专利名称：用于在隧道炉类型的焙烧炉中加热矿物给料的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在隧道型焙烧(cuisson)炉或窑中加热矿物给料(原料， cru)的方法。
背景技术：
由于人类活动所排放的CO2很可能是所关注的引起全球变暖的气候变化的主要原 因。此关注特别导致签署了京都协议。从此协议签订起，越来越多的国家开始设定关于限 制CO2排放的目标。例如对于欧盟而言，此协议的实施产生了分配CO2排放限额的体制。由于每公吨水泥产生约0. 7至0. 8公吨的CO2排放，所以水泥厂成为世界上最大 的排放源(接近由于人类活动所产生的全球排放量的5%)之一。因此，水泥厂必须特别积 极地寻找降低其CO2排放的手段。用于降低CO2排放所采用的手段和研究方法有所不同。在这些研究方法中，可使 用生物燃料、捕集并存储CO2,或者甚至修改给料的成分的方式，等等。其它矿物给料的焙烧中也存在有降低CO2排放的问题。在水泥制造中，被称为给料的原料(主要为粘土和石灰石的混合物)首先，通常通 过研磨被均质化(1)并且干燥(2)，然后，通常被加热(3)到约900°C，并进行脱碳(4)—— 在加热温度下，碳酸钙分解产生石灰和二氧化碳，然后被熔结(Clink6riS6e) (5)。由此所获 得的熟料经空气淬火，然后与石膏一起被研磨以形成水泥。一般在介于1100°C和1400°C之间通过高温焙烧(熔结)经脱碳的给料来获得熟 料。在此温度下，石灰和物料的各种组分重新组合以形成熟料。通常，熔结发生在回转炉中。还提出了使用隧道炉来焙烧熟料。从W0-A-02/094732已知通过熔结隧道炉中的 特殊给料来制造硫铝和/或铁铝水泥，所述给料在熔结之前以厚度近似不变的层和近似不 变的移动速度、沿着承受正温度梯度的处理路径移动穿过炉膛而在一处理时间内进行处 理，在该处理时间期间，给料保持低于其熔点，经熔结的产品在离开处理路径时被冷却。隧道炉中的矿物给料的焙烧、特别是熔结必须在稳定的操作条件下进行以便保护 设备，以减少昂贵的维护和保证焙烧产品的质量。除了例外的情况，有利地熔结在氧化介质中进行。否则，包含在给料中的硫成分 (如SO42O被还原为SO2并与燃烧气体一起排出。这产生两个问题首先，废气必须接着被 净化，其次，熟料中SO42-成分的损失对熟料的质量有所损害。在焙烧其它矿物给料时存在 类似的考虑。但是，剩余氧太多使设备的能量性能下降。这是因为氧过剩稀释了给料并使其温 度下降，并且氧的过分消耗对昂贵的氧是一种浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种满足上述限制的适用于隧道炉的燃烧技术。本发明具体涉及一种在隧道型焙烧炉中加热矿物给料的方法，该焙烧炉具有一炉膛，该炉膛具有上游入口、下游出口和安装有燃烧器的侧壁。给料沿着位于炉膛的上游入口 和下游出口之间的处理路径行进。给料沿着处理路径以厚度近似不变的层来传输，在该处 理路径中，通过所述燃烧器对给料进行加热和焙烧，以获得经焙烧的产品，诸如熟料。所述 燃烧器包括至少一个燃料喷射器和至少一个氧化剂喷射器，所述氧化剂的氧含量(以体积 百分比计)大于22%。这些燃烧器以下称为“氧-燃料”燃烧器(oxybrfileurs)。这些 氧-燃料燃烧器定位成和定向成使得它们的火焰不与所述层相碰撞。根据本发明，所述至 少一个氧化剂喷射器相对于所述至少一个燃料喷射器定位，使得通过由所述至少一个氧化 剂喷射器所喷射的至少一股氧化剂射流将由所述至少一个燃料喷射器所喷射的至少一股 燃料射流与所述层分隔开。因此，至少一股氧化剂射流插置在各燃料射流和所述层之间。但 是，如将在下文中更详细地说明的，不必将全部的氧化剂射流插置在燃料射流和所述层之 间。由于以这种方式定位燃料喷射器和氧化剂喷射器，所以直接在给料层上方形成氧
