CN1227503C - 预加热/预煅烧水泥窑和其固体燃料输送设备和方法 - Google Patents

Abstract

改进了一种预加热/预煅烧窑(14)，使其将固体燃料送入窑的立管(12)中，以便能够有利于环境且有效地利用固体废物衍生的燃料。该改进的窑包括一个位于立管(12)中的固体燃料输送口(36)、一个将固体燃料输送通过输送口(36)的燃料输送装置、以及一个将固体燃料保持在窑内气流中的固定位置处进行燃烧的燃料悬置装置(40)。

Description

预加热/预煅烧水泥窑和其固体燃料输送设备和方法

发明领域

本发明涉及固体废物在预加热/预煅烧窑中的应用。更确切地说，本发明涉及一种将可燃的固体废物送入预加热或预煅烧窑的立管以使其在该立管中燃烧的设备。

背景技术和技术方案

工业生产一般要产生固体可燃废物。由于这种废物可燃或有毒的特性，许多废物被目前的环境法规归类为“有害废物”。在处理这种材料的政府法规颁布之前，一般以伴随有显著环境影响的掩埋方法来处理它们。最近，由于对有害废物掩埋处理方式进行严厉限制的环境法规的颁布，唯一可行的、安全处理这些废物的方法是对其进行热处理，一般是在高成本的带有控制排放装置的特定的有害废物焚烧炉中进行的。

根据联邦和州政府环境协调署提供的处理可燃废物的理想标准，水泥窑已经得到了另人满意的评价。在水泥窑中生产水泥熟料是一种能量集中的操作。在水泥窑中应用可燃废物衍生的燃料为水泥制造过程提供了廉价的能源，并同时可节省不可再生的燃料源。这样，在窑中燃烧固体废物可从有害废物中回收能量。此外，由于窑的操作温度高、滞留时间长以及它为无机废渣化学结合成为硅酸盐水泥的活性化合物提供了有利条件，制造水泥的过程为在环境中彻底地处理可燃的有害和无害废物提供了理想的条件。

通过与粘土材料或其它形式的硅土、铝土以及氧化铁一起加热含石灰质的材料可生产水泥熟料，其中的氧化铁可另外含有少量本地材料，这些材料在约2300-2900F(1260-1593C)的温度下产生将这些成分转化为水泥熟料这一过程所必需的化学反应。在传统长的湿或干窑中是将细分的生矿物料分流通过一个在低部加热的倾斜旋转容器中来完成水泥生矿物料的煅烧和烧结的。因为这个过程要求高温，在最终的产品成本中燃料的成本成为一个重要的因素。特别是人们认为水泥熟料生产中所有燃料成本中最重要的因素是较高的吸热煅烧步骤，在这个步骤中，碱性金属碳酸盐被转化为相应的氧化物，并伴随产生二氧化碳。水泥制造过程的这个部分占一般干窑工艺理论所需能量的70％以上。

因此，减少燃料成本一直是水泥制造工业的一个主要问题。一种目的在于显著节省燃料的研究是建造和使用预煅烧窑，在这种预煅烧窑中，已细致分开的原料与燃烧燃料一起处于具有较高传热效率的悬置状态。预煅烧炉有一个专门的腔室、一个立管，它们用来燃烧与来自传统预热悬置系统的经预热的生矿物料一起处于悬置状态的总过程燃料的60％，以便迅速地(一般1-2秒)煅烧生矿物中大约90％的碳酸钙来生成氧化钙。

与传统长的湿或干旋转窑相比，这种悬置矿物颗粒与燃烧燃料之间的紧密接触导致了很好的热接触且显著节省了燃料(主要优点)。参看1985年7月的Garrett，Rock Products，“预煅烧窑今日回顾(PrecalcinerToday-A Review)”第39页等详细描述的预煅烧窑。

另一种节约能源的水泥窑是一种预加热窑。预加热窑也有一个立管以及一个典型的多级旋风系统，在这个系统中，生矿物燃料悬置在燃烧器产生的为工艺过程中的熟料部分提供热量的窑内热气流中。与预煅烧窑的构造不同，在预加热窑的立管中，不燃烧附加燃料，并且由于低温，通常不将生矿物料加热到煅烧温度。然而，在生矿物料进入窑的旋转容器部分之前，由于生矿物料在窑内气流中可被有效地加热，窑旋转容器部分的所需长度(以及矿物质在旋转容器中的停留时间)被大大减小。

已知将固体废物装入水泥窑的旋转容器是为了在环境安全允许的条件下回收和使用这种废物形成的能量。参看Benoit等的美国专利第4850290号。另外，已知将固体废物例如用集装箱装的废物或整个的轮胎装入预煅烧或预加热水泥窑的搁置过渡部分(shelf-transition portion)中。参看Benoit等的美国专利第4850290号。该搁置过渡部分设置在立管和旋转容器之间。在预煅烧窑中，将固体废物衍生燃料送入搁置过渡部分，这可节约大约10％的工艺燃料。

本发明的一个目的是提供一种安全的、环境允许的用以处理可燃固体有害废物材料的设备和方法，该材料包含有害的废物颗粒。本发明的另一个目的是提供一种用于回收固体可燃有害废物的能量并使用这种材料为预加热或预煅烧窑操作提供20％或更多能量需求的设备和方法。这种设备和方法可用于根据目前的环境排放标准来优化其适应性，并能够最有效地将固体废物作为水泥制造的辅助燃料使用，而不会降低所生产的矿物产品的质量。

根据本发明，预加热和预煅烧窑被改进为将固体燃料送入立管，以便在不断流过旋转容器、搁置过渡部分和立管的窑气流中燃烧该燃料。一个固体燃料的输送部分在位于搁置过渡部分的窑气流的下游形成在立管中。一个燃料输送管延伸通过燃料输送通道，并具有一个位于立管外部的燃料入口端和一个位于立管内部的燃料出口端。设置一个炉篦来接收从立管中的燃料输送管排出口端排出的固体燃料，并使其处于悬置状态。一个固体燃料送入机构被用于将燃料送入燃料输送管的入口端以及炉篦上。

