CN102032565B - 一种煤粉燃烧器及使用该煤粉燃烧器的水泥回转窑 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种煤粉燃烧器和具有该煤粉燃烧器的水泥回转窑，所述煤粉燃烧器包括热源和维持内部煤粉气流具有预定过量空气系数的内燃室，热源位于内燃室内，内燃室具有进料口，长筒状的燃烧段和出火口，进料口与煤粉管道相通，出火口与水泥回转窑的煅烧腔相通；热源点燃通过内燃室的煤粉。本发明提供的煤粉燃烧器能够消除煅烧腔内的煤粉黑火头，获取性能更优的煤粉火焰，提高煤粉燃烧效率和煅烧熟料的质量；可以通过不消耗燃油的方式保持内燃室内煤粉燃烧，简化煤粉燃烧器的结构，降低水泥回转窑的制造成本和运行成本；同时，内燃室内维持预定过量空气系数，使煤粉在内燃室内进行还原性燃烧，能够降低燃料型氮氧化物的生成量和排放量。

Description

一种煤粉燃烧器及使用该煤粉燃烧器的水泥回转窑

技术领域

本发明涉及一种水泥生产设备，尤其涉及一种水泥回转窑用的煤粉燃烧器，还涉及一种具有该煤粉燃烧器的水泥回转窑。

背景技术

当前，水泥回转窑是当前水泥工业最重要的设备，水泥回转窑的工作过程包括启动阶段和正常燃烧阶段。在启动阶段，首先用燃油火焰烘烤水泥回转窑的煅烧腔，待煅烧腔的温度升高到预定程度后投入煤粉，使燃油和煤粉混合，在煅烧腔内的温度达到煤粉着火点，煤粉被点燃后，启动阶段结束，水泥回转窑进入正常燃烧阶段。在正常燃烧过程中，通过煤粉燃烧器进入煅烧腔内的煤粉依靠煅烧腔内的辐射热着火并燃烧。

为了在水泥回转窑内获得合适的煤粉火焰，当前主要通过煤粉燃烧器向水泥回转窑的煅烧腔内输送一次风和煤粉；由于在煅烧腔中煤粉火焰的性能(包括形状、刚性和长度等)直接影响水泥回转窑的能量消耗、熟料质量、耐火砖及窑体的使用寿命，还会影响水泥回转窑氮氧化物的排放量。因此，煤粉燃烧器是水泥回转窑的关键设备，它使用的煤粉燃烧器经历了从单通道到多通道的发展过程。

根据《水泥工程》2004年第3期“四通道回转窑燃烧器的开发、研制与应用”公开的内容，到目前，水泥回转窑的煤粉燃烧器共有四代产品，分别是单通道燃烧器、三通道燃烧器、第三代燃烧器和四通道燃烧器。从煤粉燃烧器发展过程看，煤粉燃烧器技术发展的基本目的在于获得适合性能的煤粉火焰。当前，四通道燃烧器通过四个通道向煅烧腔提供一次风，通过对各通道风速和风量的控制获得预定的煤粉火焰性能，并通过供给二次风使煤粉进行继续燃烧，使煤粉释放出热量，满足水泥回转窑煅烧工艺的要求。另外，该文章中还公开了降低水泥回转窑氮氧化物排放量的技术措施，即通过在煅烧腔内营造还原性反应区来降低燃料型氮氧化物的生成量。

虽然现有技术中提供的煤粉燃烧器能够获得相应性能的煤粉火焰，保证水泥回转窑煅烧的需要，但也存在以下技术问题：

第一，在正常燃烧阶段，煤粉的燃烧依靠煅烧腔壁面的辐射热和高温的二次风着火、燃烧，为了使煤粉尽快燃尽，必须提高含煤粉气流的推力，以使煤粉在获得高温辐射的同时，快速地和高温二次风混合；但即使推力足够大，煤粉喷出煤粉燃烧器后还是需要一定的时间才能燃烧，这就使得煅烧腔内火焰根部产生黑火头；黑火头的存在一方面造成了燃烧空间的浪费，另一方面降低了后期正常燃烧火焰的刚性。

煤粉燃烧器的推力主要依靠高速的轴流风和旋流风获得，推力的大小与空气质量与速度的乘积成正比，因为轴流风和旋流风吹入的空气均为冷风，因此，为了提高热效率，就要减小轴流风和旋流风的供入量，尽量多的使用高温的二次风为燃烧提供氧气；因此，在轴流风和旋流风供气量受限的情况下，为了提高推力，需要轴流风和旋流风提高速度，但过高的速度会使得煤粉燃烧器的磨损加剧，能耗过高。

