本发明专利技术公开了一种水泥窑用氢气耦合替代燃料绿氢燃烧装置及其运转方法，燃烧区分为预混区、预燃区和主燃烧区。在预混区氢气与替代燃料初步预混耦合。在预燃区通过氢气的引燃作用，能够促使挥发份较低的难燃生物质替代燃料的燃烧提早开始，促进生物质替代燃料易挥发、易燃的组分因辐射热的作用先分离出来燃烧。在主燃区外旋流形成的涡流，带来大量热空气，使富氧空气与煤粉、替代燃烧充分混和，迅速引燃，火焰温度提高。电解水得到的氧气可以促进氢气、生物质替代燃料及煤粉的富氧燃烧，减少一次风量，有效提高挥发份低的低品位生物质燃烧的起燃时间和燃烧温度，促进燃料的燃烧效率和燃尽率，增加对生物质替代燃料的适应性，达到环保、减碳效果。减碳效果。减碳效果。
【技术实现步骤摘要】
水泥窑用氢气耦合替代燃料绿氢燃烧装置及其运转方法
[0001]本专利技术属于水泥窑生物质替代燃料低碳清洁燃烧
，具体涉及一种水泥窑用氢气耦合替代燃料绿氢燃烧装置及其运转方法。
技术介绍
[0002]我国是一个农业大国，生物质燃料资源极为丰富，开发潜力巨大。农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素(简称木质素)、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等具有热值的废弃物均可作为生物质燃料。
[0003]生物质本身含N、S元素少，对于减少氮氧化物、硫化物的生成非常有利。燃烧过程中排放出的CO2与其生长过程光合作用中所吸收的一样多，实现了CO2的零排放。同时生物质燃料的使用还可以降低重金属污染物的排放，是国际公认的清洁能源。
[0004]然而，由于生物质燃料的燃烧过程中存在热值高低不一、替代率低、水泥窑燃烧稳定性差等问题，国内市场认可度较低。国内水泥窑的替代燃料喂料往往设置在对水泥熟料品质影响小的窑尾部，通过直接喂料或者预燃炉喂料的方式，例如专利CN103551016A授权了一种水泥窑用替代燃料再燃烧脱硝的方法，介绍了在分级燃烧技术的分解炉内还原燃烧区域中加入替代燃料燃烧的方式，最终将替代燃料的加入量提高到了分解炉燃料总量的80％；专利CN212511205U授权了一种水泥窑用的生物质秸秆燃烧系统，介绍了生物质秸秆经过处理后经给料系统送入分解炉。
[0005]随着水泥行业“低碳、环保、减排”要求的提高，为寻求大比例利用生物质燃料，以减少煤等化石燃料及NO
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排放，窑头的主燃烧装置中也逐步提高生物质替代燃料替代比例，但如何改善窑头生物质燃料的燃烧效率，减少对水泥熟料煅烧的影响是一个值得研究的方向。
[0006]专利CN111226075A水泥窑用燃烧器装置及其运转方法，介绍了可燃性固体废弃物的漂浮状态并且容易引起处于漂浮状态的可燃性固体废弃物着火的绿氢燃烧装置及其运转方法。专利CN10708461A一种水泥窑窑头利用生物质燃料催化燃烧的装备，针对给料装置至燃料喷嘴的设置给予了详细描述，其中生物质燃料燃烧装置与煤粉燃烧装置单独平行设置。
[0007]以上专利对于本身热值高、挥发分高的生物质替代燃料的改善作用较大，对于燃烧特性差的生物质替代燃料并不能从根本上改善其燃烧特性。
技术实现思路
[0008]本专利技术要解决的技术问题是，提供一种水泥窑用氢气耦合替代燃料绿氢燃烧装置及其运转方法，通过有效组织电解水氢气和氧气的燃烧，提高生物质替代燃料的燃烧特性，增加生物质替代燃料在水泥窑的适应性，从而达到环保、减碳的效果。
[0009]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种水泥窑用氢气耦合替代
燃料绿氢燃烧装置，包括多个同心圆筒状构件分割出的多个流体通道，多个流体通道包括三个空气风道、1个生物质替代燃料用通道、1个煤粉燃料通道和至少1个氢气燃料用通道；
[0010]第一空气风道，为外侧轴向风道，位于同心圆最外侧，为富氧空气通道，氧气来自电解水装置；
[0011]第二空气风道，为旋流风道，位于第一空气风道内侧，具备使空气旋流的旋流机构；
[0012]第三空气风道，为中心风道，置于中心区域，内侧设有生物质替代燃料通道和氢气燃料通道。
[0013]煤粉燃料通道，位于第二空气风道内侧，第三空气风道外侧；
[0014]生物质替代燃料通道，位于第三空气风道内侧上部位置，供风来自气力输送装置；
[0015]氢气燃料通道，位于第三空气风道内侧下部位置，氢气来自电解水制氢装置。
