CN109020267A - 一种煤粉喷枪装置、低NOx石灰生产设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤粉喷枪装置、低NOx石灰生产设备及其控制方法，所述煤粉喷枪装置包括具有横向管路和纵向管路的煤粉管道；所述纵向管路的上端连通所述横向管路，所述纵向管路的下端为煤粉喷口，所述纵向管路进一步分流出第一输煤管路和第二输煤管路，所述第一输煤管路的输煤浓度大于所述第二输煤管路的输煤浓度，且所述第一输煤管路的煤粉喷口高于所述第二输煤管路的煤粉喷口，所述第二输煤管路的长度大于所述第一输煤管路。该煤粉喷枪装置可有效降低石灰窑等石灰生产设备的NOx排放量，从而使其在生产石灰时满足环保要求。

Description

一种煤粉喷枪装置、低NOx石灰生产设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及冶金化工行业的石灰生产设备，特别是石灰生产设备的煤粉喷枪装置。本发明还涉及设有所述煤粉喷枪装置的石灰生产设备及其控制方法。

背景技术

在冶金化工行业，一般所称的石灰指的是生石灰(CaO)，生石灰是由石灰石(主要成分CaCO₃)在石灰窑内经过950℃～1100℃高温煅烧释放出CO₂后生成。

石灰是冶金行业中的重要辅助原料，在炼铁原料烧结、炼铁还原过程、铁水预处理过程及炉外精炼过程中，石灰作为添加剂，起到脱磷、脱硫的作用，其质量的好坏对钢材性能的影响至关重要。

据测量，近年某新建双膛石灰窑烟气出口处的NOx浓度平均可达130mg/m³，瞬时浓度超过160mg/m³，虽然目前的NOx排放浓度能够满足当前国家标准的排放要求，但是随着国家环保要求越来越严格，石灰窑NOx排放标准的收紧将势在必行(最新发布的工业炉窑NOx排放标准已降至100mg/m³)。

请参考图1、图2，图1为一种典型石灰双膛立窑的煤粉喷枪的结构示意图；图2为图1中所示一个纵向管路与横向管路相连通的示意图。

如图所示，在生产时，石灰双膛立窑的窑本体内部堆积满待焙烧的石灰石，煤粉通过煤粉总管进入煤粉喷枪内，最后在石灰石料层内部喷出，在喷出口形成高温区域，对石灰石进行高温焙烧从而形成产品。

这种煤粉喷枪主要存在以下缺点：

其一，煤粉未有效分流，在生产中，煤粉是整体从喷枪喷入石灰石料层内部参与燃烧生产，在石灰石料层内极易形成局部长期高温、富氧的燃烧区域，从而在该区域产生大量的热力型NOx。

其二，煤粉喷入位置无法改变，煤粉喷枪的喷出口位置在窑内无法移动，所以煤粉只能固定于一个位置喷出，这样的坏处同样是极易在石灰石料层内形成局部长期高温、富氧的燃烧区域，从而在该区域产生大量的热力型NOx。

以上两点都会造成石灰窑烟气中NOx浓度居高不下，对整套石灰窑系统的合格生产带来负面影响。

因此，如何进一步降低石灰窑的NOx排放浓度，成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种低NOx石灰系统用煤粉喷枪装置。该煤粉喷枪装置可有效降低石灰窑等石灰生产设备的NOx排放量，从而使其在生产石灰时满足环保要求。

本发明的另一目的是提供一种设有所述煤粉喷枪装置的石灰生产设备及其控制方法。

为实现上述目的，本发明提供一种煤粉喷枪装置，包括具有横向管路和纵向管路的煤粉管道；所述纵向管路的上端连通所述横向管路，所述纵向管路的下端为煤粉喷口，所述纵向管路进一步分流出第一输煤管路和第二输煤管路，所述第一输煤管路的输煤浓度大于所述第二输煤管路的输煤浓度，且所述第一输煤管路的煤粉喷口高于所述第二输煤管路的煤粉喷口，所述第二输煤管路的长度大于所述第一输煤管路。