由此可见，现有技术中，煤粉燃烧器的性能进一步提升受到了限制，为了使水泥回转窑运行过程中，煤粉喷出提前着火，当前人们主要从降低煤粉的着火热和提高着火供热两方面入手采取措施。

降低煤粉的着火热主要通过改善燃用的煤种和降低煤粉细度来实现。前者主要包括用高挥发分、低灰分的煤粉作燃料，这会增加了燃煤的成本；后者使用先进的磨煤机降低煤粉细度，这不可避免地会增加了磨煤电耗及其设备的成本。

提高着火供热的技术措施主要包括：改变煤粉燃烧器一次风流动的组织或方向，强化着火供热，改善煤粉的着火性能；提高一次风煤粉与煅烧腔内高温烟气的接触面积和热质交换强度。以下以一个具体实例说明一种提高着火供热方式的技术方案。

该实例中，水泥回转窑包括一个预燃室煤粉燃烧器和水泥回转窑本体，水泥回转窑本体形成煅烧腔。请参考图1，该图为现有技术中，预燃室煤粉燃烧器的结构示意图。该煤粉燃烧器包括一次风管1、轴向旋流叶片2、预燃室3、预燃室出口4，预燃室出口4与水泥回转窑的煅烧腔(图中未示出)相通。上述结构的煤粉燃烧器的工作原理是：煤粉气流通过一次风管1、经过轴向旋流叶片2形成的一次风旋转气流，送入圆筒形预燃室3，在一次风进口处的圆锥形端盖的作用下，把受限的一次风旋转气流引向周向壁面，并在预燃室3中央形成一个很大的回流区，该回流区具有相应的负压。在预燃室3内回流区的负压作用下，预燃室3外、煅烧腔中的高温烟气通过预燃室出口4回流到一次风根部，并将进入预燃室3的煤粉点燃，实现水泥回转窑的预燃，点燃后的煤粉再进入煅烧腔内燃烧。

上述技术措施虽然能够通过提高着火供热的方式实现煤粉提前着火，但因为该方式需要依靠卷吸煅烧腔中的高温烟气来实现，这就要求煤粉燃烧器的出口面积较大，显然无法保证火焰的刚性，使得火焰喷出柔软无力，无法快速的与高温二次风混合，使得后期燃烧困难；另外，由于刚性较差，无法满足水泥回转窑对火焰形状的要求。

另外，在申请人研发过程中，还查阅到中国专利文献CN2580304Y公开的一种生产成本低、燃烧完全、直喷式的碳粉燃烧机，该碳粉燃烧机设置于沥青拌合槽、石料干燥炉或焚化炉等需作大量干燥或焚化的机具或设备前方，能够喷出火焰，以实现对其他物品的焚烧或加热。为了避免燃烧液态燃料造成的成本高，燃烧不完全的不足，该碳粉燃烧机以碳粉作为燃料。该碳粉燃烧机包括本体、点火器和网状的火种拦截器；本体内形成强制引燃内燃室，强制引燃内燃室末段具有进气孔，以使空气进入强制引燃内燃室中；点火器包括电击棒、外环管和燃气管，碳粉通过外环管进入强制引燃内燃室中，燃气通过燃气管进入强制引燃内燃室中，电击棒用于点燃燃气；火种拦截器位于靠近强制引燃内燃室的出口位置。该碳粉燃烧机的工作过程包括两个阶段，第一个阶段是点火启动阶段，在该阶段，电击棒点燃燃气，燃气再将碳粉点燃，在强制引燃内燃室燃烧；点燃后的碳粉通过火种拦截器向外喷出，同时，部分碳粉附着在火种拦截器上，形成碳粉火种，在附着在火种拦截器上的碳粉火种达到一定量时，进入正常运行阶段。在正常运行阶段，通过外环管进入强制引燃内燃室的碳粉由附着在火种拦截器上的碳粉火种点燃，并在外燃室进行完全、充分地燃烧，进而提供足够的热量，保证喷出火焰的强度，实现对其他物品的焚化。该技术方案通过火种拦截器获得足够的火种，以提供足够的供热，使碳粉保证持续燃烧；由于碳粉在强制引燃内燃室进行完全燃烧，碳粉的热量在强制引燃内燃室释放，因此，无法在水泥回转窑上应用。

