流化预烧炉的制作方法
流化预烧炉的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通过将微粉碳的供给位置最优化而可降低预烧炉出口的燃料的未燃 率的流化预烧炉。
【背景技术】
[0002] 目前，如图6所示，在具备流化预烧炉的水泥制备设备10中，在悬浮预热器7中通 过与高温气体的热交换被加热的原料从悬浮预热器7下游的旋风分离器8排出，其中一部 分被分散投入至回转炉窑废气导管9中，其余被供给至流化预烧炉11的原料供给滑槽12。
[0003] 在这种流化预烧炉11中，通过流化用空气注入口 13、空气室13a和空气分散板 14,注入高压空气，形成流化层15。此时，上述高压空气在使从微粉碳供给管16供给的燃料 的一部分燃烧的同时，使被预烧原料在流化层15滞留规定时间后飞散至该流化层15上方 的自由空间17。另外，从吸入口 19在近似切线方向吸入高温的来自于熟料冷却器18的空 气，在自由空间17中，从微粉碳供给管16供给的燃料也燃烧。由此，使从上部原料供给滑 槽12投入的原料和从流化层15表面飞散至上方的原料有效且迅速地预烧。
[0004] 然后，进行了预烧的原料全部伴随着预烧炉废气进入旋风分离器21中。另一方 面，分散投入至回转炉窑废气导管9内的原料也通过回转炉窑废气预烧一部分，与该回转 炉窑废气一同进入旋风分离器21中。此外，在旋风分离器21中捕集的预烧原料经过原料 滑槽22被导入至回转炉窑20中。
[0005] 另一方面，通过引风机23的吸引力将在熟料冷却器18中产生的高温空气分别吸 入至回转炉窑20和流化预烧炉11。但是，由于向通风阻力小的回转炉窑20的吸入量变得 过大，所以在回转炉窑废气导管9的一部分中，在缩小截面积的同时，通过气门24调整向流 化预烧炉11的吸入量。
[0006] 另外，在流化预烧炉中，通常使用煤炭等固体燃料作为预烧水泥原料的燃料。其 中，将燃烧性良好的烟煤粉碎成微粉使用。但是，为了有效活用有限的资源，需要使用燃烧 性差的煤炭或石油焦炭等的广泛的种类的燃料。
[0007] 但是，在使用煤炭或焦炭等燃烧性差的微粉碳作为燃料的情况下，由于在流化预 烧炉出口的未燃率高，在悬浮预热器内进行燃烧，结果预热器内的温度升高，因在旋风分离 器或原料滑槽中产生附着物而在预热器中常发生堵塞，有导致阻碍运转的问题。另外，由于 流化预烧炉内为高温且粉尘浓度非常高，所以难以把握燃烧状态。
[0008] 因此，在下列专利文献1中，提出了水泥原料的流化预烧炉，其具有将筒轴心方向 作为上下方向的筒状炉体、在该炉体的底部近似水平地设置的空气分散板和该空气分散板 下侧的空气室、供给该空气分散板上侧的原料的原料供给滑槽、将固体原料供给至该空气 分散板上侧的流化层的燃料供给喷嘴和将2次空气（抽气空气）供给至该空气分散板上侧 的2次空气管道，其中，将该燃料供给喷嘴相对于水平面以20°以上的下倾并且与向心方 向相比偏向至切线侧地连接至该炉体上。
[0009] 上述目前的水泥原料的流化预烧炉通过燃料的燃烧使原料预烧，但上述燃料供给 喷嘴的连接位置等基于经验值，未考虑流化预烧炉内的原料浓度或气体浓度（特别是O2) 的分布的有无等，因而有以下问题：当在燃料中使用煤炭或焦炭等燃烧性差的微粉碳时，不 仅无法进行充分的预烧，而且会因导管的堵塞而对运转产生阻碍。
[0010]另外，就炉体等的耐火物而言，若燃烧性能过度提高，则炉壁附近的温度会局部地 过度升高，产生烧损的可能性高的问题。
[0011] 现有技术文献 专利文献 专利文献1 :日本特开平8-231254号公报。
【发明内容】
[0012] 发明所要解决的课题 本发明鉴于这样的情况而实施，其课题在于：提供即使在燃料中使用煤炭或焦炭等燃 烧性差的微粉碳，也可在使流化预烧炉出口的未燃率降低以防止预热器中的堵塞的同时， 进行充分的预烧的流化预烧炉。
[0013] 解决课题的手段 为了解决上述课题，权利要求1所记载的发明为流化预烧炉，其具有以轴心方向作为 上下方向的筒状炉体，在该炉体的侧部连接将燃料注入至该炉体内的微粉碳注入管路和投 入水泥原料的原料滑槽以及吸入抽气空气的至少一个抽气导管的同时，在上述炉体的底部 配置将流化用空气注入至该炉体内的流化用空气注入口，其特征在于，上述微粉碳注入管 路的注入口在上述抽气导管的吸入口的下方，并且配置于上述流化用空气注入口的上方。
[0014] 另外，权利要求2所记载的发明的特征在于，在权利要求1所记载的发明中，将上 述微粉碳注入管路的注入口的中心从上述流化用空气注入口起配置于200mm的位置，并且 从上述原料滑槽的投入口的中心起相对于上述炉体的圆周方向配置于35~145°的位置。
[0015] 另外，权利要求3所记载的发明的特征在于，在权利要求1所记载的发明中，将上 述微粉碳注入管路的注入口的中心从上述流化用空气注入口起配置于350mm以上的位置， 并且从上述原料滑槽的投入口的中心起相对于上述炉体的圆周方向配置于90~145°的位 置。
[0016] 此外，权利要求4所记载的发明的特征在于，在权利要求1所记载的发明中，将上 述微粉碳注入管路的注入口的中心从上述流化用空气注入口起配置于200mm以上的位置， 并且从上述原料滑槽的投入口的中心起相对于上述炉体的圆周方向配置于100~120°的位 置。
[0017] 发明的效果 根据权利要求1~4所记载的发明，由于在以轴心方向作为上下方向的筒状炉体侧部连 接的微粉碳注入管路的注入口在在该炉体的侧部连接的抽气导管的吸入口的下方，并且配 置于在上述炉体的底部配置的流化用空气注入口的上方，所以燃料的流动强烈地受到抽气 空气的流动的影响，可将燃料注入至原料浓度低（难以产生由脱碳酸导致的吸热）且〇 2浓 度高的区域，可改善燃烧。由此，使上述炉体上部出口的燃料的未燃率降低并控制预热器内 的温度低以防止由旋风分离器或原料滑槽中的附着物的生成导致的预热器中的堵塞，可进 行良好的运转。
[0018] 根据权利要求2所记载的发明，由于将上述微粉碳注入管路的注入口中心从上述 流化用空气注入口起配置于200mm的位置，并且从原料滑槽的投入口的中心起相对于上述 炉体的圆周方向配置于35~145°的位置，所以可使平均炭反应率为60%以上，而且可使平 均原料脱炭酸率为50%以上，即使在燃料中使用煤炭或焦炭等燃烧性差的微粉碳，也可在 使上述炉体上部出口的未燃率降低并控制预热器内的温度低以防止堵塞的同时，实现耐火 物损耗的降低。
[0019] 根据权利要求3所记载的发明，由于将上述微粉碳注入管路的注入口中心从上述 流化用空气注入口起配置于350mm以上的位置，并且从上述原料滑槽的投入口的中心起 相对于上述炉体的圆周方向配置于90~145°的位置，所以可使平均炭反应率为60%以上， 而且可使平均原料脱碳酸率为50%以上，即使在燃料中使用煤炭或焦炭等燃烧性差的微粉 碳，也可在使上述炉体上部出口的未燃率降低并控制预热器内的温度低以防止堵塞的同 时，实现耐火物损耗的降低。
[0020] 根据权利要求4所记载的发明，由于将上述微粉碳注入管路的注入口中心从上述 流化用空气注入口起配置于200mm以上的位置，并且从上述原料滑槽的投入口的中心起相 对于上述炉体的圆周方向配置于100~120°的位置，所以即使在燃料中使用煤炭或焦炭等 燃烧性差的微粉碳，也可在使上述炉体上部出口的未燃率进一步降低并控制预热器内的温 度低以防止堵 塞的同时，进一步实现耐火物损耗的降低。