化气氛。如上所述，在隧道炉中，在炉膛的上游入口和下游出口之间传输给料。为了传 输给料，隧道炉安装有适当的适合于炉膛内温度的机械传输装置。因此，可尤其如在 W0-A-02/094732中所描述的，使给料借助于滚子传输通过炉膛，或者如2007年8月的题目 为"Reference Document on Best Available Techniques in the Ceramic Manufacturing Industry (有关陶瓷制造行业中最佳可行技术的参考文献)”的欧洲委员会参考文献在 2. 2. 7. 4. 2部分“隧道窑”中所描述的，使给料在一个或多个传送带上或者在窑车上传输通 过炉膛。因此，隧道炉不同于回转炉，回转炉未安装有这种用于传输给料的装置，并且在回 转炉中，特别地，给料通常通过回转炉本身的倾斜在重力作用下进行传输。通常使经焙烧的产品在离开处理路径时进行冷却。根据本发明的一个实施例，至少一个氧-燃料燃烧器是带有外围氧化剂喷射的同 心喷射氧_燃料燃烧器，该外围氧化剂喷射能够产生围绕外焰/火焰包络的外侧的氧化气 氛。在此情况下，由外围喷射所喷射的氧化剂射流包围燃料射流，外围氧化剂射流的下部被 插置在燃料射流和所述层之间，因此将燃料射流与所述层分隔开。优选地，本方法使用多个 这样的同心喷射氧_燃料燃烧器。有利地，所有安装在炉膛侧壁中的氧_燃料燃烧器为这 种同心喷射氧_燃料燃烧器。当矿物给料在隧道式焙烧炉中被加热时，给料静止在移动车或移动带上。为了获 得炉料的均勻加热，必须在炉的整个宽度上具有基本上均勻的热传递。这种基本上均勻的 热传递可通过一实施例实现，在该实施例中，至少一个氧_燃料燃烧器是同心喷射氧_燃料 燃烧器，所述同心喷射氧-燃料燃烧器具有_外围氧喷射；-中心氧喷射；和-外围氧喷射和中心氧喷射之间的燃料喷射。优选地，多个或甚至所有的氧_燃料燃烧器是这种类型的氧_燃料燃烧器。有利地，由中心氧化剂喷射所喷射的氧化剂射流以比由外围氧化剂喷射所喷射的 氧化剂射流的动量更高的动量进行喷射。
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对于这种带有中心和外围氧化剂喷射的燃烧器类型，在根据本发明的方法中，可 以通过调节由中心氧化剂喷射所喷射的氧化剂射流和由外围氧化剂喷射所喷射的氧化剂 射流之间的分配来调节从这种类型的燃烧器射出的火焰的长度。由中心氧化剂喷射所喷射 的氧化剂射流占由氧_燃料燃烧器所喷射的氧总量的8%和30%之间。这种类型的燃烧器所具有的另_个优点是它们良好的功率适应性。根据本发明的一个实施例，氧-燃料燃烧器中的至少一个包括一个或多个位于所 述至少一个燃料喷射器下方的下部氧化剂喷射器，使得由下部喷射器所喷射的氧化剂射流 将由所述至少一个燃料喷射器所喷射的所述至少一股燃料射流与所述层分隔开。因此，由 下部喷射器所喷射的氧化剂射流被插置在燃料喷流和所述层之间。应当注意，不必所有的 氧化剂喷射器均为位于燃料喷射器下方的下部喷射器。这是因为氧-燃料燃烧器也可包括 一个或多个与一个或多个燃料喷射器位于同一高度/水平上和/或还位于高于一个或多个 燃料喷射器的高度的氧化剂喷射器。当氧-燃料燃烧器如上所述包括一个或多个下部氧化剂喷射器时，氧_燃料燃烧 器有利地为具有分级氧化剂喷射的氧_燃料燃烧器。在具有分级氧化剂喷射的氧_燃料燃 烧器的情况下，被称为初级氧化剂的第一部分氧化剂被靠近燃料射流喷射，被称为次级氧 化剂的第二部分氧化剂在距离燃料射流较远处喷射，被称为第三级氧化剂的第三部分氧化 剂可选地在距离燃料射流更远处喷射。