第二，在现有技术中，为了提高煤粉的燃烧效率，煅烧腔中需要保持较高的温度和较高的氧气浓度。在这种情况下，煤粉中的氮元素很容易与氧反应生成氮氧化物，因此使水泥回转窑的氮氧化物生成量较大，降低了水泥回转窑的环保性能。

煤是复杂的高分子碳氢化合物，其主要成分为：碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分，其中氮元素含量约为0.5％-2.5％。煤中的氮元素在燃烧过程中的化学变化十分复杂，燃烧前期主要转化成NHi(i＝0，1，2)、HCN等还原性中间产物和氮氧化物；燃烧后期部分还原性中间产物会与已产生的氮氧化物反应生成N2，其余的中间产物继续与氧反应生成更多的燃料型氮氧化物；在煤粉燃烧过程中，由是煤中的氮元素在高温火焰中发生热分解生成燃料型氮氧化物，燃料型氮氧化物约占全部煤粉燃烧过程中氮氧化物生成量的75％-90％。且研究发现：燃料型氮氧化物的生成量主要与氧的浓度有关，在很大的范围内几乎与温度无关。燃烧过程中，氧气补充越及时，氧量越充足，煤中氮元素转化成氮氧化物的比例就越大；相反，在缺氧条件下，更容易产生还原性中间产物，且最终产生的燃料型氮氧化物的量也相对较少。

为了减少水泥回转窑的氮氧化物排放量，当前采用的方法主要有两种：一是在煤粉燃烧产生氮氧化物之后，在这些氮氧化物随烟气排出水泥回转窑尾部烟道进入烟囱之前，依靠专门的氮氧化物吸收设备对氮氧化物进行吸收和还原，使其转化为其他物质，中国专利文献CN1439450就公开了一种与此相似的技术方案；二是低氮氧化物燃烧技术，即减小煤中的氮元素与空气中的氧反应的可能，从而抑制燃烧过程中氮氧化物的产生，中国专利文献CN101050853就公开了一种减少氮氧化物产生量的技术方案。

传统的低氮氧化物燃烧技术是在煤粉的着火初期尽可能地营造还原性反应来实现，因为煤粉着火初期的挥发分燃烧阶段是最易产生氮氧化物的阶段，控制了该阶段燃烧时的氧量，就能控制总体的氮氧化物排放量，控制的措施是依靠旋流风将煤粉和高温的二次风隔开，以延缓混合。但因煅烧腔内的流体工况复杂，即使采取了这种措施，也无法阻止煤粉和高温的二次风的混合，效果也非常有限。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的第一个目的在于提供一种水泥回转窑用的煤粉燃烧器，消除煅烧腔内形成的煤粉黑火头，获取性能更优的煤粉火焰，提高水泥熟料的质量；同时降低氮氧化物的生成量，提高水泥回转窑的环保性能。

第二个目的在于提供一种具有上述煤粉燃烧器的水泥回转窑，以获取性能更好的煤粉火焰，提高水泥回转窑的使用性能。

为了实现上述第一个目的，本发明提供的煤粉燃烧器包括热源和维持内部煤粉气流具有预定过量空气系数的内燃室，所述热源位于内燃室内，所述内燃室具有进料口、长筒状的燃烧段和出火口，所述进料口与煤粉管道相通，所述出火口与水泥回转窑的煅烧腔相通；所述热源能够点燃通过内燃室的煤粉，并使煤粉在内燃室内进行还原性燃烧；所述内燃室还包括与所述燃烧段后端相接的出口缩小段，所述出口缩小段的截面积小于燃烧段的截面积；所述出口缩小段后端的截面积小于前端的截面积；所述出口缩小段的截面积逐渐减小；所述内燃室还包括与出口缩小段后端相接的出口调整段；所述出口调整段前端的截面积和后端的截面积相等。

优选地，所述热源为持续性热源，以持续性地点燃煤粉。

优选地，所述内燃室包括与燃烧段前端相接的入口放大段，所述入口放大段的截面积小于燃烧段的截面积。

优选地，在煤粉流动方向上，所述入口放大段的截面积逐渐增加。

为了实现上述第二个目的，本发明提供的水泥回转窑包括由窑体形成的煅烧腔，还包括上述任一种煤粉燃烧器，所述煤粉燃烧器安装于水泥回转窑的窑体上；所述内燃室中被点燃的煤粉通过所述出火口进入所述煅烧腔中，以使煤粉在所述煅烧腔中继续燃烧。