【附图说明】
[0021] [图1]图1为示出本发明的流化预烧炉的一个实施方式的示意图。
[0022] [图2A]图2A为示出本发明的流化预烧炉的微粉碳注入管路的注入口与原料滑 槽的投入口的位置关系，微粉碳注入管路的注入口在抽气导管的吸入口的下方，并且相对 于圆周方向在75°的位置配置原料滑槽的投入口的示意图。
[0023] [图2B]图2B为示出本发明的流化预烧炉的微粉碳注入管路的注入口与原料滑 槽的投入口的位置关系，微粉碳注入管路的注入口在抽气导管的吸入口的下方，并且相对 于圆周方向在110°的位置配置原料滑槽的投入口的示意图。
[0024] [图2C]图2C为示出本发明的流化预烧炉的微粉碳注入管路的注入口与原料滑 槽的投入口的位置关系，微粉碳注入管路的注入口在抽气导管的吸入口的下方之外，并且 相对于圆周方向在75°的位置配置原料滑槽的投入口的示意图。
[0025] [图3]图3为示出微粉碳注入管路的注入口与原料滑槽的投入口相对于圆周方 向的角度和微粉碳注入管路3的微粉碳注入高度（h)下的平均原料脱碳酸率（%)的折线 图。
[0026] [图4]图4为示出微粉碳注入管路的注入口与原料滑槽的投入口相对于圆周方 向的角度和微粉碳注入管路3的微粉碳注入高度（h)下的平均炭反应率（%)的折线图。
[0027] [图5]图5示出本发明的实施例的结果，为示出由微粉碳注入管路的注入口位置 的不同导致的温度分布的不同的计算机图形。
[0028] [图6]图6为目前的水泥制备设备的示意图。
【具体实施方式】
[0029] 如图1、图2A、图2B和图2C所示，本发明的流化预烧炉1的实施方式1的概略构 成为，具有以轴心方向作为上下方向的筒状炉体2,在该炉体2的侧部连接将作为燃料的微 粉碳注入至该炉体2内的微粉碳注入管路3和投入水泥原料的原料滑槽4以及吸入抽气空 气的多个（在图中为4个）抽气导管5的同时，在炉体2的底部配置将流化用空气注入至 该炉体内的流化用空气注入口 6。顺便说一下，上述炉体2的内径为4~6m。
[0030] 此处，在通过下倾将4个抽气导管5连接于炉体2的侧部的同时，将各个吸入口 的中心配置于相同圆周上。具体而言，将抽气导管5的中心线与水平面形成的角度设定为 55~65°的范围。另外，将抽气导管5内的气体流速大致设定为15~18m/s。此外，将抽气导 管5的吸入口的中心从流化用空气注入口 6起在上方配置为1500~2500mm的高度尺寸。需 说明的是，从均匀地将空气供给至炉底部的观点出发，将多根（如图所示，通常为4根）抽 气导管5配置于在圆周方向隔开近似相等间隔的位置。
[0031] 另外，在通过下倾将原料滑槽4连接于抽气导管5之间的同时，通过原料粒子的摩 擦系数或休止角经验性地确定与水平面的角度。需说明的是，在通常的水泥原料的情况下， 将上述与水平面的角度大致设定为50° ~70°。另外，设计原料滑槽4的直径使得与原料 投入量匹配，因此，该原料滑槽4投入口的中心因流化预烧炉的生产能力而不同，但大致从 流化用空气注入口 6起在上方配置为1500~3000mm的范围的高度尺寸。
[0032] 另外，例如如图6的目前实例所示，流化用空气注入口 6通过空气室13a和空气 分散板14,将高压空气注入至炉体2内。需说明的是，在本实施方式中，空气分散板14作 为流化用空气注入口 6,在炉体2的径向平行地配置。此处，通过原料密度或粒度分布确定 来自于上述流化用空气注入口 6的流化用空气的注入速度，对于通常的水泥原料，设定为 1. 0-2. 0m/s〇
[0033] 另外，将作为燃料的微粉碳（例如煤炭或焦炭）注入至炉体2内的微粉碳注入管 路3在4个抽气导管5的任意一个的下方，并且连接于流化用空气注入口 6的上方。另外， 在将微粉碳注入管路3与炉体2的轴中心线垂直且在中心方向连接的同时，将该微粉碳注 入管路3的注入口的中心例如相对于与抽气导管5的中心垂直的方向配置于相同直线上。 另外，微粉碳注入管路的输送空气速度为运转上的调整项目，通常将其范围设定为l〇~20m/ s的范围。
[0034] 需说明的是，从流化用空气注入口 6起的微粉碳注入管路3的注入口的高度因原 料滑槽4的位置而不同。例如，在将微粉碳注入管路3的注入口的中心和原料滑槽4的投 入口的中心相对于炉体2的圆周方向配置于35~145°的范围的位置的情况下，将高度尺寸 配置为200mm。
[0035] 另外，例如在将微粉碳注入管路3的注入口的中心和原料滑槽4的投入口的中 心相对于炉体2的圆周方向配置于90~145°的范围的位置的情况下，将高度尺寸配置为 350mm以上。
[0036] 使用上述构成的流化预烧炉1基于以下结果而构成：通过本发明人等进行的计算 流体动力学计算CFD (Computational Fluid Dynamics)，查明从微粉碳注入管路3注入的 微粉碳的流动受到从原料滑槽4投入的原料的流动和来自于抽气导管5的气体流动的影 响，此外如下列实施例1和实施例2中所示，发现了从流化用空气注入口 6起的微粉碳注入 管路3的注入口的高度和炉体2的圆周方向的微粉碳注入管路3与原料滑槽4的适宜的位 置关系。
[0037] 需说明的是，即使将抽气空气注入或吸入至抽气导管5,对微粒碳的流动造成的影 响也相同。
[0038] 上述计算流体动力学计算将实际的流化预烧炉的形状和操作条件量化，通过安装 有分析程序的计算机，量化计算气体流动、粒子移动、化学反应、导热，使用计算机图形，把 握在实测中困难的流化预烧炉内的燃烧·预烧的情况。
[0039] 计算流体动力学计算的方法、模型如下所示： (1) 计算流体动力学计算软件：Rf low (株式会社7-;1/7 口一） (2) 紊流模型：k - ε模型（k - ε Model) (3) 流体：非压缩性理想气体 (4) 压力-速度耦合：简单（SIMPLE) (5) 离散格式：有限体积法（Finite Volume Method) (6) 动量：二阶迎风（Second Order Upwind) (7) 紊流动能：一阶迎风（First Order Upwind) (8) 紊流耗散率：一阶迎风（First Order Upwind) (9) 能量：二阶迎风（Second Order Upwind) (10) 粒子分析：离散元法（Discrete Element Method) (11) 粒子流体制备：双向親合（Two Way Coupling) (12) 微粉碳燃烧：H2+02- H 20、CH4+02- H 20+C02、C0+02- CO 2、C+02- CO 2 (13) 原料脱碳酸模型：CaCO3+ CaCHCO2、未反应核模型。
[0040] 需说明的是，（2)~(11)为在进行针对气体的流动等的计算流体分析时在本领域技 术人员中广泛使用的通用的模型，（12)为在进行燃烧分析时在本领域技术人员中广泛使用 的通用的模型，（13)为在分析石灰石的脱碳酸反应时在本领域技术人员中广泛使用的通用 的模型。
[0041] 需说明的是，就使用上述计算流体动力学计算的评价而言，如图3所示，对于相互 不同的多个微粉碳注入管路3的位置和微粉碳注入高度（h)的情况，通过计算相对于微粉 碳注入管路3的注入口和原料滑槽4的投入口的角度的平均原料脱碳 酸率（%)进行，并且 如图4所示，同样地对于多个微粉碳注入管路3的位置和微粉碳注入高度（h)的情况，通过 计算相对于微粉碳注入管路3的注入口和原料滑槽4的投入口的角度的平均炭反应率（%) 进行。
