一种高比例替代燃料预处理水泥窑焚烧系统及方法与流程

本发明涉及水泥工业替代燃料，更具体地涉及一种高比例替代燃料预处理水泥窑焚烧系统及方法。

背景技术：

1、随着化石燃料的消耗，煤炭等化石燃料存量逐步减少，煤炭等化石能源变得越来越紧缺，采用替代燃料来替代传统化石燃料是一种能源利用较好的选择，欧洲等发达国家水泥工业替代燃料比例远远高于国内，随着技术的进步与对能源的认知，水泥行业采用替代燃料作为新型干法水泥烧成系统的热量来源逐步兴起，但由于替代燃料热值往往比化石燃料低，且水份高、难以燃烧，导致替代率较低。

2、水泥窑系统采用部分替代燃料，系统烟气量增大，而分解炉、预热器系统风速变大，导致分解炉内烟气与燃料停留时间变短，更加剧替代燃料的燃尽率变低，替代燃料燃烧后延，进入预热器系统继续燃烧，导致分解炉与预热器温度倒挂，给预热器系统造成局部高温，造成结皮堵料的风险。

3、为增加替代燃料的使用比例，水泥行业目前普遍采用外加预燃炉的方式，如在分解炉旁加设阶梯炉、回转炉、炉排炉、流化床炉、热盘炉、气化炉等，这些技术是生活垃圾、废弃物等焚烧领域外延技术，其原理是采用外加的燃烧炉或气化炉，将难以燃烧的替代燃料在分解炉外提前燃烧甚至燃尽，然后将未燃尽的替代燃料及产生的烟气送入分解炉，以减轻分解炉的燃烧负担。由于替代燃料的热值要比一般的生活垃圾、废弃物热值高，在外设预热炉燃烧产生的温度较高，容易造成结焦，需要投加生料进行分解吸热，由于生料是较细的粉体，预燃炉对粉体的适应性不好，尤其是炉排炉、回转炉、气化炉。替代燃料热值越高，结焦的风险越大，需要投加的生料越多，预燃炉燃烧环境越差。

4、此外，回转窑内煅烧熟料需要较高的火焰温度与火焰强度，替代燃料由于热值低、难以快速着火与燃烧，替代燃料往往只是窑尾替代，窑头仍用化石燃料，即使替代燃料的热值高些，普通燃煤、燃油或天然气的燃烧器却难以胜任，需要开发替代燃料专用燃烧器，由于难以实现窑内100％采用替代燃料，替代燃料专用燃烧器往往兼顾化石燃料与替代燃料混烧的功能，给专用燃烧器的适应性带来难度。替代燃料专用燃烧器中有中心替代燃料通道、周边煤粉通道的燃烧器，由于煤的燃烧性能与替代燃料存在差异，替代燃料与煤从同一燃烧器喷出，替代燃料对煤粉燃烧有着较大的负面影响，影响煤粉的正常燃烧。因此，窑头替代燃料的使用仍然是个难题，限制着替代燃料朝高替代率发展。

5、目前国内新型干法水泥窑系统的替代燃料热值替代率较低，平均值在5％以下，最高替代率约40％，大多是在窑尾使用替代燃料。为提高替代燃料的热值替代率，为提高水泥窑系统两大热工装备(分解炉与回转窑)对替代燃料的适应性，需要开发与替代燃料相适应的分解炉、窑头专用燃烧器等关键热工装备，同时需对替代燃料进行热值控制、粒度加工控制，以提高替代燃料对新型干法水泥工艺的适应性。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种高比例替代燃料预处理水泥窑焚烧系统及方法，在窑尾通过多功能分解炉结构开发优化，在窑头通过替代燃料专用燃烧器的开发，提高窑头、窑尾替代燃料的使用比例，进而提高整个水泥窑系统的替代燃料的使用比例，将替代燃料替代率提高至60％以上，减少水泥工业化石燃料的用量，以解决上述背景技术中存在的问题。

2、本发明提供如下技术方案：一种高比例替代燃料预处理水泥窑焚烧系统，包含堆棚、储存系统、回转窑、煤粉燃烧器、冷却机、三次风管、预热生料预热器，还包括粉碎系统、均化系统、计量系统、输送系统、重力式喂料系统、多功能分解炉、替代燃料专用燃烧器、风力输送系统，粉碎系统将替代燃料粒度破碎至6-10m/s烟气气流可悬浮上升的粒度，破碎后的替代燃料进入均化系统进行均质混合、均化后，送入储存系统，储存系统出料端设置三套计量系统，分别为第一计量系统、第二计量系统、第三计量系统，重力式喂料系统包含第一重力式喂料系统、第二重力式喂料系统；第一计量系统连接输送系统1，第二计量系统连接输送系统2，第三计量系统连接输送系统3；输送系统1与风力输送系统相接，风力输送系统与窑头替代燃料专用燃烧器连接；输送系统2与第一重力式喂料系统相接，输送系统3与第二重力式喂料系统相接；三次风管与多功能分解炉下锥部相连，第一重力式喂料系统、第二重力式喂料系统分别与多功能分解炉相连，连接口位于三次风管与多功能分解炉接口上方2～5m，替代燃料被窑尾烟气与三次风形成的高温混合气流托起、向上携带，并在多功能分解炉内进行燃烧；窑头替代燃料专用燃烧器设计为内通道、外通道，内通道为替代燃料通道，由风力输送系统的空气气流将替代燃料送入回转窑内，外通道为旋流风，旋流风笼罩着替代燃料，使得替代燃料在回转窑内燃烧时形成一定的火焰形状；专用燃烧器设置在回转窑内煤粉燃烧器的上方，煤粉燃烧器通过煤粉燃烧带动替代燃料燃烧。

