專利名稱：環形套筒窯中的煤粉燃燒方法
技術領域：
本發明涉及一種環形套筒窯中的燃料燃燒方法，特別涉及一種環形套筒窯中的煤粉燃燒方法。
背景技術：
環形套筒窯作為高效煅燒石灰石的工業爐之一，通常采用氣體燃料(如高爐煤氣、轉爐煤氣、焦爐煤氣、天然氣等)燃燒來提供熱能，這些燃料燃燒易于控制窯內溫度。而目前，煤炭資源在我國一次能源消費構成中占60%左右，專家預 測，2050年煤炭仍占50%左右，這就是說，中國以煤炭為主的能源生產和消費結構在很長的時間內不會發生太大的變化。環形套筒窯最初是從德國引進，國外環形套筒窯的燃料一直是氣體燃料。由于國內煤燃料資源豐富，需要拓開套筒窯的燃料使用范圍才能更好地適應市場要求。因此，如何把豐富的煤炭資源應用到環形套筒窯煅燒石灰石、白云石或菱鎂礦等的工藝中，成為業界普遍關心的問題，而這個問題的核心，是如何使煤粉的燃燒滿足環形套筒窯煅燒石灰石、白云石或菱鎂礦等的要求，即使煤粉燃燒程度得到可靠的控制。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種環形套筒窯中的煤粉燃燒方法，包括如下步驟(1)、點火預熱通過點燃預熱燃料或引進外界熱源預熱窯膛，使窯內燃燒室的溫度達到40(T60(TC，從而對經由燃燒室進入物料層中的噴煤槍內的煤粉進行預熱；(2)、煤粉分相燃燒通過噴煤槍向物料層內噴射煤粉使煤粉點火燃燒，煤粉揮發分裂解析出后在料面以上的空間內燃燒，脫去揮發分后的固態煤粉內部孔隙率增加，促進氧氣向煤粉內部的擴散，同時固態煤粉內部燃燒產生的CO2向外擴散，進一步促進固態煤粉的燃燒；(3)、通過助燃空氣的通入量控制窯內溫度通過控制助燃空氣的量控制煤粉燃燒程度，使窯內溫度能夠按照既定煅燒物料的煅燒溫度曲線進行煅燒。本發明更進一步的技術特征是
所述步驟(3)包括當燃燒室的溫度達到40(T600°C時，控制助燃空氣的量使煤粉進行空氣過量燃燒；當燃燒室溫度為80(Tl200°C時，再控制助燃空氣的量使煤粉換成空氣不足燃燒。當煤粉進行空氣過量燃燒時，助燃空氣的量控制在通入煤粉完全燃燒所需空氣量的1. 05^1. 5倍；當煤粉進行空氣不足燃燒時，助燃空氣的量控制在通入煤粉完全燃燒所需空氣量的O. 4^0. 6倍。所述預熱燃料為易于點火燃燒的燃料。所述物料為石灰石或白云石或菱鎂礦。所述噴煤槍的噴槍出口距離套筒窯內壁面10(T500mm，噴槍的延長線位于物料層料面下5(T250mm處。所述煤粉的熱值彡3500kCal/kg,揮發分彡15%，粒度彡180目。所述物料粒度為25 100mm，粒徑比彡3。 所述助燃空氣為環形套筒窯內筒冷卻空氣和煤粉輸送空氣。