[0042] 另外，平均原料脱碳酸率（%)为根据预烧前的质量将预烧炉出口的各个原料粒子 的脱碳酸率加权平均而得到的值，平均炭反应率（%)为根据反应前的炭的质量将预烧炉出 口的各个微粉碳粒子的炭反应率加权平均而得到的值。此外，在平均原料脱碳酸率（%)为 50%以上、平均炭反应率（%)为60%以上时，评价为其性能高。
[0043] 此外，图3的平均原料脱碳酸率（%)的图形和图4的平均炭反应率（%)的图形由 以下实例产生：将各个微粉碳注入管路3连接于抽气导管5的下方且该微粉碳注入管路3 的注入口的中心在从流化用空气注入口 6起为200_的高度尺寸的位置的实施例1和在 350mm以上（350mm、500mm、850mm)的高度尺寸的位置的实施例2,以及将各个微粉碳注入管 路3连接于抽气导管5的下方之外且该微粉碳注入管路3的注入口的中心在从流化用空气 注入口 6起为200mm、350mm的高度尺寸的位置的比较例。
[0044] 需说明的是，在以下所示出的实施例1、实施例2、比较例中使用的煤炭的组成如 下所示。 名称 发热t 挥发成分 固定礴 水分 灰分 (Kcal/Kg) (%) (%) (%) {%) 烟煤 6700 343 49,4 6,8 9J
[0045] 需说明的是，在改变微粉碳的种类的情况下，除了变更上述工业分析值以外，也调 整微粉碳送料量使得向预烧炉投入的微粉碳的总发热量变为固定。
[0046] (实施例1) 首先，在实施例1的计算流体动力学计算中，基于实际炉体的形状，如图1和图2A所 示，从连接于抽气导管5的下方的微粉碳注入管路3起，在更近的位置（在图中为75° )配 置原料滑槽4。此时，配置原料滑槽4的投入口的中心，使得从流化用空气注入口 6起在上 方为2000mm的高度尺寸，并且与配置在圆周方向的相同直线上的抽气导管5的吸入口的中 心处于相同直线上。
[0047] 另外，配置于抽气导管5的下方的微粉碳注入管路3的注入口的中心从流化用空 气注入口 6起配置为200mm的高度尺寸并进行计算流体动力学计算。
[0048] 需说明的是，微粉碳注入管路3的注入口与原料滑槽4的投入口的角度如下所示。
[0049] 200mm :35。、75。、110。、145。 此外，水泥原料的投入量、风速、温度等实际炉体的操作条件例如使用下列数据： ?炉体2 炉内径=4m 炉长度=25m ?微粉碳注入管路3 微粉碳的送料量=7. 4t/h 输送空气流速=1 lm/s 温度=50°C ?原料滑槽4 水泥原料：200t/h 温度=740°C 输送空气流速=0. 5m/s ?抽气导管5(在圆周方向配置4个部位） 抽气空气 温度=880°C 流速=15. 8m/s ?流化用空气注入口 流化用空气 温度=800°C 流速=1. 64m/s 另外，演算并得出微粉碳注入管路3的注入口与原料滑槽4的投入口的各个角度的平 均原料脱碳酸反应率（%)和平均炭反应率（%)。其结果如图3和图4所示。
[0050] 这样，在微粉碳注入管路3在抽气导管5的下方、并且从流化用空气注入口 6起的 高度尺寸配置为200_的实施例1中，明确了：通过将微粉碳注入管路3的注入口与原料滑 槽4的投入口的角度配置为35~145°的范围，图3的平均原料脱碳酸率（%)变为50%以上， 而且图4的平均炭反应率（%)变为60%以上。
[0051] (实施例2) 接着，实施例2与实施例1相同地基于实际炉体的形状，如图1和图2B所示，从连接于 抽气导管5的下方的微粉碳注入管路3起，在更远的位置（在图中为110° )配置原料滑槽 4。此时，配置原料滑槽4的投入口的中心，使得从流化用空气注入口 6起在上方为2000mm 的高度尺寸，并且与配置在圆周方向的相同直线上的抽气导管5的注入口的中心处于相同 直线上。
[0052] 另外，将配置于抽气导管5的下方的微粉碳注入管路3的注入口的中心从流化用 空气注入口 6起在上方配置为350mm以上，在本实施例2中，配置为350mm、500mm、850mm的 三种高度尺寸并进行计算流体动力学计算。
[0053] 需说明的是，微粉碳注入管路3的注入口的各个高度的该微粉碳注入管路3的注 入口与原料滑槽4的投入口的角度如下所示。
[0054] 350mm :35°、75°、110°、145° 500mm :50°、110°、160° 850mm :50°、110°、160° 此外，水泥原料的投入量、风速、温度等实际炉体的操作条件与实施例1相同地例如使 用下列数据： ?炉体2 炉内径=4m 炉长度=25m ?微粉碳注入管路3 微粉碳的送料量=7. 4t/h 输送空气流速=1 lm/s 温度=50°C ?原料滑槽4 水泥原料：200t/h 温度=740°C 输送空气流速=0. 5m/s ?抽气导管5(在圆周方向配置4个部位） 抽气空气 温度=880°C 流速=15. 8m/s ?流化用空气注入口 流化用空气 温度=800°C 流速=1. 64m/s 另外，对于每种微粉碳注入管路3的注入口的高度尺寸，演算并得出微粉碳注入管路3 的注入口与原料滑槽4的投入口的各个角度的平均原料脱碳酸反应率（%)和平均炭反应率 (%)。另外，其结果如图3和图4所示。
[0055] 这样，在微粉碳注入管路3在抽气导管5的下方、并且将从流化用空气注入口 6起 的高度尺寸配置为350mm以上的实施例2中，明确了：通过将微粉碳注入管路3的注入口 与原料滑槽4的投入口的角度配置为90~145°的范围，图3的平均原料脱碳酸率（%)达到 50%以上，而且图4的平均炭反应率（%)达到60%以上。
[0056] 需说明的是，在微粉碳注入管路3在抽气导管5的下方、并且从流化用空气注入口 6起的高度尺寸为500mm以上的情况下，明确了：若将微粉碳注入管路3安装于距离原料滑 槽4更近的抽气导管5下方，则平均原料脱碳酸率（%)高达50%以上，但5~20m的高度位置 的炉体2内的炉壁附近的气体温度高。这会有烧毁炉体2的砖之虞。
[0057] (比较例） 此外，比较例与实施例1、2相同地基于实际炉体的形状，如图2C所示，从连接于抽气导 管5的下方之外的微粉碳注入管路3起，在更近的位置（在图中为75° )配置原料滑槽4。 此时，配置原料滑槽4的投入口的中心，使得从流化用空气注入口 6起在上方为2000mm的 高度尺寸，并且与配置于圆周方向的相同直线上的抽气导管5的注入口的中心处于相同直 线上。
[0058] 另外，将配置于抽气导管5的下方之外的微粉碳注入管路3的注入口的中心从流 化用空气注入口 6起分别配置为200mm、350mm的二种高度尺寸并进行计算流体动力学计 算。
[0059] 需说明的是，微粉碳注入管路3的注入口的各个高度的该微粉碳注入管路3的注 入口与原料滑槽4的投入口的角度如下所示。
