专利名称：水泥立窑煅烧均匀布风方法
技术领域：
本发明属于一种煅烧水泥原料的立窑空气供给方法。本方法适用于立式水泥原料煅烧装备及环形立窑。
现有的立窑主要的供风方式是底部供风，这种供风系统是将立窑煅烧所需空气从窑底部经窑卸料机蓖缝通入窑内，采用这种方式存在问题是，烧成带断面上空气分布不均匀，即中风不足，边风过剩，空气分布的稳定性差，即窑内空气分布状态很容易受窑内料层阻力的影响，烧成带断面温度分布不均，高温层中部厚而深，边部薄而浅，中部物料易烧熔而结大块，边部物料易生烧，窑中部还原气氛严重，窑内易发生偏火及结火柱，因而使熟料质量，产量及能耗受到影响。
为解决上述问题，中国期刊《水泥》84年6期，“改进塔式机立窑通风”一文，介绍一种供风系统，该系统将立窑煅烧所需要空气的一部分，从窑底部通入窑内，另一部分则分为四股从窑腰部，窑壁通入窑内，而且，入窑腰风喷嘴方向与水平方向夹角为45°，指向窑中心线，这种供风方法的特点是，对窑中部通风有一定改善，但存在改善中部通风与腰风预热及中部熟料冷却不能兼顾的缺点，使熟料游离氧化钙偏高，而且这种方法也不能解决窑内空气分布稳定性问题。
为克服现有供风技术的局恨性，本发明提供一种改善立窑烧成带空气分布的均匀性和稳定性以及断面温度分布均匀性的供风方法。
本发明将煅烧所需空气的一部分从窑底部通入窑内(即底风)，另一部分有控制地通过立窑腰部窑壁通入窑内(即腰风)。腰风在通入窑内前分为偶数组，并且各组的风量可调，每组腰风又分为两股，由安装在对应于冷却带中下部的窑壁上，沿窑轴向上下相隔一定距离，并且相互连通的两个喷嘴同时喷入窑内。入窑腰风的方向从下至上指向烧成带(即底火)(下侧)附近的窑轴线，而且上下两层腰风各自的交汇点也上下相隔一定距离。这样，上层腰风的作用主要是直接加强烧成带中部空气量，下层腰风则同时起到，加强中部通风、中部熟料冷却和减小窑断面温差的作用。由于同组腰风的上下两个喷嘴相互连通，它们各自的风量随窑内局部流体阻力变化，而自发调节，以减弱窑内阻力变化对空气分布的影响，加强窑内空气分布的稳定性。在煅烧过程中保持各组腰风的流量均衡，以保证窑截面各部位风量基本均匀，偏火时，通过组合地调节各腰风组的流量，快速自动地调整底火。按本方法，腰风系统的结构参数(腰风管组数，上下层喷嘴位置，喷嘴(中心线)方向，喷嘴出口直径等)，以窑的有效内径，总风量，相对腰风量，上层腰风理想交汇点位置，理想腰风风程及上下层腰风交汇点距离为基本参数来确定。腰风主要结构参数与基本参数的关系，用布风圆锥组来表示。
下面将结合附图对本发明的技术方案加以详细说明。说明参阅的附图有如下三幅
图1，均匀布风系统侧示剖面图;
图2，均匀布风系统腰风部分俯视示意图;
图3，布风圆锥组与立窑关系-均匀布风原理示意图。
附图简要说明如下图1、图2中，j表示腰风组组数序号，j＝1，…，n，n为偶数，n≥4。
图3中各尺寸代号表示22-立窑喇叭口高度;
23-理想底火中心17与喇叭口底部中心的间距(即底火中心位置);
24-上布风圆锥20的顶点18(即上层腰风理想交汇点)距烧成带中心17的距离;
25-上、下布风圆锥顶点18与19的间距(即上、下层腰风理想交汇点距离);
26、27-分别为上、下布风圆锥20、21的母线长度(即上、下层腰风理想风程);
28-同组的上、下层腰风在它们共同经过的窑横截面上的中心距离;
29、30-分别为上、下层布风圆锥的半锥角(即对应于上、下层腰风喷嘴中心线与铅垂向上方向的夹角，用以表示腰风方向);