以这种方式，实现了分级燃烧在第一燃烧阶段中， 燃料射流与初级氧化剂反应，然后使初级燃烧之后所剩余的燃料以及此初级燃烧的燃烧产 物在次级燃烧中与次级氧化剂相接触，在氧化剂分配成初级、次级和第三级氧化剂的特定 情况下，次级燃烧之后所剩余的燃料以及由此次级燃烧所产生的燃烧产物在第三级燃烧阶 段中与第三级氧化剂相接触。各燃料喷射器与燃料供给装置相连接。各氧化剂喷射器与氧化剂供给装置相连接。所使用的燃料优选地为水泥厂所通常使用的廉价燃料(煤、石油焦炭、废物等)。 但是，可有利地设想使用气体燃料(天然气、丙烷等)或液体燃料(燃油)。如上所述，氧化剂的氧含量(以体积百分比计)大于22%。氧化剂的氧含量有利 地大于50 %，优选地大于70 %，并且甚至更优选地大于80 %。本发明还涉及上面所述的加热方法在石灰或熟料生产中的应用。适合于实现所述方法的用于加热矿物给料从而生产经焙烧的产品的隧道炉包括 一炉膛，该炉膛具有上游入口、下游出口和安装有燃烧器的侧壁。这种炉还包括用于将矿物 给料层经由上游入口引入炉膛的装置、用于从炉膛经下游出口排放经焙烧的产品层的装置 以及用于沿着上游入口和下游出口之间的处理路径传输所述层的装置诸如车辆、滚子或传 送带。在所述隧道炉的炉膛的侧壁上所安装的燃烧器为根据上述任意一个实施例的燃烧 器。因而这些燃烧器是包括至少一个燃料喷射器和至少一个氧化剂喷射器的氧_燃料燃烧 器。这些燃烧器定位成和定向成使得它们的火焰不与所述层相碰撞。这些燃烧器的所述至 少一个氧化剂喷射器相对于所述至少一个燃料喷射器定位，使得通过由至少一个氧化剂喷 射器所喷射的至少一股氧化剂射流将由所述至少一个燃料喷射器所喷射的至少一股燃料 射流与所述层分隔开。所提出的技术可应用于生产各种类型的熟料诸如在W0-A-02/094732中列出的用于硫_铝和/或铁_铝水泥的熟料和用于波特兰水泥/硅酸盐水泥的熟料、生产石灰或者 焙烧其它矿物给料。所述技术对于具有这样的成分的矿物给料的焙烧尤其有效，所述成分 使得焙烧矿物给料需要良好控制向给料的热传递，所述给料诸如用于硫_铝和/或铁-铝 水泥的给料。本发明使得可以在所述层上方按期望的纵向分布形成具有相对均勻的温度的气氛。
参照图1和图2，根据本发明在下面所描述的示例，将更好地理解本发明的优点， 其中-图1是适合于本发明的方法的同心喷射燃烧器的示意图，图IA为横截面视图，图 IB为正视图；和-图2是适合于实现根据本发明的方法的隧道炉的炉膛的横截面的示意图，该炉 膛安装有第二类燃烧器。
具体实施例方式以下的示例更具体地涉及熔结/烧结。在物料层的任一侧上，隧道或炉膛在炉的侧部上安装有经排列的氧-燃料燃烧 器。所述燃烧器定位在侧壁中并定向成使得它们的火焰不与炉料相碰撞。所使用的燃料是水泥厂所通常使用的燃料，诸如煤、石油焦炭和废物。也可以使用 气体燃料(天然气、丙烷等)或液体燃料(燃油)。如上文已经提到的，氧-燃料燃烧器的氧化剂中的氧含量(以体积百分比计)大 于22 %，优选地大于50 %，更优选地大于70 %，并且甚至更优选地大于80 %。下面提出多 种用于形成适合于所述物料的气氛的燃烧器类型a. H有同心的'燃料/ M^JUntM^m -'燃燃'烧器(S 1)侧壁3中的燃烧器1为同心喷射氧_燃料燃烧器，该燃烧器具有包围燃料喷射11 并使得能够形成围绕外焰19外侧的氧化气氛的外围氧化剂喷射10。此氧化气氛防止给料 中所含的硫酸盐过度减少。此外，为了保护炉或者为了使炉的整个宽度上的热传递适应改变(例如随着给料 成分的改变或者随着炉生产能力的改变)，可能需要改变由一个或多个燃烧器所产生的火 焰19的长度。