CN103629664A - 用于回转窑中的多通道富氧燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道富氧燃烧器，具有四通道富氧空气浓度和流量的调节功能，应用在水泥回转窑的煅烧工艺阶段，浓度为80％的富氧空气由富氧气分配器输出为四种不同流量的富氧空气，进入富氧混配通道后，与普通空气混合，混合成一定浓度的富氧空气，用于水泥回转窑燃烧的不同通道使用。该多通道富氧燃烧器能使水泥回转窑大幅提高热效率，大大降低了水泥生产成本。

Description

用于回转窑中的多通道富氧燃烧器

技术领域

本发明是一种使用富氧空气助燃的燃烧器，用于新型干法水泥生产的回转窑中的煅烧工艺阶段不同通道。

背景技术

现有水泥生产的回转窑普遍使用普通空气(含氧量21％)，分别在窑外预热分解、熟料烧成过程中进行，通常燃烧过程都存在着不足之处，局部缺氧产生不完全燃烧，火焰温度偏低也会产生不完全燃烧，可燃物质变成烟尘排掉，浪费能源并造成大气污染。

发明内容

基于上述现有技术的不足，本发明提供一种水泥富氧燃烧器，能大幅提高热效率，并降低有害物质的排放。

本发明的技术方案为：

本发明是一种用于回转窑中的多通道富氧燃烧器，分为硬件和软件两个部分。硬件结构为本发明的主体；软件部分由优化控制系统组成。

本发明结构部分主要由富氧气分配器、燃烧器进风总管、一次风机、煤风风机和富氧气压力罐组成。其中，燃烧器进风总管由相互密闭套装在一起的圆形管道组成。由外至内的密闭管道上各设有直流风混配通道、送煤风混配通道、旋流风混配通道和中心风混配通道。所述的富氧气分配器是一密闭箱体，其入口端通过富氧气通道连接富氧气气源，出口端通过四条输出管道分别与燃烧器进风总管上的中心风混配通道、旋流风混配通道、直流风混配通道和煤风混配通道连接。同时，中心风混配通道、旋流风混配通道和直流风混配通道又通过各自的进风管道与一次风机连接，煤风混配通道通过煤风进风管道和煤风风机连接。

由于燃烧是燃料中可燃分子与氧分子之间发生高能碰撞而引起的，所以氧的供给情况决定了燃烧过程完成得是否充分。用比通常空气(含氧21％)含氧浓度高的富氧气进行燃烧，称为富氧燃烧，它是一项高效节能的燃烧技术，在玻璃工业、冶金工业及热能工程领域均有应用。富氧燃烧与用普通空气燃烧相比有以下优点：

(1)充分合理燃烧。燃烧针对缺氧区，局部增氧，使燃烧充分，火焰温度提高，辐射强度大幅提升，从而使热能的利用率大幅提升。

(2)氧浓度提高，火焰温度上升，热效率大幅度提高。

(3)加入氧气将有助于降低燃料的燃点温度和减少燃尽时间。

(4)用富氧代替空气助燃，可适当降低过量空气系数，减少燃烧后的烟气量，减少排烟体积。

本发明充分应用了富氧助燃的特点，本发明的优点是：

提高热效率，大幅降低水泥生产成本。在不增加燃料的前提下，回转窑窑头火焰温度可提高200℃左右，可节约标煤3％-8％，去除运行成本，节能率达到2-8％，如果使用劣质煤，成本还可以进一步降低。

适应性强，可应用于不同原料、煤质。由于各通道的富氧浓度和流量可调，能适应煅烧不同地域、各种不同的原料和煤质，并兼备环保的特殊减排用途，能烧掉一定比例的城市垃圾、污泥以及有毒的工业废料。

(3)结构简单，安全可靠

本发明结构简单，占地面积小，噪音小，无二次污染，使用维修方便安全。

(4)有配套的优化控制系统

优化控制系统实时采集分析生产过程中产生的海量数据，应用专家知识库系统，针对回转窑的运行实际情况，调整富氧气的最佳比例，优化了回转窑的运行参数，发挥出了本发明的最佳水平。

附图说明

图1是本发明的组成示意图。

附图标记：

1、富氧气分配器，2、燃烧器进风总管，3、中心风混配通道，4、旋流风混配通道，5、直流风混配通道，6、煤风混配通道，7、一次风机，8、煤风风机，9、富氧气压力罐，10、罗茨风机。

