CN111226076A - 水泥窑用燃烧器装置及其运转方法 - Google Patents

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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：具备固体粉末燃料流的回旋机构的固体粉末燃料用流路；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的第一空气流路；配置于比固体粉末燃料用流路更靠近外侧的最外侧且具备空气流的直进机构的第二空气流路；以及，配置于第一空气流路的内侧的可燃性固体废弃物用流路。第二空气流路在周向上分割出4个以上的构成空气流的吹出口的开孔部，并且构成为能够针对开孔部的每一个独立地控制从开孔部喷出的空气流的流量。

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，尤其涉及一种有效利用可燃性固体废弃物作为水泥熟料烧成时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代替燃料。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)流路外还具备两个一次空气流路的多通道式燃烧器中，通过使来自主燃烧器的吹出口将来自位于最外侧的通道的一次空气的直进流遍及周向地在空间上分割，并且独立地控制各分割出的空气流的流量，由此能够解决所述课题。
即，本发明的水泥窑用燃烧器装置是具备由多个同心圆筒状构件分隔出的多个流路的水泥窑用燃烧器装置，其特征在于，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内侧，且具备空气流的回旋机构；
第二空气流路，其配置于比所述固体粉末燃料用流路更靠近外侧的最外壳，且具备空气流的直进机构；以及
可燃性固体废弃物用流路，其配置于所述第一空气流路的内侧；
并且，所述第二空气流路在轴向上分割出4个以上的构成空气流的吹出口的开孔部，并且构成为能够针对所述开孔部的每一个独立地控制从所述开孔部喷出的空气流的流量。
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至少一个空气流路(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些至少两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，容易地施行以得到最佳火焰为目标的调整。
如上所述地，构成第一直进外流的第二空气流路配置于比固体粉末燃料用流路更靠近外侧的最外侧，且在周向上分割出4个以上的构成空气流的吹出口。而且，构成为能够针对开孔部的每一个独立地控制从各开孔部喷出的空气流的流量。
因此，通过将从例如相邻的开孔部喷出的空气流的流量实质上设为零，从而从第二空气流路的吹出口吹出的第一直进外流成为间断性，能够实质上构成为多条直进外流的束。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快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以漂浮状态燃烧。
另外，若基于燃烧器的燃烧长期化，则有时燃烧器火焰形状变形等，燃烧器的燃烧状态经时变化。而且，根据使用的固体粉末燃料、可燃性固体废弃物的种类不同，有时必须在持续运转状态下调整燃烧条件。基于所述配置构成，在第二空气流路中控制从构成空气流的吹出口的各开孔部喷出的空气流的流量，由此能够对每个开孔部独立地控制空气流的流量，因此，能够根据燃烧器火焰形状、燃料的燃烧状态调整空气流的供给条件，而容易地施行以得到最佳火焰为目标的调整。
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，能够充分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，所述水泥窑用燃烧器装置也可以具备第三空气流路(第一回旋外流)，该第三空气流路配置于比所述固体粉末燃料用流路更靠近外侧且比所述第二空气流路更靠近内侧，并具备空气流的回旋机构。
进一步地，所述水泥窑用燃烧器装置也可以在所述第三空气流路的基础上或取代所述第三空气流路，具备第四空气流路(第二直进外流)，该第四空气流路配置于比所述固体粉末燃料用流路更靠近外侧且比所述第二空气流路更靠近内侧，并具备空气流的直进机构。所述水泥窑用燃烧器装置在除了所述第三空气流路还具备所述第四空气流路的情况下，所述第四空气流路可以配置于比所述第三空气流路更靠近外侧且比所述第二空气流路更靠近内侧。
该情况下，构成所述第二直进外流的所述第四空气流路也可以与构成所述第一直进外流的所述第二空气流路同样地配置构成为：构成空气流的吹出口的开孔部在周向上被分割成4个以上，且可对每个所述开孔部独立地控制从开孔部喷出的空气流的流量。
基于上述配置构成，能够更灵活地调整空气流的供给条件。
另外，所述水泥窑用燃烧器装置也可以形成为，关于多个所述开孔部，在将所述第二空气流路以对轴心正交的面切断时的从所述第二空气流路具有的所述开孔部的周向上的两端连结轴心得到的角度即中心角是相同的。
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，从所述第二空气流路具有的多个所述开孔部分别吹出的空气流的风速为0m/s～400m/s(其中，除了从全部所述开孔部吹出的全部空气流为0m/s的情况)。