燃料输送管包括位于燃料入口端和燃料出口端之间的一个中间整备部分(intermediate staging portion)。该整备部分和燃料输送管的出口端部分最好是绝热隔开的。在一个实施例中，通过一个环形通道来将它们隔开，以便输送含氧气体，使其与悬置在炉篦上及窑内气流中的固体燃料接触。能够对一种进入中间整备部分的燃烧控制剂进行计量，使之与立管中炉篦上的“分阶段”输送的固体废物接触。最好将一个可在输送管打开和输送管关闭这两个位置之间动作的阀设置在中间整备部分和燃料入口端之间的输送管中。还能够监测立管中固体废物的燃烧，并能够通过调整固体废物与含氧气体和燃烧控制剂之间的接触来控制这种燃烧。

本发明提出一种预加热或预煅烧水泥窑，它包括一个旋转的容器，一个逆流式预加热水泥生料的立管，以及一个位于立管和旋转容器之间用于接收来自立管的经预热的矿物料并将其输送入旋转容器的搁置过渡部分，所述窑进行了改进，用来将固体燃料送入立管以便在顺次通过旋转容器、搁置过渡部分以及立管的窑内气流中燃烧该固体燃料，该窑包括：一个位于立管中的固体燃料输送口，其位置位于来自搁置过渡部分的窑内气流的下游，将固体燃料经过固体燃料输送口送入立管的装置，以及使得经固体燃料输送口送入的固体燃料悬置在窑内气流中的一个固定位置处的装置，从而固体燃料在悬置装置上燃烧，其中送入装置包括将来自窑内气流之外的气体源的含氧气体加以引导使之与悬置的固体燃料接触的装置。

提出一种预加热或预煅烧水泥窑，它包括一个旋转的容器，一个逆流式预加热水泥生料的立管，以及一个位于立管和旋转容器之间用于接收来自立管的经预热的矿物料并将其输送入旋转容器的搁置过渡部分，所述窑进行了改进，用来将固体燃料送入立管以便在顺次通过旋转容器、搁置过渡部分以及立管的窑内气流中燃烧该固体燃料，该窑包括：一个位于立管中的固体燃料输送口，其位置位于来自搁置过渡部分的窑内气流的下游，

将固体燃料经过固体燃料输送口送入立管的装置，以及使得经固体燃料输送口送入的固体燃料悬置在窑内气流中的一个固定位置处的装置，从而固体燃料在悬置装置上燃烧，其中所述送入装置包括在经过固体燃料送入口将固体燃料送入立管之前将固体燃料与燃烧控制剂加以混合的装置。

提出一种预加热或预煅烧水泥窑，它包括一个旋转的容器，一个逆流式预加热水泥生料的立管，以及一个位于立管和旋转容器之间用于接收来自立管的经预热的矿物料并将其输送入旋转容器的搁置过渡部分，所述窑进行了改进，用来将固体燃料送入立管以便在顺次通过旋转容器、搁置过渡部分以及立管的窑内气流中燃烧该固体燃料，该窑包括：一个位于立管中的固体燃料输送口，其位置位于来自搁置过渡部分的窑内气流的下游，

将固体燃料经过固体燃料输送口送入立管的装置，以及使得经固体燃料输送口送入的固体燃料悬置在窑内气流中的一个固定位置处的装置，从而固体燃料在悬置装置上燃烧，其中送入装置包括一个燃料输送管，该燃料输送管具有一个位于立管外部的燃料入口端、一个位于立管内部的燃料出口端以及一个位于燃料入口端和燃料出口端之间的中间整备部分，该送入装置还包括一个与燃料输送管的燃料入口端相邻的固体燃料送入机构。

提出一种将固体燃料送入预加热/预煅烧窑中的方法，该预加热/预煅烧窑具有一个立管、一个旋转容器、一个搁置过渡部分，以及窑内气流，该窑内气流由来自所述旋转部分并顺次流过所述搁置过渡部分和立管的燃烧产物组成，该方法包括以下步骤：通过在立管中形成一个固体燃料输送口输送固体燃料，所述固体燃料输送口位于来自搁置过渡部分的窑内气流的下游并与其相隔一定距离，以及将固体燃料悬置在流过立管的窑内气流中的炉蓖上，从而固体燃料在炉篦上燃烧，还包括从窑内气流之外的气体源向着悬置的固体燃料喷射含氧气体以促进固体燃料燃烧的步骤。

提出一种将固体燃料送入预加热/预煅烧窑中的方法，该预加热/预煅烧窑具有一个立管、一个旋转容器、一个搁置过渡部分，以及窑内气流，该窑内气流由来自所述旋转部分并顺次流过所述搁置过渡部分和立管的燃烧产物组成，该方法包括以下步骤：通过在立管中形成一个固体燃料输送口输送固体燃料，所述固体燃料输送口位于来自搁置过渡部分的窑内气流的下游并与其相隔一定距离，以及将固体燃料悬置在流过立管的窑内气流中的炉蓖上，从而固体燃料在炉篦上燃烧，还包括提供一个在将固体燃料送入立管之前使固体燃料与燃烧控制剂接触的步骤。

提出一种将固体燃料送入预加热/预煅烧窑中的方法，该预加热/预煅烧窑具有一个立管、一个旋转容器、一个搁置过渡部分，以及窑内气流，该窑内气流由来自所述旋转部分并顺次流过所述搁置过渡部分和立管的燃烧产物组成，该方法包括以下步骤：通过在立管中形成一个固体燃料输送口输送固体燃料，所述固体燃料输送口位于来自搁置过渡部分的窑内气流的下游并与其相隔一定距离，以及将固体燃料悬置在流过立管的窑内气流中的炉蓖上，从而固体燃料在炉篦上燃烧，还包括从窑内气流之外的气体源向着悬置的固体燃料喷射含氧气体以促进固体燃料燃烧的步骤。

提出一种将固体燃料送入预加热/预煅烧窑中的方法，该预加热/预煅烧窑具有一个立管、一个旋转容器、一个搁置过渡部分，以及窑内气流，该窑内气流由来自所述旋转部分并顺次流过所述搁置过渡部分和立管的燃烧产物组成，该方法包括以下步骤：通过在立管中形成一个固体燃料输送口输送固体燃料，所述固体燃料输送口位于来自搁置过渡部分的窑内气流的下游并与其相隔一定距离，以及将固体燃料悬置在流过立管的窑内气流中的炉蓖上，从而固体燃料在炉篦上燃烧，还包括提供一个在将固体燃料送入立管之前使固体燃料与燃烧控制剂接触的步骤。

