專利名稱：燃料輸送終端、燃燒噴槍、控制燃料供給流的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于石灰再生爐(lime regenerating oven)的燃燒噴 槍(combustion lance)的燃料輸送終端以及一種裝備有這種終端的噴槍。 本發(fā)明還涉及用于控制通過這種噴槍的燃料供給流的一種系統(tǒng)和一種方 法。
背景技術：
眾所周知，用于以石灰石為原料生產(chǎn)石灰的并流再生爐由兩個大容器 (vat)組成，所述兩個大容器通過連接溝槽彼此互連。
將石灰石裝載到每個大容器中，并使之沿著預熱區(qū)域下降，在所述預 熱區(qū)域中，再生的熱交換伴隨著帶有煙的反向氣流(counter-current)出現(xiàn)， 并到達熬煉/煅燒區(qū)域。
所述爐操作在每個大容器中提供具有8-12分鐘長的燃燒周期的交替 燃燒。
在燃燒周期的第一步驟中，燃料通過燃燒噴槍進入正在燃燒的大容器 中，并燃燒吹入的空氣。尤其，在使用固體燃料(例如煤粉)的情況下， 所述燃燒噴槍將被運輸空氣帶走的燃料插入正在燃燒的大容器中。釋放出 的熱量部分地被在第一個大容器中的石灰石煅燒所吸收。同時，為了冷卻 石灰，從每個大容器的基底將冷卻空氣輸入。當煅燒時，正在燃燒的大容 器的冷卻空氣，與燃燒氣體和從石灰石中釋放出的二氧化碳一起沿著所述互連橫向溝槽運動，由此以大約105(TC的溫度到達第二個大容器。在第二 個大容器中，來自第一個大容器的氣體和第二個大容器基底的冷卻空氣相 混合并上升，由此加熱能在第二個大容器的預熱區(qū)域得到的石灰石。
如果上述操作方式繼續(xù)進行，排放出的氣體的溫度也將超過30(TC。 于是，在8-12分鐘的周期以后，停止燃料和空氣流進入原本正在燃燒的第 一個大容器，降低大容器的壓力，排放石灰，用新鮮的石灰石重新充填大 容器，并將過程倒轉(zhuǎn)；在現(xiàn)有的爐中，為了避免過度加熱以及由此可能導 致的石灰的過度熬煉(overcooking),使所述燃燒周期不超過12分鐘是十 分重要的。在填充了石灰石以后，燃料和空氣供給到第二個大容器并且所 排放的氣體從第一個大容器的頂部朝套筒式過濾器(sleeve filter)排出， 以在其排入大氣/環(huán)境之前減少固體顆粒物。
在現(xiàn)有的再生爐中，即使爐總是進行正確地操作，燃燒噴槍的操作壽 命依然受限。尤其，燃燒噴槍的壽命依賴于制造其所采用的鋼的類型、燃 料的類型、石灰石煅燒行為以及爐操作條件。根據(jù)經(jīng)驗，噴槍的典型壽命 為l-2年，但在爐操作存在問題、內(nèi)部石灰石形成阻塞和燃料過度加熱的 情況下，壽命會短得多。
尤其，在使用煤粉的情況下，產(chǎn)生燃燒噴槍的快速消耗以及其操作壽 命的劇烈下降中的一種典型情況，是源于在噴槍的輸送噴嘴周圍的石灰石 顆粒的空間分布方式。實際上，在現(xiàn)有的噴槍中，當填充所述大容器時， 經(jīng)常地，如果沒有堵塞所述輸送噴嘴，也會有多個石灰石顆粒中的一個極 其靠近所述輸送噴嘴。在這種情形下，由噴槍輸送的煤粉的燃燒立即出現(xiàn) 在所述輸送噴嘴的附近，造成其迅速和不可避免的惡化。這種惡化引起整 個噴槍的消耗、縮短更換時間，以及引起隨之而來的必要的更換，帶來由 這種操作產(chǎn)生的經(jīng)濟資源和時間的明顯浪費。由于上述原因，顯然，為了 能總是保證爐的正確和持續(xù)的操作，如果不合理，則必需總是要具有完備 的備用噴槍套件，這關系到存儲成本和存儲問題。
對于所述再生爐的正確操作，能夠測量和控制流經(jīng)兩個大容器之間的 橫向溝槽的氣體的溫度尤其更為重要。然而，當前技術還沒有提出這樣的 系統(tǒng)和工藝即，在運輸過程中氣體的溫度超過所設定的閾值的情況下， 通過與燃燒噴槍之間的相互作用產(chǎn)生燃料輸送的減少或中斷，由此來調(diào)整這種溫度。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明旨在通過提供一種用于燃燒噴槍的燃料輸送終端來解決 上述現(xiàn)有技術中的問題，相對于公知的燃燒噴槍，所述燃料輸送終端能大 大增加燃燒噴槍的操作壽命。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種裝備有燃料輸送終端的燃燒噴槍， 所述燃燒噴槍相對于公知的燃燒噴槍，能夠大大延長操作壽命。
