专利名称：用于水泥窑节能减排的局部增氧助燃装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于水泥窑的富氧助燃装置。
背景技术：
目前一般水泥窑采用的均是普通空气助燃或整体增氧助燃，前者由于空气中仅含不到21%的氧气，其余为惰性气体，不但不参与助燃，反而吸收大量的热量，从而降低了水泥窑的性能和效率等，而后者一般投资非常大、副作用又多如炉龄明显下降、NOx明显提高等。如中国实用新型专利201120253557.8 (CN202177298U)的方案“在格栅冷却器下部设有鼓风机和预混器，用于将二次风正常空气和二次风富氧空气混合并送入到水泥回转窑之中”，如按照该方案，由于回转窑二次风正常空气温度在850-1100°C之间，而二次风富氧空气温度比较低，混合后不仅不一定达到节能之效果，而且投资和副作用均非常大，因而实用性不好。
局部增氧助燃技术是本发明人最早提出的(见中国发明专利ZL97104465.1(CN1084865C))，目前已经成功应用了 30多种窑炉，均取得了明显的节能减排效益。对于水泥窑应用局部增氧助燃技术，虽然在下述专利申请或专利中有所提及，包括中国发明专利申请 200810233560.6 (CN101407381A)、中国发明专利申请 200910010412.2(CN101487593A)、中国实用新型专利 200920010534.7 (CN201344555Y)及 201120436379.2(CN202390203U)，但这些专利分别存在如下不足:如CN101407381A所说的“效果说明”完全是想当然，非常不现实:如窑头加纯氧流量6m3/h，温度能提高150°C，投煤量从6.15 t/h下降到5.9 t/h,煤低发热值17200 KJ/Kg,根据这些数据计算出6.15 t/h煤耗至少需要空气量为28240 m3/h，如果混合后富氧浓度仅增加0.02个百分点，所以窑头温度不可能提高150°C !另该专利设计了多种富氧喷嘴，均实用意义不大，特别“如图6”，把富氧喷嘴插在“窑头罩侧面或顶部”，因为窑头罩内是来自蓖冷机的大量二次风，所以把氧加在窑头罩内相当于整体增氧！这样靠近窑头罩的冷却带温度会明显提高，而冷却带的工艺任务是使熟料迅速冷却，提高温度会得不偿失！ CN101487593A及CN201344555Y中提及“在用于水泥回转窑时，专有富氧喷嘴可以用水泥回转窑四通道燃烧器中心点火枪用的中心管替代。”由于水泥回转窑影响因素非常多，所以经常停窑，故用中心管既不方便，又不能调节角度，使用效果就大打折扣，甚至没有效果还有副作用:因为通过中心管加氧会使火焰中心(烧成带)前移到冷却带(缩短)，严重影响熟料的冷却和回转窑的正常运行；CN202390203U在实用效果方面的问题更为突出:本发明人对于富氧膜分离及应用的实践和研究，可证明上述专利在制氧方面能耗比较高，特别是第二级膜分离器，能耗更高，而能耗费用比设备费还要贵；如按照前述专利中提出的3000Nm3/h为例，一级膜分离器每年的运行能耗费用至少是设备费的1/2以上，而采用VPSA，其设备费比膜法低10%以上，而能耗费用仅为膜法的65%左右；另外，该专利“将富氧气体送入多通道燃烧器”，和CN201344555Y或CN101487593A所述技术方案一样，均作为一次风，没有富氧喷嘴，达不到最佳节能减排效果，不能充分发挥局部增氧助燃技术的优势。另上述技术均采用膜法氧源，而且采用水环式真空泵和气水分离脱湿稳压装置，其结果是使富氧空气均带饱和水蒸汽，其含汽量至少是VPSA的2倍，严重影响富氧品质和节能减排效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用富氧喷嘴来充分发挥局部增氧助燃技术的优势，达到更佳节能减排效果的用于水泥窑节能减排的局部増氧助燃装置。