专利名称：用于石灰再生炉的燃烧喷枪的燃料输送终端、装备有这种终端的燃烧喷枪、用于控制通过 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于石灰再生炉(lime regenerating oven)的燃烧喷 枪(combustion lance)的燃料输送终端以及一种装备有这种终端的喷枪。 本发明还涉及用于控制通过这种喷枪的燃料供给流的一种系统和一种方 法。
背景技术：
众所周知，用于以石灰石为原料生产石灰的并流再生炉由两个大容器 (vat)组成，所述两个大容器通过连接沟槽彼此互连。将石灰石装载到每个大容器中，并使之沿着预热区域下降，在所述预 热区域中，再生的热交换伴随着带有烟的反向气流(coimter-cmrent)出现，并到达熬炼/煅烧区域。所述炉操作在每个大容器中提供具有8-12分钟长的燃烧周期的交替在燃烧周期的第一步骤中，燃料通过燃烧喷枪进入正在燃烧的大容器 中，并燃烧吹入的空气。尤其，在使用固体燃料(例如煤粉)的情况下， 所述燃烧喷枪将被运输空气带走的燃料插入正在燃烧的大容器中。释放出 的热量部分地被在第一个大容器中的石灰石煅烧所吸收。同时，为了冷却 石灰，从每个大容器的基底将冷却空气输入。当煅烧时，正在燃烧的大容 器的冷却空气，与燃烧气体和从石灰石中释放出的二氧化碳一起沿着所述 互连横向沟槽运动，由此以大约105(TC的温度到达第二个大容器。在第二 个大容器中，来自第一个大容器的气体和第二个大容器基底的冷却空气相 混合并上升，由此加热能在第二个大容器的预热区域得到的石灰石。如果上述操作方式继续进行，排放出的气体的温度也将超过30(TC。 于是，在8-12分钟的周期以后，停止燃料和空气流进入原本正在燃烧的第 一个大容器，降低大容器的压力，排放石灰，用新鲜的石灰石重新充填大容器，并将过程倒转；在现有的炉中，为了避免过度加热以及由此可能导 致的石灰的过度熬炼(overcooking),使所述燃烧周期不超过12分钟是十 分重要的。在填充了石灰石以后，燃料和空气供给到第二个大容器并且所 排放的气体从第一个大容器的顶部朝套筒式过滤器(sleeve filter)排出， 以在其排入大气/环境之前减少固体颗粒物。在现有的再生炉中，即使炉总是进行正确地操作，燃烧喷枪的操作寿 命依然受限。尤其，燃烧喷枪的寿命依赖于制造其所采用的钢的类型、燃 料的类型、石灰石煅烧行为以及炉操作条件。根据经验，喷枪的典型寿命 为l-2年，但在炉操作存在问题、内部石灰石形成阻塞和燃料过度加热的 情况下，寿命会短得多。尤其，在使用煤粉的情况下，产生燃烧喷枪的快速消耗以及其操作寿 命的剧烈下降中的一种典型情况，是源于在喷枪的输送喷嘴周围的石灰石 颗粒的空间分布方式。实际上，在现有的喷枪中，当填充所述大容器时， 经常地，如果没有堵塞所述输送喷嘴，也会有多个石灰石颗粒中的一个极 其靠近所述输送喷嘴。在这种情形下，由喷枪输送的煤粉的燃烧立即出现 在所述输送喷嘴的附近，造成其迅速和不可避免的恶化。这种恶化引起整 个喷枪的消耗、缩短更换时间，以及引起随之而来的必要的更换，带来由 这种操作产生的经济资源和时间的明显浪费。由于上述原因，显然，为了 能总是保证炉的正确和持续的操作，如果不合理，则必需总是要具有完备 的备用喷枪套件，这关系到存储成本和存储问题。对于所述再生炉的正确操作，能够测量和控制流经两个大容器之间的 横向沟槽的气体的温度尤其更为重要。然而，当前技术还没有提出这样的 系统和工艺S卩，在运输过程中气体的温度超过所设定的阈值的情况下， 通过与燃烧喷枪之间的相互作用产生燃料输送的减少或中断，由此来调整 这种温度。