提出一种将固体燃料块送入预加热/预煅烧窑的立管中的送入设备，该窑包括一个旋转的容器、一个立管和一个连接该旋转容器和立管的搁置过渡部分，所述的设备包括：一个燃料输送管，它具有一个位于立管外部的燃料入口端，一个与燃料入口端间隔开并与立管中的固体燃料输送口相连通的燃料出口端，和一个位于燃料入口端和燃料出口端之间的中间整备部分，一个用于使得经燃料输送管送入立管中的固体燃料块悬置的炉蓖，所述炉蓖位于立管中并与搁置过渡部分间隔开，以及一个将固体燃料块经燃料输送管送到炉蓖上的固体燃料送入机构，其中燃料输送管包括一个将来自窑内气流之外的气体源的含氧气体引导朝向由炉蓖悬置的固体燃料块的通道。

提出一种将固体燃料块送入预加热/预煅烧窑的立管中的送入设备，该窑包括一个旋转的容器、立管和一个连接该旋转容器和立管的搁置过渡部分，所述的设备包括：一个燃料输送管，它具有一个位于立管外部的燃料入口端，一个与燃料入口端间隔开并与立管中的固体燃料输送口相连通的燃料出口端，和一个位于燃料入口端和燃料出口端之间的中间整备部分，一个用于使得经燃料输送管送入立管中的固体燃料块悬置的炉蓖，所述炉蓖位于立管中并与搁置过渡部分间隔开，以及一个将固体燃料块经燃料输送管送到炉蓖上的固体燃料送入机构，其中燃料送入机构包括将燃烧控制剂送入燃料输送管中使之与被输送通过燃料输送管的燃料块接触的装置。

提出一种将固体燃料块送入预加热/预煅烧窑的设备，该窑包括一个旋转容器、一个立管和一个连接该旋转容器和立管的搁置过渡部分，所述的固体燃料块具有间隔开的第一端和第二端，该设备包括：一个燃料输送管，它具有一个位于预加热/预煅烧窑外部的燃料入口端、一个与燃料入口端间隔开并与预加热/预煅烧窑的侧壁上的固体燃料输送口相连通的燃料出口端，靠近于燃料输送管的燃料入口端的一个固体燃料送入机构，其配置成能通过燃料输送管和固体燃料输送口将固体燃料块送入预加热/预煅烧窑中，以及连接于燃料输送管并适于在固体燃料块被输送通过燃料输送管时支撑固体燃料块的第一副轨道，该第一副轨道具有一个面对燃料输送管之燃料入口端的第一端和面对燃料输送管之燃料出口端的第二端；一个接收和悬置从燃料输送管的燃料出口端排出的燃料的炉蓖。

提出一种将固体燃料块送入一个具有侧壁的预加热/预煅烧窑中的设备，该窑包括一个旋转容器、一个立管和一个连接该旋转容器和立管的搁置过渡部分，该设备包括：一个燃料输送管，它具有一个位于预加热/预煅烧窑外部的燃料入口端、一个与燃料入口端间隔开并与预加热/预煅烧窑的侧壁中的固体燃料输送口相连通的燃料出口端，以及一个位于燃料入口端和燃料出口端之间的中间整备部分，一个通过燃料输送管和固体燃料输送口将固体燃料块输送到预加热/预煅烧窑中的往复杆，以及一个炉蓖，该炉篦将通过往复杆经燃料输送管送入预加热/预煅烧窑内的固体燃料块加以悬置，使得该固体燃料块在该炉蓖上燃烧，其中燃料输送管延伸通过固体燃料输送口。

提出一种将固体燃料块送入预加热/预煅烧窑的立管中的设备，该窑包括一个旋转容器、一个立管以及一个连接该旋转容器和立管的搁置过渡部分，所述设备包括：一个燃料输送管，它具有一个位于立管外部的燃料入口端、一个与燃料入口端间隔开并与固体燃料输送口相连通的燃料出口端、以及一个位于燃料入口端和燃料出口端之间的中间整备部分，一个炉蓖，它将经燃料输送管送入立管中的固体燃料块进行悬置，使得固体燃料块在该炉蓖上燃烧，所述炉蓖位于立管中并与搁置过渡部分间隔开，以及一个将固体燃料块经燃料输送管输送到炉蓖上的固体燃料送入机构，其中燃料输送管送到炉蓖上的固体燃料送入机构，其中燃料送入机构包括将燃烧控制剂送入燃料输送管中使之与被输送通过燃料输送管的燃料块接触的装置。

提出一种将固体燃料块送入预加热/预煅烧窑的设备，该窑包括一个旋转容器、一个立管和一个连接该旋转容器和立管的搁置过渡部分，所述的固体燃料块具有间隔开的第一端和第二端，该设备包括：一个燃料输送管，它具有一个位于预加热/预煅烧窑外部的燃料入口端、一个与燃料入口端间隔开并与预加热/预煅烧窑的侧壁上的固体燃料输送口相连通的燃料出口端，靠近于燃料输送管的燃料入口端的一个固体燃料送入机构，其配置成能通过燃料输送管和固体燃料输送口将固体燃料块送入预加热/预煅烧窑中，以及连接于燃料输送管并适于在固体燃料块被输送通过燃料输送管时支撑固体燃料块的第一副轨道，该第一副轨道具有一个面对燃料输送管之燃料入口端的第一端和面对燃料输送管之燃料出口端的第二端；一个接收和悬置从燃料输送管的燃料出口端排出的燃料的炉蓖。

提出一种将固体燃料块送入一个具有侧壁的预加热/预煅烧窑中的设备，该窑包括一个旋转容器、一个立管和一个连接该旋转容器和立管的搁置过渡部分，该设备包括：一个燃料输送管，它具有一个位于预加热/预煅烧窑外部的燃料入口端、一个与燃料入口端间隔开并与预加热/预煅烧窑的侧壁中的固体燃料输送口相连通的燃料出口端，以及一个位于燃料入口端和燃料出口端之间的中间整备部分，一个通过燃料输送管和固体燃料输送口将固体燃料块输送到预加热/预煅烧窑中的往复杆，以及一个炉蓖，该炉篦将通过往复杆经燃料输送管送入预加热/预煅烧窑内的固体燃料块加以悬置，使得该固体燃料块在该炉蓖上燃烧，其中燃料输送管延伸通过固体燃料输送口。

