一种水泥生料预热预分解装置及其使用方法
【专利摘要】本发明公开了一种水泥生料预热预分解装置及其使用方法，水泥生料预热预分解装置，包括分解炉、设在分解炉底部的烟室、连接管道和次末级旋风筒，分解炉包括筒体和设在筒体底部的锥部，锥部上设有三次风入口，还包括：从上到下依次设在筒体上的上原料入口和下原料入口，及从上到下依次设在锥部上的上燃料喷嘴、中燃料喷嘴和下燃料喷嘴；次末级旋风筒通过连接管道与上原料入口和下原料入口连通。本发明水泥生料预热预分解装置能在同一分解炉中有效实现不同生料分解反应和燃料燃烧反应的稳定控制，使能量得到了充分的利用，无系统结皮堵塞的线性，有效解决了燃料的燃烧和生料的分解两个反应过程的相互干扰的问题。
【专利说明】一种水泥生料预热预分解装置及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水泥生料预热预分解装置及其使用方法。
【背景技术】
[0002]在预热、预分解系统中，分解炉内主要发生燃料的燃烧和生料的分解这两个主要反应，燃料燃烧给生料分解提供了必须的热量。在同一分解炉内，两个反应过程能否在温度和时间两个坐标上顺利进行，取决于两个过程发生的先后顺序、总体热效应、交互叠加的影响程度等情况。在分解炉内发生的物理化学过程的时空中，对于特定的煤，如果煤粉的燃烧放热过程优先于生料的分解吸热过程，则反应能够顺利进行；如果煤的燃烧放热过程落后于生料分解的吸热过程，则由于生料的吸热使得环境温度很难保证煤粉继续燃烧的温度条件，从而造成熄火，必须采取一定的空间化学反应控位措施加以解决；如果燃料的放热过程与生料的分解吸热过程有交叉，则需考虑采取一些有效的措施消除两个化学反应过程的相互干扰，以保证两个主要反应过程的顺利进行。
[0003]我国水泥工业用原料地域广阔，品质变化较大，各种煤的着火温度范围可由250~650°C，燃烬温度可由450~950°C，而生料的起始分解温度680~740°C (主要是MgCO3的分解)，终了分解温度为800~840°C，如图1所示，如此大的变化范围，将会导致炉内物理化学过程在空间位置上的漂移，这种物理化学过程的漂移将会给生产操作和控制带来许多难以解决的技术问题。尤其是近年随着能源价格的不断提升和紧张，新型干法窑水泥窑大量地尝试和应用了难燃的低热值和低挥发分煤，不可避免地给生产过程带来许多难于逾越的技术问题，如:煤粉着火困难、碳燃烧不尽、系统结皮堵塞、产品质量不高等系列问题。因此，如何在保证水泥产品质量的情况下，加大难燃无烟煤和劣质煤的应用，提高预热预分解系统的适应性，具有十分重要的经济效益和社会价值。目前解决燃用难燃无烟煤的主要措施有:1、脱开燃区和分解区，即增加预燃室来解决燃烧和分解过程的相互干扰问题；
`2、提高反应温度；3、强化难燃无烟煤加工细度；上述措施不仅使得系统设计变得复杂化，而且增加了系统阻损和设备投资。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种水泥生料预热预分解装置及其使用方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下:
[0006]一种水泥生料预热预分解装置，包括分解炉、设在分解炉底部的烟室、连接管道和次末级旋风筒，分解炉包括筒体和设在筒体底部的锥部，锥部上设有三次风入口，还包括:从上到下依次设在筒体上的上原料入口和下原料入口，及从上到下依次设在锥部上的上燃料喷嘴、中燃料喷嘴和下燃料喷嘴；次末级旋风筒通过连接管道与上原料入口和下原料入口连通。
