CN201106847Y

CN201106847Y - 水泥窑用燃烧器装置

Info

Publication number: CN201106847Y
Application number: CNU2007201255465U
Authority: CN
Inventors: 井上清
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2007-09-12
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2017-09-25
Also published as: WO2009034626A1; KR20100061472A

Abstract

本实用新型水泥窑用燃烧器装置(1)具备隔成多个同心圆筒状部件的多个流路，包括装备固体粉末燃料流的旋转装置(2a)的固体粉末燃料用流路(2)、与该流路邻接配置在外侧并装有空气流旋转机构(3a)的第一空气流路(3)、与该流路邻接配置在外侧的第二空气流路(4)、和与固体粉末燃料用流路邻接配置在内侧并装有空气流旋转机构(5a)的第三空气流路(5)，在固体粉末燃料用流路前端的固体粉末燃料流旋转角度在第一空气流路及第二空气流路前端的各空气流旋转角度的二分之一以下。可把固体粉末燃料流旋转角度设成3°以上15°以下、第一空气流路及第二空气流旋转角度设成30°以上50°以下，使装置的多个控制要素在各水泥窑以短时间最优化。

Description

水泥窑用燃烧器装置

技术领域

本实用新型涉及以粉煤等固体燃料为主要燃料、强化了火焰的调整功能、提高了燃料种类的改变以及炉相对操作环境的适应性的水泥窑用燃烧器装置。

背景技术

现有技术中，在水泥烧结用窑(以下称为“水泥窑”)中，使用把燃料流路和空气流路配置成同心圆状的燃烧器装置，对多个空气流路分配空气量和旋转强度而调整水泥窑内的燃烧状态。

例如，专利文献1所述的粉煤燃烧器装置以进行用于使保焰功能提高、抑制氮氧化物产生的缓慢燃烧等为目的，呈同心圆状地装备有多个流路，配置了粉煤流路和与该粉煤流路邻接的内外两个空气流路，具备使空气流在内侧的空气流路中旋转的机构。

另一方面，在专利文献2中公开了一种回转窑用燃烧器装置，其目的在于通过减低一次空气量、扩大火焰的调整范围，从而对节能做贡献，抑制氮氧化物的产生，呈同心圆状地装备有多个流路，并装备有：与固体粉末燃料用流路邻接地配置在外侧、装有空气流的旋转装置的第一空气流路，与该第一空气流路邻接地配置在外侧的第二空气流路，与固体粉末燃料用流路邻接地配置在内侧的第三空气流路。

可是，即使根据上述现有的水泥窑用燃烧器装置(以下适当称作“燃烧器装置”)，也难以使用多种燃料、兼顾多种熟料的品质确保和所产生的氮氧化物的减少，很难得到发挥所能够满意的性能的燃烧器装置。

因此，本申请人开发了一种可以维持所烧成的熟料的质量、同时能够减少氮氧化物的产生量的燃烧器装置，并取得了有关该装置的专利(参照专利文献3)。如图1及图2所示，该燃烧器装置1包括：装备有固体粉末燃料的旋转叶片2a的固体粉末燃料用流路2，与固体粉末燃料用流路2邻接地配置在外侧、装备有空气流的旋转叶片3a的第一空气流路3，与第一空气流路3邻接地配置在外侧的第二空气流路4，与固体粉末燃料用流路2邻接地配置在内侧、装备有空气流的旋转叶片5a的第三空气流路5。

通过使用该燃烧器装置1可以改善固体粉末燃料的燃烧性，不使利用回转窑烧成的熟料的品质下降地减少氮氧化物的产生量，同时，使在各个流路2～5中流动的空气量独立地变化，由此，还可以使得用于根据使用的固体粉末燃料的种类等得到最适当火焰的调整容易进行。

