CN103011629B

CN103011629B - 环形套筒窑中的煤粉燃烧方法

Info

Publication number: CN103011629B
Application number: CN201210531038.2A
Authority: CN
Inventors: 沈浩; 陈小娟; 赵厚继
Original assignee: SINOCALCI Corp
Current assignee: SINOCALCI Corp
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2032-12-11
Also published as: CN103011629A

Abstract

本发明公开了一种环形套筒窑中的煤粉燃烧方法，包括如下步骤：(1)、点火预热；(2)、煤粉分相燃烧；(3)、通过助燃空气的通入量实现温度控制。本发明采用煤粉分相燃烧技术，通过助燃空气的通入量实现温度控制，使煤粉可以作为燃料应用到环形套筒窑中，使窑内温度能够满足物料煅烧的要求，同时这也为降低热力型NOx的排放提供了有利条件。

Description

环形套筒窑中的煤粉燃烧方法

技术领域：

本发明涉及一种环形套筒窑中的燃料燃烧方法，特别涉及一种环形套筒窑中的煤粉燃烧方法。

背景技术：

环形套筒窑作为高效煅烧石灰石的工业炉之一，通常采用气体燃料（如高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、天然气等）燃烧来提供热能，这些燃料燃烧易于控制窑内温度。而目前，煤炭资源在我国一次能源消费构成中占60%左右，专家预测，2050年煤炭仍占50%左右，这就是说，中国以煤炭为主的能源生产和消费结构在很长的时间内不会发生太大的变化。环形套筒窑最初是从德国引进，国外环形套筒窑的燃料一直是气体燃料。由于国内煤燃料资源丰富，需要拓开套筒窑的燃料使用范围才能更好地适应市场要求。因此，如何把丰富的煤炭资源应用到环形套筒窑煅烧石灰石、白云石或菱镁矿等的工艺中，成为业界普遍关心的问题，而这个问题的核心，是如何使煤粉的燃烧满足环形套筒窑煅烧石灰石、白云石或菱镁矿等的要求，即使煤粉燃烧程度得到可靠的控制。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是提供一种环形套筒窑中的煤粉燃烧方法，包括如下步骤：(1)、点火预热：通过点燃预热燃料或引进外界热源预热窑膛，使窑内燃烧室的温度达到400~600℃，从而对经由燃烧室进入物料层中的喷煤枪内的煤粉进行预热；(2)、煤粉分相燃烧：通过喷煤枪向物料层内喷射煤粉使煤粉点火燃烧，煤粉挥发分裂解析出后在料面以上的空间内燃烧，脱去挥发分后的固态煤粉内部孔隙率增加，促进氧气向煤粉内部的扩散，同时固态煤粉内部燃烧产生的CO₂向外扩散，进一步促进固态煤粉的燃烧；(3)、通过助燃空气的通入量控制窑内温度：通过控制助燃空气的量控制煤粉燃烧程度，使窑内温度能够按照既定煅烧物料的煅烧温度曲线进行煅烧。

本发明更进一步的技术特征是：

所述步骤（3）包括：当燃烧室的温度达到400~600℃时，控制助燃空气的量使煤粉进行空气过量燃烧；当燃烧室温度为800~1200℃时，再控制助燃空气的量使煤粉换成空气不足燃烧。

当煤粉进行空气过量燃烧时，助燃空气的量控制在通入煤粉完全燃烧所需空气量的1.05~1.5倍；当煤粉进行空气不足燃烧时，助燃空气的量控制在通入煤粉完全燃烧所需空气量的0.4~0.6倍。