本發(fā)明的另一個目的還在于提供用于控制通過所述噴槍的燃燒供給 流的系統(tǒng)和方法，其能夠提高石灰再生爐的操作效率、安全性和可靠性。
本發(fā)明的上述和其他的目的和優(yōu)勢，正如將從下文的描述中呈現(xiàn)的， 通過如權利要求l所公開的石灰再生爐的燃燒噴槍的燃料輸送終端而實 現(xiàn)。
另外，本發(fā)明的上述和其他的目的和優(yōu)勢通過裝備有如權利要求5所 公開的燃料輸送終端的燃燒噴槍而實現(xiàn)。
本發(fā)明的上述和其他目的和優(yōu)勢最終通過用于控制燃料供給流經(jīng)過 分別如權利要求8和11所公開的上述燃燒噴槍的系統(tǒng)和方法而實現(xiàn)。
本發(fā)明的優(yōu)選實施例和重要的變化是從屬權利要求的主題內(nèi)容。


本發(fā)明將通過其一些作為重要的示例提供出來的優(yōu)選的實施例、參照
所包含的附圖而被更好的描述，在附圖中
圖l是根據(jù)本發(fā)明的用于燃燒噴槍的燃料輸送終端的實施例的剖視
圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于燃燒噴槍的燃料輸送終端的實施例的剖視
圖3a和3b示出了分別與現(xiàn)有的燃燒噴槍和根據(jù)本發(fā)明的燃燒噴槍的 操作相關的兩個溫度計之間的對比；
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的用于控制燃料供給流的系統(tǒng)的實施例的框
6圖5a是示出用于控制燃料供給流的方法中的一些步驟的流程圖；圖5b是示出用于控制燃料供給流的方法中的一些步驟的另一張流程圖；以及
圖6示出由實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的計算機程序生成的屏幕的示例。
具體實施例方式
參照圖l，能夠注意到根據(jù)本發(fā)明的用于燃燒噴槍3的燃料輸送終端1的優(yōu)選實施例，尤其用于粉狀的固體燃料終端l基本上是管狀的延長件，優(yōu)選為圓柱體形狀，以同軸方式連接到燃燒噴槍3的輸送端。為了幫助燃料通過以及正確地連接噴槍3輸送端，優(yōu)選終端l的內(nèi)徑基本上等于燃燒噴槍3的輸送端的外徑。
從圖1和圖2中能夠注意到，標號d表示燃燒噴槍3的輸送端的內(nèi)徑，而標號D表示終端1的外徑。
總是參照圖1和圖2，標號s表示在石灰石2顆粒之間的空余的空間，而標號S表示由與燃燒噴槍3相連的終端1生成的空余的空間，其中由于作為顆粒自身特征的靜止角(restangle)的原因，在沒有終端l時，標號s表示的所述空余空間將由燃燒噴槍3的輸送端生成?？沼嗟目臻gs的缺點在于產(chǎn)生前面所述的、現(xiàn)有燃燒噴槍存在的問題；實際上，由于直徑d的尺寸的減小，當加載所述大容器時，由于重力和它們的自然坡度，石灰石2顆粒被置于很接近噴槍3的輸送點，在最嚴重的情況下，甚至會將其堵塞；出于這種目的，參照圖3a，能夠注意到實驗的溫度計圖，借助商業(yè)上可得到的計算流體力學(CFD)的軟件、由與現(xiàn)有的燃燒噴槍3的操作相關的所述方法的數(shù)學模擬形成；這種圖以不同的灰度色調(diào)表示出燃燒過程中在所述燃料輸送終端周圍產(chǎn)生的溫度范圍，白色的區(qū)域是其溫度較高的區(qū)域(1200-1300。C量級)。
替代地，參照圖3b，能夠注意到類似于先前一個的溫度計圖，然而，所述溫度計圖與裝備有終端1的燃燒噴槍3的操作相關從兩幅圖的比較
中，清晰地呈現(xiàn)出以下考慮事項.-