本发明提供的煤粉燃烧器包括内燃室和热源，该内燃室具有适当的长度和截面，热源设在内燃室内，以点燃煤粉，使煤粉在内燃室内进行还原性燃烧；燃烧的煤粉再通过出火口进入煅烧腔内燃烧，以满足水泥回转窑煅烧工艺的需要。本发明提供的煤粉燃烧器具有以下技术效果：

第一，在水泥回转窑启动结束、正常燃烧阶段，煤粉在内燃室内被提前点燃，并通过出火口进入煅烧腔；从出火口喷出的煤粉部分已经气化，部分正在燃烧。这样就能够消除煅烧腔内的煤粉黑火头，有利于煤粉在煅烧腔内均匀燃烧和放热，保证煤粉火焰的稳定性，满足水泥回转窑煅烧工艺的需要，提高水泥回转窑耐火砖的使用寿命。

第二，由于内燃室中维持预定过量空气系数，可以使内燃室内的过量空气系数保持远小于1。在煤粉通过进料口进入内燃室后，热源将煤粉点燃，内燃室内形成高温、缺氧的强还原性气氛。在这种强还原性气氛下，煤粉中的碳无法与足够的空气进行反应，因此只能进行不充分的还原性燃烧。还原性燃烧的结果是：生成的碳化物以一氧化碳为主；同时，由于没有足够的氧同煤中的氮元素结合，因此，煤中的氮元素倾向于与氢、碳等反应，转化为NHi(i＝0，1，2)、HCN等还原性中间产物和氮氧化物。还原性中间产物与部分已生成的氮氧化物继续反应，生成氮气，最终使较多的氮元素转化成氮气。煤粉在煤粉燃烧器内燃室内燃烧后，形成的煤粉火焰喷入水泥回转窑的煅烧腔中继续燃烧，完成整个燃尽过程。这样，煤粉在内燃室内的燃烧不仅能够为后续煅烧腔内的燃烧提供着火基础和燃烧条件，满足水泥回转窑煅烧腔内稳定燃烧的需要；在煤粉进入煅烧腔时，还能够减少煅烧腔燃烧过程中燃料型氮氧化物的生成量。由于水泥回转窑的氮氧化物排放量中，大部分为燃料型氮氧化物，因此，可以大幅度地降低水泥回转窑的氮氧化物总的排放量，提高水泥回转窑的环保性能。

第三，在水泥回转窑的启动阶段，可以通过不消耗燃油的方式保持内燃室内的煤粉燃烧，进而提高煅烧腔内的温度；因此，不需要燃油烘烤煅烧腔，也不需要使燃油与煤粉混烧，可以将煤粉燃烧器的燃油输送管省去，简化煤粉燃烧器的结构，降低水泥回转窑的制造成本和运行成本；另外，由于煅烧腔内不存在煤粉与燃油的混燃阶段，可以避免燃油与煤粉抢风和爆燃，使煅烧腔内煤粉火焰燃烧更加稳定，满足水泥回转窑煅烧工艺的要求。

在进一步的技术方案中，为了保证煤粉持续的还原性燃烧，最大程度地抑制燃料型氮氧化物的生成，所述热源为可持续性的，从而能够持续不断地将煤粉提前点燃，使尽可能多的煤粉在这种抑制燃料型氮氧化物生成的缺氧环境中进行还原性燃烧，进而使煤粉中的氮元素大量向氮气转化，最终实现抑制燃料型氮氧化物生成的目的。

在进一步的技术方案中，由于内燃室还包括与燃烧段前端相接的入口放大段，且入口放大段的截面积小于燃烧段的截面积。在煤粉从入口放大段进入燃烧段时，由于截面积扩大，其流速会相应减小，这样可以使煤粉在具有预定长度的内燃室中停留较长的时间，并从热源及已着火的煤粉放出的热量中吸收更多的热量，为煤粉的气化提高基础，进一步地为煤粉在煅烧腔更充分地燃烧提供条件。

在进一步的技术方案中，入口放大段的截面积逐渐增加，这样能够保持煤粉流动的平稳性、煤粉火焰的均匀性，减少气流的涡流、降低流动阻力，提高煤粉燃烧器的整体性能。

在进一步的技术方案中，在燃烧段之后设出口缩小段，所述出口缩小段的截面积小于燃烧段的截面积，再加上内燃室空气受热膨胀的作用，能够大幅度地提高进入水泥回转窑煅烧腔的煤粉火焰的流动速度，提高进入水泥回转窑煅烧腔煤粉火焰的刚性，满足煅烧腔燃烧组织的要求；同时，在燃烧段没有燃烧的煤粉能够在出口缩小段被导入煤粉火焰中心，加速煤粉燃烧和煤粉的气化。