本发明是在水泥窑旁加一套局部增氧助燃装置，该装置主要包括VPSA(真空变压吸附)富氧发生装置、鼓风机、富氧调控装置、富氧预热器、富氧喷嘴、报警控制装置、富氧压力变送器、富氧浓度变送器、富氧流量变送器、急停装置和电控装置等。其中，VPSA富氧发生装置出口与富氧调控装置的富氧进口相连，该富氧调控装置的空气进口与鼓风机相连，于是由鼓风机输送到富氧调控装置内的空气与富氧发生装置制得的氧气相互混合成为富氧气体。在上述富氧调控装置上设有富氧气体出口，其通过输氧管路与富氧预热器富氧进口相连。在该输氧管路上分别设有富氧压力变送器、富氧浓度变送器、富氧流量变送器及调控阀。其中，富氧压力变送器主要用于监控富氧管路上的压力高低，如果富氧压力过高，系统报警提示富氧喷嘴有可能堵塞，尽快查明原因并解决；如果富氧压力过低，系统报警提示富氧管路或富氧预热器等有可能泄漏，尽快查明原因并解决。富氧浓度变送器主要用于监控富氧浓度，确保富氧浓度稳定。富氧流量变送器主要用于监控富氧流量，确保富氧流量稳定。上述富氧预热器为空气预热器，其烟气入口与水泥窑高温废气相连，而富氧气体出口与富氧喷嘴相连。该富氧喷嘴设在回转窑燃烧器的下半部。所述的水泥窑高温废气可以是窑头高温废气，可以是窑尾高温废气，还可以是水泥窑旁路放风的高温废气；最好上述富氧管路还设有一个支路，该支路上设有调控阀和富氧预热器，支路的端部与设在水泥窑窑尾分解炉上的富氧喷嘴相连。为使富氧喷嘴发挥最佳效果，最好在回转窑燃烧器的窑头罩下半部壁上设η组通孔，I < η < 8，每个通孔内设一根套管并且该套管在窑头罩壁外留70-300_，在该管四周对称设4-8组通孔，孔上焊有螺帽，其上螺纹连接螺栓。在上述套管内置有富氧喷嘴，两者的间隙设有石棉绳。最好富氧喷嘴呈圆弧形布置在回转窑燃烧器的下侧，并偏离回转窑旋转方向一个角度，该角度与回转窑转速大小成正比，一般在2-50°之间，同时该圆弧必须在回转窑燃烧器的下半部。上述富氧发生装置、鼓风机、富氧调控装置、富氧压力变送器、富氧浓度变送器、富氧流量变送器、回转窑和水泥窑窑尾分解炉均与电控装置通过电缆相连，用于控制各装置开停。该电控装置还与报警装置相连，用于防止有关带电设备过流或缺项以及控制富氧流量、压力和浓度的稳定。最好上述电控装置还与急停装置相连，用于预防局部增氧助燃装置出故障无法及时恢复时使用。本发明与现有技术相比具有如下优点:
1、采用富氧喷嘴，特别是布置为圆弧形，既使物料尽可能吸收更多的有效热量，又能有效的降低水泥窑上部的温度，并使燃料在较少的助燃风下及时充分完全地燃烧；既能扩大劣质燃料的应用范围，又能充分发挥优质燃料的性能；既能明显节能、提高产品品质和产量，又能延长炉龄和维护周期、减少烟尘、粉尘、CO、CO2和NOx等，具有显著的综合节能减排效益。
2、VPSA法比膜法投资和能耗更低、富氧品质更好、而且VPSA法更成熟、规模越大，相对比膜法的投资和能耗越低。3、和现有的富氧加在一次风、二次风或三次风里相比，副作用更少、综合节能减排效果更好。
图1是本发明例I流程不意简图。图2是本发明回转窑燃烧器富氧喷嘴的相对位置示意图。图3是本发明例2流程不意简图。图4是本发明例3流程不意简图。图中1.急停装置，2.电控装置，3.鼓风机，4.报警控制装置，5.VPSA富氧发生装置，6.富氧调控装置，7.富氧压力变送器，8.富氧浓度变送器，9.富氧流量变送器，10.调控阀，11.富氧预热器，12.富氧喷嘴，13.回转窑燃烧器，14.回转窑，15.水泥窑窑尾分解炉，16.回转窑的旋转方向，17.熟料在回转窑内的位置线，18.熟料，19.富氧喷嘴与回转窑燃烧器中心垂直面的偏离角度α。图中的虚线箭头为电揽/控制线。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:
在图1所示的用于水泥窑节能减排的局部增氧助燃装置流程示意简图中，VPSA富氧发生装置出口与富氧调控装置的富氧进口相连，该富氧调控装置的空气进口与鼓风机相连。在上述富氧调控装置上设有富氧气体出口，其通过输氧管路与富氧预热器富氧进口相连。在该输氧管路上分别设有富氧压力变送器、富氧浓度变送器、富氧流量变送器及调控阀。上述富氧预热器的烟气入口与窑尾高温废气相连，而富氧气体出口与富氧喷嘴相连。该富氧喷嘴有四组，其中三组设在回转窑燃烧器的下半部，其中一组设在水泥窑窑尾分解炉上。在图2所示的回转窑燃烧器富氧喷嘴的相对位置示意图中，回转窑燃烧器的窑头罩下半部壁上开三组通孔，每个通孔内设一根套管并且该套管在窑头罩壁外留70-300mm，在该管四周对称设4-8组通孔，孔上焊有螺帽，其上螺纹连接螺栓。在上述套管内置有富氧喷嘴，两者的间隙设有石棉绳。富氧喷嘴呈圆弧形布置在回转窑燃烧器的下半部，并偏离回转窑旋转方向一个角度，该角度与回转窑转速大小成正比，一般在2-50°之间。又在图1中，上述富氧发生装置、鼓风机、富氧调控装置、富氧压力变送器、富氧浓度变送器、富氧流量变送器、回转窑和水泥窑窑尾分解炉均与电控装置通过电缆相连。该电控装置还与报警装置相连。上述电控装置还与急停装置相连。在图3所示的用于水泥窑节能减排的局部增氧助燃装置流程示意简图中，VPSA富氧发生装置出口与富氧调控装置的富氧进口相连，该富氧调控装置的空气进口与鼓风机相连。在上述富氧调控装置上设有富氧气体出口，其通过输氧管路与富氧预热器富氧进口相连。在该输氧管路上分别设有富氧压力变送器、富氧浓度变送器、富氧流量变送器及调控阀。上述富氧预热器的烟气入口与窑头高温废气相连，而富氧气体出口与富氧喷嘴相连。该富氧喷嘴有四组，其中三组设在回转窑燃烧器的下半部，其中一组设在水泥窑窑尾分解炉上。在图2所示的回转窑燃烧器富氧喷嘴的相对位置示意图中，回转窑燃烧器的窑头罩下半部壁上开三组通孔，每个通孔内设一根套管并且该套管在窑头罩壁外留70-300mm，在该管四周对称设4-8组通孔，孔上焊有螺帽，其上螺纹连接螺栓。在上述套管内置有富氧喷嘴，两者的间隙设有石棉绳。富氧喷嘴呈圆弧形布置在回转窑燃烧器的下半部，并偏离回转窑旋转方向一个角度，该角度与回转窑转速大小成正比，一般在2-50°之间。又在图1中，上述富氧发生装置、鼓风机、富氧调控装置、富氧压力变送器、富氧浓度变送器、富氧流量变送器、回转窑和水泥窑窑尾分解炉均与电控装置通过电缆相连。该电控装置还与报警装置相连。上述电控装置还与急停装置相连。在图4所示的用于水泥窑节能减排的局部增氧助燃装置流程示意简图中，VPSA富氧发生装置出口与富氧调控装置的富氧进口相连，该富氧调控装置的空气进口与鼓风机相连。在上述富氧调控装置上设有富氧气体出口，其通过输氧管路与富氧预热器富氧进口相连。在该输氧管路上分别设有富氧压力变送器、富氧浓度变送器、富氧流量变送器及调控阀。上述富氧预热器的烟气入口与窑尾旁路放风高温废气相连，而富氧气体出口与富氧喷嘴相连。该富氧喷嘴有四组，其中三组设在回转窑燃烧器的下半部，其中一组设在水泥窑窑尾分解炉上。在图2所示的回转窑燃烧器富氧喷嘴的相对位置示意图中，回转窑燃烧器的窑头罩下半部壁上开三组通孔，每个通孔内设一根套管并且该套管在窑头罩壁外留70-300mm，在该管四周对称 设4_8组通孔，孔上焊有螺帽，其上螺纹连接螺栓。在上述套管内置有富氧喷嘴，两者的间隙设有石棉绳。富氧喷嘴呈圆弧形布置在回转窑燃烧器的下半部，并偏离回转窑旋转方向一个角度，该角度与回转窑转速大小成正比，一般在2-50°之间。又在图1中，上述富氧发生装置、鼓风机、富氧调控装置、富氧压力变送器、富氧浓度变送器、富氧流量变送器、回转窑和水泥窑窑尾分解炉均与电控装置通过电缆相连。该电控装置还与报警装置相连。上述电控装置还与急停装置相连。本发明采用VPSA富氧发生装置与膜法提供富氧的性能比较结果如下:
以2500吨水泥窑为例，选取富氧流量6900Nm3/hr，浓度27 (V) %，压力17KPa，
有关参数对比参见下表:
权利要求
1.一种用于水泥窑节能减排的局部增氧助燃装置，其特征在于=VPSA富氧发生装置出口与富氧调控装置的富氧进口相连，该富氧调控装置的空气进口与鼓风机相连，在上述富氧调控装置上设有富氧气体出口，其通过输氧管路与富氧预热器富氧进口相连，在该输氧管路上分别设有富氧压力变送器、富氧浓度变送器、富氧流量变送器及调控阀，上述富氧预热器的烟气入口与水泥窑高温废气相连，而富氧气体出口与富氧喷嘴相连，该富氧喷嘴设在回转窑燃烧器的下半部，上述富氧发生装置、鼓风机、富氧调控装置、富氧压力变送器、富氧浓度变送器、富氧流量变送器、回转窑和水泥窑窑尾分解炉均与电控装置通过电缆相连。
2.根据权利要求1所述的用于水泥窑节能减排的局部增氧助燃装置，其特征在于:所述的水泥窑高温废气或是窑头高温废气，或是窑尾高温废气，或是水泥窑旁路放风高温废气。
3.根据权利要求2所述的用于水泥窑节能减排的局部增氧助燃装置，其特征在于:富氧管路还设有一个支路，该支路上设有调控阀和富氧预热器，支路的端部与设在水泥窑窑尾分解炉上的富氧喷嘴相连。
4.根据权利要求2或3所述的用于水泥窑节能减排的局部增氧助燃装置，其特征在于:在回转窑燃烧器的窑头罩下半部壁上设η组通孔，I ^ 8,每个通孔内设一根套管并且该套管在窑头罩壁外留70-300mm，在该管四周对称设4_8组通孔，孔上焊有螺帽，其上螺纹连接螺栓，在上述套管内置有富氧喷嘴，两者的间隙设有石棉绳。
5.根据权利要求4所述的用于水泥窑节能减排的局部增氧助燃装置，其特征在于:富氧喷嘴呈圆弧形布置在回转窑燃烧器的下侧，并偏离回转窑旋转方向一个角度，该角度与回转窑转速大小成正比，一般在2-50°之间，同时该圆弧必须在回转窑燃烧器的下半部。
6.根据权利要求1所述的用于水泥窑节能减排的局部增氧助燃装置，其特征在于:电控装置还与报警装置相连。
7.根据权利要求1所述的用于水泥窑节能减排的局部增氧助燃装置，其特征在于:电控装置还与急停装置相连。`
全文摘要
一种用于水泥窑节能减排的局部增氧助燃装置，放置在水泥窑旁,其VPSA富氧发生装置与富氧调控装置相连，该富氧调控装置又与鼓风机相连，该富氧调控装置通过输氧管路与富氧预热器相连，在该输氧管路上分别设有富氧压力变送器、富氧浓度变送器、富氧流量变送器及调控阀，上述富氧预热器的烟气入口与水泥窑高温废气相连，而富氧气体出口与富氧喷嘴相连，该富氧喷嘴设在回转窑燃烧器的下半部。本发明能使物料尽可能吸收更多的有效热量，又能有效地降低水泥窑上部的温度，并使燃料在较少的助燃风下及时充分完全地燃烧；又能充分发挥优质燃料的性能，使劣质燃料的使用成为可能；减少烟尘、粉尘、CO、CO2和NOX等，具有显著的综合节能减排效益。
文档编号F27D17/00GK103175394SQ201310065548
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月1日 优先权日2013年3月1日
发明者金万金, 唐金泉, 沈光林, 孙明朗 申请人:大连易世达新能源发展股份有限公司