专利名称：采用乳化焦浆旋风燃烧装置的冶金反射窑的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种冶金反射窑，特别是关于一种采用乳化焦浆燃烧装置的冶金反射窑。
背景技术：
一般地，冶金反射窑目前采用的较为清洁的能源主要是油、天然气或煤气等，但是，这使冶金反射窑的燃料费用大幅度上升，严重影响了使用和制造冶金反射窑的企业的生存。
为此，本领域的技术人员都在努力地开发新的可用能源。价格低廉、高效洁净的乳化焦浆燃料逐渐成为了本领域中的新宠。在冶金反射窑中采用乳化焦浆燃料既能合理的利用自然资源，又能降低冶金反射窑的燃料费用，因此世界各国都在大力推广乳化焦浆燃烧技术。
然而，乳化焦浆燃烧时存在着火困难、易结焦、火焰发散、难以燃尽的问题，业界在不断的开发能够有效燃烧乳化焦浆的热工设备。如中国专利第CN02135439.1号所揭示的一种水焦浆燃烧技术，其包括预燃室及其壁上的两次风切向进风口，切向两次风速为25～40m/s，在预燃室的一端置有一次风旋流燃烧器，一次风的旋流强度大于3.0，旋流燃烧器中心区域安置水焦浆雾化喷枪，由其将进入预燃室的水焦浆雾化成60～100μm粒度，预燃室的另一端是连接工业窑炉或锅炉的开放口，预燃室内温度至少要达到950～1000℃温度后，确保水焦浆稳定着火燃烧。又如中国专利第CN03113078.X号所揭示的一种水焦浆旋流燃烧装置，由喷枪、燃烧室、切向风进口所组成，旋风筒燃烧室为圆筒状，水焦浆喷枪设在旋风筒燃烧室的一端，一次切向风进口、两次切向风进口顺序设置在水焦浆喷枪下游的旋风筒燃烧室的壁上，在旋风筒燃烧室的另一端设有旋风筒燃烧室出口。但是上述两个专利所揭示的水焦浆燃烧装置和方法存在着缺陷，首先，仅采用一个水焦浆喷枪，要达到足够的燃烧强度，必须加大水焦浆的供给量，即，水焦浆颗粒将喷的很远，这样形成的燃烧动力场是细长的、不均匀、不饱满的，从而不能使水焦浆颗粒得到有效充分的燃烧，一旦水焦浆颗粒燃烧不充分，其离开燃烧室以后，随着温度的下降，其将在炉壁或者热风管壁上结焦，结焦达到一定程度后，将降低设备的传热效率，严重的还将造成安全事故；其次，仅采用一个水焦浆喷枪，一旦该喷枪熄火必须重新启动点火，影响生产的正常进行；还有，仅采用一个水焦浆喷枪，很难有效将水焦浆充分雾化，不能有效地雾化，就不能保证水焦浆颗粒充分的与空气接触并燃烧，燃烧效率不高；而且，仅采用一个水焦浆喷枪，而不设置其它引燃装置，原则上是没有办法将水焦浆直接点燃的，即使采用先燃油再换水焦浆喷枪的方法实际上也不能将水焦浆点燃；最后，上述两个专利的一次风与切向风采用的空气没有进行区分，若一次风的空气不进行加热，则会导致燃烧不剧烈，若切向风不采用冷空气，则就不能达成有效降低燃烧室内壁温度并避免结焦的效果。
此外，乳化焦浆含氮量高，燃烧后将产生大量的氮氧化物，比如一氧化氮、二氧化氮等，这些氮氧化物化合物排放到空气中将造成大气污染。比如，一氧化氮为无色无臭气体，它一般不会对人体产生有害影响，但当它转变成二氧化氮时，就具有腐蚀性和生理刺激作用；当二氧化氮含量在100ppm以上时，几分钟就能致人和动物死命，吸入浓度为5ppm(即9.4mg/m2)的二氧化氮，几分钟就能造成呼吸系统失调；并且，氮氧化物将会引起光化学烟雾，比如，当HC和NOx在大气环境中受强烈太阳光紫外线照射后，产生一种复杂的光化学反应，生成一种新的污染物-光化学烟雾。1952年12月伦敦发生的光化学烟雾，4天中死亡人数较常年同期约多4000，45岁以上的死亡最多，约为平时的3倍，1岁以下的约为平时的2倍。事件发生的一周中，因支气管炎、冠心病、肺结核和心脏衰弱者死亡分别为事件前一周同类死亡人数的9.3倍、2.4倍、5.5倍和2.8倍。因此，世界各国都对氮氧化物的排放量作出了严格的限制。所以，针对乳化焦浆含氮量高的特点，必须采用各种措施降低乳化焦浆燃烧过程中氮氧化物的生成。目前可以用于减少氮氧化物的生成的方法和装置主要是针对煤的燃烧。如中国专利第97199607号所揭示的一种粉煤燃烧器，它具有一在主区域和辅助区域之间起缓冲作用的过渡区域。过渡区域通过在主区域和辅助区域之间提供受限制的回流区域，从而改善对燃烧器附近的混合和火焰稳定性的控制。这些受限制的回流区域将放出的氮氧化物送回到燃烧器出口附近的一贫氧高温分解区域以还原成分子氮，从而降低排放和未燃尽燃料的损失。从上述内容可以看出，首先，这种燃烧器结构只适合用于粉煤的燃烧而不适合于乳化焦浆的燃烧；其次，这种燃烧器是通过专门的贫氧高温分解区域将氮氧化物还原成分子氮，其结构和工艺复杂。
