CN111226075B

CN111226075B - 水泥窑用燃烧器装置及其运转方法

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Publication number: CN111226075B
Application number: CN201880048409.7A
Authority: CN
Inventors: 佐野雄哉; 堀场香奈; 内藤浩一
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2018-09-26
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2022-10-25
Anticipated expiration: 2038-09-26
Also published as: KR20200037204A; JPWO2020065786A1; TW202030442A; US11112111B2; US20210222875A1; PH12020500318A1; JP6785972B2; CN111226075A; KR102253859B1; WO2020065786A1

Abstract

本发明提供一种强力形成水泥窑内的可燃性固体废弃物的漂浮状态并且容易引起处于漂浮状态的可燃性固体废弃物着火的水泥窑用燃烧器装置及其运转方法。本发明包括：固体粉末燃料用流路，其具备固体粉末燃料流的回旋机构；第一空气流路，其与固体粉末燃料用流路相邻地配置于外侧且具备空气流的回旋机构；第二空气流路，其与第一空气流路相邻地配置于外侧且具备空气流的直进机构；第三空气流路，其与固体粉末燃料用流路相邻地配置于内侧且具备空气流的回旋机构；以及，可燃性固体废弃物用流路，其配置于第三空气流路的内侧。第二空气流路具有构成空气流的吹出口的开孔部和以使空气流无法通流的方式予以遮蔽的堵塞部，开孔部和堵塞部沿周向交替排列。

Description

水泥窑用燃烧器装置及其运转方法

技术领域

本发明涉及一种水泥窑用燃烧器装置，尤其涉及一种将可燃性固体废弃物有效用作水泥熟料烧成中的辅助燃料的水泥窑用燃烧器装置。另外，本发明还涉及这种水泥窑用燃烧器装置的运转方法。

背景技术

废塑料、木屑、汽车粉碎残渣(ASR：automobile shredder residue)等可燃性固体废弃物具有可用作烧成(煅烧)用燃料的程度的热量。在此，在用于水泥熟料的烧成的回转窑中，人们正在推进有效利用可燃性固体废弃物作为主燃料即粉煤的替代燃料。下面，将用于水泥熟料的烧成的回转窑称为“水泥窑”。

以往，对于水泥窑中的可燃性固体废弃物的燃料再循环，人们在不断推进对水泥熟料品质的影响小的设置于窑尾部的预烧炉中的利用。然而，由于在预烧炉中的使用量接近饱和，因此寻求在设置于窑前部的主燃烧器中的利用技术。

然而，在水泥窑的主燃烧器中，在将可燃性固体废弃物用作替代燃料的情况下，有时产生从主燃烧器喷出的可燃性固体废弃物即使落在水泥窑内的水泥熟料上也继续燃烧的现象(下面称为“着陆燃烧”)。若产生该着陆燃烧，则可燃性固体废弃物的着陆点周边的水泥熟料被还原烧成，产生水泥熟料的白色化、熔结反应的异常。

为了使可燃性固体废弃物不发生着陆燃烧，寻求如下技术：使在水泥窑内的可燃性固体废弃物的漂浮状态长时间持续，从而使该可燃性固体废弃物在该漂浮状态下结束燃烧；或者，使可燃性固体废弃物在水泥窑内的远方(窑尾侧)着陆，从而在熟料原料到达熔结的主反应域前使该可燃性固体废弃物结束燃烧。

例如，在下述专利文献1中，作为能够使可燃性固体废弃物的大部分以漂浮状态燃烧的技术，公开了一种水泥窑，其设有用于喷出作为主燃料的粉煤的主燃料燃烧器和吹入可燃性固体废弃物的辅助燃烧器，在该水泥窑中，将来自主燃料燃烧器的一次空气以在来自水泥窑主体的窑前侧的轴线方向视野下沿一方向回旋的方式供给，并且在该主燃料燃烧器的外方且在相对于穿过所述轴线的垂直线而从主燃料燃烧器的顶部(0°)绕轴线向与所述一方向相反的方向达到55°的范围内设置有辅助燃烧器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-237571号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在专利文献1的方法中，使可燃性固体废弃物成为漂浮状态的效果不足，且可使用的可燃性固体废弃物受限于废塑料等的堆积比重(bulk specific gravity)小的材料。另外，即使是废塑料也存在难以使外径超过15mm尺寸的熟料在漂浮状态下完全燃烧的技术问题。即，按照专利文献1的方法能够利用的可燃性固体废弃物在堆积比重、大小的方面受到较大的限制。

