一种回转窑供热系统及供热方法与流程

本发明涉及回转窑供热设备，具体涉及一种回转窑供热系统及供热方法，属于回转窑供热。

背景技术：

1、回转窑是一种常见的用于物料加热和反应的高温设备。物料在回转式的窑膛内实现加热和反应，因为窑体自身在生产过程中沿轴线以一定速率转动，带动窑膛内的颗粒物料翻转和混合，相对竖窑等窑本体不动的窑型，其窑膛内的温度均匀性更高且物料之间的混合和相对运动也更充分，因此更有利于物料间、物料与炉膛气氛之间的反应。由于上述优势，回转窑被广泛的应用在钢铁和有色冶金等领域。

2、现有的回转窑通常采用单一的大功率的中央烧嘴进行供热。中央烧嘴安装在回转窑端部中心，窑膛供热所需的全部或大部分燃料和空气从中央烧嘴喷入窑膛内，在回转窑中心轴线附近形成一个基本与中心轴线平行的柱状火焰。主要通过火焰与炉膛之间、火焰与物料之间、炉膛与物料之间的辐射和烟气与物料之间的对流加热炉膛和物料。通过调节中央烧嘴功率和火焰形状，可以实现不同工艺要求的加热制度。上述单一中央烧嘴式的供热方式，具有结构简单、控制方便等优势，因此是目前回转窑采用最广泛的供热方式。

3、但上述单一中央烧嘴式的供热方式至少存在以下两个明显的缺陷：一是中央烧嘴燃烧区域集中，燃烧中心温度较炉膛气氛平均温度高出超过200℃以上，导致燃烧过程nox排放很高；二是中央烧嘴供热模式导致炉膛氧分布很不均匀，在中央烧嘴射流覆盖的区域内，氧气浓度高，在窑膛和窑尾等烧嘴射流覆盖不到的位置，氧气浓度低，这种炉膛内的氧气偏析会导致炉膛物料反应的不均匀。特别是在采用回转窑处理带可燃性挥发物的物料时，这种氧气偏析会使在氧浓度高的地方，挥发分燃烧放热剧烈、局部超温，导致结窑，而在氧浓度低的地方物料的挥发分析出和燃烧反应被抑制，影响工艺正常进行。

技术实现思路

1、针对现有技术中，单一中央烧嘴式的供热的回转窑存在燃烧区域集中燃烧温度高导致污染排放大、供氧不均匀局部反应速率高容易形成结窑等问题，本发明提供了一种回转窑供热系统及供热方法，通过多烧嘴群火焰长度周期性变化实现不同区域的周期性供热，解决了回转窑燃烧区域集中、火焰峰值温度高而导致nox排放量大的问题。同时，随着火焰长度的周期性变化，助燃风携带的氧气也被周期性的输送到回转窑沿中心轴线的不同深度位置，从而解决了回转窑局部反应速率高，容易形成结瘤的问题。

2、为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案如下所述：

3、根据本发明的第一种实施方案，提供一种回转窑供热系统：

4、一种回转窑供热系统，该系统包括窑头、窑身、窑尾、点火烧嘴以及供热烧嘴。窑头和窑尾分别设置在窑身的两端并均不随窑身的转动而转动。在窑头上设置有与窑身内腔相连通的加料管道和烟气管道，在窑尾上开设有与窑身内腔相连通的卸料通道。点火烧嘴和多个供热烧嘴的烧嘴端均穿过窑尾后伸入至窑身内，并且点火烧嘴位于窑尾的中心处，多个供热烧嘴环绕分布在点火烧嘴的四周。每个供热烧嘴均包括有燃气通道和助燃气通道，其中多个供热烧嘴各自燃气通道的口径相同，但各自助燃气通道的口径不相同。