3、进一步的，所述的第一重力式喂料系统由第一喂料溜子、第一气动下料阀、第二气动下料阀组成，第一气动下料阀和第二气动下料阀上下垂直布置且间隔3～6m，气动下料阀开启、关闭时间≤3s，第一气动下料阀和第二气动下料阀轮换开关，一道打开的同时，另一道关闭，以保证下料时的锁风效果；第二重力式喂料系统由第二喂料溜子、第三气动下料阀、第四气动下料阀组成，第三气动下料阀和第四气动下料阀上下垂直布置且间隔3～6m，气动下料阀开启、关闭时间≤3s，第三气动下料阀和第四气动下料阀轮换开关，一道打开的同时，另一道关闭，以保证下料时的锁风效果。

4、在前述方案的基础上，在所述的输送系统2与第一重力式喂料系统设置第一螺旋输送绞刀，在所述的输送系统3与第二重力式喂料系统设置第二螺旋输送绞刀，实现强制喂料的同时，也增加一道密封作用。

5、作为本发明再进一步的方案，所述的替代燃料入料口一、替代燃料入料口二位于多功能分解炉同一水平面上，且沿多功能分解炉圆周均布。

6、进一步的，所述的预热生料预热器的倒数第二级旋风筒与多功能分解炉相连，相连的生料喂料口一位于替代燃料入料口一、入料口二的上方1～4m，且与替代燃料入料口一、入料口二不在多功能分解炉表面的同一条竖直线上。

7、在前述方案的基础上，所述的预热生料预热器的倒数第二级旋风筒的下料溜子分为两路，分别为第一路下料溜子、第二路下料溜子，分别与多功能分解炉相接，形成生料喂料口一、生料喂料口二，生料喂料口一在替代燃料入料口一和替代燃料入料口二上方1～4m，生料喂料口二在替代燃料入料口一和替代燃料入料口二上方6～9m，且生料喂料口一、生料喂料口二不在多功能分解炉表面的同一条竖直线上。

8、作为本发明再进一步的方案，所述的多功能分解炉下锥部的下方设置一段长度≥3m的缩口风管，风管净空截面气流风速控制在≥32m/s，确保生料与替代燃料不落入回转窑。

9、进一步的，所述的专用燃烧器的外通道设置多个长方形孔或圆孔或正方形孔组成，各孔沿专用燃烧器中心均布，各孔通过旋流角喷出气流共同形成旋流风。

10、一种高比例替代燃料预处理水泥窑焚烧系统的方法，包含以下步骤：

11、s1：将堆棚的替代燃料送入粉碎系统进行粉碎，粉碎后替代燃料粒度满足以下要求：在多功能分解炉内6-10m/s的烟气气流下可以悬浮上升；

12、s2：将各种粉碎后的替代燃料送入均化系统，实现替代燃料的均化、均质，然后送入储存系统；

13、s3：储存系统出料端设置三套计量系统，替代燃料通过第一计量系统、输送系统1、风力输送系统送入回转窑进行焚烧，替代燃料燃烧产生高温烟气供水泥熟料煅烧；

14、s4：替代燃料分别通过第二计量系统、输送系统2、第一重力式喂料系统，通过第三计量系统、输送系统3、第二重力式喂料系统，送入多功能分解炉，在多功能分解炉里、在三次风供氧环境下进行焚烧，供生料中碳酸盐分解，并将生料沿气流方向携带至预热生料预热器；

15、s5：从而实现替代燃料的破碎、均化、储存、计量、输送，喂入水泥窑系统的回转窑与多功能分解炉，通过多功能分解炉与窑头替代燃料专用燃烧器实现替代燃料的燃烧，回转窑内替代燃料热值比例可达50～100％以上，多功能分解炉内替代燃料热值比例可达80～100％，整个水泥窑系统替代燃料热值替代率可达60～100％，实现高比例替代燃料的燃烧。

16、本发明的技术效果和优点：

17、1.本发明根据烟气悬浮速度来控制替代燃料的破碎粒度，使得替代燃料在多功能分解炉实现悬浮燃烧，并沿烟气气流向分解炉出口移动。

18、2.本发明通过三道计量系统计量，替代燃料一路喂入专用燃烧器，专用燃烧器与煤粉燃烧器在回转窑内呈现上下布置，用煤粉燃烧带动替代燃料燃烧；两路对称喂入多功能分解炉，采用重力式喂料系统与两道切换开关的锁风下料阀实现替代燃料的喂入，减少喂料过程中的漏风量。

19、3.本发明通过螺旋输送绞刀的设置，实现强制喂料并增加一道锁风装置，优化了喂料系统，增加了锁风效果

20、4.本发明中替代燃料专用燃烧器采用内外两通道设计，外通过通过旋流风笼罩着替代燃料，使得内通道喷出的替代燃料形成一定的形状，有利于控制火焰形状与长度，有利于熟料的煅烧。

21、5.本发明通过多功能分解炉上替代燃料入料口、三次风入口、生料喂料口的合理布置，使得替代燃料、生料在分解炉更好地均布、分散，且被运动的烟气气流携带托起移动，使得替代燃料更好地燃烧、燃尽，生料更好地分解。

22、6.本发明中替代燃料与生料尽可能不在一条竖线上，呈错开布置，生料重力下落过程对替代燃料燃烧影响尽可能减少；上下生料喂料口错开布置，使得生料重力下落过程物料不混合，有利于生料被烟气托起并均匀分散、向上携带，对多功能分解炉的温度场控制有益。