鉴于上述课题，本发明的目的在于提供一种水泥窑用燃烧器装置及其运转方法，其强力地形成水泥窑内的可燃性固体废弃物的漂浮状态，并且容易使处于漂浮状态的可燃性固体废弃物发生着火。

用于解决课题的方案

本发明者针对强力地形成水泥窑内的可燃性固体废弃物的漂浮状态并且容易引起处于漂浮状态的可燃性固体废弃物着火的来自主燃烧器的可燃性固体废弃物的吹入方法进行了深入研究。其结果发现，在除了一个燃料流(含有粉煤的空气流)流路外还具备3个一次空气流路的四通道式燃烧器中，通过使来自主燃烧器的吹出口间断性地喷出来自位于最外壳的通道的直进流，由此能够解决所述课题。

即，本发明的水泥窑用燃烧器装置具备由多个同心圆筒状构件分隔出的多个流路，所述水泥窑用燃烧器装置具备：

固体粉末燃料用流路，其具备固体粉末燃料流的回旋机构；

第一空气流路(第一回旋外流)，其与所述固体粉末燃料用流路相邻地配置于外侧，且具备空气流的回旋机构；

第二空气流路(第一直进外流)，其与所述第一空气流路相邻地配置于外侧，且具备空气流的直进机构；

第三空气流路(第一回旋内流)，其与所述固体粉末燃料用流路相邻地配置于内侧，且具备空气流的回旋机构；以及

可燃性固体废弃物用流路，其配置于所述第三空气流路的内侧；

并且，所述第二空气流路具有构成空气流的吹出口的开孔部和以使空气流无法通流的方式予以遮蔽的堵塞部，所述开孔部和所述堵塞部沿周向交替排列。

而且，对于固体粉末燃料用流路、第一空气流路、第二空气流路、第三空气流路、以及可燃性固体废弃物用流路分别延伸设置至水泥窑用燃烧器装置的前端面。

即，上述配置构成的水泥窑用燃烧器装置隔着固体粉末燃料用流路在外侧具备两个空气流路(第一回旋外流、第一直进外流)、在内侧具备一个空气流路(第一回旋内流)。通过独立调整流通于这3个空气流路的空气量，能够根据使用的固体粉末燃料及可燃性固体废弃物的种类等而容易地施行调整以得到最佳火焰。

如上述地，对于构成第一直进外流的第二空气流路的开孔部和堵塞部沿周向进行交替排列。其结果，通过间断地配置吹出口的开孔部，从燃烧器吹出口吹出的第一直进外流实质上构成为多条直线外流的束(在此称为“直进外流束”)。由此，使从燃烧器喷出的空气流形成湍流化的程度及范围增大，从熟料冷却器向水泥窑内供给的高温空气即二次空气迅速且大量地被吸入燃烧器火焰内，能够使可燃性固体废弃物在漂浮状态下燃烧。

优选的是，就开孔部比率即所述开孔部的合计面积相对于将所述第二空气流路以对轴心正交的面切断时的整体的面积的比率而言，相对于所述整体的面积为100面积％，所述开孔部比率为20面积％以上且低于80面积％。

若使开孔部比率过小，则作为第一直进外流不能充分确保向燃烧器供给的空气流的流量。另一方面，若使开孔部比率过大，则构成直进外流束的一条直进外流与相邻的另一条直进外流的间隔比一条直进外流的直径过小，其结果是有时不能充分发挥上述那样的提高湍流的功能。从该观点出发，所述开孔部比率优选相对于所述整体的面积100面积％设为20面积％以上且低于80面积％，进一步优选设为20面积％以上且70面积％以下，更优选设为20面积％以上且60面积％以下。

多个所述开孔部及多个所述堵塞部尤其在所述开孔部比率为40面积％以上的情况下，可以配置于以所述第二空气流路的轴心为中心的旋转对称的位置。而且，多个所述开孔部及多个所述堵塞部可以在将所述第二空气流路相对于轴心正交的面上配置于以通过所述轴心的垂直线为基准的线对称的位置。

在所述开孔部比率为20面积％以上且低于40面积％的情况下，多个所述开孔部可以在比含有所述第二空气流路的轴心且与该同心圆筒状构件的轴向平行的平面比靠近垂直下方侧配置其60面积％以上。通过在垂直下方侧配置所述开孔部的60面积％以上，直进外流束在燃烧器火焰内形成上升气流，能够使可燃性固体废弃物的漂浮状态长时间持续。

优选的是，所述水泥窑用燃烧器装置在从所述可燃性固体废弃物用流路喷出的可燃性固体废弃物流具备直进机构。

基于该配置构成，能够使所述可燃性固体废弃物流与从各流路喷出的一次空气、进而与所述二次空气充分混合。由此，通过向可燃性固体废弃物漂浮的周边供给足量的氧，并且快速形成高温环境，能够使可燃性固体废弃物的燃烧提早结束。

