CN105036573A - 环形套筒窑中的煤粉燃烧工艺及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环形套筒窑中的煤粉燃烧工艺及其应用，包括(1)、在蜗壳内煤粉缺氧点火燃烧；(2)、燃烧室内煤粉挥发份燃烧；(3)、料层中煤粉固定碳燃烧。本发明的工艺，用于石灰石的煅烧。其优点是：由于欠氧，燃烧温度和燃烧速度水平低，不仅延迟了燃烧过程，而且在还原气氛中降低了NOx的反应率，抑制了NOx在这一区的生成量；步骤（2）中循环气体总量大流动速度快，可稀释挥发份燃烧产生的热量，并迅速送入石灰石料层中，燃烧室温度降幅较大，避免了该燃烧区域内热量的积聚导致煤灰熔融结瘤和对耐材造成损坏；步骤（3）中固定碳燃尽率提高，尾气中CO含量降低为100~150？mg/Nm3，而且应用本发明煅烧石灰时的热耗降低，由原来的930kCal/kg降低为860kCal/kg。
Description
技术领域
本发明涉及一种环形套筒窑中的燃料燃烧工艺，特别涉及一种环形套筒窑中的煤粉燃烧工艺及其应用，环形套筒窑燃烧技术领域。
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，2010年以后通过技术人员的研究开发，煤粉开始应用到环形套筒窑中，但是工程实践表明，当煤粉作为套筒窑燃料时，一旦煤粉灰熔点较低时，煤粉燃烧产生的煤灰极易在燃烧室内结渣，熔融状态的煤渣对燃烧室内的耐材有强腐蚀性；煤粉完全燃烧后在环形套筒窑的拱桥部分形成了高温区，过高的温度导致拱桥坍塌，造成套筒窑无法继续生产，如果不及时发现将酿成重大的安全事故发生。
发明内容
本发明的目的是提供一种煅烧石灰时的热耗低、能够避免环形套筒窑燃烧区域内热量的积聚导致煤灰熔融结瘤和对耐材造成损坏、燃烧过程中NOx生成量低的环形套筒窑中的煤粉燃烧工艺及其应用。
本发明的环形套筒窑中的煤粉燃烧工艺包括如下步骤：
(1)、在蜗壳内煤粉缺氧点火燃烧：高温循环气体从切向进入蜗壳形成周向旋流风，由挥发份和固定碳组成的煤粉从煤粉燃烧器的煤粉通道出口喷出后在蜗壳内遇到高温循环气体，煤粉在高温循环气体形成的旋流风中心处快速预热烘干并着火燃烧，此时参与燃烧的氧来自于煤粉燃烧器助燃风及煤粉输送风，两股风为常温空气，风量占煤粉燃烧理论空气量的10~15%(体积分数)，煤粉在缺氧的富燃料条件下燃烧；
(2)、燃烧室内煤粉挥发份燃烧：煤粉进入燃烧室，在燃烧室内燃烧的是煤粉中全部的挥发份，参与燃烧的氧来自于高温循环气体，高温循环气体中的空气占煤粉理论燃烧空气量的105~115%（体积分数）；
(3)、料层中煤粉固定碳燃烧：在循环气体的包裹下，煤粉中的固定碳送入料层，固定碳进入料层后一部分向上进入逆流煅烧带，一部分向下进入并流煅烧带，固定碳在两个煅烧带内的料层空隙中燃烧释放热量。
本发明更进一步的技术特征是：
步骤（1）中所述煤粉燃烧器包括外壳、煤粉通道和助燃风通道。
所述煤粉燃烧器的煤粉通道出口处设置有钝体旋流器，煤粉从燃烧器喷出后，在钝体旋流器的带动下以螺旋状经蜗壳向燃烧室内运动，在此过程中，循环气体从蜗壳处切向进入燃烧室，包裹住喷出的煤粉一起向燃烧室运动，运动过程中，煤粉与燃烧器助燃风、循环气体混合并燃烧。
所述钝体旋流器包括支架、安装在支架上的旋流片和分流锥，其中，旋流片旋转角度为20-40度，其旋转方向与切向进入蜗壳的高温循环气体的旋转方向相同。
所述钝体旋流器和煤粉燃烧器的煤粉通道可拆卸连接。
步骤（1）中所述高温循环气体是通过高压的驱动空气引射环形套筒窑并流煅烧带的高温烟气后混合形成的，引射比为25，混合气体氧含量为8~12%（体积分数）。
高温循环气体是通过引射装置实现的，引射装置包括喷射管、高温烟气管和混合引射管，喷射管出口截面与混合引射管入口截面面积之比为1：9－1：12。
所述蜗壳直径与燃烧室通道的直径比例为0.93，蜗壳厚度与燃烧室长度比例为0.29。
所述物料层中的物料为石灰石或白云石或菱镁矿。