5、作为优选，在竖直方向上，位于点火烧嘴最上方的供热烧嘴的助燃气通道的口径最大，位于点火烧嘴最下方的供热烧嘴的助燃气通道的口径最小。

6、作为优选，除位于点火烧嘴最上方和位于其最下方的供热烧嘴外，其余供热烧嘴的助燃气通道的口径自上而下逐渐减小。

7、作为优选，在多个供热烧嘴中，口径最大的助燃气通道的口径是口径最小的助燃气通道口径的1.5~5倍，优选为2~4倍。

8、作为优选，所述点火烧嘴为平焰烧嘴，包括烧嘴砖、平焰助燃气通道、平焰燃料通道、外扩式火道以及烟气回流通道。烧嘴砖嵌设贯穿窑尾的中心部。平焰助燃气通道的出气端伸入至烧嘴砖内。平焰燃料通道套设在平焰助燃气通道内，并且在平焰助燃气通道内平焰燃料通道的出气端沿轴向仅延伸至接近平焰助燃气通道出口的位置。外扩式火道设置在烧嘴砖内，并且外扩式火道的窄端与平焰助燃气通道的出口相连通。烟气回流通道开设在外扩式火道周向外侧的烧嘴砖内，烟气回流通道的一端与平焰助燃气通道相连通，其另一端与外扩式火道的宽端内部和/或与外扩式火道的宽端外部相连通。

9、作为优选，所述平焰助燃气通道的出气端为通过扩张板形成的渐扩式结构，该渐扩式结构的宽端伸入至烧嘴砖内并与外扩式火道的窄端相连通。在扩张板所形成的渐扩式结构内部还设置有向气流来源方向一侧凸起的导流档板，并且导流档板的外壁与扩张板的内壁之间共同形成沿气流流动方向口径逐渐缩小的混流通道。优选，烟气回流通道与混流通道相连通。

10、作为优选，在混流通道内还设置有旋流叶片。优选，根据气流的走向，旋流叶片位于烟气回流通道与混流通道相连通位置的上游。

11、作为优选，在导流档板靠近外扩式火道的一侧还设置有感温式膨胀收缩支撑板，感温式膨胀收缩支撑板的端部与导流档板的端部相连接。通过感温式膨胀收缩支撑板的膨胀与收缩控制导流档板的端部外壁与扩张板内壁之间垂直间距的大小，进而调节混流通道出口的开度大小。

12、作为优选，所述感温式膨胀收缩支撑板为中心部凸起的弧形结构。优选，感温式膨胀收缩支撑板的中心部凸起伸入至外扩式火道的窄端内（优选为一级火道内）。

13、作为优选，在平焰燃料通道的出口处还设置有燃气喷头。优选，在燃气喷头上沿其周向设置有若干个大小不同和朝向不同的喷孔。

14、作为优选，在扩张板外侧的烧嘴砖内还设置有回流烟室。烟气回流通道与回流烟室相连通。在扩张板上开设有与回流烟室相连通的引射孔。

15、作为优选，所述外扩式火道为多级火道。在气流的流动方向上，多级火道的开口逐渐增大，并且后一级火道开口的渐扩幅度大于前一级火道开口的渐扩幅度。

16、作为优选，所述外扩式火道为两级火道，包括沿气流方向依次串通的一级火道和二级火道。烟气回流通道与二级火道的宽端内部和/或与二级火道的宽端外部相连通。优选，在沿着气流流动的水平方向上，二级火道的水平宽度大于一级火道的水平宽度。

17、根据本发明的第二种实施方案，提供一种回转窑供热方法：

18、一种采用第一种实施方案所述回转窑供热系统进行供热的方法，

19、该方法包括以下步骤：

20、1)物料投入回转窑内后，开启点火烧嘴。

21、2)根据回转窑运行的目标功率逐一开启相应数量的供热烧嘴直至满足工况所需。然后再逐一关闭已经开启的供热烧嘴并同时逐一开启在此之前处于关闭状态的供热烧嘴，依此循环。待回转窑运行结束后关闭所有供热烧嘴以及点火烧嘴。

