專利名稱：將燃料引入到窯爐內(nèi)的方法和燒嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法(下面提到方法時就是指這里說明的這一種方法)可用來將固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)燃料引入到窯爐如制造水泥熟料或類似產(chǎn)品用的轉(zhuǎn)窯的燃燒區(qū)內(nèi)，該方法系將燃料通過管道輸入，并將一次空氣通過至少兩根環(huán)狀管道輸入，這兩根管道基本上與燃料管道同心并包圍著燃料管道，其中一根空氣管道的那部分空氣基本上沿軸向流動，而在第二根空氣管道內(nèi)的那部分空氣具有一個環(huán)繞燒嘴中心軸線旋轉(zhuǎn)的運動分量，在這兩部分空氣內(nèi)的一次空氣量可單獨被控制。本發(fā)明還涉及一種燒嘴以便用來實現(xiàn)本發(fā)明的方法。
用于這種目的的燒嘴是人們所熟知的。最初它們只是由一根單獨的管子構(gòu)成，通過該管將粉碎的煤粉和空氣的混合物噴入到窯爐的燃燒區(qū)內(nèi)。后來燒嘴改進設(shè)計，引入一些新的特征如增添管道用來引入其他型式的液態(tài)或氣態(tài)燃料。另外，大多數(shù)的現(xiàn)代燒嘴具有一根或數(shù)根分開的管道用來噴射空氣，因此只有少量一次空氣與粉煤一起噴射。將旋轉(zhuǎn)運動施加到某些被噴射的空氣上，使我們在較大程度上能夠控制窯爐內(nèi)火焰的形狀。
上述這種燒嘴的一個例子曾在EP-B-0421903中說明。這個已知的燒嘴具有一根或數(shù)根引入燃料用的管道被兩根噴射一次空氣用的管道包圍著。其中在里面的一根空氣管道的形狀噴嘴口設(shè)有斜葉片能使空氣作旋轉(zhuǎn)運動。而在外面的一根管道內(nèi)空氣基本上沿軸向被輸送并噴射。這兩根管道的噴嘴截面積是可調(diào)的，只要沿軸向相互相對地調(diào)節(jié)這兩根管道即可，并且在這兩根管道內(nèi)的那部分一次空氣也都可單獨被調(diào)節(jié)。采用這種燒嘴，由于能調(diào)節(jié)一次空氣的流率和速度以及它被施加旋轉(zhuǎn)運動的量，因此也能使火焰形狀變化。但這種燒嘴的缺點是，一次空氣是通過兩個分開的環(huán)狀噴嘴噴入的，因此造成較高的壓力損失，并且一次空氣與燃料在燃燒區(qū)內(nèi)的混合效果較差。
上述這種燒嘴的第二個例子曾在EP-A-0650012中說明。這個已知的燒嘴也具有一根或數(shù)根引入燃料用的管道被一根單獨的一次空氣管道包圍著，該空氣管道將一次空氣排放到環(huán)狀噴嘴。在該環(huán)狀噴嘴的緊前面，空氣被引導(dǎo)通過多個柔性管，這些柔性管通過一個機構(gòu)的作用能向側(cè)邊彎曲，從而使空氣旋轉(zhuǎn)?？諝獾男D(zhuǎn)、于是火焰的形狀因此都能變化，只要改變?nèi)嵝怨軓澢慕嵌炔⒏淖円淮慰諝獾牧考纯伞⑺幸淮慰諝庵煌ㄟ^一個噴嘴輸送的優(yōu)點是，可減少壓力損失并確保空氣和燃料較有效地混合，因此能得到一個較穩(wěn)定的火焰。但這種燒嘴的缺點是，具有柔性管的系統(tǒng)需有一較復(fù)雜的調(diào)節(jié)機構(gòu)，而該機構(gòu)在所需操作環(huán)境內(nèi)又很容易損壞。
本發(fā)明的目的是要提供一種方法和燒嘴，以便能確保燃料和空氣的有效混合而只有極小的壓力損失，并且可以改變火焰的形狀，同時考慮到在旋轉(zhuǎn)窯爐的燃燒區(qū)內(nèi)施加在燒嘴上的熱力和機械的高載荷，結(jié)構(gòu)須有一定程度的堅固性，以資確保有一合理的使用壽命。