[0007]采用上述装置，可根据所用燃料的特性来选择水泥生料从上原料入口或下原料入口或两者组合喂入分解炉，同时根据燃料的特性来确定喷煤的位置和燃烧的方式，并通过分料来控制燃烧区温度，以防止局部高温带来的结皮或低温造成的煤粉不完全燃烧。当使用燃烧速度慢的难燃无烟煤时，使用下燃料喷嘴，并适当减少下原料入口的生料量，以提高炉底部温度，实现煤粉快速燃烧；当使用燃烧速度快的烟煤时，使用上燃料喷嘴，并适当加大下原料入口的生料量，以保持炉温在一定的水平上，避免局部过热。此外，由于燃料喷嘴置于三次风和窑尾高温烟气的混合区，在强烈的旋风-喷腾作用下，煤粉能够均匀分散，并迅速燃烧。
[0008]上燃料喷嘴、中燃料喷嘴和下燃料喷嘴有两组，对称设在三次风入口的两侧。上述设在三次风入口同一侧的上燃料喷嘴、中燃料喷嘴和下燃料喷嘴为一组。采用上述技术方案可提高装置的可控性，进一步促进燃料的充分燃烧，防止装置的结皮堵塞。
[0009]同一组上燃料喷嘴、中燃料喷嘴和下燃料喷嘴的中心线采用中心切圆布置，切圆的直径为筒体直径的1/4~1/3，燃料喷入方向与三次风旋转同向。这样可更进一步促进燃料的充分燃烧。
[0010]上原料入口和下原料入口有两组，对称设在筒体的两侧。上述设在筒体同一侧的上原料入口和下原料入口为一组。采用上述技术方案可提高装置的可控性，进一步促进生料的分解，有利于能量的充分利用。
[0011]上原料入口和下原料入口之间的距离与筒体直径的比值为0.7~1.1，上原料入口和下原料入口与筒体之间的夹角均为30~60°可调，下原料入口与筒体底部的的距离为500~1500mm。这样可进一步保证生料分解和燃料燃烧的顺利进行，从而在保证水泥产品质量的情况下，加大了难燃无烟煤和劣质煤的应用，提高了预热预分解系统的适应性。
[0012]上燃料喷嘴和中燃料喷嘴之间的距离与筒体直径的比值为0.16~0.18 ;中燃料喷嘴和下燃料喷嘴之间的距离与筒体直径的比值为0.16~0.18。这样可进一步促进燃料的充分燃烧及能量的充分利用。
`[0013]上燃料喷嘴、中燃料喷嘴和下燃料喷嘴与锥部之间的夹角均为40~50°可调；上燃料喷嘴与锥部顶部之间的距离大于500mm ;下燃料喷嘴与锥部底部之间的距离大于500_。这样不仅方便的燃料的加入，防止燃料的损失，且能进一步提高能量的充分利用。
[0014]上原料入口和下原料入口与连接管道之间设有扩散式撒料装置。这样可进一步提高换热效率、强化物料分散、防止堵塞。扩散式撒料装置优选为专利号为ZL2009203014053中的装置。
[0015]上述的水泥生料预热预分解装置的使用方法，当所用燃料起始燃烧温度为250~400°C，燃烬温度为450~600°C时，燃料从上燃料喷嘴喷入，80~100%的生料从下原料入口喂入，0%~20%的生料从上原料入口喂入；当所用燃料起始燃烧温度为500~650°C，燃烬温度为700~950°C时，燃料从下燃料喷嘴喷入，70~100%的生料从上原料入口喂入，0%~30%的生料从下原料入口喂入；当所用燃料起始燃烧温度为400~500°C，燃烬温度为600~700°C时，燃料从中燃料喷嘴喷入，60~80%的生料从下原料入口喂入，20%~40%的生料从上原料入口喂入。采用上述使用方法，可使生料分解反应和燃料燃烧反应的得到稳定控制，能量得到充分的利用，且无任何结皮和堵塞的现象。
[0016]本发明未提及的技术均为现有技术。
[0017]本发明水泥生料预热预分解装置能在同一分解炉中有效实现生料分解反应和燃料燃烧反应的稳定控制，使能量得到了充分的利用，无系统结皮堵塞的现象，有效解决了燃料的燃烧和生料的分解两个反应过程的相互干扰的问题；且投资少，操作灵活简便，对生料、燃料适应能力强，既有利于系统操作过程的稳定，又有利于降低生产能耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为生料与几种煤的热失重曲线。