22、作为优选，步骤2)具体为：将所有的供热烧嘴分别编号为1、2、3、···、i、···、n，并将所有的供热烧嘴根据其编号组成首尾相连的圈链：1→2→3→···→i→···→n→1。根据圈链的排序逐一按序开启供热烧嘴。待开启的供热烧嘴数量满足目标功率后构成工作圈链，之后每开启一个在工作圈链排序之外的一个供热烧嘴既需要关闭一个在工作圈链排序之中的供热烧嘴使得构成工作圈链的供热烧嘴的数量保持不变，依此循环。任意相邻两个编号的供热烧嘴之间的开启间隔时间记为ts，s。则有：

23、ts=t/n   （1）

24、在式（1）中，t为开启满足工况所需数量的供热烧嘴后至它们逐一全部关闭所需时长，s。

25、作为优选，单个供热烧嘴5的开启时长记为t为，s。则有：

26、t=pm*t/(n*p0)   （2）

27、在式（2）中，pm为回转窑运行的目标功率，w。p0为单个供热烧嘴5的额定功率，w。

28、在本发明中，由于现有回转窑为单一中央烧嘴式的供热方式，回转窑补热所需的全部燃料和空气集中从位于端部的中央烧嘴送入窑膛，并进行燃烧，导致中央烧嘴功率大，火焰峰值温度高；同时由于火焰长时间集中在以烧嘴轴线为中心的圆柱形区域内，火焰位置相对固定，进一步加剧了火焰与周围烟气的温差。实践表明，中央烧嘴火焰中心处的峰值温度一般较烟气平均温度高出150~250℃。而燃烧过程的nox等污染物生成量对火焰峰值温度非常敏感，这就导致采用单中央烧嘴的回转窑燃烧污染排放非常大。现有回转窑烧嘴除燃烧供热之外的另一个重要功能是供应氧气以调控窑膛内氛围。以氧化性氛围回转窑为例，物料在回转窑内的反应需要通过物料局部的氧势（局部氧气浓度）进行控制。若氧气喷入窑内的动量增大，氧气输送的距离越远，反应集中在靠近炉膛头部位置；反之，氧气喷入窑内的动量减小，氧气输送的距离越近，反应集中在靠近炉膛尾部位置。因此当采用单一中央烧嘴供热时，在稳定工况下，氧气喷入窑膛的动量稳定，反应集中在炉膛一个很小的区域内，导致反应不均匀，极端情况下，会使局部反应速率过高，温度超过物料熔融温度，形成液相，造成局部结窑。为克服上述问题，本发明通过将回转窑端部的中央烧嘴改为由若干烧嘴组成的供热烧嘴群，并且烧嘴群中的各个烧嘴的火焰长度不同，从而实现对回转窑轴线方向的全覆盖。可以有效的解决现有回转窑生产存在的燃烧区域集中、燃烧温度高导致污染排放大以及炉膛氧气分布不均导致局部位置超温结窑的问题，从而实现回转窑的长期清洁稳定运行。

29、在本发明中，回转窑烧嘴采用供热烧嘴群结构。它主要由点火烧嘴、供热烧嘴和烧嘴砖（点火烧嘴砖和供热烧嘴砖）等部分组成。点火烧嘴安装在点火砖中心，供热烧嘴围绕点火烧嘴环形布置。供热烧嘴设置成套筒形式，主要由助燃气通道（即空气通道）和燃气通道组成。所有供热烧嘴的燃气通道采用相同尺寸，而助燃气通道则采用不同尺寸，从而实现不同的火焰长度。助燃气通道尺寸最大的供热烧嘴布置在最上部，助燃气通道尺寸最小的供热烧嘴布置在最下部，位于二者中间的供热烧嘴的助燃气通道尺寸则依次过渡。点火烧嘴采用能产生贴壁火焰的平焰烧嘴，使点火烧嘴的火焰完全覆盖全部主烧嘴根部。点火烧嘴主要由平焰燃料通道、平焰助燃气通道、外扩散式火道和烟气回流通道等组成。空气旋流叶片安装在平焰助燃通道末端，空气通过旋流叶片后，形成轴向旋流，经过烧嘴末端的出口扩张角诱导后，形成贴壁流动，从而形成贴壁的圆盘形火焰。在实际生产过程中，点火烧嘴处于常开状态，产生覆盖全部供热烧嘴根部的盘式火焰，实现对供热烧嘴的稳定点燃。同步开启1个或多个相邻的供热烧嘴，周期性的改变投入工作的供热烧嘴，就可以实现回转窑火焰长度的动态调整，达到回转窑均匀加热目的。通过调整同时投入工作的供热烧嘴数量，则可以实现供热功率的大范围调整。