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(第一回旋内流)的燃烧器前端处的空气流的回旋角度设为30°～50°。
进一步地，在所述水泥窑用燃烧器装置的运转方法中，也可以将所述固体粉末燃料用流路中的燃烧器前端处的风速设为30m/s～80m/s，将所述第一空气流路(第一回旋内流)中的燃烧器前端处的风速设为5m/s～240m/s，将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是示意性示出本发明的水泥窑用燃烧器装置的前端部分的另一实施方式的图。
图5是示意性示出含有图4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6是用于说明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7是示出基于本发明的四通道式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。
图8是示出基于本发明的三通道式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。
图9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再另一实施方式的图。
图10是从图9取出第四空气流路的部分而图示的示意性的图。
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相邻地配置于内侧的第一空气流路11；配置于比固体粉末燃料用流路2更靠近外侧的最外侧的位置的第二空气流路12；以及配置于比固体粉末燃料用流路2更靠近外侧且比第二空气流路12更靠近内侧的第三空气流路13，合计4个流路。即，图1所示的水泥窑用燃烧器装置1是所谓的四通道式的燃烧器装置。在第一空气流路11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内侧的回旋空气流(下面适当称为“第一回旋内流”)。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外侧的回旋空气流(下面适当称为“第一回旋外流”)。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，在位于最外侧的第二空气流路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在周向上被分割成多个流路。更详细而言，如图2所示，第二空气流路12的构成空气流的吹出口的多个开孔部(12-1、12-2、……)被分隔部12c在周向上分隔。在本实施方式中，将第二空气流路12的分割数设为8个，构成分割出的各流路的开孔部(12-1、12-2、……、12-8)均具有同一中心角Φ。在此，中心角Φ如图2所示地对应于将第二空气流路12以相对于沿Y方向延伸的轴心O正交的面(XZ平面)切断时的从各开孔部(12-1、12-2、……、12-8)的周向的两端连结轴心而成的角度。
在本实施方式中，第二空气流路12构成为能够针对每个分割该第二空气流路12的开孔部(12-1、12-2、……、12-8)独立地控制从相应开孔部(12-1、12-2、……、12-8)喷出的空气流的流量。关于这一点，参照图3进行说明。
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F3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F4供给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。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。
另外，从鼓风机F2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。更详细而言，空气管道21被8个分支管(321、322、……、328)分支，各分支管(321～328)与分割水泥窑用燃烧器装置1的第二空气流路12的多个开孔部(12-1、12-2、……、12-8)连通。在各分支管(321～328)分别设有气阀(B1～B8)，通过调整气阀(B1～B8)的开度，能够独立地控制流通于各分支管(321～328)的空气流的流量。
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。进一步地，关于第二空气流路12，能够通过气阀(B1～B8)独立地控制从分割出的各开孔部(12-1、12-2、……、12-8)喷出的空气量。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)及8台气阀(B1～B8)的运转而控制流动于各流路(2、4、11、12、13)的空气量。特别地，关于在第二空气流路12流动的空气量，能够针对分割该流路而成的多个开孔部(12-1、12-2、……、12-8)的每一个进行控制。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。通过如此配置构成，能够进行与需要相应的多样化控制。
图4是示意性示出本发明的水泥窑用燃烧器装置的另一实施方式的前端部分的图。与图1同样地，图4中(a)是水泥窑用燃烧器装置的横剖视图、(b)是其纵剖视图。
