专利名称：煤粉与天然气混烧中的脉冲复合燃烧方法
技术领域：
本发明涉及煤粉与天然气混烧中的脉冲复合燃烧方法。特别适用于有气氛要求的高活性、低硫含量CaO、MgO的制备。
背景技术：
冶金石灰、白云石的质量与其生产装备有必然联系，石灰与白云石的活性大小很大程度上取决于锻烧所用的锻烧设备。国际上生产活性石灰与白云石的窑型主要有回转窑和竖窑两大类。传统的竖式窑以块煤或木炭为燃料，窑内的温度难以达到均匀一致，因此，对活性石灰与白云石的烧成质量有较大的影响。此生产方法能耗高、热利用率低、生产周期长。而近年来出现的回转窑生产活性石灰与白云石的方法，生产石灰质量最佳，适用于大规模生产，与传统的竖式窑生产方法相比具有能耗低、热利用率高、生产周期短等特点。
回转式烧成窑是一种高效的矿石煅烧设备，其工作原理是经过烟气预热的块状矿石(石灰石、白云石)，通过投料机进入回转式煅烧室；回转式煅烧室的结构是一长度为40-55米的同心直桶体，直桶体的外部为金属壳体，内部衬有耐火材料；直桶体有一定的倾斜角度，并按一定的速率转动，以使被煅烧的块状矿石能够边煅烧、边前行；桶体的另一端设有煤粉燃烧器。进入回转窑的煤粉与助燃空气混合、燃烧，释放出热量加热物料。
目前流行的回转窑，主要以煤粉或煤气为燃料，并采用燃料的连续式喷入方式进行燃烧。若单独采用煤粉为燃料时，对煤质的要求非常高，大多数情况下需采用烟煤作为燃料。随着钢铁质量要求越来越高，对以活性石灰为代表的熔渣剂的质量也提出了更高的要求。比如活性度、含硫量等。要保证生产高质量的活性CaO、MgO，就对回转窑的工况提出了非常高的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种煤粉与天然气混烧中的脉冲复合燃烧方法，该方法利用现有的燃煤粉回转窑对普通石灰石等矿物煅烧，以期获得高质量的活性石灰与白云石等冶金用熔剂原料。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是开启回转窑使其匀速转动后，点燃天然气，待窑内温度提高到850～950℃后再喷入煤粉，当煤粉稳定燃烧使窑温达到1100～1150℃时，将天然气控制调整到时序脉冲状态；在间隔5～30秒时序脉冲控制下，天然气以脉冲状态进入回转窑，并辅助煤粉进行燃烧；燃烧所产生的热烟气被送到竖式预热器中，对矿石预热；待窑温达到1150～1200℃时，投料机开始投料，矿石在自身重力与回转窑旋转的共同作用下，向前滚动，经过高温煅烧，形成活性矿石，并且继续前行，最后滚出回转窑，经过冷却得到活性矿石；矿石是石灰石或白云石。
本发明与现有技术相比，具有以下主要的优点 本发明提出的煤粉与天然气混烧中的脉冲复合燃烧技术，与单独燃烧煤粉的回转窑工作原理及设备结构相似，主要是对燃料系统加以改变，以便混烧煤粉与天然气，天然气的引入对促进煤粉的稳定燃烧有非常积极的作用。采用时序脉冲的方式引入天然气，这样可以利用天然气扩散速度快、燃烧温度低和易燃烧的特点，通过其助燃，带动煤粉的稳定燃烧，从而实现烧成室温度的稳定。并且具有燃烧效率高，可对煤粉的燃烧进行补充与控制，低污染的效果。
本发明提出的煤粉与天然气混烧中的脉冲复合燃烧方法，主要包含两大部分第一部分是为保证回转窑的工况，特别是温度场的稳定，采用非常容易燃烧的天然气通过第四通道进入回转式烧成室，由于其扩散快，燃烧效率高，可对煤粉的燃烧进行补充与控制，实现高效、低污染的复合燃烧。第二部分是天然气的加入方式，采用时序脉冲式高压喷入，天然气的压力控制在2～4个大气压为佳，这样就使其一定的速度喷入，增加了火焰的刚性与扩散能力。此方式具有热效率高、传热系数大、低污染的效果。
本发明提供的煤粉与天然气混烧中的脉冲复合燃烧方法，尤其适用煅烧室为一相对密闭的回转式烧成窑，对石灰石、白云石等矿物进行煅烧，以期生产活性CaO、MgO。
本发明采用脉冲复合燃烧方法，其优越性在于燃烧效率高、污染低。由于天然气非常容易通过管路进行输送，故对天然气实行脉冲控制。而煤粉与助燃空气的喷入量可保持相对稳定。
图1是回转式煅烧窑的结构及工作原理示意图。
图2是燃烧器8及助燃风系统示意图。
图3是燃烧器8的出口示意图。