通過采用終端l，石灰石2顆粒被放置在燃料輸送點周圍，并離開空余的空間S，所述空余的空間S大于由使用現(xiàn)有的噴槍3所導致的空余的空間所述空余的空間S允許防止石灰石2顆粒堵塞燃料輸送點，后一情況會使得熱燃燒峰接近輸送點，削減噴槍3的操作壽命長度；
所述空余的空間S作為燃燒室操作，使較高的熱密度點(thermaldensitypoint)從所述燃料輸送端移開。
出于前面的考慮事項，由于相對于現(xiàn)有的噴槍，所述燃燒噴槍3承受小得多的熱應力，所以采用終端1允許使與之相連的燃燒噴槍3的操作壽命延長；另外，由于較高的溫度范圍在較大量的石灰石2顆粒上作用，所以所述空余的空間S使得燃燒進行得更容易。
為了得到上述優(yōu)勢，所述終端必須被定尺寸為使得D〉d，優(yōu)選0 山尤其，圖3b的溫度范圍圖已經(jīng)通過采用更優(yōu)選相互比例為D/d"8、 9的直徑，并通過生成三角形的底角a而得到，其中所述三角形示意性地示出所述空余的空間S的靜止角近似等于30。。
通過焊接5能容易地將終端1與燃燒噴槍3相連，如圖1所示?？商娲?，能夠在所述終端和燃燒噴槍3之間設置如圖2特別示出的螺紋聯(lián)接7，或其他任何合適的構(gòu)件。因此，本發(fā)明的終端l能容易地連接到現(xiàn)有的燃燒噴槍，由此允許升級已有的再生爐。
顯然，如前所述，用于裝備有燃料輸送終端l的再生爐的燃燒噴槍也是本發(fā)明的保護主題。
從實驗的觀點來看，已經(jīng)檢測到最令人感興趣的結(jié)果已經(jīng)通過使用由運輸空氣攜帶的中/高揮發(fā)性含煙煤碳塵(bituminous carbon dust)作為粉末狀固體燃料而得到。然而，很明顯，根據(jù)本發(fā)明的終端和/或所述燃燒噴槍能有利地與任何其他類型的粉末狀固體燃料一起使用。
另外，參照圖4，在圖4中，能夠注意到再生爐的兩個大容器9a、 9b，
為了對由根據(jù)本發(fā)明的燃燒噴槍觸發(fā)的燃燒進行及時和有效的控制，能夠?qū)⒅辽僖粋€溫度傳感器ll (例如，熱電偶)提供給所述燃燒噴槍，并能夠?qū)⒅辽僖粋€壓力傳感器13 (例如，靜態(tài)壓力變送器)提供給所述燃燒噴槍，所述至少一個溫度傳感器11和所述至少一個壓力傳感器13緊跟在所述燃燒噴槍的輸送端之后，使得能夠?qū)τ纱颂幃a(chǎn)生的煙氣以及燃燒狀態(tài)的主要參數(shù)進行間斷的或持續(xù)的測量。用于控制通過這種噴槍的燃料供給流的系統(tǒng)是本發(fā)明的另一個主題；
本發(fā)明的所述系統(tǒng)允許通過插入由燃燒噴槍輸送的燃料流，對所述再生爐的兩個大容器之間的互連溝槽的內(nèi)部溫度進行調(diào)整。尤其，根據(jù)本發(fā)明的
系統(tǒng)包括
用于檢測所述再生爐的大容器的內(nèi)部溫度的裝置；這種檢測裝置可以
是前面所述的置于燃燒噴槍中的溫度傳感器，或者是在所述溝槽內(nèi)部的第
三溫度傳感器(未示出)；
用于調(diào)整從所述燃燒噴槍發(fā)出的燃料流速率的裝置；總是參照圖4，這種裝置可以是沿著為所述燃燒噴槍服務的燃料供給管放置的非回流閥15和/或球閥14;
用于獲取和處理測量得到的溫度值的裝置；這種裝置適于對測量得到的溫度值和由外部操作者預先確定或設置的閾值進行比較；如果測量得到的溫度值超過閾值，則獲取和處理裝置對流速率調(diào)整裝置進行操作，以便減少或停止由一個或多個燃燒噴槍輸送的燃料流，然后，使互連溝槽和大容器內(nèi)部的溫度值回到所允許的操作限制內(nèi)。
用于控制經(jīng)過所述燃燒噴槍的燃料供給流的方法是本發(fā)明的又一個主題。為了控制在互連溝槽內(nèi)部流動的氣體的溫度，該方法允許調(diào)整至再生爐的大容器的供給燃料流。
參照圖5a，能夠注意到，根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟-
測量(F101)互連溝槽內(nèi)部的溫度值；
確定(F103)至少一個第一溫度閾值；