本發明的有益效果是本發明采用煤粉分相燃燒技術，通過助燃空氣的通入量實現溫度控制，使煤粉可以作為燃料應用到環形套筒窯中，使窯內溫度能夠按照既定煅燒物料的煅燒溫度曲線進行煅燒，同時這也為降低熱力型NOx的排放提供了有利條件。噴煤槍的噴槍出口距離套筒窯內壁面10(T500mm，噴槍的延長線位于物料層料面下5(T250mm處，煤粉不僅在噴槍中被預熱，同時當煤粉從噴口噴出后，在這段無遮擋的路徑上可以快速地被環境溫度預熱并被點燃，煤粉揮發分裂解析出后在料面以上的空間內燃燒，脫去揮發分后的固態煤粉滲入料層內，其內部孔隙率增加，促進氧氣向煤粉內部的擴散，同時固態煤粉內部燃燒產生的CO2向外擴散，進一步促進固態煤粉的燃燒；而且可以通過控制助燃空氣的量來控制煤粉燃燒程度，使窯內溫度能夠按照既定煅燒物料的煅燒溫度曲線進行煅燒；燃燒反應產生的NOx分為熱力型、快速型和燃料型。熱力型是空氣中的N2在高溫下氧化而生成的NOx ;快速型是燃燒時空氣中的N和燃料中 的碳氫離子團如CH等反應生成的NOx ;燃料型是燃料中含有的氮氧化物在燃燒過程中熱分解而又接著氧化而生成的NOx。對于煤粉燃燒生成的NOx中，其中燃料型NOx取決于燃料本身，一旦燃料選擇之后基本不能發生改變，它的量占總生成量的6(Γ80%以上；熱力型NOx的生成和燃燒溫度的關系很大，溫度足夠高時，熱力型NOx的生成量可占總量的2(Γ30% ;快速型NOx在煤燃燒過程中的生成量很小。因此從工藝角度我們可以控制的NOx只有熱力型NOx，燃燒溫度低、過量空氣系數小的情況下有利于控制熱力型NOx的產生。因此助燃空氣通入量的控制為降低熱力型NOx的排放提供了有利條件。同時，煤粉中的S主要以無機硫(FeS2和硫酸鹽)和有機硫的形式存在，其中硫酸鹽幾乎全部留在灰渣中，不會造成污染；而且對于環形套筒窯煅燒石灰石來說無需額外的添加脫硫劑，石灰石或者石灰即為煤粉燃燒的脫硫劑，有機硫與石灰石進行化學反應而被固定到固體灰渣中，從而大大降低煙氣中的SO2的含量，避免SO2的排放對環境造成污染。本發明還提出了一種環形套筒窯煅燒石灰石的工藝方法，其特征在于應用上述環形套筒窯中的煤粉燃燒方法進行煅燒，使環形套筒窯煅燒石灰石工藝中的燃料選擇多了煤粉這種更加經濟的燃料。


圖1是本發明中噴煤槍、燃燒室以及環形套筒窯窯體位置關系示意圖。
具體實施例方式 下面結合附圖對本發明做進一步的說明
實施例一
本實施例以環形套筒窯煅燒石灰石為例闡述一種環形套筒窯中的煤粉燃燒方法，它包括如下步驟(I)、點火預熱通過點燃預熱燃料或引進外界熱源預熱窯膛，使窯內燃燒室的溫度達到400°C，從而對經由燃燒室進入物料層中的噴煤槍內的煤粉進行預熱；(2)、煤粉分相燃燒通過噴煤槍向石灰石料層內噴射煤粉使煤粉點火燃燒，煤粉揮發分裂解析出后在料面以上的空間內燃燒，脫去揮發分后的固態煤粉內部孔隙率增加，促進氧氣向煤粉內部的擴散，同時固態煤粉內部燃燒產生的CO2向外擴散，進一步促進固態煤粉的燃燒；(3)、通過助燃空氣的通入量控制窯內溫度通過控制助燃空氣的量控制煤粉燃燒程度，使窯內溫度能夠按照石灰石的煅燒溫度曲線進行煅燒。在本實施例中，所述步驟(3)包括當燃燒室的溫度達到400°C時，控制助燃空氣的量使煤粉進行空氣過量燃燒，這樣便于煤粉的穩定燃燒，同時燃燒室溫度可按照既定的溫度曲線升溫，當燃燒室溫度為800°C時，再控制助燃空氣的量使煤粉換成空氣不足燃燒，防止燃燒室溫度過高而燒壞耐材。當煤粉進行空氣過量燃燒時，助燃空氣的量控制在通入煤粉完全燃燒所需空氣量的1. 