[发明专利]一种为水泥回转窑多通道燃烧器富氧助燃提供富氧气体的方法

说明书

技术领域

本发明属于热能工程技术领域，具体涉及一种采用膜法富氧技术针对水泥回转窑进行富氧助燃的方法。

背景技术

膜法富氧技术是自70年代末逐渐发展起来的一种新分离方法。它利用有机高分子致密薄膜对氮、氧的选择透过性差异，当在膜两侧存在压力差或者压力比时，原料空气中渗透速率快的气体如水蒸汽、氢气、氦气、氧气、二氧化碳等透过膜后在膜的低压侧富集成为富氧空气（视膜材料的氧氮分离系数不同，单级分离可获得纯度约为23-60%的富氧），而渗透速率相对慢的气体如氮气、氩气、甲烷和一氧化碳等在膜的滞留侧被富集为贫氧(或富氮)空气。膜分离方法为富氧提取开辟了一条新途径，在分离浓缩的全过程中不存在相变，常温分离，尤其以板式膜构建的负压流程分离系统，具有设备简单、制造成本低、能源消耗小、产量可调节、启动迅速、操作简便、系统静态运行、可靠性高等突出优点。目前，采用膜分离方法制取富氧已广泛应用于富氧助燃、富氧通风、水处理等领域，尤其针对玻璃、冶金、水泥回转窑、工业锅炉等等热能工程领域的富氧助燃，因膜分离方法具有的一系列优点，可为各用能单位提供一种相对廉价、灵活的现场供气方法而被广泛采用。

富氧助燃可在一定程度上改善煤的燃烧过程毋庸置疑，迄今为止，在以膜法富氧技术为水泥回转窑进行富氧助燃的工艺中，通常先以膜分离方法直接自空气中获得纯度（体积百分比浓度）为28%-40%的富氧气体后，将富氧气体全部取代或者部分取代助燃风，或者将富氧与空气混合后形成更低纯度的富氧全部取代或者部分取代助燃风。在这一过程中，富氧通常被以一种纯度（体积百分比）送入诸如多通道煤粉燃烧器中的一个或多个通道进行富氧助燃，因单一纯度的富氧送入燃烧器后的调节受到一定程度的制约，进而导致进行富氧燃烧的调节性受到制约，尤其是在采用低品位燃料煤进行的水泥熟料煅烧过程中，单一纯度的富氧进入燃烧器进行的富氧助燃将因为燃烧系统的调节性欠佳而影响富氧助燃效果。

煤粉燃烧器，尤其是多通道煤粉燃烧器是水泥熟料烧成系统的一台重要设备，燃烧器的调节性能直接关系水泥熟料产量、质量以及热耗，甚至影响环境保护等问题。燃烧器的调节性还关乎系统的操作稳定性和系统的节能潜力，燃料燃烧时，供燃烧用的空气主要来源有一次空气与二次空气：通过燃烧器向窑内喷射的较低温度的一次空气，从篦冷机来的与熟料换热后的高温二次空气。在燃烧过程中，应尽量减少一次空气量，一次空气量的比例降低则意味着二次空气量比例增高；经估算，当二次风温为900℃时，每降低1%的一次风量，多用的二次空气因高温空气带入的氧化剂进行高温空气助燃可使燃料热耗降13.5KJ/kg。早期的三通道燃烧器一次空气量在12%-15%以上，经优化后的四通道燃烧器的一次空气量目前可降低到7%以下，从而大大节省了能量。回转窑燃烧器发展到今天，已有4代产品：

（1）单通道燃烧器。单通道燃烧器一次风用量大，火焰调节范围窄，灵活性小，对不同煤质适应性差。适用于长回转窑，除湿法窑外，也能适用于干法窑生产。 

（2）三通道燃烧器。20世纪80年代初，随着预热器和分解炉系统的开发、回转窑变短，三通道燃烧器被开发出来，它节省了一次空气量，燃烧煤粉时能取得短、分散、强涡流形态的火焰。

（3）第三代燃烧器。20世纪90年代末开发的第三代燃烧器的火焰细长，但比较集中。优点是火焰温度高，燃烧器出口处的速度高，减少了一次空气量。

（4）四通道燃烧器。四通道燃烧器是新一代燃烧设备，专门用于回转窑。其设计可以使用全火焰的基部形成循环涡流，在冷窑点火时产生理想的稳定火焰。更节能（通过大幅度减少一次空气量）和减少环境污染（通过降低NOx排放量）

目前，燃煤水泥回转窑广泛采用多通道燃烧器，典型的有三通道、四通道燃烧器。在与膜法富氧工艺结合进行富氧燃烧的过程中，在不同的通道送入不同纯度的富氧，可以进一步的降低较低温度的一次空气量、增强富氧燃烧的调节性、强化富氧助燃效果，进而取得可观的节能效益，尤其随着膜分离材料的研究开发以及流程工艺的突破，膜法富氧技术与助燃工艺相结合可简单、低成本的实现多纯度富氧助燃，从某种意义上说，因助燃用氧化剂的供给方法的改变拓展了膜法富氧助燃的应用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种助燃效率高、燃烧成本低的基于膜分离技术的为水泥回转窑多通道燃烧器富氧助燃提供富氧气体（氧化剂）的方法。

本发明的基本方法是，根据水泥回转窑的多通道燃烧器的结构和燃烧特点，采用膜分离技术，自空气中分离获取两种不同纯度的富氧气体，分别送入水泥回转窑的多通道燃烧器的不同部位，进行富氧助燃，以提高燃烧效率，降低燃烧成本。