图4所示的水泥窑用燃烧器装置1与图1的配置构成的不同点在于不具备用于形成第一回旋外流的第三空气流路13，除此之外相同。即，图4所示的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相邻地配置于内侧的第一空气流路11；以及配置于比固体粉末燃料用流路2更靠近外侧的最外侧的位置的第二空气流路12，合计3个流路。即，图4所示的水泥窑用燃烧器装置1是所谓的三通道式的燃烧器装置。此外，第二空气流路12的配置构成与图2同样，因此省略说明。
相比图1所示的四通道式的燃烧器装置，图4所示的三通道式的燃烧器装置的情况下不形成第一回旋外流。然而，与图1所示的四通道式的燃烧器装置同样地，配置于比固体粉末燃料用流路2更靠近外侧、位于最外侧且形成直进外流的第二空气流路12也由多个开孔部(12-1、12-2、……、12-8)在周向上分割，且能够独立地控制分割出的各空气流，因此，能够进行调整以获得与水泥窑的作业环境相对应的最佳火焰。
如上说述，图4所示的三通道式的水泥窑用燃烧器装置1的情况下，与图1所示的四通道不同，不具备第三空气流路13。因此，关于含有该水泥窑用燃烧器装置1的水泥窑用燃烧器系统20，如图5所示，能够形成相比图3不具备鼓风机F4的配置构成。
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及表2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。此外，表1对应于图1示出的四通道式的水泥窑用燃烧器装置1，表2对应于图4示出的三通道式的水泥窑用燃烧器装置1。
＜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]
Figure BDA0002375581290000101
[表2]
Figure BDA0002375581290000111
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(体积％)及开孔部比率(面积％)、以及回旋叶片(2a、11a、13a)的回旋角度。此外，本说明书中“一次空气比”是指一次空气相对于理论燃烧空气量的比率(A0比)。
同样地，在表2中，作为基本的限定区域，列举了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、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(体积％)、开孔部比率(面积％)、以及回旋叶片(2a、11a)的回旋角度
在所述各项目中，形成第一直进外流且位于最外侧的第二空气流路12的燃烧器前端风速(m/s)尤其重要。更详细而言，从由第二空气流路12分割出的各开孔部(12-1、12-2、……、12-8)喷出的空气流的燃烧器前端风速(m/s)尤其重要。
其原因在于：如上所述地，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的流量在周向上不同，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。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，生产的水泥熟料的品质变差。
鉴于该情况，优选从由位于最外侧的第二空气流路12分割出的各开孔部(12-1、12-2、……、12-8)喷出的各空气流的燃烧器前端风速为0m/s～400m/s。即，也有时从特定的开孔部不喷出空气流。然而，除了从全部开孔部(12-1、12-2、……、12-8)喷出的各空气流的燃烧器前端风速均为0m/s。
另外，从由位于最外侧的第二空气流路12分割出的各开孔部(12-1、12-2、……、12-8)喷出的一次空气量的总量，即通过鼓风机F2供给的一次空气量(m3N/min)为固体粉末燃料流、可燃性固体废弃物流、以及其它全部一次空气流中的最大的空气量。通过所述鼓风机F2供给的一次空气量比其它空气流的一次空气量小的情况下，有时火焰内的湍流的形成不充分。
另外，从由位于最外侧的第二空气流路12分割出的各开孔部(12-1、12-2、……、12-8)喷出的空气流的燃烧器前端风速超过400m/s的情况下，火焰内的湍流的形成过度，有可能产生所述的水泥熟料的品质的降低。
进一步地，优选位于最外侧的第二空气流路12的开孔部比率为20面积％～100面积％。在此，开孔部比率是如图2所示地将第二空气流路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(12-1、12-2、……、12-8)的合计面积相对于全体的面积的比率。然而，在开孔部(12-1、12-2、……、12-8)中存在将空气流的风量设为0的开孔部12-X的情况下，该开孔部12-X未流通空气流，因此实质上对应于堵塞部。因此，采用开孔部12-X的面积不含于开孔部的合计面积而计算出的所述比率的值。
在开孔部比率低于100面积％的情况下，来自第二空气流路12的一次空气流的优选的方式是仅比从含有轴心O且平行于同心圆筒状构件的轴向的平面(图1及图4内的Z1-Z1平面)靠近垂直下方侧(-Z方向侧)喷出空气流的方式。具体而言，在图2内中是从开孔部(12-3、12-4、12-5、12-6)喷出一次空气而从开孔部(12-1、12-2、12-7、12-8)不喷出一次空气的方式。