优选地，所述横向管路设有多个所述纵向管路，各所述纵向管路并排间隔分布，其上端均连通所述横向管路。

优选地，所述纵向管路由分隔板分隔成两个半圆形通道，其中一个半圆形通道形成第一输煤管路，另一半圆形通道形成第二输煤管路。

优选地，所述纵向管路在分流处设有旋转角度可调节的分流板，所述分流板的一侧对应于所述第一输煤管路，所述分流板的另一侧对应于所述第二输煤管路。

优选地，所述分流板与垂直线形成的夹角角度范围在-60°至+60°之间，优选为-45°至+45°之间，更优选为-30°至+30°之间。

优选地，进一步包括煤粉分流调节装置；所述分流板通过转轴安装于所述纵向管路内部，所述分流调节装置带动所述分流板绕所述转轴进行转动。

优选地，所述煤粉分流调节装置包括驱动齿轮和驱动齿条；所述驱动齿轮带动所述驱动齿条沿水平方向移动，所述驱动齿条穿过所述纵向管路与所述分流板相连接，从内部带动所述分流板进行转动，或者，所述驱动齿条通过穿入所述纵向管路的连接件与所述分流板相连接，从外部带动所述分流板进行转动。

优选地，所述第二输煤管路设有能够使所述第二输煤管路伸长或缩短的伸缩节。

优选地，所述伸缩节设于所述第二输煤管路向下超出所述第一输煤管路的管段部分。

优选地，所述第二输煤管路设有喷煤管升降装置；所述喷煤管升降装置包括升降驱动机构、承力杆和联动板，所述升降驱动机构的升降运动输出端连接所述承力杆上端，所述承力杆下端连接所述联动板，所述联动板连接各所述第二输煤管路的伸缩节的下管段部分。

为实现上述另一目的，本发明提供一种低NOx石灰生产设备，包括设有窑膛的石灰窑本体，所述窑膛具有煅烧带并设有向所述煅烧带输入燃料以进行煅烧的燃烧器，所述燃烧器为上述任一项所述的煤粉喷枪装置。

优选地，所述石灰窑本体在对应于所述第一输煤管路煤粉喷口的位置设有第一温度检测装置，并在对应于所述第二输煤管路煤粉喷口的位置设有第二温度检测装置，以实时监测所述窑膛内部上、下喷煤位置的温度。

为实现上述另一目的，本发明提供一种控制方法，用于控制所述低NOx石灰生产设备，包括：

监测石灰生产设备排放烟气内的NOx浓度；

若烟气内的NOx浓度超过设定值时，则进一步判断石灰窑本体内上、下喷煤位置的温度差值是否大于设定值Tc，如果判断结果为是，则增大第一输煤管路和第二输煤管路喷煤位置的距离，如果判断结果为否，则增大第一输煤管路和第二输煤管路的浓度差；

执行后，再次监测石灰生产设备排放烟气内的NOx浓度，确认烟气内的NOx浓度是否低于设定值，如果是，则本次操作结束，如果否，则回到上一步，循环进行。

本发明所提供的煤粉喷枪装置，其纵向管路分为第一输煤管路和第二输煤管路，在进行实际生产时，从喷煤总管方向喷来的煤粉束在会自动分成两股不同的流束，第一输煤管路内的流束为富煤流束，第二输煤管路内的流束为贫流束，其中富煤流束的出口较贫煤流束的出口位置加靠上，这样就在石灰窑内形成两个位置的两股浓度不同煤粉束的喷吹分布，从而实现了石灰窑在生产时的浓淡燃烧，进而有效抑制了石灰窑内NOx的生成量，可有效降低石灰窑等石灰生产设备的NOx排放量，使其在生产石灰时满足环保要求。

本发明所提供的低NOx石灰生产设备设有上述煤粉喷枪装置，由于所述煤粉喷枪装置具有上述技术效果，则设有该煤粉喷枪装置的低NOx石灰生产设备也应具有相应的技术效果；同理，本发明所提供的控制方法也能够取得相应的技术效果。

附图说明

图1为一种典型石灰双膛立窑的煤粉喷枪的结构示意图；

图2为图1中所示一个纵向管路与横向管路相连通的示意图；

图3为本发明实施例公开的一种煤粉喷枪的结构示意图；

图4为图3中所示煤粉喷枪的局部结构示意图；

图5为图4中所示第一输煤管路和第二输煤管路的横截面示意图；

图6为图3中所示煤粉分流调节装置的结构示意图；

图7为本发明实施例公开的另一种煤粉喷枪的结构示意图；

图8为图7中所示喷煤管升降装置的结构示意图；

图9为第一输煤管路和第二输煤管路的第二种横截面示意图；

图10为第一输煤管路和第二输煤管路的第三种横截面示意图；

图11为第一输煤管路和第二输煤管路的第四种横截面示意图；

图12为本发明实施例公开的一种控制方法的流程图。

图中：

1.石灰窑窑体 2.喷煤总管 3.煤粉喷枪(现有) 4.煤粉喷枪(本发明) 41.煤粉管道 42.分隔板 43.分流板 44.伸缩节 45.第一输煤管路 46.第二输煤管路 5.联动板 6.承力杆 7.驱动电机 8.驱动气缸 81.缸体 82.活塞板 83.下腔室压气管道 84.下腔室三通电磁阀85.上腔室压气管道 86.上腔室三通电磁阀 9.煤粉分流调节装置 91.驱动齿轮92.固定承力轴 93.驱动齿条 10.上喷煤位温度检测装置 11.下喷煤位温度检测装置

