CN1065922A - 回转窑的喷烧器 - Google Patents

Abstract

回转窑的喷烧器包括引入油或气喷管的中心管 (5)、引入一次空气的第一同轴管(8)、把固体燃料和运 载空气混合体引入到窑内燃烧区的第二同轴管(1)， 管(5，8和1)之间相互形成环形通道。一次空气通道 位于固体燃料／空气通道之内，在其面向燃烧区的一 端设有若干与喷烧器轴线相平行安装的喷嘴，出自喷 嘴的一次空气流把固体燃料颗粒引向燃烧区的火焰 中心以增强燃烧并减少窑内排气中的NO_x含量。喷 烧器设有一包围喷烧器突入窑内部分的热交换器，用 以冷却喷烧器和在喷入燃烧区时增大一次空气的速 度。

Description

本发明与把固体、液体或气体燃料输入窑（诸如回转窑）内燃烧区的喷烧器有关以及借助喷烧器在上述燃烧区产生火焰的方法。

此类喷烧器多年来就为大家熟知，原先是以单通道喷烧器的形式，逐渐改进成多通道喷烧器，这就能同时把几种燃料引进至窑内，为了在窑的燃烧区内用尽可能少的一次空气取得尽可能的最佳火焰形成，因此结合了诸如固体、液体或气体燃料诸优点，为了取得在烧窑中想要增加的经济效益。

在德国“水泥回转窑”月刊杂志1979年第8页第388页所公开的多通道燃烧室的实例中采用了二通道回转窑喷烧器的形式，此处的“二通道”是指通过二同轴管围绕着喷烧器的中心管形成的二个环形通道，例如在喷烧器的点火阶段，气体或液体燃燃料通过喷烧器引至燃烧区。一次空气通过内环通道送入燃烧区，而煤粉通过外环形通道送入。在燃烧区的一端，一次空气通道设有使气流旋转的螺旋形插入件，而通道末端开有一成发散状的环形孔使旋转的空气流与轴向喷入的煤粒流相接触。在操作运行过程中，喷烧器往往会使部分煤粒偏离火焰的中轴线，因此在整个窑的截面上火焰不能集中。

三通道喷烧器是在二通道喷烧器的煤粒通道之外再加一环形通道。

从例如美国专利US-A-4373400已知一个三通道的喷烧器，该专利公开了通过通道的环形孔，一第三外环形通道以轴向或成发散方向喷入到燃烧区一定量的一次空气，通过设有一通常为轴向喷入方向的环形孔的中心通道喷入煤粉，同时另外一部分空气则通过内环形通道喷入并以旋转和发散方向离开喷烧器，这样，喷烧器实际上也使火焰散布在窑的整个截面上。

DE-C-3027587公开了另外一种三通道喷烧器，其中通向燃烧区的一次空气的外通道尾端有若干喷咀，这些喷咀的轴线相对于喷烧器的轴线可成0°至20°的发散，用于输送煤粉的中间通道一般成环形并有发散状出口，但是借助装在中间通道内部的肋可以把通道分成几部分，上述通道与设有喷咀的一次空气通道同轴。

最后，DK-A-232/90公开了一种三通道喷烧器，其中，一环形煤粉通道里外都放一环形的一次空气通道所包围，且其中面向燃烧区的外一次空气通道尾端装有与燃烧室轴线相平行的喷咀，该喷咀的任务是把二次空气引入燃烧区。

后面提到的二个三通道喷烧器就像根据前面提到的二个对比文件所公开的喷烧器那样工作，即这类喷烧器把其火焰分散在整个窑截面上，当然随之它们就需要大量一次空气才能工作，例如，典型的例子为用10%化学反应的燃烧空气，且在140毫巴的压力下以70-150米/秒速度喷出。

近来，日益增长的对环境要求集中在尽量减少转窑的工厂在排放烟气中氧化氮（NO_x）的含量，其中，减少氧化氮（NO_x）含量的有效方法之一是通过在窑的燃烧区减小一次空气的耗量来达到。