还有，乳化焦浆燃烧后的烟气中含有大量灰渣，一旦这些灰渣进入反射窑，将影响冶金质量，因此必须设法在进入反射窑前将大部分灰渣除掉。但是，目前还没有一种较好的装置可以有效地将乳化焦浆烟气中的灰尘除掉。发明人员经过若干次实验发现若使燃烧室内的温度达到灰融点，就可以使绝大部分灰以液体的形式排出。但是目前还没有一种可以有效地使燃烧室内的温度达到灰融点的乳化焦浆燃烧装置。本领域有些技术人员将液态排渣技术用于热工设备，如中国专利第02240518号所揭示的一种逆燃式水煤浆液态排渣燃烧炉，主要由炉体外壳，上燃烧室，锥形缩口，下燃烧室，出风口，集热器，集渣池组成，其特征在于炉体外壳为金属外壳，其炉膛内壁用耐火材料进行造型，上部为上燃烧室，结构形状为较小直径的筒形结构，其上顶密闭，上燃烧室的下部延续为锥形缩口；锥形缩口的一侧为出风口，其下为下燃烧室，下燃烧室的结构形状为直径比上燃烧室直径稍大的筒形结构，其下部为收敛锥形；出风口的延续部分为集热器，结构形状为圆筒形双壳层结构，内壁敷以一定厚度的耐火材料，其中间为热风通道，双壳中有环形通道，集热器的端部上安装有助燃风机，集热器与一，二次助燃风总管和三次助燃风总管相连接；在上燃烧室的中部炉壁上均布设置具有向上和斜向角度的水煤浆喷口，一次助燃风管与水煤浆喷口和一，二次助燃风总管相连接，在水煤浆喷口的上下置有向上和相同斜向角度的二次助燃风管，并与一，二次助燃风总管相连接，在下燃烧室的中部炉壁上置有斜向角度的三次助燃风管，并与三次助燃风总管相连接。从上述分析可以看出，首先，该逆燃式水煤浆液态排渣燃烧炉不适合用于乳化焦浆的燃烧；其次，该逆燃式水煤浆液态排渣燃烧炉的燃烧室温度还达不到乳化焦浆灰渣的灰熔点，无法将乳化焦浆灰渣液化；最后，该逆燃式水煤浆液态排渣燃烧炉的燃烧室结构复杂，制造成本较高。
最后，为了使系统连续、正常的运行，必须及时更换燃烧器下部的接渣装置，并且，液态渣中还含有大量的可以被利用的余热，如果直接将液态渣流入接渣装置，将会造成能源的浪费。
因此，提供一种燃烧效率高的、可实现液态排渣的、并且可以有效降低排入大气的尾气中氮氧化物含量的采用乳化焦浆旋风燃烧装置的冶金反射窑成为了业界需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃烧效率高的、可实现液态排渣的、采用乳化焦浆旋风燃烧装置的冶金反射窑。
本发明的一种技术方案是提供一种采用乳化焦浆旋风燃烧装置的冶金反射窑，包括反射窑本体以及乳化焦浆旋风燃烧装置，反射窑本体包括窑室、开设在窑室前侧壁的火焰入口以及开设在窑室后侧壁的烟气出口，乳化焦浆旋风燃烧装置包括由前端壁、后端壁、以及侧壁围成的壳体，壳体的内部形成一圆筒状的燃烧空间，前端壁上设置有至少一个乳化焦浆燃烧器、以及至少一个油燃烧器和/或至少一个气体燃烧器，后端壁开设一出口，出口通过热风管与窑室的火焰入口连通，其中，壳体的侧壁上间隔设置两组或者两组以上的切向风进口，每组切向风进口包括两个或两个以上的、使送入燃烧空间的切向风沿壳体侧壁的内表面形成环流的切向风进口，位于燃烧空间底部的侧壁上在邻近后端壁的位置开设至少一个液态渣出口。
具体地，窑室的前侧壁开设二个或二个以上的火焰入口，二个或二个以上的火焰入口均与乳化焦浆旋风燃烧装置的出口连通，比如等间隔平行分布的三个或四个火焰入口。从乳化焦浆旋风燃烧装置出口流出的火焰分成三股或四股经由三个或四个火焰入口分别进入窑室内，以保证火焰均匀分布。采用热风管将火焰直接导入窑室，火焰充满度好，加热均匀，热效率高。
优选地，窑室的前侧壁进一步设置至少一个油燃烧器，油燃烧器在窑室的入口位于窑室的中上部，火焰入口位于窑室的顶壁与油燃烧器在窑室的入口之间。比如采用两个平行分布的备用的油燃烧器，以提高反射窑的可靠性。
优选地，火焰入口以及油燃烧器在窑室的入口均向窑室的底壁倾斜5～60度，比如45度。以便在窑室内形成合理的流场，消除流动死角。
优选地，窑室的前侧壁设置三个火焰入口以及两个油燃烧器。具体地，窑室的中下部收容有冶金熔液，冶金熔液的上表面低于油燃烧器在窑室的入口。烟气出口位于窑室后侧壁的上部，并且烟气出口到窑室底壁的距离大于火焰入口到窑室底壁的距离。
优选地，乳化焦浆燃烧器设有用于向燃烧空间内输送已预热空气的一次配风口，壳体的例壁上间隔设置两组或者两组以上的、用于向燃烧空间内输送未预热空气的切向风进口，未预热空气的总流量为已预热空气流量的0.05～0.15倍。两组或者两组以上的切向风进口分别位于壳体的相互平行的两个或者两个以上的横截面上，最靠近前端壁的横截面位于前端壁的内壁到后端壁的内壁之间的距离的六分之一到三分之一处，最靠近后端壁的横截面位于前端壁的内壁到后端壁的内壁之间的距离的二分之一到五分之四处。
