CN106052378B - 一种低NOx清洁燃烧型回转窑及其燃烧控制方法 - Google Patents

一种低NOx清洁燃烧型回转窑及其燃烧控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低NOx清洁燃烧型回转窑及其燃烧控制方法，包括回转窑(1)以及设于所述回转窑(1)的中央烧嘴(3)和二次风管(2)，其特征在于，所述二次风管(2)包括二次风总管(21)以及与所述二次风总管(21)相连通的若干二次风支管(22)，各所述二次风支管(22)上分别设有流量阀门(4)，并分别在所述回转窑(1)的窑头箱从不同位置分多点通入所述回转窑(1)。该回转窑和方法可避免在回转窑内形成富氧区与高温区长期固定重叠，有效降低NOx生成率，实现回转窑系统的清洁生产。

Description

一种低NOx清洁燃烧型回转窑及其燃烧控制方法
技术领域
本发明涉及回转窑技术领域，特别是在球团工序中的核心部件回转窑。本发明还涉及所述回转窑的燃烧控制方法。
背景技术
回转窑是球团工序中的一个核心设备，其运行的好坏直接影响到整套球团工艺的成品率、能耗指标、作业率、环保指标等重要指标。回转窑的作用是利用中央烧嘴产生的高温火焰，对窑内进行供热形成高温气氛，从而对进入回转窑的球团进行焙烧。
随着目前国家对节能环保方面的日益重视，工业炉窑在生产时所排放的NOx、二氧化硫等有害物质均受到了越来越严格的控制。根据标准《DB131640-2012工业炉窑大气污染物排放标准》，工业炉窑在生产时排放的NOx不得超过300mg/Nm3。国外则更严格，有的甚至要求球团工艺主烟囱排放NOx浓度在200mg/Nm3以内。
现有回转窑的生产供热法为二次风单点稳流式供热法，其结构见图1、图2所示。燃气与助燃空气分别从中央烧嘴3的燃气通道和空气通道进入烧嘴，在喷头处旋流充分后从烧嘴前端被喷出并点燃。同时从环冷机工序被回抽过来的高温空气经由二次风管2进入回转窑1内，其进入点位置如图2所示，位于中央烧嘴3的正上方，进风口为矩形。二次风的进入位置与进入流量在生产中均不会发生较大改变，由于二次风的作用，窑内空煤比大大高于正常燃烧所需值，空气过剩，故可形成窑内氧化性气氛，有利于窑内氧化球团的焙烧。
二次风单点稳流式供热法很容易在窑内局部位置点长期形成高温、富氧的作业区域，从而造成该区域内氮氧化物的生成速度加快，生成量大幅增多，进而造成炉内烟气中的氮氧化物含量较高，加大后续脱硝工序的压力。国内有的球团线回转窑其烟气内氮氧化物含量甚至达到500mg(超过工业炉窑排放标准200mg)，在国家愈来愈严格的环保指标要求下，必须寻找新的回转 窑供热技术。
因此，如何开发出一种在不影响球团焙烧质量与窑衬寿命的前提下，可有效降低排放烟气中NOx含量的回转窑，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种低NOx清洁燃烧型回转窑。该回转窑可避免在回转窑内形成富氧区与高温区长期固定重叠，有效降低NOx生成，实现回转窑的清洁燃烧。
本发明的另一目的是提供一种用于控制上述低NOx清洁燃烧型回转窑的燃烧控制方法。
为实现上述目的，本发明提供一种低NOx清洁燃烧型回转窑，包括回转窑以及设于所述回转窑的中央烧嘴和二次风管，所述二次风管包括二次风总管以及与所述二次风总管相连通的若干二次风支管，各所述二次风支管上分别设有流量阀门，并分别在所述回转窑的窑头箱从不同位置分多点通入所述回转窑。
优选地，所述二次风支管围绕所述中央烧嘴作环形阵列排布。
优选地，进一步包括控制单元，各所述二次风支管上的流量阀门为远程调节阀门，其设有连接所述控制单元的远程执行机构，通过所述控制单元按照时序规律发出的远程指令，各所述远程执行机构自动依次执行开、关操作。
优选地，进一步包括外力装置，各所述二次风支管的流量阀门分别设有弹簧式执行杆；所述外力装置按照时序规律依次拨动各所述流量阀门的弹簧式执行杆以实现开、关操作。
