专利名称：将燃料引入到窑炉内的方法和烧嘴的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方法(下面提到方法时就是指这里说明的这一种方法)可用来将固态、液态或气态燃料引入到窑炉如制造水泥熟料或类似产品用的转窑的燃烧区内，该方法系将燃料通过管道输入，并将一次空气通过至少两根环状管道输入，这两根管道基本上与燃料管道同心并包围着燃料管道，其中一根空气管道的那部分空气基本上沿轴向流动，而在第二根空气管道内的那部分空气具有一个环绕烧嘴中心轴线旋转的运动分量，在这两部分空气内的一次空气量可单独被控制。本发明还涉及一种烧嘴以便用来实现本发明的方法。
用于这种目的的烧嘴是人们所熟知的。最初它们只是由一根单独的管子构成，通过该管将粉碎的煤粉和空气的混合物喷入到窑炉的燃烧区内。后来烧嘴改进设计，引入一些新的特征如增添管道用来引入其他型式的液态或气态燃料。另外，大多数的现代烧嘴具有一根或数根分开的管道用来喷射空气，因此只有少量一次空气与粉煤一起喷射。将旋转运动施加到某些被喷射的空气上，使我们在较大程度上能够控制窑炉内火焰的形状。
上述这种烧嘴的一个例子曾在EP-B-0421903中说明。这个已知的烧嘴具有一根或数根引入燃料用的管道被两根喷射一次空气用的管道包围着。其中在里面的一根空气管道的形状喷嘴口设有斜叶片能使空气作旋转运动。而在外面的一根管道内空气基本上沿轴向被输送并喷射。这两根管道的喷嘴截面积是可调的，只要沿轴向相互相对地调节这两根管道即可，并且在这两根管道内的那部分一次空气也都可单独被调节。采用这种烧嘴，由于能调节一次空气的流率和速度以及它被施加旋转运动的量，因此也能使火焰形状变化。但这种烧嘴的缺点是，一次空气是通过两个分开的环状喷嘴喷入的，因此造成较高的压力损失，并且一次空气与燃料在燃烧区内的混合效果较差。
上述这种烧嘴的第二个例子曾在EP-A-0650012中说明。这个已知的烧嘴也具有一根或数根引入燃料用的管道被一根单独的一次空气管道包围着，该空气管道将一次空气排放到环状喷嘴。在该环状喷嘴的紧前面，空气被引导通过多个柔性管，这些柔性管通过一个机构的作用能向侧边弯曲，从而使空气旋转。空气的旋转、于是火焰的形状因此都能变化，只要改变柔性管弯曲的角度并改变一次空气的量即可。将所有一次空气只通过一个喷嘴输送的优点是，可减少压力损失并确保空气和燃料较有效地混合，因此能得到一个较稳定的火焰。但这种烧嘴的缺点是，具有柔性管的系统需有一较复杂的调节机构，而该机构在所需操作环境内又很容易损坏。
本发明的目的是要提供一种方法和烧嘴，以便能确保燃料和空气的有效混合而只有极小的压力损失，并且可以改变火焰的形状，同时考虑到在旋转窑炉的燃烧区内施加在烧嘴上的热力和机械的高载荷，结构须有一定程度的坚固性，以资确保有一合理的使用寿命。
这个目的是通过这里说明的那种方法来达到的，其特征在于，一次空气的两部分是在较低的速度下在一集合管内混合成为单一混合的一次空气流，接着该空气流被加速到所需的较高排放速度。
本发明还包括一个烧嘴以便用来将固态、液态或气态燃料引入到一个窑炉如制造水泥熟料或类似产品用的旋转窑炉的燃烧区内，该烧嘴具有输送燃料的管道和至少两根基本上与它同心并包围着它的输送一次空气的管道，其中一根空气管道的那部分空气沿轴向流动，而第二根空气管道内的那部分空气则环绕烧嘴的中心轴线旋转而流动，并设有装置可单独控制各该管道内的那部分一次空气量；其特征在于，两根一次空气管道内的空气被排放到一根联合的环状集合管内，以便用该管将混合的一次空气送到环状喷嘴上，并且该集合管内的流动截面积在空气沿轴向运动的方向上逐渐递减。