图中1.竖式预热器；2.投料机；3.回转式烧成室；4.测温热电偶；5.火焰；6.矿石；7.氧化钙；8.燃烧器；9.助燃空气通道；10.第一手动调节阀；11.第一电磁阀；12.恒压调节阀；13.空气供给源；14.煤粉加入通道；15.煤粉加入器；16.煤粉供给机；17.一次风机；18.助燃空气通道；19.第二手动调节阀；20.第二电磁阀；21.恒压调节阀；22.空气供给源；23.天然气通道；24.第三手动调节阀；25.第三电磁阀；26.时序脉冲控制系统；27.恒压调节阀；28.天然气。
具体实施例方式 本发明提供的煤粉与天然气混烧中的脉冲复合燃烧方法，参见图1，具体是开启回转窑使其匀速转动后，由于燃烧室内的温度较低，煤粉燃烧困难，可先点燃天然气，待窑内温度提高到850～950℃后再喷入煤粉使其燃烧，当煤粉稳定燃烧使窑温达到1100～1150℃时，将天然气控制调整到时序脉冲状态；在间隔5～30秒时序脉冲控制下，天然气以脉冲状态进入回转窑，并辅助煤粉进行燃烧；燃烧所产生的热烟气输送到竖式预热器1中，对矿石6预热；待窑温达到1150～1200℃时，投料机2开始往回转式烧成室3投料，矿石在自身重力与回转窑旋转的共同作用下，向前滚动，经过高温煅烧，形成活性矿石，并且继续前行，最后滚出回转窑，经过冷却得到活性矿石7。矿石6是石灰石或白云石。
上述的燃烧器8具有四个通道，如图2和图3所示其中，第一通道为助燃空气通道9，第二通道为煤粉加入通道14，第三通道为助燃空气通道18，第四通道为天然气通道23。各部件的连接关系是从第一通道到第四通道是逐层包围的同心圆，且燃料和助燃空气相互间隔，有利于它们充分混合、燃烧。在燃烧器8的四个通道中，有各自的管路通道系统；只是在该燃烧器的出口处，从四个通道引出的煤粉、天然气、助燃空气才相互混合，扩散燃烧。天然气同煤粉一道从燃烧器8的四个通道中引入到回转式烧成室3，测温热电偶4测得温度信号后，反馈给煤粉供给系统，煤粉与天然气燃烧后形成的火焰5煅烧矿石6，得到高活性的CaO或白云石等优质冶金熔剂。为避免被煅烧矿物出现低温生烧，或高温死烧的问题，对回转式烧成室3的温度进行自动控制，即通过上述的四个通道来实现温度调节，确保回转式烧成室3的温度稳定。
所述的助燃空气通道9，通过第一手动调节阀10、第一电磁阀11、恒压调节阀12、空气供给源13实现助燃空气的供给(见图2)。助燃空气是指燃料燃烧时起到助燃的作用的空气，其中的氧气与燃料产生化学反应，释放出大量的热量。通常情况下，为确保燃料完全燃烧，所提供的助燃空气量比理论空气需要量要稍大一些，即助燃空气有一个过剩量。
所述的煤粉加入通道14，可通过煤粉加入器15与煤粉供给机16，在一次风机17的作用下，实现煤粉的稳定供给(见图2)。
所述的助燃空气通道18，在天然气与煤粉之间形成一个助燃空气夹层，并通过第二手动调节阀19、第二电磁阀20、恒压调节阀21、空气供给源22实现空气供给(见图2)。
所述的天然气通道23，其天然气采用时序脉冲控制，具体过程为经恒压调节阀27处理的天然气源，由第三手动调节阀24在点火初期起到辅助供给天然气的作用；而第三电磁阀25通过时序脉冲控制系统26控制其开或闭的时间，或处于大火及小火状态的时问，实现天然气的高压脉冲式喷入，天然气的压力控制在2～4个大气压为佳，这样就使其一定的速度喷入，可增加火焰的刚性与扩散能力。恒压调节阀27确保天然气28压力稳定。
本发明采用的回转式煅烧窑(回转窑)同现有技术，其结构如图1所示主要包括竖式预热器1、投料机2、回转式烧成室3、测温热电偶4、燃料供给系统、助燃空气供给系统等。回转式烧成室3为一相对密闭的回转式烧成窑。
本发明根据产量的大小计算出所用燃料的量。为确保回转式烧成室3的温度稳定，特别是为实现煤粉的稳定、充分燃烧，特引入非常容易燃烧的天然气为稳定燃烧的介质，该天然气通过第四通道(天然气通道23)进入回转式烧成室3，由于其扩散快，燃烧效率高，可对煤粉的燃烧进行补充与控制，实现高效、低污染的复合燃烧。可以根据需要(如煤质情况，不同的燃烧要求、不同的温度要求和成本等)，来设定煤粉与天然气的喷入比例，按质量计一般为100∶2～30。并通过各自的管路供给系统完成。为确保燃料完全燃烧，实际助燃空气的供给量比理论需求量要大，通常情况下，空气过剩系数为1.1。
下面结合结合具体实施例对上述内容作进一步说明。
实施例1 第一.将回转窑开启，使其匀速转动(1-1.5转/分钟)，点燃天然气，待窑内温度提高到900℃以后再喷入煤粉，当煤粉稳定燃烧后，窑温达到1150℃以上时，将天然气控制调整到时序脉冲状态。将热烟气输送到竖式预热器中，预热将被煅烧块状石灰石。
