CN101293744B - 煤粉与天然气混烧中的脉冲复合燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种煤粉与天然气混烧中的脉冲复合燃烧方法，具体是：开启回转窑使其匀速转动后，点燃天然气，待窑内温度提高到850～950℃后再喷入煤粉，当煤粉稳定燃烧使窑温达到1100～1150℃时，将天然气控制调整到时序脉冲状态；在间隔5～30秒时序脉冲控制下，天然气以脉冲状态进入回转窑，并辅助煤粉进行燃烧；燃烧所产生的热烟气输送到竖式预热器中，对矿石预热；待窑温达到1150～1200℃时，投料机开始投料，矿石在自身重力与回转窑旋转的共同作用下，向前滚动，经过高温煅烧，形成活性矿石，并且继续前行，最后滚出回转窑，经过冷却得到活性矿石；矿石是石灰石或白云石。本发明具有热效率高、传热系数大、低污染等优点。

Description

煤粉与天然气混烧中的脉冲复合燃烧方法

技术领域

本发明涉及煤粉与天然气混烧中的脉冲复合燃烧方法。特别适用于有气氛要求的高活性、低硫含量CaO、MgO的制备。

背景技术

冶金石灰、白云石的质量与其生产装备有必然联系，石灰与白云石的活性大小很大程度上取决于锻烧所用的锻烧设备。国际上生产活性石灰与白云石的窑型主要有回转窑和竖窑两大类。传统的竖式窑以块煤或木炭为燃料，窑内的温度难以达到均匀一致，因此，对活性石灰与白云石的烧成质量有较大的影响。此生产方法能耗高、热利用率低、生产周期长。而近年来出现的回转窑生产活性石灰与白云石的方法，生产石灰质量最佳，适用于大规模生产，与传统的竖式窑生产方法相比具有能耗低、热利用率高、生产周期短等特点。

回转式烧成窑是一种高效的矿石煅烧设备，其工作原理是经过烟气预热的块状矿石(石灰石、白云石)，通过投料机进入回转式煅烧室；回转式煅烧室的结构是一长度为40-55米的同心直桶体，直桶体的外部为金属壳体，内部衬有耐火材料；直桶体有一定的倾斜角度，并按一定的速率转动，以使被煅烧的块状矿石能够边煅烧、边前行；桶体的另一端设有煤粉燃烧器。进入回转窑的煤粉与助燃空气混合、燃烧，释放出热量加热物料。

目前流行的回转窑，主要以煤粉或煤气为燃料，并采用燃料的连续式喷入方式进行燃烧。若单独采用煤粉为燃料时，对煤质的要求非常高，大多数情况下需采用烟煤作为燃料。随着钢铁质量要求越来越高，对以活性石灰为代表的熔渣剂的质量也提出了更高的要求。比如活性度、含硫量等。要保证生产高质量的活性CaO、MgO，就对回转窑的工况提出了非常高的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种煤粉与天然气混烧中的脉冲复合燃烧方法，该方法利用现有的燃煤粉回转窑对普通石灰石等矿物煅烧，以期获得高质量的活性石灰与白云石等冶金用熔剂原料。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：开启回转窑使其匀速转动后，点燃天然气，待窑内温度提高到850～950℃后再喷入煤粉，当煤粉稳定燃烧使窑温达到1100～1150℃时，将天然气控制调整到时序脉冲状态；在间隔5～30秒时序脉冲控制下，天然气以脉冲状态进入回转窑，并辅助煤粉进行燃烧；燃烧所产生的热烟气被送到竖式预热器中，对矿石预热；待窑温达到1150～1200℃时，投料机开始投料，矿石在自身重力与回转窑旋转的共同作用下，向前滚动，经过高温煅烧，形成活性矿石，并且继续前行，最后滚出回转窑，经过冷却得到活性矿石；矿石是石灰石或白云石。

本发明与现有技术相比，具有以下主要的优点：

本发明提出的煤粉与天然气混烧中的脉冲复合燃烧技术，与单独燃烧煤粉的回转窑工作原理及设备结构相似，主要是对燃料系统加以改变，以便混烧煤粉与天然气，天然气的引入对促进煤粉的稳定燃烧有非常积极的作用。采用时序脉冲的方式引入天然气，这样可以利用天然气扩散速度快、燃烧温度低和易燃烧的特点，通过其助燃，带动煤粉的稳定燃烧，从而实现烧成室温度的稳定。并且具有燃烧效率高，可对煤粉的燃烧进行补充与控制，低污染的效果。

本发明提出的煤粉与天然气混烧中的脉冲复合燃烧方法，主要包含两大部分：第一部分是为保证回转窑的工况，特别是温度场的稳定，采用非常容易燃烧的天然气通过第四通道进入回转式烧成室，由于其扩散快，燃烧效率高，可对煤粉的燃烧进行补充与控制，实现高效、低污染的复合燃烧。第二部分是天然气的加入方式，采用时序脉冲式高压喷入，天然气的压力控制在2～4个大气压为佳，这样就使其一定的速度喷入，增加了火焰的刚性与扩散能力。此方式具有热效率高、传热系数大、低污染的效果。