具体实施方式

本发明利用了富氧燃烧技术发明了一种新的水泥生产中的回转窑富氧燃烧器。

本发明中分为硬件和软件两个部分。硬件结构为本发明的主体，即结构部分；软件部分由优化控制系统组成，可对富氧燃烧器进行监控和远程控制。

本发明利用了富氧燃烧技术发明了一种新的水泥生产中的回转窑富氧燃烧器。

参照图1，本发明的结构主要由富氧气分配器1、燃烧器进风总管2、一次风机7、煤风风机8和富氧气压力罐9组成。其中，燃烧器进风总管2由相互密闭套装在一起的圆形管道组成。由外至内的密闭管道上各设有直流风混配通道5、送煤风混配通道6、旋流风混配通道4和中心风混配通道3。直流风混配通道5、送煤风混配通道6、旋流风混配通道4均是位于燃烧器进风总管2侧部的树杈形圆柱管道，中心风混配通道3是位于燃烧器进风总管2前端中心的圆柱管道。所述的富氧气分配器1是一矩形密闭箱体，其入口端通过富氧气通道连接富氧气气源。在本实施例中，富氧气压力罐9作为富氧气气源。富氧气分配器1出口端通过四条输出管道分别与燃烧器进风总管2上的中心风混配通道3、旋流风混配通道4、直流风混配通道5和煤风混配通道6连接。同时，中心风混配通道3、旋流风混配通道4和直流风混配通道5又通过各自的进风管道与一次风机7连接，煤风混配通道6通过煤风进风管道和煤风风机8连接。

富氧气分配器1的入口端内设有过滤网，将富氧气压力罐9送入的富氧气中的杂质滤除。富氧气分配器1内部由四个罗茨风机10分别联接到四条输出管道上，控制各输出管道中的富氧气流量。阀门开度可远程控制。在中心风混配通道3、旋流风混配通道4、直流风混配通道5和煤风混配通道6上也各设有一个流量阀，控制进入燃烧器进风总管2中的混合气体。

本发明的优化控制系统(软件部分)根据煅烧不同的原燃料，采用不同的富氧分配方案，以达到工艺要求和富氧空气的充分利用，如果生料的易烧性好，控制温度可低一些，相应减少富氧空气的浓度，如果燃料的热值低灰份大，相应增加富氧空气的浓度，并在正常的运行中，根据当前的窑况及生料细度、煤细度、f-CaO等数据，由专家系统给出微调方案，由控制系统执行实时控制，以达到稳定窑况降低消耗的目的。

优化控制有两个要素：工况识别和处理方法，生产工况的识别由于千变万化，很难像数学、物理那样能够有一些普遍的定律，只能借助于专家经验和生产工艺的知识的结合，把一些具有一定普遍意义的实践经验与理论基础的经验性知识结合在一起来解决实际问题。在研究富氧燃烧控制的过程中，着眼点是将各通道的富氧浓度调整到当前工况所需要的最佳状态，即没有浪费富氧空气，又能满足生产工艺上的要求。优化控制系统分析的主要窑况参数有：

(1)回转窑各级煅烧的温度

包括一级筒出口温度、五级筒锥部温度、窑尾温度、二次风温度、三次风温度，判断各级温度的变化趋势，查询专家知识库，配合富氧空气量，调整分解炉和窑头的喂煤量，或者调整下料量以及蓖冷机的蓖速。

(2)废气分析(CO、O2、Nox)

废气中CO的含量和氧含量(及环保指标Nox)都可为燃烧情况提供反馈信息，通过专家系统的分析，来调整富氧空气的浓度，达到最佳的效果。

(3)煤质的判定(热值、水分、灰分、挥发份)

以煤质工业分析为主要依据，煤燃烧测试为辅。影响煤粉燃烧的主要因素有：水分、灰分、固定碳、挥发分、热值、细度等。一般来说，不同地区的煤粉，其成分是有差异的，有时差异还很大。因此在水泥生产之前，需要对煤粉的成分和性能预先分析。煤粉燃烧经历有挥发物挥发、燃烧及固定碳焦粒燃烧两个连续过程。由于前者速率很快，所以决定煤粉燃烧速率及燃尽时间的主要因素在于焦炭颗粒的燃烧速率及燃尽时间。同时，由于窑内煤粉燃烧是在高温下进行，其燃烧速率主要受边界层扩散速率控制，并且现代多通道燃烧器的出现和广泛应用，可以使窑内煤粉燃烧速率得到比较满意的控制。

由于质检部门的工业分析一天只做一次，由窑操手工录入到系统中，作为煤质判断的主要依据，为了修正实际的煤质情况，对系统的温度、喂煤量等相关参数进行测算，可修正当前燃料的变化，并由控制系统自动调整主通道的富氧空气浓度，以达到最佳的运行效果。

(4)生料的易烧性判断(KH、n、p等)

生料的易烧性决定了烧成的温度控制值，生料的化学成分、物理化学性质、矿物组成及其形态、结构以及它们的配比，都对生料的易烧性能、熟料的矿物形成和质量有着重要影响，同时也会直接关系到窑系统的生产效率和产品单位能耗等多项技术经济指标。原料成份一般有：石灰岩、泥灰岩、大理岩、白岩、海生贝壳等；粘土质原料有：粘土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩、河泥等；硅质原料有：砂岩、河砂、粉砂岩等；铝质原料有：铝矾土、煤矸石、粉煤灰等；铁质原料有：铁矿粉及硫铁尾矿渣、硫酸渣等。这些原料，由于生成条件不同，不仅化学成分、物理化学性质不同，并且其矿物组成以及矿物形态等亦有较大差异，往往对水泥的粉磨、煅烧条件都有着较大的影响。这部分数据们集中体现在生料的检验率值(Kh、n、p)上及原料的配比上，读取生料相关信息(率值、成份等)判断生料易烧性和合适的煅烧温度；间接计算烧成带温度平均值、投料量反馈值判断温度差和温度变化率。