第二.待窑温达到1200℃时，投料机开始投料。石灰石在自身重力与回转窑旋转的共同作用下，向前滚动。经过高温煅烧，形成活性CaO。
第三.经过高温区煅烧后的矿石，继续前行，最后滚出回转窑，经过冷却得到活性CaO。
实施例2 第一.将回转窑开启，使其匀速转动(1-1.5转/分钟)，点燃天然气，待窑内温度提高到900℃以后再喷入煤粉，当煤粉稳定燃烧后，窑温达到1100℃以上时，将天然气控制调整到时序脉冲状态。将热烟气输送到竖式预热器中，预热将被煅烧块状白云石。
第二.待窑温达到1150℃时，投料机开始投料。白云石在自身重力与回转窑旋转的共同作用下，向前滚动。经过高温煅烧，形成活性MgO。
第三.经过高温区煅烧后的矿石，继续前行，最后滚出回转窑，经过冷却得到活性MgO。
权利要求
1.一种煤粉与天然气混烧中的脉冲复合燃烧方法，其特征是开启回转窑使其匀速转动后，点燃天然气，待窑内温度提高到850～950℃后再喷入煤粉，当煤粉稳定燃烧使窑温达到1100～1150℃时，将天然气控制调整到时序脉冲状态；在间隔5～30秒时序脉冲控制下，天然气以脉冲状态进入回转窑，并辅助煤粉进行燃烧；燃烧所产生的热烟气输被送到竖式预热器中，对矿石预热；待窑温达到1150～1200℃时，投料机开始投料，矿石在自身重力与回转窑旋转的共同作用下，向前滚动，经过高温煅烧，形成活性矿石，并且继续前行，最后滚出回转窑，经过冷却得到活性矿石；矿石是石灰石或白云石。
2.根据权利要求1所述的脉冲复合燃烧方法，其特征是在2～4个大气压下，将天然气调整到时序脉冲状态喷入回转窑。
3.根据权利要求1所述的脉冲复合燃烧方法，其特征是在回转窑中，煤粉、天然气与助燃空气通过燃烧器(8)进行混合燃烧。
4.根据权利要求3所述的脉冲复合燃烧方法，其特征是按质量计，煤粉与天然气的喷入比例为100∶2～30，空气过剩系数为1.1。
5.根据权利要求3所述的脉冲复合燃烧方法，其特征是所述的燃烧器(8)具有四个通道，其中第一通道为助燃空气通道(9)，第二通道为煤粉加入通道(14)，第三通道为助燃空气通道(18)，第四通道为天然气通道(23)；从第一通道到第四通道是逐层包围的同心圆，且燃料和助燃空气相互间隔。
6.根据权利要求5所述的脉冲复合燃烧方法，其特征是助燃空气通道(9)，通过第一手动调节阀(10)、第一电磁阀(11)、恒压调节阀(12)、空气供给源(13)实现助燃空气的供给。
7.根据权利要求5所述的脉冲复合燃烧方法，其特征是煤粉加入通道(14)，通过煤粉加入器(15)与煤粉供给机(16)，在一次风机(17)的作用下，实现煤粉的稳定供给。
8.根据权利要求5所述的脉冲复合燃烧方法，其特征是助燃空气通道(18)，在天然气与煤粉之间形成一个助燃空气夹层，并通过第二手动调节阀(19)、第二电磁阀(20)、恒压调节阀(21)、空气供给源(22)实现空气供给。
9.根据权利要求5所述的脉冲复合燃烧方法，其特征是天然气通道(23)，在点火初期由第三手动调节阀(24)控制天然气的供给；在燃烧期间，通过时序脉冲控制系统(26)控制第三电磁阀(25)的开或闭的时间，以及处于大火及小火状态的时间。
10.根据权利要求9所述的脉冲复合燃烧方法，其特征是天然气通道(23)，由恒压调节阀(27)控制天然气的压力。
全文摘要
本发明是一种煤粉与天然气混烧中的脉冲复合燃烧方法，具体是开启回转窑使其匀速转动后，点燃天然气，待窑内温度提高到850～950℃后再喷入煤粉，当煤粉稳定燃烧使窑温达到1100～1150℃时，将天然气控制调整到时序脉冲状态；在间隔5～30秒时序脉冲控制下，天然气以脉冲状态进入回转窑，并辅助煤粉进行燃烧；燃烧所产生的热烟气输送到竖式预热器中，对矿石预热；待窑温达到1150～1200℃时，投料机开始投料，矿石在自身重力与回转窑旋转的共同作用下，向前滚动，经过高温煅烧，形成活性矿石，并且继续前行，最后滚出回转窑，经过冷却得到活性矿石；矿石是石灰石或白云石。本发明具有热效率高、传热系数大、低污染等优点。
文档编号F23C1/12GK101293744SQ20081004799
公开日2008年10月29日 申请日期2008年6月12日 优先权日2008年6月12日
发明者谢峻林, 峰 何, 梅书霞, 金明芳, 达 韩, 刘小青 申请人:武汉理工大学