水泥窑燃烧器及其使用方法与流程

本发明涉及一种水泥窑燃烧器。

背景技术：

1、

2、目前水泥行业干法水泥生产工艺中，nox排放源主要来自回转窑高温煅烧，分别是窑头1400℃以上的高温环境下燃料燃烧产生的大量热力型nox，窑内燃煤燃烧产生的燃料型nox，一般在回转窑窑尾烟气中nox高达1000mg/nm3以上，有的甚至超过2000 mg/nm3。水泥窑燃烧器是影响回转窑内nox生成的关键部件，现有的水泥窑燃烧器主要是四风道结构，即由内向外依次为中心风道、煤粉风道、旋流风道、轴流风道，或五通道结构，都无法避免火焰峰值温度产生的热力型nox，也无法消除燃料型nox的生成。但是，可以想办法在保证水泥工艺和产品质量的前提下，降低单位产品的碳排放。

3、考虑可通过以部分清洁能源如氢气替代煤粉通入水泥窑燃烧器进行燃烧，以降低单位产量水泥的碳排放，但目前尚无此等先例，如何掺氢，燃烧器结构如何设计，如何保证水泥烧成工艺质量，以上问题均须通过设计和试验加以解决。

技术实现思路

1、为了降低水泥窑燃烧器单位产品的碳排放，同时保证水泥产品质量，本发明所要解决的技术问题是提供一种水泥窑燃烧器及其使用方法，其解决思路是通过掺入部分氢气替代少量煤粉作为燃料，调节配风，在窑头火焰中心产生高温缺氧还原气氛，从而降低窑头热力型nox的生成。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：水泥窑燃烧器，为五通道煤粉燃烧器，由内到外按中心风通道，氢气通道，煤粉风通道，旋流风通道，轴流风通道同轴布置，其中，中心风通道的中间设有由油枪套管形成的点火枪通道，中心风通道的头部采用连接于油枪套管外侧的抛物面莲蓬头，抛物面莲蓬头面向氢气通道侧壁的侧面为抛物面，抛物面莲蓬头的头部为垂直于所述同轴布置轴线的多孔板而后部为通道结构，抛物面莲蓬头可通过执行机构随中心风通道一同伸缩一段距离l，抛物面莲蓬头缩回时可在氢气通道内封堵氢气通道。在燃烧器内设置独立的氢气通道，可根据工况需要选择掺氢燃烧或不掺氢燃烧。

3、所述抛物面莲蓬头在执行机构控制下从煤粉风通道端面向前伸出的极限距离为100mm。

4、通过燃烧试验，所述抛物面莲蓬头的多孔板开孔由内向外布置有3～6圈，每圈孔数为8～36个。

5、煤粉风通道的喷口内、外侧各有一段角度相同的扩锥，扩锥角度为5～10°。

6、本发明还提供了上述任意的水泥窑燃烧器的使用方法：掺氢混煤燃烧时，中心风通道及其头部抛物面莲蓬头前移，使氢气通道的氢气喷口位置相对靠后，氢气通道中氢气压力高于一次净风在燃烧器内的压力，燃烧器出口氢气的流速控制在60～100m/s范围内；在不掺氢燃烧时，通过向后调节抛物面莲蓬头，借助抛物面莲蓬头堵住氢气通道的氢气喷口。通过掺入具有适宜动量的氢气参与燃烧，降低nox的生成，同时不对原有模式形成大的干扰，保证水泥烧成质量。

7、进一步的是，掺氢混煤燃烧时，按窑头总燃料输入热量计量，掺氢代煤比例在5～20%，燃烧器中心风占窑头燃料燃烧总风量的比例低至不满足所掺入氢气完全燃烧所需氧量，抑制火焰中心nox的生成。

8、进一步的是，掺氢混煤燃烧时，氢气通道中氢气压力不高于100kpa，保证安全。

9、本发明的有益效果是：通过在燃烧器内设置独立的氢气通道，该通道与中心风通道、煤粉风通道在燃烧器内完全隔开，不预混，确保氢气在燃烧器的输送安全；可根据工况需要选择掺氢燃烧或不掺氢燃烧，掺氢燃烧时可根据氢气量调节氢气通道出口横截面积，保证氢气出口速度，可利用执行机构等对火焰进行调节，在窑头火焰中心形成高温缺氧还原气氛，从而降低窑头热力型nox的生成，同时部分燃料的替代也将降低nox排放；不掺氢燃烧时，可借助中心风通道的莲蓬头抛物面结构堵住氢气通道的氢气喷口，防止煤粉卷吸进氢气通道中，防止火焰回流导致喷头烧损。此外，燃烧器结构紧凑。