另外，图1所示的四通道式燃烧器等具备第一回旋外流(第三空气流路13)的水泥窑用燃烧器装置1的情况下，作为考虑到来自第二空气流路12的直进外流影响来自相邻地配置于内侧的第三空气流路13的回旋外流的回旋，使之沿与来自第三空气流路13的回旋外流的回旋方向相同的方向回旋的优选的方式，如下所示。例如，在来自第三空气流路13的回旋外流以右旋的回旋方向喷出的情况下，通过从回旋的上游侧(在图1(a)、图2中，-X、+Z区域)吹出一次空气流，在水泥窑内的火焰中，能够使来自第二空气流路12的空气流(直进外流)位于火焰下部。作为具体的一方式，能够采用在图2内从开孔部(12-4、12-5、12-6、12-7)喷出一次空气而从开孔部(12-1、12-2、12-3、12-8)不喷出一次空气的配置。
如此地，将喷出一次空气的吹出口(开孔部)相对于轴心O配置于垂直下方侧，从而在燃烧器火焰内形成具有上升效果的湍流，即使为大的可燃性固体废弃物，也能够使漂浮状态长时间持续。
另外，开孔部比率低于100面积％的情况下的来自第二空气流路12的一次空气流不同的优选的方式是如下方法，即，使喷出一次空气的吹出口和不喷出的吹出口交替相邻，在空间上间断地吹出一次空气。通过这样间断地配置具有喷流的吹出口和无喷流的吹出口，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，在火焰内形成空气密度的浓淡部，以消除该密度差的方式产生湍流。作为具体的一方式，能够采用在图2内中从开孔部(12-1、12-3、12-5、12-7)喷出一次空气而从开孔部(12-2、12-4、12-6、12-8)不喷出一次空气的配置。
此外，在所述中对设置喷出一次空气的开孔部(为方便起见称为“开孔部12A”)和不喷出一次空气的开孔部(为方便起见称为“开孔部12B”)的情况进行了说明，但也可以通过对两者的流量设置大的差来实现同样的功能。即，开孔部12B可以形成为全部不喷出一次空气的配置，也可以形成为与开孔部12A相比，喷出流量大幅降低的一次空气。
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及(形成第一回旋内流的)第一空气流路11的回旋角度(°)。其原因在于，通过利用回旋叶片(2a、11a)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)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，关于四通道式的燃烧器装置，在所述基础上，(形成第一回旋外流的)第三空气流路13的回旋角度(°)也由于同样的理由而为重要因素。
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6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6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。
另外，在四通道式的燃烧器装置中，基于回旋叶片13a而产生的第一回旋外流(来自第三空气流路13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。
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及表2中列出的示例中设定为：来自固体粉末燃料用流路2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)比其它空气流大。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及第一空气流路11(第一回旋内流)的各回旋叶片(2a、11a)的回旋角度设定于表2所示的范围内，而且在水泥窑用燃烧器装置1运转时，进行鼓风机(F1、F2、F3)对流动于空气管道(22、31、32)的一次空气量的调整，将各流路(2、11、12)的燃烧器前端风速及一次空气量设定于表2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。
同样地，在四通道式的水泥窑用燃烧器装置1的情况下，在运转前将固体粉末燃料用流路2、第一空气流路11(第一回旋内流)、以及第三空气流路13(第一回旋外流)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，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，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，说明使位于最外侧的第二空气流路12的分割出的构成吹出口的开孔部(12-1、12-2、……、12-8)的每一个的燃烧器前端风速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。
具体而言，对于固定以下的燃烧器燃烧条件，并使位于最外侧的第二空气流路12的分割出的构成吹出口的开孔部(12-1、12-2、……、12-8)的每一个的燃烧器前端风速变化的情况，通过模拟(软件：FLUENT，ANSYS JAPAN公司制)验证粒径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，模拟在将通过鼓风机F2经由空气管道32供给至位于最外侧的第二空气流路12的一次空气量的总量设为恒定的状态下，对水泥窑用燃烧器装置1是四通道式燃烧器的情况(图1)和为三通道式燃烧器的情况(图4)进行的。
＜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：3.0t/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