這個目的是通過這里說明的那種方法來達到的，其特征在于，一次空氣的兩部分是在較低的速度下在一集合管內(nèi)混合成為單一混合的一次空氣流，接著該空氣流被加速到所需的較高排放速度。
本發(fā)明還包括一個燒嘴以便用來將固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)燃料引入到一個窯爐如制造水泥熟料或類似產(chǎn)品用的旋轉(zhuǎn)窯爐的燃燒區(qū)內(nèi)，該燒嘴具有輸送燃料的管道和至少兩根基本上與它同心并包圍著它的輸送一次空氣的管道，其中一根空氣管道的那部分空氣沿軸向流動，而第二根空氣管道內(nèi)的那部分空氣則環(huán)繞燒嘴的中心軸線旋轉(zhuǎn)而流動，并設(shè)有裝置可單獨控制各該管道內(nèi)的那部分一次空氣量；其特征在于，兩根一次空氣管道內(nèi)的空氣被排放到一根聯(lián)合的環(huán)狀集合管內(nèi)，以便用該管將混合的一次空氣送到環(huán)狀噴嘴上，并且該集合管內(nèi)的流動截面積在空氣沿軸向運動的方向上逐漸遞減。
這樣我們就得到一種方法和燒嘴，利用該方法和燒嘴，可以確保用操作上可靠的方式使燃料和空氣有效地混合而只有極小的壓力損失，并且火焰形狀還能適宜地達到所需最佳形狀，這是因為一次空氣的兩個支氣流在沒有噴入到窯爐內(nèi)之前已在較低的速度下混合成為一條空氣流，接著在較高的速度下通過一個噴嘴噴入，其時一次空氣的旋轉(zhuǎn)程度可通過改變兩個一次空氣流的相關(guān)量來變化，而所有必需的控制裝置都可用立即可以觸摸到的方式安裝在窯爐燃燒區(qū)的外側(cè)。這樣那些要承受熱載荷的燒嘴零部件就可按簡單而堅固的設(shè)計制備。從兩個一次空氣流混合的地方到環(huán)狀噴嘴的集合管的流動截面積最好按5到12的系數(shù)遞減使混合的一次空氣流的速度被一同等的系數(shù)加速。
在一特別適用于制造水泥的旋轉(zhuǎn)窯爐中應(yīng)用的按照本發(fā)明的燒嘴的特優(yōu)實施例中，一次空氣管道和控制裝置最好這樣安排使一次空氣管道內(nèi)的軸向流動速度在20到25m/s的范圍之間，而集合管被這樣安排使混合后的一次空氣流的流動速度被加速到160和200m/s的范圍內(nèi)。
集合管可按任何一種實用的方式設(shè)計，只要能得到相應(yīng)于上述的加速即可。但集合管最好由兩個同心的環(huán)狀元件構(gòu)成，其中最外面的元件的形狀為一截圓錐體，在流動的方向上收斂，其相對于燒嘴中心軸線的傾斜角α在30°到60°之間，而在最里面的環(huán)狀元件基本上與燒嘴的中心軸線平行。但集合管也可能用其他形狀。最里面的環(huán)狀元件的形狀也可以是一個在流動方向上收斂的截圓錐體，如果是這樣，最里面的環(huán)狀元件的傾斜角必須比在最外面的環(huán)狀元件的傾斜角小得多。
在第二空氣管道內(nèi)空氣可用各種不同的方式使它環(huán)繞燒嘴的中心軸線旋轉(zhuǎn)，特別是利用可在角度上轉(zhuǎn)動的小管，如前所述。但最好采用多個斜葉片，將它們插置在第二空氣管道內(nèi)管道排放點的緊上游處來使空氣旋轉(zhuǎn)。
環(huán)狀噴嘴的設(shè)計應(yīng)使壓力損失盡可能地小，它還可由兩個同心的環(huán)狀元件構(gòu)成，其中至少有一個的形狀為截圓錐體，使噴嘴的截面積能夠通過兩個元件相互相對的軸向位移來改變。