另外，本发明是一种所述水泥窑用燃烧器装置的运转方法，其特征在于，所述第二空气流路(第一直进外流)的燃烧器前端处的风速为100m/s～400m/s。此时，优选将来自所述第二空气流路的一次空气相对于理论燃烧空气的比率(A₀比：下面称为“一次空气比”)设为2体积％～11体积％。

另外，在所述水泥窑用燃烧器装置的运转方法中，能够将来自所述固体粉末燃料用流路中的燃烧器前端处的固体粉末燃料流的回旋角度设为0°～15°。另外，能够将来自所述第一空气流路(第一回旋外流)的燃烧器前端处的空气流的回旋角度设为1°～50°。进一步地，能够将来自所述第三空气流路(第一回旋内流)的燃烧器前端处的空气流的回旋角度设为30°～50°。通过这些回旋空气流，可确保固体粉末燃料、可燃性固体废弃物等的着火稳定性，并且能够形成用于使燃烧器前端部的火焰具有保焰功能的燃烧器火焰内气流的内部循环。

进一步地，在所述水泥窑用燃烧器装置的运转方法中，可以将所述第一空气流路(第一回旋外流)的燃烧器前端处的风速设为60m/s～240m/s，将来自所述第一空气流路的一次空气比(A₀比)设为1体积％～5体积％。另外，可以将所述第三空气流路(第一回旋内流)的燃烧器前端处的风速设为5m/s～240m/s，将来自所述第三空气流路的一次空气比(A₀比)设为1体积％～5体积％。进一步地，可以将所述固体粉末燃料用流路中的燃烧器前端处的固体粉末燃料流的风速、以及所述可燃性固体废弃物用流路中的燃烧器前端处的可燃性固体废弃物流的风速均设为30m/s～80m/s。

另外，在所述水泥窑用燃烧器装置的运转方法中，可以设定从所述可燃性固体废弃物用流路喷出的可燃性固体废弃物的粒径为30mm以下。

发明效果

基于本发明的水泥窑用燃烧器装置以及本发明的水泥窑用燃烧器装置的运转方法，能够将废塑料片等可燃性固体废弃物不发生着陆燃烧地有效用作替代燃料。

附图说明

图1是示意性示出本发明的水泥窑用燃烧器装置的前端部分的一实施方式的图。

图2是从图1中将第二空气流路的部分取出而图示的示意性的图。

图3是示意性示出含有图1所示的水泥窑用燃烧器装置的水泥窑用燃烧器系统的构造的一例的图。

图4是用于说明图1的水泥窑用燃烧器装置的回旋叶片的回旋角度的示意性的图。

图5是示出基于本发明的水泥窑用燃烧器装置以及水泥窑用燃烧器装置的运转方法的可燃性固体废弃物着陆燃料的比例(窑内下落率)的燃烧模拟结果的图表。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的水泥窑用燃烧器装置及其运转方法的实施方式进行说明。此外，下面的图是示意性示出的图，图上的尺寸比例与实际的尺寸比例不一致。

图1是示意性示出本发明的水泥窑用燃烧器装置的一实施方式的前端部分的图。图1中(a)是水泥窑用燃烧器装置的横剖视图、(b)是该图的纵剖视图。此外，横剖视图是指将水泥窑用燃烧器装置以与该装置的轴向正交的平面切断而得到的剖视图，纵剖视图是指将水泥窑用燃烧器装置以与该装置的轴向平行的平面切断而得到的剖视图。

此外，在图1中，将水泥窑用燃烧器装置的轴向(即空气流方向)设为Y方向，将垂直方向设为Z方向，将与YZ平面正交的方向设为X方向来设定坐标系。下面，一边适当参照该XYZ坐标系一边进行说明。若使用该XYZ坐标系记载，则图1(a)对应于将水泥窑用燃烧器装置以XZ平面切断时的剖视图，图1(b)对应于将水泥窑用燃烧器装置以YZ平面切断时的剖视图。更详细而言，图1(b)对应于将水泥窑用燃烧器装置在燃烧器前端的附近的位置以YZ平面切断时的剖视图。

如图1所示，水泥窑用燃烧器装置1以同心圆状具备多个流路。更详细而言，水泥窑用燃烧器装置1具备固体粉末燃料用流路2、与固体粉末燃料用流路2相邻地配置于外侧的第一空气流路11、与第一空气流路11相邻地配置于外侧的第二空气流路12以及与固体粉末燃料用流路2相邻地配置于内侧的第三空气流路13，合计4个流路。在第三空气流路13的内侧配置有油用流路3、可燃性固体废弃物用流路4等。