[0060] 200mm :20°、75°、110°、160° 350mm :20°、75°、110°、160° 此外，水泥原料的投入量、风速、温度等实际炉体的操作条件与实施例1、2相同地例如 使用下列数据： ?炉体2 炉内径=4m 炉长度=25m ?微粉碳注入管路3 微粉碳的送料量=7. 4t/h 输送空气流速=1 lm/s 温度=50°C ?原料滑槽4 水泥原料：200t/h 温度=740°C 输送空气流速=0. 5m/s ?抽气导管5(在圆周方向配置4个部位） 抽气空气 温度=880°C 流速=15. 8m/s ?流化用空气注入口 流化用空气 温度=800°C 流速=1. 64m/s 另外，对于每种微粉碳注入管路3的注入口的各个高度尺寸，分别演算并得出微粉碳 注入管路3的注入口与原料滑槽4的投入口的各个角度的平均原料脱碳酸反应率（%)和平 均炭反应率（%)。另外，其结果如图3和图4的虚线所示。
[0061] 这样，在微粉碳注入管路3在抽气导管5的下方之外、并且将从流化用空气注入口 起的高度尺寸配置为200mm和350mm的比较例的情况下，无法得到图3的平均原料脱碳酸 率（%)为50%以上、而且图4的平均炭反应率（%)为60%以上的微粉碳注入管路3的注入 口与原料滑槽4的投入口的性能高的角度。
[0062] 根据以上的计算流体动力学计算的结果，首先如图5所示，通过将微粉碳注入管 路3的注入口配置于抽气导管5的下方，与未配置于抽气导管5的下方的情况相比，炉体2 底部的气体温度升高。由此，可知通过配置于抽气导管5的下方，微粉碳的着火变快，燃烧 性改善。
[0063] 另外，如图3和图4所示，可知在将微粉碳注入管路3安装于距离原料滑槽4远的 抽气导管5的吸入口的下方的情况下，通过从流化用空气注入口 6起将高度配置为200_ 以上，可将微粉碳的供给位置最优化。
[0064] 此外，在将微粉碳注入管路3安装于接近原料滑槽4的抽气导管5的吸入口的下 方的情况下，若从流化用空气注入口 6起高度为350mm，则微粉碳的流动会强烈地受到原料 的流动的影响，会从原料浓度低、并且O2浓度高的区域偏离，炭反应率低。因此，通过使微 粉碳注入管路3从流化用空气注入口 6起高度为200mm，就微粉碳的流动而言，原料的流动 的影响变弱，明确了注入至所希望的区域，可进行微粉碳的供给位置的最优化。另外，可知 若从流化用空气注入口 6起高度为500mm以上，则虽然可注入至所希望的区域，但会局部过 度燃烧，所以炉壁附近的温度过度升高而烧损的可能性高。
[0065] 另外，明确了 ：在安装于抽气导管5的下方之外的情况下，就微粉碳的流动而言， 来自于抽气空气的流动的影响若，强烈地受到原料的流动的影响，因此，无法将微粉碳注入 至所希望的区域，无论从何处注入，燃烧均恶化。
[0066] 如以上实施例1、2的结果所示，根据上述实施方式所示的流化预烧炉，由于连接 于以轴心方向作为上下方向的筒状炉体2侧部的微粉碳注入管路3的注入口在连接于该 炉体2侧部的抽气导管5的吸入口的下方，并且配置于在炉体2的底部配置的流化用空气 注入口 6的上方，所以燃料的流动强烈地受到抽气空气的流动的影响，可将燃料注入至原 料浓度低（难以通过脱碳酸产生吸热）、并且O 2浓度高的区域，可改善燃烧。由此，使炉体 2上部出口的燃料的未燃率降低并控制预热器内的温度低以防止由旋风分离器或原料滑槽 中的附着物的生成导致的预热器中的堵塞，可进行良好的运转。
[0067] 另外，通过在将微粉碳注入管路3的注入口中心从流化用空气注入口 6起配置 于200mm的位置的同时，从原料滑槽4的投入口的中心起相对于炉体2的圆周方向配置于 35~145°的位置，可使平均炭反应率为60%以上，而且可使平均原料脱碳酸率为50%以上， 即使在燃料中使用煤炭或焦炭等燃烧性差的微粉碳，也可在使炉体2上部出口的未燃率降 低并控制预热器内的温度低以防止由旋风分离器或原料滑槽中的附着物的生成导致的堵 塞的同时，可实现耐火物损耗的降低。
[0068] 另外，通过在将微粉碳注入管路3的注入口中心从流化用空气注入口 6起配置于 350mm以上的位置的同时，从原料滑槽4的投入口的中心起相对于炉体2的圆周方向配置于 90~145°的位置，可使平均炭反应率为60%以上，而且可使平均原料脱碳酸率为50%以上， 即使在燃料中使用煤炭或焦炭等燃烧性差的微粉碳，也可在使上述炉体上部出口的未燃率 降低并控制预热器内的温度低以防止由旋风分离器或原料滑槽中的附着物的生成导致的 堵塞的同时，可实现耐火物损耗的降低。
[0069] 此外，通过在将微粉碳注入管路3的注入口中心从流化用空气注入口 6起配置于 200mm以上的位置的同时，从原料滑槽4的投入口的中心起相对于炉体2的圆周方向配置于 100~120°的位置，即使在燃料中使用煤炭或焦炭等燃烧性差的微粉碳，也可在使炉体2上 部出口的未燃率进一步降低并控制预热器内的温度低以防止由旋风分离器或原料滑槽中 的附着物的生成导致的堵塞的同时，可进一步实现耐火物损耗的降低。
[0070] 产业上的可利用性 可用于以轴心方向作为上下方向的筒状的流化预烧炉。
[0071] 标记说明 1流化预烧炉 2炉体 3微粉碳注入管路 4原料滑槽 5抽气导管 6流化用空气注入口。
【主权项】
1. 流化预烧炉，其具有以轴心方向作为上下方向的筒状炉体，在所述炉体的侧部连接 将燃料注入至该炉体内的微粉碳注入管路和投入水泥原料的原料滑槽以及吸入抽气空气 的至少一个抽气导管的同时，在上述炉体的底部配置将流化用空气注入至所述炉体内的流 化用空气注入口，其特征在于， 上述微粉碳注入管路的注入口在上述抽气导管的吸入口的下方，并且配置于上述流化 用空气注入口的上方。2. 权利要求1的流化预烧炉，其特征在于，将上述微粉碳注入管路的注入口的中心从 上述流化用空气注入口起配置于200mm的位置，并且从上述原料滑槽的投入口的中心起相 对于上述炉体的圆周方向配置于35~145°的位置。3. 权利要求1的流化预烧炉，其特征在于，将上述微粉碳注入管路的注入口的中心从 上述流化用空气注入口起配置于350mm以上的位置，并且从上述原料滑槽的投入口的中心 起相对于上述炉体的圆周方向配置于90~145°的位置。4. 权利要求1的流化预烧炉，其特征在于，将上述微粉碳注入管路的注入口的中心从 上述流化用空气注入口起配置于200mm以上的位置，并且从上述原料滑槽的投入口的中心 起相对于上述炉体的圆周方向配置于100~120°的位置。
【专利摘要】本发明提供通过以实际炉体的形状、操作条件为基础的计算流体动力学计算，即使在燃料中使用煤炭或焦炭等燃烧性差的微粉碳，也可在使流化预烧炉出口的未燃率降低以防止预热器中的堵塞的同时，进行充分的预烧的流化预烧炉。根据本发明，提供流化预烧炉(1)，其具有以轴心方向作为上下方向的筒状炉体(2)，在该炉体(2)的侧部连接将燃料注入至该炉体(2)内的微粉碳注入管路(3)和投入水泥原料的原料滑槽(4)以及吸入抽气空气的至少一个抽气导管(5)的同时，在炉体(2)的底部配置将流化用空气注入至该炉体(2)内的流化用空气注入口(6)，其中，微粉碳注入管路(3)的注入口在抽气导管(5)的吸入口的下方，并且配置于流化用空气注入口(6)的上方。
【IPC分类】F27B15/14, C04B7/45
【公开号】CN104903268
【申请号】CN201380068540
【发明人】高山佳典, 王俊柱
【申请人】三菱综合材料株式会社
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月25日
【公告号】EP2939989A1, US20150307396, WO2014103302A1