[0019]图2为本发明水泥生料预热预分解装置的结构示意图。
[0020]图3为图2中A-A处放大示意图。
[0021]图4为图2中C处放大示意图。
[0022]图5为图4中B-B向视图。
[0023]图6为现有技术中针对难燃无烟煤的水泥生料预热预分解装置结构示意图。
[0024]图中，I为上原料入口 ；2为下原料入口 ；3为上燃料喷嘴；4为中燃料喷嘴；5为下燃料喷嘴；6为烟室；7为三次风入口 ；8为次末级旋风筒；9为分解炉；10为扩散式撒料装置；11为生料；12为烟煤；13为无烟煤A ;14为无烟煤B ;15为无烟煤C ;16为生料；17为煤粉；18为三次风，19为预燃室。
【具体实施方式】
[0025]为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实 施例。
[0026]实施例1
[0027]如图1-所示的水泥生料预热预分解装置，包括分解炉、设在分解炉底部的烟室、连接管道和次末级旋风筒，分解炉包括筒体和设在筒体底部的锥部，锥部上设有三次风入口，还包括:从上到下依次设在筒体上的上原料入口和下原料入口，及从上到下依次设在锥部上的上燃料喷嘴、中燃料喷嘴和下燃料喷嘴；次末级旋风筒通过连接管道与上原料入口和下原料入口连通。
[0028]上燃料喷嘴、中燃料喷嘴和下燃料喷嘴有两组，对称设在三次风入口的两侧，同一组上燃料喷嘴、中燃料喷嘴和下燃料喷嘴的中心线采用中心切圆布置，切圆的直径为筒体直径的1/4~1/3，燃料喷入方向与三次风同向旋转。
[0029]上原料入口和下原料入口有两组，对称设在筒体的两侧；上原料入口和下原料入口之间的距离与筒体直径的比值为0.7~1.1，上原料入口和下原料入口与筒体之间的夹角为30~60。可调,下原料入口与筒体底部的的距离为500~1500mm。
[0030]上燃料喷嘴和中燃料喷嘴之间的距离与筒体直径的比值为0.16~0.18 ;中燃料喷嘴和下燃料喷嘴之间的距离与筒体直径的比值为0.16~0.18 ;上燃料喷嘴、中燃料喷嘴和下燃料喷嘴与锥部之间的夹角均为40~50°可调；上燃料喷嘴与锥部顶部之间的距离大于500mm ;下燃料喷嘴与锥部底部之间的距离大于500mm。
[0031 ] 上原料入口和下原料入口与连接管道之间设有扩散式撒料装置。
[0032]图中各字母的含义:D为分解炉直径；L为上原料入口与下原料入口的距离；hl为下原料入口与分解炉筒体底部距离；h2为上燃料喷嘴与锥部顶部之间的距离；h3为上燃料喷嘴与中燃料喷嘴的距离；h4为中燃料喷嘴与下燃料喷嘴的距离；h5为下燃料喷嘴与分解炉锥部底部距离。[0033]上述的水泥生料预热预分解装置的使用方法，当所用燃料起始燃烧温度为250~400°C，燃烬温度为450~600°C时，燃料从上燃料喷嘴喷入，80~100%的生料从下原料入口喂入，0%~20%的生料从上原料入口喂入；当所用燃料起始燃烧温度为500~650°C，燃烬温度为700~950°C时，燃料从下燃料喷嘴喷入，70~100%的生料从上原料入口喂入，0%~30%的生料从下原料入口喂入；当所用燃料起始燃烧温度为400~500°C，燃烬温度为600~700°C时，燃料从中燃料喷嘴喷入，60~80%的生料从下原料入口喂入，20%~40%的生料从上原料入口喂入。
[0034]实施例2
[0035]本实施例采用实施例1的水泥生料预热预分解装置，其中，切圆的直径为筒体直径的1/4，上原料入口和下原料入口之间的距离与筒体直径的比值为0.7，上原料入口和下原料入口与筒体之间的夹角为30°，下原料入口与筒体底部的的距离为600mm ;上燃料喷嘴和中燃料喷嘴之间的距离与筒体直径的比值为0.16 ;中燃料喷嘴和下燃料喷嘴之间的距离与筒体直径的比值为0.16 ;上燃料喷嘴、中燃料喷嘴和下燃料喷嘴与锥部之间的夹角均为40° ;上燃料喷嘴与锥部顶部之间的距离大于600mm ;下燃料喷嘴与锥部底部之间的距离大于600mm。