所述预热燃料为易于点火燃烧的燃料。

所述物料为石灰石或白云石或菱镁矿。

所述喷煤枪的喷枪出口距离套筒窑内壁面100~500mm，喷枪的延长线位于物料层料面下50~250mm处。

所述煤粉的热值≥3500kCal/kg，挥发分≥15%，粒度≤180目。

所述物料粒度为25~100mm，粒径比≤3。

所述助燃空气为环形套筒窑内筒冷却空气和煤粉输送空气。

本发明的有益效果是：本发明采用煤粉分相燃烧技术，通过助燃空气的通入量实现温度控制，使煤粉可以作为燃料应用到环形套筒窑中，使窑内温度能够按照既定煅烧物料的煅烧温度曲线进行煅烧，同时这也为降低热力型NOx的排放提供了有利条件。喷煤枪的喷枪出口距离套筒窑内壁面100~500mm，喷枪的延长线位于物料层料面下50~250mm处，煤粉不仅在喷枪中被预热，同时当煤粉从喷口喷出后，在这段无遮挡的路径上可以快速地被环境温度预热并被点燃，煤粉挥发分裂解析出后在料面以上的空间内燃烧，脱去挥发分后的固态煤粉渗入料层内，其内部孔隙率增加，促进氧气向煤粉内部的扩散，同时固态煤粉内部燃烧产生的CO₂向外扩散，进一步促进固态煤粉的燃烧；而且可以通过控制助燃空气的量来控制煤粉燃烧程度，使窑内温度能够按照既定煅烧物料的煅烧温度曲线进行煅烧；燃烧反应产生的NOx分为热力型、快速型和燃料型。热力型是空气中的N₂在高温下氧化而生成的NOx；快速型是燃烧时空气中的N和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成的NOx；燃料型是燃料中含有的氮氧化物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而生成的NOx。对于煤粉燃烧生成的NOx中，其中燃料型NOx取决于燃料本身，一旦燃料选择之后基本不能发生改变，它的量占总生成量的60~80%以上；热力型NOx的生成和燃烧温度的关系很大，温度足够高时，热力型NOx的生成量可占总量的20~30%；快速型NOx在煤燃烧过程中的生成量很小。因此从工艺角度我们可以控制的NOx只有热力型NOx，燃烧温度低、过量空气系数小的情况下有利于控制热力型NOx的产生。因此助燃空气通入量的控制为降低热力型NOx的排放提供了有利条件。同时，煤粉中的S主要以无机硫（FeS₂和硫酸盐）和有机硫的形式存在，其中硫酸盐几乎全部留在灰渣中，不会造成污染；而且对于环形套筒窑煅烧石灰石来说无需额外的添加脱硫剂，石灰石或者石灰即为煤粉燃烧的脱硫剂，有机硫与石灰石进行化学反应而被固定到固体灰渣中，从而大大降低烟气中的SO₂的含量，避免SO₂的排放对环境造成污染。

本发明还提出了一种环形套筒窑煅烧石灰石的工艺方法，其特征在于应用上述环形套筒窑中的煤粉燃烧方法进行煅烧，使环形套筒窑煅烧石灰石工艺中的燃料选择多了煤粉这种更加经济的燃料。

附图说明：

图1是本发明中喷煤枪、燃烧室以及环形套筒窑窑体位置关系示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

实施例一：

本实施例以环形套筒窑煅烧石灰石为例阐述一种环形套筒窑中的煤粉燃烧方法，它包括如下步骤：(1)、点火预热：通过点燃预热燃料或引进外界热源预热窑膛，使窑内燃烧室的温度达到400℃，从而对经由燃烧室进入物料层中的喷煤枪内的煤粉进行预热；(2)、煤粉分相燃烧：通过喷煤枪向石灰石料层内喷射煤粉使煤粉点火燃烧，煤粉挥发分裂解析出后在料面以上的空间内燃烧，脱去挥发分后的固态煤粉内部孔隙率增加，促进氧气向煤粉内部的扩散，同时固态煤粉内部燃烧产生的CO₂向外扩散，进一步促进固态煤粉的燃烧；(3)、通过助燃空气的通入量控制窑内温度：通过控制助燃空气的量控制煤粉燃烧程度，使窑内温度能够按照石灰石的煅烧温度曲线进行煅烧。

在本实施例中，所述步骤（3）包括：当燃烧室的温度达到400℃时，控制助燃空气的量使煤粉进行空气过量燃烧，这样便于煤粉的稳定燃烧，同时燃烧室温度可按照既定的温度曲线升温，当燃烧室温度为800℃时，再控制助燃空气的量使煤粉换成空气不足燃烧，防止燃烧室温度过高而烧坏耐材。当煤粉进行空气过量燃烧时，助燃空气的量控制在通入煤粉完全燃烧所需空气量的1.05倍，当煤粉进行空气不足燃烧时，助燃空气的量控制在通入煤粉完全燃烧所需空气量的0.4倍。

在本实施例中，所述预热燃料为煤气。石灰石的粒度为25mm，粒径比3。所喷入煤粉的热值为3500kCal/kg，挥发分为15%，粒度为180目。助燃空气为环形套筒窑内筒冷却空气和煤粉输送空气。