30、在现有技术中，现有的平焰烧嘴主要由燃料管道、空气管道、旋流叶片、外扩形火道和烧嘴砖等五部分组成。燃料管道和空气管道同心布置，一般燃料管道设置在内侧，空气管道设置在外侧。燃料和空气管道出口端设置有旋流叶片。燃料管道、空气管道和旋流叶片安装在烧嘴砖上。烧嘴砖上对应燃料和空气管道端部位置设置有外扩口形状的火道。工作时，空气和燃气流经旋流叶片后产生强烈旋转流动。两者在火道内强烈混合后，在火道内便混合边燃烧，燃烧产物和不完全燃烧的燃料和空气的混合气体从火道出口旋流排出，混合气体在离心力和回流烟气的作用下，向四周扩散形成圆盘形的平面火焰。由于燃料与空气采用非预混方式，燃料和空气在进入火道之前严格分离；进入火道后才开始混合，燃料与空气在火道内边混合边燃烧，受限于燃料与空气的混合速率，这种结构的体积燃烧强度不能太高，否则会导致较多的燃料不完全燃烧，这就使得现有结构平面燃烧器的热负荷过小；并且，由于燃料与空气间的混合均匀性较差，导致燃烧过程nox排放量偏高。针对上述问题，本发明设计的具有特殊结构的点火烧嘴为具有前置预混功能的平焰烧嘴，能够将燃料和空气在进入火道前进行预混合，显著提高了进入火道燃烧时燃料和空气的混匀度，此外，还通过烟气回流通道实现了部分烟气的回流，进而对燃气和空气起到稀释作用，能够有效降低局部高温，进而进一步降低过程nox的产生。

31、在本发明中，点火烧嘴的平焰助燃气通道与平焰燃料通道进行同心同轴的套接，即平焰燃料通道的出料段整体设置在平焰助燃气通道内部，并且平焰燃料通道的出气口距离平焰助燃气通道的出气口具有一定的轴向间距。通过这种设置，使得平焰燃料通道喷出的燃气先直接进入平焰助燃气管道的出气段，与助燃气进行预混合后再从平焰助燃气通道的出气口一起进入到渐扩式火道内进行燃烧。由于燃料和空气在燃烧前进行了预混合，混匀度更高，进而获得了更高的体积燃烧强度和更少的过程nox的产生。进一步的，为提高燃气与空气的预混合效果，在平焰燃料通道的出口处设置有燃气喷头，并且在燃气喷头上沿其周向设置有若干个大小不同和朝向不同的喷孔，即通过特殊结构燃气喷头，使得从平焰燃气通道内喷出的燃气气流能够实现出气即分流的效果，并且从多个不同的方向与空气进行碰撞式混合，有利于提高混合效率。

32、在本发明中，将位于平焰燃料通道出气口之后的平焰助燃气通道的出气端通过扩张板设计为渐扩式的出气结构（同时起到稳焰钝体的作用，通过燃气钝体绕流，起到稳焰目的），同时在该渐扩式出气口内相应的设置有导流挡板，进而在导流档板的外壁与扩张板的内壁之间共同形成沿气流流动方向口径逐渐缩小的混流通道。也就是说，从燃气喷头喷出的燃气与空气进行混合后的混合气流在进入火道前还会通过变径式混流通道进行压缩混合，即通过燃气喷头的分流扩散和混流通道的再次延伸，在一散一压的双重作用下可实现燃气与空气的充分预混合。进一步的，在混流通道的上游段内还设置有旋流叶片，燃气和空气组成的混合气流在旋流叶片的作用下会产生强烈的旋转运动，可提高并保障燃气与空气的混合效果。

