CN102072648A - 一种无焰燃烧环形套筒窑 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无焰燃烧环形套筒窑，属于煅烧设备技术领域。其窑壳与上、下内套筒之间形成环形通道；下内套筒的上、下燃烧室外端分别安装烧嘴；烧嘴出口一侧的燃烧室上装有切向喷射器；上内套筒的上端经换热器后排出，下端开口与环形通道连通；下内套筒的上端封闭，下端开有与环形通道连通的循环气体入口；喷射器具有锥端驱动空气喷管和循环气体入口；下内套筒的冷却夹层下端与冷却空气源连通，上端通往烧嘴的燃气进口；下内套筒的上端经循环气体管通往喷射器烧嘴驱动空气喷管旁侧的循环气体入口。采用本发明后，可实现无焰燃烧，使燃烧室温度均匀，提高煅烧效率，并且降低能耗，减少有害物质排放。

Description

一种无焰燃烧环形套筒窑

技术领域

本发明涉及一种环形套筒窑，尤其是一种无焰燃烧环形套筒窑，属于煅烧设备技术领域。

背景技术

检索发现，US4431407美国专利公开了一种环形套筒窑，用于煅烧块状的石灰石、白云石和类似的物料。其基本工作过程为：物料从窑顶加入窑底排出，历经预热带、上部煅烧带、底部煅烧带和冷却带。冷却空气从冷却带底部进入流向下部煅烧带，上部和下部煅烧带有燃烧室，燃烧室内安装有烧嘴，烧嘴均匀地分布在窑壳周围。该窑包括一个内套筒，在煅烧带和冷却带与窑壳共同组成环形竖窑结构，环形套筒窑进一步可分为上部燃烧室和下部燃烧室，窑的底部位于冷却带，顶部位于煅烧带，到上部煅烧带的烧嘴顶部为止，窑的上部燃烧室有循环气体开口并与冷却带的上部相邻，循环气体入口可吸入来自冷却带的冷却空气和来自下部煅烧带的部分燃烧废气，吸入后的混合气体可流向上部燃烧室。该窑包括将混合气体引入到下烧嘴燃烧室的设备，并对下燃烧室进行改进，从内套筒底部进行密封。下燃烧室有冷却空气通道，该通道位于循环气体通道下部，用于收集到达冷却带上部的冷却空气，引风机将冷却空气通过冷却空气通道吸入到下部燃烧室，然后将冷却风引入到上部煅烧带的燃烧室内。该吸入方式包括位于下煅烧带燃烧室上方的喷射器，将窑上部的经压缩预热的可调炉气和一次空气引入喷射器内，进而在下部煅烧带形成非充分燃烧，降低污染物排放。在竖窑内煅烧块状物料时，通过冷却带的部分并流冷却空气来自冷却带顶部，然后与燃料和空气混合物一起引入到煅烧区的物料内。

据申请人了解，包括上述专利技术在内的现有套筒窑燃烧室内的燃烧均为扩散式有焰燃烧。此种燃烧方式存在的弊端主要有：

1.有明显的舌形火焰，整个燃烧室温度分布差异大、火焰存在峰值温度，容易形成局部高温区，易导致燃烧室及拱桥耐火材料的烧损现象。

2.燃烧室温度分布不均及温度梯度的存在，不可避免地出现烟气中NOx、CO和碳氢物高浓度温度区，造成燃料可燃成分的未充分燃烧及大量有害物质排放物的现象。

3.扩散式有焰燃烧依赖火焰传播速度与气流速度的平衡以及高温热源的传热来保证，因此对于燃气的发热值要求高且热值范围窄，使得纯高炉煤气等低热值燃气无法在套筒窑上使用。

4.化学反应速率和煅烧效率低，炉内辐射效应差，因此热耗高，能源浪费现象严重。

如何通过改进环形套筒窑的结构，从而改善燃烧室内的燃烧方式，是提高套筒窑使用寿命和煅烧效率的重要研究课题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有套筒窑煅烧存在问题，在保证煅烧质量的前提下，提出一种无焰燃烧环形套筒窑，从而降低NOx等有害物质的排放，减少耐材烧损。此外，本发明还将给出相应的无焰燃烧方法。