发明内容于是，本发明旨在通过提供一种用于燃烧喷枪的燃料输送终端来解决 上述现有技术中的问题，相对于公知的燃烧喷枪，所述燃料输送终端能大 大增加燃烧喷枪的操作寿命。本发明的另一个目的在于提供一种装备有燃料输送终端的燃烧喷枪， 所述燃烧喷枪相对于公知的燃烧喷枪，能够大大延长操作寿命。本发明的另一个目的还在于提供用于控制通过所述喷枪的燃烧供给 流的系统和方法，其能够提高石灰再生炉的操作效率、安全性和可靠性。本发明的上述和其他的目的和优势，正如将从下文的描述中呈现的， 通过如权利要求l所公开的石灰再生炉的燃烧喷枪的燃料输送终端而实 现。另外，本发明的上述和其他的目的和优势通过装备有如权利要求5所 公开的燃料输送终端的燃烧喷枪而实现。本发明的上述和其他目的和优势最终通过用于控制燃料供给流经过 分别如权利要求8和11所公开的上述燃烧喷枪的系统和方法而实现。本发明的优选实施例和重要的变化是从属权利要求的主题内容。
本发明将通过其一些作为重要的示例提供出来的优选的实施例、参照所包含的附图而被更好的描述，在附图中图l是根据本发明的用于燃烧喷枪的燃料输送终端的实施例的剖视图；图2是根据本发明的用于燃烧喷枪的燃料输送终端的实施例的剖视图；图3a和3b示出了分别与现有的燃烧喷枪和根据本发明的燃烧喷枪的操作相关的两个温度计之间的对比；图4是示出根据本发明的用于控制燃料供给流的系统的实施例的框图；图5a是示出用于控制燃料供给流的方法中的一些步骤的流程图； 图5b是示出用于控制燃料供给流的方法中的一些步骤的另一张流程 图；以及图6示出由实现根据本发明的方法的计算机程序生成的屏幕的示例。
具体实施方式
参照图1 ，能够注意到根据本发明的用于燃烧喷枪3的燃料输送终端1 的优选实施例，尤其用于粉状的固体燃料终端l基本上是管状的延长件， 优选为圆柱体形状，以同轴方式连接到燃烧喷枪3的输送端。为了帮助燃 料通过以及正确地连接喷枪3输送端，优选终端l的内径基本上等于燃烧喷 枪3的输送端的外径。从图1和图2中能够注意到，标号d表示燃烧喷枪3的输送端的内径，而 标号D表示终端1的外径。总是参照图1和图2，标号s表示在石灰石2颗粒之间的空余的空间，而 标号S表示由与燃烧喷枪3相连的终端1生成的空余的空间，其中由于作为 颗粒自身特征的静止角(restangle)的原因，在没有终端l时，标号s表示 的所述空余空间将由燃烧喷枪3的输送端生成。空余的空间s的缺点在于产 生前面所述的、现有燃烧喷枪存在的问题；实际上，由于直径d的尺寸的 减小，当加载所述大容器时，由于重力和它们的自然坡度，石灰石2颗粒 被置于很接近喷枪3的输送点，在最严重的情况下，甚至会将其堵塞；出 于这种目的，参照图3a，能够注意到实验的温度计图，借助商业上可得到 的计算流体力学(CFD)的软件、由与现有的燃烧喷枪3的操作相关的所 述方法的数学模拟形成；这种图以不同的灰度色调表示出燃烧过程中在所 述燃料输送终端周围产生的温度范围，白色的区域是其温度较高的区域 (1200-1300。C量级)。替代地，参照图3b，能够注意到类似于先前一个的温度计图，然而， 所述温度计图与装备有终端1的燃烧喷枪3的操作相关从两幅图的比较 中，清晰地呈现出以下考虑事项.-通过釆用终端l，石灰石2颗粒被放置在燃料输送点周围，并离开空余 的空间S，所述空余的空间S大于由使用现有的喷枪3所导致的空余的空间所述空余的空间S允许防止石灰石2颗粒堵塞燃料输送点，后一情况会使得热燃烧峰接近输送点，削减喷枪3的操作寿命长度；所述空余的空间S作为燃烧室操作，使较高的热密度点(thermal density point)从所述燃料输送端移开。