技术特征：

1.水泥窑燃烧器，其特征是：为五通道煤粉燃烧器，由内到外按中心风通道（1），氢气通道（2），煤粉风通道（3），旋流风通道（4），轴流风通道（5）同轴布置，其中，中心风通道（1）的中间设有由油枪套管形成的点火枪通道，中心风通道（1）的头部采用连接于油枪套管外侧的抛物面莲蓬头（11），抛物面莲蓬头（11）面向氢气通道（2）侧壁的侧面为抛物面，抛物面莲蓬头（11）的头部为垂直于所述同轴布置轴线的多孔板（12）而后部为通道结构，抛物面莲蓬头（11）可通过执行机构伸缩一段距离l，抛物面莲蓬头（11）缩回时可在氢气通道（2）内封堵氢气通道（2）。

2.如权利要求1所述的水泥窑燃烧器，其特征是：所述抛物面莲蓬头（11）在执行机构控制下从煤粉风通道（3）端面向前伸出的极限距离为100mm。

3.如权利要求1所述的水泥窑燃烧器，其特征是：所述抛物面莲蓬头（11）的多孔板（12）开孔由内向外布置有3～6圈，每圈孔数为8～36个。

4.如权利要求1所述的水泥窑燃烧器，其特征是：煤粉风通道（3）的喷口内、外侧各有一段角度相同的扩锥，扩锥角度为5～10°。

5.如权利要求1所述的水泥窑燃烧器，其特征是：所述抛物面莲蓬头（11）通过所述执行机构随中心风通道（1）一同伸缩。

6.权利要求1～5中任意一项权利要求所述的水泥窑燃烧器的使用方法，其特征是：掺氢混煤燃烧时，中心风通道（1）及其头部抛物面莲蓬头（11）前移，使氢气通道（2）的氢气喷口位置相对靠后，氢气通道（2）中氢气压力高于一次净风在燃烧器内的压力，燃烧器出口氢气的流速控制在60～100m/s范围内；在不掺氢燃烧时，向后调节抛物面莲蓬头（11），借助抛物面莲蓬头（11）堵住氢气通道（2）的氢气喷口。

7.如权利要求6所述的水泥窑燃烧器的使用方法，其特征是：掺氢混煤燃烧时，按窑头总燃料输入热量计量，掺氢代煤比例在5～20%，燃烧器中心风占窑头燃料燃烧总风量的比例低至不满足所掺入氢气完全燃烧所需氧量。

8.如权利要求6所述的水泥窑燃烧器的使用方法，其特征是：掺氢混煤燃烧时，氢气通道（2）中氢气压力不高于100kpa。

技术总结本发明涉及水泥窑燃烧器，公开了一种水泥窑燃烧器及其使用方法，其为五通道煤粉燃烧器，由内到外按中心风通道，氢气通道，煤粉风通道，旋流风通道，轴流风通道同轴布置，其中，中心风通道的中间设有由油枪套管形成的点火枪通道，中心风通道的头部采用连接于油枪套管外侧的抛物面莲蓬头，抛物面莲蓬头面向氢气通道侧壁的侧面为抛物面，抛物面莲蓬头的头部为垂直于所述同轴布置轴线的多孔板而后部为通道结构，抛物面莲蓬头可通过执行机构随中心风通道一同伸缩一段距离L，抛物面莲蓬头缩回时可在氢气通道内封堵氢气通道。本发明可根据工况需要选择掺氢燃烧或不掺氢燃烧，掺氢燃烧可降低窑头热力型NOx的生成，且燃烧器结构紧凑。技术研发人员：毛宇,韦耿,罗岩松,梁钰,张敏,刘行磊,杨章宁,唐豪杰,鲁佳易受保护的技术使用者：东方电气集团东方锅炉股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2