提出一种将固体燃料块送入预加热/预煅烧窑的立管中的设备，该窑包括一个旋转容器、一个立管以及一个连接该旋转容器和立管的搁置过渡部分，所述设备包括：一个燃料输送管，它具有一个位于立管外部的燃料入口端、一个与燃料入口端间隔开并与固体燃料输送口相连通的燃料出口端、以及一个位于燃料入口端和燃料出口端之间的中间整备部分，一个炉蓖，它将经燃料输送管送入立管中的固体燃料块进行悬置，使得固体燃料块在该炉蓖上燃烧，所述炉蓖位于立管中并与搁置过渡部分间隔开，以及一个将固体燃料块经燃料输送管输送到炉蓖上的固体燃料送入机构，其中燃料输送管延伸通过经固体燃料输送口。

提出一种将固体燃料块送入一个具有侧壁的预加热/预煅烧窑内的设备，该窑包括一个旋转容器、一个立管以及一个连接该旋转容器和立管的搁置过渡部分，所述的设备包括：一个燃料输送管，它具有一个位于预加热/预煅烧窑外部的燃料入口端、一个与燃料入口端间隔开并与预加热/预煅烧窑的侧壁中的固体燃料输送口相连通的燃料出口端，以及一个位于燃料入口端和燃料出口端之间的中间整备部分，一个炉蓖，该炉篦将经燃料输送管送入预加热/预煅烧窑内的固体燃料块加以悬置，使得该固体燃料块在该炉蓖上燃烧，所述炉篦连接于预加热/预煅烧窑的侧壁，以及一个将固体燃料块经燃料输送管输送到炉蓖上的固体燃料送入机构，其中燃料输送管延伸通过经固体燃料输送口。

通过下面对本发明优选实施例的详细描述，本领域的技术人员可更好地理解本发明其它的特点和有益效果。

附图说明

图1是在立管上安装了本发明燃料加装设备的改进预煅烧窑的部分截面图；

图2是在立管上安装了本发明燃料加装设备的改进预加热窑的部分截面图；

图3是图1和2中的燃料加装设备的放大截面图；

图4是燃料加装设备一部分的放大截面图；

图5和6是类似于图3的截面图，它示出了将轮胎送入窑的立管中以便在立管中进行燃烧；以及

图7是类似于图3的放大截面图，它示出了一种燃料加装设备的替代

实施例。

优选实施例详述

本发明涉及一种环境允许的以预加热和预煅烧水泥窑来处理可燃固体废物的方法。在水泥熟料产品广泛应用的商业过程中，将细分的生矿物料分流通过一个旋转倾斜旋转窑容器或窑筒来煅烧和“烧结”水泥生料。通过在窑的下部燃烧如煤气、燃料油、煤粉等这样的燃料来达到处理矿物料所需的温度，所述的窑下部具有以与运动通过旋转窑筒的矿物料相逆的方向运动的窑内气流。

除了在其下部燃烧的倾斜旋转窑容器和位于其上部的固定传热部分外，预加热或预煅烧窑一般还包括多级旋风器，这些旋风器用于在将生料引入旋转窑筒的上部之前对这些生料进行预加热或预煅烧。由于在矿物料进入旋转窑容器之前被预加热或预煅烧，旋转窑容器的长度可以大大小于不进行预加热或预煅烧的传统长窑中容器的长度。本发明提供了一种在预加热或预煅烧窑的固定传热部分中对作为辅助燃料的固体可燃废物的燃烧进行控制使其高效且不影响环境的方法和设备。

在本发明中，设置一个将可燃固体废物装入如图1和2所示的预煅烧或预加热窑14、16的立管12中的燃料加装设备10。预煅烧和预加热窑14、16包括一个旋转容器18、立管12以及位于旋转容器18和立管12之间的搁置过渡部分22。窑内的气体以24所示的方向连续地流过旋转容器18、搁置过渡部分22和立管12。矿物料以26所示的与窑内气流相反的方向流动。矿物料通过立管12落到搁置过渡部分22上，然后进入和通过旋转容器18。在矿物料经过立管12和位于窑内气流下游的立管12的串联旋风器(未示出)而下降时，以24所示方向向上流过立管12的被加热的窑内气流加热该矿物料。矿物料被粉碎得很细以便在加热的窑内气流与该矿物料之间具有良好的传热。

图1中的是预煅烧窑14，图2中的是预加热窑16。预煅烧窑14与预加热窑16的差别在于水泥制造过程中的燃料的燃烧是在预煅烧窑14的立管12中进行的这一重要特点，这样使通过预煅烧窑14之立管12下降的矿物料达到较高的温度并为其提供了附加的热量。下降通过预加热窑16之立管12的矿物料只由从旋转容器18流出的窑内气流加热，而下降通过预煅烧窑14的矿物料被窑内的气流和立管12中的燃料燃烧所产生的额外热能(以及随之产生的高温)加热，因此，在到达搁置过渡部分22之前基本上已对矿物料进行了煅烧。

如图1所示预煅烧窑14包括位于立管12上的一个辅助过程燃料入口28和一个含氧气体入口30。含氧气体入口30与辅助过程燃料入口28相邻，以便邻近于辅助过程燃料入口28提供含氧气体(该气体一般为环境空气或预热的空气)，从而促进流经辅助过程燃料入口28进入立管12的辅助过程燃料的燃烧。如上所述，辅助过程燃料的燃烧为下降通过预煅烧窑14之立管12的矿物料提供了附加热量，因此在到达搁置过渡部分22之前，基本上已对矿物料进行了煅烧。辅助过程燃料入口28和含氧气体入口30是所有预煅烧窑14的标准部件。

如图2所示改进了的预加热窑16在其立管12上包括一个环境空气入口32和一个可选择的氧气入口34。这些入口32、34并不是预加热窑16上的标准部件，而是在预加热窑16的立管12被改进以加入燃料加装设备10时被加入到预加热窑16中的。将入口32、24加入到预加热窑16的立管12中以便在立管12中提供含氧气体，从而促进可燃固体废物的燃烧。含氧气体的引入也促进了来自热解燃料的挥发物的混合以便促进燃烧。只需要入口32、34中的一个入口以提供支持可燃固体废物燃烧所必须的氧气。在另一个实施例中，可在立管中设置一个入口来引入氧气和环境空气。当然，虽然能够通过旋转容器18的主燃烧器(未示出)来引入额外的氧气，但在这个位置加入过量的氧气对主燃烧器(未示出)的冷却有副作用。