其中，所谓已预热空气是指经过适当加热的空气，加热可以采用专门设备进行，也可以在该燃烧装置的尾部热风管内设置余热利用装置，利用烟气的余热将空气加热到一定的温度，以便提高燃烧效率。所谓未预热空气是指温度较低的空气，可以直接采用周围环境中的空气也可以采用专门装置进行适当冷却，以便有效降低燃烧室内壁温度并避免结焦。切向风的总流量采用一次配风流量的0.05～0.15倍是为了控制燃烧室内的过量空气系数，以便降低氮氧化合物的生成。并且，稳定、饱满、高速旋转、混合剧烈、充分避免结焦的燃烧动力场保证了在较低过量空气系数的情况下仍然能充分高效地燃烧。
优选地，后端壁的内壁到前端壁的内壁之间的距离为燃烧空间的内直径的1倍到5倍，液态渣出口所在的壳体横截面位于最靠近后端壁的一组切向风进口所在的壳体横截面与后端壁的内壁之间，出口的直径为燃烧空间的内直径的四分之一到三分之二，出口与壳体的侧壁之间形成一圆锥状过渡腔室。
其中，液态渣出口所在的壳体横截面可以是液态渣出口的中心点所在的壳体的横截面，也可以是液态渣出口的最靠近前端壁的边缘点所在的壳体的横截面。可供选择地，采用乳化焦浆旋风燃烧装置的冶金反射窑设有一个液态渣出口，液态渣出口在侧壁的内壁上的开口面积小于燃烧空间的横截面面积的十分之一。可供选择地，采用乳化焦浆旋风燃烧装置的冶金反射窑设有两个或者两个以上的液态渣出口，每个液态渣出口在侧壁的内壁上的开口面积小于燃烧空间的横截面面积的二十分之可供选择地，壳体的侧壁上间隔设置两组且总流量为已预热空气的0.08～0.12倍的切向风进口，两组切向风进口分别位于壳体的相互平行的两个横截面上，靠近前端壁的其中一个横截面位于前端壁的内壁到后端壁的内壁之间的距离的五分之一到四分之一处，靠近后端壁的其中一个横截面位于前端壁的内壁到后端壁的内壁之间的距离的二分之一到三分之二处，各个切向风进口的开设方向与侧壁的内壁轮廓线相切，各个切向风进口的孔直径小于等于燃烧空间的内直径的六分之一。
可供选择地，乳化焦浆旋风燃烧装置包括一个乳化焦浆燃烧器、一个油燃烧器以及一个气体燃烧器，其中，油燃烧器和气体燃烧器设置在乳化焦浆燃烧器下方，乳化焦浆燃烧器的一次配风口设有旋流配风器。
可供选择地，乳化焦浆燃烧器为四个，四个乳化焦浆燃烧器等间隔设置在以前端壁的中心为圆心的圆周上，四个乳化焦浆燃烧器所在的圆周的直径为燃烧空间的内直径的三分之一到四分之三；油燃烧器为三个，两个设置在前端壁下部，一个设置在前端壁的上部；气体燃烧器为两个，分别设置在下部的两个油燃烧器附近，乳化焦浆燃烧器的一次配风口设有旋流配风器。
优选地，进一步包括两个或两个以上的交替工作的排渣车，其中一个停留在液态渣出口下方，该排渣车的容渣空间与液态渣出口连通并且容渣空间与液态渣出口的连接处密封。
优选地，排渣车设有滚轮，采用乳化焦浆旋风燃烧装置的冶金反射窑进一步包括用于引导排渣车的导引装置，导引装置可以为凹下的导槽、凸出的导轨、或者牵引钢索等。排渣车上设有感应元件，感应元件感应满载状态并通过一控制系统指令一个空的排渣车来更换满载的排渣车，如可采用压力感应器或高度测量装置等。液态渣出口与容渣空间之间设有用于吸收液态渣余热的吸热元件，比如盘香管等。
优选地，壳体的下方设有围绕液态渣出口的过渡腔体，过渡腔体的一端固定于壳体的侧壁上，过渡腔体的另一端向壳体下方延伸，停留在液态渣出口下方的排渣车的容渣空间通过与过渡腔体远离壳体的一端密封连接而与液态渣出口连通。
具体地，排渣车的顶壁活动设置可在高于排渣车顶壁位置与低于排渣车顶壁位置之间转换的保护罩，过渡腔体远离壳体的一端到地面的距离略大于排渣车的顶壁到地面的距离，保护罩处在高于排渣车顶壁位置时，保护罩的顶部到地面的距离大于过渡腔体远离壳体的一端到地面的距离。当排渣车的容渣空间与液态渣出口连通时，过渡腔体的另一端靠近排渣车的顶壁并且被环绕在保护罩的内部，保护罩的内部填充有密封沙以将容渣空间与液态渣出口的连接处密封。
优选地，过渡腔体为漏斗状结构，过渡腔体的横截面积从液态渣出口到容渣空间逐渐增大，过渡腔体远离壳体一端的形状与容渣空间的开口形状一致，吸热元件为设置在过渡腔体内的盘香管，容渣空间的底表面铺有一层防粘结沙。更优选地，过渡腔体远离壳体一端的形状与容渣空间的开口形状均为四边形，保护罩包括四个可枢转设置在排渣车顶壁的锁扣护板，每个锁扣护板分别对应绕容渣空间的开口的每个边枢转，当它们均被枢转到排渣车顶壁上方时，通过锁扣件将相邻的两个锁扣护板固定在一起，从而将四个锁扣护板固定成一个完整的保护罩，当不需要使用保护罩时，释放各个锁扣件则四个锁扣护板分别枢转到排渣车顶壁下方，让开排渣车顶壁上方的空间，以便于排渣车进入工作位置或者离开工作位置。
可供选择地，过渡腔体远离壳体一端的形状可以为圆形、正方形、长方形或其它形状，而容渣空间的开口形状与其对应。
可供选择地，采用多个液态渣出口，每个液态渣出口分别对应采用两个或两个以上的排渣车交替进行工作。
可供选择地，排渣车设有自动报警装置，一旦达到了满载状态(即预定的容量)，排渣车将发出报警提示工作人员前来更换排渣车。
可供选择地，排渣车可以采用电力、燃油、燃气或其它适合动力驱动。