优选地，所述外力装置为外环卡位控制装置，其包括位于所述二次风支管外围的滑环、设于所述滑环的外环卡位条以及驱动所述滑环旋转的驱动装置；所述外环卡位条对应于各所述流量阀门的弹簧式执行杆，以拨动所述弹簧式执行杆实现所述流量阀门的开、关操作。
优选地，各所述流量阀门的弹簧式执行杆沿径向方向向外延伸，所述外环卡位条设有拨杆，且所述拨杆沿径向方向向内延伸。
优选地，所述外力装置为内环卡位控制装置，其包括位于所述二次风支管中间的转轴、设于所述转轴的内环卡位条以及驱动所述转轴旋转的驱动装置；所述内环卡位条对应于各所述流量阀门的弹簧式执行杆，以拨动所述弹簧式执行杆实现所述流量阀门的开、关操作。
优选地，各所述流量阀门的弹簧式执行杆沿径向方向向内延伸，所述外环卡位条设有拨杆，且所述拨杆沿径向方向向外延伸。
为实现上述另一目的，本发明提供一种燃烧控制方法，应用于上述任一项所述的低NOx清洁燃烧型回转窑，包括：以循环方式控制各所述二次风支管的流量阀门依次开启，由各所述二次风支管依次向所述回转窑内供应二次风。
进一步地，对所述二次风支管的流量阀门进行时间周期为t的时序控制，将一个循环分为x个时间段，分别为t1-tx，x为所述流量阀门的数量，在每个时间段内控制其对应的所述流量阀门开启，使其对应的所述二次风支管向所述回转窑内供应二次风，而其余未与该时间段对应的所述流量阀门关闭。
传统回转窑在生产时其二次风进窑方式为单点稳流式进入，即二次风在窑头箱固定位置以固定的流量稳定进入窑内，对窑内物料进行供热。这样容易造成窑内烟气中的氮氧化物(简称NOx)含量较高，加大后续脱硝工序的压力。本发明根据NOx产生的两个基本条件——富氧和高温，提出了一种可以实现二次风多点进入、且进入流量实时变化的技术方案，从而使得窑内高温区与富氧区偏离交错，进而有效降低窑内生成的烟气内NOx的含量，达到清洁燃烧的效果，有效克服了现有技术的几大缺点，较现有技术更加安全、实用、可靠与方便。
附图说明
图1为现有回转窑的二次风进风方式示意图；
图2为图1中所示回转窑的窑头箱端面位置示意图；
图3为本发明所提供低NOx清洁燃烧型回转窑的第一种具体实施方式的结构示意图；
图4为图3的A-A视图；
图5为本发明所提供低NOx清洁燃烧型回转窑的第二种具体实施方式的 结构示意图；
图6为图5的B-B视图；
图7为本发明所提供低NOx清洁燃烧型回转窑的第三种具体实施方式的结构示意图；
图8为图7中驱动装置的结构示意图；
图9为图7的C-C视图；
图10为本发明所提供燃烧控制方法的流程图。
图中：
1.回转窑 2.二次风管 21.二次风总管 22.二次风支管 3.中央烧嘴 4.流量阀门5.弹簧式执行杆 6.外环卡位控制装置 61.滑环 62.外环卡位条 63.第一驱动装置 7.内环卡位控制装置 71.转轴 72.内环卡位条 73.第二驱动装置
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
由于回转窑在生产时，其窑内高温区是相对固定的，因此只要二次风进入的位置与流量在生产中不时改变，窑内的富氧区位置就会不时变化，从而解决富氧区与高温区长期固定重叠产生NOx的问题。
请参考图3、图4，图3为本发明所提供低NOx清洁燃烧型回转窑的第一种具体实施方式的结构示意图；图4为图3的A-A视图。
在一种具体实施例中，本发明所提供的低NOx清洁燃烧型回转窑，主要由回转窑1以及设于回转窑的中央烧嘴3和二次风管2组成，其中二次风管2又分为二次风总管21以及与二次风总管相连通的六根二次风支管22，六根二次风支管22分别在回转窑1的窑头箱从不同位置分多点通往回转窑，并围绕中央烧嘴3作环形阵列排布，每根二次风支管22上分别设有流量阀门4。
工作时，二次风支管22上的流量阀门4可按照顺时针、逆时针或其他设定的顺序依次开启，向回转窑1内供应二次风，在其中一个流量阀门4开启的同时，其他流量阀门4均处于关闭状态，依次循环，从而将二次风从窑头 箱单点进入的形式改变为二次风在窑头箱多点进入。