[专利文献1]：日本特公平4-74603号公报

[专利文献2]：欧洲专利第421903号公报

[专利文献3]：日本国专利第3914448号公报

如上所述，在专利文献3中所述的燃烧器装置1是在装有固体粉末燃料用流路2之外还装备有三个空气流路3～5的四通道式的燃烧器装置，可以分别独立地控制在各个流路2～5中流动的空气量，而且，由于在固体粉末燃料流的旋转叶片2a和在第一空气流路3及第三空气流路5中也各自附设有各旋转叶片2a、3a、5a，故还可以调整这些旋转叶片的旋转角度等，控制要素多。因而，只要能根据所使用的固体粉末燃料的种类等使控制要素最优化，就可以充分享受上述效果，但有时要达到最优化需要很长时间。

当上述控制要素最优化时，可以通过模拟得到某种程度的信息，但最终却不得不通过确认在实际工作的水泥窑的气氛下的燃烧器火焰的形状、NOx产生量等的水泥窑的运转状况、所烧成的熟料的品质等来判断是否达到最优化。

发明内容

因此，本实用新型的发明者们根据上述模拟结果、实际机器的确认结果等，找到用于使专利文献3所述的水泥窑用燃烧器装置的控制要素最优化的基本限定区域，能够在各水泥窑中以短时间使控制要素最优化。

为了达到上述目的，本实用新型是装备有分隔成多个同心圆筒状部件的多个流路的水泥窑用燃烧器装置，其特征在于，具备：装备有固体粉末燃料流的旋转机构的固体粉末燃料用流路，与该固体粉末燃料用流路邻接地配置在外侧、装备有空气流的旋转机构的第一空气流路，与该第一空气流路邻接地配置在外侧的第二空气流路，和与所述固体粉末燃料用流路邻接地配置在内侧、装备有空气流的旋转机构的第三空气流路；所述固体粉末燃料用流路的前端的固体粉末燃料流的旋转角度是所述第一空气流路的前端的空气流的旋转角度以及所述第二空气流路的前端的空气流的旋转角度的二分之一以下。

而且，根据本实用新型，由于将从固体粉末燃料用流路喷出的固体粉末燃料用流的旋转角度设定为从第一空气流路及第二空气流路喷出的空气流的旋转角度的二分之一以下，故而，可以充分进行固体粉末燃料和从各流路喷出的一次空气的混合，同时，能一边使烧成带保持在高温一边容易地进行火焰形状的控制，NOx产生量也可以抑制得很低。

在所述水泥窑用燃烧器装置中，可以将所述固体粉末燃料用流路的前端的固体粉末燃料流的旋转角度设定为3°以上15°以下。

另外，在所述水泥窑用燃烧器装置中，可以将所述第一空气流路及所述第二空气流路的前端的空气流的旋转角度设定为30°以上50°以下。

进而，在所述水泥窑用燃烧器装置中，可以在所述第三空气流路的内侧装备可燃性废弃物用流路。

如以上所说明，根据本实用新型，通过提供用于使水泥窑用燃烧器装置的控制要素最优化的基本的限定区域，可以在各水泥窑中在短时间内使控制要素最优化。

附图说明

图1是表示现有技术及本实用新型的燃烧器装置的一例的正视图。

图2是图1的燃烧器装置的纵剖视图(为了使剖面结构明确，省略了图1中所画的燃烧器部件的厚度及耐火物)。

图3是表示包含图1的燃烧器装置的燃烧系统的一例的流程图。

图4是用于说明燃烧器装置的旋转叶片的旋转角度的示意图。

图5是表示包含图1的燃烧器装置的燃烧系统的另一例的流程图。

附图标记说明

1 水泥窑用燃烧器装置

2 固体粉末燃料用流路

2a 旋转叶片

3 第一空气流路

3a 旋转叶片

4 第二空气流路

5 第三空气流路

5a 旋转叶片

6 注油器

7 可燃性废弃物用流路

8 圆筒状部件

9 (燃烧器装置1的)轴线方向

10 (旋转叶片2a的)中心线

11 燃烧系统

12～14 风扇

15 粉煤输送配管

16～19 空气配管

22 挡板

23 挡板

31 燃烧系统

32 燃烧流罗茨鼓风机

33 一次空气风扇

34 粉煤输送配管

35～38 空气配管

39～42 挡板

具体实施方式

下面，参照附图对本实用新型的实施方式进行说明。

如上所述，本实用新型找到了用于使图1及图2所示的水泥窑用燃烧器装置的控制要素最优化的基本的限定区域，在以下说明中首先确认包含图1及图2所示的燃烧器装置1及图3所示的燃烧器装置1的燃烧系统11的构成。