这样我们就得到一种方法和烧嘴，利用该方法和烧嘴，可以确保用操作上可靠的方式使燃料和空气有效地混合而只有极小的压力损失，并且火焰形状还能适宜地达到所需最佳形状，这是因为一次空气的两个支气流在没有喷入到窑炉内之前已在较低的速度下混合成为一条空气流，接着在较高的速度下通过一个喷嘴喷入，其时一次空气的旋转程度可通过改变两个一次空气流的相关量来变化，而所有必需的控制装置都可用立即可以触摸到的方式安装在窑炉燃烧区的外侧。这样那些要承受热载荷的烧嘴零部件就可按简单而坚固的设计制备。从两个一次空气流混合的地方到环状喷嘴的集合管的流动截面积最好按5到12的系数递减使混合的一次空气流的速度被一同等的系数加速。
在一特别适用于制造水泥的旋转窑炉中应用的按照本发明的烧嘴的特优实施例中，一次空气管道和控制装置最好这样安排使一次空气管道内的轴向流动速度在20到25m/s的范围之间，而集合管被这样安排使混合后的一次空气流的流动速度被加速到160和200m/s的范围内。
集合管可按任何一种实用的方式设计，只要能得到相应于上述的加速即可。但集合管最好由两个同心的环状元件构成，其中最外面的元件的形状为一截圆锥体，在流动的方向上收敛，其相对于烧嘴中心轴线的倾斜角α在30°到60°之间，而在最里面的环状元件基本上与烧嘴的中心轴线平行。但集合管也可能用其他形状。最里面的环状元件的形状也可以是一个在流动方向上收敛的截圆锥体，如果是这样，最里面的环状元件的倾斜角必须比在最外面的环状元件的倾斜角小得多。
在第二空气管道内空气可用各种不同的方式使它环绕烧嘴的中心轴线旋转，特别是利用可在角度上转动的小管，如前所述。但最好采用多个斜叶片，将它们插置在第二空气管道内管道排放点的紧上游处来使空气旋转。
环状喷嘴的设计应使压力损失尽可能地小，它还可由两个同心的环状元件构成，其中至少有一个的形状为截圆锥体，使喷嘴的截面积能够通过两个元件相互相对的轴向位移来改变。
下面本发明将结合概略的附图进一步详细说明。
图1a为按照本发明的烧嘴的第一实施例的前段的剖视图；图1b为同一烧嘴的前视图；图2a、2b、2c和2d分别为具有可变截面积的一次空气喷嘴的各个不同的、可替代的实施例；图3a为按照本发明的烧嘴的第二实施例的前段的剖视图；及图3b为同一烧嘴的前视图。
图1a和1b中的烧嘴是供复合燃烧油和粉煤用的，它具有一根保护管2，其内插置着一个分开的吹管1用来导入并雾化燃料油。
在保护管2的周围同心地布置着两根管子3和4，在这两根管子之间形成一个环状通道6可用来导引并喷入粉煤和空气的混合物。为了使燃油烧嘴1冷却并使它没有灰尘，可将一次空气总量中的一小部分导引并喷入到内管3和保护管2之间的空间内。除了保护管2以外，还可能在内管3内插入一根或数根管子以便引入补充的、可替代的燃料。
在管2、3和4周围还同心地布置着一根空气管5，该管与煤管4联合形成一条环状通道8以便用来导引某些被称为旋转空气的一次空气。有多个斜叶片10配装在管道8的排放端为的是使旋转空气进行旋转运动。
在管子5的周围同心地配装着烧嘴管7，该管与径向的空气管5联合形成一条环状通道9以便用来导引被称为轴向空气的一次空气的其余部分。由于在燃烧区内的温度非常高，在烧嘴管7的外侧设有陶瓷的耐火衬套11。