众所周知，在回转窑喷烧器的设计中，一次空气的冲量是窑燃烧区内火焰形成的决定性参数，一次空气冲量是离开喷烧器的空气量和空气速度的乘积。只减小空气量而不相应增加空气速度，结果会形成燃料的缓慢燃烧，产生长的冒烟火焰以及在窑出口排气中难于接受高的一氧化碳含量，甚至供应过量的空气情况下也是如此。因此，这样的火焰不能产生焙烧原料所需的高温，但是，例如在靠近水泥窑的焙烧料出口处，其结果当然会使窑的排气氧化氮（NO_x）的含量大大地减小。

如果一次空气量减小到通常所需量的一半，这就一定要喷入燃烧区内的空气速度加倍，也就需要4倍的喷入压力，喷烧器往往按此方向发展。在“世界水泥”杂志1990年4月版的118页至124页的一篇文章中介绍了根据上述DE-C-3027588的喷烧器是如何用350米/秒速度喷出1.6%的轴向空气流，用具有160米/秒速度喷出的2.4%旋转气流以及用28米/秒速度喷出的2.3%带有煤粉气流的工作情况。-350米/秒的空气速度要求一巴的压力，也就是很高的压力，这对喷烧器的喷射设备就需要增加成本。

本发明目的是提供一种在工作时用尽可能最少量的一次空气，产生尽可能最少量的NO_x和CO从而输入尽可能少的过量空气的喷烧器。以此方式，窑的燃料消耗以及窑排气出口的NO_x、CO和CO₂的污染减小。本发明的又一目的是提供一种特别是在窑的点火阶段或在窑的原料出口处所焙烧的原料烧掉一环状的结构时，允许减小火焰长度的喷烧器，最后，本发明目的是提供操作上述形式喷烧器的方法。

本发明目的通过以下装置来达到，即一喷烧器，用于把固体、液体或气体燃料送入一窑内，例如一回转窑的燃烧区，该喷烧器有一用于液体和/或气体燃料的中心输料管（5），一包围上述中心管的第一同轴管以便在同轴管和中心管之间形成一环形通道，它通过一入口把输入喷烧器的一次空气送入燃烧区，还有一包围第一同轴管的第二同轴管，因而在第一和第二同轴管之间形成另一环形通道，利用气动力把固体燃料也就是煤粉和运载空气一起，通过一入口送到喷烧器，其特征在于面向燃烧区管的端头被一固定安装在管端的平板挡圈所封住，并设有若干喷咀，喷咀轴线平行于喷烧器轴线，面向管端的挡圈表面设有一螺旋形齿，而面向燃烧区的档圈表面形成的管一发散形开口，还有，开有槽的套管，它包围中心管且焊在挡圈的内侧，中心管在面向挡圈的一端同样设有一螺旋形齿并与挡圈的齿成互补，中心管可转动地安装着，由于在向着燃烧区方向作用一轴向弹簧力压住背对燃烧区的挡圈表面，转动中心管使齿之间提供一槽形切向开口，用来把由一次空气通道来的一次空气送入中心管内。

该喷烧器还有以下特点，即在中心管端互补的螺旋形齿及在背着燃烧区的挡圈面分别制成使其在初始位置时，管端的齿用弹簧力压向挡圈上的齿，以便相互啮合，这就挡住一次空气通过齿的通道，迫使所有一次空气通过喷咀流出，并且把中心管转向螺旋齿间的间距使齿之间形成切向槽以允许在第一同轴管的部分一次空气流入中心管，使通过槽送入燃烧区的一次空气产生旋转运动，并且由于中心管的成发散状的孔，也使在燃烧区的一次空气产生一向着窑周边方向的运动，另外还可以在面向燃烧区的一端，固体燃料通道的外同轴管被另一同轴管所包围，并在管封住的两端形成一环形空间充当燃烧区所产生的热量和输入喷烧器较冷一次空气之间的热交换器。还可以在热交换腔通过至少一柱形隔板分成至少二同轴通道，最靠近喷烧器轴线的通道连到一次空气的入口，而由上述通道所包围的通道经所形成的环形通道也连到一次空气的入口并有一予热一次空气的出口，通过一输送管，上述出口与远离燃烧区通道端的一次空气通道入口相连。