31-布风圆锥底边长(即相应部位窑的有效内径);
32-窑筒体外径;
33-上层喷嘴14j-1入口中心距喇叭口底的距离(即上层喷嘴位置);
34-同组上、下层腰风喷嘴14j-1与14j-2入口中心沿铅垂方向的距离(即下层腰风相对位置);
35、36-上、下层腰风喷嘴中心线与窑壁纵向的夹角;
37-立窑烧成带直筒段有效内径(即窑规格尺寸d);
图3中箭头表示→-底风方向;
-上层腰风方向;
-下层腰风方向;
-物料方向;
为了说明本方案，首先定义布风圆锥。如附图3所示，布风圆锥是以某一层(上或下层)腰风喷嘴(14j-1或14j-2)出口中心所在窑截面为底，以喷嘴中心线的沿长线的交点(18或19)为顶的倒圆锥(20或21)。布风圆锥(20、21)的底圆直径29表示相应腰风层喷嘴(14j-1、14j-2)所在窑截面有效内径;其顶点(18、19)表示相应腰风气流的理想交汇点，交汇点所在区域是腰风的目标区域-窑内需要加强通风的部分;半锥角(27、28)表示(上、下层)腰风的理想方向;其母线长度(25、26)表示腰风到达窑中心的理想行程，即从喷嘴出口中心至理想交汇点的距离(简称理想风程)。
按附图1，立窑鼓风机1将空气经管道3送向立窑，其总风量由阀门2来调节，分配阀门4将占总风量40～70%的空气经风管8通向环形风管9;其余部分空气经底风管道5从窑底部6经卸料篦子7进入窑内，这部分空气称为底风。环形管道9上有n个垂直引风管10j，j＝1，…，n(下同)，n为腰风组组数，它是大于2的偶数。垂直引风管10j沿窑周均匀分布，参见附图2。n与窑有效内径d(指与喇叭口相交的直筒段有效内径37)的关系为，n＝2·(2d-1)或n＝4·d。在引风管10j上安装有气体流量检测装置11j，阀门12j，它们由控制中心16操纵，用于监控引风管10j内空气流量。进入环形管道9后的空气经过10j有控制地通向连通管道13j，再通过设在窑壁上的上、下喷嘴14j-1和14j-2喷入窑15内，这部分空气称为腰风。由喷嘴14j-1和14j-2分别喷入窑内的腰风分别称为上层腰风和下层腰风。上、下层腰风分别沿着各自对应的布风圆锥20、21的母线通向各自的理想交汇点18、19，(实际交汇点会约高于理想交汇点);上层腰风交汇点18位于底火(即烧成带高温层)中心17下侧，理想底火中心17位于喇叭口底部对应的窑截面中心至其上0.4米范围内，即底火中心位置23取值范围为0～0.4米。上层腰风理想交汇点18与底火中心17的间距24(参见附图3，下同)不超过0.8米;上、下层腰风交汇点18、19之间距离25为0.5～1.5米;腰风理想风程26、27为2.5～3.2米，随窑直径增大风程取值偏大，上层腰风风程26取值偏于上限，下层腰风风程27不大于上层腰风风程26，而且在上、下层腰风共同经过的窑内横截面内，同组的上、下层腰风的中心距28不小于0.4米。按上述参数即可确定一定规格立窑的上、下布风圆锥20、21的结构，也就确定了上、下层腰风在窑内的分布。上层腰风从喷嘴14j-1进入窑内，经过足够长的风程26，得以充分预热后，到达交汇点18所在目标区域，通至烧成带中心17，加强其中部空气量，使中部煤粉能及时完全地燃烧，从而中部底火层上升并适当减薄趋于正常厚度;下层腰风经过已被上层腰风适当冷却过的边部物料层到达冷却带上部窑中心19，并向上运动，因而它主要吸收中部熟料的热量，加强了中部熟料的冷却;在这股风继续向上运动时，由于其自身的惯性及窑内固有的料层阻力分布为中间阻力大边部阻力小，使其中一部分空气又从中央向边部扩散，这样，不仅避免造成中部空气过剩，又将集中在中部的热量带到边部，使边部空气温度上升。