[发明专利]一种提高水泥窑熟料煅烧温度的富氧燃烧工艺方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种在水泥窑烧成系统应用富氧燃烧技术的工艺方法及其装置。

技术背景

我国的水泥产量已雄居世界第一，2007年我国水泥的产量达13.54亿吨，约占全球产量的50％，新型干法水泥占水泥总产量的53％。新型干法水泥窑对煤质的要求较高，一般要求煤的低位发热量在20934kj/kg以上，而我国的优质煤储量有限。我国南方地区的优质煤储量更少，大多煤的低位发热量在20934kj/kg以下，通过增加空气过剩量也无法使其充分燃烧，反而使燃烧温度降低，无法达到水泥熟料的煅烧要求。通过采用富氧燃烧技术能使低热值的煤充分燃烧，提高了水泥熟料的煅烧温度，保证热工制度的稳定，提高了新型干法窑水泥的熟料产量，进而提高了各设备的使用寿命，降低了新型干法水泥窑的运行成本。试验证明包括燃油、燃煤和燃气炉窑中应用富氧燃烧技术，社会效益和经济效益均十分显著：平均节约燃料11.8％，水泥的产品质量得到提高和稳定，窑炉寿命也相应延长。经济效益十分明显，一般几个月就能收回全部投资。

发明内容

本发明的目的是：富氧燃烧技术应用于水泥窑燃烧系统，即富氧燃烧技术应用于水泥窑的窑头和窑尾燃烧系统，解决了水泥窑燃烧系统对煤质的要求和水泥窑燃烧系统温度不稳定影响水泥熟料质量及水泥窑设备寿命的问题。

本发明的原理是：燃料物质在纯氧和富氧环境中的燃烧理论。即燃料物质在富氧的环境中会加剧燃烧，缩短了放热时间，理论烟气量相应的减少了，理论烟气的温度就会提高；燃料物质在纯氧的环境中燃烧比在富氧的环境中燃烧更加剧烈，放热时间更短，理论烟气的温度会更高，放热更充分。

本发明的技术方案是：一种提高水泥窑熟料煅烧温度的富氧燃烧工艺方法，在水泥熟料煅烧过程中其特征在于：在水泥窑燃烧区域增加一个以上的氧气给送装置，对其所在位置区域给送氧气，使燃烧火焰形成局部的热核区、使助燃空气中的含氧量提高并稳定控制在22％-35％范围内，将实际燃烧温度提高并控制在1600℃～1800℃。所述的氧气给送装置是设置在水泥窑煤粉燃烧火焰处。所述的氧气给送装置是设置在水泥窑各个燃烧区域处。氧气是指浓度在40％-100％范围内的工业氧气。

一种提高水泥窑熟料煅烧温度的富氧燃烧装置，它由水泥窑和其特征在于：在水泥窑一个独立燃烧区域内设置至少1个耐高温氧气喷嘴以及输送氧气的管道，氧气产生装置、氧气供给量调节装置，DCS控制装置组成。耐高温氧气喷嘴是设有使氧气能与助燃空气充分混合的氧气喷嘴。输送氧气的管道是将原水泥窑使用的喷煤嘴增设一个通道，所增设的通道输运氧气。输送氧气的管道是在燃烧区域的不同角度增设输送氧气管道和耐高温氧气喷嘴。氧气供给量调节装置由流量计、流量调节阀和压力变送器等组成。DCS控制装置对输送氧气的流量、压力起到自动连锁控制，保证系统安全。

以上技术方案包含下述两个实现途径：第一种是在水泥窑煤粉燃烧带增加纯氧给送装置，使燃烧带形成局部的热核区。第二种是在水泥窑燃烧区域增加氧气给送装置，使燃烧区域的助燃空气中的含氧量提高并稳定控制在21.8％-33％范围内。

按第一种方案流程为：由制氧系统制出90％以上浓度的纯氧经过输氧专用截止阀门、流量调节阀门、压力表、流量计、回火安全阀等一系列调整安全设备，最后经过耐高温氧气喷嘴送进水泥窑燃烧带。

按第二种方案流程为：由制氧系统制出90％以上浓度的纯氧或浓度在40％-100范围内的氧气经过输氧专用截止阀门、流量调节阀门、压力表、流量计、回火安全阀等一系列调整安全设备，最后经过耐高温氧气喷嘴送进水泥窑燃烧区域。保证水泥窑燃烧区域的助燃空气中的含氧量稳定控制在21.8％-33％范围内。

本发明的技术术语说明：

所述的热核区是指纯氧在喷嘴出口处与煤粉发生反应后小范围内形成的，在这个小范围内即使是劣质煤也能充分的燃烧，释放出全部的热量，形成局部的高温区，高温区逐步扩大，进而提高并稳定控制整个水泥窑煅烧温度。

所述的助燃空气中的含氧量要求控制在21.8％-33％之间，主要是根据所燃煤的热值和水泥窑设计燃烧所需的最优温度来调节。

所述的燃烧区域是水泥窑内煤粉的燃烧区域，即对于新型干法水泥窑指的是窑头煤粉器和窑尾分解炉燃烧器的煤粉燃烧范围。

所述的氧气是指浓度在40％-100％范围内的工业氧气。

所述的一种提高水泥窑发热能力的富氧燃烧装置由设置在水泥窑内每一个独立燃烧区域的最少1个耐高温氧气喷嘴以及输送氧气的管道，氧气产生装置、氧气供给量调节装置，DCS控制装置等构成。