按照本发发明一次空气管道8和9排放到一个联合的环状集合管15内。在所示的实施例中，集合管设在管4和一圆锥形的环状元件7a之间，该元件被连接到烧嘴管7上。在集合管15中，两支一次空气流被混合成一条空气流，而该空气流由于集合管的设计，先被加速，然后再通过环状喷嘴口14被喷射到窑炉的燃烧区内。
喷嘴口14设于固定在环状元件7a上的外喷嘴环12和固定在煤管4上的内喷嘴环13之间。使一个或两喷嘴环12、13具有圆锥表面，喷嘴的流动截面积就可通过两个喷嘴环的相互相对轴向位移来加以变化。
图2a、2b、2c和2d示出设计喷嘴用的不同方案。
在图2a中喷嘴14的外部件12的形状为一细长的、收敛的截圆锥体，而内部件13被制成一个圆筒。因此空气的流动方向被略微调向烧嘴的中心线。
图2b中的喷嘴14的外部件12为一光滑的圆环形孔，而内喷嘴环13则被制成一个细长的、扩散的截圆锥体，因此空气的流动方向被调节得略微偏离烧嘴的中心线。
在图2c和2d所示的喷嘴14的设计中空气的流动方向保持在轴向上。
在图3a和3b中示出了一个不带煤管4的烧嘴。在这情况下内喷嘴环13被固定在内管3上。
图1a和1b所示烧嘴的操作原理为，燃料油被吹管1引入并雾化。为了使烧嘴吹管冷却并使它保持清洁，小量的一次空气被喷入到内管3和保护管2之间的空间内。粉煤和输送空气的混合物通过环状管6被喷入。一次空气可用已知的方法引入并分布到两个一次空气管道8和9中，例如在FR-A-2348438中说明的，其内容在这里被引用供参考。供应到两个管道8和9中的空气量可互不相关地单独控制。在集合管15内两个一次空气流被混合成一个空气流。混合空气流的特性为两个汇合空气流特性的综合，同时具有轴向的和旋转方向的流动分量，其相互关系可通过对两个一次空气流的控制来变化，因此可得到最佳的火焰。如前所述，在集合管15内混合的一次空气流在通过环状喷嘴14被喷入到窑炉内之前被加速到所需的速度。
粉煤和输送空气必须以足够高的速度喷入到窑炉内使煤微粒保持在悬浮状态，但速度也不要高到使管子承受不能接受的磨损暴露的程度。通常该速度可在25-40m/s的范围内。
当烧嘴被用于传统的旋转窑以便制造水泥熟料时，通过烧嘴喷入的一次空气量通常占理论所需燃烧空气量的5到15％。其余的燃烧空气即通常所谓二次空气是在没有烧嘴的情况下被引入到窑炉内的。十分普遍的做法是将来自后续的材料冷却器的、加热的冷却空气用来作为二次空气，冷却空气典型地被加热到1000℃左右。当烧嘴用于这种用途时，一次空气的喷射速度应比燃料的喷射速度高得多，并且正常应在160到200m/s的范围内。当一次空气离开喷嘴14时，它将挟带热的周围的二次空气，使它与燃料混合。由于二次空气在1000℃左右的高温，燃料将被点燃。
要保证水泥熟料的稳定生产，火焰的形状至关重要。火焰的形状可通过一次空气流的流率和喷射速度的变化以及使空气进行旋转的程度的变化来予以改变。通常需要的是空气流的适中程度的旋转，从而承受旋转而被导引通过管道8的一次空气量，典型地为总的一次空气流的0到35％。
权利要求
1.一种方法，可用来将固态、液态或气态燃料引入到窑炉如制造水泥熟料或类似产品用的转窑的燃烧区内，该方法系将燃料通过管道(1、6)输入并将一次空气通过至少两根环状管道(8、9)输入，这两根管道基本上与燃料管道同心并包围着燃料管道，其中一根空气管道(9)的那部分空气基本上沿轴向流动，而在第二根空气管道(8)内的那部分空气具有一个环绕烧嘴中心轴线旋转的转动分量，在这两个部分内的一次空气量各可单独被控制，其特征在于，一次空气的两个部分是在较低的速度下在一集合管(15)内混合成为单一混合的一次空气流，接着该空气流被加速到所需的较高排放速度。