33、在本发明中，外扩式火道优选为两级火道，包括沿气流方向依次串通的一级火道和二级火道。在实际工作过程中，燃气经由平焰燃气通道，从燃气喷头上分多股喷射进平焰助燃气通道内与从平焰助燃气通道送入的空气相遇并初步混合后进入由扩张板和导流档板围成的混流通道内，由燃气和空气组成的混合气体流经旋流叶片后，产生强烈的旋转运动，使得空气与燃气进一步混合。由于混流通道沿气流的流动方向为前宽后窄的设计，使得混合气向前流动时流速不断增加，而压力不断减小，最终完成充分混合的混合气从混流通道出口处以较快的速度旋流喷出进入两级火道。进入两级火道后，由于流通面积的增加，混合气流速迅速下降，最终在进入第二级火道后，混合气流速降低至火焰传播速度以下，混合气在第二级火道内开始稳定燃烧。燃烧产生的烟气和未完全反应的燃料和空气的混合气从第二级火道出口旋流排出，混合气体在离心力和回流烟气的作用下，向四周扩散形成圆盘形的平面火焰。

34、在本发明中，烟气回流通道开设在外扩式火道周向外侧的烧嘴砖内，烟气回流通道的一端与助燃气通道相连通（优选为与混流通道的下游段相连通，具体为与设置在扩张板外侧的烧嘴砖内的回流烟室相连通，回流烟室再通过设置在扩张板上的引射孔与混流通道相连通），其另一端与外扩式火道的宽端内部（即第二级火道内部）和/或与外扩式火道的宽端外部（即烧嘴砖一侧的回转窑炉膛）相连通。由燃气和空气组成的混合气在混流通道的高速流动，进而在引射孔附近产生一定强度的负压，部分燃烧烟气在负压作用下，通过烟气回流通道被抽吸进混流通道与燃气和空气混合，稀释燃气和空气，进而实现部分烟气的内循环。有助于降低过程nox的产生。

35、在本发明中，在导流档板靠近外扩式火道的一级火道的一侧还设置有感温式膨胀收缩支撑板，感温式膨胀收缩支撑板的端部与导流档板的端部相连接（即将感温式膨胀收缩支撑板设置在导流档板尾部，将导流档板尾部撑开）。正常工况下，燃料和空气起始燃烧位置在两级火道的二级火道内为宜，以防止回火。当起始燃烧位置向一级火道靠近时，感温式膨胀收缩支撑板温度升高后向其缘部四周膨胀，使导流挡板的尾部直径变大，进而使得导流档板的端部外壁与扩张板内壁之间的垂直间距缩小，即使得混合气的流通面积变小（即混流通道的出气口变小），流速增加，将火焰向下游托举，使起始燃烧位置向二级火道移动，从而防止回火。反之，起始燃烧位置向外移动时，感温式膨胀收缩支撑板温度下降后向内收缩，使导流挡板的尾部直径变小，进而使得导流档板的端部外壁与扩张板内壁之间垂直间距的增大，即使得混合气的流通面积变大，流速减小，火焰向上游移动。也就是说，在感温式膨胀收缩支撑板与导流挡板的协同作用下，能够使得燃料和空气起始燃烧位置始终维持在两级火道的二级火道内。

36、在本发明中，感温式膨胀收缩支撑板的材质是耐热钢，其工作温度范围是500~900℃，膨胀系数是(15~20)×10-6mm/(mm·℃)（例如，0.1mm/(mm·℃)指的是：1mm长的物体当其温度升高1℃后，其长度变化为0.1mm）。如图6所示，当燃气燃烧位置位于二级火道内时，感温式膨胀收缩支撑板在竖直方向的伸出距离为l1，当燃气燃烧位置位于一级火道内时，感温式膨胀收缩支撑板受热膨胀使得其在竖直方向的伸出距离由原来的l1延伸至l2，即感温式膨胀收缩支撑板的两端将导流档板的外端撑开使得导流档板的端部外壁与扩张板内壁之间垂直间距的缩小。