可供选择地，壳体的侧壁上可以间隔设置三组或者三组以上且总流量为已预热空气流量的0.06～0.1倍的切向风进口。
可供选择地，每组切向风进口可以包括三个或三个以上的等间隔分布的切向风进口。
可供选择地，前端壁上可以设置两个或两个以上的乳化焦浆燃烧器、两个或两个以上的油燃烧器、以及两个或两个以上的气体燃烧器。
可供选择地，后端壁的内壁到前端壁的内壁之间的距离为燃烧空间的内直径的2.5倍到3倍。
可供选择地，后端壁的内壁到前端壁的内壁之间的距离为燃烧空间的内直径的2.5倍到4倍，后端壁的中央开设一出口，该出口的直径为燃烧空间的内直径的四分之一到三分之一。
可供选择地，乳化焦浆燃烧器喷出的乳化焦浆的雾化分散角度大于等于45度小于等于150度，比如90度、120度或150度。
优选地，油燃烧器、气体燃烧器均设有配风口，其中，至少在乳化焦浆燃烧器的配风口设置有旋流配风器。
优选地，在壳体的内壁填敷硅酸铝纤维保温层和磷酸盐耐火混凝土；在前端壁和侧壁各布置至少一个观火孔；在壳体上方设置一个测量燃烧空间内温度的测点，以便于监测和自动控制。
优选地，切向风进口形成的旋流空气的旋转方向与旋流配风器喷入的空气的旋转方向相同，比如都为逆时针方向。
优选地，本发明的采用乳化焦浆旋风燃烧装置的冶金反射窑进一步包括自能控制系统，进行全自动化运行，可以自动调节各股风所占的比例以适应不同负荷下的燃烧要求。并配上先进的大屏显示的人机对话界面，只要轻触屏上的功能键，就可按每一步完成操作，显示系统可监控设备的运行状态和实时信息，故障显示及记录。
可供选择地，可以仅采用油燃烧器引燃乳化焦浆燃烧器，或者仅采用气体燃烧器引燃乳化焦浆燃烧器，其中，气体燃烧器可以燃烧天然气或液化气。
本发明采用的乳化焦浆旋风燃烧装置还可用于其它类型的锅炉设备或者窑炉设备，比如蒸汽相变锅炉、水浴炉、陶瓷热风炉、玻璃窑、导热油炉、工业锅炉、油田注气炉等。
本发明的有益效果是首先，冶金反射窑上采用乳化焦浆旋风燃烧装置，以乳化焦浆为燃料，节省了成本并合理利用了自然资源；其次，使乳化焦浆充分燃烧并超过灰融点，以便乳化焦浆燃烧后产生的灰变成液态而从液态渣出口排出，避免了烟气中的大量灰渣进入冶金反射窑，从而避免了灰渣进入物料中，因此保证了冶金的质量；再次，采用两个或两个以上的针对燃烧器专门设计的排渣车交替进行工作，既保证了乳化焦浆高效稳定的燃烧，又实现了连续有效的液态除渣；此外，切向风的总流量采用一次配风流量的0.05～0.15倍使燃烧室内的过量空气系数保持在较低的水平，充分降低氮氧化合物的生成；此外，后端壁的内壁到前端壁的内壁之间的距离为燃烧空间的内直径的2倍到5倍，侧旋风使得由乳化焦浆燃烧器喷入的乳化焦浆雾滴做高速旋转，从而形成了一个粗短、饱满的燃烧动力场，可以在燃烧室中形成一种火球状燃烧，一方面稳定燃烧工况，另一方面将已经燃烧的高温火焰抽吸到稳燃室前端，有效地解决水焦浆的着火和燃烬问题，燃料和空气混合剧烈，燃烧温度高，燃烬率高，较高的旋流强度使燃料和空气混合强烈，可以在较小的过剩空气系数下实现完全燃烧，从而降低氮氧化物的生成，并且使燃烧温度远远超过灰融点；进一步地，侧旋风分级逐次加入燃烧中，可以实现分级燃烧，局部低温，提高燃烧过程中的脱硫效率；更进一步地，采用两组四个切向风进口，并流入冷空气，形成切向旋转空气流，既增强了乳化焦浆雾滴混合燃烧强度，又降低了壳体内壁的温度，避免了乳化焦浆雾滴在壳体内壁上结焦，同时，切向旋流还可以将乳化焦浆火炬包裹在其中，避免其直接与壳体内壁接触；最后，采用多个乳化焦浆燃烧器均匀设置在前端壁上，可以加大乳化焦浆的雾化强度，缩短乳化焦浆的喷射长度，形成粗短、均匀、饱满、充分混合的燃烧动力场，采用三个油燃烧器、二个气体燃烧器，并按顺序依次点燃四个乳化焦浆燃烧器，真正有效的将四个乳化焦浆燃烧器充分点燃，并稳定的燃烧，四个乳化焦浆燃烧器之间可以相互引燃，相互辅助燃烧，避免了熄火现象；另外，外置的卧式圆筒形乳化焦浆旋风燃烧装置，可以与反射窑直接对接，特别适用于对原有旧反射窑的改造，分体布置，维修方便，安装灵活。
以下结合附图和实施例，来进一步说明本发明，但本发明不局限于这些实施例，任何在本发明基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求书中所要求保护的范围。
图1是本发明的采用乳化焦浆旋风燃烧装置的冶金反射窑的结构示意图。
图2是本发明的反射窑本体的侧视示意图。
图3是实施例1所采用的乳化焦浆旋风燃烧装置的纵向剖视示意图。
图4是图3中沿A-A线的横向剖视示意图。
图5是实施例2所采用的乳化焦浆旋风燃烧装置的纵向剖视示意图。
图6是图5中沿B-B线的横向剖视示意图。
具体实施例方式