该燃烧器装置1呈同心圆状地装备有多个流路，总计装备四个流路，即，固体粉末燃料用流路2、与固体粉末燃料用流路2邻接配置在外侧的第一空气流路3、与第一空气流路3邻接配置在外侧的第二空气流路4、和与固体粉末燃料用流路2邻接配置在内侧的第三空气流路5。另外，在第三空气流路5的内侧配置有注油器6、可燃性废弃物用流路7等。在这四个流路2～5中，在固体粉末燃料用流路2、第一空气流路3和第三空气流路5中各自固定着作为旋转机构的旋转叶片2a、3a、5a。

图3表示包含上述燃烧器装置1的燃烧系统的一例，该燃烧系统11是重视控制的容易程度而构成的系统，装备有第一～第三这三台风扇12～14。供给至粉煤输送管15的粉煤C利用第一风扇12供给至固体粉末燃料用流路2。来自第二风扇13的空气经由空气配管16、17、18供向燃烧器装置1的第一空气流路3及第三空气流路5。来自第三风扇14的空气经由空气配管19供向燃烧器装置1的第二空气流路4。

另外，由于在空气配管18中设置用于控制空气量的挡板22，在空气配管17中设置挡板23，故可以独立控制在流路2～5各个流路中流动的空气量。由此，可以容易地进行用于对应于粉煤、石油焦碳其它替代燃料等的固体粉末燃料的种类以及各种炉的作业环境来得到最合适的火焰的调整。另外，也可以由注油器6供给重油等，在燃烧器装置1点火时使用，或在通常运转时混烧粉煤、重油及其它液体燃料，还可以从可燃性废弃物用流路7供给油泥、废塑料、肉骨粉等进行处理。

如以上所说明的那样，燃烧器装置1是在固体粉末燃料用流路2以外装备有三个空气流路3～5的四通道式的燃烧器装置1，构成为在燃烧器装置1使用时使三台风扇12～14运转，控制两个挡板22、23以控制在各流路2～5中流动的空气量，在此基础上，由于在使用燃烧器装置1之前，还能调整固体粉末燃料用流路2、第一空气流路3及第三空气流路5的旋转叶片2a、3a、5a的旋转角度，故存在各种控制要素。

因此，本实用新型的发明者们通过进行对根据燃烧器装置1的燃烧模拟生成的NOx产生量、火焰形状、水泥窑内的温度分布等的分析，以及进行在实际机器中的燃烧器火焰形状的观察、进而进行使用燃烧器装置1时的水泥窑运转数据(窑尾中的NOx、O₂、CO浓度、窑尾温度等)及所烧成的熟料质量分析等，找出了用于使控制要素最优化的基本限定区域。表1把这样找出的基本限定区域归纳成一览表。

表1

	流路编号(图1)	旋转角度(°)	前端风速(m/s)	一次空气比率(％)
	流路编号(图1)	旋转角度(°)	前端风速(m/s)	一次空气比率(％)	燃料流	2	3～15	30～60	3～6
旋转外流	3	30～50	60～80	1～3	燃料流	2	3～15	30～60	3～6
旋转外流	3	30～50	60～80	1～3	直进外流	4	0	120～180	3～7
旋转内流	5	30～50	60～160	1～3	直进外流	4	0	120～180	3～7