05倍，當煤粉進行空氣不足燃燒時，助燃空氣的量控制在通入煤粉完全燃燒所需空氣量的O. 4倍。在本實施例中，所述預熱燃料為煤氣。石灰石的粒度為25mm，粒徑比3。所噴入煤粉的熱值為3500kCal/kg，揮發分為15%，粒度為180目。助燃空氣為環形套筒窯內筒冷卻空氣和煤粉輸送空氣。另外，在本實施例中，如圖1所示，所述噴煤槍I的噴槍出口距離套筒窯內壁面2的距離d設置為100mm，噴槍的延長線位于物料層3料面下50mm處。這樣煤粉不僅在噴槍中被預熱，同時當煤粉從噴口噴出后，在這段IOOmm無遮 擋的路徑上可以快速地被環境溫度預熱并被點燃，煤粉揮發分裂解析出后在石灰石料面以上的空間內燃燒，脫去揮發分后的固態煤粉滲入石灰石料層內，其內部孔隙率增加，促進氧氣向煤粉內部的擴散，同時固態煤粉內部燃燒產生的CO2向外擴散，進一步促進固態煤粉的燃燒；而且可以通過控制助燃空氣的量來控制煤粉燃燒程度，使窯內溫度能夠按照既定煅燒物料的煅燒溫度曲線進行煅燒；燃燒反應產生的NOx分為熱力型、快速型和燃料型。熱力型是空氣中的N2在高溫下氧化而生成的NOx ;快速型是燃燒時空氣中的N和燃料中的碳氫離子團如CH等反應生成的NOx ；燃料型是燃料中含有的氮氧化物在燃燒過程中熱分解而又接著氧化而生成的NOx。對于煤粉燃燒生成的NOx中，其中燃料型NOx取決于燃料本身，一旦燃料選擇之后基本不能發生改變，它的量占總生成量的6(Γ80%以上；熱力型NOx的生成和燃燒溫度的關系很大，溫度足夠高時，熱力型NOx的生成量可占總量的2(Γ30% ;快速型NOx在煤燃燒過程中的生成量很小。因此從工藝角度我們可以控制熱力型NOx，燃燒溫度低、過量空氣系數小的情況下有利于控制熱力型NOx的產生。因此助燃空氣通入量的控制為降低熱力型NOx的排放提供了有利條件。同時，對于環形套筒窯煅燒石灰石來說，煤粉中的S主要以無機硫(FeS2和硫酸鹽)和有機硫的形式存在，其中硫酸鹽幾乎全部留在灰渣中，不會造成污染；而且對于環形套筒窯煅燒石灰石來說無需額外的添加脫硫劑，石灰石或者石灰即為煤粉燃燒的脫硫劑，有機硫與石灰石進行化學反應而被固定到固體灰渣中，從而大大降低煙氣中的SO2的含量，避免SO2的排放對環境造成污染。實施例二
本實施例還以環形套筒窯煅燒石灰石為例闡述一種環形套筒窯中的煤粉燃燒方法，它包括如下步驟(I)、點火預熱通過點燃預熱燃料或引進外界熱源預熱窯膛，使窯內燃燒室的溫度達到500°c，從而對經由燃燒室進入物料層中的噴煤槍內的煤粉進行預熱；(2)、煤粉分相燃燒通過噴煤槍向石灰石料層內噴射煤粉使煤粉點火燃燒，煤粉揮發分裂解析出后在料面以上的空間內燃燒，脫去揮發分后的固態煤粉內部孔隙率增加，促進氧氣向煤粉內部的擴散，同時固態煤粉內部燃燒產生的CO2向外擴散，進一步促進固態煤粉的燃燒；