下面本發(fā)明將結(jié)合概略的附圖進一步詳細說明。


圖1a為按照本發(fā)明的燒嘴的第一實施例的前段的剖視圖；圖1b為同一燒嘴的前視圖；圖2a、2b、2c和2d分別為具有可變截面積的一次空氣噴嘴的各個不同的、可替代的實施例；圖3a為按照本發(fā)明的燒嘴的第二實施例的前段的剖視圖；及圖3b為同一燒嘴的前視圖。
圖1a和1b中的燒嘴是供復(fù)合燃燒油和粉煤用的，它具有一根保護管2，其內(nèi)插置著一個分開的吹管1用來導(dǎo)入并霧化燃料油。
在保護管2的周圍同心地布置著兩根管子3和4，在這兩根管子之間形成一個環(huán)狀通道6可用來導(dǎo)引并噴入粉煤和空氣的混合物。為了使燃油燒嘴1冷卻并使它沒有灰塵，可將一次空氣總量中的一小部分導(dǎo)引并噴入到內(nèi)管3和保護管2之間的空間內(nèi)。除了保護管2以外，還可能在內(nèi)管3內(nèi)插入一根或數(shù)根管子以便引入補充的、可替代的燃料。
在管2、3和4周圍還同心地布置著一根空氣管5，該管與煤管4聯(lián)合形成一條環(huán)狀通道8以便用來導(dǎo)引某些被稱為旋轉(zhuǎn)空氣的一次空氣。有多個斜葉片10配裝在管道8的排放端為的是使旋轉(zhuǎn)空氣進行旋轉(zhuǎn)運動。
在管子5的周圍同心地配裝著燒嘴管7，該管與徑向的空氣管5聯(lián)合形成一條環(huán)狀通道9以便用來導(dǎo)引被稱為軸向空氣的一次空氣的其余部分。由于在燃燒區(qū)內(nèi)的溫度非常高，在燒嘴管7的外側(cè)設(shè)有陶瓷的耐火襯套11。
按照本發(fā)發(fā)明一次空氣管道8和9排放到一個聯(lián)合的環(huán)狀集合管15內(nèi)。在所示的實施例中，集合管設(shè)在管4和一圓錐形的環(huán)狀元件7a之間，該元件被連接到燒嘴管7上。在集合管15中，兩支一次空氣流被混合成一條空氣流，而該空氣流由于集合管的設(shè)計，先被加速，然后再通過環(huán)狀噴嘴口14被噴射到窯爐的燃燒區(qū)內(nèi)。
噴嘴口14設(shè)于固定在環(huán)狀元件7a上的外噴嘴環(huán)12和固定在煤管4上的內(nèi)噴嘴環(huán)13之間。使一個或兩噴嘴環(huán)12、13具有圓錐表面，噴嘴的流動截面積就可通過兩個噴嘴環(huán)的相互相對軸向位移來加以變化。
圖2a、2b、2c和2d示出設(shè)計噴嘴用的不同方案。
在圖2a中噴嘴14的外部件12的形狀為一細長的、收斂的截圓錐體，而內(nèi)部件13被制成一個圓筒。因此空氣的流動方向被略微調(diào)向燒嘴的中心線。
圖2b中的噴嘴14的外部件12為一光滑的圓環(huán)形孔，而內(nèi)噴嘴環(huán)13則被制成一個細長的、擴散的截圓錐體，因此空氣的流動方向被調(diào)節(jié)得略微偏離燒嘴的中心線。
在圖2c和2d所示的噴嘴14的設(shè)計中空氣的流動方向保持在軸向上。
在圖3a和3b中示出了一個不帶煤管4的燒嘴。在這情況下內(nèi)噴嘴環(huán)13被固定在內(nèi)管3上。
圖1a和1b所示燒嘴的操作原理為，燃料油被吹管1引入并霧化。為了使燒嘴吹管冷卻并使它保持清潔，小量的一次空氣被噴入到內(nèi)管3和保護管2之間的空間內(nèi)。粉煤和輸送空氣的混合物通過環(huán)狀管6被噴入。一次空氣可用已知的方法引入并分布到兩個一次空氣管道8和9中，例如在FR-A-2348438中說明的，其內(nèi)容在這里被引用供參考。供應(yīng)到兩個管道8和9中的空氣量可互不相關(guān)地單獨控制。在集合管15內(nèi)兩個一次空氣流被混合成一個空氣流?；旌峡諝饬鞯奶匦詾閮蓚€匯合空氣流特性的綜合，同時具有軸向的和旋轉(zhuǎn)方向的流動分量，其相互關(guān)系可通過對兩個一次空氣流的控制來變化，因此可得到最佳的火焰。如前所述，在集合管15內(nèi)混合的一次空氣流在通過環(huán)狀噴嘴14被噴入到窯爐內(nèi)之前被加速到所需的速度。