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通过将微粉碳的供给位置最优化而可降低预烧炉出口的燃料的未燃 率的流化预烧炉。
【背景技术】
[0002] 目前，如图6所示，在具备流化预烧炉的水泥制备设备10中，在悬浮预热器7中通 过与高温气体的热交换被加热的原料从悬浮预热器7下游的旋风分离器8排出，其中一部 分被分散投入至回转炉窑废气导管9中，其余被供给至流化预烧炉11的原料供给滑槽12。
[0003] 在这种流化预烧炉11中，通过流化用空气注入口 13、空气室13a和空气分散板 14,注入高压空气，形成流化层15。此时，上述高压空气在使从微粉碳供给管16供给的燃料 的一部分燃烧的同时，使被预烧原料在流化层15滞留规定时间后飞散至该流化层15上方 的自由空间17。另外，从吸入口 19在近似切线方向吸入高温的来自于熟料冷却器18的空 气，在自由空间17中，从微粉碳供给管16供给的燃料也燃烧。由此，使从上部原料供给滑 槽12投入的原料和从流化层15表面飞散至上方的原料有效且迅速地预烧。
[0004] 然后，进行了预烧的原料全部伴随着预烧炉废气进入旋风分离器21中。另一方 面，分散投入至回转炉窑废气导管9内的原料也通过回转炉窑废气预烧一部分，与该回转 炉窑废气一同进入旋风分离器21中。此外，在旋风分离器21中捕集的预烧原料经过原料 滑槽22被导入至回转炉窑20中。
[0005] 另一方面，通过引风机23的吸引力将在熟料冷却器18中产生的高温空气分别吸 入至回转炉窑20和流化预烧炉11。但是，由于向通风阻力小的回转炉窑20的吸入量变得 过大，所以在回转炉窑废气导管9的一部分中，在缩小截面积的同时，通过气门24调整向流 化预烧炉11的吸入量。
[0006] 另外，在流化预烧炉中，通常使用煤炭等固体燃料作为预烧水泥原料的燃料。其 中，将燃烧性良好的烟煤粉碎成微粉使用。但是，为了有效活用有限的资源，需要使用燃烧 性差的煤炭或石油焦炭等的广泛的种类的燃料。
[0007] 但是，在使用煤炭或焦炭等燃烧性差的微粉碳作为燃料的情况下，由于在流化预 烧炉出口的未燃率高，在悬浮预热器内进行燃烧，结果预热器内的温度升高，因在旋风分离 器或原料滑槽中产生附着物而在预热器中常发生堵塞，有导致阻碍运转的问题。另外，由于 流化预烧炉内为高温且粉尘浓度非常高，所以难以把握燃烧状态。
[0008] 因此，在下列专利文献1中，提出了水泥原料的流化预烧炉，其具有将筒轴心方向 作为上下方向的筒状炉体、在该炉体的底部近似水平地设置的空气分散板和该空气分散板 下侧的空气室、供给该空气分散板上侧的原料的原料供给滑槽、将固体原料供给至该空气 分散板上侧的流化层的燃料供给喷嘴和将2次空气（抽气空气）供给至该空气分散板上侧 的2次空气管道，其中，将该燃料供给喷嘴相对于水平面以20°以上的下倾并且与向心方 向相比偏向至切线侧地连接至该炉体上。
[0009] 上述目前的水泥原料的流化预烧炉通过燃料的燃烧使原料预烧，但上述燃料供给 喷嘴的连接位置等基于经验值，未考虑流化预烧炉内的原料浓度或气体浓度（特别是O2) 的分布的有无等，因而有以下问题：当在燃料中使用煤炭或焦炭等燃烧性差的微粉碳时，不 仅无法进行充分的预烧，而且会因导管的堵塞而对运转产生阻碍。
[0010]另外，就炉体等的耐火物而言，若燃烧性能过度提高，则炉壁附近的温度会局部地 过度升高，产生烧损的可能性高的问题。
[0011] 现有技术文献 专利文献 专利文献1 :日本特开平8-231254号公报。
【发明内容】
[0012] 发明所要解决的课题 本发明鉴于这样的情况而实施，其课题在于：提供即使在燃料中使用煤炭或焦炭等燃 烧性差的微粉碳，也可在使流化预烧炉出口的未燃率降低以防止预热器中的堵塞的同时， 进行充分的预烧的流化预烧炉。
[0013] 解决课题的手段 为了解决上述课题，权利要求1所记载的发明为流化预烧炉，其具有以轴心方向作为 上下方向的筒状炉体，在该炉体的侧部连接将燃料注入至该炉体内的微粉碳注入管路和投 入水泥原料的原料滑槽以及吸入抽气空气的至少一个抽气导管的同时，在上述炉体的底部 配置将流化用空气注入至该炉体内的流化用空气注入口，其特征在于，上述微粉碳注入管 路的注入口在上述抽气导管的吸入口的下方，并且配置于上述流化用空气注入口的上方。
[0014] 另外，权利要求2所记载的发明的特征在于，在权利要求1所记载的发明中，将上 述微粉碳注入管路的注入口的中心从上述流化用空气注入口起配置于200mm的位置，并且 从上述原料滑槽的投入口的中心起相对于上述炉体的圆周方向配置于35~145°的位置。
[0015] 另外，权利要求3所记载的发明的特征在于，在权利要求1所记载的发明中，将上 述微粉碳注入管路的注入口的中心从上述流化用空气注入口起配置于350mm以上的位置， 并且从上述原料滑槽的投入口的中心起相对于上述炉体的圆周方向配置于90~145°的位 置。
[0016] 此外，权利要求4所记载的发明的特征在于，在权利要求1所记载的发明中，将上 述微粉碳注入管路的注入口的中心从上述流化用空气注入口起配置于200mm以上的位置， 并且从上述原料滑槽的投入口的中心起相对于上述炉体的圆周方向配置于100~120°的位 置。
[0017] 发明的效果 根据权利要求1~4所记载的发明，由于在以轴心方向作为上下方向的筒状炉体侧部连 接的微粉碳注入管路的注入口在在该炉体的侧部连接的抽气导管的吸入口的下方，并且配 置于在上述炉体的底部配置的流化用空气注入口的上方，所以燃料的流动强烈地受到抽气 空气的流动的影响，可将燃料注入至原料浓度低（难以产生由脱碳酸导致的吸热）且〇 2浓 度高的区域，可改善燃烧。由此，使上述炉体上部出口的燃料的未燃率降低并控制预热器内 的温度低以防止由旋风分离器或原料滑槽中的附着物的生成导致的预热器中的堵塞，可进 行良好的运转。
[0018] 根据权利要求2所记载的发明，由于将上述微粉碳注入管路的注入口中心从上述 流化用空气注入口起配置于200mm的位置，并且从原料滑槽的投入口的中心起相对于上述 炉体的圆周方向配置于35~145°的位置，所以可使平均炭反应率为60%以上，而且可使平 均原料脱炭酸率为50%以上，即使在燃料中使用煤炭或焦炭等燃烧性差的微粉碳，也可在 使上述炉体上部出口的未燃率降低并控制预热器内的温度低以防止堵塞的同时，实现耐火 物损耗的降低。
[0019] 根据权利要求3所记载的发明，由于将上述微粉碳注入管路的注入口中心从上述 流化用空气注入口起配置于350mm以上的位置，并且从上述原料滑槽的投入口的中心起 相对于上述炉体的圆周方向配置于90~145°的位置，所以可使平均炭反应率为60%以上， 而且可使平均原料脱碳酸率为50%以上，即使在燃料中使用煤炭或焦炭等燃烧性差的微粉 碳，也可在使上述炉体上部出口的未燃率降低并控制预热器内的温度低以防止堵塞的同 时，实现耐火物损耗的降低。
[0020] 根据权利要求4所记载的发明，由于将上述微粉碳注入管路的注入口中心从上述 流化用空气注入口起配置于200mm以上的位置，并且从上述原料滑槽的投入口的中心起相 对于上述炉体的圆周方向配置于100~120°的位置，所以即使在燃料中使用煤炭或焦炭等 燃烧性差的微粉碳，也可在使上述炉体上部出口的未燃率进一步降低并控制预热器内的温 度低以防止堵 塞的同时，进一步实现耐火物损耗的降低。