本发明的控制系统为：其控制系统中心为一远程控制器，即计算机控制系统。在富氧气压力罐9出口处安装有富氧浓度传感器，向计算机控制系统反馈富氧气压力罐9的富氧气浓度，并通过控制富氧发生器来控制进入富氧气压力罐9的富氧气浓度。在富氧气分配器1四个罗茨风机10电路内安装有罗茨风机电流传感器及控制器，分别向计算机控制系统反馈四个罗茨风机10的运转电流，由计算机控制系统远程控制各罗茨风机10的转数，以调整进入各混配通道富氧气量。在各富氧空气输送通道中的阀门内分别安装流量传感器和流量控制器，分别向计算机控制系统反馈流量信息，并控制四个阀门的开度。

本发明的工作过程是：

由制氧机生产的浓度为80％富氧气，送入富氧气压力罐9，由富氧气通道送入富氧气分配器1。富氧气经富氧气分配器1入口端内的空气过滤网过滤后由四个罗茨风机10分别通过四条输出管道输送到四个混配通道，分别与一次风机7吹入的普通空气及煤风风机8输入的煤风混合。进入中心风混配通道3、旋流风混配通道4、直流风混配通道5的富氧空气浓度视一次风机7吹入的普通空气量和由各罗茨风机10输出的富氧气量之间配比决定，同样，进入煤风混配通道6的富氧煤风浓度是由煤风风机8与罗茨风机10输出的富氧气量之间配比决定。即：通过调节各罗茨风机10可调节进入各混配通道的富氧空气及富氧煤风的浓度。在混配通道中，普通空气与高浓度的富氧气混合后，变为浓度为(25％-45％)的富氧空气。再通过分别调节四个混配通道的流量阀门，将不同浓度和流量的富氧气及富氧煤风通过燃烧器进风总管2输送到水泥回转窑中助燃。

Claims (9)

1.用于回转窑中的多通道富氧燃烧器，其特征在于：其结构主要由富氧气分配器(1)、燃烧器进风总管(2)、一次风机(7)、煤风风机(8)和富氧气压力罐(9)组成。

2.根据权利要求1所述的富氧燃烧器，其特征在于：燃烧器进风总管(2)由相互密闭套装在一起的圆形管道组成；由外至内的密闭管道上各设有直流风混配通道(5)、送煤风混配通道(6)、旋流风混配通道(4)和中心风混配通道(3)；所述的富氧气分配器(1)是一密闭箱体，其入口端通过富氧气通道连接富氧气气源，出口端通过四条输出管道分别与燃烧器进风总管(2)上的中心风混配通道(3)、旋流风混配通道(4)、直流风混配通道(5)和煤风混配通道(6)连接；同时，中心风混配通道(3)、旋流风混配通道(4)和直流风混配通道(5)又通过各自的进风管道与一次风机(7)连接，煤风混配通道(6)通过煤风进风管道和煤风风机(8)连接。

3.根据权利要求1或2所述的富氧燃烧器，其特征在于：富氧气分配器(1)内部由四个罗茨风机(10)分别联接到四条输出管道上，控制各输出管道中的富氧气流量。

4.根据权利要求1或2所述的富氧燃烧器，其特征在于：直流风混配通道(5)、送煤风混配通道(6)、旋流风混配通道(4)均是位于燃烧器进风总管(2)侧部的树杈形圆柱管道，中心风混配通道(3)是位于燃烧器进风总管(2)前端中心的圆柱管道。

5.根据权利要求2或4所述的富氧燃烧器，其特征在于：在中心风混配通道(3)、旋流风混配通道(4)、直流风混配通道(5)和煤风混配通道(6)内各设有一个流量阀，控制进入燃烧器进风总管(2)中的混合气体。

6.根据权利要求1或2所述的富氧燃烧器，其特征在于：所述的富氧气气源是富氧气压力罐(9)。

7.根据权利要求1或2所述的富氧燃烧器，其特征在于：富氧气分配器(1)的入口端内设有过滤网。

8.根据权利要求1或2所述的富氧燃烧器，其特征在于：所述的富氧气分配器(1)是一矩形密闭箱体。

9.权利要求1或2用于回转窑中的多通道富氧燃烧器的控制系统，为：其控制系统中心为一远程控制器，即计算机控制系统；在富氧气压力罐(9)出口处安装有富氧浓度传感器，向计算机控制系统反馈富氧气压力罐(9)的富氧气浓度，并通过控制富氧发生器来控制进入富氧气压力罐(9)的富氧气浓度；在富氧气分配器(1)四个罗茨风机(10)电路内安装有罗茨风机电流传感器及控制器，分别向计算机控制系统反馈四个罗茨风机(10)的运转电流，由计算机控制系统远程控制各罗茨风机(10)的转数，以调整进入各混配通道富氧气量；在各富氧空气输送通道中的阀门内分别安装流量传感器和流量控制器，分别向计算机控制系统反馈流量信息，并控制四个阀门的开度。

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