37、在本发明中，在采用所述回转窑供热系统进行供热时，为实现回转窑内火焰长度的动态调整，达到回转窑均匀加热的目的，本发明对供热烧嘴群的均匀供热进行专门控制，包括：

38、步骤1：将位于点火烧嘴四周环向布置的全部n个供热烧嘴沿顺时针或逆时针方向编号，组成首尾相连的圈链，并设置一个起始指针，作为圈链的起点。例如：对于总数n=5的烧嘴群，组成的圈链为1→2→3→4→5→4，并将起始指针设置在编号为1的供热烧嘴上。

39、步骤2：根据回转窑产量或其它生产参数确定当前回转窑的目标功率（pm，w），并从起始指针处开始，取一段包含n个供热烧嘴的子链（如n=3，则指的是编号依次为1、2、3的供热烧嘴）使得它们的总功率与目标功率相一致；

40、步骤3：根据目标功率，按下式计算单个供热烧嘴在周期t内的工作时间t：

41、t=pm*t/(n*p0)

42、上式中，p0为单个供热烧嘴的额定功率，w。t是烧嘴群的一个切换周期（即开启满足工况所需数量的供热烧嘴后至它们逐一全部关闭所需时长，s）。

43、步骤4：根据单个供热烧嘴的工作时间t，确定各个供热烧嘴的开、闭时间序列。具体的，将环向布置的全部n个供热烧嘴沿顺时针或逆时针方向从1开始编号；编号为i的供热烧嘴的开启时间序列为：(i-1)×ts+(t×j)，结束时间序列为：(i-1)×ts+(t×j)+t。式中i是供热烧嘴编号，i∈[1,n]，j是循环次数，j∈[0,n-1]。ts是任意相邻两个编号的供热烧嘴之间的开启（或关闭）间隔时间，ts=t/n。

44、步骤5：根据各个供热烧嘴的开启和关闭时间序列，分别按时开启和关闭相应供热烧嘴。需要说明的是，满足目标功率的n个供热烧嘴的开启可以是按计算的间隔时间ts进行逐一开启，也可以是同时开启。

45、1）当n个供热烧嘴为逐一开启时，以n=3为例，在第0秒的时刻，开启编号为1供热烧嘴，当间隔ts后，开启编号为2的供热烧嘴，当再次间隔ts后，开启编号为3的供热烧嘴，当再次间隔ts后，关闭编号为1的供热烧嘴的同时开启编号为4的供热烧嘴，当再间隔ts后，关闭编号为2的供热烧嘴的同时开启编号为5的供热烧嘴，依此类推。

46、例如：在一个周期t内，4个烧嘴按相同的间隔时间，依次开启。具体的：0时刻开启烧嘴1，15s时开启烧嘴2，30s时开启烧嘴3，45s时开启烧嘴4。烧嘴的关闭时间则根据开启时间+工作时间决定。具体的：0+30s时关闭烧嘴1，15+30s时关闭烧嘴2，30+30s时关闭烧嘴3，45+30s时关闭烧嘴4。这样也能保证子区域平均供热功率为2mw。

47、2）当n个供热烧嘴为同时开启时，在进行上述控制操作的计算开启时间时，该烧嘴群应视为一个整体，以n=3为例，在第0秒的时刻，开启编号为1~3的供热烧嘴，当间隔ts后，关闭编号为1的供热烧嘴的同时开启编号为4的供热烧嘴，当再次间隔ts后，关闭编号为2的供热烧嘴的同时开启编号为5的供热烧嘴，依此类推。