【附图说明】
[0021] [图1]图1为示出本发明的流化预烧炉的一个实施方式的示意图。
[0022] [图2A]图2A为示出本发明的流化预烧炉的微粉碳注入管路的注入口与原料滑 槽的投入口的位置关系，微粉碳注入管路的注入口在抽气导管的吸入口的下方，并且相对 于圆周方向在75°的位置配置原料滑槽的投入口的示意图。
[0023] [图2B]图2B为示出本发明的流化预烧炉的微粉碳注入管路的注入口与原料滑 槽的投入口的位置关系，微粉碳注入管路的注入口在抽气导管的吸入口的下方，并且相对 于圆周方向在110°的位置配置原料滑槽的投入口的示意图。
[0024] [图2C]图2C为示出本发明的流化预烧炉的微粉碳注入管路的注入口与原料滑 槽的投入口的位置关系，微粉碳注入管路的注入口在抽气导管的吸入口的下方之外，并且 相对于圆周方向在75°的位置配置原料滑槽的投入口的示意图。
[0025] [图3]图3为示出微粉碳注入管路的注入口与原料滑槽的投入口相对于圆周方 向的角度和微粉碳注入管路3的微粉碳注入高度（h)下的平均原料脱碳酸率（%)的折线 图。
[0026] [图4]图4为示出微粉碳注入管路的注入口与原料滑槽的投入口相对于圆周方 向的角度和微粉碳注入管路3的微粉碳注入高度（h)下的平均炭反应率（%)的折线图。
[0027] [图5]图5示出本发明的实施例的结果，为示出由微粉碳注入管路的注入口位置 的不同导致的温度分布的不同的计算机图形。
[0028] [图6]图6为目前的水泥制备设备的示意图。
【具体实施方式】
[0029] 如图1、图2A、图2B和图2C所示，本发明的流化预烧炉1的实施方式1的概略构 成为，具有以轴心方向作为上下方向的筒状炉体2,在该炉体2的侧部连接将作为燃料的微 粉碳注入至该炉体2内的微粉碳注入管路3和投入水泥原料的原料滑槽4以及吸入抽气空 气的多个（在图中为4个）抽气导管5的同时，在炉体2的底部配置将流化用空气注入至 该炉体内的流化用空气注入口 6。顺便说一下，上述炉体2的内径为4~6m。
[0030] 此处，在通过下倾将4个抽气导管5连接于炉体2的侧部的同时，将各个吸入口 的中心配置于相同圆周上。具体而言，将抽气导管5的中心线与水平面形成的角度设定为 55~65°的范围。另外，将抽气导管5内的气体流速大致设定为15~18m/s。此外，将抽气导 管5的吸入口的中心从流化用空气注入口 6起在上方配置为1500~2500mm的高度尺寸。需 说明的是，从均匀地将空气供给至炉底部的观点出发，将多根（如图所示，通常为4根）抽 气导管5配置于在圆周方向隔开近似相等间隔的位置。
[0031] 另外，在通过下倾将原料滑槽4连接于抽气导管5之间的同时，通过原料粒子的摩 擦系数或休止角经验性地确定与水平面的角度。需说明的是，在通常的水泥原料的情况下， 将上述与水平面的角度大致设定为50° ~70°。另外，设计原料滑槽4的直径使得与原料 投入量匹配，因此，该原料滑槽4投入口的中心因流化预烧炉的生产能力而不同，但大致从 流化用空气注入口 6起在上方配置为1500~3000mm的范围的高度尺寸。
[0032] 另外，例如如图6的目前实例所示，流化用空气注入口 6通过空气室13a和空气 分散板14,将高压空气注入至炉体2内。需说明的是，在本实施方式中，空气分散板14作 为流化用空气注入口 6,在炉体2的径向平行地配置。此处，通过原料密度或粒度分布确定 来自于上述流化用空气注入口 6的流化用空气的注入速度，对于通常的水泥原料，设定为 1. 0-2. 0m/s〇
[0033] 另外，将作为燃料的微粉碳（例如煤炭或焦炭）注入至炉体2内的微粉碳注入管 路3在4个抽气导管5的任意一个的下方，并且连接于流化用空气注入口 6的上方。另外， 在将微粉碳注入管路3与炉体2的轴中心线垂直且在中心方向连接的同时，将该微粉碳注 入管路3的注入口的中心例如相对于与抽气导管5的中心垂直的方向配置于相同直线上。 另外，微粉碳注入管路的输送空气速度为运转上的调整项目，通常将其范围设定为l〇~20m/ s的范围。
[0034] 需说明的是，从流化用空气注入口 6起的微粉碳注入管路3的注入口的高度因原 料滑槽4的位置而不同。例如，在将微粉碳注入管路3的注入口的中心和原料滑槽4的投 入口的中心相对于炉体2的圆周方向配置于35~145°的范围的位置的情况下，将高度尺寸 配置为200mm。
[0035] 另外，例如在将微粉碳注入管路3的注入口的中心和原料滑槽4的投入口的中 心相对于炉体2的圆周方向配置于90~145°的范围的位置的情况下，将高度尺寸配置为 350mm以上。
[0036] 使用上述构成的流化预烧炉1基于以下结果而构成：通过本发明人等进行的计算 流体动力学计算CFD (Computational Fluid Dynamics)，查明从微粉碳注入管路3注入的 微粉碳的流动受到从原料滑槽4投入的原料的流动和来自于抽气导管5的气体流动的影 响，此外如下列实施例1和实施例2中所示，发现了从流化用空气注入口 6起的微粉碳注入 管路3的注入口的高度和炉体2的圆周方向的微粉碳注入管路3与原料滑槽4的适宜的位 置关系。
[0037] 需说明的是，即使将抽气空气注入或吸入至抽气导管5,对微粒碳的流动造成的影 响也相同。
[0038] 上述计算流体动力学计算将实际的流化预烧炉的形状和操作条件量化，通过安装 有分析程序的计算机，量化计算气体流动、粒子移动、化学反应、导热，使用计算机图形，把 握在实测中困难的流化预烧炉内的燃烧·预烧的情况。
[0039] 计算流体动力学计算的方法、模型如下所示： (1) 计算流体动力学计算软件：Rf low (株式会社7-;1/7 口一） (2) 紊流模型：k - ε模型（k - ε Model) (3) 流体：非压缩性理想气体 (4) 压力-速度耦合：简单（SIMPLE) (5) 离散格式：有限体积法（Finite Volume Method) (6) 动量：二阶迎风（Second Order Upwind) (7) 紊流动能：一阶迎风（First Order Upwind) (8) 紊流耗散率：一阶迎风（First Order Upwind) (9) 能量：二阶迎风（Second Order Upwind) (10) 粒子分析：离散元法（Discrete Element Method) (11) 粒子流体制备：双向親合（Two Way Coupling) (12) 微粉碳燃烧：H2+02- H 20、CH4+02- H 20+C02、C0+02- CO 2、C+02- CO 2 (13) 原料脱碳酸模型：CaCO3+ CaCHCO2、未反应核模型。
[0040] 需说明的是，（2)~(11)为在进行针对气体的流动等的计算流体分析时在本领域技 术人员中广泛使用的通用的模型，（12)为在进行燃烧分析时在本领域技术人员中广泛使用 的通用的模型，（13)为在分析石灰石的脱碳酸反应时在本领域技术人员中广泛使用的通用 的模型。
[0041] 需说明的是，就使用上述计算流体动力学计算的评价而言，如图3所示，对于相互 不同的多个微粉碳注入管路3的位置和微粉碳注入高度（h)的情况，通过计算相对于微粉 碳注入管路3的注入口和原料滑槽4的投入口的角度的平均原料脱碳 酸率（%)进行，并且 如图4所示，同样地对于多个微粉碳注入管路3的位置和微粉碳注入高度（h)的情况，通过 计算相对于微粉碳注入管路3的注入口和原料滑槽4的投入口的角度的平均炭反应率（%) 进行。
