本发明涉及带烟气回流预混燃烧顺逆流综合传热的圆筒石灰竖窑，有效解决实现预混燃烧且燃烧烟气对石灰石进行顺逆流双向加热分解，提高煤气利用率的问题。窑膛上部为上料锥筒，下部中心有出料导流锥体，下部周边有连为一体的石灰落料仓和石灰排出口管，中部有由内外两圆筒体套接而成的套筒燃烧器，两圆筒之间构成空气分配环道，一端前部收缩成空气喷出口，空气进口管垂直接入套筒燃烧器的外筒壁，煤气进口管连通套筒燃烧器和煤气喷出口，石灰窑筒体中部有连通混气燃烧室的混合气喷射通道；混气燃烧室内墙上的燃气喷口下方有回流烟气引入管，回流烟气引入管连通回流烟气环道、回流烟气分配环道和混合气喷射通道，石灰窑筒体下部有冷却空气混合室。
1.一种带烟气回流预混燃烧顺逆流综合传热的圆筒石灰竖窑，包括石灰窑筒体（1）、窑膛（2）、上料锥筒（3）、烟气出口管（3-1）、石灰排出口管（5）、套筒燃烧器（6）、煤气进气口（7）、空气进口管（8）、空气分配环道（8-1）、回流烟气引入管（9）、混合气燃烧室（10）、燃气喷出口（11）、出料导流锥体（15）和石灰落料仓（16），其特征在于，窑膛（2）是圆形石灰窑筒体（1）围成的内部空间，窑膛（2）上部为连为一体的上料锥筒（3），下部中心有出料导流锥体（15），出料导流锥体（15）外周有连为一体的下料管口（4），石灰窑筒体（1）下部周边有连为一体的石灰落料仓（16）和石灰排出口管（5）；在石灰窑筒体（1）的中部沿圆周方向布置多个由内外两圆筒体同轴套接而成的套筒燃烧器（6），两圆筒之间的空间构成空气分配环道（8-
1），远离石灰窑筒体（1）的一端封闭，另一端前部收缩成空气喷出口（8-2），空气进口管（8）垂直接入套筒燃烧器（6）的外筒壁，并连通空气分配环道（8-1），煤气进口管（7）连通套筒燃烧器（6）的内筒，内筒的前部为收缩的煤气喷出口（7-1），在有煤气喷出口（7-1）和空气喷出口（8-2）的套筒燃烧器（6）的一端对应连通沿石灰窑筒体中部的若干个混合气喷射通道（6-
1）；混合气喷射通道（6-1）连通对应的水平周向均布有混气燃烧室（10），混气燃烧室（10）设置在石灰窑筒体内，相互间用混气燃烧室隔断（10-1）分隔，在每个混气燃烧室（10）内墙上沿圆周方向均布有多个燃气喷口（11），用以连通窑膛（2）；所述的燃气喷口（11）为沿石灰窑筒体（1）水平周向均布的连通窑膛（2）的多个矩形或圆形通道，该通道是一种截面逐渐扩大的结构形式，且在出口时顺着窑膛（2）的截面逐步扩大而形成向下的喷射状态，在燃气喷口（11）下方的石灰窑筒体（1）内沿圆周方向均匀布置有多个连通窑膛（2）的回流烟气引入管（9），回流烟气引入管（9）另一端连通回流烟气环道（9-1）再向上连通回流烟气分配环道（6-
3），并通过回流烟气喷出口（6-2）连接混合气喷射通道（6-1），所述的回流烟气喷出口（6-2）是环绕在混合气喷射通道（6-1）最窄处的沿周向均匀分布的多喷嘴结构，喷嘴截面形状是矩形或是圆形，喷出方向是径向或与径向有一定倾斜角度；在石灰窑筒体（1）的下部墙体中设置有圆周方向布置的多个冷却空气混合室（13），冷却空气混合室（13）之间由混合室隔断（13-1）分隔，冷却空气混合室（13）外墙体连通冷却空气进口管（12），冷却空气混合室（13）内墙圆周方向设置连通窑膛（2）的冷却空气喷口（14）；在窑膛（2）环形底部上沿周向均匀布置矩形截面的收缩状的下料管口（4），并与倒锥形收缩的石灰落料仓（16）连通，石灰落料仓（16）下部在收缩口处向下连接石灰排出口管（5）； 石灰窑筒体上部为锥形收缩的上料锥筒（3），上料锥筒（3）上部周边装有连为一体的烟气出口管（3-1）和石灰石进料口，上料锥筒（3）内装有布料锥体组（3-2）。