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。

在本文中，“上、下、内、外”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

请参考图3、图4、图5，图3为本发明实施例公开的一种煤粉喷枪的结构示意图；图4为图3中所示煤粉喷枪的局部结构示意图；图5为图4中所示第一输煤管路和第二输煤管路的横截面示意图。

如图所示，在一种具体实施方式中，本发明所提供的煤粉喷枪4的煤粉管道41主要包括横向管路和多个纵向管路，在实际安装时，每个石灰生产设备，例如双膛石灰窑的内部可沿周向均匀设置5-7组煤粉喷枪4，图3仅示出了其中两个左右对称的两组煤粉喷枪4。

横向管路用于穿过石灰窑窑体1的侧壁沿径向向内部延伸，每一个横向管路带有多个纵向管路，这些纵向管路并排间隔分布，其上端均连通横向管路，下端为煤粉喷口，用于向石灰窑的窑膛内部喷入煤粉，以形成燃烧区，对生石灰进行煅烧，

纵向管路由垂直于横向管路的分隔板42分隔成两个半圆形通道，一个半圆形通道形成第一输煤管路45，另一半圆形通道形成第二输煤管路46，也就是说，纵向管路进一步分流出第一输煤管路45和第二输煤管路46，其中，第一输煤管路45的输煤浓度大于第二输煤管路46的输煤浓度，其内部的流束为富煤流束，第二输煤管路46的输煤浓度小于第一输煤管路45的输煤浓度，其内部的流束为贫煤流束，第一输煤管路45的煤粉喷口高于第二输煤管路46的煤粉喷口，其煤粉喷口所对应的区域形成主燃烧区，第二输煤管路46的长度大于第一输煤管路45，其煤粉喷口所对应的区域形成位于主燃烧区下游的再燃烧区。

纵向管路在分流处也就是分隔板42的上端处，设有分流板43，分流板43位于煤粉管道41的纵向管路内且通过定轴安装于管道弯头处位置，分流板43的右侧对应于第一输煤管路45，分流板43的左侧对应于第二输煤管路46，其旋转角度可调节，以改变其对煤粉流束的分流效果。

分流板43不同的旋转角度对应的是不同的煤粉束浓度，其与垂直线的夹角范围一般在-60°至+60°之间，优选为-45°至+45°之间，更优选为-30°至+30°之间，角度越小，两股煤粉浓度相差越大，角度越大，两股煤粉浓度相差越小。

请参考图6，图6为图3中所示煤粉分流调节装置的结构示意图。

如图所示，为了对分流板43进行调节，可进一步增设煤粉分流调节装置9，其主要由驱动齿轮91、固定承力轴92和驱动齿条93组成，其中固定承力轴92一端紧固安装在石灰窑窑体1的外壳上，另一端与驱动齿轮91连接，驱动齿轮91通过齿轮咬齿与驱动齿条93的齿部啮合接触，通过驱动齿轮91进行逆时针或顺时针转动，可以控制驱动齿条93进行水平方向的进、退运动，从而带动分流板43在煤粉喷枪内进行一定角度的转动。

驱动齿条93与分流板43的连接可以有各种形式，例如，驱动齿条93直接穿过纵向管路与分流板43相连接，从内部带动分流板43进行转动，或者，驱动齿条93不穿过纵向管路，而是通过穿入纵向管路的连接件与分流板43相连接，从外部带动分流板43进行转动。当驱动齿条93直接穿过纵向管路与分流板43相连接时，由于驱动齿条93的宽度可设计的相对较小，因此不会阻碍煤粉的在纵向管路内向下流动。

第二输煤管路46设有伸缩节44，此伸缩节44设于第二输煤管路46向下超出第一输煤管路45的管段部分，可在外力作用下进行自由长、短伸缩，从而达到改变第二输煤管路46的煤粉喷口位置的目的，伸缩节44优选采用金属伸缩节，以保证伸缩节44在温度较高的窑膛内不会被烧毁，始终能够正常伸缩。