出于前面的考虑事项，由于相对于现有的喷枪，所述燃烧喷枪3承受 小得多的热应力，所以采用终端1允许使与之相连的燃烧喷枪3的操作寿命 延长；另外，由于较高的温度范围在较大量的石灰石2颗粒上作用，所以 所述空余的空间S使得燃烧进行得更容易。为了得到上述优势，所述终端必须被定尺寸为使得D〉d，优选0 山 尤其，图3b的温度范围图已经通过采用更优选相互比例为D/d"8、 9的直 径，并通过生成三角形的底角a而得到，其中所述三角形示意性地示出所 述空余的空间S的静止角近似等于30。。通过焊接5能容易地将终端1与燃烧喷枪3相连，如图1所示。可替代地， 能够在所述终端和燃烧喷枪3之间设置如图2特别示出的螺纹联接7，或其 他任何合适的构件。因此，本发明的终端l能容易地连接到现有的燃烧喷 枪，由此允许升级已有的再生炉。显然，如前所述，用于装备有燃料输送终端l的再生炉的燃烧喷枪也 是本发明的保护主题。从实验的观点来看，已经检测到最令人感兴趣的结果已经通过使用 由运输空气携带的中/高挥发性含烟煤碳尘(bituminous carbon dust)作 为粉末状固体燃料而得到。然而，很明显，根据本发明的终端和/或所述 燃烧喷枪能有利地与任何其他类型的粉末状固体燃料一起使用。另外，参照图4，在图4中，能够注意到再生炉的两个大容器9a、 9b，为了对由根据本发明的燃烧喷枪触发的燃烧进行及时和有效的控制，能够 将至少一个温度传感器ll (例如，热电偶)提供给所述燃烧喷枪，并能够 将至少一个压力传感器13 (例如，静态压力变送器)提供给所述燃烧喷 枪，所述至少一个温度传感器11和所述至少一个压力传感器13紧跟在所述 燃烧喷枪的输送端之后，使得能够对由此处产生的烟气以及燃烧状态的主 要参数进行间断的或持续的测量。用于控制通过这种喷枪的燃料供给流的系统是本发明的另一个主题； 本发明的所述系统允许通过插入由燃烧喷枪输送的燃料流，对所述再生炉 的两个大容器之间的互连沟槽的内部温度进行调整。尤其，根据本发明的 系统包括用于检测所述再生炉的大容器的内部温度的装置；这种检测装置可以
是前面所述的置于燃烧喷枪中的温度传感器，或者是在所述沟槽内部的第三温度传感器(未示出)；用于调整从所述燃烧喷枪发出的燃料流速率的装置；总是参照图4， 这种装置可以是沿着为所述燃烧喷枪服务的燃料供给管放置的非回流阀 15和/或球阀14;用于获取和处理测量得到的温度值的装置；这种装置适于对测量得到 的温度值和由外部操作者预先确定或设置的阈值进行比较；如果测量得到 的温度值超过阈值，则获取和处理装置对流速率调整装置进行操作，以便 减少或停止由一个或多个燃烧喷枪输送的燃料流，然后，使互连沟槽和大 容器内部的温度值回到所允许的操作限制内。用于控制经过所述燃烧喷枪的燃料供给流的方法是本发明的又一个 主题。为了控制在互连沟槽内部流动的气体的温度，该方法允许调整至再 生炉的大容器的供给燃料流。参照图5a，能够注意到，根据本发明的方法包括以下步骤测量(F101)互连沟槽内部的温度值；确定(F103)至少一个第一温度阈值；确定(F105)至少一个第二温度阈值，所述第二温度阈值低于所述第 一温度阈值；将测量得到的温度值与所述第一阈值进行比较(F107);如果测量得到的温度值大于所述第一闺值，则停止(F109)至大容器 的燃料供给，并开始(Fill)对停止时间段进行计数，在所述停止时间段 内停止对大容器的燃料供给；将测量得到的温度值与所述第一阈值进行比较(F112);如果测量得到的温度值大于所述第一阈值，则重复步骤(F109)和 (Flll)，否则，重新开始(F113)至大容器的燃料供给并停止(F114) 对所述停止时间段进行计数，-如果测量得到的温度值小于所述第一阈值，则将测量得到的温度值与 所述第二阈值进行比较(F115);如果测量得到的温度值大于所述第二阈值，则通过预设的縮减系数 