本发明的环形套筒窑中的煤粉燃烧工艺，用于石灰石的煅烧。
本发明的有益效果是：
由于步骤（1）中煤粉在缺氧的富燃料条件下燃烧，参与燃烧的氧来自于烧嘴助燃风及煤粉输送风，两股风为常温空气，风量占煤粉燃烧理论空气量的10~15%（体积分数），因此煤粉在缺氧的富燃料条件下燃烧，此时由于欠氧，因此燃烧温度和燃烧速度水平低，不仅延迟了燃烧过程，而且在还原气氛中降低了NOx的反应率，抑制了NOx在这一区的生成量；步骤（2）中循环气体总量大流动速度快，可稀释挥发份燃烧产生的热量，并迅速送入石灰石料层中，燃烧室温度由原来的1300~1350℃降低至100~1050℃，温度降幅较大，避免该燃烧区域内热量的积聚导致煤灰熔融结瘤和对耐材造成损坏；步骤（3）中固定碳燃尽率提高，尾气中CO含量降低为100~150mg/Nm3，而且应用本发明煅烧石灰时的热耗降低，由原来的930kCal/kg降低为860kCal/kg。
附图说明
图1是本发明中蜗壳、煤粉燃烧器、燃烧室以及环形套筒窑窑体位置关系示意图；
图2是图1中蜗壳、煤粉燃烧器和燃烧室左视图；
图3是图1中煤粉燃烧器的结构剖视图；
图4是图3中钝体旋流器的结构主视图。
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工艺，它包括如下步骤：(1)、在蜗壳1内煤粉缺氧点火燃烧：高温循环气体从切向进入蜗壳1形成周向旋流风，由挥发份和固定碳组成的煤粉从煤粉燃烧器2的煤粉通道出口喷出后在蜗壳1内遇到高温循环气体，煤粉在高温循环气体形成的旋流风中心处快速预热烘干并着火燃烧，此时参与燃烧的氧来自于煤粉燃烧器助燃风及煤粉输送风，两股风为常温空气，风量占煤粉燃烧理论空气量的10%（体积分数），煤粉在缺氧的富燃料条件下燃烧；(2)、燃烧室3内煤粉挥发份燃烧：煤粉进入燃烧室3，在燃烧室内燃烧的主要是煤粉中全部的挥发份，参与燃烧的氧主要来自于高温循环气体，高温循环气体中的空气占煤粉理论燃烧空气量的105~115%（体积分数）；(3)、料层4中煤粉固定碳燃烧：在循环气体的包裹下，煤粉中的固定碳送入料层4，固定碳进入料层4后一部分向上进入逆流煅烧带，一部分向下进入并流煅烧带，固定碳在两个煅烧带内的物料层空隙中燃烧释放热量。
在本实施例中，所述步骤（1）中所述煤粉燃烧器2包括外壳201、煤粉通道202和助燃风通道203，所述煤粉燃烧器2的煤粉通道202出口处设置有钝体旋流器204，煤粉从燃烧器喷出后，在钝体旋流器204的带动下以螺旋状经蜗壳1向燃烧室3内运动，在此过程中，循环气体从蜗壳1处切向进入燃烧室，包裹住喷出的煤粉一起向燃烧室运动，运动过程中，煤粉与燃烧器助燃风、循环气体混合并燃烧。
所述钝体旋流器204包括支架2041、安装在支架2041上的旋流片2042和分流锥2043，其中，旋流片2042旋转角度为20-40度，其旋转方向与切向进入蜗壳1的高温循环气体的旋转方向相同。
所述钝体旋流器204和煤粉燃烧器2的煤粉通道202可拆卸连接。
在本实施例中，步骤（1）中所述高温循环气体是通过高压的驱动空气引射环形套筒窑并流煅烧带的高温烟气后混合形成的，通过引射装置5来实现，该引射装置5包括喷射管501、高温烟气管502和混合引射管503，喷射管501出口截面与混合引射管503入口截面面积之比为1：9，在实际操作中，喷射管501出口截面与混合引射管503入口截面面积之比还可以采用1：10，1：12，引射比为25，混合气体氧含量为8~12%。高压驱动空气通入喷射管501，高温烟气通入高温烟气管502，由高压驱动空气引射高温烟气进入混合引射管503，然后切向进入蜗壳1。
所述蜗壳直径与燃烧室通道的直径比例为0.93，蜗壳厚度与燃烧室长度比例为0.29。
在本实施例中，所述物料层中的物料为石灰石，在实际应用中，还可以根据套筒窑的使用目的换成白云石或菱镁矿。
本发明还提供了一种环形套筒窑煅烧石灰石的工艺，其中包括使用本发明第一个方面环形套筒窑中的煤粉燃烧工艺中的任一实施方式进行煅烧。