为了对各二次风支管22的流量阀门4进行时序控制，进一步设有控制单元，并采用远程调节阀门(例如电磁阀)作为流量阀门，在流量阀门上设有远程执行机构(例如电磁机构)，并连接控制单元，由控制单元(如中控室)按照时序规律发出远程指令，控制各流量阀门的远程执行机构自动依次执行开、关操作，从而使得进入窑内的二次风进入位置实时发生变化，进而降低富氧区与高温区重叠的机率，减少窑内NOx生成。
上述时序控制方式为直接控制，除了直接控制，还可以对流量阀门4进行间接控制，间接控制即是在流量阀门4上增设弹簧式执行杆5，在弹簧式执行杆5未被拨动时，流量阀门4处于关闭状态，在弹簧式执行杆5被逐渐拨动时，流量阀门4逐渐开启，直至被完全打开，在拨动力消失后，弹簧式执行杆5可自动复位，使流量阀门4重新关闭，因此可通过外力装置按照时序规律依次拨动弹簧式执行杆5来实现流量阀门4的开、关操作。按照拨动方式不同，又可分为外环式与内环式两种，下面分别进行介绍。
请参考图5、图6，图5为本发明所提供低NOx清洁燃烧型回转窑的第二种具体实施方式的结构示意图；图6为图5的B-B视图。
如图所示，与第一实施例相比，其不同之处在于，各二次风支管22的流量阀门4不再采用可以远程控制的阀门，而是设有弹簧式执行杆5，通过拨动弹簧式执行杆5进行开、关操作的阀门。
为了依次拨动各流量阀门4的弹簧式执行杆5，进一步设有外力装置，在本实施例中，外力装置为外环卡位控制装置6，其主要由位于二次风支管22外围的滑环61、设于滑环的外环卡位条62以及驱动滑环旋转的第一驱动装置63等构成，外环卡位条62对应于各流量阀门4的弹簧式执行杆5，以拨动弹簧式执行杆5实现开、关操作，各流量阀门4的弹簧式执行杆5沿径向方向向外延伸，外环卡位条62设有拨杆，且拨杆沿径向方向向内延伸。
当使用此间接控制方式进行回转窑生产时，系统通过控制外环卡位控制装置的转动速度，调节弹簧式执行杆5被拨动的频率，从而控制支管流量阀门4的开、关频率满足时序控制规律。随着外环卡位条62对弹簧式执行杆5的拨动，流量阀门4被依次开启，从而使得进入窑内的二次风进入位置实时 发生变化，进而降低富氧区与高温区重叠的机率，减少窑内NOx生成。
请参考图7、图8、图9，图7为本发明所提供低NOx清洁燃烧型回转窑的第三种具体实施方式的结构示意图；图8为图7中驱动装置的结构示意图；图9为图7的C-C视图。
如图所示，与第一实施例相比，其不同之处在于，各二次风支管22的流量阀门4不再采用可以远程控制的阀门，而是设有弹簧式执行杆5，通过拨动弹簧式执行杆5进行开、关操作的阀门。
为了依次拨动各流量阀门4的弹簧式执行杆5，进一步设有外力装置，在本实施例中，外力装置为内环卡位控制装置，其主要由位于二次风支管中间的转轴71、设于转轴的内环卡位条72以及驱动转轴旋转的第二驱动装置73等构成，内环卡位条72对应于各流量阀门4的弹簧式执行杆5，以拨动弹簧式执行杆5实现开、关操作，各流量阀门4的弹簧式执行杆5沿径向方向向内延伸，内环卡位条72设有拨杆，且拨杆沿径向方向向外延伸。
当使用此间接控制方式进行回转窑生产时，系统通过控制内环卡位控制装置的转动速度，调节弹簧式执行杆5被拨动的频率，从而控制支管流量阀门4的开、关频率满足时序控制规律。随着内环卡位条72对弹簧式执行杆5的拨动，流量阀门4被依次开启，从而使得进入窑内的二次风进入位置实时发生变化，进而降低富氧区与高温区长期重叠的机率，有效减少窑内NOx生成。
当然，上述实施例仅是本发明的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，进一步增加或减少二次风支管的数量，或者，采用其他方式依次开启二次风支管的流量阀等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。
除了上述低NOx清洁燃烧型回转窑，本发明还提供用于对上述低NOx清洁燃烧型回转窑进行控制的燃烧控制方法。
请参考图10，图10为本发明所提供燃烧控制方法的流程图。
如图所示，该控制方法以循环方式控制各二次风支管22的流量阀门4依次开启，由各二次风支管22依次向回转窑1内供应二次风。