在预煅烧窑14中使用燃料加装设备10以便在立管12中燃烧可燃固体，这使得为预煅烧窑14提供能量所需的燃料量显著减少。此外，燃料加装设备10可放置在预加热窑16的立管12中，在处理过程的一个点处为预加热窑16提供辅助热量，由燃烧辅助固体废物衍生燃料产生的过量热实际上起到在矿物料到达搁置过渡部分22之前通过立管12的过程中开始煅烧该矿物料的作用。立管12中的这种结构使其具有优选的效率，并优化了对矿物料的传热。

图3详细地图示了燃料加装设备10。所形成的立管12包括一个固体燃料输送口36，通过该口，燃料加装设备10基本上垂直地伸入立管12。燃料加装设备10与搁置过渡部分22间隔开，该加装设备位于来自搁置过渡部分22的窑内气流的下游。在优选实施例中，燃料加装设备10在窑内气流的温度为1800°-2000°F(982°-1093℃)时伸入立管12。在图示的实施例中，立管12有一个大约10-12英尺(3-3.7米)的直径，并包括一个由铁和陶瓷绝热材料(耐火砖)制成的圆形立管壁20。如图1所示，在预煅烧窑14的优选实施例中，燃料加装设备10靠近于辅助过程燃料入口28和含氧气体入口30，以便最佳地使用可燃固体废物。在图示的实施例中，燃料加装设备10位于搁置过渡部分22之上大约25-30英尺(7.6-9.1米)。一种传统的升降机或输送装置(未示出)被用来将可燃固体废物传送给燃料加装设备10。

燃料加装设备10包括将可燃固体废物送入立管12的燃料送入器38和位于立管12内的用于接收来自燃料送入器38的可燃固体废物并使可燃固体废物悬置在沿24所示方向向上通过立管12的窑内气流中的燃料悬置装置40。燃料送入器38包括一个固体燃料送入机构42和一个燃料输送管44。在图示的实施例中，固体燃料送入机构42是一个往复的液压杆46，该杆沿着如图3、5和6所示的燃料输送路径48往复运动。在本发明的其它实施例中，可以使用其它类型的如螺旋输送机或输送带那样的固体燃料送入机构。

燃料输送管44包括一个与固体燃料送入机构42相邻的燃料入口端50，一个与燃料悬置装置40相邻的燃料出口端52，以及一个位于燃料入口端50和燃料出口端52之间的中间整备部分54。一个闸阀56位于燃料入口端50和燃料出口端52之间，并且可在输送管打开和输送管关闭的位置之间运动。以固体燃料块62形式的可燃固体有害废物进入设置在燃料输送管44的燃料入口端50中的燃料接收口58，以使固体燃料块62、例如整个的轮胎或者包装的或压缩的固体废物如图5所示紧邻于往复杆46的头部60。往复杆46在如图5所示的接收固体燃料块62的缩回位置和沿着燃料输送管44推动固体燃料块62的伸出位置之间运动。如图6所示，往复杆46从它的缩回位置运动到其伸出位置。当如图6所示闸阀56打开、往复杆46从其缩回位置向前运动到其伸出位置并将固体燃料块62推入中间整备部分54中时，固体燃料块62从燃料入口端50被送入中间整备部分54。

如图5和6所示，中间整备部分54包括一个燃烧控制剂接收孔64，通过该孔将燃烧控制剂65送入，使其与固体燃料块62接触或覆盖住该燃料块62。如图1和2所示，一个燃烧控制剂旋风收集器66储存燃烧控制剂65，并且一条燃烧控制剂送入管线68将旋风收集器66连接到燃料输送管44的中间整备部分54。一个阀70位于送入管线68中，这样，能够计量进入中间整备部分54的燃烧控制剂的量。在图示的实施例中，阀70是一个遥控可变速的旋转气塞阀。在其它实施例中，可将一个缓冲仓放置在旋风收集器和燃料加装设备之间。

阀70使燃烧控制剂65在选择的时间间隔内以所选的速度通过燃烧控制剂接收孔64进入中间整备部分54。当阀56打开使往复杆46沿着燃料输送管44推动固体燃料块62时，阀70打开使燃烧控制剂流入中间整备部分54来占据固体燃料块62所未占据的任何空间。当往复杆46延伸到如图6所示的邻近于燃烧控制剂接收孔64的位置时，阀70关闭，因此燃烧控制剂65并不下落到往复杆46的头部60和燃料入口端50之间。

燃烧控制剂可以是水泥窑尘、生矿物料或它们的混合物。水泥窑尘是制造水泥的副产品，并且一般认为是一种废物。使用水泥窑尘作燃烧控制剂65可将废物转化为破碎固体燃料块62所用的一种有用的物品。

燃烧控制剂65具有几个功能。首先，燃烧控制剂65提供了一种氧屏蔽功能，以便如图5和6所示在将固体燃料块62推出燃料输送管44并到达燃料悬置装置40上之前延迟固体燃料块62的燃烧。再者，燃烧控制剂65提供一种绝热功能以便减小从立管12进入燃料输送管44的热量。如图5和6所示，燃烧控制剂44和固体燃料块62形成一个“料塞”，这样将燃烧过程与中间整备部分54和固体燃料送入机构42分隔开来。第三，燃烧控制剂65起一种推动固体燃料块62通过燃料输送管44的润滑作用。由于通过立管12的窑内气流的温度较高，固体燃料块62受到局部热分解或融化，从而产生粘附于燃料输送管44的副产品。燃烧控制剂65作为一种促进固体燃料块62移动通过燃料输送管44的助熔剂。第四，燃烧控制剂65在从立管12向燃料输送管44产生回火的情况下起到一种防护作用。

如图3、5和6所示，中间整备部分54包括位于阀56附近的第一副轨道72和位于燃料输送管44的燃料出口端52附近的第二副轨道74。轨道72、74促进固体燃料块62通过中间整备部分54。燃烧控制剂65处于轨道72和74之间，且在固体燃料块62移动通过中间整备部分54时作为一种助熔剂为通过的固体燃料块62提供一种低摩擦的表面。