实施例1请参照图1及图2，本发明的冶金反射窑包括立式的反射窑本体以及乳化焦浆旋风燃烧装置。其中，反射窑本体包括一个窑室402、三个开设在窑室402前侧壁的火焰入口403、一个开设在窑室402后侧壁的烟气出口404、以及两个设置在窑室402前侧壁的油燃烧器405。乳化焦浆旋风燃烧装置包括壳体10、乳化焦浆燃烧器70、油燃烧器(图未示)、气体燃烧器(图未示)、以及排渣装置500。乳化焦浆旋风燃烧装置通过热风管104与窑室402的火焰入口403连通。
其中，三个火焰入口403等间隔平行分布在窑室402的前侧壁上。两个油燃烧器405在窑室402的入口位于窑室402的中上部且位于火焰入口403下方。具体地，火焰入口403以及油燃烧器405在窑室402的入口均向窑室402的底壁倾斜大约45度，以便在窑室内形成合理的流场，消除流动死角。
其中，窑室402的中下部收容有冶金熔液407，冶金熔液407的上表面低于油燃烧器405在窑室402的入口。烟气出口404位于窑室402后侧壁的上部，并且烟气出口404到窑室402底壁的垂直距离大于火焰入口403到窑室402底壁的垂直距离。
图3及图4具体揭示了冶金反射窑所采用的乳化焦浆旋风燃烧装置的结构。其中，排渣装置500采用两个排渣车500交替工作。
请一并参照图1至图4，壳体10由前端壁20、后端壁40、以及侧壁60围成。壳体10为圆筒状，壳体10的内部形成一圆筒状的燃烧空间30。后端壁40的内壁到前端壁20的内壁之间的垂直距离为燃烧空间30的内直径的3倍。
壳体前端壁20上均匀设有乳化焦浆燃烧器70以及油燃烧器和气体燃烧器，其中，乳化焦浆燃烧器70设置在前端壁20的中央，油燃烧器和气体燃烧器设置在乳化焦浆燃烧器70的下方。乳化焦浆燃烧器70以及油燃烧器和气体燃烧器均设有用于向燃烧空间30内输送已预热空气的一次配风口(图未示)，并且，乳化焦浆燃烧器70设有旋流配风器。
壳体后端壁40的中央开设一出口44，该出口44的直径长度为燃烧空间30的内直径的四分之一。
壳体侧壁60上间隔设置两组用于向燃烧空间30内输送未预热空气切向风进口610、620。两组切向风进口分别位于壳体10的相互平行的两个横截面上，靠近前端壁20的其中一个横截面位于前端壁20的内壁到后端壁40的内壁之间的垂直距离的大约四分之一处，靠近后端壁40的其中一个横截面位于前端壁20的内壁到后端壁40的内壁之间的垂直距离的大约三分之二处。其中，各个切向风进口610、620的开口方向与侧壁60的内壁轮廓线相切，各个切向风进口610、620的孔直径约等于燃烧空间30的内直径的十分之一。各组切向风进口610、620分别形成的旋流空气的旋转方向与旋流配风器喷入的空气的旋转方向相同，均为逆时针方向。
燃烧空间30底部的侧壁60上开设一个液态渣出口66，液态渣出口66所在的壳体横截面位于最靠近后端壁40的一组切向风进口620所在的壳体横截面与后端壁40的内壁之间。液态渣出口66在侧壁60的内壁上的开口面积约为燃烧空间30的横截面面积的十五分之一。
壳体10的下方设有围绕液态渣出口66的过渡腔体666，过渡腔体666的一端固定于壳体10的侧壁60上，过渡腔体666的另一端向壳体下方延伸。具体地，过渡腔体666为漏斗状结构，过渡腔体666的横截面积从上到下逐渐增大，过渡腔体666远离壳体一端的形状为四边形。过渡腔体666远离壳体的一端到地面的垂直距离略大于排渣车500的顶壁到地面的垂直距离。过渡腔体666内设有用于吸收液态渣余热的盘香管662，冷水从下方流入盘香管662内，经过和液态渣换热后变成温度较高的水从上方流出盘香管662。
两个电力排渣车500交替地工作，图2和图3显示了其中一个排渣车500处于工作位置，即停留在液态渣出口66下方并且排渣车500的容渣空间505经由过渡腔体666与液态渣出口66连通。其中，容渣空间505的开口形状与过渡腔体666远离壳体一端的形状一致也为四边形。此外，容渣空间505的底表面还铺有一层防粘结沙902。
排渣车500的顶壁活动设置一个保护罩503，保护罩503可以在一个高于排渣车顶壁位置和一个低于排渣车顶壁位置之间运动。其中，当保护罩503处在高于排渣车顶壁位置时，保护罩503的顶部到地面的垂直距离大于过渡腔体666远离壳体的一端到地面的垂直距离。此时，保护罩503可以将容渣空间505与过渡腔体666的接缝处围起来。并且进一步在保护罩505内表面和过渡腔体666外表面之间填充密封沙901以将容渣空间505与过渡腔体666的接缝处有效密封。
具体地，保护罩包括四个可枢转设置在排渣车500顶壁的锁扣护板503，每个锁扣护板503分别对应绕容渣空间505的开口的每个边枢转，当它们均被枢转到排渣车500顶壁上方时，通过锁扣件5035将相邻的两个锁扣护板503固定在一起，从而将四个锁扣护板503固定成一个完整的保护罩，以便和过渡腔体666进行密封连接。当不需要使用保护罩时，释放各个锁扣件5035则四个锁扣护板503分别枢转到排渣车500的顶壁下方，让开排渣车500顶壁上方的空间，以便于排渣车500进入工作位置或者离开工作位置。