本发明提供的煤粉与天然气混烧中的脉冲复合燃烧方法，尤其适用煅烧室为一相对密闭的回转式烧成窑，对石灰石、白云石等矿物进行煅烧，以期生产活性CaO、MgO。

本发明采用脉冲复合燃烧方法，其优越性在于燃烧效率高、污染低。由于天然气非常容易通过管路进行输送，故对天然气实行脉冲控制。而煤粉与助燃空气的喷入量可保持相对稳定。

附图说明

图1是回转式煅烧窑的结构及工作原理示意图。

图2是燃烧器8及助燃风系统示意图。

图3是燃烧器8的出口示意图。

图中：1.竖式预热器；2.投料机；3.回转式烧成室；4.测温热电偶；5.火焰；6.矿石；7.氧化钙；8.燃烧器；9.助燃空气通道；10.第一手动调节阀；11.第一电磁阀；12.恒压调节阀；13.空气供给源；14.煤粉加入通道；15.煤粉加入器；16.煤粉供给机；17.一次风机；18.助燃空气通道；19.第二手动调节阀；20.第二电磁阀；21.恒压调节阀；22.空气供给源；23.天然气通道；24.第三手动调节阀；25.第三电磁阀；26.时序脉冲控制系统；27.恒压调节阀；28.天然气。

具体实施方式

本发明提供的煤粉与天然气混烧中的脉冲复合燃烧方法，参见图1，具体是：开启回转窑使其匀速转动后，由于燃烧室内的温度较低，煤粉燃烧困难，可先点燃天然气，待窑内温度提高到850～950℃后再喷入煤粉使其燃烧，当煤粉稳定燃烧使窑温达到1100～1150℃时，将天然气控制调整到时序脉冲状态；在间隔5～30秒时序脉冲控制下，天然气以脉冲状态进入回转窑，并辅助煤粉进行燃烧；燃烧所产生的热烟气输送到竖式预热器1中，对矿石6预热；待窑温达到1150～1200℃时，投料机2开始往回转式烧成室3投料，矿石在自身重力与回转窑旋转的共同作用下，向前滚动，经过高温煅烧，形成活性矿石，并且继续前行，最后滚出回转窑，经过冷却得到活性矿石7。矿石6是石灰石或白云石。

上述的燃烧器8具有四个通道，如图2和图3所示：其中，第一通道为助燃空气通道9，第二通道为煤粉加入通道14，第三通道为助燃空气通道18，第四通道为天然气通道23。各部件的连接关系是：从第一通道到第四通道是逐层包围的同心圆，且燃料和助燃空气相互间隔，有利于它们充分混合、燃烧。在燃烧器8的四个通道中，有各自的管路通道系统；只是在该燃烧器的出口处，从四个通道引出的煤粉、天然气、助燃空气才相互混合，扩散燃烧。天然气同煤粉一道从燃烧器8的四个通道中引入到回转式烧成室3，测温热电偶4测得温度信号后，反馈给煤粉供给系统，煤粉与天然气燃烧后形成的火焰5煅烧矿石6，得到高活性的CaO或白云石等优质冶金熔剂。为避免被煅烧矿物出现低温生烧，或高温死烧的问题，对回转式烧成室3的温度进行自动控制，即通过上述的四个通道来实现温度调节，确保回转式烧成室3的温度稳定。

所述的助燃空气通道9，通过第一手动调节阀10、第一电磁阀11、恒压调节阀12、空气供给源13实现助燃空气的供给(见图2)。助燃空气是指燃料燃烧时起到助燃的作用的空气，其中的氧气与燃料产生化学反应，释放出大量的热量。通常情况下，为确保燃料完全燃烧，所提供的助燃空气量比理论空气需要量要稍大一些，即助燃空气有一个过剩量。

所述的煤粉加入通道14，可通过煤粉加入器15与煤粉供给机16，在一次风机17的作用下，实现煤粉的稳定供给(见图2)。

所述的助燃空气通道18，在天然气与煤粉之间形成一个助燃空气夹层，并通过第二手动调节阀19、第二电磁阀20、恒压调节阀21、空气供给源22实现空气供给(见图2)。

所述的天然气通道23，其天然气采用时序脉冲控制，具体过程为：经恒压调节阀27处理的天然气源，由第三手动调节阀24在点火初期起到辅助供给天然气的作用；而第三电磁阀25通过时序脉冲控制系统26控制其开或闭的时间，或处于大火及小火状态的时间，实现天然气的高压脉冲式喷入，天然气的压力控制在2～4个大气压为佳，这样就使其一定的速度喷入，可增加火焰的刚性与扩散能力。恒压调节阀27确保天然气28压力稳定。

本发明采用的回转式煅烧窑(回转窑)同现有技术，其结构如图1所示：主要包括竖式预热器1、投料机2、回转式烧成室3、测温热电偶4、燃料供给系统、助燃空气供给系统等。回转式烧成室3为一相对密闭的回转式烧成窑。