本实施例中的第一输煤管路45和第二输煤管路46为一体式结构，因此伸缩节44设置在第二输煤管路46超出第一输煤管路45的部分，如果第一输煤管路45和第二输煤管路46设计成相互独立的形式，则伸缩节44的位置便不受此限制。

为了调节第二输煤管路46的煤粉喷口位置，第二输煤管路46设有喷煤管升降装置，此喷煤管升降装置主要由升降驱动机构、承力杆6和联动板5组成，升降驱动机构的升降运动输出端连接承力杆6上端，承力杆6的下端连接联动板5，联动板5连接各第二输煤管路46的伸缩节44的下管段部分，当升降驱动机构带动承力杆6向下移动时，承力杆6可通过联动板5同时带动所有的第二输煤管路46的下半段下移，从而使煤粉喷口位置变低，当升降驱动机构带动承力杆6向上移动时，承力杆6可通过联动板5同时带动所有的第二输煤管路6的下半段上移，从而使煤粉喷口位置变高。

升降驱动机构可以有多种形式，图中所示为驱动电机7，其通过丝杠螺母机构将旋转运动转变为上下直线运动后再驱动承力杆7，除此之外，升降驱动机构还可以是直线电机、或者能够将电机的旋转运动转变为直线运动的齿轮齿条机构，等等。

请参考图7、图8，图7为本发明实施例公开的另一种煤粉喷枪的结构示意图；图8为图7中所示喷煤管升降装置的结构示意图。

如图所示，在另一实施例中，喷煤管升降装置主要由联动板5、承力杆6和驱动气缸8组成，其中驱动气缸8又由缸体81、活塞板82、下腔室压气管道83、下腔室三通电磁阀84、上腔室压气管道85和上腔室三通电磁阀86组成。

当装置接收到系统指令时，能够控制驱动气缸8驱使承力杆6带动联动板5在窑膛内做垂直上下运行，在金属伸缩节44的作用下，联动板5可带动与其紧密连接的煤粉管道41做垂直方向的伸缩运动，其余结构与上述实施例基本相同，请参考上文。

除了上述煤粉喷枪，本发明还提供一种低NOx石灰生产设备，包括设有窑膛的石灰窑窑体1，其为双膛石灰窑，窑膛具有煅烧带并设有向煅烧带输入燃料以进行煅烧的燃烧器，其燃烧器为上文中的煤粉喷枪。

石灰窑窑体1在对应于第一输煤管路煤粉喷口的位置设有上喷煤位温度检测装置10，并在对应于第二输煤管路煤粉喷口的位置设有下喷煤位温度检测装置11，例如S型热电偶等，以实时监测所述窑膛内部上、下喷煤位置的温度其作用是实时监测窑内上、下喷煤位的温度，为生产中的自适应控制提供数据支持。

由于在介绍上述煤粉喷枪的同时，实质上已经对本发明所提供的低NOx石灰生产设备进行了说明，因此，对本发明所提供的低NOx石灰生产设备就不再单独详述，具体可参见上文。

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，第一输煤管路45和第二输煤管路46可以不是严格的半圆形(见图9)，或者，第一输煤管路45和第二输煤管路46分别呈圆形(见图10)，或者，第一输煤管路45的截面尺寸大于第二输煤管路46的截面尺寸(见图11)，又或者，采用其他是方式来调节分流板43和金属伸缩节44，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。

本发明在进行实际生产时，从喷煤总管2方向喷来的煤粉束在煤粉管道41弯头、分流板43和分隔板42联合作用下，会自动分为富流束和贫流束两股，其机理是利用煤粉的惯性，将煤粉撞击在弯头内管壁上转变方向时，靠近弯头内管壁的煤粉较多，远离弯头内管壁的煤粉较少，在垂直段用分隔板42分开，从而形成两股不同流束，其中富流束的出口较贫流束位置更靠上，这样就在石灰窑内形成两个位置的两股浓度不同煤粉束的喷吹分布，从而实现了石灰窑在生产时的浓淡燃烧，进而有效抑制了石灰窑内NOx的生成量。

请参考图12，图12为本发明实施例公开的一种控制方法的流程图。

如图所示，除工艺结构改变外，本发明提供了用于控制上述实施例中的低NOx石灰生产设备的自适应控制方法，其控制流程包括：

系统开始运行后，通过检测元件实时监测石灰窑排放烟气内的NOx浓度。

当发现烟气内的NOx浓度超标时，首先判断是否石灰窑内上、下喷煤位的温度差值大于Tc，如果为是，则说明两个进煤点的位置相差不够远，通过控制驱动装置降低联动板5的高度进而拉远两个进煤点距离，如果为否，则说明两个进煤点煤粉浓度差异不够大，系统将通过控制旋转煤粉分流板43的角度来进一步拉大浓度差异。