中间整备部分54的高温可使固体燃料块62粘附在往复杆46的头部60上。这样，如图5所示，当往复杆46从其伸出位置移动到其缩回位置时，如果固体燃料块62已粘附在往复杆46的头部60上，则该固体燃料块62会被向后拉回到燃料输送管44的燃料入口端50。如图3、5和6所示，燃料块捕获空间76设置在第一和第二副轨道72和74之间。将燃料块捕获空间76在中间整备部分54中的位置选择成使得当往复杆46全部伸出时，如图6所示，固体燃料块62的第一端78落进该捕获空间76中。当固体燃料块62的第一端78落入捕获空间76中时，基本上破坏了固体燃料块62的第二端80与往复杆46之头部60的接触，并且使往复杆46回到其缩回位置时并不向后将固体燃料块62拉回到燃料输送管44的燃料入口端50。

图3、5和6中示出了一个环形通道82，该通道围绕着中间整备部分54并在燃料输送管44的阀56和燃料出口端52之间延伸。一个风扇或鼓风机84为通道82提供如环境空气和/或氧气那样的含氧气体。如图3-6所示，环形通道82终止于喷嘴86，所述的喷嘴86将含氧气体沿方向83引导向燃料悬置装置40，并使位于悬置装置40上的固体燃料块62与含氧气体接触。通道82可以具有任意形状的截面。

通道82具有两个作用。第一，通道82使中间整备部分54绝热。第二，通过通道82并流出喷嘴86朝向燃料悬置装置40的含氧气体流为处在燃料悬置装置40上的固体燃料块62的燃烧提供了辅助氧气。

立管12内的中间整备部分54通过如耐火砖等可塑陶瓷88进行绝热。如图3-6所示，通道82位于中间整备部分54和可塑陶瓷88之间。

燃料悬置装置40包括一个从燃料输送管44的燃料出口端52伸出的炉蓖90。该炉蓖90接收来自燃料输送管44的固体燃料块62，并在燃料块62燃烧时，使该燃料块62悬置在向上流过立管12的窑内气流中。如图3、4所示，炉蓖90包括多个相互间隔开的伸出臂92，该伸出臂具有与燃料输送管44相连的第一端94以及与第一端94隔开一定距离的第二端94。如图5、6所示，伸出臂92之间的空间使窑内气流流过炉蓖90并与位于炉蓖90上的固体燃料块62接触。伸出臂92之间的空间减小了炉蓖90对窑内气流的阻力，也减小了由于炉蓖90所产生的窑内气流的压降。伸出臂92之间的空间允许燃烧控制剂65使伸出臂92之间的固体燃料块62落入立管12中。在优选实施例中，炉蓖90是由Duralloy Blaw-Knox出售的商标为Super 22-H的合金制成的。

当固体燃料块62到达炉蓖90上时，固体燃料块62开始燃烧。一旦固体燃料块62到达炉蓖90，燃烧控制剂65落到固体燃料块62上并通过炉蓖90或者它由喷嘴86喷入的窑内气流或含氧气体喷吹掉。流过通道82并经过喷嘴86沿83所示方向流至炉篦的含氧气体提供氧气来支持燃烧过程。

在液压杆46的推动下，固体燃料块62被下一个燃料块62推动移动离开炉篦90之前，该固体燃料块62至少部分燃烧。该固体燃料块62任何未燃烧的部分将落到搁置过渡部分22上，并在该搁置过渡部分22上或旋转容器18中完全燃烧。

在图示的实施例中，固体燃料块62是轮胎。然而，在其它实施例中，固体燃料可包括一种或多种废物，如轮胎、医学废物、精练厂废物、市政废物或其它含有可燃成分的固体废物。可以改变燃料输送管的大小和形状、固体燃料送入机构的类型以及捕获空间的位置和形状，以便适应不同固体形式的燃料块。

图7示出了本发明另一个优选实施例的燃料加装设备110。除了燃料加装设备110的中间整备部分112不伸入立管12中外，该燃料加装设备110与燃料加装设备10相同。除了中间整备部分54、112之外，燃料加装设备10的全部组件和燃料加装设备110是相同的，并且以相同的标记表示。

在本发明图示的实施例中，在立管12中只设置一个燃料加装设备10、110。在其它实施例中，在立管12中设置多个燃料加装设备10、110，以便在立管中均匀分配燃料，使燃料/氧气的混合达到最佳状态。

尽管已经参照一些优选实施例详细描述和限定了本发明，但在本发明所描述和权利要求限定的范围和精神实质内仍存在各种变化和改进。

Claims (30)

1.一种预加热或预煅烧水泥窑，它包括一个旋转的容器，一个逆流式预加热水泥生料的立管，以及一个位于立管和旋转容器之间用于接收来自立管的经预热的矿物料并将其输送入旋转容器的搁置过渡部分，所述窑进行了改进，用来将固体燃料送入立管以便在顺次通过旋转容器、搁置过渡部分以及立管的窑内气流中燃烧该固体燃料，该窑包括：

一个位于立管中的固体燃料输送口，其位置位于来自搁置过渡部分的窑内气流的下游，

将固体燃料经过固体燃料输送口送入立管的装置，以及

使得经固体燃料输送口送入的固体燃料悬置在窑内气流中的一个固定位置处的装置，从而固体燃料在悬置装置上燃烧，其中送入装置包括将来自窑内气流之外的气体源的含氧气体加以引导使之与悬置的固体燃料接触的装置。

2.如权利要求1所述的改进的窑，其特征在于，送入装置包括一个终止于立管的靠近于悬置装置的通道。

3.如权利要求1所述的改进的窑，其特征在于

输送装置包括i)一个燃料输送管，其具有位于立管外部的燃料入口端、一个与燃料入口端隔开一定距离并与固体燃料输送口相连通的燃料出口端以及位于燃料入口端和出口端之间的中间整备部分，和ii)一个将固体燃料经燃料输送管送到炉蓖上的固体燃料送入机构，其中燃料输送管包括终止于立管靠近于炉蓖的通道，和用于将来自窑内气流之外的气体源的含氧气体引导通过该通道朝着炉蓖进入立管中的装置，以及