(3)、通過助燃空氣的通入量控制窯內溫度通過控制助燃空氣的量控制煤粉燃燒程度，使窯內溫度能夠按照石灰石的煅燒溫度曲線進行煅燒。在本實施例中，所述步驟(3)包括當燃燒室的溫度達到500°C時，控制助燃空氣的量使煤粉進行空氣過量燃燒，這樣便于煤粉的穩定燃燒，同時燃燒室溫度可按照既定的溫度曲線升溫，當燃燒室溫度為1000°c時，再控制助燃空氣的量使煤粉換成空氣不足燃燒，防止燃燒室溫度過高而燒壞耐材。當煤粉進行空氣過量燃燒時，助燃空氣的量控制在通入煤粉完全燃燒所需空氣量的1. 2倍，當煤粉進行空氣不足燃燒時，助燃空氣的量控制在通入煤粉完全燃燒所需空氣量的O. 5倍。在本實施例中，所述預熱燃料為天然氣。石灰石的粒度為50mm，粒徑比2. 8。所噴入煤粉的熱值為3600kCal/kg，揮發分為18%，粒度為160目。助燃空氣為環形套筒窯內筒冷卻空氣和煤粉輸送空氣。另外，在本實施例中，如圖1所示，所述噴煤槍I的噴槍出口距離套筒窯內壁面2的距離d設置為300mm，噴槍的延長線位于物料層3料面下IOOmm處。這樣煤粉不僅在噴槍中被預熱，同時當煤粉從噴口噴出后，在這段300mm無遮擋的路徑上可以快速地被環境溫度預熱并被點燃，煤粉揮發分裂解析出后在石灰石料面以上的空間內燃燒，脫去揮發分 后的固態煤粉滲入石灰石料層內，其內部孔隙率增加，促進氧氣向煤粉內部的擴散，同時固態煤粉內部燃燒產生的CO2向外擴散，進一步促進固態煤粉的燃燒；而且可以通過控制助燃空氣的量來控制煤粉燃燒程度，使窯內溫度能夠按照既定煅燒物料的煅燒溫度曲線進行煅燒；燃燒反應產生的NOx分為熱力型、快速型和燃料型。熱力型是空氣中的N2在高溫下氧化而生成的NOx ;快速型是燃燒時空氣中的N和燃料中的碳氫離子團如CH等反應生成的NOx ；燃料型是燃料中含有的氮氧化物在燃燒過程中熱分解而又接著氧化而生成的NOx。對于煤粉燃燒生成的NOx中，其中燃料型NOx取決于燃料本身，一旦燃料選擇之后基本不能發生改變，它的量占總生成量的6(Γ80%以上；熱力型NOx的生成和燃燒溫度的關系很大，溫度足夠高時，熱力型NOx的生成量可占總量的2(Γ30% ;快速型NOx在煤燃燒過程中的生成量很小。因此從工藝角度我們可以控制熱力型NOx，燃燒溫度低、過量空氣系數小的情況下有利于控制熱力型NOx的產生。因此助燃空氣通入量的控制為降低熱力型NOx的排放提供了有利條件。同時，對于環形套筒窯煅燒石灰石來說，煤粉中的S主要以無機硫(FeS2和硫酸鹽)和有機硫的形式存在，其中硫酸鹽幾乎全部留在灰渣中，不會造成污染；而且對于環形套筒窯煅燒石灰石來說無需額外的添加脫硫劑，石灰石或者石灰即為煤粉燃燒的脫硫劑，有機硫與石灰石進行化學反應而被固定到固體灰渣中，從而大大降低煙氣中的SO2的含量，避免SO2的排放對環境造成污染。
實施例三
本實施例還以環形套筒窯煅燒石灰石為例闡述一種環形套筒窯中的煤粉燃燒方法，它包括如下步驟(I)、點火預熱通過點燃預熱燃料或引進外界熱源預熱窯膛，使窯內燃燒室的溫度達到600°C，從而對經由燃燒室進入物料層中的噴煤槍內的煤粉進行預熱；(2)、煤粉分相燃燒通過噴煤槍向石灰石料層內噴射煤粉使煤粉點火燃燒，煤粉揮發分裂解析出后在料面以上的空間內燃燒，脫去揮發分后的固態煤粉內部孔隙率增加，促進氧氣向煤粉內部的擴散，同時固態煤粉內部燃燒產生的C02向外擴散，進一步促進固態煤粉的燃燒；
