[发明专利]一种无焰燃烧环形套筒窑

说明书

技术领域

本发明涉及一种环形套筒窑，尤其是一种无焰燃烧环形套筒窑，属于煅烧设备技术领域。

背景技术

现有环形套筒窑的典型结构如US4431407美国专利所公开，此类套筒窑燃烧室内的燃烧均为扩散式有焰燃烧，主要存在的弊端有：有明显的舌形火焰，容易形成局部高温区，易导致燃烧室及拱桥耐火材料的烧损现象;燃烧室温度分布不均，不可避免地出现烟气中NOx、CO和碳氢物高浓度温度区，造成燃料可燃成分的未充分燃烧及大量有害物质排放物的现象;扩散式有焰燃烧依赖火焰传播速度与气流速度的平衡以及高温热源的传热来保证，使得纯高炉煤气等低热值燃气无法在套筒窑上使用;化学反应速率和煅烧效率低，炉内辐射效应差，因此热耗高，能源浪费现象严重。

为了克服上述弊端，申请号为201110023248.6的中国专利申请提出了一种无焰燃烧环形套筒窑，其窑壳与上、下内套筒之间形成环形通道；下内套筒的上、下燃烧室外端分别安装燃气喷嘴；燃气喷嘴出口一侧的燃烧室上装有切向引射器；上内套筒的上端经换热器后排出，下端开口与环形通道连通；下内套筒的上端封闭，下端开有与环形通道连通的循环气体入口；引射器具有锥端驱动空气喷管和循环气体入口；下内套筒的冷却夹层下端与冷却空气源连通，上端通往燃气喷嘴的燃气进口；下内套筒的上端经循环气体管通往引射器燃气喷嘴驱动空气喷管旁侧的循环气体入口。采用该技术方案后，可使燃烧室温度均匀，提高煅烧效率，并且降低能耗，减少有害物质排放。

由于实现无焰燃烧的基本条件是缺氧环境（氧气含量约15%）以及燃烧混合物燃烧前的温度高于650℃，而上述专利申请技术方案中进入上、下燃烧室的混合气并未达到理想的预热温度及缺氧环境，因此难以满足无焰燃烧的条件，实际无焰燃烧的效果并不理想，尤其是上燃烧室更是如此。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术在实践中反映出的问题，通过对空气、烟气及燃气系统的管路结构改进，提出一种可以切实实现无焰燃烧的环形套筒窑，从而降低NOx等有害物质的排放，减少耐材烧损。

为了达到上述目的，本发明的无焰燃烧环形套筒窑包括具有上、下内套筒（5、6）的窑壳（4），所述窑壳（4）与上、下内套筒（5、6）之间形成环形通道；所述环形通道的上端装有布料系统（2），下端与出灰口（12）连通；所述窑壳（4）的外侧圆周具有上、下两排间隔分布的上燃烧室（9）和下燃烧室（10），所述下内套筒（6）与上、下燃烧室（9、10）分别具有耐火材料砌成的拱桥（16），所述上、下燃烧室（9、10）的外端分别安装具有燃气进口的燃气喷嘴（25、20）；所述下内套筒（6）的顶端封闭，上部开有循环气体出口通道（21），下端开有与环形通道连通的循环气体入口（15）；所述上、下燃烧室（9、10）的燃气喷嘴（25、20）一侧分别装有与燃气喷嘴（25、20）方向垂直的引射喷管（30、19）；所述上、下内套筒（5、6）具有冷却夹层；其改进之处在于：所述上内套筒（5）的上端经串联的第一换热器（23）和第二换热器（31）的烟气通道后通大气；冷却空气进口由下内套筒（6）底部通往所述冷却夹层后，经第一换热器（23）通往所述上、下燃烧室（9、10）燃气喷嘴（25、20）的引射器（28、26）；燃气进口经过第二换热器通往上、下燃烧室（9、10）的燃气喷嘴（25、20）。

所述冷却空气进口由下内套筒（6）底部通往所述冷却夹层后，经第一换热器（23）还通往所述下燃烧室（10）的燃气喷嘴（20），因此经过第一换热器（23）换热后的一部分新鲜空气得以输往下燃烧室（10）燃气喷嘴（20）作为一次助燃空气。

这样，一方面合理采用经冷却夹层预热、再经第一换热器进一步升温后的空气作为引射助燃空气及一次助燃空气；另一方面则利用烟气余热，通过第二换热器使燃气预热，从而使进入上、下燃烧室的混合气具有合适的预热温度，从而使燃烧温度足够高；另一方面，温度较高的引射空气体积膨胀，无需大量空气便可满足所需的引射动力要求，从而减少了氧气的补给；因此采用本发明后，可以保证无焰燃烧条件在窑炉中的建立，从而切实实现无焰燃烧。

本发明进一步的完善是：所述上燃烧室（9）燃气喷嘴（25）一侧的引射喷管（30）旁具有引射回流通道（29），因此可以借助引射作用，使窑壳（4）与下内套筒（6）之间形成环形通道内的高温低氧烟气回流与燃气混合，从而更有利于提高燃烧温度、降低燃烧前混合物的含氧量。

本发明再进一步的完善是：所述上燃烧室（9）的燃气喷嘴（25）前方的燃气通道内壁上设有凸起的锯齿砖（27），通过破坏层流边界层更有利于燃气与空气的混合，使燃烧更充分。