排渣车500设有滚轮508，地面上设有用于引导排渣车500的导轨800。排渣车500上设有压力感应器(图未示)。当压力感应器感应出容渣空间505的重量达到预定重量时，将通过一控制系统指令一个空的排渣车来更换满载的排渣车500。
为了进一步提高燃烧效率，乳化焦浆燃烧器70以及油燃烧器和气体燃烧器的一次配风口向燃烧空间30内输送的均为已预热的温度较高的空气。
为了降低壳体10内壁温度，避免乳化焦浆雾滴在壳体10内壁上结焦，各个切向风进口610、620向燃烧空间30内输送的均为未预热的温度较低的空气。
为了使乳化焦浆雾滴在燃烧空间30内做高速旋转，以便乳化焦浆雾滴和空气剧烈混合燃烧从而在较小的过剩空气系数下充分提高燃烬率，各个切向风进口610、620向燃烧空间30内输送的切向风的风速为30米/秒。
为了充分地将乳化焦浆雾化分散，以便乳化焦浆雾滴充分地和空气混合形成一个粗短的火球状燃烧动力场从而提高燃烧效率，乳化焦浆燃烧器喷出的乳化焦浆的雾化分散角度选用大约150度。
从而，通过上述结构能够实现乳化焦浆稳定地、高效地、高温地燃烧，燃烧温度超过灰融点，使绝大部分灰以液体的形式从液态渣出口66排出，并通过交替工作的排渣车500将灰渣运走，保证了系统稳定连续的运行。
另外，为了降低乳化焦浆燃烧过程中氮氧化合物的生成，各个切向风进口610、620向燃烧空间30内输送的未预热空气的总流量约为乳化焦浆燃烧器70的一次配风口向燃烧空间30内输送的已预热空气的0.1倍。
此外，在壳体10的内壁填敷硅酸铝纤维保温层和磷酸盐耐火混凝土以便于防火和保温。在前端壁20和侧壁60各布置一个观火孔(图未示)。在壳体10的前段、中段和后段分别设置一个测量燃烧空间内温度大小的温度传感器(图未示)，分别监测燃烧空间各个区段的燃烧状况，以便于组合分析和自动控制。
运行过程是，先点着气体燃烧器，然后依靠气体燃烧器点着油燃烧器，油燃烧器稳定后关闭气体燃烧器；当燃烧空间30内的炉温升到约650～700℃后，开始由供浆系统向乳化焦浆燃烧器70输送乳化焦浆，乳化焦浆燃烧器70将乳化焦浆雾滴喷入燃烧空间30内，并在旋流配风器和切向风进口610、620的作用下，与空气充分的混合从而形成一个强大的旋转燃烧动力场，有效地解决了水焦浆挥发分低，难着火的技术难题；当乳化焦浆燃烧器70稳定燃烧后关闭油燃烧器。此时，燃烧温度远远超过灰融点，并且由于燃烧过程中形成的液态渣的密度大，被离心力有效地从高温烟气中甩出，然后从下部的液态渣出口66流入排渣车500中，除灰率高达80％以上，可以确保设备的安全运行。高温纯净的火焰从后端壁40的出口44经过热风管104进入窑室402内充分对窑室402下部的冶金熔液进行加热。
实施例2请参照图5及图6，本实施例与实施例1相似，不同之处在于采用两个火焰入口403平行分布在窑室402的前侧壁上。
火焰入口403以及油燃烧器405在窑室402的入口均向窑室402的底壁倾斜大约50度。
液态渣出口66在侧壁60的内壁上的开口面积约等于燃烧空间30的横截面面积的二十分之一。
前端壁20的内壁到后端壁40的内壁之间的垂直距离为燃烧空间30的内直径的1.5倍。
出口44的直径约等于燃烧空间30的内直径的二分之一，在出口44与壳体10的侧壁60之间形成一圆锥状过渡腔室48。即，在后端壁40上形成了一喇叭形开口。
乳化焦浆燃烧器70为四个，四个乳化焦浆燃烧器70分别装设在前端壁20上，并且等间隔分布在以前端壁20的中心为圆心的圆周上，四个乳化焦浆燃烧器70的中心所在的圆周的直径为壳体10的内直径的三分之二。其中，每个乳化焦浆燃烧器70喷出的乳化焦浆的雾化分散角度约等于45度。从而，当乳化焦浆被点燃以后，在壳体10内部的燃烧空间30内将形成由四条火炬构成的粗短的饱满的燃烧动力场。
油燃烧器80为三个，其中两个设置在前端壁20的下部，一个设置在前端壁20的上部，气体燃烧器90为两个，分别设置在下部的两个油燃烧器80附近。
切向风进口610、620的孔直径小于等于四个乳化焦浆燃烧器70的最外侧所在的圆周到壳体10内壁的距离。其中，一组切向风进口610靠近前端壁20设置，且邻近四个乳化焦浆燃烧器70喷出的乳化焦浆开始交叉的位置。