为此，可以使用同心喷射燃烧器，该燃烧器具有_包围燃料喷射11的外围氧化剂10的喷射，从而如上所述产生围绕外焰的外侧的 氧化气氛；和-被燃料喷射11包围的中心氧化剂12的喷射，使得反应物能更好地混合，并且能 对火焰19的长度进行调节。根据期望的功率和期望的火焰长度对外围氧化剂流量和中心氧化剂流量之间的 分配进行调节。通常，以比次级氧化剂10更高的动量喷射的中心氧化剂或初级氧化剂12使得能 够调节火焰长度。此氧化剂的比例通常使得中心氧化剂12输送由燃烧器所喷射的氧总量的8%和30%之间(例如大约15%)的氧量。对于固定的化学计量，增加初级氧(由中心 氧化剂所输送的氧)的比例使火焰的长度减小，改善了氧化剂/燃料的混合。b.肺钊日 卜/氧細-膽燃· ( b 2)根据本发明的第二实施例，将射入炉膛2中的燃料喷射与射入烧结炉中的氧化剂 喷射分隔开，也就是说，空间上隔开。氧化剂(次级氧化剂)喷射器10的第一线路位于在车21上运输的层20的水平 高度的紧上方并且位于燃料喷射器11下方的高度上，至少一个初级氧化剂喷射器12位于 距离燃料喷射器11较近处(相对于此喷射器10的第一线路)并位于距离所述层20较远 处(相对于此喷射器10的第一线路)。侧壁3中的这种燃烧器1也能够形成在所述层20 上方并围绕外焰19的外侧的氧化气氛。此氧化气氛防止给料中所含的硫酸盐过度减少。与示例1类似-氧化剂(次级氧化剂)喷射器10的第一线路能够形成在所述层20上方并围绕 外焰19的外侧的氧化气氛；和-另一个氧化剂(初级氧化剂)喷射器12能够使反应物更好的混合，并能够对火 焰19的长度进行调节。根据期望的功率和期望的火焰19的长度对各个氧化剂喷射器10、12的氧化剂流 量之间的分配进行调节。在图2所示的示例中，氧化剂(初级氧化剂)喷射器12的附加线路位于(a)此喷 射器的第一线路上方，但位于燃料喷射器11下方(线路12a)，和(b)位于燃料喷射器11上 方(线路12b)。除其它因素以外，喷射线路的空间布置/定距还取决于炉的宽度。在设计阶段，此 空间布置的计算，特别是燃料喷射器和初级氧化剂喷射器之间的空间布置的计算提供火焰 长度和降低nox排放之间的最优化。调节沿着烧结炉的炉膛2的各个氧-燃料燃烧器的功率，以获得期望的加热分布。氧化剂喷射线路的高度和沿着给定线路的喷射的空间布置也可在烧结炉的整个 长度上变化，以获得合适的热传递。申请人:的专利和专利申请中描述了除其它方面以外能够在操作期间改变火焰的 长度并随意调节火焰的长度的、适合于本发明的氧_燃料燃烧器。它们是-ep-a-o 763 692、ep-a-1 016 825、ep-a-1 195 557 禾口 fr-a-2 837 916 描述了 以品牌名alglass vm 出售的氧-燃料燃烧器，该燃烧器允许如上文示例1所述通过改变 中心或外围氧分配(“变动量”燃烧器)来改变火焰的长度；和-fr-a-2 823 290、ep-a-1 618 334、ep-a-1 702 177 禾口 ep-a-1 704 366 描述了 以品牌名alglass sun 出售的分开喷射的氧-燃料燃烧器，该燃烧器具有氧喷射分级和氧 化剂分配调节。这些技术的共同点是具有在操作中改变火焰特性的能力。
权利要求
一种在隧道型焙烧炉中加热矿物给料的方法，所述焙烧炉具有一炉膛，该炉膛具有上游入口、下游出口和安装有燃烧器的侧壁，在该方法中，所述给料沿着处理路径以厚度近似不变的层进行传输，在该处理路径中，通过所述燃烧器对所述给料进行加热和焙烧以获得经焙烧的产品，所述路径位于所述炉膛的上游入口和下游出口之间，其特征在于，所述燃烧器包括至少一个燃料喷射器和至少一个氧化剂喷射器，并且所述燃烧器定位成和定向成使得它们的火焰不与所述层相碰撞，所述至少一个氧化剂喷射器相对于所述至少一个燃料喷射器定位，使得通过由所述至少一个氧化剂喷射器所喷射的至少一股氧化剂射流将由所述至少一个燃料喷射器所喷射的至少一股燃料射流与所述层分隔开。