[0036]采用了一种典型的难燃无烟煤和一种普通生料，煤的起始燃烧温度为620°C，终了燃烧温度为900°C，生料的起始分解温度为680°C，终了分解温度为800°C。由于煤粉的燃烧反应慢于生料的分解反应，本案例具体的实施方式为:煤粉通过下部位燃料喷嘴喷入分解炉内，由于煤粉喷入方向与三次风同向，煤粉在三次风的旋转和高温烟气的喷腾作用下，能够迅速分散并着火燃烧。100%的生料通过上部位生料入口进入分解炉，由于生料通过上部位入口进入，给煤粉优先燃烧创造了条件，从而能够促使煤粉燃烧和生料分解两个反应顺利进行，避免了因煤粉燃烧慢 而导致熄火的现象。
[0037]对比例I
[0038]目前，国内外采用预燃室的燃烧技术来燃烧难燃无烟煤，同时提高煤粉的细度。如图6所示:煤粉不直接进入分解炉，而是通过预燃室燃烧后，再引入分解炉，煤粉的燃烧状况通过调节三次风的阀门开度来控制。从次末级旋风筒分离出来的生料，由三次风带入预燃室；由于三次风的涡旋作用，在沿预燃室的断面上，生料粉浓度由中心至边缘递增，从而在预燃室的中心区域，出现了有利于燃料燃烧富氧区域。采用与实施案例2相同的原料与燃料，预燃室技术也能实现难燃无烟煤与生料的顺利进行，但是预燃室技术存在明显的劣势:①、系统操作复杂，不利于快速燃烧和低温分解物料的使用、相比于实施案例2，其系统阻力增加了 500Pa以上、要求难燃无烟煤粉的细度80 μ m筛余小于2%，而实施案例2对难燃无烟煤粉细度(80 μ m的筛余)则可放宽至5%。
[0039]实施例3
[0040]本实施例采用实施例1的水泥生料预热预分解装置，其中，切圆的直径为筒体直径的1/3，上原料入口和下原料入口之间的距离与筒体直径的比值为1.1，上原料入口和下原料入口与筒体之间的夹角为60°，下原料入口与筒体底部的的距离为1200mm ;上燃料喷嘴和中燃料喷嘴之间的距离与筒体直径的比值为0.18 ;中燃料喷嘴和下燃料喷嘴之间的距离与筒体直径的比值为0.18 ;上燃料喷嘴、中燃料喷嘴和下燃料喷嘴与锥部之间的夹角均为50° ;上燃料喷嘴与锥部顶部之间的距离大于700mm ;下燃料喷嘴与锥部底部之间的距离大于700mm。
[0041]采用了一种典型的烟煤和一种普通生料，煤的起始燃烧温度为310°C，终了燃烧温度为520°C，烟煤煤粉的细度80 μ m筛余为由常规技术要求的< 8%放宽至10%，生料的起始分解温度为690°C，终了分解温度为810°C。由于煤粉的燃烧反应快于生料的分解反应，因此本案例具体的实施方式为:煤粉通过上部位燃料喷嘴喷入分解炉内，煤粉在三次风的旋转和高温烟气的喷腾作用下，能够迅速分散并避免贴壁运行。80%~90%的生料通过下部位生料入口进入分解炉，余下的10%~20%的生料通过上部位生料入口进入分解炉，由于大部分生料通过下部位入口进入，生料的分解反应及时吸收了烟煤快速燃烧放出的热量，从而避免了局部高温，有效抑制了高温结皮的产生。
[0042]实施例4
[0043]本实施例采用实施例1的水泥生料预热预分解装置，其中，切圆的直径为筒体直径的1/4，上原料入口和下原料入口之间的距离与筒体直径的比值为0.9，上原料入口和下原料入口与筒体之间的夹角为50°，下原料入口与筒体底部的的距离为800mm ;上燃料喷嘴和中燃料喷嘴之间的距离与筒体直径的比值为0.17 ;中燃料喷嘴和下燃料喷嘴之间的距离与筒体直径的比值为0.17 ;上燃料喷嘴、中燃料喷嘴和下燃料喷嘴与锥部之间的夹角均为405° ;上燃料喷嘴与锥部顶部之间的距离大于600mm ;下燃料喷嘴与锥部底部之间的距离大于600mm。