悬置装置包括一个炉蓖，其用于将从燃料输送管的燃料出口端排出的燃料接收和悬置在立管内、使其在搁置过渡部分的窑内气流的下游处于该窑内气流中。

4.如权利要求3的改进的窑，其特征在于，通道是一个围绕着中间整备部分的环形通道。

5.一种预加热或预煅烧水泥窑，它包括一个旋转的容器，一个逆流式预加热水泥生料的立管，以及一个位于立管和旋转容器之间用于接收来自立管的经预热的矿物料并将其输送入旋转容器的搁置过渡部分，所述窑进行了改进，用来将固体燃料送入立管以便在顺次通过旋转容器、搁置过渡部分以及立管的窑内气流中燃烧该固体燃料，该窑包括：

一个位于立管中的固体燃料输送口，其位置位于来自搁置过渡部分的窑内气流的下游，

将固体燃料经过固体燃料输送口送入立管的装置，以及

使得经固体燃料输送口送入的固体燃料悬置在窑内气流中的一个固定位置处的装置，从而固体燃料在悬置装置上燃烧，其中所述送入装置包括在经过固体燃料送入口将固体燃料送入立管之前将固体燃料与燃烧控制剂加以混合的装置。

6.如权利要求5所述的改进的窑，其特征在于，燃烧控制剂是水泥生料。

7.如权利要求5所述的改进的窑，其特征在于，燃烧控制剂是水泥窑尘。

8.如权利要求5所述的改进的窑，其特征在于，

输送口送入立管的装置包括：i)一个燃料输送管，其具有位于立管外部的燃料入口端、一个与燃料入口端隔开一定距离并与固体燃料输送口相连通的燃料出口端、以及位于燃料入口端和出口端之间的中间整备部分，和ii)一个将固体燃料经燃料输送管送到炉蓖上的固体燃料送入机构，其中中间整备部分包括将该部分中的固体燃料与燃烧控制剂加以混合的装置，以及

悬置装置包括一个炉蓖，其用于将从燃料输送管的燃料出口端排出的燃料接收和悬置在立管内、使其在搁置过渡部分的窑内气流的下游处于窑内气流中，从而固体燃料在炉篦上燃烧。

9.如权利要求8的改进的窑，其特征在于，燃烧控制剂是水泥生料。

10.如权利要求8的改进的窑，其特征在于，燃烧控制剂是水泥窑尘。

11.一种预加热或预煅烧水泥窑，它包括一个旋转的容器，一个逆流式预加热水泥生料的立管，以及一个位于立管和旋转容器之间用于接收来自立管的经预热的矿物料并将其输送入旋转容器的搁置过渡部分，所述窑进行了改进，用来将固体燃料送入立管以便在顺次通过旋转容器、搁置过渡部分以及立管的窑内气流中燃烧该固体燃料，该窑包括：

一个位于立管中的固体燃料输送口，其位置位于来自搁置过渡部分的窑内气流的下游，

将固体燃料经过固体燃料输送口送入立管的装置，以及

使得经固体燃料输送口送入的固体燃料悬置在窑内气流中的一个固定位置处的装置，从而固体燃料在悬置装置上燃烧，其中送入装置包括一个燃料输送管，该燃料输送管具有一个位于立管外部的燃料入口端、一个位于立管内部的燃料出口端以及一个位于燃料入口端和燃料出口端之间的中间整备部分，该送入装置还包括一个与燃料输送管的燃料入口端相邻的固体燃料送入机构。

12.如权利要求11所述的改进的窑，其特征在于，送入装置还包括一个围绕着燃料输送管的中间整备部分并终止于立管且靠近于悬置装置的环形通道，从而提供固体燃料在燃料输送管的中间整备部分与悬置装置之间前进的路径。

13.如权利要求11所述的改进的窑，其特征在于，送入装置还包括一个位于燃料输送管的中间整备部分和燃料入口端之间的用于燃料输送管的阀和用于打开和关闭该阀的装置。

14.如权利要求11所述的改进的窑，其特征在于，中间整备部分包括将该部分中的固体燃料与燃烧控制剂加以混合的装置。

15.如权利要求11所述的改进的窑，其特征在于，燃烧控制剂是水泥生料。

16.如权利要求11所述的改进的窑，其特征在于，燃烧控制剂是水泥窑尘。

17.一种将固体燃料送入预加热/预煅烧窑中的方法，该预加热/预煅烧窑具有一个立管、一个旋转容器、一个搁置过渡部分，以及窑内气流，该窑内气流由来自所述旋转部分并顺次流过所述搁置过渡部分和立管的燃烧产物组成，该方法包括以下步骤：

通过在立管中形成一个固体燃料输送口输送固体燃料，所述固体燃料输送口位于来自搁置过渡部分的窑内气流的下游并与其相隔一定距离，以及

将固体燃料悬置在流过立管的窑内气流中的炉蓖上，从而固体燃料在炉篦上燃烧，还包括从窑内气流之外的气体源向着悬置的固体燃料喷射含氧气体以促进固体燃料燃烧的步骤。

18.一种将固体燃料送入预加热/预煅烧窑中的方法，该预加热/预煅烧窑具有一个立管、一个旋转容器、一个搁置过渡部分，以及窑内气流，该窑内气流由来自所述旋转部分并顺次流过所述搁置过渡部分和立管的燃烧产物组成，该方法包括以下步骤：

通过在立管中形成一个固体燃料输送口输送固体燃料，所述固体燃料输送口位于来自搁置过渡部分的窑内气流的下游并与其相隔一定距离，及

将固体燃料悬置在流过立管的窑内气流中的炉蓖上，从而固体燃料在炉篦上燃烧，还包括提供一个在将固体燃料送入立管之前使固体燃料与燃烧控制剂接触的步骤。

19.一种将固体燃料块送入预加热/预煅烧窑的立管中的送入设备，该窑包括一个旋转的容器、一个立管和一个连接该旋转容器和立管的搁置过渡部分，所述的设备包括：

一个燃料输送管，它具有一个位于立管外部的燃料入口端，一个与燃料入口端间隔开并与立管中的固体燃料输送口相连通的燃料出口端，和一个位于燃料入口端和燃料出口端之间的中间整备部分，