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(对于四通道式燃烧器、三通道式燃烧器共同)：50m/s、5体积％、5°
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(对于四通道式燃烧器、三通道式燃烧器共同)：150m/s、2体积％、40°
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(仅四通道式燃烧器)：100m/s、2体积％、30°
位于最外侧的第一直进外流的一次空气比(对于四通道式燃烧器、三通道式燃烧器共同)：6体积％
可燃性固体废弃物流的燃烧器前端风速和一次空气比(对于四通道式燃烧器、三通道式燃烧器共同)：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，对于四通道式燃烧器表示于下述的表3及图7，对于三通道式燃烧器表示于下述表4及图8。
具体而言，在四通道式燃烧器中，早使从各开孔部(12-1、12-2、……、12-8)喷出的各空气流的燃烧器前端风速的组合不同的S41～S45这5个水准下进行模拟。此外，水准S41使从全部开孔部(12-1、12-2、……、12-8)喷出的各空气流的燃烧器前端风速平均，模拟第二空气流路12未被分割的配置。
另外，在三通道式燃烧器中，在使从各开孔部(12-1、12-2、……、12-8)喷出的各空气流的燃烧器前端风速的组合不同的S31～S36这6个水准下进行模拟。此外，水准S31使从全部开孔部(12-1、12-2、……、12-8)喷出的各空气流的燃烧器前端风速均匀，模拟第二空气流路12未被分割的配置。
此外，在任意的通道数的情况下，构成各开孔部(12-1、12-2、……、12-8)的边界的分隔部12c的厚度(周向的长度)均设为相对于各开孔部(12-1、12-2、……、12-8)的周向的长度为5％以下而进行模拟。即，如水准S41、水准S31那样，从全部开孔部(12-1、12-2、……、12-8)以同一流量喷出一次空气的情况下，即使存在构成各开孔部的边界的分隔部12c，该分隔部12c的厚度相比各开孔部(12-1、12-2、……、12-8)的周向的长度非常小，因此也是不能实现间断的空气流的状态。
[表3]
Figure BDA0002375581290000171
[表4]
Figure BDA0002375581290000172
根据表3及图7、以及表4及图8的结果，可以确认，不管水泥窑用燃烧器装置1是四通道式还是三通道式，相比使从全部开孔部(12-1、12-2、……、12-8)的喷出的各空气流的燃烧器前端风速均匀的水准(S41、S31)，使从由第二空气流路12分割出的各开孔部(12-1、12-2、……、12-8)喷出的各空气流的燃烧器前端风速的组合不同的水准(S42～S45、S32～S36)更能够降低可燃性固体废弃物RF的窑内下落率。由此可以确认，基于本发明的水泥窑用燃烧器装置以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不会着陆燃烧，且在燃烧器火焰内有效地烧尽。
另外，若比较水准S42、S44以及S45，则可知，虽然将燃烧器前端风速的流量设为210m/s的开孔部的数量和将燃烧器前端风速的流量设为90m/s的开孔部的数量均相同，但可燃性固体废弃物RF的窑内下落率发生了变化。在将通道数设为三通道的情况下，若比较水准S32、S35以及S36，则也示出了同样的结果。由此也可以确认，通过使从由第二空气流路12分割出的各开孔部(12-1、12-2、……、12-8)喷出的各空气流的燃烧器前端风速的组合不同，能够使可燃性固体废弃物RF的窑内下落率变化。
即，由此可知基于本发明能够根据燃烧器的燃烧状态、燃料的种类等水泥窑的作业情况而容易地施行以得到最佳火焰为目标的调整。
[其它实施方式]
下面，对其它实施方式进行说明。
<1>在上述实施方式中说明了构成第二空气流路12的多个开孔部(12-1、12-2、……、12-8)的中心角Φ全部相同的例子，但也可以含有具有不同的中心角的开孔部。
另外，在上述实施方式中，对第二空气流路12在周向上分割出8个开孔部(12-1、12-2、……、12-8)的情况进行了说明。然而，从可以将从一个开孔部喷出的空气流的流量设为零而形成间断的直进外流的观点出发，只要将第二空气流路12分割出至少4个以上的开孔部即可。即，所述分割数只要是4个以上即可，优选为8个以上，更优选为12个以上。然而，需要根据开孔部的数量设置气阀及分支管，因此，若分割数过多则存在控制内容复杂化、装置规模扩大化的问题。从该观点出发，所述分割数优选为16个以下。
<2>在图3的例中，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，但该方式是一例，并非意在将本发明限定于该配置。例如，在四通道式的燃烧器中，也可以将用于向第一空气流路11和第三空气流路13引导空气流的鼓风机(F3、F4)共用化。
<3>在上述实施方式中，作为控制从各开孔部(12-1、12-2、……、12-8)喷出的空气流的风速的方法，记载了调整气阀(B1～B8)的开度的情况，但这只是一示例而已，能够采用各种方法。
<4>在所述各实施方式的水泥窑用燃烧器装置1中，也可以还具备配置于比固体粉末燃料用流路2更靠近外侧且比第二空气流路12更靠近内侧而且具有空气流的直进机构的第四空气流路14(参照图9)。图9是效仿图4示出相对于图4所示的水泥窑用燃烧器装置1还具备第四空气流路14的配置构成的图。从第四空气流路14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(下面称为“第二直进外流”)。