2.根据权利要求1所述的带烟气回流预混燃烧顺逆流综合传热的圆筒石灰竖窑，其特征在于，所述的石灰窑筒体（1）以及上部收缩连接的上料锥筒（3）及烟气出口管（3-1）、下部的石灰排出口管（5）、以及下部锥形收缩构成石灰落料仓（16）均由耐热钢板焊接而成，其内壁面上均有耐火喷涂层。
3.根据权利要求1所述的带烟气回流预混燃烧顺逆流综合传热的圆筒石灰竖窑，其特征在于，所述的石灰窑筒体（1）内还砌筑有耐高温的重质承重砖与轻质保温砖（1-1），重质承重砖内的空间形成窑膛（2）。
4.根据权利要求1所述的带烟气回流预混燃烧顺逆流综合传热的圆筒石灰竖窑，其特征在于，所述的回流烟气引入管（9），一端连通窑膛（2），其结构与燃气喷出口（11）相同，而另一端连通回流烟气环道（9-1）再向上连通回流烟气分配环道（6-3），并通过回流烟气喷出口（6-2）连接混合气喷射通道（6-1）。
5.根据权利要求1所述的带烟气回流预混燃烧顺逆流综合传热的圆筒石灰竖窑，其特征在于，所述的布料锥体组（3-2）是由一个锥体和一个环形锥体上下布置而组合成的构件，由耐热与耐磨损的金属材料制成。
6.根据权利要求1所述的带烟气回流预混燃烧顺逆流综合传热的圆筒石灰竖窑，其特征在于，所述的石灰下料管口（4）是设置在窑膛（2）环形底部上，且周向均匀布置的矩形截面的收缩状的开口，用耐磨损的钢材焊接而成，其下部为石灰落料仓（16）。
一种带烟气回流预混燃烧顺逆流综合传热的圆筒石灰竖窑
技术领域
[0001] 本发明涉及石灰煅烧窑，特别是基于气体燃料预混燃烧、石灰石移煅烧分解以及气流流动与传热方向可调煅烧石灰的一种带烟气回流预混燃烧顺逆流综合传热的圆筒石灰竖窑。
背景技术
[0002] 在工业应用领域中将石灰石煅烧成生石灰是常用的工业工艺过程，石灰窑就是为完成这一过程而设置的热工设备。由于煅烧方式的不同，窑型结构的差异，燃料与燃烧方式的变动，以及烧成石灰的性能指标差异等，通常都会根据石灰的用途而选择相关的石灰窑窑型。目前，使用最多的石灰窑，按结构特征可分为竖窑、回转窑、双膛窑和套筒窑，按燃烧的燃料可分为混烧石灰窑（固体燃料）和气烧石灰窑（气体燃料）。随着环保要求的日益严厉，混烧石灰窑成为被淘汰的对象，而气烧石灰窑就逐渐成为石灰煅烧的主流窑型。
[0003] 实际上，在石灰石的分解过程中最适宜通过高温烟气流以适当加热强度和适当的温度来实现（软烧），而不是让其在燃烧过程中实现，更不以高强度加热来实现（硬烧）。实践表明，在流动烟气对石灰石的加热过程中，石灰石颗粒逐步达到合适的高温而分解，释放出二氧化碳，并以烟气温度在900℃—1100℃之间分解更能获得较好的效果，如氧化钙成分高（过生烧率低）、石灰活性好（软烧）等。其实，要做到这一点并不是一件容易的事情，尤其是上述的各种石灰窑的窑型结构，在其确定的流体流动、燃烧与传热的方式下，是很难实现上述要求的。因此，基于石灰分解机制从石灰窑流体的燃烧、流动与传热原理出发，寻求新窑型结构就成为石灰窑技术创新的主要方向。为此，在总结石灰窑的结构特征与运行实践的基础上，研制一种能实现预混燃烧且燃烧烟气对石灰石进行顺逆流双向加热分解的筒体状石灰竖窑，但至今未见有公开报导。
