CN107860018A - 一种带有煤粉预气化室的水泥回转窑炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有煤粉预气化室的水泥回转窑炉，能有效降低NOx排放且窑内燃烧均匀稳定。包括回转窑窑体、窑头燃烧器、煤粉预气化室和通风系统；回转窑窑体的一端为水泥生料入口其另一端设有窑头燃烧器，窑头燃烧器的外端与通风系统连通；窑头燃烧器的内部在径向上由内到外依次为点火油枪、中心风通道、旋流风通道、燃料通道和轴流风通道，通风系统为一个四通管道，包括一个一次风管道和三个分支管路，每个分支管路上均设有蝶阀，三个分支管路分别与中心风通道、旋流风通道和轴流风通道连通；煤粉预气化室的入口端与磨煤机连通，其出口端通过煤粉喷管与燃料通道连通,其中部还设有用于接收外部篦冷机输送的高温三次风的三次风管。
Description
技术领域
本发明属于水泥窑炉节能减排技术领域，具体涉及一种带有煤粉预气化室的水泥回转窑炉。
背景技术
目前的水泥回转窑内燃烧过程大致分为：煤粉与空气的混合、煤粉与空气加热到着火温度、挥发分着火燃烧、焦炭燃烧及燃尽四个过程。其中煤粉与空气混合需要增加旋流风量，一旦煤、风混合欠佳就会导致煤粉不完全燃烧，造成能源浪费，且易造成窑内局部高温，从而生成大量热力型NOx；煤粉与空气加热过程也增加了不必要的时间，且消耗大量热量；挥发分着火燃烧又不可避免生成大量NOx。因此，采用传统的水泥回转窑生产水泥熟料难以满足节能环保指标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带有煤粉预气化室的水泥回转窑炉，能有效降低NOx排放，且窑内燃烧均匀、稳定。
为了达到上述目的，本发明的具体技术方案如下：
一种带有煤粉预气化室的水泥回转窑炉，包括回转窑窑体、窑头燃烧器、煤粉预气化室和通风系统；
所述回转窑窑体的一端为水泥生料入口，其另一端设有所述窑头燃烧器，所述窑头燃烧器的外端与所述通风系统连通；所述窑头燃烧器的内部在径向上由内到外依次为点火油枪、中心风通道、旋流风通道、燃料通道和轴流风通道，所述通风系统为一个四通管道，包括一个一次风管道和三个分支管路，每个所述分支管路上均设有蝶阀，三个所述分支管路分别与所述中心风通道、旋流风通道和轴流风通道连通；
所述煤粉预气化室的入口端与磨煤机连通，其出口端通过煤粉喷管与所述燃料通道连通,其中部还设有用于接收外部篦冷机输送的高温三次风的三次风管。
进一步地，在所述窑头燃烧器的燃料通道的侧壁上沿径向设有一圈供气化后的煤气和半焦混合物通过的圆形喷嘴，所述圆形喷嘴的直径为所述燃料通道径向宽度的1/2-3/4。
进一步地，在所述旋流风通道的出口设有能够调节旋流角度的旋流装置。
进一步地，所述中心风通道、旋流风通道、燃料通道和轴流风通道与三个所述分支管路通过四个套接设置的独立通道、其口径从一端到另一端减小的管道连通，四个所述独立通道的出口分别于所述窑头燃烧器中的中心风通道、旋流风通道、燃料通道和轴流风通道分别独立连通。
本发明提供的水泥回转窑炉，在窑头燃烧器的前端增设了煤粉预气化室，煤粉在其中先发生部分燃烧，释放热量，同时接收篦冷机输送的高温三次风的热量，将煤粉预气化室的炉温维持在在800℃～900℃之间，煤粉在此温度范围内可以实现部分气化，煤粉气化后变成煤气和半焦混合物通过喷煤管进入回转窑窑体的燃料通道内燃烧。同时通风系统中的三个分支管路分别向窑头燃烧器的中心风通道、旋流风通道和轴流风通道中分别通入不同形式的风，促进燃料在窑体内的燃烧。其中煤气的主要成分为CO、CH4、H2等，避免了煤粉直接燃烧而发生氮氧化生成大量热力型NOx，且高温煤气进入回转窑窑体后能与高温空气进行无焰燃烧，温度均匀，进一步抑制了热力型NOx的生成。