48、例如：在一个周期t内，4个烧嘴既可以在周期0时刻同时开启，然后在30s时同时关闭。这样，在整个周期内的前半段，子区域的供热功率是4mw，而在后半段，子区域的供热功率是0mw，在整个周期内的功率则是2mw。

49、相比之下，在一个周期t内，烧嘴逐一开启的模式相对于烧嘴同时开启的模式，烧嘴逐一开启的模式整个周期内的功率更加平顺。

50、也就是说，本发明供热系统形成的火焰长度周期性的变化，解决了回转窑中央烧嘴供热导致的燃烧区域集中、火焰峰值温度高，导致nox排放量大的问题。同时，随着火焰长度的周期性变化，助燃风携带的氧气也被周期性的输送到回转窑沿中心轴线的不同深度位置，从而解决了回转窑局部反应速率高，容易形成结瘤的问题。

51、与现有技术相比较，本发明的有益技术效果如下：

52、1：本发明的回转窑供热系统通过设置火焰长度周期性变化的多烧嘴群实现窑膛内不的均匀供热，可以有效的解决现有回转窑生产存在的燃烧区域集中、燃烧温度高导致污染排放大以及炉膛氧气分布不均导致局部位置超温结窑的问题，从而实现回转窑的长期清洁稳定运行。

53、2：本发明的点火烧嘴为具有前置预混的平焰烧嘴，能够将燃气和空气在进入火道燃烧之前已经实现充分混合，燃烧效率高、体积热强度高。同时，由于燃气与空气在燃烧前混合充分，消除了混合不均导致的局部高温，因而nox排放低。另一方面，部分燃烧烟气被抽吸进未反应的空气和燃气内，稀释了反应气体浓度，降低了燃烧反应的剧烈程度，由此进一步降低了燃烧过程nox排放。

54、3：本发明的点火烧嘴通过感温式膨胀收缩支撑板与导流档板的组合，通过自适性的动态调整喷射通道面积的方式，进而使得燃料和空气起始燃烧位置始终维持在两级火道的二级火道内，可以有效避免预混燃烧潜在的回火和脱火风险。

55、4：本发明的回转窑系统结构简单、易操作、运行稳定且投入和维护成本低，使用其的方法流程简短，供热效果好且易于灵活调节控制，可满足不同功率需求的工况，适应性强，具备大规模推广和实践应用的优良前景。

技术特征：

1.一种回转窑供热系统，其特征在于：该系统包括窑头（1）、窑身（2）、窑尾（3）、点火烧嘴（4）以及供热烧嘴（5）；窑头（1）和窑尾（3）分别设置在窑身（2）的两端并均不随窑身（2）的转动而转动；在窑头（1）上设置有与窑身（2）内腔相连通的加料管道（101）和烟气管道（102），在窑尾（3）上开设有与窑身（2）内腔相连通的卸料通道（301）；点火烧嘴（4）和多个供热烧嘴（5）的烧嘴端均穿过窑尾（3）后伸入至窑身（2）内，并且点火烧嘴（4）位于窑尾（3）的中心处，多个供热烧嘴（5）环绕分布在点火烧嘴（4）的四周；每个供热烧嘴（5）均包括有燃气通道（501）和助燃气通道（502），其中多个供热烧嘴（5）各自燃气通道（501）的口径相同，但各自助燃气通道（502）的口径不相同。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：在竖直方向上，位于点火烧嘴（4）最上方的供热烧嘴（5）的助燃气通道（502）的口径最大，位于点火烧嘴（4）最下方的供热烧嘴（5）的助燃气通道（502）的口径最小；

