用于使石灰窑内的燃烧温度和热辐射降低的方法与流程

1.本发明涉及一种用于使浆料生产设备的石灰窑内的燃烧温度和热辐射降低的方法。


背景技术：

2.石灰再燃是在远远超过900摄氏度的高温下进行的。因此，火焰温度总是很高，以至于可能会发生氮氧化物(nox)的形成。已经开发了大量的nox还原催化和化学处理来降低不同类型燃烧过程所排的烟气中的nox含量。一般来说，在燃烧区内，烟气处置比nox还原更昂贵。
3.煤、气和油火焰中nox的形成已被广泛研究。nox形成的关键因素之一是燃烧温度。在低于760℃的温度，一氧化氮的生成是不相关的现象。氮和氧的摩尔浓度以及燃烧温度是与热nox形成相关的主要因素。no的热形成在650℃时已经开始，但直到1300℃时才显著。例如，timo hakkarainen的出版物“reduction of nitrogen oxide emissions in lime kiln(减少石灰窑中的氮氧化物排放)”考虑了许多解决石灰窑问题的方式。不同的燃料产生不同的火焰温度分布。制浆设备最常用的燃料是天然气，与例如重油燃料相比，天然气的峰值温度更高。可以通过使用富含燃料的混合物以限制可用的氧气量，使用贫燃料混合物通过减少能量输入以限制温度，将已冷却的低含氧量烟气喷射到燃烧空气中，将冷却的烟气与添加的燃料一起喷射或喷射水或蒸汽来降低燃烧温度。使用喷水降低峰值温度使热消耗增加。蒸汽/水喷射仅推荐用于水泥窑，而不推荐用于石灰窑，因为原材料通常是湿的，需要大量的干燥和预热。喷射冷却烟气被认为是石灰窑的技术上不可行的控制技术，因为它过度降低了火焰温度，从而削弱了石灰品质。
4.us2019093950和us5746144描述了二次燃烧阶段过程。二次燃烧允许一次燃烧区能够具有较低的燃烧温度，但是组合的热输入可以较高。us5746144还建议向二次燃烧阶段喷射石灰或其它物质，以减少硫氧化物的排放。