[0044]采用了一种烟煤和一种普通生料，煤的起始燃烧温度为450°C，终了燃烧温度为6800C，烟煤煤粉的细度80 μ m筛余为由常规技术要求的< 8%放宽至10%，生料的起始分解温度为680°C，终了分解温度为810°C。由于煤粉的燃烧反应和生料的分解反应比较接近，因此本案例具体的实施方式为:煤粉通过位于中部位燃料喷嘴喷入分解炉。煤粉在三次风的旋转和高温烟气的喷腾作用下，能够迅速分散并燃烧。70%~80%的生料通过下部位生料入口进入分解炉，余下的20%~30%的生料通过上部位生料入口进入分解炉。由于生料按照合适比例分别从上部位生料入口 I和下部位生料入口进入分解炉，既保证了煤粉的完全燃烧，又保持了炉温在一定的水平上`，促使了两个反应的顺利进行。
【权利要求】
1.一种水泥生料预热预分解装置，包括分解炉、设在分解炉底部的烟室、连接管道和次末级旋风筒，分解炉包括筒体和设在筒体底部的锥部，锥部上设有三次风入口，其特征在于:还包括:从上到下依次设在筒体上的上原料入口和下原料入口，及从上到下依次设在锥部上的上燃料喷嘴、中燃料喷嘴和下燃料喷嘴；次末级旋风筒通过连接管道与上原料入口和下原料入口连通。
2.如权利要求1所述的水泥生料预热预分解装置，其特征在于:上燃料喷嘴、中燃料喷嘴和下燃料喷嘴有两组，对称设在三次风入口的两侧。
3.如权利要求2所述的水泥生料预热预分解装置，其特征在于:同一组上燃料喷嘴、中燃料喷嘴和下燃料喷嘴的中心线采用中心切圆布置，切圆的直径为筒体直径的1/4~1/3，燃料喷入方向与三次风旋转同向。
4.如权利要求1-3任意一项所述的水泥生料预热预分解装置，其特征在于:上原料入口和下原料入口有两组，对称设在筒体的两侧。
5.如权利要求1-3任意一项所述的水泥生料预热预分解装置，其特征在于:上原料入口和下原料入口之间的距离与筒体直径的比值为0.7~1.1，上原料入口和下原料入口与筒体之间的夹角均为30~60°可调，下原料入口与筒体底部的的距离为500~1500mm。
6.如权利要求1-3任意一项所述的水泥生料预热预分解装置，其特征在于:上燃料喷嘴和中燃料喷嘴之间的距离与筒体直径的比值为0.16~0.18 ;中燃料喷嘴和下燃料喷嘴之间的距离与筒体直径的比值为0.16~0.18。
7.如权利要求6所述的水泥生料预热预分解装置，其特征在于:上燃料喷嘴、中燃料喷嘴和下燃料喷嘴与锥部之间的夹角均为40~50°可调；上燃料喷嘴与锥部顶部之间的距离大于500mm ;下燃料喷嘴与锥部底部之间的距离大于500mm。`
8.如权利要求1-3任意一项所述的水泥生料预热预分解装置，其特征在于:上原料入口和下原料入口与连接管道之间设有扩散式撒料装置。
9.权利要求1-8任意一项所述的水泥生料预热预分解装置的使用方法，其特征在于:当所用燃料起始燃烧温度为250~400°C，燃烬温度为450~600°C时，燃料从上燃料喷嘴喷入，80~100%的生料从下原料入口喂入，0%~20%的生料从上原料入口喂入；当所用燃料起始燃烧温度为500~650°C，燃烬温度为700~950°C时，燃料从下燃料喷嘴喷入，70~100%的生料从上原料入口喂入，0%~30%的生料从下原料入口喂入；当所用燃料起始燃烧温度为400~500°C，燃烬温度为600~700°C时，燃料从中燃料喷嘴喷入，60~80%的生料从下原料入口喂入，20%~40%的生料从上原料入口喂入。
【文档编号】C04B7/43GK103553381SQ201310489297
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2013年10月18日
【发明者】蔡玉良, 丁苏东, 潘泂, 孙德群, 李波 申请人:中国中材国际工程股份有限公司