再则，本发明目的还可通过以下用喷烧器产生火焰的方法来实现，借助外同轴管所形成的环形通道用气动力把固体燃料颗粒输入到燃烧区，其风速大小要防止在通道内的固体颗粒从运载空气流中落下，由第一同轴管形成的环形通道，把一次空气送入燃烧区，同时借助喷咀使固体燃料加速到相对于喷入燃烧区的正常速度更高的高速，同时煤粉吸现火焰中心以增加火焰中燃料的浓度并可改进在燃烧区的燃烧，因此也就减小了窑排气中NO_x的含量。另外，外同轴管相对于第一同轴管可作轴向位移，固体燃料管的位移是专门用来调正固体燃料，一次空气和直接喷入燃烧区的二次空气之间的混合速度。

本发明的原理基于这样的假设，即最好在轴向把一次空气引入到环形煤粉流内侧的窑的燃烧区内，而避免一次空气流一起旋转除非有特殊的情况如上所述。这样，一次空气流的目的是把煤粒加速到很高速度;同时不使煤粒分散到整个窑的截面。所以根据本发明，一次空气通过安置成环形且平行于燃烧室轴线的若干喷咀喷入，上述喷咀排成环形在面向燃烧区的端头且靠近环形一次空气通道，其中，喷咀安置成尽可能靠近周围成管状的煤粉流。业已发现由于较高的煤粒传送速度提供高速一次空气的单独喷咀在加速煤粒时比出自环形通道孔的一次空气流更有效。

为了创造一富燃料的火焰芯，从而减小NO_x的形成，重要的是尽量使燃料颗粒紧靠在一起。

为了增强煤粒间的辐射热交换，也希望煤粒间有一小间距，同时为了保证从煤粒表面迅速排走燃烧产物而又供应氧气到单个煤粒表面，需要空气和煤粒之间有大的速差。通过用一发散的和/或旋转的一次空气流束把煤粒分散在窑的整个截面获取大家都知道的和所希望的效果是不合适的。

根据本发明的二通道喷烧器，其特征在于比三通道喷烧器更轻和更简单，如果二通道喷烧器专门用油或气体为燃料，即使喷烧器设有陶瓷隔热壁，在窑内也没有煤粉或运载空气对喷烧器壁进行必要的有效冷却，此缺点可借助包围窑内喷烧器管的热交换器来补救，且全部一次空气量都流过热交换器，并先在流入喷烧器的环形一次空气通道前进行予热。一次空气的予热使一次空气的容积随着空气速度相应的增加而增大，随之一次空气的冲量就增加，因此在保持喷烧器效益的同时，允许再次减少一次空气量。

现参照下述本发明喷烧器的不限制本发明范围各实施例的附图，对发明进行更详尽的解释。

图1表明无热交换器的二通道喷烧器的轴向剖视图;

图2表明有热交换器的二通道喷烧器的相应轴向剖视图;

图3A表明面向燃烧区的喷烧器端头的更详细轴向剖视图;

图3b表明喷烧器端头相应的端视图;

图4A和图4B为在图3A位置的剖视图和端视图;