在进一步的技术方案中，出口缩小段的截面积逐渐减小，这样能够保持煤粉火焰流动的平稳性、煤粉火焰的均匀性，减少煤粉火焰的涡流和煤粉的结焦。

在进一步的技术方案中，所述内燃室还包括与出口缩小段后端相接的出口调整段，出口调整段能够进一步地规整煤粉火焰在断面上的速度分布，提高煤粉火焰速度，提高煤粉火焰的刚性。

本发明提供的具有该煤粉燃烧器的水泥回转窑，煤粉首先在煤粉燃烧器的内燃室内进行燃烧，燃烧的煤粉再进入水泥回转窑的煅烧腔内继续进行燃烧，保证煅烧腔内煤粉火焰的刚性和形状，满足火水泥回转窑煅烧工艺的需要。而且，在内燃室中，煤粉进行不完全的、还原性燃烧能够使煤粉中的氮元素主要转化为氮气，降低进入煅烧腔的未燃尽煤粉中的氮元素含量；这样，能够减少煅烧腔燃烧过程中燃料型氮氧化物的生成量，因此，本发明提供的水泥回转窑能够大幅度地降低氮氧化物的排放量。

附图说明

图1为现有技术中，预燃室煤粉燃烧器的结构示意图；

图2为实施例一提供的煤粉燃烧器的结构示意图；

图3为实施例二提供的煤粉燃烧器的结构示意图；

图4示出了实施例二的另一种结构的煤粉燃烧器的结构示意图；

图5示出了实施例三提供的煤粉燃烧器的结构示意图；

图6为实施例三中内燃室的煤粉火焰传播的示意图；

图7为实施例四提供的煤粉燃烧器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，本部分描述仅仅是为了详细说明本发明提供的技术方案，具体的描述顺序和用语不应当形成对本发明保护范围的任何限制。

本文件所说的截面是指与煤粉流动方向相垂直的断面；并以煤粉流动方向为参照，靠近内燃室进料口位置为前，远离内燃室进料口的位置为后。

实施例一：

请参考图2，该图为实施例一提供的煤粉燃烧器的结构示意图。该煤粉燃烧器包括火源200和内燃室100，内燃室100具有进料口101和出火口102，进料口101和出火口102之间形成燃烧段。本例中，煤粉燃烧器还包括过渡管道300，过渡管道300与煤粉管道相通，火源200从过渡管道300中伸入内燃室100中。

过渡管道300通过进料口101与燃烧段相通，以将煤粉引入燃烧段中。在煤粉流动方向上，所述内燃室100具有合理的长度和截面积，并能够维持内部煤粉气流具有预定过量空气系数；这里的过量空气系数是指，燃烧1kg煤粉时实际供入内燃室100的空气量与完全燃烧1kg煤粉时所需的理论空气量的比值。可以理解，维持预定过量空气系数的方式可以是限制一次风中空气与煤粉的比例，保持较高的一次风煤粉浓度。过量空气系数与煤种有关：煤的水分越大，过量空气系数越大，煤的灰分越大，过量空气系数越小；反之，煤的水分越小，过量空气系数越大，煤的灰分越小，过量空气系数越大；通过简单的试验，就可以确定适合的过量空气系数，获得最优的技术效果。过量空气系数可以在0.15-0.45之间，这样就可以实现在煤粉最早着火的内燃室100内形成强烈的还原性气氛的目的，从而有效地抑制了氮氧化物的生成。火源200将通过内燃室100的煤粉点燃，使煤粉首先在内燃室100内进行还原性燃烧，然后，燃烧的煤粉再以煤粉火焰的形式进入水泥回转窑的煅烧腔内进行燃烧，满足水泥回转窑煅烧工艺的需要。