发明内容
[0004] 针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种带烟气回流预混燃烧顺逆流综合传热的圆筒石灰竖窑，可有效解决实现预混燃烧且燃烧烟气对石灰石进行顺逆流双向加热分解，提高煤气利用率，节能环保的问题。
[0005] 本发明解决的技术方案是，一种带烟气回流预混燃烧顺逆流综合传热的筒体石灰竖窑，包括石灰窑筒体、窑膛、上料锥筒、烟气出口管、石灰排出口管、套筒燃烧器、煤气进气口、空气进口管、空气分配环道、回流烟气引入管、混合气燃烧室、燃气喷出口、出料导流锥体和石灰落料仓，窑膛是圆形石灰窑筒体围成的内部空间，窑膛上部为连为一体的上料锥筒，下部中心有出料导流锥体，出料导流锥体外周有连为一体的下料管口，石灰窑筒体下部周边有连为一体的石灰落料仓和石灰排出口管；在石灰窑筒体的中部沿圆周方向布置多个由内外两圆筒体同轴套接而成的套筒燃烧器，两圆筒之间的空间构成空气分配环道，远离石灰窑筒体的一端封闭，另一端前部收缩成空气喷出口，空气进口管垂直接入套筒燃烧器的外筒壁，并连通空气分配环道，煤气进口管连通套筒燃烧器的内筒，内筒的前部为收缩的煤气喷出口，在有煤气喷出口和空气喷出口的套筒燃烧器的一端对应连通沿石灰窑筒体中部的若干个混合气喷射通道；混合气喷射通道连通对应的水平周向均布有混气燃烧室，混气燃烧室设置在石灰窑筒体内，相互间用混气燃烧室隔断分隔，在每个混气燃烧室内墙上沿圆周方向均布有多个燃气喷口，用以连通窑膛；在燃气喷口下方的石灰窑筒体内沿圆周方向均匀布置有多个连通窑膛的回流烟气引入管，回流烟气引入管另一端连通回流烟气环道再向上连通回流烟气分配环道，并通过回流烟气喷出口连接混合气喷射通道；在石灰窑筒体的下部墙体中设置有圆周方向布置的多个冷却空气混合室（又称空气分配室，以下同），冷却空气混合室之间由混合室隔断分隔，冷却空气混合室外墙体连通冷却空气进口管，冷却空气混合室内墙圆周方向设置连通窑膛的冷却空气喷口；在窑膛环形底部上沿周向均匀布置矩形截面的收缩状的下料管口，并与倒锥形收缩的石灰落料仓连通，石灰落料仓下部在收缩口处向下连接石灰排出口管； 石灰窑筒体上部为锥形收缩的上料锥筒，上料锥筒上部周边装有连为一体的烟气出口管和石灰石进料口，上料锥筒内装有布料锥体组。
[0006] 本发明结构新颖独特，有效提高烧成石灰的活性度与有效降低石灰产品的过生烧率，并能在提高煤气的利用率的基础上对燃烧过程的实现控制，结构简单、性能优良、便于控制、节能高效且投资费用省，相对于传统的双膛石灰窑和套筒石灰窑具有显著的竞争优势和广阔的市场前景。
附图说明
[0007] 图1为本发明结构的剖面主视图。
[0008] 图2为本发明的结构俯视图（从燃气喷出口处截开）。
[0009] 图3为本发明的结构俯视图（从冷却空气进口管处截开）。
具体实施方式
[0010] 以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