本发明根据产量的大小计算出所用燃料的量。为确保回转式烧成室3的温度稳定，特别是为实现煤粉的稳定、充分燃烧，特引入非常容易燃烧的天然气为稳定燃烧的介质，该天然气通过第四通道(天然气通道23)进入回转式烧成室3，由于其扩散快，燃烧效率高，可对煤粉的燃烧进行补充与控制，实现高效、低污染的复合燃烧。可以根据需要(如煤质情况，不同的燃烧要求、不同的温度要求和成本等)，来设定煤粉与天然气的喷入比例，按质量计一般为100∶2～30。并通过各自的管路供给系统完成。为确保燃料完全燃烧，实际助燃空气的供给量比理论需求量要大，通常情况下，空气过剩系数为1.1。

下面结合结合具体实施例对上述内容作进一步说明。

实施例1：

第一.将回转窑开启，使其匀速转动(1-1.5转/分钟)，点燃天然气，待窑内温度提高到900℃以后再喷入煤粉，当煤粉稳定燃烧后，窑温达到1150℃以上时，将天然气控制调整到时序脉冲状态。将热烟气输送到竖式预热器中，预热将被煅烧块状石灰石。

第二.待窑温达到1200℃时，投料机开始投料。石灰石在自身重力与回转窑旋转的共同作用下，向前滚动。经过高温煅烧，形成活性CaO。

第三.经过高温区煅烧后的矿石，继续前行，最后滚出回转窑，经过冷却得到活性CaO。

实施例2：

第一.将回转窑开启，使其匀速转动(1-1.5转/分钟)，点燃天然气，待窑内温度提高到900℃以后再喷入煤粉，当煤粉稳定燃烧后，窑温达到1100℃以上时，将天然气控制调整到时序脉冲状态。将热烟气输送到竖式预热器中，预热将被煅烧块状白云石。

第二.待窑温达到1150℃时，投料机开始投料。白云石在自身重力与回转窑旋转的共同作用下，向前滚动。经过高温煅烧，形成活性MgO。

第三.经过高温区煅烧后的矿石，继续前行，最后滚出回转窑，经过冷却得到活性MgO。

Claims (9)

1.一种煤粉与天然气混烧中的脉冲复合燃烧方法，其特征是开启回转窑使其匀速转动后，点燃天然气，待窑内温度提高到850～950℃后再喷入煤粉，按质量计，煤粉与天然气的喷入比例为100∶2～30，空气过剩系数为1.1，当煤粉稳定燃烧使窑温达到1100～1150℃时，将天然气控制调整到时序脉冲状态；在间隔5～30秒时序脉冲控制下，天然气以脉冲状态进入回转窑，并辅助煤粉进行燃烧；燃烧所产生的热烟气输被送到竖式预热器中，对矿石预热；待窑温达到1150～1200℃时，投料机开始投料，矿石在自身重力与回转窑旋转的共同作用下，向前滚动，经过高温煅烧，形成活性矿石，并且继续前行，最后滚出回转窑，经过冷却得到活性矿石；矿石是石灰石或白云石。

2.根据权利要求1所述的脉冲复合燃烧方法，其特征是在2～4个大气压下，将天然气调整到时序脉冲状态喷入回转窑。

3.根据权利要求1所述的脉冲复合燃烧方法，其特征是：在回转窑中，煤粉、天然气与助燃空气通过燃烧器(8)进行混合燃烧。

4.根据权利要求3所述的脉冲复合燃烧方法，其特征是所述的燃烧器(8)具有四个通道，其中：第一通道为助燃空气通道(9)，第二通道为煤粉加入通道(14)，第三通道为助燃空气通道(18)，第四通道为天然气通道(23)；从第一通道到第四通道是逐层包围的同心圆，且燃料和助燃空气相互间隔。

5.根据权利要求4所述的脉冲复合燃烧方法，其特征是助燃空气通道(9)，通过第一手动调节阀(10)、第一电磁阀(11)、恒压调节阀(12)、空气供给源(13)实现助燃空气的供给。

6.根据权利要求4所述的脉冲复合燃烧方法，其特征是煤粉加入通道(14)，通过煤粉加入器(15)与煤粉供给机(16)，在一次风机(17)的作用下，实现煤粉的稳定供给。

7.根据权利要求4所述的脉冲复合燃烧方法，其特征是助燃空气通道(18)，在天然气与煤粉之间形成一个助燃空气夹层，并通过第二手动调节阀(19)、第二电磁阀(20)、恒压调节阀(21)、空气供给源(22)实现空气供给。

8.根据权利要求4所述的脉冲复合燃烧方法，其特征是天然气通道(23)，在点火初期由第三手动调节阀(24)控制天然气的供给；在燃烧期间，通过时序脉冲控制系统(26)控制第三电磁阀(25)的开或闭的时间，以及处于大火及小火状态的时间。

9.根据权利要求8所述的脉冲复合燃烧方法，其特征是天然气通道(23)，由恒压调节阀(27)控制天然气的压力。