利用本例提供的煤粉燃烧器能够产生以下技术效果：

第一，在水泥回转窑启动结束、正常燃烧阶段，煤粉在内燃室100内被点燃，并通过出火口102进入煅烧腔的继续燃烧，从出火口102喷出的煤粉部分已经气化，部分正在燃烧。这样，一方面能够消除或缩短煅烧腔内的煤粉黑火头的长度，有利于煤粉火焰在煅烧腔内均匀燃烧和放热，保证煤粉火焰的稳定性，满足水泥煅烧的工艺需要，提高水泥回转窑耐火砖的使用寿命；另一方面有利于二次风与煤粉混合，使煤粉能够在煅烧腔中充分燃烧，提高煤粉的燃烧效率，降低水泥回转窑的运行成本。

第二、在内燃室100内维持预定过量空气系数，可以使过量空气系数远小于1。为了实现内燃室100内煤粉燃烧的连续性，所述火源200可以持续地保持在内燃室中，并持续性地将进入内燃室100的煤粉点燃。煤粉在过量空气系数为0.15-0.45的内燃室100中进行不充分的还原性燃烧，释放出一定的热量。在适当的高温作用下，煤粉中的氮有机化合物首先被热分解转化成NHi(i＝0，1，2)、HCN等还原性中间产物和氮氧化物。还原性中间产物与已生成的氮氧化物反应生成氮气。这样，一方面，煤粉在内燃室100内不充分的还原性燃烧能够提高煤粉的气化程度，为煤粉在煅烧腔内燃烧提供条件；另一方面，煤粉在内燃室内的还原性燃烧能够使煤粉中的氮元素转化为氮气，最终减小水泥回转窑燃料型氮氧化物的生成量和排放量。

第三，在水泥回转窑的启动阶段，不需要燃油烘烤煅烧腔，也不需要使燃油与煤粉混烧，可以通过不消耗燃油的方式保持煤粉在内燃室100内燃烧，因此可以将煤粉燃烧器的燃油输送管省去，简化煤粉燃烧器的结构，降低水泥回转窑的制造成本和运行成本；另外，由于在煅烧腔内不存在煤粉与燃油的混燃阶段，可以避免燃油与煤粉抢风和爆燃，使煅烧腔内的煤粉燃烧更加稳定，使煤粉火焰能够更好地满足水泥回转窑煅烧工艺的需要。

第四，煤粉在内燃室100内燃烧能够使内燃室内的空气受热膨胀，增加出火口的煤粉火焰的流动速度，从而使进入煅烧腔的煤粉火焰具有较大的刚性，更有利于满足水泥回转窑的煅烧需要。

可以理解，煤粉在燃烧室100内的缺氧环境中停留的时间越长，从热源200处吸收的热量就越多，越容易着火并大量地进行燃烧，在还原性气氛下，能够促进煤粉的还原性燃烧，降低煤粉中的氮元素含量，进而降低燃料型氮氧化物的生成量。为延长煤粉在内燃室100内的停留时间，可以增加内燃室100的长径比，也可以通过增加煤粉通过的距离。在不改变内燃室100的截面积和长度的情况下，还可以通过改变煤粉的流动速度实现；为了降低煤粉的流动速度，本发明实施例二就提供了另一种结构的煤粉燃烧器。

实施例二：

请参考图3，该图为实施例二提供的煤粉燃烧器的结构示意图。在实施例一的基础上，所述内燃室100包括燃烧段120和与燃烧段120前端相接的入口放大段110，进料口101位于入口放大段110与过渡管道300的交会处。如图所示，入口放大段110的截面积小于燃烧段120的截面积。在煤粉从截面积较小的入口放大段110进入截面积较大的燃烧段120时，煤粉的流速会相应减小。这样，在内燃室100长度没有改变的情况下，流速低的煤粉需要更长时间到达出火口102，从而延长了煤粉在内燃室100内的停留时间，使尽可能多的煤粉进行还原性燃烧，使煤粉中尽可能多的氮元素转化成氮气，抑制燃料型氮氧化物的产生。

所述内燃室100的出火口102用于将点燃的煤粉引出，并引入到水泥回转窑的煅烧腔中，在煅烧腔内使煤粉进行充分燃烧。

可以理解，火源200不限于持续性点燃煤粉，在维持内燃室100内适当的过量空气系数时，煤粉也可以在被点燃后保持燃烧，因此火源200也可以仅在冷态启动时点燃煤粉；在煤粉保持燃烧时间较短时，火源200也可以为间断式火源200，即以预定的时间产生火花点燃煤粉，以使内燃室100内的煤粉保持燃烧。点燃煤粉不限于火源200，也不限于通过产生火花的方式点燃煤粉，也可以是能够产生足够的热量的热源，只要热源产生的热量足以达到煤粉的着火点，就能够实现点燃煤粉的目的。热源可以是中国专利文献CN201134973公开的等离子发生器，CN1815084公开的气化高效节能点火器等等，但不限于此两种热源。另外，可以根据实际需要，调整火源200的位置，以调整煤粉提前燃烧的时间，从而调整煤粉火焰的性能和流动速度。