(3)、通過助燃空氣的通入量控制窯內溫度通過控制助燃空氣的量控制煤粉燃燒程度，使窯內溫度能夠按照石灰石的煅燒溫度曲線進行煅燒。在本實施例中，所述步驟(3)包括當燃燒室的溫度達到600°C時，控制助燃空氣的量使煤粉進行空氣過量燃燒，這樣便于煤粉的穩定燃燒，同時燃燒室溫度可按照既定的溫度曲線升溫，當燃燒室溫度為1200°C時，再控制助燃空氣的量使煤粉換成空氣不足燃燒，防止燃燒室溫度過高而燒壞耐材。當煤粉進行空氣過量燃燒時，助燃空氣的量控制在通入煤粉完全燃燒所需空氣量的1. 5倍，當煤粉進行空氣不足燃燒時，助燃空氣的量控制在通入煤粉完全燃燒所需空氣量的O. 6倍。在本實施例中，所述預熱燃料為汽油。石灰石的粒度為50mm，粒徑比2. 8。所噴入煤粉的熱值為3650kCal/kg，揮發分為20%，粒度為150目。助燃空氣為環形套筒窯內筒冷卻空氣和煤粉輸送空氣。另外，在本實施例中，如圖1所示，所述噴煤槍I的噴槍出口距離套筒窯內壁面2的距離d設置為設置為500mm，噴槍的延長線位于物料層3料面下250mm處。這樣煤粉不僅在噴槍中被預熱，同時當煤粉從噴口噴出后，在這段500mm無遮擋的路徑上可以快速地被環境溫度預熱并被點燃，煤粉揮發分裂解析出后在石灰石料面以上的空間內燃燒，脫去 揮發分后的固態煤粉滲入石灰石料層內，其內部孔隙率增加，促進氧氣向煤粉內部的擴散，同時固態煤粉內部燃燒產生的CO2向外擴散，進一步促進固態煤粉的燃燒；而且可以通過控制助燃空氣的量來控制煤粉燃燒程度，使窯內溫度能夠按照既定煅燒物料的煅燒溫度曲線進行煅燒；燃燒反應產生的NOx分為熱力型、快速型和燃料型。熱力型是空氣中的N2在高溫下氧化而生成的NOx ;快速型是燃燒時空氣中的N和燃料中的碳氫離子團如CH等反應生成的NOx ;燃料型是燃料中含有的氮氧化物在燃燒過程中熱分解而又接著氧化而生成的NOx。對于煤粉燃燒生成的NOx中，其中燃料型NOx取決于燃料本身，一旦燃料選擇之后基本不能發生改變，它的量占總生成量的6(Γ80%以上；熱力型NOx的生成和燃燒溫度的關系很大，溫度足夠高時，熱力型NOx的生成量可占總量的2(Γ30% ;快速型NOx在煤燃燒過程中的生成量很小。因此從工藝角度我們可以控制熱力型NOx，燃燒溫度低、過量空氣系數小的情況下有利于控制熱力型NOx的產生。因此助燃空氣通入量的控制為降低熱力型NOx的排放提供了有利條件。同時，煤粉中的S主要以無機硫(FeS2和硫酸鹽)和有機硫的形式存在，其中硫酸鹽幾乎全部留在灰渣中，不會造成污染；而且對于環形套筒窯煅燒石灰石來說無需額外的添加脫硫劑，石灰石或者石灰即為煤粉燃燒的脫硫劑，有機硫與石灰石進行化學反應而被固定到固體灰渣中，從而大大降低煙氣中的SO2的含量，避免SO2的排放對環境造成污染。本發明雖然已經在此處描述了具體實施方式
，但是本發明的覆蓋范圍不限于此，t匕如，物料除了石灰石之外，還可以是白云石或菱鎂礦等，本發明使得煤粉可以作為最經濟的燃料在環形套筒窯上得以應用，可以有效節約相關企業的生產成本。本發明涵蓋所有在字面上或在等效形式的教導下實質上落在權利要求的范圍內的所有技術方案，本發明的保護范圍以權利要求書為準。