在两层腰风的共同作用下，既减少了边部过剩空气量，又提高了边部风温，使边部底火层增厚趋于正常，而且边部高温层温度上升，这样，使得烧成带窑横截面上温差减小。图3示出了采用均匀布风方法前后底火层纵剖面形态的变化，原底火形态为虚线所围区域，新的底火形态示为阴影区域。在煅烧时，通过流量检测装置11j检测各组腰风流量，并且控制中心16操纵阀门12j保持各组腰风量均衡，而且流量稳定。由于腰风行程是倾斜向上，同组的上、下喷嘴14j-1和14j-2相互连通以及上、下层腰风中心在它们共同通过的窑横截面上相隔一定距离28，因而，当某风程相应区域内出现结块物料时，若结块尺度小于上、下层腰风中心距28，块料不可能同时堵住两股腰风通道，那么，这组腰风中至少保证一股风通向窑中部，而被阻的那股风自然加强结块所在区域的风量。如果某股腰风因块料堵塞而使其喷嘴流量减小，上、下喷嘴流量则通过连通管13j自发调节，相互补偿，(这时该腰风组腰风总流量基本不变)，另一股腰风流量增大，从而维持相应区域通入的风量的稳定。若结块尺度较大，使某组腰风风道全部堵塞，这时该组腰风大部分通到这个区域，加强其通风量，同时窑对侧的下层腰风可以绕过该大块物料通到大块上面的区域，从而减小大块导至的区域性空气不足，减小偏火的趋势。这样使窑内空气分布状态的稳定性提高，偏火机会明显减少。如果出现偏火，通过组合地调节阀门12j来调节各组腰风量，改变窑内空气分布，则能快速纠正底火分布。由于腰风风程26、27较长，为使腰风能到达窑中心，要求喷嘴风速为30～50米/秒，相应的风压通过风机1提供，并由分配阀门4和各腰风组阀门12j来调节。由于喷嘴出口风速高，腰风方向与窑壁夹角(锐角)35、36(对应于布风圆锥半锥角29、30)小于45°，在喷嘴出口接近窑壁的腰风中心线周围形成相对负压带，使周围的空气趋向腰风中心线，这样使窑边部空气趋向窑中心，避免或减弱由于设置腰风系统引起的局部边风过剩。由于腰风总量和出喷嘴风速的限制，日常运行的腰风组数为总组数的一半。在正常操作时，腰风系统分为两个大组，称为工作腰风组，它们相间布置，并且周期性地交替工作;在底火分布异常时，则按需要组合地控制各小组腰风的工作。喷嘴出口直径，由腰风总量、工作腰风喷嘴数和出喷嘴风速确定，上、下喷嘴14j-1和14j-2出口直径相同。腰风喷嘴安装位置的确定根据布风圆锥组与立窑的几何关系来计算(见附图3)。首先由窑喇叭高度22确定烧成带中心17的纵向位置23，上、下布风圆锥20、21的顶点18、19的位置24、25，风程26、27，风程27的取值应使同组上、下层腰风在窑横截面内的中心距28符合要求;其次由喷嘴所在窑截面有效内径31及风程26、27计算各布风圆锥20、21的半锥角29、30，从而确定了喷嘴14j-1和14j-2的中心线与窑壁纵向的夹角35、36，即确定了喷嘴的方向;再次，由窑筒体外径32，半锥角29，30，和上、下布风圆锥20、21的顶点位置24、25计算各层喷嘴14j-1、14j-2入口中心在窑外壁纵向位置尺寸33、34;各组喷嘴沿窑周长均匀对称地布置(如附图2所示)，而且上、下喷嘴14j-1和14j-2位置上下对应。