具体地，可以对二次风支管22的流量阀门4进行时间周期为t的时序控制，将一个循环分为x个时间段，分别为t1-tx，x为流量阀门4的数量，在每个时间段内控制其对应的流量阀门4开启，使其对应的二次风支管22向回转窑1内供应二次风。
本发明根据氮氧化物产生原理中的两个基本条件——富氧和高温，提出了一种可以实现二次风多点进入、且进入流量实时变化的回转窑和方法，从而使得窑内高温区与富氧区偏离交错，进而有效降低窑内生成的烟气内NOx的含量，达到清洁燃烧的效果。
以上对本发明所提供的低NOx清洁燃烧型回转窑及其燃烧控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种低NOx清洁燃烧型回转窑，包括回转窑(1)以及设于所述回转窑(1)的中央烧嘴(3)和二次风管(2)，其特征在于，所述二次风管(2)包括二次风总管(21)以及与所述二次风总管(21)相连通的若干二次风支管(22)，各所述二次风支管(22)上分别设有流量阀门(4)，并分别在所述回转窑(1)的窑头箱从不同位置分多点通入所述回转窑(1)；工作时，各所述二次风支管(22)的流量阀门(4)按照设定顺序开启，向所述回转窑(1)内依次供应二次风。
2.根据权利要求1所述的低NOx清洁燃烧型回转窑，其特征在于，所述二次风支管(22)围绕所述中央烧嘴(3)作环形阵列排布。
3.根据权利要求2所述的低NOx清洁燃烧型回转窑，其特征在于，进一步包括控制单元，各所述二次风支管(22)上的流量阀门(4)为远程调节阀门，其设有连接所述控制单元的远程执行机构，通过所述控制单元按照时序规律发出的远程指令，各所述远程执行机构自动依次执行开、关操作。
4.根据权利要求2所述的低NOx清洁燃烧型回转窑，其特征在于，进一步包括外力装置，各所述二次风支管(22)的流量阀门(4)分别设有弹簧式执行杆(5)；所述外力装置按照时序规律依次拨动各所述流量阀门(4)的弹簧式执行杆(5)以实现开、关操作。
5.根据权利要求4所述的低NOx清洁燃烧型回转窑，其特征在于，所述外力装置为外环卡位控制装置，其包括位于所述二次风支管(22)外围的滑环(61)、设于所述滑环(61)的外环卡位条(62)以及驱动所述滑环(61)旋转的第一驱动装置(63)；所述外环卡位条(62)对应于各所述流量阀门(4)的弹簧式执行杆(5)，以拨动所述弹簧式执行杆(5)实现所述流量阀门(4)的开、关操作。
6.根据权利要求5所述的低NOx清洁燃烧型回转窑，其特征在于，各所述流量阀门(4)的弹簧式执行杆(5)沿径向方向向外延伸，所述外环卡位条(62)设有拨杆，且所述拨杆沿径向方向向内延伸。
7.根据权利要求4所述的低NOx清洁燃烧型回转窑，其特征在于，所述外力装置为内环卡位控制装置，其包括位于所述二次风支管中间的转轴(71)、设于所述转轴(71)的内环卡位条(72)以及驱动所述转轴(71)旋转的第二驱动装置(73)；所述内环卡位条(72)对应于各所述流量阀门(4)的弹簧式执行杆(5)，以拨动所述弹簧式执行杆(5)实现所述流量阀门(4)的开、关操作。
8.根据权利要求7所述的低NOx清洁燃烧型回转窑，其特征在于，各所述流量阀门(4)的弹簧式执行杆(5)沿径向方向向内延伸，所述外环卡位条(72)设有拨杆，且所述拨杆沿径向方向向外延伸。
9.一种燃烧控制方法，应用于上述权利要求1至8任一项所述的低NOx清洁燃烧型回转窑，包括：以循环方式控制各所述二次风支管(22)的流量阀门(4)依次开启，由各所述二次风支管(22)依次向所述回转窑(1)内供应二次风。
10.根据权利要求9所述的燃烧控制方法，其特征在于，对所述二次风支管(22)的流量阀门(4)进行时间周期为t的时序控制，将一个循环分为x个时间段，分别为t1-tx，x为所述流量阀门(4)的数量，在每个时间段内控制其对应的所述流量阀门(4)开启，使其对应的所述二次风支管(22)向所述回转窑(1)内供应二次风，而其余未与该时间段对应的所述流量阀门(4)关闭。
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