yàn)樵谌剂弦约半S著回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)動(dòng)的熟料或類(lèi)似物14的之間部分，外接的供氧裝置所提供的氧氣通過(guò)管路7和富氧空氣通道6，經(jīng)過(guò)端面為圓環(huán)的富氧空氣噴嘴12噴射入回轉(zhuǎn)窯中。
[0032]作為本實(shí)用新型的另一改進(jìn)，如圖5所示，富氧空氣噴嘴12端面形式為不閉合圓環(huán)形。端面為不閉合圓環(huán)形的富氧空氣噴嘴12布置于軸流風(fēng)噴嘴8外的圓周下部、接近熟料或類(lèi)似物側(cè)。為了保證該形式的富氧空氣噴嘴12在高溫環(huán)境下有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)性能，在富氧空氣噴嘴12內(nèi)部設(shè)置數(shù)量η > I的加強(qiáng)筋13,如圖5所不。
[0033]以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不限制于本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種水泥窯爐局部富氧燃燒器，包括點(diǎn)火油槍管(I)、中心風(fēng)道(2)、一個(gè)或多個(gè)旋流風(fēng)道(3)、一個(gè)或多個(gè)燃料通道(4)、軸流風(fēng)通道(5)以及點(diǎn)火油槍、中心風(fēng)噴嘴(11)、旋流風(fēng)噴嘴(10)、燃料噴嘴(9)、軸流風(fēng)噴嘴(8)，其特征在于:在燃燒器軸流風(fēng)通道(5)外設(shè)置了富氧空氣通道(6)并在富氧空氣通道(6)出口設(shè)置了噴嘴(12)，噴嘴(12)布置于軸流風(fēng)噴嘴(8)外側(cè)圓周的下部、接近熟料，噴嘴(12)在圓周方向上的分布區(qū)域所對(duì)應(yīng)的中心角 < 270。。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水泥窯爐局部富氧燃燒器，其特征在于:所述噴嘴(12)為局部對(duì)稱(chēng)式布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水泥窯爐局部富氧燃燒器，其特征在于:所述富氧空氣通道(6)獨(dú)立于其它通道，供氧裝置通過(guò)管路(7)和富氧空氣通道(6)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水泥窯爐局部富氧燃燒器，其特征在于:所述富氧空氣通道(6)出口設(shè)置的噴嘴(12)存在一噴射角度范圍，在噴嘴(12)端面上，以單個(gè)氣體分子所在位置為基準(zhǔn)點(diǎn)，設(shè)定經(jīng)過(guò)該基準(zhǔn)點(diǎn)并垂直于燃燒器端面方向?yàn)檎较颍瑢?duì)應(yīng)的每一個(gè)氣體分子的噴射角度被限定在一個(gè)以該氣體分子所在位置為頂點(diǎn)，錐角為120°的發(fā)散圓錐內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水泥窯爐局部富氧燃燒器，其特征在于:所述的噴嘴(12)在燃燒器端面上呈圓弧形布置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種水泥窯爐局部富氧燃燒器，其特征在于:所述的噴嘴(12)中單個(gè)噴嘴端面為圓形或不閉合圓環(huán)形。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種水泥窯爐局部富氧燃燒器，其特征在于:所述的噴嘴(12)端面為不閉合圓環(huán)形時(shí)，內(nèi)部設(shè)置數(shù)量η≥I的加強(qiáng)筋(13)。
【文檔編號(hào)】F23D1/02GK203703959SQ201420006145
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】祁亞軍, 陳艷征, 李安平 申請(qǐng)人:南京凱盛國(guó)際工程有限公司