可以理解，实施例二提供的煤粉燃烧器中，虽然能够延长煤粉在内燃室100内停留的时间，但在入口放大段110和燃烧段120之间由于存在直角结构，该结构容易使煤粉受到涡流和死区的影响，产生积粉的问题。为此，还可以将入口放大段110设置为截面积渐变的结构。如图4所示，该图示出了实施例二的另一种结构的煤粉燃烧器的结构示意图。该煤粉燃烧器包括与燃烧段120前端相接的入口放大段110，该入口放大段110的纵向剖面为锥形结构，在煤粉流动方向上，所述入口放大段110的截面积逐渐增加；这样，在煤粉流动过程中，进入燃烧段120的煤粉的流速逐渐减小；可以理解，入口放大段110的纵向剖面也不限于为锥形结构，也可以是其他截面积渐变的其他结构；还可以根据实际需要设置入口放大段110的截面积，以调整煤粉火焰的流动速度。

实施例三：

可以理解，在内燃室100内点燃的煤粉以煤粉火焰的形式通过出火口102进入到水泥回转窑的煅烧腔时，为了使煤粉火焰具有较高的刚性，使煤粉火焰的流动速度适应水泥回转窑煅烧腔整体的燃烧组织，还可以在内燃室100内设出口缩小段。如图5所示，该图示出了实施例三提供的煤粉燃烧器的结构示意图，该煤粉燃烧器还具有与燃烧段120后端相接的出口缩小段130；同样为了保证煤粉火焰流速改变时的相对稳定性，在煤粉火焰流动方向上，出口缩小段130的截面积逐渐减小，其后端截面积小于其前端的截面积，以使煤粉火焰的流速逐渐增加。当然也可以将出口缩小段130做成纵向截面为直角的结构，只要是其截面积小于燃烧段120的截面积就能够实现增加煤粉火焰流动速度，改善煤粉火焰性能的目的；同时，在燃烧段120没有燃烧的煤粉能够在出口缩小段130被导入煤粉火焰中心，加速煤粉燃烧和煤粉的气化。

本例中出火口102煤粉火焰的速度增加得益于两个因素，一是由于出口缩小段130通流截面减小而增加，二是内燃室100内空气膨胀而增加；这两个因素的作用使进入煅烧腔的煤粉火焰的流速提高很多。可以理解，调整出口缩小段130的截面积的大小，可以调整进入水泥回转窑煅烧腔的煤粉火焰速度，满足水泥回转窑实际工艺的需要。

参考图6，图6为实施例三中内燃室的煤粉火焰传播的示意图。本例中，内燃室100的截面为圆形，点火源200位于内燃室100的中心线上；从图6可以看出，从火源200开始，煤粉火焰从进料口101向出火口102传播，并从出火口102喷入煅烧腔中。由于火源200基本位于内燃室100的中心线上，因此，可以保证煤粉燃烧的均匀性；均匀燃烧能够保证尽可能多的煤粉参与燃烧，为煤粉在煅烧腔内的继续燃烧提供更有利的条件；，煤粉在内燃室100中进行还原性燃烧可以使煤粉中尽可能多的氮元素转化为氮气，从而抑制燃料型氮氧化物产生。同时，更多的煤粉参与燃烧和燃烧的均匀性，还可以避免或减少煤粉结焦的发生。可以理解，实现上述目的不限于上述具体结构，内燃室100截面可以是其他形状，比如说，可以是方形，多边形或椭圆形等等形状；在保持火源200在内燃室100中心处时，就可以使尽可能多的氮有机化合物转化为氮气排出。

在煤粉通过进料口101进入内燃室100时，气流会对火源200产生相应的冲击，这种冲击会影响火源200自身的燃烧；进一步地，受到冲击影响的火源200会影响其点火性能，降低点火的可靠性。为了保证火源200点火的可靠性，可以加强火源200强度，从而减小气流冲击对火源200点火性能的影响；同时，还可以通过调整火源200的强度，调整煤粉火焰的燃烧的强度及煤粉火焰性能，以满足水泥回转窑煅烧工艺的需要。