另外，在本实施例中，如图1所示，所述喷煤枪1的喷枪出口距离套筒窑内壁面2的距离d 设置为100mm，喷枪的延长线位于物料层3料面下50mm处。这样煤粉不仅在喷枪中被预热，同时当煤粉从喷口喷出后，在这段100mm无遮挡的路径上可以快速地被环境温度预热并被点燃，煤粉挥发分裂解析出后在石灰石料面以上的空间内燃烧，脱去挥发分后的固态煤粉渗入石灰石料层内，其内部孔隙率增加，促进氧气向煤粉内部的扩散，同时固态煤粉内部燃烧产生的CO₂向外扩散，进一步促进固态煤粉的燃烧；而且可以通过控制助燃空气的量来控制煤粉燃烧程度，使窑内温度能够按照既定煅烧物料的煅烧温度曲线进行煅烧；燃烧反应产生的NOx分为热力型、快速型和燃料型。热力型是空气中的N₂在高温下氧化而生成的NOx；快速型是燃烧时空气中的N和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成的NOx；燃料型是燃料中含有的氮氧化物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而生成的NOx。对于煤粉燃烧生成的NOx中，其中燃料型NOx取决于燃料本身，一旦燃料选择之后基本不能发生改变，它的量占总生成量的60~80%以上；热力型NOx的生成和燃烧温度的关系很大，温度足够高时，热力型NOx的生成量可占总量的20~30%；快速型NOx在煤燃烧过程中的生成量很小。因此从工艺角度我们可以控制热力型NOx，燃烧温度低、过量空气系数小的情况下有利于控制热力型NOx的产生。因此助燃空气通入量的控制为降低热力型NOx的排放提供了有利条件。同时，对于环形套筒窑煅烧石灰石来说，煤粉中的S主要以无机硫（FeS₂和硫酸盐）和有机硫的形式存在，其中硫酸盐几乎全部留在灰渣中，不会造成污染；而且对于环形套筒窑煅烧石灰石来说无需额外的添加脱硫剂，石灰石或者石灰即为煤粉燃烧的脱硫剂，有机硫与石灰石进行化学反应而被固定到固体灰渣中，从而大大降低烟气中的SO₂的含量，避免SO₂的排放对环境造成污染。

实施例二：

本实施例还以环形套筒窑煅烧石灰石为例阐述一种环形套筒窑中的煤粉燃烧方法，它包括如下步骤：(1)、点火预热：通过点燃预热燃料或引进外界热源预热窑膛，使窑内燃烧室的温度达到500℃，从而对经由燃烧室进入物料层中的喷煤枪内的煤粉进行预热；(2)、煤粉分相燃烧：通过喷煤枪向石灰石料层内喷射煤粉使煤粉点火燃烧，煤粉挥发分裂解析出后在料面以上的空间内燃烧，脱去挥发分后的固态煤粉内部孔隙率增加，促进氧气向煤粉内部的扩散，同时固态煤粉内部燃烧产生的CO₂向外扩散，进一步促进固态煤粉的燃烧；(3)、通过助燃空气的通入量控制窑内温度：通过控制助燃空气的量控制煤粉燃烧程度，使窑内温度能够按照石灰石的煅烧温度曲线进行煅烧。

在本实施例中，所述步骤（3）包括：当燃烧室的温度达到500℃时，控制助燃空气的量使煤粉进行空气过量燃烧，这样便于煤粉的稳定燃烧，同时燃烧室温度可按照既定的温度曲线升温，当燃烧室温度为1000℃时，再控制助燃空气的量使煤粉换成空气不足燃烧，防止燃烧室温度过高而烧坏耐材。当煤粉进行空气过量燃烧时，助燃空气的量控制在通入煤粉完全燃烧所需空气量的1.2倍，当煤粉进行空气不足燃烧时，助燃空气的量控制在通入煤粉完全燃烧所需空气量的0.5倍。

在本实施例中，所述预热燃料为天然气。石灰石的粒度为50mm，粒径比2.8。所喷入煤粉的热值为3600kCal/kg，挥发分为18%，粒度为160目。助燃空气为环形套筒窑内筒冷却空气和煤粉输送空气。