[0011] 如图1、图2及图3所示，本发明一种带烟气回流预混燃烧顺逆流综合传热的筒体石灰竖窑，包括石灰窑筒体1、窑膛2、上料锥筒3、烟气出口管3-1、石灰排出口管5、套筒燃烧器6、煤气进气口7、空气进口管8、空气分配环道8-1、回流烟气引入管9、混合气燃烧室10、燃气喷出口11、出料导流锥体15和石灰落料仓16，窑膛2是圆形石灰窑筒体1围成的内部空间，窑膛2上部为连为一体的上料锥筒3，下部中心有出料导流锥体15，出料导流锥体15外周有连为一体的下料管口4，石灰窑筒体1下部周边有连为一体的石灰落料仓16和石灰排出口管5；
在石灰窑筒体1的中部沿圆周方向布置多个由内外两圆筒体同轴套接而成的套筒燃烧器6，两圆筒之间的空间构成空气分配环道8-1，远离石灰窑筒体1的一端封闭，另一端前部收缩成空气喷出口8-2，空气进口管8垂直接入套筒燃烧器6的外筒壁，并连通空气分配环道8-1，煤气进口管7连通套筒燃烧器6的内筒，内筒的前部为收缩的煤气喷出口7-1，在有煤气喷出口7-1和空气喷出口8-2的套筒燃烧器6的一端对应连通沿石灰窑筒体中部的若干个混合气喷射通道6-1；混合气喷射通道6-1连通对应的水平周向均布有混气燃烧室10，混气燃烧室
10设置在石灰窑筒体内，相互间用混气燃烧室隔断10-1分隔，在每个混气燃烧室10内墙上沿圆周方向均布有多个燃气喷口11，用以连通窑膛2；在燃气喷口11下方的石灰窑筒体1内沿圆周方向均匀布置有多个连通窑膛2的回流烟气引入管9，回流烟气引入管9另一端连通回流烟气环道9-1再向上连通回流烟气分配环道6-3，并通过回流烟气喷出口6-2连接混合气喷射通道6-1；在石灰窑筒体1的下部墙体中设置有圆周方向布置的多个冷却空气混合室（又称空气分配室，以下同）13，冷却空气混合室13之间由混合室隔断13-1分隔，冷却空气混合室13外墙体连通冷却空气进口管12，冷却空气混合室13内墙圆周方向设置连通窑膛2的冷却空气喷口14；在窑膛2环形底部上沿周向均匀布置矩形截面的收缩状的下料管口4，并与倒锥形收缩的石灰落料仓16连通，石灰落料仓16下部在收缩口处向下连接石灰排出口管
5； 石灰窑筒体上部为锥形收缩的上料锥筒3，上料锥筒3上部周边装有连为一体的烟气出口管3-1和石灰石进料口，上料锥筒3内装有布料锥体组3-2。
[0012] 所述的石灰窑筒体1以及上部收缩连接的上料锥筒3及烟气出口管3-1、下部的石灰排出口管5、以及下部锥形收缩构成石灰落料仓16均由耐热钢板焊接而成，其内壁面上均有耐火喷涂层。
[0013] 所述的石灰窑筒体1内还砌筑有耐高温的重质承重砖与轻质保温砖1-1，重质承重砖内的空间形成窑膛2。
[0014] 所述的燃气喷口11为沿石灰窑筒体1水平周向均布的连通窑膛2的多个矩形或圆形通道，该通道是一种截面逐渐扩大的结构形式，且在出口时顺着窑膛2的截面逐步扩大而形成向下的喷射状态。
[0015] 所述的回流烟气引入管9，一端连通窑膛2，其结构与燃气喷出口11相同，而另一端连通回流烟气环道9-1再向上连通回流烟气分配环道6-3，并通过回流烟气喷出口6-2连接混合气喷射通道6-1。
[0016] 所述的回流烟气喷出口6-2是环绕在混合气喷射通道6-1最窄处的沿周向均匀分布的多喷嘴结构，喷嘴截面形状是矩形或是圆形，喷出方向是径向或与径向有一定倾斜角度。