權利要求
1.一種環形套筒窯中的煤粉燃燒方法，包括如下步驟(1)、點火預熱通過點燃預熱燃料或引進外界熱源預熱窯膛，使窯內燃燒室的溫度達到40(T60(TC，從而對經由燃燒室進入物料層中的噴煤槍內的煤粉進行預熱；(2)、煤粉分相燃燒通過噴煤槍向物料層內噴射煤粉使煤粉點火燃燒，煤粉揮發分裂解析出后在料面以上的空間內燃燒，脫去揮發分后的固態煤粉內部孔隙率增加，促進氧氣向煤粉內部的擴散，同時固態煤粉內部燃燒產生的CO2向外擴散，進一步促進固態煤粉的燃燒；(3)、通過助燃空氣的通入量控制窯內溫度通過控制助燃空氣的量控制煤粉燃燒程度，使窯內溫度能夠按照既定煅燒物料的煅燒溫度曲線進行煅燒。
2.根據權利要求1所述的環形套筒窯中的煤粉燃燒方法，其特征在于所述步驟(3)包括當燃燒室的溫度達到40(T60(TC時，控制助燃空氣的量使煤粉進行空氣過量燃燒；當燃燒室溫度為80(Tl200°C時，再控制助燃空氣的量使煤粉換成空氣不足燃燒。
3.根據權利要求2所述的環形套筒窯中的煤粉燃燒方法，其特征在于當煤粉進行空氣過量燃燒時，助燃空氣的量控制在通入煤粉完全燃燒所需空氣量的1. 05^1. 5倍；當煤粉進行空氣不足燃燒時，助燃空氣的量控制在通入煤粉完全燃燒所需空氣量的O. Γ0. 6倍。
4.根據權利要求1所述的環形套筒窯中的煤粉燃燒方法，其特征在于所述預熱燃料為易于點火燃燒的燃料。
5.根據權利要求1所述的環形套筒窯中的煤粉燃燒方法，其特征在于所述物料為石灰石或白云石或菱鎂礦。
6.根據權利要求Γ5任一權利要求所述的環形套筒窯中的煤粉燃燒方法，其特征在于所述噴煤槍的噴槍出口距離套筒窯內壁面10(T500mm，噴槍的延長線位于物料層料面下50 250_處。
7.根據權利要求1所述的環形套筒窯中的煤粉燃燒方法，其特征在于所述煤粉的熱值彡3500kCal/kg，揮發分彡15%，粒度彡180目。
8.根據權利要求1所述的環形套筒窯中的煤粉燃燒方法，其特征在于所述物料粒度為25 100mm，粒徑比彡3。
9.根據權利要求1所述的環形套筒窯中的煤粉燃燒方法，其特征在于所述助燃空氣為環形套筒窯內筒冷卻空氣和煤粉輸送空氣。
10.一種環形套筒窯煅燒石灰石的工藝方法，其特征在于包括使用如權利要求1、任一項所述的環形套筒窯中的煤粉燃燒方法進行煅燒。
全文摘要
本發明公開了一種環形套筒窯中的煤粉燃燒方法，包括如下步驟(1)點火預熱；(2)煤粉分相燃燒；(3)通過助燃空氣的通入量實現溫度控制。本發明采用煤粉分相燃燒技術，通過助燃空氣的通入量實現溫度控制，使煤粉可以作為燃料應用到環形套筒窯中，使窯內溫度能夠滿足物料煅燒的要求，同時這也為降低熱力型NOx的排放提供了有利條件。
文檔編號C04B2/10GK103011629SQ201210531038
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月11日 優先權日2012年12月11日
發明者沈浩, 陳小娟, 趙厚繼 申請人:江蘇中圣園科技股份有限公司