在固体粉末燃料用流路2以及第一～第三空气流路11～13中的固体粉末燃料用流路2、第一空气流路11以及第三空气流路13，分别在各流路的燃烧器前端部固定有作为回旋机构的回旋叶片(2a、11a、13a)(参照图1(b))。即，从第一空气流路11喷出的空气流形成相对于从固体粉末燃料用流路2喷出的固体粉末燃料流位于外侧的回旋空气流(下面适当称为“第一回旋外流”)。从第三空气流路13喷出的空气流形成相对于从固体粉末燃料用流路2喷出的固体粉末燃料流位于内侧的回旋空气流(下面适当称为“第一回旋内流”)。此外，各回旋叶片(2a、11a、13a)配置构成为：在水泥窑用燃烧器装置1的运转开始前的时刻可以调整回旋角度。

另一方面，在第二空气流路12未设置回旋机构。即，从第二空气流路12喷出的空气流形成相对于从固体粉末燃料用流路2喷出的固体粉末燃料流位于外侧的直进空气流(下面适当称为“第一直进外流”)。关于该方面，参照从图1中仅将第二空气流路12取出而示意性地图示的图2进行说明。

在本实施方式中，第二空气流路12构成为喷出间断性的直进空气流。更详细而言，如图2所示，第二空气流路12构成为沿周向交替配列有构成空气流的吹出口的开孔部12c和以使空气流无法通流的方式予以遮蔽的堵塞部12d。由此，由于开孔部12c在周向上成为间断性的配置，因此从这些开孔部12c在周向上喷出间断性的直进空气流的束。

本实施方式中，开孔部12c和堵塞部12d分别配置于以轴心O为中心旋转对称的位置。另外，在图1及图2的例中，图示出开孔部12c的中心角和堵塞部12d的中心角相等的情况。在该情况下，将第二空气流路12以相对于沿Y方向延伸的轴心O正交的面(XZ平面)切断时的开孔部12c的合计面积相对于整体的面积((开孔部12c的合计面积+堵塞部12d的合计面积)：100面积％)的比率，即第二空气流路12的开孔部比率为50面积％。

图3是示意性示出含有图1所示的水泥窑用燃烧器装置1的水泥窑用燃烧器系统的构造的一例的图。图3示出的水泥窑用燃烧器系统20是重视控制的难易度而构成的系统，具备5台鼓风机F1～F5。

供给至粉煤输送管道22的粉煤C(相当于“固体粉末燃料”)通过利用鼓风机F1形成的空气流供给至水泥窑用燃烧器装置1的固体粉末燃料用流路2。从鼓风机F2供给的空气作为燃烧用空气A经由空气管道31供给至水泥窑用燃烧器装置1的第一空气流路11。从鼓风机F3供给的空气作为燃烧用空气A经由空气管道32供给至水泥窑用燃烧器装置1的第二空气流路12。来自鼓风机F4的空气作为燃烧用空气A经由空气管道33供给至水泥窑用燃烧器装置1的第三空气流路13。而且，供给至可燃性固体废弃物输送管道24的可燃性固体废弃物RF通过利用鼓风机F5形成的空气流供给至水泥窑用燃烧器装置1的可燃性固体废弃物用流路4。

图3图示出的水泥窑用燃烧器系统20能够通过上述鼓风机(F1～F5)独立地控制流通于各流路(2、4、11、12、13)的空气量。由此，能够容易地进行调整以获得与固体粉末燃料(粉煤、石油焦或其它固形燃料等)的种类、可燃性固体废弃物(废塑料、肉骨粉或生物质等)的种类以及各种水泥窑的作业环境相对应的最佳火焰。

此外，在本说明书中，“生物质(biomass)”是可作为燃料等利用的来自于生物的有机资源(其中不包括化石燃料)，例如，包括废旧草垫的粉碎物、建筑废木材的粉碎物、木粉以及锯末等。

另外，还能够从油用流路3供给柴油等而用于水泥窑用燃烧器装置1的着火时，或者进而供给除粉煤以外的固体燃料或柴油等液体燃料而在稳定运转中与粉煤混烧(未图示)。

即，图1～图3中表示一实施方式的本发明的水泥窑用燃烧器装置1(以及水泥窑用燃烧器系统20)是除了固体粉末燃料用流路2还具备3个空气流路(11、12、13)的四通道式的燃烧器装置，并且配置构成为：能够在水泥窑用燃烧器装置1的使用时，控制5台鼓风机F1～F5的运转而控制流动于各流路(2、4、11、12、13)的空气量。进一步地，在此基础上，能够在水泥窑用燃烧器装置1的使用前调整设于固体粉末燃料用流路2、第一空气流路11、第三空气流路13的回旋叶片(2a、11a、13a)的回旋角度，因此可根据需要而进行多样化控制。