另外，在本实施例中，如图1所示，所述喷煤枪1的喷枪出口距离套筒窑内壁面2的距离d 设置为300mm，喷枪的延长线位于物料层3料面下100mm处。这样煤粉不仅在喷枪中被预热，同时当煤粉从喷口喷出后，在这段300mm无遮挡的路径上可以快速地被环境温度预热并被点燃，煤粉挥发分裂解析出后在石灰石料面以上的空间内燃烧，脱去挥发分后的固态煤粉渗入石灰石料层内，其内部孔隙率增加，促进氧气向煤粉内部的扩散，同时固态煤粉内部燃烧产生的CO₂向外扩散，进一步促进固态煤粉的燃烧；而且可以通过控制助燃空气的量来控制煤粉燃烧程度，使窑内温度能够按照既定煅烧物料的煅烧温度曲线进行煅烧；燃烧反应产生的NOx分为热力型、快速型和燃料型。热力型是空气中的N₂在高温下氧化而生成的NOx；快速型是燃烧时空气中的N和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成的NOx；燃料型是燃料中含有的氮氧化物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而生成的NOx。对于煤粉燃烧生成的NOx中，其中燃料型NOx取决于燃料本身，一旦燃料选择之后基本不能发生改变，它的量占总生成量的60~80%以上；热力型NOx的生成和燃烧温度的关系很大，温度足够高时，热力型NOx的生成量可占总量的20~30%；快速型NOx在煤燃烧过程中的生成量很小。因此从工艺角度我们可以控制热力型NOx，燃烧温度低、过量空气系数小的情况下有利于控制热力型NOx的产生。因此助燃空气通入量的控制为降低热力型NOx的排放提供了有利条件。同时，对于环形套筒窑煅烧石灰石来说，煤粉中的S主要以无机硫（FeS₂和硫酸盐）和有机硫的形式存在，其中硫酸盐几乎全部留在灰渣中，不会造成污染；而且对于环形套筒窑煅烧石灰石来说无需额外的添加脱硫剂，石灰石或者石灰即为煤粉燃烧的脱硫剂，有机硫与石灰石进行化学反应而被固定到固体灰渣中，从而大大降低烟气中的SO₂的含量，避免SO₂的排放对环境造成污染。

实施例三：

本实施例还以环形套筒窑煅烧石灰石为例阐述一种环形套筒窑中的煤粉燃烧方法，它包括如下步骤：(1)、点火预热：通过点燃预热燃料或引进外界热源预热窑膛，使窑内燃烧室的温度达到600℃，从而对经由燃烧室进入物料层中的喷煤枪内的煤粉进行预热；(2)、煤粉分相燃烧：通过喷煤枪向石灰石料层内喷射煤粉使煤粉点火燃烧，煤粉挥发分裂解析出后在料面以上的空间内燃烧，脱去挥发分后的固态煤粉内部孔隙率增加，促进氧气向煤粉内部的扩散，同时固态煤粉内部燃烧产生的CO2向外扩散，进一步促进固态煤粉的燃烧；(3)、通过助燃空气的通入量控制窑内温度：通过控制助燃空气的量控制煤粉燃烧程度，使窑内温度能够按照石灰石的煅烧温度曲线进行煅烧。

在本实施例中，所述步骤（3）包括：当燃烧室的温度达到600℃时，控制助燃空气的量使煤粉进行空气过量燃烧，这样便于煤粉的稳定燃烧，同时燃烧室温度可按照既定的温度曲线升温，当燃烧室温度为1200℃时，再控制助燃空气的量使煤粉换成空气不足燃烧，防止燃烧室温度过高而烧坏耐材。当煤粉进行空气过量燃烧时，助燃空气的量控制在通入煤粉完全燃烧所需空气量的1.5倍，当煤粉进行空气不足燃烧时，助燃空气的量控制在通入煤粉完全燃烧所需空气量的0.6倍。

在本实施例中，所述预热燃料为汽油。石灰石的粒度为50mm，粒径比2.8。所喷入煤粉的热值为3650kCal/kg，挥发分为20%，粒度为150目。助燃空气为环形套筒窑内筒冷却空气和煤粉输送空气。