点火时，先靠点火电极点着气体燃烧器90，然后由气体燃烧器90点着与其邻近的两支油燃烧器80，再依靠燃烧空间30内的火焰点着上部的一个油燃烧器80，油燃烧器80运行一定时间燃烧空间30内的炉温升到约650～700℃后，开始由供浆系统向乳化焦浆燃烧器70输送乳化焦浆，乳化焦浆燃烧器70逐个点火投入运行，因为本实施例中切向风进口610、620的旋转风向为逆时针，所以先投入右下方的乳化焦浆燃烧器70，接着按逆时针方向逐个投入乳化焦浆燃烧器70。这样一个乳化焦浆燃烧器70被点燃后其又可以用于点燃另一个乳化焦浆燃烧器70，从而有效的将四个乳化焦浆燃烧器70全部点燃。因为乳化焦浆燃烧器70的配风口装设旋流配风器，使燃烧空气也进行逆时针旋转，所以燃烧空间30内四支旋转的火炬被切向风进口610、620内流入的切向风加大旋流力度，并形成一个大的旋转燃烧动力场，有效地解决了水焦浆挥发分低，难着火的技术难题。
本发明的冶金反射窑布置了四个对称的乳化焦浆燃烧器70，通过它们之间互相引燃，提高炉膛火焰充满度的方法用来点燃乳化焦浆。
本发明的冶金反射窑通过四个乳化焦浆燃烧器70的旋流配风器所喷入的四股旋流风和由侧壁60喷入的两股切向旋流风共同完成水焦浆的加热、烘干、着火以及燃烧过程。旋流空气与乳化焦浆雾滴进行充分的混合，在燃烧空间30内形成复杂的旋转和轴向运动，提高燃烧强度，使燃烧温度远远超过灰融点，实现了液态排渣。
本发明的冶金反射窑的出口44设计成喇叭形，一方面可以加速高温火焰的旋转强度以便使乳化焦浆充分燃烬，另一方面还可以避免高温火焰冲出出口44后直接与炉管接触，彻底避免了烧炉管现象的发生。
实施例3本实施例与实施例1相似，不同之处在于窑室402前侧壁上可以设置一个油燃烧器405。
火焰入口403以及油燃烧器405在窑室402的入口均向窑室402的底壁倾斜大约40度。
采用乳化焦浆旋风燃烧装置的冶金反射窑设有两个间隔分布的大小相同的液态渣出口66，每个液态渣出口66在侧壁60的内壁上的开口面积约等于燃烧空间的横截面面积的三十分之一。
两个液态渣出口66被同一个过渡腔体666环绕并连通到同一个排渣车500的容渣空间505。
后端壁40的内壁到前端壁20的内壁之间的垂直距离为燃烧空间30的内直径的4倍。
各个切向风进口向燃烧空间30内输送的切向风的风速为28米/秒。壳体10的侧壁上间隔设置三组且总流量为已预热空气流量的0.08倍的切向风进口。
乳化焦浆燃烧器喷出的乳化焦浆的雾化分散角度选用大约120度。
各组切向风进口610、620分别形成的旋流空气的旋转方向与旋流配风器喷入的空气的旋转方向相同，均为顺时针方向。
实施例4本实施例与实施例1相似，不同之处在于采用四个火焰入口403等间隔平行分布在窑室402的前侧壁上。
液态渣出口66在侧壁60的内壁上的开口面积约等于燃烧空间30的横截面面积的二十五分之一。
过渡腔体666远离壳体10一端的形状为圆形，对应地，容渣空间505的开口形状和保护罩503的形状也为圆形。
排渣车500设有自动报警装置，一旦达到了满载状态(即预定的容量或重量)，排渣车500将发出报警提示工作人员前来更换排渣车。
排渣车500采用燃油驱动。导引装置为凹入地面的导槽。
过渡腔体666设置水冷壁以便吸收液态渣的余热。
后端壁40的内壁到前端壁20的内壁之间的垂直距离为燃烧空间30的内直径的3.5倍。
各个切向风进口向燃烧空间30内输送的切向风的风速为45米/秒。各个切向风进口向燃烧空间30内输送的切向风的总流量为已预热空气流量的0.13倍。
在壳体10上设置一个测量燃烧空间内温度大小的温度传感器以便于监测和自动控制。
实施例5本实施例与实施例1相似，不同之处在于液态渣出口66不采用交替工作的排渣车，而是采用一个排渣容器，并且每隔一段时间将该排渣容器清空或者更换。
液态渣出口66在侧壁60的内壁上的开口面积约等于燃烧空间30的横截面面积的十分之一。
每组切向风进口610、620包括三个等间隔分布的切向风进口。
后端壁40的内壁到前端壁20的内壁之间的垂直距离为燃烧空间30的内直径的2.5倍。
各个切向风进口向燃烧空间30内输送的切向风的风速为35米/秒。各个切向风进口向燃烧空间30内输送的切向风的总流量为已预热空气流量的0.11倍。
实施例6本实施例与实施例1相似，不同之处在于本发明的冶金反射窑的进一步包括自能控制系统，其采用西门子中型可编程逻辑控制器，全自动化运行，可以自动调节各股风所占的比例以适应不同负荷下的燃烧要求。并配置人机对话界面，只要轻触屏上的功能键，就可按每一步完成操作，显示系统可监控设备的运行状态和实时信息，故障显示及记录。
智能控制系统具有蒸汽超温、蒸汽超压、烟道超温、管壁超温、柱塞泵进口水压低、系统水流量低、柱塞泵油压低、高压风风压低、鼓风机风压低、无火焰信号、浆压低、浆压高、浆流量低、鼓风机故障、供浆泵故障、输浆泵故障、浆罐浆料低、浆罐浆料高、柱塞泵电机故障、压力传感器故障等各路传感器故障自动保护功能，可无人值守。