技术实现要素：

5.由于nox排放要求将变得更加严格，并且排放成本会增加，因此迫切需要一种高效的方法来减少石灰窑的nox排放。当浆料设备的其它瓶颈打开时，排放要求将阻止石灰窑产能的提高。因此石灰窑会阻碍整个工设备产能的提高。已知的nox还原方法将导致燃料经济性降低，从而增加二氧化碳排放，或者它们具有其它缺点。
6.高温火焰造成高水平的热能辐射，这些热能被回转窑的耐火砖衬里吸收。尤其是火焰周围的砖将处于不断变化的高热应力下，并且可能由于高循环热辐射而劣化和脱落。这种辐射还会使砖表面升高到一定程度，导致砖表面上的氧化钙粒子熔化。熔化的粒子不是白液的化学反应成分，并且因此应避免熔化。
7.该新发明旨在降低浆料生产设备的石灰窑内的燃烧温度和热辐射。回转窑具有回转窑管，并且回转窑在窑管的下端处具有燃烧器，回转窑管内部覆盖有耐火砖。燃烧器被供
应燃料，用于通过火焰加热管的内部。通过将含碳酸钙的粒子供应到所述火焰和/或火焰周围的周围区域来实现燃烧温度和/或火焰周围热辐射的降低。这些粒子将形成最终产物，即氧化钙。这个反应是吸热的，会冷却火焰。加热供应的粉尘粒子也从火焰取得能量。更冷的火焰也会在它周围辐射出较少的能量。火焰周围的周围区域中的粉尘粒子将过滤热辐射并限制直接受辐射影响的砖上的温度水平。
8.通过根据所附权利要求的方法实现了从以下概述和描述中将变得显而易见的这些和其它目的。本发明能够实现更高的热输入，从而提高生产率，而没有不希望的副作用。
9.燃料经济性没有受到损害，因为该反应和粒子的加热都是优选的效果，并且它们通常会以任何方式发生在被处理的材料上。被加热的粉尘粒子将有效地将它们的热能传递给周围气体，这些周围气体将把它们的能量传递给处理过的碳酸钙床。当粒子在窑内向上流动时，它们也将热能辐射到处理过的材料床。使火焰的温度降低的所有被带走的能量因此被高效地保存以用于制造产物，而不像喷洒蒸汽或水时那样损失。所供应的粒子的任何残留水将汽化成蒸汽并冷却温度，但是在前面的阶段从所供应的粒子中蒸发水将需要相同的能量。然而，使用预热器来干燥所供应的材料比供应湿粒子来降低火焰温度更加能量高效。
10.根据本发明，一部分加工过的原材料作为小粒子被供应到窑的热端。小粒子具有足够的表面用于反应和热对流。优选通过测量nox排放水平、产物品质和/或观察火焰的温度和/或形式来控制粒子的供应速率。
11.石灰窑通常不燃烧高硫含量的燃料。燃料应该没有污染物，这些污染物会在浆料设备的化学循环中富集。这就是为什么产生热火焰的气态燃料如甲烷和氢气是优选的。本发明还可以导致减少烟气中的二氧化硫。本发明可以与其它已知的nox还原做法结合使用，但是火焰的温度分布和总能量输入必须保持足以完成处理的碳酸钙的反应。实际上，在水泥窑中常用于抑制nox形成的两阶段燃烧并不是浆料设备的石灰窑的可用的选项。
12.当供应粒子流被引导至温度最高的火焰的上部时，供应粒子将达到最佳效率。当含有氧化钙和/或碳酸钙的粒子被供应到回转窑中火焰周围的区域时，所供应的粒子流应该至少被引导到火焰的上方的区域和/或火焰的侧部处的区域，在所述区域处，窑的耐火砖向下旋转。在那里，砖没有被已加工的材料覆盖，并且热辐射的降低是最有益的。
13.粒子优选从烟气粉尘分离器械(诸如旋风除尘器和/或静电除尘器)供应到窑中。粒子的运输优选由气动输送装置进行。载气可以是烟气或燃烧空气。可以用一次燃烧空气或优选至少一个喷枪将粒子引导到窑管内，可以针对最佳的引导和散布性质来设计和调节喷枪。优选地，喷枪的喷嘴具有向外增加的内部横截面积，至少当意图是在火焰周围广泛散布粒子时。对于火焰周围的区域，也可以向粒子供应二次燃烧空气。
14.供应的粒子的源也可以是添加的原材料，其可以被研磨成合适大小的粒子。那么它们不需要从回转窑的另一端运输很远的距离。所供应的碳酸钙应该非常干燥，以至于它将充当干粉。它也可能是颗粒形式，然后含水物会在窑的内部和/或火焰中蒸发成粉尘。颗粒应该非常小，以便以类似粉尘的形式有效地散布。如果粒子以污泥的形式供应给窑炉，燃烧温度的降低将主要基于水的蒸发。石灰污泥将难以有效且均匀地在周围散布。供应的碳酸钙的含水物应当小于25重量％，并且优选小于15重量％，以获得足够小的创建粉尘的粒子以及它们的均匀散布。
附图说明
15.现在将参考附图更详细地描述本发明的实施例的示例，其中：
16.图1示出了本发明的实施例的侧视图，并且
17.图2示出了窑管的内部的剖视图。
具体实施方式
18.us5667582描述了一种现有技术解决方案，用于将氧化钙和/或氢氧化钙粉尘作为添加剂吹送到水泥窑中，以与废气中的硫氧化物反应。目的是将粉尘从窑的下端高速吹过火焰，到火焰后的区域，其中窑的整个上部可作为添加剂的反应区。本发明的目的是相反的。它的目的是向火焰区域和/或火焰周围的区域供应碳酸钙粒子，以实现本发明的益处。回转窑的元件仍然非常相似，但是当粒子被引导并靠近窑管的燃烧器端供应时，效果非常不同。我们的发明能够实现对窑管的耐火砖的保护和火焰最高温度的降低。
19.图1示出了用于降低具有回转窑管1的石灰窑内nox产生和热辐射的优选实施例。通过向燃烧器2供应压缩的一次空气8和燃料，在窑管1的中心产生纵向火焰3，燃烧器2具有用于供应流体的同心管。燃烧器附接在窑下部的固定端。碳酸钙粒子被燃烧空气6、8或其它流体吹到火焰3和/或火焰3周围的区域。供给参数(像载气的速度和一次燃烧空气8的循环运动)被设定成在火焰内和/或火焰周围的目标区域内实现粉尘粒子云。碳酸钙到氧化钙和二氧化碳的吸热分解反应将在火焰3内和周围发生，使得高的温度分布峰值平滑到将nox形成降低到可接受水平的温度水平。
20.优选由至少一个喷枪9将粒子供应给火焰。粒子也可以经由燃烧器2的一次燃烧空气8通道供应。二次燃烧空气6被供应到燃烧器2周围以完成燃烧。二次燃烧空气6被预热器5预热，预热器5位于窑管1的燃烧器端周围。预热器5还冷却排出的产物1，该产物是氧化钙颗粒。一次燃烧空气8和二次燃烧空气6的混合和供给参数也会影响nox的形成。
21.供应的粒子优选地取自废气的粉尘分离器。来自旋风除尘器的粒子比静电除尘器的粒子大。这些粒子非常干燥，并且可以选择来源来优化过程。内部循环和外部添加的原材料也可以被研磨或以其它方式制备以供应粒子。
22.粒子优选通过燃烧器2上方的至少一个单独的喷枪9供应给火焰3。喷枪9引导输送空气或其它流体和粒子的流动，优选地大部分流向温度峰值最高的火焰3的上半部。
23.图2显示了窑管1内部的横向剖视图，用于示出粒子应该被供应和散布的优选位置14和15。为了过滤被火焰3旁边的耐火砖13吸收的辐射能，除了将这些粒子供应到火焰3之外或者作为代替，也可以将这些粒子供应到在火焰3与火焰3区域周围的耐火砖13之间的区域。优选地，喷枪9的喷嘴10具有向外增加的内部横截面积，使得携载流体和所供应粒子的速度降低到在窑管1的燃烧器2端产生粉尘粒子云的水平。粒子不需要在火焰3下方供应，也不需要供应到回转窑管1的上升侧，在那里耐火砖13被处理过的材料的床12的粒子覆盖。在被床12覆盖的区域，辐射是有用的，因为它将结束被处理材料的反应。出于辐射过滤的目的，不需要通过碳酸钙的分解反应来降低火焰3周围的区域的温度，因此为此目的供应的粒子可以是例如排出的氧化钙。仅为了降低辐射而供应的粒子应该由至少一个单独的喷枪9供应。
24.吹送粒子的量可能多于降低火焰3的温度所需的量，尤其是当它没有被供应到火
焰3区域而是在窑的燃烧器2端内广泛散布时。火焰3的热输出仍可保持在足够的水平内，以实现供给原材料的完全煅烧，因为所供应的粒子将吸收辐射并将所吸收的能量散布到窑管1内的已处理的材料。