本发明者们通过利用水泥窑用燃烧器装置1的燃烧模拟(软件：FLUENT，ANSYSJAPAN公司制)进行火焰形状和水泥窑内的温度分布、水泥窑内的氧浓度分布、水泥窑内的气流的湍流程度的解析等，发现了用于将控制因子最佳化的基本的限定区域。

下述表1是在以下的燃烧器燃烧条件下发现的基本的限定区域的一例。

＜燃烧器燃烧条件＞

粉煤C的燃烧量：15t/h

作为可燃性固体废弃物RF的废塑料(软塑料)处理量：3t/h

作为可燃性固体废弃物RF的废塑料的尺寸形状：对厚度0.5mm的薄片以直径30mm打孔而得到的圆形片状

二次空气量和温度：150000Nm³/h、800℃

水泥窑用燃烧器装置1的燃烧器前端的直径：700mm

[表1]

表1中，作为基本的限定区域，列举了所述固体粉末燃料用流路2、(形成第一回旋外流的)第一空气流路11、(形成第一直进外流的)第二空气流路12、(形成第一回旋内流的)第三空气流路13以及可燃性固体废弃物用流路4的燃烧器前端风速(m/s)、一次空气比(A₀比、体积％)及开孔部比率(面积％)、以及回旋叶片(2a、11a、13a)的回旋角度。

在所述各项目中，第一直进外流的燃烧器前端风速(m/s)及开孔部比率(面积％)尤其重要。其原因在于：当需要在火焰内充分形成空气流为湍流的区域以使可燃性固体废弃物在漂浮状态下燃烧时，通过使第一直进外流形成为空间上的间断流，能够以不影响水泥熟料烧成的程度在火焰内形成强度大的湍流。而且，通过提高该第一直进外流的速度，能够进一步扩大湍流的程度、形成范围。然而，若该湍流的程度过剩，则水泥窑内的温度分布变得不稳定，并且还产生火焰的一部分直接接触水泥熟料原料的情况，由此存在生产的水泥熟料的品质变差的问题。

鉴于该情况，优选从第二空气流路12供给的空气流(第一直进外流)的燃烧器前端风速为100m/s～400m/s。该空气流在固体粉末燃料流、可燃性固体废弃物流以及其它全部一次空气流中为最大的风速。另外，第一直进外流的一次空气量(m³N/min)是使该值与燃烧器前端风速(m/s)之积(燃烧器前端风速(m/s)×一次空气量(m³N/min))在固体粉末燃料流、可燃性固体废弃物流、以及其它全部一次空气流中成为最大的空气量。

在从第二空气流路12供给的空气流中，在所述积的值、即燃烧器前端风速(m/s)×一次空气量(m³N/min)的值比其它空气流小的情况下，从强力地形成可燃性固体废弃物的漂浮状态的观点出发，存在湍流的形成不充分的可能性。另外，在燃烧器前端风速超过400m/s的空气流中，火焰内的湍流的形成过剩，存在产生所述的水泥熟料的品质降低的问题。

进而供给第一直进外流的第二空气流路12的开孔部比率优选为20面积％以上且低于80面积％，更优选形成开孔部和堵塞部连续相邻的间断性的吹出口。通过在第二空气流路12内间断地配置吹出口，来自第二空气流路12的空气流形成多条直线外流的束而供给，在火焰内形成有空气密度的浓淡部，以消除该密度差的方式产生湍流。

在第二空气流路12的开孔部比率为80面积％以上的情况下，湍流形成的效果变小，容易产生可燃性固体废弃物的着陆燃烧。另外，在第二空气流路12的开孔部比率低于20面积％的情况下，火焰形状的紊乱成为过大及局部性，存在产生所述的水泥熟料的品质降低的问题。

接着，作为重要的基本的限定区域是所述固体粉末燃料用流路2、(形成第一回旋外流的)第一空气流路11、以及(形成第一回旋内流的)第三空气流路13的回旋角度(°)。其原因在于，通过利用回旋叶片(2a、11a、13a)产生的回旋流，可以形成具有燃烧器装置的着火稳定性及保焰功能的燃烧器火焰内气流的内部循环。进而，其原因还在于，回旋叶片(2a、11a、13a)的回旋角度通常在燃烧器装置运转中被固定，在运转中无法进行最佳化的调整。