在该表中，作为基本限定区域，列举了上述固体粉末燃料用流路2、第一空气流路3及第三空气流路5的旋转叶片2a、3a、5a的旋转角度(°)、前端风速(m/s)、一次空气比率(％)。在它们之中，所述旋转角度(°)也是特别重要的基本限定区域。其一个理由是由于由旋转叶片2a、3a、5a产生的旋转流形成具有燃烧器装置1点火的稳定性、保焰功能的内部循环。再一个理由是由于旋转叶片2a、3a、5a通常固定在燃烧器装置1上，所以燃烧器装置1的使用过程中不能进行调整。虽也可以使旋转叶片2a、3a、5a的旋转角度可变地构成，但由于旋转叶片2a、3a、5a暴露在高温下，故在机械运转部分的可靠性方面存在问题。另外，所说的上述旋转角度是指，在把图1所示的固定有旋转叶片2a的圆筒状部件8展开成例如图4所示那样平面状时，燃烧器装置1的轴线方向9和旋转叶片2a的中心线10所成的角θ，其与在固体粉末燃料用流路2的前端2b的固体粉末燃料流F的旋转角度一致。

固体粉末燃料用流路2的旋转叶片2a的旋转角度设定在3°以上15°以下。在该旋转角度不到3°时，由于从固体粉末燃料用流路2喷出的固体粉末燃料和从固体粉末燃料用流路2及从空气流路3～5喷出的一次空气的混合不充分，所以由燃烧器装置1形成的火焰变弱，存在长焰化的倾向，并不理想。由于通常的波特兰水泥的熟料为了生成硅酸三钙石(C₃S)而需要将烧成带保持在高温，所以旋转角度不到3°是不合适的。另外，在烧成低烧成温度组成的熟料时，使燃料流直进(旋转角度为0°)也是理想的状况。

另一方面，当旋转叶片2a的旋转角度超过15°时，由于存在从固体粉末燃料用流路2喷出的固体粉末燃料和从固体粉末燃料用流路2及从第一空气流路3～5喷出的一次空气的混合过于激烈、火焰过度发散的倾向，因而，即使调整内外流的空气流量也不能控制火焰形状，故是不合适的。

另外，关于空气流路3、5的旋转叶片3a、5a的旋转角度，设定在30°以上50°以下。在这些旋转角度不到30°时，由于从固体粉末燃料用流路2喷出的固体粉末燃料和从空气流路3、5喷出的空气流的混合不充分，低NOx性也不能发挥，故是不适合的。另一方面，当旋转叶片3a、5a的旋转角度超过50°时，与固体粉末燃料用流路2的情况一样，由于火焰形状的控制性变差，故是不适合的。

关于流路2～5的前端风速，根据来自第二空气流路4的高速的直进流，进行来自熟料冷却器的高温二次空气的取入，为了确保挥发成分的燃烧促进和内部循环的高温化、确保Volatile NOx的生成等主要燃烧性能是重要的，进而当设成高速时，发生把高温的燃烧气体取到火焰内的再循环，以与内部循环相交的形式形成NOx循环区域。由于通过该再循环促进Char的燃烧，生成Char NOx、Thermal NOx，所以，第二空气流路4的前端风速被限定在该表所示的范围内。另外，关于固体粉末燃料用流路2、第一空气流路3、第三空气流路5的前端风速，由于确保固体粉末燃料燃烧的稳定性和确保燃烧火焰形状的稳定性的理由，被限定在该表所示的范围内。

关于在流路2～5流动的空气的一次空气比率，由于尽可能减低向由燃烧器装置1形成的火焰的中心部供给的一次空气能够使还原物质在火焰内稳定产生，能够连续形成还原区域，所以比较理想，但若一次空气量过低的话，则由于燃烧区域向窑尾侧移动，存在导致火焰后方的温度上升的危险，故被限定在该表所示的范围内。另外，之所以在固体粉末燃料用流路2和第二空气流路4中流动的空气的一次空气比率比在第一空气流路3、第三空气流路5中流动的空气的一次空气比率高，是因为通过把高温的二次空气平稳地取入到火焰内、使燃料急速地高温化，从而促进挥发成分的放出并促进还原物质的生成。