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：在多个供热烧嘴（5）中，口径最大的助燃气通道（502）的口径是口径最小的助燃气通道（502）口径的1.5~5倍，优选为2~4倍。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于：所述点火烧嘴（4）为平焰烧嘴，包括烧嘴砖（401）、平焰助燃气通道（402）、平焰燃料通道（403）、外扩式火道（404）以及烟气回流通道（405）；烧嘴砖（401）嵌设贯穿窑尾（3）的中心部；平焰助燃气通道（402）的出气端伸入至烧嘴砖（401）内；平焰燃料通道（403）套设在平焰助燃气通道（402）内，并且在平焰助燃气通道（402）内平焰燃料通道（403）的出气端沿轴向仅延伸至接近平焰助燃气通道（402）出口的位置；外扩式火道（404）设置在烧嘴砖（401）内，并且外扩式火道（404）的窄端与平焰助燃气通道（402）的出口相连通；烟气回流通道（405）开设在外扩式火道（404）周向外侧的烧嘴砖（401）内，烟气回流通道（405）的一端与平焰助燃气通道（402）相连通，其另一端与外扩式火道（404）的宽端内部和/或与外扩式火道（404）的宽端外部相连通。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述平焰助燃气通道（402）的出气端为通过扩张板（406）形成的渐扩式结构，该渐扩式结构的宽端伸入至烧嘴砖（401）内并与外扩式火道（404）的窄端相连通；在扩张板（406）所形成的渐扩式结构内部还设置有向气流来源方向一侧凸起的导流档板（407），并且导流档板（407）的外壁与扩张板（406）的内壁之间共同形成沿气流流动方向口径逐渐缩小的混流通道（408）；优选，烟气回流通道（405）与混流通道（408）相连通；

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：在导流档板（407）靠近外扩式火道（404）的一侧还设置有感温式膨胀收缩支撑板（409），感温式膨胀收缩支撑板（409）的端部与导流档板（407）的端部相连接；通过感温式膨胀收缩支撑板（409）的膨胀与收缩控制导流档板（407）的端部外壁与扩张板（406）内壁之间垂直间距的大小，进而调节混流通道（408）出口的开度大小；

7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于：在平焰燃料通道（403）的出口处还设置有燃气喷头（4031）；优选，在燃气喷头（4031）上沿其周向设置有若干个大小不同和朝向不同的喷孔；和/或

8.根据权利要求4-7中任一项所述的系统，其特征在于：所述外扩式火道（404）为多级火道；在气流的流动方向上，多级火道的开口逐渐增大，并且后一级火道开口的渐扩幅度大于前一级火道开口的渐扩幅度；

9.一种采用如权利要求1-8中任一项所述回转窑供热系统进行供热的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：步骤2)具体为：将所有的供热烧嘴（5）分别编号为1、2、3、···、i、···、n，并将所有的供热烧嘴（5）根据其编号组成首尾相连的圈链：1→2→3→···→i→···→n→1；根据圈链的排序逐一按序开启供热烧嘴（5）；待开启的供热烧嘴（5）数量满足目标功率后构成工作圈链，之后每开启一个在工作圈链排序之外的一个供热烧嘴（5）既需要关闭一个在工作圈链排序之中的供热烧嘴（5）使得构成工作圈链的供热烧嘴（5）的数量保持不变，依此循环；任意相邻两个编号的供热烧嘴（5）之间的开启间隔时间记为ts，s；则有：

技术总结
本发明公开了一种回转窑供热系统及供热方法，该系统包括窑头、窑身、窑尾、点火烧嘴以及多个供热烧嘴。多个供热烧嘴各自燃气通道的口径相同，但各自助燃气通道的口径不相同。通过多烧嘴群火焰长度周期性变化实现不同区域的周期性供热，解决了回转窑燃烧区域集中、火焰峰值温度高而导致NOx排放量大的问题。同时，随着火焰长度的周期性变化，助燃风携带的氧气也被周期性的输送到回转窑沿中心轴线的不同深度位置，从而解决了回转窑局部反应速率高，容易形成结瘤的问题。本发明还具有系统结构简单、易操作、运行稳定且投入和维护成本低，方法流程简短，供热效果好且易于灵活调节控制等优点，可满足不同功率需求的工况，适应性强，利于推广和应用。

技术研发人员：刘前,周浩宇,魏进超,卢兴福,向锡炎,何璐瑶,宋新义,陈思墨,刘臣
受保护的技术使用者：中冶长天国际工程有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23