另外，在本实施例中，如图1所示，所述喷煤枪1的喷枪出口距离套筒窑内壁面2的距离d 设置为设置为500mm，喷枪的延长线位于物料层3料面下250mm处。这样煤粉不仅在喷枪中被预热，同时当煤粉从喷口喷出后，在这段500mm无遮挡的路径上可以快速地被环境温度预热并被点燃，煤粉挥发分裂解析出后在石灰石料面以上的空间内燃烧，脱去挥发分后的固态煤粉渗入石灰石料层内，其内部孔隙率增加，促进氧气向煤粉内部的扩散，同时固态煤粉内部燃烧产生的CO₂向外扩散，进一步促进固态煤粉的燃烧；而且可以通过控制助燃空气的量来控制煤粉燃烧程度，使窑内温度能够按照既定煅烧物料的煅烧温度曲线进行煅烧；燃烧反应产生的NOx分为热力型、快速型和燃料型。热力型是空气中的N₂在高温下氧化而生成的NOx；快速型是燃烧时空气中的N和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成的NOx；燃料型是燃料中含有的氮氧化物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而生成的NOx。对于煤粉燃烧生成的NOx中，其中燃料型NOx取决于燃料本身，一旦燃料选择之后基本不能发生改变，它的量占总生成量的60~80%以上；热力型NOx的生成和燃烧温度的关系很大，温度足够高时，热力型NOx的生成量可占总量的20~30%；快速型NOx在煤燃烧过程中的生成量很小。因此从工艺角度我们可以控制热力型NOx，燃烧温度低、过量空气系数小的情况下有利于控制热力型NOx的产生。因此助燃空气通入量的控制为降低热力型NOx的排放提供了有利条件。同时，煤粉中的S主要以无机硫（FeS₂和硫酸盐）和有机硫的形式存在，其中硫酸盐几乎全部留在灰渣中，不会造成污染；而且对于环形套筒窑煅烧石灰石来说无需额外的添加脱硫剂，石灰石或者石灰即为煤粉燃烧的脱硫剂，有机硫与石灰石进行化学反应而被固定到固体灰渣中，从而大大降低烟气中的SO₂的含量，避免SO₂的排放对环境造成污染。

本发明虽然已经在此处描述了具体实施方式，但是本发明的覆盖范围不限于此，比如，物料除了石灰石之外，还可以是白云石或菱镁矿等，本发明使得煤粉可以作为最经济的燃料在环形套筒窑上得以应用，可以有效节约相关企业的生产成本。本发明涵盖所有在字面上或在等效形式的教导下实质上落在权利要求的范围内的所有技术方案，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims

1.一种环形套筒窑中的煤粉燃烧方法，包括如下步骤：

(1)、点火预热：通过点燃预热燃料或引进外界热源预热窑膛，使窑内燃烧室的温度达到400～600℃，从而对经由燃烧室进入物料层中的喷煤枪内的煤粉进行预热；

(2)、煤粉分相燃烧：通过喷煤枪向物料层内喷射煤粉使煤粉点火燃烧，煤粉挥发分裂解析出后在料面以上的空间内燃烧，脱去挥发分后的固态煤粉内部孔隙率增加，促进氧气向煤粉内部的扩散，同时固态煤粉内部燃烧产生的CO₂向外扩散，进一步促进固态煤粉的燃烧；其中所述喷煤枪的喷枪出口距离套筒窑内壁面100～500mm，喷枪的延长线位于物料层料面下50～250mm处；

(3)、通过助燃空气的通入量控制窑内温度：通过控制助燃空气的量控制煤粉燃烧程度，使窑内温度能够按照既定煅烧物料的煅烧温度曲线进行煅烧。

2.根据权利要求1所述的环形套筒窑中的煤粉燃烧方法，其特征在于：所述步骤（3）包括：当燃烧室的温度达到400～600℃时，控制助燃空气的量使煤粉进行空气过量燃烧；当燃烧室温度为800～1200℃时，再控制助燃空气的量使煤粉换成空气不足燃烧。

3.根据权利要求2所述的环形套筒窑中的煤粉燃烧方法，其特征在于：当煤粉进行空气过量燃烧时，助燃空气的量控制在通入煤粉完全燃烧所需空气量的1.05～1.5倍；当煤粉进行空气不足燃烧时，助燃空气的量控制在通入煤粉完全燃烧所需空气量的0.4～0.6倍。

4.根据权利要求1所述的环形套筒窑中的煤粉燃烧方法，其特征在于：所述预热燃料为易于点火燃烧的燃料。

5.根据权利要求1所述的环形套筒窑中的煤粉燃烧方法，其特征在于：所述物料为石灰石或白云石或菱镁矿。

6.根据权利要求1所述的环形套筒窑中的煤粉燃烧方法，其特征在于：所述煤粉的热值≥3500kCal/kg，挥发分≥15%，粒度≤180目。

7.根据权利要求1所述的环形套筒窑中的煤粉燃烧方法，其特征在于：所述物料粒度为25～100mm，粒径比≤3。

8.根据权利要求1所述的环形套筒窑中的煤粉燃烧方法，其特征在于：所述助燃空气为环形套筒窑内筒冷却空气和煤粉输送空气。

9.一种环形套筒窑煅烧石灰石的工艺方法，其特征在于包括使用如权利要求1～8任一项所述的环形套筒窑中的煤粉燃烧方法进行煅烧。