[0017] 所述的布料锥体组3-2是由一个锥体和一个环形锥体上下布置而组合成的构件，由耐热与耐磨损的金属材料制成。
[0018] 所述的石灰下料管口4是设置在窑膛2环形底部上，且周向均匀布置的矩形截面的收缩状的开口，用耐磨损的钢材焊接而成，其下部为石灰落料仓16。
[0019] 该石灰窑具体实施时，石灰窑煤气耗量15000m3/h，空气量一次风10500 m3/h，冷却风4500 m3/h，套筒燃烧器6、空气进口管8、冷却空气进口管12均为均布相配应的8个，炉膛中从上到下堆满石灰石和烧好的石灰，孔隙率0.34，中心气流调节通道只通过气流；炉底封闭，出口设置3000Pa出口压力，冷却空气进口管直径为100mm，喷口宽为60mm高77mm。
[0020] 首先在石灰窑膛2中装入石灰石，之后煤气与一次空气分别从燃烧器6的煤气进口管7和空气进口管8接入，煤气通过煤气喷口7-1进入混合器喷射通道6-1，空气经过空气分配环道8-1与空气喷口8-2也进入混合器喷射通道6-1内，在此进行充分混合后进入混气燃烧室10预热燃烧，燃烧后的高温烟气通过混气燃烧室10的上部的燃气喷口11喷入石灰窑窑膛2中部，随后穿透石灰石堆积层，之后一部分向上流动，一部分在回流烟气引入口9的作用下向下流动；于是，相对于燃气喷口11一部分沿窑膛向上流动的热烟气完成加热与分解石灰石，一部分沿窑膛向下流动的热烟气完成加热与分解石灰石后通过回流烟气引入口9进入回流烟气环道9-1；这部分回流烟气，会沿着回流烟气环道9-1向上进入其上部的周向分布的一个个围绕混合器喷射通道6-1的回流烟气分配环道6-3，在此将回流烟气经分布在其周围的回流烟气喷出口6-2被引射而进入混合器喷射通道6-1，并与通道中的煤气射流和空气射流进行充分混合，而后进入混气燃烧室10预热燃烧，从而实现通过烟气回流控温控氧的燃烧过程；在石灰窑窑膛2的下部还设置冷却空气系统，冷却空气从冷却空气进口管12进入经冷却空气分配室13再经冷却空气喷出口14喷射进入石灰窑窑膛2，其作用在于完成烧成石灰的冷却以及部分未完全燃烧的煤气混合燃烧；烧成的石灰在石灰窑的石灰下料管口4的顺序操作过程中逐步下移并被逐步冷却，冷却后的石灰经石灰窑出料导流锥15的作用而分布在其底部的环槽中，经下料管口4石灰就会依次落入石灰窑下部锥形收缩结构的石灰落料仓（或称石灰料斗）16中；在石灰窑窑膛2中向上流动的烟气最后进入顶部的石灰窑上料锥筒3，排除烟气经石灰窑布料锥组合3-2后进入石灰窑烟气出口3-1而排除窑体外。从上述实施过程可见，通过燃烧装置的周向均匀可调的预混燃烧方式而实现均匀恒温950℃～1100℃石灰石的分解，以及借助燃烧装置的喷射引射烟气回流的功能实现石灰石的顺、逆流相结合石灰石加热分解和石灰窑燃烧装置的高温低氧低氮的均匀可控的燃烧。因此，该技术的实施就能有效提高烧成石灰的活性度与有效降低石灰产品的过生烧率，并能在提高煤气的利用率30%的基础上对燃烧过程的实现控制。由于该结构的石灰窑结构简单、性能优良、便于控制、节能高效且投资费用省，投资费用可节约40%以上，大大减轻了对环境的污染，真正体现了节能环保，相对于传统的双膛石灰窑和套筒石灰窑具有显著的竞争优势和广阔的市场前景，经济和社会效益显著。