2.按照权利要求1的方法，其特征为，混合的一次空气流按5到12之间的系数加速。
3.按照权利要求1或2的方法，其特征为，在两根空气管道内的一次空气的轴向流动速度在20到25m/s的范围内，而混合的一次空气流的流动速度被加速到160到200m/s。
4.按照以上权利要求中任一项的方法，其特征为，导引第二根空气管道(8)内的空气使它经过多个设在管道排放端紧上游的斜叶片(10)，从而使它环绕烧嘴的中心轴线旋转。
5.一种烧嘴，用来将固态、液态或气态燃料引入到窑炉如制造水泥熟料或类似产品用的转窑的燃烧区内，该烧嘴具有输入燃料用的管道(1、6)和至少两根输入一次空气用的环状管道(8、9)，这两根管道基本上与燃料管道同心并包围着燃料管道，其中一根管道(9)的那部分空气沿轴向流动，而在第二根空气管道(8)内的那部分空气流动时具有一个环绕烧嘴中心轴线的转动分量，该烧嘴还设有装置可分别用来控制在这两个部分内的一次空气量，其特征在于，两根一次空气管道(8、9)排放到一个环状集合管(15)内以便将混合的一次空气导引到环状喷嘴(14)上，两集合管(15)的流动截面积在空气流动的轴向上逐步递减。
6.按照权利要求5的烧嘴，其特征为，集合管(15)的流动截面积按5到12的系数缩减。
7.按照权利要求5或6的烧嘴，其特征为，一次空气管道(8、9)和控制装置被这样安排，使一次空气管道内的轴向空气流动速度在20到25m/s的范围内，而集合管(15)被这样安排，使混合的一次空气流被加速到160到200m/s的流动速度。
8.按照权利要求7的烧嘴，其特征为，集合管(15)由两个同心的环状元件(4、7a；3、7a)构成，其中外元件(7a)的形状为一截圆锥体，它在流动方向上以相对于烧嘴中心轴线为30°到60°的倾斜角收敛。
9.按照权利要求5到8中任一项的烧嘴，其特征为，第二根空气管道(8)在其排放端的紧上游设有多个斜叶片(10)以便用来使第二根管道内的那部分空气具有旋转运动分量。
10.按照权利要求5到9中任一项的烧嘴，其特征为，喷嘴(14)由两个同心环状元件(12、13)构成，其中至少一个元件被制成截圆锥体，使喷嘴截面积能通过两个元件的相互相对的轴向位移而变化。
全文摘要
本发明提供一种方法和烧嘴,用来将固态、液态或气态燃料引入到窑炉如制造水泥熟料或类似产品用的转窑的燃烧区内。其中燃料被导引通过基本上为同心的管道(1、6),而一次空气被导引通过两个类似的同心且成环状布置在燃料管道周围的管道(8、9),在其中一个空气管道(9)内的空气沿轴向流动,而在第二空气管道内的空气则环绕烧嘴的中心轴线旋转,这两部分一次空气各可被单独控制。烧嘴的特点为两个一次空气流以较低的速度在一集合管(15)内混合成一个一次空气流,接着被加速到一个所需的较高速度,然后通过环状喷嘴喷入到窑炉内。这样便可以操作上可靠的方式和极小的压力损失。获得燃料和空气的有效混合,并且火焰形状可以适合所需的最佳状态。
文档编号F23C7/02GK1242829SQ98801591
公开日2000年1月26日 申请日期1998年1月13日 优先权日1997年3月7日
发明者伊布·奥尔森 申请人:弗·尔·斯米德恩公司