为了达到上述目的，本发明的无焰燃烧环形套筒窑含有窑壳(4)，所述窑壳(4)中具有上、下内套筒(5、6)，所述窑壳(4)中与上、下内套筒(5、6)之间形成环形通道；所述环形通道的上端装有布料系统(2)，下端与出灰口(11)连通；所述下内套筒(6)的周围具有上、下两排间隔分布的上燃烧室(9)和下燃烧室(10)，所述上、下燃烧室(9、10)的外端分别安装具有燃气进口的烧嘴(20)；至少所述烧嘴(20)出口一侧的下燃烧室上装有切向喷射器(19)；所述上内套筒(5)的上端经换热器(23)后排出，下端开口与环形通道连通，进入换热器23换热后的空气通往喷射器(19)的驱动空气喷管；通往喷射器的驱动空气喷管，下端开口与环形通道连通；所述下内套筒(6)的上端封闭，下端开有与环形通道连通的循环气体入口(15)；其改进之处是：所述喷射器(19)具有锥端驱动空气喷管和位于其旁侧的循环气体入口；所述下内套筒(6)具有冷却夹层，所述夹层的下端与冷却空气源连通，上端经冷却空气导管(17)通往所述烧嘴的燃气进口；所述下内套筒(6)的上端经循环气体管(21)通往所述喷射器(19)烧嘴驱动空气喷管旁侧的循环气体入口。

这样，来自上内套筒的驱动空气可以将来自下内套筒的循环气体引带进入喷射管，由于两者的混合气体中含氧量较低，而温度较高，因此可以有效抑制喷嘴燃烧的火焰，实现无焰燃烧。冷却气体不仅起到保护内套筒的作用，而且经过预热后与燃气混合。因此，采用本发明后，可以使燃烧室温度均匀，提高煅烧效率，并且降低能耗，减少害物质排放。

本发明进一步的完善是：所述驱动空气喷管沿轴向插入所述喷射器的中心孔，其锥端出口的锥度为4-8°；所述中心孔与锥端出口对应部位形成具有相同锥度渐缩段，所述循环气体入口通往所述渐缩段的大径端；所述渐缩段的小径端直径为所述驱动空气喷管锥端出口直径的3-5倍。这样，可以使驱动空气与循环气体的混合比以及喷射状态更为有利于实现无焰燃烧。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

图2为图1中燃烧室剖视结构示意图。

图3为图1中喷射管的放大结构示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的无焰燃烧环形套筒窑如图1所示，筒状的窑壳4中具有上、下内套筒5、6，并与上、下内套筒5、6之间形成环形通道。图中22是废气管。环形通道的上端装有承接料车1的布料系统2，下端与出灰口11连通。下内套筒6的周围具有上、下两排间隔均布的上燃烧室9和下燃烧室10(参见图2)，上、下燃烧室9、10的外端分别安装具有燃气进口的烧嘴20。烧嘴20出口一侧的下燃烧室上装有切向喷射器19。上内套筒5的上端经换热器23后与窑顶的废弃汇总，由废弃风机F3驱动排出，下端开口与环形通道连通。由风机F2驱动进入换热器23换热后的空气通往喷射器19的驱动空气喷管19-1(参见图3)。下内套筒6的上端封闭，下端开有与环形通道连通的循环气体入口15。喷射器19驱动空气喷管19-1出口为锥端，其旁侧设有的循环气体入口19-2。下内套筒6具有冷却夹层，该夹层的下端与风机F1提供的冷却空气源连通，上端经冷却空气导管17和下环管18通往烧嘴20的燃气进口。下内套筒6的上端经循环气体管21和上环管24通往喷射器19烧嘴驱动空气喷管旁侧的循环气体入口19-2(参见图3)。上内套筒5也设有与冷却空气源连通的冷却夹层，上内套筒5冷却夹层的上端外排。下内套筒6的底端通过落灰管通往窑底料仓13下的成品皮带机14。

如图3所示，驱动空气喷管19-1沿轴向插入喷射器19的中心孔，其锥端出口的锥度为5°。中心孔与锥端出口对应部位形成具有相同锥度的渐缩段。驱动空气喷管19-1旁侧的循环气体入口19-2通往渐缩段的大径D端，且经过渡斜面19-3与大径端衔接。渐缩段的小径端直径为驱动空气喷管锥端出口直径d的4倍。

这样，来自上内套筒的驱动空气可以将来自下内套筒的循环气体引带进入喷射管，由于两者的混合气体中含氧量较低，而温度较高，因此可以有效抑制喷嘴燃烧的火焰，实现无焰燃烧。冷却气体不仅起到保护内套筒的作用，而且经过预热后与燃气混合。因此，采用本发明后，可以使燃烧室温度均匀，提高煅烧效率，并且降低能耗，减少害物质排放。