此外，本发明的冶金反射窑进一步包括主送风系统和副送风系统。主送风系统由主鼓风机、空气预热器、风道、旋流配风器等组成。主送风系统的送风过程为所需的燃烧空气，经鼓风机加压，经过空气预热器加温到100℃左右，由主风道分流器分别送到乳化焦浆燃烧器70、油燃烧器和气体燃烧器，其中每个乳化焦浆燃烧器70按比例分配成为旋转风和直流风，提供燃烧所需大部分空气。副送风系统由小鼓风机经风道不经加热直接进入切向风进口，产生切向旋流的冷风。
权利要求
1.一种采用乳化焦浆旋风燃烧装置的冶金反射窑，包括反射窑本体以及乳化焦浆旋风燃烧装置，所述反射窑本体包括窑室、开设在所述窑室前侧壁的火焰入口以及开设在所述窑室后侧壁的烟气出口，所述乳化焦浆旋风燃烧装置包括由前端壁、后端壁、以及侧壁围成的壳体，所述壳体的内部形成一圆筒状的燃烧空间，所述前端壁上设置有至少一个乳化焦浆燃烧器、以及至少一个油燃烧器和/或至少一个气体燃烧器，所述后端壁开设一出口，所述出口通过热风管与所述窑室的所述火焰入口连通，其特征在于，所述壳体的侧壁上间隔设置两组或者两组以上的切向风进口，所述每组切向风进口包括两个或两个以上的、使送入所述燃烧空间的切向风沿所述壳体侧壁的内表面形成环流的切向风进口，位于所述燃烧空间底部的所述侧壁上在邻近所述后端壁的位置开设至少一个液态渣出口。
2.如权利要求1所述的冶金反射窑，其特征在于，所述窑室的前侧壁开设二个或二个以上的火焰入口，所述二个或二个以上的火焰入口均与所述乳化焦浆旋风燃烧装置的出口连通。
3.如权利要求2所述的冶金反射窑，其特征在于，所述窑室的前侧壁进一步设置至少一个油燃烧器，所述油燃烧器在所述窑室的入口位于所述窑室的中上部，所述火焰入口位于所述窑室的顶壁与所述油燃烧器在所述窑室的入口之间。
4.如权利要求3所述的冶金反射窑，其特征在于，所述火焰入口和所述油燃烧器在所述窑室的入口均向所述窑室的底壁倾斜5～60度。
5.如权利要求1所述的冶金反射窑，其特征在于，所述乳化焦浆燃烧器设有用于向所述燃烧空间内输送已预热空气的一次配风口，所述壳体的侧壁上间隔设置两组或者两组以上的、用于向所述燃烧空间内输送未预热空气的切向风进口，所述未预热空气的总流量为所述已预热空气流量的0.05～0.15倍。
6.如权利要求5所述的冶金反射窑，其特征在于，所述两组或者两组以上的切向风进口分别位于所述壳体的相互平行的两个或者两个以上的横截面上；其中，最靠近所述前端壁的横截面位于所述前端壁的内壁到所述后端壁的内壁之间的距离的六分之一到三分之一处，最靠近所述后端壁的横截面位于所述前端壁的内壁到所述后端壁的内壁之间的距离的二分之一到五分之四处。
7.如权利要求6所述的冶金反射窑，其特征在于，所述后端壁的内壁到所述前端壁的内壁之间的距离为所述燃烧空间的内直径的1倍到5倍，所述液态渣出口所在的壳体横截面位于最靠近所述后端壁的一组所述切向风进口所在的壳体横截面与所述后端壁的内壁之间，所述出口的直径为所述燃烧空间的内直径的四分之一到三分之二。
8.如权利要求1所述的冶金反射窑，其特征在于，所述乳化焦浆旋风燃烧装置包括一个所述乳化焦浆燃烧器、一个所述油燃烧器以及一个所述气体燃烧器，其中，所述油燃烧器和所述气体燃烧器设置在所述乳化焦浆燃烧器下方，所述乳化焦浆燃烧器的一次配风口设有旋流配风器。
9.如权利要求1所述的冶金反射窑，其特征在于，所述乳化焦浆燃烧器为四个，所述四个乳化焦浆燃烧器等间隔设置在以前端壁的中心为圆心的圆周上，所述四个乳化焦浆燃烧器所在的圆周的直径为所述燃烧空间的内直径的三分之一到四分之三；所述油燃烧器为三个，两个设置在所述前端壁下部，一个设置在所述前端壁的上部；所述气体燃烧器为两个，分别设置在所述的下部的两个油燃烧器附近，所述乳化焦浆燃烧器的一次配风口设有旋流配风器。
10.如权利要求1～9之一所述的冶金反射窑，其特征在于，进一步包括两个或两个以上的交替工作的排渣车，其中一个所述排渣车停留在所述液态渣出口下方，该排渣车的容渣空间与所述液态渣出口连通并且所述容渣空间与所述液态渣出口的连接处密封。
全文摘要
本发明公开了一种采用乳化焦浆旋风燃烧装置的冶金反射窑，包括反射窑本体以及乳化焦浆旋风燃烧装置，反射窑本体包括窑室、火焰入口以及烟气出口，乳化焦浆旋风燃烧装置包括由前端壁、后端壁、以及侧壁围成的壳体，壳体的内部形成一圆筒状的燃烧空间，前端壁上设置有至少一个乳化焦浆燃烧器、以及至少一个油燃烧器和/或至少一个气体燃烧器，后端壁开设一出口，出口通过热风管与窑室的火焰入口连通，壳体的侧壁上间隔设置两组或者两组以上的切向风进口，位于燃烧空间底部的侧壁上在邻近后端壁的位置开设至少一个液态渣出口。本发明的冶金反射窑采用乳化焦浆旋风燃烧装置，以乳化焦浆为燃料，节省了燃料成本并实现了资源的优化利用。
文档编号F23C3/00GK101021314SQ20061013234
公开日2007年8月22日 申请日期2006年12月26日 优先权日2006年12月26日
发明者常厚春, 李祖芹, 马革, 刘效洲 申请人:广州迪森热能技术股份有限公司