粉煤和輸送空氣必須以足夠高的速度噴入到窯爐內(nèi)使煤微粒保持在懸浮狀態(tài)，但速度也不要高到使管子承受不能接受的磨損暴露的程度。通常該速度可在25-40m/s的范圍內(nèi)。
當燒嘴被用于傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)窯以便制造水泥熟料時，通過燒嘴噴入的一次空氣量通常占理論所需燃燒空氣量的5到15％。其余的燃燒空氣即通常所謂二次空氣是在沒有燒嘴的情況下被引入到窯爐內(nèi)的。十分普遍的做法是將來自后續(xù)的材料冷卻器的、加熱的冷卻空氣用來作為二次空氣，冷卻空氣典型地被加熱到1000℃左右。當燒嘴用于這種用途時，一次空氣的噴射速度應(yīng)比燃料的噴射速度高得多，并且正常應(yīng)在160到200m/s的范圍內(nèi)。當一次空氣離開噴嘴14時，它將挾帶熱的周圍的二次空氣，使它與燃料混合。由于二次空氣在1000℃左右的高溫，燃料將被點燃。
要保證水泥熟料的穩(wěn)定生產(chǎn)，火焰的形狀至關(guān)重要。火焰的形狀可通過一次空氣流的流率和噴射速度的變化以及使空氣進行旋轉(zhuǎn)的程度的變化來予以改變。通常需要的是空氣流的適中程度的旋轉(zhuǎn)，從而承受旋轉(zhuǎn)而被導(dǎo)引通過管道8的一次空氣量，典型地為總的一次空氣流的0到35％。
權(quán)利要求
1.一種方法，可用來將固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)燃料引入到窯爐如制造水泥熟料或類似產(chǎn)品用的轉(zhuǎn)窯的燃燒區(qū)內(nèi)，該方法系將燃料通過管道(1、6)輸入并將一次空氣通過至少兩根環(huán)狀管道(8、9)輸入，這兩根管道基本上與燃料管道同心并包圍著燃料管道，其中一根空氣管道(9)的那部分空氣基本上沿軸向流動，而在第二根空氣管道(8)內(nèi)的那部分空氣具有一個環(huán)繞燒嘴中心軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動分量，在這兩個部分內(nèi)的一次空氣量各可單獨被控制，其特征在于，一次空氣的兩個部分是在較低的速度下在一集合管(15)內(nèi)混合成為單一混合的一次空氣流，接著該空氣流被加速到所需的較高排放速度。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征為，混合的一次空氣流按5到12之間的系數(shù)加速。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征為，在兩根空氣管道內(nèi)的一次空氣的軸向流動速度在20到25m/s的范圍內(nèi)，而混合的一次空氣流的流動速度被加速到160到200m/s。
4.按照以上權(quán)利要求中任一項的方法，其特征為，導(dǎo)引第二根空氣管道(8)內(nèi)的空氣使它經(jīng)過多個設(shè)在管道排放端緊上游的斜葉片(10)，從而使它環(huán)繞燒嘴的中心軸線旋轉(zhuǎn)。