確定(F105)至少一個第二溫度閾值，所述第二溫度閾值低于所述第一溫度閾值；
將測量得到的溫度值與所述第一閾值進行比較(F107);
如果測量得到的溫度值大于所述第一閾值，則停止(F109)至大容器的燃料供給，并開始(Fill)對停止時間段進行計數(shù)，在所述停止時間段內(nèi)停止對大容器的燃料供給；
將測量得到的溫度值與所述第一閾值進行比較(F112);
如果測量得到的溫度值大于所述第一閾值，則重復步驟(F109)和(Flll)，否則，重新開始(F113)至大容器的燃料供給并停止(F114)對所述停止時間段進行計數(shù)；
如果測量得到的溫度值小于所述第一閾值，則將測量得到的溫度值與所述第二閾值進行比較(F115);
如果測量得到的溫度值大于所述第二閾值，則通過預設的縮減系數(shù)
fR，減少(FU7)供給大容器的燃料流的流速率FA，根據(jù)以下關系得到流
速率Fk減小的流
FR=FAXfR，其中fk是在O到l之間的值；
減小(F119)供給大容器的燃燒空氣流速率；
開始(F121)對縮減時間段進行計數(shù)，在所述縮減時間段內(nèi)，減小至大容器的燃料流速率；
將測量得到的溫度值與所述第二閾值F122進行比較(F122);
如果測量得到的溫度值大于所述第二閾值，則重復步驟(F117)、(F119)和(F121)，否則使所述燃料和空氣流速率回到(F123)先前值，并停止(F125)對縮減時間段進行計數(shù)。
參考圖5b，根據(jù)本發(fā)明的方法還能包括以下步驟
在每個爐操作周期開始時，控制(F127)是否步驟(F109)、 (Fill)和/或(F117)、 (F119)、 (F121)已經(jīng)在前面的周期中實現(xiàn)了；
如果在步驟(F127)中的控制結(jié)果為正，則抑制(F129)步驟(F107)和(F115)，并開始(F131)至大容器的燃料供給；
控制(F133)供給至大容器的燃料量；如果所供給的燃料量等于在前面的周期中供給的量，停止(F135)至大容器的燃料供給。
如圖5b所示的根據(jù)本發(fā)明的方法步驟(如上所述)以這樣的方式有利地允許在每個周期中供給相同的燃料量即，不會在兩個大容器之間的熱不平衡，并且整體上使再生爐的操作更為有效和更有規(guī)律。
顯然，本發(fā)明還涉及包括計算機程序代碼裝置的計算機程序，所述計算機程序適于在該程序在計算機上運行時，實現(xiàn)上述方法的全部或部分步驟。尤其參照圖3，能夠注意到根據(jù)本發(fā)明的所述程序的屏幕的典型實施例，在所述實施例中，能看到下列控制參數(shù)
低低溫101:用于對于互連溝槽中的非常低的溫度報警的報警閾值；
低溫103:用于對于互連溝槽中的低溫報警的報警閾值；高溫105:用于對于互連溝槽中的高溫報警的報警閾值；高高溫107:用于對于互連溝槽中的非常高的溫度報警的報警閾值；包含/不包含的燃料切斷109:用于使燃料供給停止功能能夠?qū)崿F(xiàn)的選擇器；
燃料切斷開始/停止lll:用于開始和結(jié)束燃料供給停止的設定點；包含/不包含的燃料縮減113:用于使燃料供給縮減功能能夠?qū)崿F(xiàn)的選擇器；
燃料縮減開始/停止115:用于開始和結(jié)束燃料供給縮減的設定點；燃料縮減率117:用于縮減燃料供給而設定的縮減系數(shù)fR;熱電偶選擇119:在參考互連溝槽內(nèi)部用于報警的溫度檢測裝置和調(diào)整裝置的選擇。
權利要求