[0042] 另外，平均原料脱碳酸率（%)为根据预烧前的质量将预烧炉出口的各个原料粒子 的脱碳酸率加权平均而得到的值，平均炭反应率（%)为根据反应前的炭的质量将预烧炉出 口的各个微粉碳粒子的炭反应率加权平均而得到的值。此外，在平均原料脱碳酸率（%)为 50%以上、平均炭反应率（%)为60%以上时，评价为其性能高。
[0043] 此外，图3的平均原料脱碳酸率（%)的图形和图4的平均炭反应率（%)的图形由 以下实例产生：将各个微粉碳注入管路3连接于抽气导管5的下方且该微粉碳注入管路3 的注入口的中心在从流化用空气注入口 6起为200_的高度尺寸的位置的实施例1和在 350mm以上（350mm、500mm、850mm)的高度尺寸的位置的实施例2,以及将各个微粉碳注入管 路3连接于抽气导管5的下方之外且该微粉碳注入管路3的注入口的中心在从流化用空气 注入口 6起为200mm、350mm的高度尺寸的位置的比较例。
[0044] 需说明的是，在以下所示出的实施例1、实施例2、比较例中使用的煤炭的组成如 下所示。 名称 发热t 挥发成分 固定礴 水分 灰分 (Kcal/Kg) (%) (%) (%) {%) 烟煤 6700 343 49,4 6,8 9J
[0045] 需说明的是，在改变微粉碳的种类的情况下，除了变更上述工业分析值以外，也调 整微粉碳送料量使得向预烧炉投入的微粉碳的总发热量变为固定。
[0046] (实施例1) 首先，在实施例1的计算流体动力学计算中，基于实际炉体的形状，如图1和图2A所 示，从连接于抽气导管5的下方的微粉碳注入管路3起，在更近的位置（在图中为75° )配 置原料滑槽4。此时，配置原料滑槽4的投入口的中心，使得从流化用空气注入口 6起在上 方为2000mm的高度尺寸，并且与配置在圆周方向的相同直线上的抽气导管5的吸入口的中 心处于相同直线上。
[0047] 另外，配置于抽气导管5的下方的微粉碳注入管路3的注入口的中心从流化用空 气注入口 6起配置为200mm的高度尺寸并进行计算流体动力学计算。
[0048] 需说明的是，微粉碳注入管路3的注入口与原料滑槽4的投入口的角度如下所示。
[0049] 200mm :35。、75。、110。、145。 此外，水泥原料的投入量、风速、温度等实际炉体的操作条件例如使用下列数据： ?炉体2 炉内径=4m 炉长度=25m ?微粉碳注入管路3 微粉碳的送料量=7. 4t/h 输送空气流速=1 lm/s 温度=50°C ?原料滑槽4 水泥原料：200t/h 温度=740°C 输送空气流速=0. 5m/s ?抽气导管5(在圆周方向配置4个部位） 抽气空气 温度=880°C 流速=15. 8m/s ?流化用空气注入口 流化用空气 温度=800°C 流速=1. 64m/s 另外，演算并得出微粉碳注入管路3的注入口与原料滑槽4的投入口的各个角度的平 均原料脱碳酸反应率（%)和平均炭反应率（%)。其结果如图3和图4所示。
[0050] 这样，在微粉碳注入管路3在抽气导管5的下方、并且从流化用空气注入口 6起的 高度尺寸配置为200_的实施例1中，明确了：通过将微粉碳注入管路3的注入口与原料滑 槽4的投入口的角度配置为35~145°的范围，图3的平均原料脱碳酸率（%)变为50%以上， 而且图4的平均炭反应率（%)变为60%以上。
[0051] (实施例2) 接着，实施例2与实施例1相同地基于实际炉体的形状，如图1和图2B所示，从连接于 抽气导管5的下方的微粉碳注入管路3起，在更远的位置（在图中为110° )配置原料滑槽 4。此时，配置原料滑槽4的投入口的中心，使得从流化用空气注入口 6起在上方为2000mm 的高度尺寸，并且与配置在圆周方向的相同直线上的抽气导管5的注入口的中心处于相同 直线上。
[0052] 另外，将配置于抽气导管5的下方的微粉碳注入管路3的注入口的中心从流化用 空气注入口 6起在上方配置为350mm以上，在本实施例2中，配置为350mm、500mm、850mm的 三种高度尺寸并进行计算流体动力学计算。
[0053] 需说明的是，微粉碳注入管路3的注入口的各个高度的该微粉碳注入管路3的注 入口与原料滑槽4的投入口的角度如下所示。
[0054] 350mm :35°、75°、110°、145° 500mm :50°、110°、160° 850mm :50°、110°、160° 此外，水泥原料的投入量、风速、温度等实际炉体的操作条件与实施例1相同地例如使 用下列数据： ?炉体2 炉内径=4m 炉长度=25m ?微粉碳注入管路3 微粉碳的送料量=7. 4t/h 输送空气流速=1 lm/s 温度=50°C ?原料滑槽4 水泥原料：200t/h 温度=740°C 输送空气流速=0. 5m/s ?抽气导管5(在圆周方向配置4个部位） 抽气空气 温度=880°C 流速=15. 8m/s ?流化用空气注入口 流化用空气 温度=800°C 流速=1. 64m/s 另外，对于每种微粉碳注入管路3的注入口的高度尺寸，演算并得出微粉碳注入管路3 的注入口与原料滑槽4的投入口的各个角度的平均原料脱碳酸反应率（%)和平均炭反应率 (%)。另外，其结果如图3和图4所示。
[0055] 这样，在微粉碳注入管路3在抽气导管5的下方、并且将从流化用空气注入口 6起 的高度尺寸配置为350mm以上的实施例2中，明确了：通过将微粉碳注入管路3的注入口 与原料滑槽4的投入口的角度配置为90~145°的范围，图3的平均原料脱碳酸率（%)达到 50%以上，而且图4的平均炭反应率（%)达到60%以上。
[0056] 需说明的是，在微粉碳注入管路3在抽气导管5的下方、并且从流化用空气注入口 6起的高度尺寸为500mm以上的情况下，明确了：若将微粉碳注入管路3安装于距离原料滑 槽4更近的抽气导管5下方，则平均原料脱碳酸率（%)高达50%以上，但5~20m的高度位置 的炉体2内的炉壁附近的气体温度高。这会有烧毁炉体2的砖之虞。
[0057] (比较例） 此外，比较例与实施例1、2相同地基于实际炉体的形状，如图2C所示，从连接于抽气导 管5的下方之外的微粉碳注入管路3起，在更近的位置（在图中为75° )配置原料滑槽4。 此时，配置原料滑槽4的投入口的中心，使得从流化用空气注入口 6起在上方为2000mm的 高度尺寸，并且与配置于圆周方向的相同直线上的抽气导管5的注入口的中心处于相同直 线上。
[0058] 另外，将配置于抽气导管5的下方之外的微粉碳注入管路3的注入口的中心从流 化用空气注入口 6起分别配置为200mm、350mm的二种高度尺寸并进行计算流体动力学计 算。
[0059] 需说明的是，微粉碳注入管路3的注入口的各个高度的该微粉碳注入管路3的注 入口与原料滑槽4的投入口的角度如下所示。