与传统煤粉直接喷入回转窑燃烧相比，本发明采用将煤粉预先气化的方法，将煤粉中挥发分气化生产CO、CH4、H2等可燃气体，避免了煤粉在回转窑中直接燃烧挥发分氮氧化生产大量燃料型NOx。同时，预气化后的煤气与半焦作为高温燃料，在进入回转窑后即可进行无焰燃烧，不会产生局部高温，抑制了热力型NOx的生成。此外，通过在燃烧器燃料通道上增设燃料喷嘴，使煤气与半焦混合物通过燃料喷嘴能高速喷入回转窑，增加了火焰长度，保证了炉内燃烧均匀。
附图说明
图1为本发明提供的水泥回转窑炉结构示意图；
图2为回转窑炉燃烧器截面结构示意图；
图3为图2的纵剖面图；
1.水泥生料入口，2.回转窑窑体，3.窑头燃烧器，4.点火油枪，5.中心风通道，6.旋流风通道，7.燃料通道，8.轴流风通道，9.一次风管道，10.一次风入口，11.蝶阀，12.煤粉预气化室，13.旋流装置，14.燃料喷嘴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行说明。
一种带有煤粉预气化室的水泥回转窑炉，包括回转窑窑体2、窑头燃烧器3、煤粉预气化室12和通风系统；
所述回转窑窑体2的一端为水泥生料入口1，其另一端设有所述窑头燃烧器3，所述窑头燃烧器3的外端与所述通风系统连通；所述窑头燃烧器3的内部在径向上由内到外依次为点火油枪4、中心风通道5、旋流风通道6、燃料通道7和轴流风通道8，所述通风系统为一个四通管道，包括一个一次风管道9和三个分支管路，每个所述分支管路上均设有蝶阀11，三个所述分支管路分别与所述中心风通道5、旋流风通道6和轴流风通道8连通；
所述煤粉预气化室12的入口端与磨煤机连通，其出口端通过煤粉喷管与所述燃料通道7连通,其中部还设有用于接收外部篦冷机输送的高温三次风的三次风管。
其中的煤粉预气化室12为流化床气化炉,通过现有的煤粉预燃室改进而来，其主体结构和煤粉预燃室相同，同时，增加了外部热风的进入，提升了以往煤粉预燃室的温度，进而保证炉温维持在800℃～900℃之间，实现煤粉在此温度范围内的部分气化。
为了进一步减少热力型NOx的生成，优选在所述窑头燃烧器3的燃料通道7上设有一圈供气化后的煤气和半焦混合物通过的圆形喷嘴，所述圆形喷嘴的直径可以设为所述燃料通道7径向宽度的1/2-3/4，优选为2/3。燃料通道7由一圈燃料喷嘴14组成，预气化后的煤粉通过燃料喷嘴14高速喷入回转窑窑体2中，提高燃料在喷入回转窑窑体2内时的速度以及雾化程度，提高燃料的燃烧率，煤气和半焦混合物通过燃料喷嘴14高速喷入回转窑中，增加了火焰长度，保证了回转窑筒体内燃烧温度均匀，提高水泥熟料产量和质量，且减少了热力型NOx的生成。一次风通道由一圈小圆形一次风喷嘴组成，提供高压高速的一次风射流，进一步增加火焰长度。
如图1、图2和图3所示，本发明所述回转窑炉包括回转窑窑体2、窑头燃烧器3、一次风管道9以及煤粉预气化室12。回转窑窑体2设为有一定斜度的筒体，其以一定的速度回转，水泥生料从窑尾水泥生料入口1进入其中被搅拌和煅烧。煤粉预气化室12为一流化床气化炉，设在窑头燃烧器3之前与窑头燃烧器3相连，用于将煤粉预气化为煤气和半焦混合物再通过喷煤管和燃料喷管喷入回转窑窑体2内燃烧。窑头燃烧器3径向由内到外依次为点火油枪4、中心风通道5、旋流风通道6、燃料通道7和轴流风通道8，目前，中心风通道出口和轴流风通道出口均采用小圆形喷嘴平行射流方式，在火焰内部和外部均能形成回流，增加气体混合度，此外，高速的轴流风经过小圆形喷嘴进一步加速加压，从而增加火焰长度，保证窑内温度均匀。旋流风通道9出口处设有可调节旋流角度的旋流装置13，增加窑内燃料与空气混合度，保证稳定燃烧。