fR，减少(F117)供给大容器的燃料流的流速率FA，根据以下关系得到流 速率Fr減小的流FR=FAXfR，其中fk是在O到l之间的值；减小(FU9)供给大容器的燃烧空气流速率；开始(F121)对縮减时间段进行计数，在所述縮减时间段内，减小至 大容器的燃料流速率；将测量得到的温度值与所述第二阈值F122进行比较(F122);如果测量得到的温度值大于所述第二阈值，则重复步骤(F117)、 (F119)和(F121)，否则使所述燃料和空气流速率回到(F123)先前值， 并停止(F125)对縮减时间段进行计数。参考图5b，根据本发明的方法还能包括以下步骤在每个炉操作周期开始时，控制(F127)是否步骤(F109)、 (Fill) 和/或(F117)、 (F119)、 (F121)己经在前面的周期中实现了；如果在步骤(F127)中的控制结果为正，则抑制(F129)步骤(F107) 和(F115)，并开始(F131)至大容器的燃料供给；控制(F133)供给至大容器的燃料量；如果所供给的燃料量等于在前 面的周期中供给的量，停止(F135)至大容器的燃料供给。如图5b所示的根据本发明的方法步骤(如上所述)以这样的方式有利 地允许在每个周期中供给相同的燃料量即，不会在两个大容器之间的热 不平衡，并且整体上使再生炉的操作更为有效和更有规律。显然，本发明还涉及包括计算机程序代码装置的计算机程序，所述计 算机程序适于在该程序在计算机上运行时，实现上述方法的全部或部分步 骤。尤其参照图3，能够注意到根据本发明的所述程序的屏幕的典型实施例，在所述实施例中，能看到下列控制参数低低温101:用于对于互连沟槽中的非常低的温度报警的报警阈值； 低温103:用于对于互连沟槽中的低温报警的报警阈值； 高温105:用于对于互连沟槽中的高温报警的报警阈值； 高高温107:用于对于互连沟槽中的非常高的温度报警的报警阈值； 包含/不包含的燃料切断109:用于使燃料供给停止功能能够实现的选择器；燃料切断开始/停止llh用于开始和结束燃料供给停止的设定点；
包含/不包含的燃料缩减113:用于使燃料供给缩减功能能够实现的 选择器；燃料縮减开始/停止115:用于开始和结束燃料供给縮减的设定点； 燃料缩减率117:用于縮减燃料供给而设定的縮减系数fw 热电偶选择119:在参考互连沟槽内部用于报警的温度检测装置和调 整装置的选择。
权利要求
1.一种燃料输送终端(1)，适于与石灰再生炉的燃烧喷枪(3)的输送端连接，其中，d是所述燃烧喷枪(3)的所述输送端的内径，而D是所述终端(1)的外径，其特征在于，所述直径D大于所述直径d。
2. 根据权利要求l所述的终端(1)，其特征在于，D/d"8，9。
3. 根据权利要求l所述的终端(1)，其特征在于，所述终端(1)通 过焊接(5)与所述燃烧喷枪(3)的所述输送端相连。
4. 根据权利要求l所述的终端(1)，其特征在于，所述终端(1)通 过螺纹联接(7)与所述燃烧喷枪(3)的所述输送端相连。
5. 根据权利要求l所述的终端(1)，其特征在于，所述燃料是粉末状 固体，优选为中/高挥发性烟煤粉尘。
6. —种用于再生炉的燃烧喷枪，所述燃烧喷枪装备有根据前述权利 要求中任意一项所述的终端(1)。
7. 根据权利要求6所述的燃烧喷枪，其特征在于，所述燃烧喷枪包括 至少一个温度传感器(11)。
8. 根据权利要求6所述的燃烧喷枪，其特征在于，所述燃烧喷枪包括 至少一个压力传感器(13)。
9. 一种用于控制通过石灰再生炉的燃烧喷枪(3)的燃料供给流的系 统，其特征在于，所述系统包括用于检测再生炉的至少一个大容器内部的温度的装置； 用于调整由所述燃烧喷枪(3)输送的燃料流速率的装置； 用于获取和处理测量得到的温度值的装置。