由于步骤（1）中煤粉在缺氧的富燃料条件下燃烧，参与燃烧的氧来自于烧嘴助燃风及煤粉输送风，两股风为常温空气，风量占煤粉燃烧理论空气量的10~15%（体积分数），因此煤粉在缺氧的富燃料条件下燃烧，此时由于欠氧，因此燃烧温度和燃烧速度水平低，不仅延迟了燃烧过程，而且在还原气氛中降低了NOx的反应率，抑制了NOx在这一区的生成量；步骤（2）中循环气体总量大流动速度快，可稀释挥发份燃烧产生的热量，并迅速送入石灰石料层中，燃烧室温度由原来的1300~1350℃降低至100~1050℃，温度降幅较大，避免该燃烧区域内热量的积聚导致煤灰熔融结瘤和对耐材造成损坏；步骤（3）中固定碳燃尽率提高，尾气中CO含量降低为100~150mg/Nm3，而且应用本发明煅烧石灰时的热耗降低，由原来的930kCal/kg降低为860kCal/kg。
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 (10)
1.一种环形套筒窑中的煤粉燃烧工艺，其特征是：所述工艺包括如下步骤：
(1)、在蜗壳内煤粉缺氧点火燃烧：高温循环气体从切向进入蜗壳形成周向旋流风，由挥发份和固定碳组成的煤粉从煤粉燃烧器的煤粉通道出口喷出后在蜗壳内遇到高温循环气体，煤粉在高温循环气体形成的旋流风中心处快速预热烘干并着火燃烧，此时参与燃烧的氧来自于煤粉燃烧器助燃风及煤粉输送风，两股风为常温空气，风量按体积分数计占煤粉燃烧理论空气量的10~15%，煤粉在缺氧的富燃料条件下燃烧；
(2)、燃烧室内煤粉挥发份燃烧：煤粉进入燃烧室，在燃烧室内燃烧的是煤粉中全部的挥发份，参与燃烧的氧来自于高温循环气体，高温循环气体中的空气按体积分数计占煤粉理论燃烧空气量的105~115%；
(3)、料层中煤粉固定碳燃烧：在循环气体的包裹下，煤粉中的固定碳送入料层，固定碳进入料层后一部分向上进入逆流煅烧带，一部分向下进入并流煅烧带，固定碳在两个煅烧带内的料层空隙中燃烧释放热量。
2.根据权利要求1所述的环形套筒窑中的煤粉燃烧工艺，其特征是：步骤（1）中所述煤粉燃烧器包括外壳、煤粉通道和助燃风通道。
3.根据权利要求1所述的环形套筒窑中的煤粉燃烧工艺，其特征是：所述煤粉燃烧器的煤粉通道出口处设置有钝体旋流器，煤粉从燃烧器喷出后，在钝体旋流器的带动下以螺旋状经蜗壳向燃烧室内运动，在此过程中，循环气体从蜗壳处切向进入燃烧室，包裹住喷出的煤粉一起向燃烧室运动，运动过程中，煤粉与燃烧器助燃风、循环气体混合并燃烧。
4.根据权利要求1所述的环形套筒窑中的煤粉燃烧工艺，其特征是：所述钝体旋流器包括支架、安装在支架上的旋流片和分流锥，其中，旋流片旋转角度为20-40度，其旋转方向与切向进入蜗壳的高温循环气体的旋转方向相同。
5.根据权利要求1所述的环形套筒窑中的煤粉燃烧工艺，其特征是：所述钝体旋流器和煤粉燃烧器的煤粉通道可拆卸连接。
6.根据权利要求1所述的环形套筒窑中的煤粉燃烧工艺，其特征是：步骤（1）中所述高温循环气体是通过高压的驱动空气引射环形套筒窑并流煅烧带的高温烟气后混合形成的，引射比为25，混合气体氧含量按体积分数计为8~12%。
7.根据权利要求1所述的环形套筒窑中的煤粉燃烧工艺，其特征是：高温循环气体是通过引射装置实现的，引射装置包括喷射管、高温烟气管和混合引射管，喷射管出口截面与混合引射管入口截面面积之比为1：9－1：12。
8.根据权利要求1所述的环形套筒窑中的煤粉燃烧工艺，其特征是：所述蜗壳直径与燃烧室通道的直径比例为0.93，蜗壳厚度与燃烧室长度比例为0.29。
9.根据权利要求1所述的环形套筒窑中的煤粉燃烧工艺，其特征是：所述物料层中的物料为石灰石或白云石或菱镁矿。
10.一种根据权利要求1～9所述的环形套筒窑中的煤粉燃烧工艺的应用，其特征是：用于石灰石的煅烧。
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