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，至少一个燃烧器是同心喷射燃烧器，该燃烧 器具有外围氧化剂喷射，该外围氧化剂喷射能够形成围绕外焰的外侧的氧化气氛。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，至少一个燃烧器是同心喷射燃烧器，该燃烧 器具有外围氧化剂喷射、中心氧化剂喷射以及位于所述外围氧化剂喷射和所述中心氧化剂 喷射之间的燃料喷射。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，由所述中心氧化剂喷射所喷射的氧化剂射 流以比由所述外围氧化剂喷射所喷射的氧化剂射流的动量更高的动量进行喷射。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，通过调节由所述中心氧化剂喷射所喷射 的氧化剂射流和由所述外围氧化剂喷射所喷射的氧化剂射流之间的分配来调节从同心喷 射燃烧器射出的火焰的长度，所述同心喷射燃烧器具有外围氧喷射、中心氧喷射以及位于 所述外围氧喷射和所述中心氧喷射之间的燃料喷射。
6.如权利要求3至5中的任一项所述的方法，其特征在于，由所述中心氧化剂喷射所喷 射的氧化剂射流的氧量为由所述燃烧器所喷射的氧的总量的8%和30%之间。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，至少一个燃烧器包括一个或多个位于所述 至少一个燃料喷射器下方的下部氧化剂喷射器，使得由所述系列氧化剂喷射器所喷射的氧 化剂射流将由所述至少一个燃料喷射器所喷射的所述至少一股燃料射流与所述层分隔开。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，包括一个或多个下部氧化剂喷射器的所述 燃烧器中的至少一个是具有分级氧化剂喷射的燃烧器，所述下部氧化剂喷射器位于所述至 少一个燃料喷射器下方。
9.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述氧化剂的氧含量以体积 百分比计至少为50%，优选至少为70%，更优选至少为80%。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的生产方法在石灰或熟料生产中的应用。
全文摘要
本发明涉及一种在隧道炉类型的焙烧炉中加热矿物给料的方法，所述焙烧炉具有一炉膛，该炉膛具有上游入口、下游出口和安装有燃烧器的侧壁，在该方法中，所述给料沿着处理路径以厚度近似不变的层进行传输，在该处理路径中，通过所述燃烧器对给料进行加热和焙烧以获得经焙烧的产品，所述路径位于所述炉的上游入口和下游出口之间，其特征在于，所述燃烧器包括至少一个燃料喷射器和至少一个氧化剂喷射器，并且所述燃烧器定位成和定向成使得它们的火焰不与所述层相碰撞，所述至少一个氧化剂喷射器相对于所述至少一个燃料喷射器定位，使得通过由至少一个氧化剂喷射器所喷射的至少一股氧化剂射流将由所述至少一个燃料喷射器所喷射的所述至少一股燃料射流与所述层分隔开。
文档编号F27B9/36GK101946148SQ200980104771
公开日2011年1月12日 申请日期2009年2月11日 优先权日2008年2月11日
发明者F·帕尼耶, M·阿米拉特, R·卡尔切维克, R·齐阿瓦 申请人:乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司