本发明的优点在于采取本方法的布风系统，由于采取同组喷嘴相互连通的上、下层腰部供风，而且上层腰风在保证有足够风程(以充分预热空气)的前提下，将空气直接喷往烧成带底部中心区域，这样，明显加强烧成带中部通风，改变了烧成带中风不足边风过剩的空气分布状态，提高了空气分布的均匀性，从而减少窑内实际无效截面积;由于加强了中部通风改善了燃料的燃烧条件和熟料冷却条件，可以消除立窑结火柱问题;相互连通的上、下两股腰风可以自发适应窑内较小尺寸结块造成的局部阻力变化，提高了窑内空气分布状态的稳定性，明显减少偏火机会;而且即使偏火发生，也可以通过组合地调节各组腰风量快速纠正底火，使窑的有效运转率明显提高。窑的无效截面的减少和有效运转率的提高，使窑产量明显增加。
上、下层腰风使底火变得较平，且厚度合适，位置稳定，窑截面温差及底火层沿径向厚度差减小，使烧成带温度分布均匀性提高，保证了物料在高温带有足够的停留时间及中部物料足够的冷却速率，使熟料质量明显提高。
空气分布均匀，保证了窑截面上空气充足而又不太过剩，使局部还原气氛缓解;底火深度便于控制，便于实现深暗火煅烧操作制度，从而可明显减少化学不完全燃烧和废气带走热，所造成的热损失，使热耗明显降低。而且按本方法，供风系统电耗极少，所以有明显节能效果。
按本发明，腰风喷嘴安置在离高温带较远的冷却带下部。其它设备也均处于常温环境中，所以使供风系统的可靠性高。
本发明涉及的装置结构简单，投资少，易实施。
本发明使供风系统便于实现自动控制，它也为实现立窑生产过程自动化提供必要的手段。
下面结合附图详细介绍本发明的实施案例。
参见附图1至3。以规模为日产200吨熟料的φ2.5×10米塔式机立窑水泥原料煅烧系统为例。窑有效内径d为2.5米，筒体外径32为3.5米，其总理论空气量为160～168米3/分，喇叭口高度22为1.5米;供风系统基本参数为，腰风量为96～101米3/分，腰风组数n为8，日常工作腰风组数为4，喷嘴风速为35～37米/秒;布风圆锥基本参数为，底火层中心位置23为0米，即底火中心17位于喇叭口底部中心，顶点位置24为0.5米，25为1.0米，理想风程26、27均为3.0米，半锥角29、30均为24°37′27″，喷嘴安装尺寸，上层喷嘴位置33为4.32米，下层喷嘴相对位置34为1.0米，此处，上、下布风圆锥相等，检验相同窑截面上同组两股腰风中心距28的最小值为0.46米，大于0.4米。喷嘴直径为85毫米。
8组喷嘴14j-1和14j-2(j＝1，…，8)沿确定高度的窑周长均匀布置在窑壁内。
在立窑鼓风机1出口主风管3(φ500毫米)上设置放风阀2，以调节总风量，并在管道3上设电动蝶阀4，用以调节底风与腰风的比例，底风沿风管5通过卸料漏斗6入窑，在风机1与电动蝶阀4之间设置引风管8(φ400毫米)，与环形风管9(φ400毫米)相连，在环形管道9上等距离设置8个风管10j(j＝1，…，8)(φ200毫米)分别在风管10j上装有均速管流量计11j(j＝1，…，8)和电动蝶阀12j(j＝1，…，8)，用于监测及调节各组腰风流量。均速管11j装在蝶阀12j以下的管道10j上。然后，管道10j与连通管13j(φ200毫米)相连，连通管13j与同一组的上、下两个喷嘴14j-1和14j-2的入口相连，喷嘴14j-1和14j-2固定在窑壁上，它们的纵向位置分别由33和34确定，它们与窑筒体纵向的夹角(锐角)分别为夹角35、36，∠35＝∠29，∠36＝∠30，上、下层喷嘴的中心线沿长线分别交汇于上、下布风圆锥的顶点18(22+24-23)和19(22+24-23+25)。各阀门12j的调节及各组腰风流量的检测装置11j都由人工监控的集中式仪表控制中心16来操纵。
