[发明专利]窑中多方面的氧气富集

说明书

本发明涉及了用于把氧气喷入旋转窑中的新颖设备和方法。尤其是，本发明涉及了一种设备和方法，它显著改进了旋转窑中的燃烧过程，该旋转窑用于煅烧各种矿物，如水泥、石灰、白云石、镁土、钛白和其它煅烧材料。

近年来，对水泥和其它煅烧材料的需求已超过了生产能力。在建筑业中，由于缺乏足够的水泥，已造成了建造和运输改进工程项目的推迟。

在如炉子之类的燃烧空间中引入氧气，可在各类工业中用来增强燃烧过程。至今，已经采取在文献中明确记载的三种主要方式，在旋转窑中应用了氧气：把氧气引入主空气流，即引入主燃烧器中；除了标准的空气燃料燃烧器外再利用一个氧化燃料燃烧器；以及把氧气喷入旋转窑，尤其是喷入装料和火焰之间的区域中以改进火焰特性。在Wrampe，P和Rolseth，H.C.的“氧气对旋转窑生产率和燃料效率的影响：理论和实践”，IEEE Trans.Ind.App.，568-573(1976年11月)(引入这里作为全面参考)中，描述了另外记载的旋转窑内氧气的一种应用，它指出，生产率增长高于50％会在窑内产生过高温度，但低于这个量级，窑的工作不会发生主要问题。

把氧气引入水泥生产设备中的每一种方法有它的优点，也有它的缺点。因此，把氧气引入主空气流限制了能够被引入窑内氧气的总量，因为现代水泥窑只利用作为主空气流的总空气量的5-10％。所以，为了把有用的氧气量引入窑内，需要大大提高在空气-燃料流中的氧气浓度。增加氧气浓度将导致潜在的安全问题，因为在空气进入窑的燃烧区之前，燃料已与富氧的空气接触，从而可能过早燃烧，或者甚至造成爆炸。

采用单独的氧化燃料燃烧器是一种为提高对装料热传导的更复杂办法，它一般需要大量高质量的燃料，如天然气或油料，还需要对窑的支承壁作重大修改。以前已建议过这种方法，如美国专利号3,397,256(引入这里作为全面参考)。采用氧气喷管，虽然是一个比较精细的办法，但可能局部增加燃烧空间的温度，对通过窑的整个熟料流会造成不均匀的热传导。氧气喷吹还会在耐火材料中产生局部过热，它可能会损坏耐火材料。引入冷的氧气由于局部冷却了火焰，可能最终限制了氧气对燃烧的有利影响。在美国专利号5,572,938、美国专利号5,007,823、美国专利号5,580,237和美国专利号4,741,694中已经建议应用氧气喷管，这里把它们一起引入作为全面参考。

美国专利号4,354,829描述了在单独管中混合空气和氧气，并把它引入通过旋转窑的活动壁。这种装置引起许多明显的问题，包括：难以建立随窑转动的不泄漏的增压空间；难以把管安装在窑内；把空气-氧气混合物引入到实际可能对燃烧过程有害的位置；以及引入旋转窑中的空气是冷的，因而在旋转窑中引进了附加的应力，可能由于热冲击而损坏其极昂贵的结构。

从Gaydas，R.A.的著作“旋转窑中燃烧空气的氧气富集”，PCA研究和开发实验室杂志，49-66(1965年9月)  (引入这里作为全面参考)开始，已经记载了在水泥旋转窑中一般采用氧气来导致窑生产率的明显提高。Gaydas提出了在1960到1962年期间的试验结果。它提到，Geissler在1903年已建议把氧气用于熟料生产。1940年代在德国已作了试验性的工作，但未得到结果。如果不专门做工作，生产率的增长可能会产生妨碍生产流程的各种部位，如在熟料冷却装置或废气排出系统中的部位。

本发明的一个目的是提供一种改进旋转窑中熟料冷却器性能的方式。

本发明的另一个目的是提供一种安全而有效的系统和方法，把氧气引入如水泥生产设备的旋转窑内，它可提高火焰的特性和改进生产率，而对整个设备工作没有不利影响。

按照第一个实施例，用于生产熟料的改进窑包括一个窑室，它具有一个入口和一个熟料出口，一个燃烧器，它被定位成使得其火焰直接进入上述窑室，上述燃烧器包括一个燃料入口、一个氧化剂入口和一个出口，一个熟料冷却器，它被定位成可从上述熟料出口接纳熟料，并且至少包括一个上述熟料冷却器内的空气入口，以及一个氧化剂源，它与上述窑的一个入口相流通，这个入口从上述燃烧器氧化剂入口和上述熟料冷却器的空气入口中选择，或者两者均选择。