图5A和图5B为图3A在另一位置的剖视图和端视图。

在上述附图中，喷烧器中相同标号表示相同的部件。

图1表明一可选择地把液体或气体燃料通过油或气喷管送入到回转窑的燃烧区，而喷烧器设有中心管5，中心管5被一同轴管8所包围形成一通过空气入口10输入一次空气的第一环形通道，此环形通道把空气送入若干平行于喷烧器轴线且成环形布置在管8面向燃烧区端头的喷咀3，喷咀3的孔可自行调节。管8被另一同轴管1所包围而形成一借助运载空气，用气动力输送煤粉到燃烧区的第二环形通道11，通过入口2，煤/气流输入到第二环形通道并在通过燃烧室时，以足够大的速度把煤粉气流送至燃烧区来防止煤粒从气流中落下。实践使用中，煤和空气的比例为4-10公斤煤/米³空气，为了取得在形成火焰、燃速和煤粒对管内壁的磨损相互间的合理平衡，运载空气的最大速度为35米/秒。通过其端头面向燃烧区的煤/气通道内形成的环形孔，煤粉喷入燃烧区，以此方式，煤粒流一开始就在燃烧区形成一“气管”，且从此“气管”，来自内置喷咀的喷咀效应使煤粒都集向火焰中心。

管1可以已知方式相对于管8作轴向位移，以便改变在煤粉与喷入到燃烧区的一次空气和二次空气之间的混合速度，从而就可调节火焰的形状。在原理上，引起该位移的机构以成环形可挠曲的波纹管密封11形式示出，通过拧动在杆12螺纹部分上的螺母来有效地进行轴向位移。

在窑内，喷烧器在其外壁复盖陶脊绝缘以保护壁不会过热。

如上所述，产生上述情况就要求一次空气也以发散方向送入燃烧区。为此目的，根据本发明的喷烧器，在一次空气通道和燃烧区之间设有另一套可调节的喷咀，如图3至图5所示。在面向燃烧区的一端，管8由装有喷咀3的一挡圈6封住，该挡圈6固定地装在管8的内壁上，挡圈的畅通开口与可转动地装在喷烧器内的管5形成一锥形过渡，管5在初始位置是借助弹簧力而紧压在挡圈6的邻接面来保证的。开有槽的套管7焊在挡圈6的同一表面上，套管7围绕着管5端头，当转动管5时，管端5移入套筒内。管5面向燃烧区的一端设有一螺旋形齿4′，该齿4′与面背燃烧区挡圈面上的相应螺旋形齿4′是互补的。在初始位置时，该两齿4′和4″完全啮合，因此完全挡住了一次空气的通路，这样，一次空气只允许通过一次空气通道的喷咀。当把管5转向螺旋形齿的齿间间距时，齿4′向上滑到挡圈6相应齿4″的相应的斜面上，因此形成了在一次空气通道内部分一次空气的切向开口4。开口4的大小相当于沿着齿斜面上管5转动的大小。要是转动是连续的。那么上述齿4′和4″会重新相互完全啮合，在管5上的弹簧力会重新挡住一次通路而阻止一次空气的通过。

由于槽开口的形状和大小，通过槽4引入管5的一次空气在通过燃烧区时将产生一相应的旋转运动，以便引起所想要的火焰变化。面向燃烧区管5的发散孔给予旋转空气一向着窑周边的运动分量。

图2示出根据本发明喷烧器的另一个实施例，该喷烧器在室内设有用于冷却燃烧室端部以及用来予热一次空气的一热交换器。热交换器由包围管1的二同轴管14和18组成，并设有一次空气入口16和一予热一次空气的出口15，予热空气通过一管道16引到由管8和中心管15所形成的一次空气通道相对一端。热交换器是用陶瓷材料9制成的保护套所包围，并在面向燃烧区一端封住。在其相对一端，热交换器由一可挠曲的波纹管密封件内所封住。热交换器的内管18形成一未完全延伸到热交换器端壁的柱形壁以便在端壁内形成一使一次空气从热交换器的内管通到外管的环形通道。图2中所示的热交换器只有二个通道和管，但它也可以包含若干附加管，依靠这些附加管，热交换器可取得理想的结果。