此外，作为回旋叶片的回旋角度，例如，在将图1所示的固定有回旋叶片的圆筒状构件如图4所示地在平面上展开的情况下，水泥窑用燃烧器装置1的轴线9与回旋叶片的中心线10所呈的角度为θ，与燃烧器前端处的固体粉末燃料流或一次空气流的回旋角度一致。图4中示例性地示出了固体粉末燃料用流路2的回旋叶片2a，固体粉末燃料用流路2的前端位置2b处的粉煤C(固体粉末燃料)的喷出方向相对于圆筒状构件的轴线9的方向(图中的Y方向)回旋角度θ。对于其它回旋叶片(11a、13a)的回旋角度也同样定义。

基于所述固体粉末燃料用流路2的回旋叶片2a而产生的固体粉末燃料流的回旋角度优选设定为0°～15°。在该回旋角度大于15°的情况下，从固体粉末燃料用流路2喷出的固体粉末燃料(粉煤C)与固体粉末燃料用流路2、空气流路(11～13)以及火焰内所吸入的所述二次空气之间的混合充分过剩，通过该固体粉末燃料形成的火焰的温度上升，并且火焰形状的控制非常困难，存在得到的水泥熟料的品质降低的问题。

基于回旋叶片11a而产生的第一回旋外流(来自第一空气流路11的空气流)的回旋角度优选设定为1°～50°。在第一回旋外流的回旋角度低于1°的情况下，从固体粉末燃料用流路2喷出的固体粉末燃料与第一回旋外流的混合不充分，导致得到的水泥熟料的品质降低，并且有时难以充分降低废气的NOx。另一方面，在所述回旋角度超过50°的情况下，与固体粉末燃料流的混合过于激烈，难以控制火焰形状，有时会导致得到水泥熟料的品质降低。

基于回旋叶片13a而产生第一回旋内流(来自第三空气流路13的空气流)的回旋角度优选设定为30°～50°。在第一回旋内流的回旋角度低于30°的情况下，从固体粉末燃料用流路2喷出的固体粉末燃料与第一回旋内流的混合不充分，导致得到的水泥熟料的品质降低，并且有时难以充分降低废气的NOx。另一方面，在所述回旋角度超过50°的情况下，与固体粉末燃料流的混合过于激烈，难以控制火焰形状，有时会导致得到水泥熟料的品质降低。

从稳定形成火焰内的还原区域的观点出发，各流路(2、4、11、12、13)的一次空气量(m³N/min)优选尽可能降低，但若过于降低，则火焰形状发生变化，高温域转移到水泥窑内部，从而导致得到的水泥熟料的品质降低。在所述表1中列出的示例中设定为：来自固体粉末燃料用流路2及可燃性固体废弃物用流路4的空气流、以及第一直进外流(来自第二空气流路12的空气流)的量(一次空气量)大于其它空气流。这是为了将高温的二次空气顺畅地吸入火焰内，使粉煤C(固体粉末燃料)及可燃性固体废弃物RF急速高温化，从而促进挥发成分的放出，使火焰的还原状态稳定化。

如上所述，基于本发明，在水泥窑用燃烧器装置1运转前将固体粉末燃料用流路2、第一空气流路11(第一回旋外流)、以及第三空气流路13(第一回旋内流)的各回旋叶片(2a、11a、13a)的回旋角度设定于表1所示的范围内，而且在水泥窑用燃烧器装置1运转时通过进行鼓风机(F1、F2、F3、F4)对流动于空气管道(22、31、32、33)的一次空气量的调整来将各流路(2、11、12、13)的燃烧器前端风速及一次空气量设定于表1所示的范围内，由此能够在短时间内使水泥窑用燃烧器装置1的运转条件最佳化。

接下来，说明使第一直进外流(来自第二空气流路12的空气流)的燃烧器前端风速(m/s)及开孔部比率(面积％)变化的情况下的可燃性固体废弃物RF(在此是软塑料)着陆燃烧的比例(窑内下落率)的燃烧模拟。

(验证1)

具体而言，对于第二空气流路12的吹出口与图1(a)同样地被分割成间断性的12个的情况(实施例)和未被分割的情况(比较例)双方，通过模拟(软件：FLUENT，ANSYS JAPAN公司制)验证在如后述地固定燃烧器燃烧条件，而且将第一直进外流的一次空气比(A₀比)固定为5体积％的基础上，在使燃烧器前端风速(m/s)变换的情况下，粒径30mm的软塑料的烧尽是发生在燃烧器火焰中还是发生在着陆燃烧。此外，在使第二空气流路12的开孔部比率(面积％)变化的情况下，以使一次空气比(A₀比)不变化的方式使第二空气流路12的厚度变化，使一次空气量(m³N/min)相同。