10. 根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述检测装置是温度 传感器(11)。
11. 根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述调整装置是球阀 (14)和/或非回流阀(15)。
12. —种用于控制经过石灰再生炉的燃烧喷枪(3)的燃料供给流的 方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤 测量(F101)炉的大容器(9a、 9b)之间的互连沟槽内部的温度值； 确定(F103)至少一个第一温度阈值；确定(F105)至少一个第二温度阈值，所述第二阈值低于所述第一阈值；将测量得到的温度值与所述第一阈值进行比较(F107);如果测量得到的温度值大于所述第一阈值，则停止(F109)至大容器 的燃料供给，并开始(Fill)对停止时间段进行计数，在所述停止时间段 内停止至大容器(9a、 9b)的燃料供给；将测量得到的温度值与所述第一阈值进行比较(F112);如果测量得到的温度值大于所述第一阈值，则重复步骤(F109)和 (Flll)，否则，重新开始(F113)至大容器(9a、 9b)的燃料供给，并 停止(F114)对所述停止时间段进行计数；如果测量得到的温度值小于所述第一阈值，则将测量得到的温度值与 所述第二阈值进行比较(F115);如果测量得到的温度值大于所述第二阈值，则通过预设的縮减系数 fR，减少(F117)供给至大容器的燃料流的流速率FA，根据以下关系得到 流速率Fk減小的流FR=FAXfR，其中fR是在O到l之间的值；减小(F119)供给至大容器(9a、 9b)的燃烧空气流速率；开始(F121)对縮减时间段进行计数，在所述縮减时间段内减小至大 容器(9a、 9b)的燃料流速率；将测量得到的温度值与所述第二阈值F122进行比较(F122);如果测量得到的温度值大于所述第二阈值，则重复步骤(F117)、 (F119)和(F121)，否则使所述燃料和空气流速率回到(F123)先前值， 并停止(F125)对縮减时间段进行计数。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤在每个炉操作周期开始时，控制(F127)是否步骤(F109)、 (Fill) 和/或(F117)、 (F119)、 (F121)已经在前面的周期中实现了；如果在步骤(F127)中的控制结果为正，则抑制(F129)步骤(F107)和(F115),并开始(F131)至大容器(9a、 9b)的燃料供给；控制(F133)供给至大容器(9a、 9b)的燃料量；如果所供给的燃料 量等于在前面的周期中供给的量，则停止(F135)至大容器(9a、 9b)的 燃料供给。
14. 一种包括计算机程序代码装置的计算机程序，所述计算机程序适 于在所述程序在计算机上运行时，实现根据权利要求12或13所述的方法。
15. —种根据权利要求14所述的以及包含在计算机可读介质上的计算 机程序。
全文摘要
公开了一种燃料输送终端(1)，适于与石灰再生炉的燃烧喷枪(3)的输送端连接，其中，D是所述终端(1)的外径，并大于所述燃烧喷枪(3)的所述输送端的内径d；也公开了一种装备有所述终端(1)的燃烧喷枪以及用于控制经过这种喷枪的燃料供给流的系统和方法。
文档编号F23D1/00GK101151491SQ200680010052
公开日2008年3月26日 申请日期2006年2月10日 优先权日2005年3月29日
发明者奥里维尔诺·考拉瑞尼, 尤金·丹·克里斯蒂 申请人:尤金·丹·克里斯蒂;奥里维尔诺·考拉瑞尼