该第四空气流路14也可以与第二空气流路12同样地配置构成为：构成空气流的吹出口的多个开孔部(14-1、14-2、……、14-8)被分隔部14c在周向上分隔(参照图10)，可以针对将第四空气流路14分割出的多个开孔部(14-1、14-2、……、14-8)中的每一个独立地控制从相应开孔部(14-1、14-2、……、14-8)喷出的空气流的流量。通过该配置构成，能够更灵活地调整空气流的供给条件。此外，对于第四空气流路14的分割数，也与第二空气流路12同样地，只要是4个以上即可，优选为8个以上，更优选为12个以上。然而，由于需要根据开孔部的数目来设置气阀及分支管，因此，若分割数过多则存在控制内容复杂化、装置规模扩大化的问题，因此，优选所述分割数为16个以下。
此外，在图9中示例了第四空气流路14的分割数是与第二空气流路12的分割数相同的8个的情况，但第四空气流路14的分割数也可以与第二空气流路12的分割数不同。即，分割第四空气流路14的各开孔部(14-1、14-2、……)的中心角Φ2可以与分割第二空气流路12的各开孔部(12-1、12-2、……)的中心角Φ不同。进一步地，在分割第四空气流路14的各开孔部(14-1、14-2、……)之间，中心角Φ2也可以不同。
另外，如图9的(a)的横剖视图所示，在XZ平面上，分割第二空气流路12而成的各开孔部(12-1、12-2、……、12-8)的位置和分割第四空气流路14而成的各开孔部(14-1、14-2、……、14-8)的位置配置为，以轴心O为中心的二维极坐标显示时的旋转角不同。通过设为该配置构成，能够更灵活地调整空气流的供给条件。其中，也可以使两者的所述旋转角完全一致。
另外，虽然省略了图示但在图1所示的水泥窑用燃烧器装置1中，也可以在径向上、在形成第一回旋外流的第三空气流路13与形成第一直进外流的第二空气流路12之间，还具备形成第二直进外流的所述第四空气流路14。
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
12-1、12-2、12-3、12-4、12-5、12-6、12-7、12-8：将第二空气流路分割而成的开孔部，
12c：分隔部
13：第三空气流路
13a：设于第三空气流路的回旋叶片
14：第四空气流路
14-1,14-2,14-3,14-4,14-5,14-6,14-7,14-8：将第四空气流路分割而成的开孔部
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
321,322,323,324,325,326,327,328：连通于空气管道32的分支管
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 (9)

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内侧，且具备空气流的回旋机构；
第二空气流路，其配置于比所述固体粉末燃料用流路更靠近外侧的最外壳，且具备空气流的直进机构；以及
可燃性固体废弃物用流路，其配置于所述第一空气流路的内侧；
并且，所述第二空气流路在轴向上分割出4个以上的构成空气流的吹出口的开孔部，并且构成为能够针对所述开孔部的每一个独立地控制从所述开孔部喷出的空气流的流量。
2.如权利要求1所述的水泥窑用燃烧器装置，其特征在于，具备第三空气流路，
所述第三空气流路配置于比所述固体粉末燃料用流路更靠近外侧且比所述第二空气流路更靠近内侧，并具备空气流的回旋机构。
3.如权利要求1所述的水泥窑用燃烧器装置，其特征在于，具备第四空气流路，所述第四空气流路配置于比所述固体粉末燃料用流路更靠近外侧且比所述第二空气流路更靠近内侧，并具备空气流的直进机构；
并且，所述第四空气流路在周向上分割出4个以上的构成气流的吹出口的开孔部，并且构成为能够针对所述开孔部的每一个独立地控制从所述开孔部喷出的空气流的流量。
4.如权利要求2所述的水泥窑用燃烧器装置，其特征在于，具备第四空气流路，所述第四空气流路配置于比所述第三空气流路更靠近外侧且比所述第二空气流路更靠近内侧，并具备空气流的直进机构；
并且，所述第四空气流路在周向上分割出4个以上的构成气流的吹出口的开孔部，并且构成为能够针对所述开孔部的每一个独立地控制从所述开孔部喷出的空气流的流量。
5.如权利要求1～4中任一项所述的水泥窑用燃烧器装置，其特征在于，
对于多个所述开孔部的各个而言，在将所述第二空气流路以对轴心正交的面切断时的从所述第二空气流路具有的所述开孔部的周向上的两端起连结轴心而成的角度即中心角是相同的。
6.一种水泥窑用燃烧器装置的运转方法，所述水泥窑用燃烧器装置是权利要求1～5中任一项所述的水泥窑用燃烧器装置，所述运转方法的特征在于，
从所述第二空气流路具有的多个所述开孔部分别吹出的空气流的风速为0m/s～400m/s，其中排除从全部所述开孔部吹出的空气流全部为0m/s的情况。
7.如权利要求6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30°～50°。
8.如权利要求6或7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。
9.如权利要求6～8中任一项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。
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