＜燃烧器燃烧条件＞

粉煤C的燃烧量：15t/h

作为可燃性固体废弃物RF的废塑料(软塑料)处理量：3t/h

固体粉末燃料流的燃烧器前端风速、一次空气比以及回旋角度：50m/s、5体积％、5°

第一回旋外流的燃烧器前端风速、一次空气比以及回旋角度：100m/s、2体积％、3°

第一回旋内流的燃烧器前端风速、一次空气比以及回旋角度：150m/s、7体积％、4°

可燃性固体废弃物流的燃烧器前端风速和一次空气比：50m/s、2体积％

二次空气量和温度：150000Nm³/h、800℃

水泥窑用燃烧器装置1的燃烧器前端的直径：700mm

将该模拟结果表示于下述表2及图5。

[表2]

根据表2及图4的结果，能够确认如下效果：通过使第一直进外流的燃烧器前端风速上升，可使粒径30mm前的可燃性固体废弃物RF的窑内下落率降低。而且，由此可知，通过将构成第一直进外流的第二空气流路12形成为间断性，能够进一步降低所述窑内下落率。由此，可以确认，基于本发明的水泥窑用燃烧器装置1及水泥窑用燃烧器装置的运转方法，能够使粒径30mm前的可燃性固体废弃物RF不发生着陆燃烧地在燃烧器火焰内有效烧尽。

(验证2)

在验证1中对将第二空气流路12的吹出数固定为12个的情况进行了验证。与之相对，在验证2中，通过模拟(软件：FLUENT，ANSYS JAPAN公司制)验证在与验证1的第一直进外流的燃烧器前端风速为150m/s的情况相同的燃烧条件下，在使第二空气流路12的吹出数变化的情况下，粒径30mm的软塑料的烧尽发生在火焰中和着陆燃烧的哪一个。将该结果示于下述表3。

此外，在将第一直进外流的一次空气比(A₀比)设为5体积％且将第一直进外流的燃烧器前端风速固定为150m/s的基础上使开孔数(吹出数)不同是指：在图2中，通过调整开孔部12c的宽度(周向的长度)和开孔部12c的厚度(径向的长度)，使开孔部12c的面积的总和恒定。

[表3]

根据表3及表2的第一直进外流的燃烧器前端风速为150m/s的配置构成，能够确认如下效果：即使在第一直进外流的燃烧器前端风速为150m/s如此较低速的条件下，通过减少第一直进外流的开孔数，也能够降低粒径30mm前的可燃性固体废弃物RF的窑内下落率。

例如，在表2(即开孔数为12个)中的开孔部比率为60面积％的情况下，在燃烧器前端风速为150m/s时，可燃性固体废弃物RF的窑内下落率为16％。与之相对，根据表3，在开孔数为8个且开孔部比率为60面积％的情况下，在燃烧器前端风速为150m/s时，可燃性固体废弃物RF的窑内下落率为7％，可以确认通过减少开孔数，使所述窑内下落率降低。另外，作为其它示例，在表2中，在将开孔部比率设为40％的情况下，可以确认：伴随着减少开孔数，所述窑内下落率降低。对于开孔部比率为20％、60％、80％的情况，也确认到同样的结果。

另外，能够确认，在第一直进外流的开孔数相同的情况下，通过降低开孔部比率，粒径30mm前的可燃性固体废弃物RF的窑内下落率降低。例如，在表2中，在将开孔数设为24个的情况下能够确认，开孔部比率越低，所述窑内下落率越降低。对于开孔数为8个、60个的情况，也可以确认同样的结果。

可以认为，这些第一直进外流的开孔数、开孔部比率、进一步地表2所示的第一直进外流的燃烧器前端风速带来的效果基于形成于燃烧器火焰内的湍流的大小的影响。即，形成的湍流越大，能够使粒径30mm前的可燃性固体废弃物RF的窑内下落率越降低。然而，还确认到，若形成于燃烧器火焰内的湍流过大，则燃烧器火焰的形成不稳定，水泥窑内的温度分布变差。

通过以上，基于本发明的水泥窑用燃烧器装置1、以及水泥窑用燃烧器装置的运转方法，通过与固体粉末燃料等主燃料的种类、特性、以及可燃性固体废弃物的种类、特性等燃烧器运转的外部因子的变换相应地将第一直进外流的燃烧器前端风速、开孔数以及开孔部比率最佳化，能够有效利用各种可燃性固体废弃物，并且形成期望的燃烧器火焰。