在操作中，先采用底部供风使窑进入煅烧状态，在正常煅烧时8组腰风喷嘴按相间组合为两大组(每4组喷嘴为一大组)，两大组交替供风，各大组供风周期为1小时左右。当采用腰部供风时，先开启指定的某一大组腰风所有蝶阀12j，然后调节蝶阀4使底风与腰风比例达到5∶5至4∶6，再调节各组蝶阀14j，使各组腰风量基本相同，腰风量的控制应以窑截面上底火上升速率较快而且均匀为准。当腰风基本稳定后，调整卸料及加料速率，以保持高温层位置的稳定及适当的湿料层厚度，即实行中深暗火操作。在操作中及时监控各组腰风流量，维持其均衡，以提高空气分布的稳定性，减少偏火，当窑内偏火时，按一定组合，增加受阻区域腰风量，并相应减少其它区域风量，便可即时调整底火分布，这样便无需靠人工改变窑内料层阻力来调偏火。
由于煅烧带空气分布状态的明显改善，使立窑底火趋于正常和稳定，令明显提高熟料产质量，降低能耗。减少了偏火机会，以及提供调节底火的有力手段，便可明显降低看火劳动强度。
权利要求
1.一种用于煅烧水泥原料立窑的均匀布风方法，其特征在于有控制地将腰风通过偶数组沿窑周均匀分布于冷却带中下部窑壁上的腰风喷嘴，按一定方向通入窑内；每组腰风喷嘴由上下相隔一定距离的两个喷嘴14j-1、14j-2组成，每组的上、下两股腰风在共同经过的窑内横截面内保持一定的中心距28，从而入窑腰风呈上、下两层，分别沿上、下布风圆锥20、21的母线，经过一定风程26、27交汇于各自的交汇点18、19；交汇点与底火中心保持一定关系。
2.根据权利要求1所述的布风方法，其特征在于腰风喷嘴组数与窑的有效内径37有关，即n＝2·(2·d-1)或，n＝4·d，(其中n为腰风喷嘴组数，d为立窑的有效内径)。
3.根据权利要求1所述的布风方法，其特征在于每组腰风喷嘴的上、下喷嘴14j-1和14j-2必须是相互连通的。
4.根据权利要求1所述的布风方法，其特征在于每层喷嘴14j-1和14j-2的纵向位置33、34和方向35、36由各层腰风交汇点位置18、19，腰风风程26、27和布风圆锥20、21确定。
5.根据权利要求1所述的布风方法，其特征在于腰风交汇点与底火中心的关系是上层腰风交汇点18应位于底火中心17下侧0.3～0.8。
6.根据权利要求1所述的布风方法，其特征在于上下层交汇点间距为0.5～1.5米。
7.根据权利要求1所述的布风方法，其特征在于腰风的风程长度26、27应为2.5～3.2米。
8.根据权利要求1所述的布风方法，其特征在于在共同通过的窑内横截面上同组上、下腰风的中心距28应为0.4～1.0。
全文摘要
水泥立窑均匀布风方法是一种水泥立窑的空气供给方法。其特点是将腰风由偶数组腰风管10j(j＝1，…，n，n为偶数且，n≥4)及喷嘴14j-1和14j-2从冷却带中下部窑壁通入窑15。每组喷嘴14j-1与14j-2上下相间并由管道13j连通。入窑后上、下层腰风分别经过一定风程交汇于烧成带下侧窑中心18和冷却带上部窑中心19。它们共同加强烧成带中部通风；下层腰风兼而冷却中部熟料和减小窑截面温差。连通管随窑内局部阻力变化自发调节上下喷嘴流量。从而，提高窑内空气分布的均匀性和稳定性。
文档编号F27B1/16GK1047918SQ9010006
公开日1990年12月19日 申请日期1990年1月4日 优先权日1990年1月4日
发明者杨洪, 曲祖元, 张华新, 李雄飞, 王玉成 申请人:武汉工业大学