执行后，系统将再次确认烟气NOx浓度是否已恢复正常，如果为是，则默认本次操作结束，如果为否，则回到上一步，循环进行。

以上对本发明所提供的煤粉喷枪装置、低NOx石灰生产设备及其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 (13)

1.一种煤粉喷枪装置，包括具有横向管路和纵向管路的煤粉管道；所述纵向管路的上端连通所述横向管路，所述纵向管路的下端为煤粉喷口，其特征在于，所述纵向管路进一步分流出第一输煤管路和第二输煤管路，所述第一输煤管路的输煤浓度大于所述第二输煤管路的输煤浓度，且所述第一输煤管路的煤粉喷口高于所述第二输煤管路的煤粉喷口，所述第二输煤管路的长度大于所述第一输煤管路。

2.根据权利要求1所述的煤粉喷枪装置，其特征在于，所述横向管路设有多个所述纵向管路，各所述纵向管路并排平行间隔分布，其上端均连通所述横向管路。

3.根据权利要求1所述的煤粉喷枪装置，其特征在于，所述纵向管路由分隔板分隔成两个半圆形通道，其中一个半圆形通道形成第一输煤管路，另一半圆形通道形成第二输煤管路。

4.根据权利要求1所述的煤粉喷枪装置，其特征在于，所述纵向管路在分流处设有旋转角度可调节的分流板，所述分流板的一侧对应于所述第一输煤管路，所述分流板的另一侧对应于所述第二输煤管路。

5.根据权利要求4所述的煤粉喷枪装置，其特征在于，所述分流板与垂直线形成的夹角角度范围在-60°至+60°之间，优选为-45°至+45°之间，更优选为-30°至+30°之间。

6.根据权利要求4所述的煤粉喷枪装置，其特征在于，进一步包括煤粉分流调节装置；所述分流板通过转轴安装于所述纵向管路内部，所述分流调节装置带动所述分流板绕所述转轴进行转动。

7.根据权利要求6所述的煤粉喷枪装置，其特征在于，所述煤粉分流调节装置包括驱动齿轮和驱动齿条；所述驱动齿轮带动所述驱动齿条沿水平方向移动，所述驱动齿条穿过所述纵向管路与所述分流板相连接，从内部带动所述分流板进行转动，或者，所述驱动齿条通过穿入所述纵向管路的连接件与所述分流板相连接，从外部带动所述分流板进行转动。

8.根据权利要求1所述的煤粉喷枪装置，其特征在于，所述第二输煤管路设有能够使所述第二输煤管路伸长或缩短的伸缩节。

9.根据权利要求8所述的煤粉喷枪装置，其特征在于，所述伸缩节设于所述第二输煤管路向下超出所述第一输煤管路的管段部分。

10.根据权利要求9所述的煤粉喷枪装置，其特征在于，所述第二输煤管路设有喷煤管升降装置；所述喷煤管升降装置包括升降驱动机构、承力杆和联动板，所述升降驱动机构的升降运动输出端连接所述承力杆上端，所述承力杆下端连接所述联动板，所述联动板连接各所述第二输煤管路的伸缩节的下管段部分。

11.一种低NOx石灰生产设备，包括设有窑膛的石灰窑本体，所述窑膛具有煅烧带并设有向所述煅烧带输入燃料以进行煅烧的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器为上述权利要求1至10任一项所述的煤粉喷枪装置。

12.根据权利要求11所述的低NOx石灰生产设备，其特征在于，所述石灰窑本体在对应于所述第一输煤管路煤粉喷口的位置设有第一温度检测装置，并在对应于所述第二输煤管路煤粉喷口的位置设有第二温度检测装置，以实时监测所述窑膛内部上、下喷煤位置的温度。

13.一种控制方法，用于控制所述权利要求11或12所述的低NOx石灰生产设备，包括：

监测石灰生产设备排放烟气内的NOx浓度；

若烟气内的NOx浓度超过设定值时，则进一步判断石灰窑本体内上、下喷煤位置的温度差值是否大于设定值Tc，如果判断结果为是，则增大第一输煤管路和第二输煤管路喷煤位置的距离，如果判断结果为否，则增大第一输煤管路和第二输煤管路的浓度差；

执行后，再次监测石灰生产设备排放烟气内的NOx浓度，确认烟气内的NOx浓度是否低于设定值，如果是，则本次操作结束，如果否，则回到上一步，循环进行。