工作时，风机F2输入的空气经换热器与窑顶高温废气换热后，压力达到40Kpa以上，温度达到450℃以上，作为驱动空气从驱动空气喷管高速喷入喷射器内，从而在内套筒回流处产生强负压，使下燃烧室燃烧产生的1200℃左右高温烟气向下流动，与石灰冷却空气在内套筒的循环空气入口处混合，经内套筒内部回流至内套筒上方回流区，形成850℃以上、氧含量10％左右的循环气体。该循环气体与喷射管高速喷出的驱动空气在喷射器混合，形成700℃以上，氧含量低于15％的高温空气，从径向进入下燃烧室，在下燃烧室形成漩流，与经下烧嘴以20m/s以上速度从下燃烧室轴向漩流进入的燃气在下燃烧室充分均匀混合，实现高温低氧无焰燃烧。由于在下部煅烧带形成了非充分燃烧，因此可以降低污染物排放。

实践证明，由于本实施例对基本方案的喷射系统进行了优化，因此大大提高了喷射效率，减少了驱动空气的用量，增加了循环气体量，循环气体量在原有基础上增加了10％以上，循环气体温度从原来的800℃以上提高到了850℃以上，此外由于驱动空气量的减少，提高了进入下燃烧室高温空气的温度，且降低了高温空气的氧含量。另外本发明减小了入窑的总空气过剩系数，将总空气过剩系数从原来的1.2以上，降低至1.1以内。归纳起来，本实施例具有如下显著优点：

1.实现了烟气热量的充分回收，提高了窑的热效率，节约能源。

2.改善了窑内煅烧工艺，提高了炉膛平均温度，保证窑内温度场分布均匀，避免了局部高温区的形成，从而提高了煅烧效率，并且提高了窑炉寿命。

3.助燃空气温度提高，使得燃料热值范围扩大，低热值煤气可得到很好利用。

4.减少了NO_x的排放。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。例如，上燃烧室也可以考虑设置喷射器。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种无焰燃烧环形套筒窑，含有窑壳(4)，所述窑壳(4)中具有上、下内套筒(5、6)，所述窑壳(4)中与上、下内套筒(5、6)之间形成环形通道；所述环形通道的上端装有布料系统(2)，下端与出灰口(11)连通；所述下内套筒(6)的周围具有上、下两排间隔分布的上燃烧室(9)和下燃烧室(10)，所述上、下燃烧室(9、10)的外端分别安装具有燃气进口的烧嘴(20)；至少所述烧嘴(20)出口一侧的下燃烧室上装有切向喷射器(19)；所述上内套筒(5)的上端经换热器(23)后排出，下端开口与环形通道连通，进入换热器23换热后的空气通往喷射器(19)的驱动空气喷管；所述下内套筒(6)的上端封闭，下端开有与环形通道连通的循环气体入口(15)；其特征是：所述喷射器(19)具有锥端驱动空气喷管和位于其旁侧的循环气体入口；所述下内套筒(6)具有冷却夹层，所述夹层的下端与冷却空气源连通，上端经冷却空气导管(17)通往所述烧嘴的燃气进口；所述下内套筒(6)的上端经循环气体管(21)通往所述喷射器(19)烧嘴驱动空气喷管旁侧的循环气体入口。

2.根据权利要求1所述的无焰燃烧环形套筒窑，其特征在于：所述驱动空气喷管沿轴向插入所述喷射器的中心孔，其锥端出口的锥度为4-8°；所述中心孔与锥端出口对应部位形成具有相同锥度渐缩段，所述循环气体入口通往所述渐缩段的大径端；所述渐缩段的小径端直径为所述驱动空气喷管锥端出口直径的3-5倍。

3.根据权利要求2所述的无焰燃烧环形套筒窑，其特征在于：所述循环气体入口经过渡斜面与所述渐缩段的大径端衔接。

4.根据权利要求3所述的无焰燃烧环形套筒窑，其特征在于：所述上内套筒设有与冷却空气源连通的冷却夹层，所述上内套筒冷却夹层的上端外排。

5.根据权利要求4所述的无焰燃烧环形套筒窑，其特征在于：所述下内套筒的底端通过落灰管通往窑底料仓下的成品皮带机。

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