5.一種燒嘴，用來將固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)燃料引入到窯爐如制造水泥熟料或類似產(chǎn)品用的轉(zhuǎn)窯的燃燒區(qū)內(nèi)，該燒嘴具有輸入燃料用的管道(1、6)和至少兩根輸入一次空氣用的環(huán)狀管道(8、9)，這兩根管道基本上與燃料管道同心并包圍著燃料管道，其中一根管道(9)的那部分空氣沿軸向流動，而在第二根空氣管道(8)內(nèi)的那部分空氣流動時具有一個環(huán)繞燒嘴中心軸線的轉(zhuǎn)動分量，該燒嘴還設(shè)有裝置可分別用來控制在這兩個部分內(nèi)的一次空氣量，其特征在于，兩根一次空氣管道(8、9)排放到一個環(huán)狀集合管(15)內(nèi)以便將混合的一次空氣導(dǎo)引到環(huán)狀噴嘴(14)上，兩集合管(15)的流動截面積在空氣流動的軸向上逐步遞減。
6.按照權(quán)利要求5的燒嘴，其特征為，集合管(15)的流動截面積按5到12的系數(shù)縮減。
7.按照權(quán)利要求5或6的燒嘴，其特征為，一次空氣管道(8、9)和控制裝置被這樣安排，使一次空氣管道內(nèi)的軸向空氣流動速度在20到25m/s的范圍內(nèi)，而集合管(15)被這樣安排，使混合的一次空氣流被加速到160到200m/s的流動速度。
8.按照權(quán)利要求7的燒嘴，其特征為，集合管(15)由兩個同心的環(huán)狀元件(4、7a；3、7a)構(gòu)成，其中外元件(7a)的形狀為一截圓錐體，它在流動方向上以相對于燒嘴中心軸線為30°到60°的傾斜角收斂。
9.按照權(quán)利要求5到8中任一項的燒嘴，其特征為，第二根空氣管道(8)在其排放端的緊上游設(shè)有多個斜葉片(10)以便用來使第二根管道內(nèi)的那部分空氣具有旋轉(zhuǎn)運動分量。
10.按照權(quán)利要求5到9中任一項的燒嘴，其特征為，噴嘴(14)由兩個同心環(huán)狀元件(12、13)構(gòu)成，其中至少一個元件被制成截圓錐體，使噴嘴截面積能通過兩個元件的相互相對的軸向位移而變化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種方法和燒嘴,用來將固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)燃料引入到窯爐如制造水泥熟料或類似產(chǎn)品用的轉(zhuǎn)窯的燃燒區(qū)內(nèi)。其中燃料被導(dǎo)引通過基本上為同心的管道(1、6),而一次空氣被導(dǎo)引通過兩個類似的同心且成環(huán)狀布置在燃料管道周圍的管道(8、9),在其中一個空氣管道(9)內(nèi)的空氣沿軸向流動,而在第二空氣管道內(nèi)的空氣則環(huán)繞燒嘴的中心軸線旋轉(zhuǎn),這兩部分一次空氣各可被單獨控制。燒嘴的特點為兩個一次空氣流以較低的速度在一集合管(15)內(nèi)混合成一個一次空氣流,接著被加速到一個所需的較高速度,然后通過環(huán)狀噴嘴噴入到窯爐內(nèi)。這樣便可以操作上可靠的方式和極小的壓力損失。獲得燃料和空氣的有效混合,并且火焰形狀可以適合所需的最佳狀態(tài)。
文檔編號F23C7/02GK1242829SQ98801591
公開日2000年1月26日 申請日期1998年1月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月7日
發(fā)明者伊布·奧爾森 申請人:弗·爾·斯米德恩公司