一个用于使得经燃料输送管送入立管中的固体燃料块悬置的炉蓖，所述炉蓖位于立管中并与搁置过渡部分间隔开，以及

一个将固体燃料块经燃料输送管送到炉蓖上的固体燃料送入机构，其中燃料输送管包括一个将来自窑内气流之外的气体源的含氧气体引导朝向由炉蓖悬置的固体燃料块的通道。

20.一种将固体燃料块送入预加热/预煅烧窑的立管中的送入设备，该窑包括一个旋转的容器、立管和一个连接该旋转容器和立管的搁置过渡部分，所述的设备包括：

一个燃料输送管，它具有一个位于立管外部的燃料入口端，一个与燃料入口端间隔开并与立管中的固体燃料输送口相连通的燃料出口端，和一个位于燃料入口端和燃料出口端之间的中间整备部分，

一个用于使得经燃料输送管送入立管中的固体燃料块悬置的炉蓖，所述炉蓖位于立管中并与搁置过渡部分间隔开，以及

一个将固体燃料块经燃料输送管送到炉蓖上的固体燃料送入机构，其中燃料送入机构包括将燃烧控制剂送入燃料输送管中使之与被输送通过燃料输送管的燃料块接触的装置。

21.一种如权利要求20的设备，其特征在于，燃烧控制剂送入装置将燃烧控制剂输送到燃料输送管的中间整备部分。

22.一种将固体燃料块送入预加热/预煅烧窑的设备，该窑包括一个旋转容器、一个立管和一个连接该旋转容器和立管的搁置过渡部分，所述的固体燃料块具有间隔开的第一端和第二端，该设备包括：

一个燃料输送管，它具有一个位于预加热/预煅烧窑外部的燃料入口端、一个与燃料入口端间隔开并与预加热/预煅烧窑的侧壁上的固体燃料输送口相连通的燃料出口端，

靠近于燃料输送管的燃料入口端的一个固体燃料送入机构，其配置成能通过燃料输送管和固体燃料输送口将固体燃料块送入预加热/预煅烧窑中，以及

连接于燃料输送管并适于在固体燃料块被输送通过燃料输送管时支撑固体燃料块的第一副轨道，该第一副轨道具有一个面对燃料输送管之燃料入口端的第一端和面对燃料输送管之燃料出口端的第二端；

一个接收和悬置从燃料输送管的燃料出口端排出的燃料的炉蓖。

23.如权利要求22所述的设备，还包括连接于燃料输送管并适于在固体燃料块被输送通过燃料输送管时支撑固体燃料块的第二副轨道，该第二副轨道具有一个面对燃料输送管之燃料入口端的第一端和一个面对燃料输送管之燃料出口端的第二端，并且该第二副轨道的第一端与第一副轨道的第二端间隔开，以便在第一副轨道和第二副轨道之间限定出一个空间。

24.如权利要求23所述的设备，其特征在于，当固体燃料块通过燃料输送管被输送时，固体燃料送入机构与固体燃料块的第一端接合，并且在固体燃料块通过燃料输送管被输送时，该固体燃料送入机构在其缩回和伸出位置之间运动，当固体燃料送入机构处在伸出位置时，固体燃料块的第一端可落入第一和第二副轨道之间限定出的空间中，因此固体燃料块的第一端基本上破坏了与固体燃料送入机构之间的接触。

25.如权利要求22所述的设备，还包括将燃烧控制剂送入燃料输送管并使燃烧控制剂处在第一副轨道之间的燃烧控制剂送入器。

26.如权利要求25所述的设备，其特征在于，燃烧控制剂在所述固体燃料块通过燃料输送管时起到助熔剂的作用，以便为固体燃料块提供一个低摩擦的表面。

27.一种将固体燃料块送入一个具有侧壁的预加热/预煅烧窑中的设备，该窑包括一个旋转容器、一个立管和一个连接该旋转容器和立管的搁置过渡部分，该设备包括：

一个燃料输送管，它具有一个位于预加热/预煅烧窑外部的燃料入口端、一个与燃料入口端间隔开并与预加热/预煅烧窑的侧壁中的固体燃料输送口相连通的燃料出口端，以及一个位于燃料入口端和燃料出口端之间的中间整备部分，

一个通过燃料输送管和固体燃料输送口将固体燃料块输送到预加热/预煅烧窑中的往复杆，以及

一个炉蓖，该炉篦将通过往复杆经燃料输送管送入预加热/预煅烧窑内的固体燃料块加以悬置，使得该固体燃料块在该炉蓖上燃烧，其中燃料输送管延伸通过固体燃料输送口。

28.一种将固体燃料块送入预加热/预煅烧窑的立管中的设备，该窑包括一个旋转容器、一个立管以及一个连接该旋转容器和立管的搁置过渡部分，所述设备包括：

一个燃料输送管，它具有一个位于立管外部的燃料入口端、一个与燃料入口端间隔开并与固体燃料输送口相连通的燃料出口端、以及一个位于燃料入口端和燃料出口端之间的中间整备部分，

一个炉蓖，它将经燃料输送管送入立管中的固体燃料块进行悬置，使得固体燃料块在该炉蓖上燃烧，所述炉蓖位于立管中并与搁置过渡部分间隔开，以及

一个将固体燃料块经燃料输送管输送到炉蓖上的固体燃料送入机构，其中燃料输送管延伸通过经固体燃料输送口。

29.一种将固体燃料块送入一个具有侧壁的预加热/预煅烧窑内的设备，该窑包括一个旋转容器、一个立管以及一个连接该旋转容器和立管的搁置过渡部分，所述的设备包括：

一个燃料输送管，它具有一个位于预加热/预煅烧窑外部的燃料入口端、一个与燃料入口端间隔开并与预加热/预煅烧窑的侧壁中的固体燃料输送口相连通的燃料出口端，以及一个位于燃料入口端和燃料出口端之间的中间整备部分，

一个炉蓖，该炉篦将经燃料输送管送入预加热/预煅烧窑内的固体燃料块加以悬置，使得该固体燃料块在该炉蓖上燃烧，所述炉篦连接于预加热/预煅烧窑的侧壁，以及

一个将固体燃料块经燃料输送管输送到炉蓖上的固体燃料送入机构，其中燃料输送管延伸通过经固体燃料输送口。

30.如权利要求29所述的设备，其特征在于还包括

一个通过燃料输送管和固体燃料输送口将固体燃料块输送到预加热/预煅烧窑中的往复杆。

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