1.一種用于控制經(jīng)過石灰再生爐的燃燒噴槍(3)的燃料供給流的方法，所述燃燒噴槍(3)具有適于與燃料輸送終端(1)連接的輸送端，其中d是所述燃燒噴槍(3)的所述輸送端的內(nèi)徑，并且D是所述終端(1)的外徑，所述直徑D大于所述直徑d，其特征在于，所述方法包括以下步驟測量(F101)爐的大容器(9a、9b)之間的互連溝槽內(nèi)部的溫度值；確定(F103)至少一個第一溫度閾值；確定(F105)至少一個第二溫度閾值，所述第二閾值低于所述第一閾值；將測量得到的溫度值與所述第一閾值進行比較(F107)；如果測量得到的溫度值大于所述第一閾值，則停止(F109)至大容器的燃料供給，并開始(F111)對停止時間段進行計數(shù)，在所述停止時間段內(nèi)停止至大容器(9a、9b)的燃料供給；將測量得到的溫度值與所述第一閾值進行比較(F112)；如果測量得到的溫度值大于所述第一閾值，則重復步驟(F109)和(F111)，否則，重新開始(F113)至大容器(9a、9b)的燃料供給，并停止(F114)對所述停止時間段進行計數(shù)；如果測量得到的溫度值小于所述第一閾值，則將測量得到的溫度值與所述第二閾值進行比較(F115)；如果測量得到的溫度值大于所述第二閾值，則通過預設的縮減系數(shù)fR，減少(F117)供給至大容器的燃料流的流速率FA，根據(jù)以下關系得到流速率FR減小的流FR＝FA×fR，其中fR是在0到1之間的值；減小(F119)供給至大容器(9a、9b)的燃燒空氣流速率；開始(F121)對縮減時間段進行計數(shù)，在所述縮減時間段內(nèi)減小至大容器(9a、9b)的燃料流速率；將測量得到的溫度值與所述第二閾值F122進行比較(F122)；如果測量得到的溫度值大于所述第二閾值，則重復步驟(F117)、(F119)和(F121)，否則使所述燃料和空氣流速率回到(F123)先前值，并停止(F125)對縮減時間段進行計數(shù)。
2. 根據(jù)權利要求l所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟在每個爐操作周期開始時，控制(F127)是否步驟(F109)、 (Fill) 和/或(F117)、 (F119)、 (F121)已經(jīng)在前面的周期中實現(xiàn)了；如果在步驟(F127)中的控制結(jié)果為正，則抑制(F129)步驟(F107) 和(F115)，并開始(F131)至大容器(9a、 9b)的燃料供給；控制(F133)供給至大容器(9a、 9b)的燃料量；如果所供給的燃料 量等于在前面的周期中供給的量，則停止(F135)至大容器(9a、 9b)的 燃料供給。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中D/d"8， 9。
4. 一種用于實施根據(jù)權利要求1或2所述的方法的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于檢測再生爐的至少一個大容器內(nèi)部的溫度的裝置； 用于調(diào)整由所述燃燒噴槍(3)輸送的燃料流速率的裝置； 用于獲取和處理測量得到的溫度值的裝置。
5. 根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于所述檢測裝置是溫度傳感 器(ll)o
6. 根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于調(diào)整裝置是球閥(14)和 /或非回流閥(15)。
7. —種包括計算機程序代碼裝置的計算機程序，所述計算機程序適 于在所述程序在計算機上運行時，實現(xiàn)根據(jù)權利要求1或2所述的方法。
8. —種根據(jù)權利要求7所述的以及包含在計算機可讀介質(zhì)上的計算機 程序。
全文摘要
公開了一種燃料輸送終端(1)，適于與石灰再生爐的燃燒噴槍(3)的輸送端連接，其中，D是所述終端(1)的外徑，并大于所述燃燒噴槍(3)的所述輸送端的內(nèi)徑d；也公開了一種裝備有所述終端(1)的燃燒噴槍以及用于控制經(jīng)過這種噴槍的燃料供給流的系統(tǒng)和方法。
文檔編號F23D1/00GK101684941SQ200910175169
公開日2010年3月31日 申請日期2006年2月10日 優(yōu)先權日2005年3月29日
發(fā)明者奧里維爾諾·考拉瑞尼, 尤金·丹·克里斯蒂 申請人:尤金·丹·克里斯蒂;奧里維爾諾·考拉瑞尼