[0060] 200mm :20°、75°、110°、160° 350mm :20°、75°、110°、160° 此外，水泥原料的投入量、风速、温度等实际炉体的操作条件与实施例1、2相同地例如 使用下列数据： ?炉体2 炉内径=4m 炉长度=25m ?微粉碳注入管路3 微粉碳的送料量=7. 4t/h 输送空气流速=1 lm/s 温度=50°C ?原料滑槽4 水泥原料：200t/h 温度=740°C 输送空气流速=0. 5m/s ?抽气导管5(在圆周方向配置4个部位） 抽气空气 温度=880°C 流速=15. 8m/s ?流化用空气注入口 流化用空气 温度=800°C 流速=1. 64m/s 另外，对于每种微粉碳注入管路3的注入口的各个高度尺寸，分别演算并得出微粉碳 注入管路3的注入口与原料滑槽4的投入口的各个角度的平均原料脱碳酸反应率（%)和平 均炭反应率（%)。另外，其结果如图3和图4的虚线所示。
[0061] 这样，在微粉碳注入管路3在抽气导管5的下方之外、并且将从流化用空气注入口 起的高度尺寸配置为200mm和350mm的比较例的情况下，无法得到图3的平均原料脱碳酸 率（%)为50%以上、而且图4的平均炭反应率（%)为60%以上的微粉碳注入管路3的注入 口与原料滑槽4的投入口的性能高的角度。
[0062] 根据以上的计算流体动力学计算的结果，首先如图5所示，通过将微粉碳注入管 路3的注入口配置于抽气导管5的下方，与未配置于抽气导管5的下方的情况相比，炉体2 底部的气体温度升高。由此，可知通过配置于抽气导管5的下方，微粉碳的着火变快，燃烧 性改善。
[0063] 另外，如图3和图4所示，可知在将微粉碳注入管路3安装于距离原料滑槽4远的 抽气导管5的吸入口的下方的情况下，通过从流化用空气注入口 6起将高度配置为200_ 以上，可将微粉碳的供给位置最优化。
[0064] 此外，在将微粉碳注入管路3安装于接近原料滑槽4的抽气导管5的吸入口的下 方的情况下，若从流化用空气注入口 6起高度为350mm，则微粉碳的流动会强烈地受到原料 的流动的影响，会从原料浓度低、并且O2浓度高的区域偏离，炭反应率低。因此，通过使微 粉碳注入管路3从流化用空气注入口 6起高度为200mm，就微粉碳的流动而言，原料的流动 的影响变弱，明确了注入至所希望的区域，可进行微粉碳的供给位置的最优化。另外，可知 若从流化用空气注入口 6起高度为500mm以上，则虽然可注入至所希望的区域，但会局部过 度燃烧，所以炉壁附近的温度过度升高而烧损的可能性高。
[0065] 另外，明确了 ：在安装于抽气导管5的下方之外的情况下，就微粉碳的流动而言， 来自于抽气空气的流动的影响若，强烈地受到原料的流动的影响，因此，无法将微粉碳注入 至所希望的区域，无论从何处注入，燃烧均恶化。
[0066] 如以上实施例1、2的结果所示，根据上述实施方式所示的流化预烧炉，由于连接 于以轴心方向作为上下方向的筒状炉体2侧部的微粉碳注入管路3的注入口在连接于该 炉体2侧部的抽气导管5的吸入口的下方，并且配置于在炉体2的底部配置的流化用空气 注入口 6的上方，所以燃料的流动强烈地受到抽气空气的流动的影响，可将燃料注入至原 料浓度低（难以通过脱碳酸产生吸热）、并且O 2浓度高的区域，可改善燃烧。由此，使炉体 2上部出口的燃料的未燃率降低并控制预热器内的温度低以防止由旋风分离器或原料滑槽 中的附着物的生成导致的预热器中的堵塞，可进行良好的运转。
[0067] 另外，通过在将微粉碳注入管路3的注入口中心从流化用空气注入口 6起配置 于200mm的位置的同时，从原料滑槽4的投入口的中心起相对于炉体2的圆周方向配置于 35~145°的位置，可使平均炭反应率为60%以上，而且可使平均原料脱碳酸率为50%以上， 即使在燃料中使用煤炭或焦炭等燃烧性差的微粉碳，也可在使炉体2上部出口的未燃率降 低并控制预热器内的温度低以防止由旋风分离器或原料滑槽中的附着物的生成导致的堵 塞的同时，可实现耐火物损耗的降低。
[0068] 另外，通过在将微粉碳注入管路3的注入口中心从流化用空气注入口 6起配置于 350mm以上的位置的同时，从原料滑槽4的投入口的中心起相对于炉体2的圆周方向配置于 90~145°的位置，可使平均炭反应率为60%以上，而且可使平均原料脱碳酸率为50%以上， 即使在燃料中使用煤炭或焦炭等燃烧性差的微粉碳，也可在使上述炉体上部出口的未燃率 降低并控制预热器内的温度低以防止由旋风分离器或原料滑槽中的附着物的生成导致的 堵塞的同时，可实现耐火物损耗的降低。
[0069] 此外，通过在将微粉碳注入管路3的注入口中心从流化用空气注入口 6起配置于 200mm以上的位置的同时，从原料滑槽4的投入口的中心起相对于炉体2的圆周方向配置于 100~120°的位置，即使在燃料中使用煤炭或焦炭等燃烧性差的微粉碳，也可在使炉体2上 部出口的未燃率进一步降低并控制预热器内的温度低以防止由旋风分离器或原料滑槽中 的附着物的生成导致的堵塞的同时，可进一步实现耐火物损耗的降低。
[0070] 产业上的可利用性 可用于以轴心方向作为上下方向的筒状的流化预烧炉。
[0071] 标记说明 1流化预烧炉 2炉体 3微粉碳注入管路 4原料滑槽 5抽气导管 6流化用空气注入口。
【主权项】
1. 流化预烧炉，其具有以轴心方向作为上下方向的筒状炉体，在所述炉体的侧部连接 将燃料注入至该炉体内的微粉碳注入管路和投入水泥原料的原料滑槽以及吸入抽气空气 的至少一个抽气导管的同时，在上述炉体的底部配置将流化用空气注入至所述炉体内的流 化用空气注入口，其特征在于， 上述微粉碳注入管路的注入口在上述抽气导管的吸入口的下方，并且配置于上述流化 用空气注入口的上方。2. 权利要求1的流化预烧炉，其特征在于，将上述微粉碳注入管路的注入口的中心从 上述流化用空气注入口起配置于200mm的位置，并且从上述原料滑槽的投入口的中心起相 对于上述炉体的圆周方向配置于35~145°的位置。3. 权利要求1的流化预烧炉，其特征在于，将上述微粉碳注入管路的注入口的中心从 上述流化用空气注入口起配置于350mm以上的位置，并且从上述原料滑槽的投入口的中心 起相对于上述炉体的圆周方向配置于90~145°的位置。4. 权利要求1的流化预烧炉，其特征在于，将上述微粉碳注入管路的注入口的中心从 上述流化用空气注入口起配置于200mm以上的位置，并且从上述原料滑槽的投入口的中心 起相对于上述炉体的圆周方向配置于100~120°的位置。
【专利摘要】本发明提供通过以实际炉体的形状、操作条件为基础的计算流体动力学计算，即使在燃料中使用煤炭或焦炭等燃烧性差的微粉碳，也可在使流化预烧炉出口的未燃率降低以防止预热器中的堵塞的同时，进行充分的预烧的流化预烧炉。根据本发明，提供流化预烧炉(1)，其具有以轴心方向作为上下方向的筒状炉体(2)，在该炉体(2)的侧部连接将燃料注入至该炉体(2)内的微粉碳注入管路(3)和投入水泥原料的原料滑槽(4)以及吸入抽气空气的至少一个抽气导管(5)的同时，在炉体(2)的底部配置将流化用空气注入至该炉体(2)内的流化用空气注入口(6)，其中，微粉碳注入管路(3)的注入口在抽气导管(5)的吸入口的下方，并且配置于流化用空气注入口(6)的上方。
【IPC分类】F27B15/14, C04B7/45
【公开号】CN104903268
【申请号】CN201380068540
【发明人】高山佳典, 王俊柱
【申请人】三菱综合材料株式会社
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月25日
【公告号】EP2939989A1, US20150307396, WO2014103302A1
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