本发明中在燃料通道7的侧壁上增设一圈贯通整个燃料通道7的小圆形通孔，该小圆形通孔作为燃料喷嘴14，将预气化后的煤粉通过燃料喷嘴14高速喷入回转窑窑体2中，提高燃料在喷入回转窑窑体2内时的速度以及雾化程度，提高燃料的燃烧率，优选燃料喷嘴14的直径为燃料通道7截面直径的2/3。通入回转窑窑体2内的中心风、旋流风、轴流风均由一次风机提供，总量约占燃烧所需空气量的5％-8％，各通道入口上都装有蝶阀11，可单独地调节各风量和比例。
本发明的关键有两点，首先在窑头燃烧器3前3增加了煤粉预气化室12，煤粉在其中发生部分燃烧，释放热量，将煤粉预气化室12炉温维持在800℃～900℃之间，煤粉在此温度范围内可以实现部分气化，煤粉气化后变成煤气和半焦混合物通过喷煤管以及燃料通道7进入回转窑窑体2内燃烧，避免了煤粉直接燃烧，挥发分氮氧化生成大量热力型NOx，且高温煤气进入回转窑窑体2后能与高温空气进行无焰燃烧，温度均匀，进一步抑制了热力型NOx的生成。
其次，本发明窑头燃烧器3在燃料通道7上增设燃料喷嘴14，煤气和半焦混合物从煤粉预气化室12出来后通过燃料喷嘴14可以形成高速射流，从而增加了火焰长度，保证了回转窑窑体2内燃烧温度均匀，提高水泥熟料产量和质量，且减少了热力型NOx的生成。
以上，虽然说明了本发明的几个实施方式，但是这些实施方式只是作为例子提出的，并非用于限定本发明的范围。对于这些新的实施方式，能够以其他各种方式进行实施，在不脱离本发明的要旨的范围内，能够进行各种省略、置换、及变更。这些实施方式和其变形，包含于本发明的范围和要旨中的同时，也包含于权利要求书中记载的发明及其均等范围内。
Claims (4)
1.一种带有煤粉预气化室的水泥回转窑炉，其特征在于，包括回转窑窑体、窑头燃烧器、煤粉预气化室和通风系统；
所述回转窑窑体的一端为水泥生料入口，其另一端设有所述窑头燃烧器，所述窑头燃烧器的外端与所述通风系统连通；所述窑头燃烧器的内部在径向上由内到外依次为点火油枪、中心风通道、旋流风通道、燃料通道和轴流风通道，所述通风系统为一个四通管道，包括一个一次风管道和三个分支管路，每个所述分支管路上均设有蝶阀，三个所述分支管路分别与所述中心风通道、旋流风通道和轴流风通道连通；
所述煤粉预气化室的入口端与磨煤机连通，其出口端通过煤粉喷管与所述燃料通道连通,其中部还设有用于接收外部篦冷机输送的高温三次风的三次风管。
2.根据权利要求1所述的一种带有煤粉预气化室的水泥回转窑炉，其特征在于，在所述窑头燃烧器的燃料通道的侧壁上沿径向设有一圈供气化后的煤气和半焦混合物通过的圆形喷嘴，所述圆形喷嘴的直径为所述燃料通道径向宽度的1/2-3/4。
3.根据权利要求1所述的一种带有煤粉预气化室的水泥回转窑炉，其特征在于，在所述旋流风通道的出口设有能够调节旋流角度的旋流装置。
4.根据权利要求1所述的一种带有煤粉预气化室的水泥回转窑炉，其特征在于，所述中心风通道、旋流风通道、燃料通道和轴流风通道与三个所述分支管路通过四个套接设置的独立通道、其口径从一端到另一端减小的管道连通，四个所述独立通道的出口分别于所述窑头燃烧器中的中心风通道、旋流风通道、燃料通道和轴流风通道分别独立连通。
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