一公知的具有最大压力为125毫巴的离心风机的三通道喷烧器和依据本发明的喷烧器，都在燃烧3000公斤/小时，热值为7000千卡/公斤，含氧量为2.32%的重油情况下，进行比较试验，其所产生的结果列表如下：

Claims (6)

1、一喷烧器，用于把固体、液体或气体燃料送入一窑内，例如一回转窑的燃烧区，该喷烧器有一用于液体和/或气体燃料的中心输料管(5)，一包围上述中心管的第一同轴管(8)以便在同轴管和中心管之间形成一环形通道，它通过一入口(10)把输入喷烧器的一次空气送入燃烧区，还有一第二同轴管(1)包围着第一同轴管，因而在第一和第二同轴管之间形成另一个环形通道，以利用气动力把固体燃料送放燃烧区，也就是把煤粉和运载空气一起，通过一入口(2)输到喷烧器，其特征在于面向燃烧区的管(8)端头被一固定安装在管端的平板挡圈(6)所封住并设有若干喷咀(3)，喷咀轴线平行于喷烧器轴线，面向管端(5)的挡圈(6)表面设一螺旋形齿(4″)，而面向燃烧区的挡圈表面形成管5的一发散形开口，还有开有槽的套管(7)，它包围管(5)且焊在挡圈(6)的内侧，管(5)在面向挡圈的一端同样有一螺旋形齿(4′)并与挡圈(6)上的齿(4″)成互补，管(5)可转动地安装着，由于在向着燃烧区方向作用一轴向弹簧力压住背对燃烧区的挡圈6表面，转动管(5)使齿之间提供一槽形切向开口(4)，用来把由一次空气通道来的一次空气送入中心管(5)内。

2、根据权利要求1的喷烧器，其特征在于在管（5）端的互补的螺旋形齿（4′，4″）和挡圈6背着燃烧区的面分别制成使在初始位置时，管（5）端的齿（4′）用弹簧力压向挡圈6上的齿（4″）以便相互啮合，这就挡住一次空气通过齿的通道，迫使所有一次空气通过喷咀流出，并且把管（5）转向螺旋齿间的间距使齿之间形成切向槽（4）以允许在管（8）的部分一次空气流入管（5），使通过槽（4）送入燃烧区的一次空气产生旋转运动，并且由于管（5）的发散状孔，也使在燃烧区的一次空气产生一向着窑周边方向的运动。

3、根据权利要求1和2的喷烧器，其特征在于在面向燃烧区的一端，固体燃料通道的外同轴管（1）被另一同轴管（14）所包围，并在其封住的两端形成一环形空间，上述环形空间充当燃烧区所产生的热量和输入喷烧器较冷的一次空气之间的热交换器。

4、根据权利要求4的喷烧器，其特征在于热交换器腔通过至少一柱形隔板分成至少二同轴通道，最靠近喷烧器轴线的通道连到一次空气入口（10），由上述通道所包围的通道经所形成的环形通道（20）也连到一次空气的入口（10）并有一予热一次空气的出口（15），通过一导管（16），出口（15）与远离燃烧区的通道端的一次空气通道的入口（17）相连。

5、使用根据权利要求1-3中的喷烧器在窑的燃烧区产生火焰的方法，其特征在于通过管（1）所形成的环形通道用气动力把固体燃料颗粒输入到燃烧区，其风速大小要防止在通道内的固体颗粒从运载空气流中落下，由通过管（8）形成的环形通道把一次空气送入燃烧区同时借助喷咀（3），使固体燃料颗粒加速到相对于喷入燃烧区正常的速度更高的高速，同时使煤粒吸向火焰中心以增加火焰中燃料的浓度并可改进在燃烧区的燃烧，因此就减小了窑排气中的NO_x（氧化氮）的含量。

6、根据权利要求5的方法，其中管（1）相对于管（8）可作轴向位移，其特征在于固体燃料管的位移是专门来调正固体燃料，一次空气和直接喷入燃烧区的二次空气之间的混合速度。

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