如上所述，根据本实用新型，在燃烧器装置1使用前，即在制造燃烧器装置1时，将固体粉末燃料用流路2、第一空气流路3和第三空气流路5的旋转叶片2a、3a、5a的旋转角度设定在表1所示的范围内，在燃烧器装置1使用时，运转三台风扇12～14来调整风量，进而，调整两个挡板22、23的挡板开度以控制在各流路2～5中流动的空气量，由此，把各流路2～5的前端风速及一次空气比率调整到表1中所示的范围，从而可以在设置了燃烧器装置1的水泥窑中在短时间内使控制要素最优化。

下面，参照图5对包含上述燃烧器装置1的燃烧系统的另一例进行说明。

图3所示的燃烧系统11重视控制的容易程度，而该燃烧系统31重视的是设备费用的降低，其装备有燃料流罗茨鼓风机32和一次空气风扇33。供给至粉煤输送配管34的粉煤C用燃料流罗茨鼓风机32向固体粉末燃料用流路2进行供给，来自一次空气风扇33的空气经由空气配管35～38向燃烧器装置1的第一空气流路3、第二空气流路4和第三空气流路5进行供给。而且，由于在空气配管35上设有用于控制空气量的挡板39，在空气配管37上设有挡板40，在空气配管38上设有挡板41，在空气配管36上设有挡板42，故可以独立控制在各流路2～5各个流路中流动的空气量。按照该构成，与图3的装置构成相比，由于风车少一台地构成，故可以减少设备费用。

在上述燃烧系统31中，基于用于使表1所示的控制要素最优化的基本限定区域来决定旋转叶片2a、3a、5a的旋转角度，使燃料流罗茨鼓风机32和一次空气风扇33运转以调整风量，进而，调整四个挡板39～42的挡板开度来控制在各流路2～5中流动的空气量，由此，把各流路2～5的前端风速及一次空气比率调整到表1中所示的范围，这样，可以在设置了燃烧器装置1的水泥窑中在短时间内使控制要素最优化。

另外，虽省略了图示，但也能如此构成，即，在上述四通道式的燃烧器装置1(参照图1及图2)的固体粉末燃料用流路2和第三空气流路5之间，进一步追加能够独立调整空气量的第四空气流路，通过独立控制在该第四空气流路中流动的空气的流量，不仅在固体粉末燃料用流路的外侧，而且在内侧，也可以不使在把空气流的旋转作为主体的第三空气流路5和把空气流的直进作为主体的第四空气流路中流动的整体的空气流量变化地调整旋转强度，可更容易进行用于根据固体粉末燃料的种类等得到最合适火焰的调整。此时，除了第三空气流路5的前端风速和一次空气比率以及第四空气流路的前端风速和一次空气比率，可以利用表1中所示的基本限定区域使各控制要素最优化。

Claims

1、一种水泥窑用燃烧器装置，其装备有分隔成多个同心圆筒状部件的多个流路，其特征在于，具备：

装备有固体粉末燃料流的旋转机构的固体粉末燃料用流路，

与该固体粉末燃料用流路邻接地配置在外侧、装备有空气流的旋转机构的第一空气流路，

与该第一空气流路邻接地配置在外侧的第二空气流路，和

与所述固体粉末燃料用流路邻接地配置在内侧、装备有空气流的旋转机构的第三空气流路；

所述固体粉末燃料用流路的前端的固体粉末燃料流的旋转角度是所述第一空气流路的前端的空气流的旋转角度以及所述第二空气流路的前端的空气流的旋转角度的二分之一以下。

2、如权利要求1所述的水泥窑用燃烧器装置，其特征在于，所述固体粉末燃料用流路的前端的固体粉末燃料流的旋转角度为3°以上15°以下。

3、如权利要求1所述的水泥窑用燃烧器装置，其特征在于，所述第一空气流路以及所述第二空气流路的前端的空气流的旋转角度为30°以上50°以下。

4、如权利要求1、2或3所述的水泥窑用燃烧器装置，其特征在于，在所述第三空气流路的内侧装备有可燃性废弃物用流路。