实施例四：

由于出口缩小段130通过减少通流截面的方式，提高煤粉火焰的流动速度，不可避免地会使煤粉火焰产生紊流；产生紊流的煤粉火焰可能会对水泥回转窑的煅烧造成不利影响。为了使进入煅烧腔的煤粉火焰能够满足煅烧工艺需要，本发明实施例四还提供了另一种结构的煤粉燃烧器。请参考图7，该图为实施例四提供的煤粉燃烧器的结构示意图。

实施例四中，内燃室100不仅包括前后相接的入口放大段110、燃烧段120和出口缩小段130，还包括与出口缩小段130后端相接的出口调整段140。出口调整段140的功能在于：对从出口缩小段130喷出的煤粉火焰进行调整，以使进入煅烧腔内煤粉火焰性能符合水泥回转窑煅烧工艺的需要。本例中，出口调整段140为两端等截面积的筒形；为了满足实际需要，也可以将出口调整段140的设置为其他具体形状。由于煤粉燃烧器具有出口缩小段130和出口调整段140；进入煅烧腔内的煤粉火焰具有较优的性能，能够满足水泥回转窑煅烧工艺的需要，不需要单独配备轴向外净风，进而能够减少水泥回转窑的操作过程。在煤粉燃烧器内燃室110具有合适的结构的情况下，本发明的其他实施例提供的煤粉燃烧器中，从出火口102喷出的煤粉火焰也可以不需要单独配备轴向外净风。

在提供上述煤粉燃烧器的基础上，还提供了一种水泥回转窑，提供的水泥回转窑包括煅烧腔，还具有上述的煤粉燃烧器，煤粉燃烧器内燃室100的出火口102与水泥回转窑的煅烧腔相通，以将燃烧的煤粉以煤粉火焰的形式引入煅烧腔中，使煤粉在煅烧腔内进一步燃烧，消除煅烧腔的黑火头。

根据背景技术中的描述，现有技术中，降低水泥回转窑氮氧化物的技术措施是在煅烧腔中营造还原性反应区来控制燃料型氮氧化物的生成量。与现有的降低氮氧化物的技术不同，本发明提供的实施例中，煤粉首先在上述煤粉燃烧器的内燃室100中进行不完全的还原性燃烧；然后，再进入水泥回转窑的煅烧腔中继续燃烧；此时，可以通过供入二次风的方式在水泥回转窑煅烧腔中形成氧化性气氛，使煤粉进行充分燃烧，提高水泥回转窑的燃烧效率。由于在煤粉在还原性燃烧过程中，煤粉中的氮元素已经转化为氮气，因此，能够减少煤粉在煅烧腔燃烧时燃料性氮氧化物的生成量，最终减少水泥回转窑氮氧化物的排放量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，也可以上述具体实施方式的进行组合，这些改进、润饰及组合形成的技术方案也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种煤粉燃烧器，其特征在于，包括热源和维持内部煤粉气流具有预定过量空气系数的内燃室，所述热源位于内燃室内，所述内燃室具有进料口、长筒状的燃烧段和出火口，所述进料口与煤粉管道相通，所述出火口与水泥回转窑的煅烧腔相通；所述热源能够点燃通过内燃室的煤粉，并使煤粉在内燃室内进行还原性燃烧；所述内燃室还包括与所述燃烧段后端相接的出口缩小段，所述出口缩小段的截面积小于燃烧段的截面积；所述出口缩小段后端的截面积小于前端的截面积；在煤粉流动方向上，所述出口缩小段的截面积逐渐减小；所述内燃室还包括与出口缩小段后端相接的出口调整段，所述出口调整段前端的截面积和后端的截面积相等。

2.根据权利要求1所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述热源为持续性热源，以持续性地点燃煤粉。

3.根据权利要求1或2所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述内燃室包括与燃烧段前端相接的入口放大段，所述入口放大段的截面积小于燃烧段的截面积。

4.根据权利要求3所述的煤粉燃烧器，其特征在于，在煤粉流动方向上，所述入口放大段的截面积逐渐增加。

5.一种水泥回转窑，包括由窑体形成的煅烧腔，其特征在于，还包括权利要求1至权利要求4中任一项所述的煤粉燃烧器，所述煤粉燃烧器安装于水泥回转窑的窑体上；所述内燃室中被点燃的煤粉通过所述出火口进入所述煅烧腔中，以使煤粉在所述煅烧腔中继续燃烧。

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