[其它实施方式]

下面，对其它实施方式进行说明。

<1>在上述实施方式中采用构成第二空气流路12的多个开孔部12c的中心角全部相同的例子进行了说明。然而，也可以在多个开孔部12c中包括具有不同的中心角的开孔部12c。

同样地，在上述实施方式中，采用沿周向夹着开孔部12c的多个堵塞部12d的中心角全部相同的例子进行了说明。然而，也可以在多个堵塞部12d中包括具有不同的中心角的堵塞部12d。

<2>图3的示例中示出了水泥窑用燃烧器系统20具备5台鼓风机(F1～F5)的情况，但该方案是一例，并非将本发明限定于该配置构成的宗旨。例如，也可以将用于向第一空气流路11和第三空气流路13导入空气流的鼓风机(F2、F4)共用化。

附图标记的说明

1：水泥窑用燃烧器装置

2：固体粉末燃料用流路

2a：设于固体粉末燃料用流路的回旋叶片

3：油用流路

4：可燃性固体废弃物用流路

9：轴线

11：第一空气流路

11a：设于第一空气流路的回旋叶片

12：第二空气流路

12c：开孔部

12d：堵塞部

13：第三空气流路

13a：设于第三空气流路的回旋叶片

20：水泥窑用燃烧器系统

22：粉煤输送管道

24：可燃性固体废弃物输送管道

31,32,33：空气管道

A：燃烧用空气

C：粉煤

F1,F2,F3,F4,F5：鼓风机

RF：可燃性固体废弃物。

Claims

1.一种水泥窑用燃烧器装置，其具备由多个同心圆筒状构件分隔出的多个流路，所述水泥窑用燃烧器装置的特征在于，具备：

固体粉末燃料用流路，其具备固体粉末燃料流的回旋机构；

第一空气流路，其与所述固体粉末燃料用流路相邻地配置于外侧，且具备空气流的回旋机构；

第二空气流路，其与所述第一空气流路相邻地配置于外侧，且具备空气流的直进机构；

第三空气流路，其与所述固体粉末燃料用流路相邻地配置于内侧，且具备空气流的回旋机构；以及

并且，在所述第一空气流路、所述第二空气流路以及所述第三空气流路中，仅所述第二空气流路具有构成空气流的吹出口的开孔部和以使空气流无法通流的方式予以遮蔽的堵塞部，所述开孔部和所述堵塞部沿周向交替排列；

就开孔部比率即所述开孔部的合计面积相对于将所述第二空气流路以对轴心正交的面切断时的整体的面积的比率而言，相对于所述整体的面积为100面积％，所述开孔部比率为20面积％以上且低于80面积％。

2.如权利要求1所述的水泥窑用燃烧器装置，其特征在于，

多个所述开孔部及多个所述堵塞部配置于，以所述第二空气流路的轴心为中心的旋转对称的位置。

3.一种水泥窑用燃烧器装置的运转方法，其是权利要求1或2所述的水泥窑用燃烧器装置的运转方法，其特征在于，

所述第二空气流路的、燃烧器前端处的风速为100m/s～400m/s。

4.如权利要求3所述的水泥窑用燃烧器装置的运转方法，其特征在于，

来自所述固体粉末燃料用流路中的燃烧器前端处的固体粉末燃料流的回旋角度为0°～15°，

来自所述第一空气流路中的燃烧器前端处的空气流的回旋角度为1°～50°，

来自所述第三空气流路中的燃烧器前端处的空气流的回旋角度为30°～50°。

5.如权利要求3或4所述的水泥窑用燃烧器装置的运转方法，其特征在于，

所述固体粉末燃料用流路中的燃烧器前端处的风速为30m/s～80m/s，

所述第一空气流路中的燃烧器前端处的风速为60m/s～240m/s，

所述第三空气流路中的燃烧器前端处的风速为5m/s～240m/s，

所述可燃性固体废弃物用流路中的燃烧器前端处的风速为30m/s～80m/s。

6.如权利要求3或4所述的水泥窑用燃烧器装置的运转方法，其特征在于，

所述第二空气流路的、燃烧器前端处的空气流的燃烧器前端风速(m/s)和一次空气量(m³N/min)之积，大于其它空气流路的、燃烧器前端处的空气流的燃烧器前端风速(m/s)和一次空气量(m³N/min)之积。

7.如权利要求3或4所述的水泥窑用燃烧器装置的运转方法，其特征在于，

从所述可燃性固体废弃物用流路喷出的可燃性固体废弃物的粒径为30mm以下。