[0016]所述第一空气风道、第二空气风道和煤粉燃料通道的前端部平齐，第三空气风道、生物质替代燃料通道和氢气燃料通道前端部缩后第一空气风道、第二空气风道和煤粉燃料通道的前端部，后缩的距离根据氢气用量的不同来调节。
[0017]所述氢气燃烧通道位于生物质替代燃料通道下方，数量为1～3。
[0018]所述氢气燃料通道出口覆有密封板，密封板上设有均匀布置的开孔。
[0019]所述第一空气风道出口覆有密封板，密封板上设有均匀布置的开孔，开孔面积根据轴流风速确定。
[0020]所述第一空气风道中的氧气和氢气燃料通道中的氢气来自同一台电解水制氢装置。
[0021]所述氢气在水泥窑的总热值替代率5％～20％，生物质替代燃料的替代比例为5％～60％。
[0022]所述第二空气风道设有的可变旋流机构能沿燃烧器轴线伸缩调整旋流角度。
[0023]上述水泥窑用氢气耦合替代燃料绿氢燃烧装置的运转方法，所述氢气燃料通道和生物质替代燃料通道燃烧装置前端处的风速为30～60m/s；第一空气风道燃烧装置前端处的风速为100～400m/s；第二空气风道燃烧装置前端处的风速为80～180m/s；第三空气风道燃烧装置前端处的风速为30～60m/s；煤粉燃料通道燃烧装置前端处的风速为20～50m/s。
[0024]所述第一空气风道风量为全部一次风量的30％～50％，第三空气风道风量为全部一次风量的0～15％。
[0025]本专利技术的有益效果是：
[0026]基于该配置构成的绿氢燃烧装置，整个燃烧区分为预混区、预燃区和主燃烧区。在预混区，此区域温度低于550℃，氢气与替代燃料初步预混耦合。在预燃区，通过氢气的引燃作用，能够促使挥发份较低的难燃生物质替代燃料的燃烧提早开始，促进生物质替代燃料易挥发、易燃的组分因辐射热的作用先分离出来燃烧。在主燃区，外旋流形成的涡流，带来大量热空气，使富氧空气与煤粉、替代燃烧充分混和，迅速引燃，火焰温度提高。
[0027]基于本专利技术的绿氢燃烧方法，能够有效地组织燃烧电解水制得的绿氢、氧气的燃烧，通过氢气与生物质替代燃料的耦合作用加速燃料起燃时间、促进残碳的燃烧，改善替代燃料的燃烧特性。同时，电解水得到的氧气可以促进氢气、生物质替代燃料及煤粉的富氧燃烧，减少一次风量，降低NOx的生成。通过窑头燃烧装置结构的设置，可有效提高挥发份低的
低品位生物质燃烧的起燃时间和燃烧温度，促进燃料的燃烧效率和燃尽率，增加对生物质替代燃料的适应性，达到环保、减碳的效果。
附图说明
[0028]图1是本专利技术的水泥窑用氢气耦合替代燃料绿氢燃烧装置的示意图。
[0029]图2是本专利技术的水泥窑用氢气耦合替代燃料绿氢燃烧装置前端部分的一实施方式的示意图。
[0030]图3A是本专利技术的旋流机构结构示意图。
[0031]图3B是本专利技术的旋流机构立体结构示意图。
[0032]图4是本专利技术的旋流机构与燃烧器结构的相对位置关系示意。
[0033]图5是采用本专利技术的水泥窑用氢气耦合替代燃料绿氢燃烧装置前端燃烧过程的一示意图。
[0034]图6是采用本专利技术的水泥窑用氢气耦合替代燃料绿氢燃烧装置前端部分另一实施例的示意图。
[0035]图中，
[0036]1.第一空气风道
[0037]2.第二空气风本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水泥窑用氢气耦合替代燃料绿氢燃烧装置，包括多个同心圆筒状构件分割出的多个流体通道，其特征在于，多个流体通道包括三个空气风道、1个生物质替代燃料用通道(5)、1个煤粉燃料通道(4)和至少1个氢气燃料用通道(6)；第一空气风道(1)，为外侧轴向风道，位于同心圆最外侧，为富氧空气通道，氧气来自电解水装置；第二空气风道(2)，为旋流风道，位于第一空气风道内侧，具备使空气旋流的旋流机构；第三空气风道(3)，为中心风道，置于中心区域，内侧设有生物质替代燃料通道和氢气燃料通道。煤粉燃料通道(4)，位于第二空气风道(2)内侧，第三空气风道(3)外侧；生物质替代燃料通道(5)，位于第三空气风道(3)内侧上部位置，供风来自气力输送装置；氢气燃料通道(6)，位于第三空气风道(3)内侧下部位置，氢气来自电解水制氢装置。2.根据权利要求1所述水泥窑用氢气耦合替代燃料绿氢燃烧装置，其特征在于，所述第一空气风道(1)、第二空气风道(2)和煤粉燃料通道(4)的前端部平齐，第三空气风道(3)、生物质替代燃料通道(5)和氢气燃料通道(6)前端部缩后第一空气风道、第二空气风道和煤粉燃料通道的前端部，后缩的距离根据氢气用量的不同来调节。3.根据权利要求1所述水泥窑用氢气耦合替代燃料绿氢燃烧装置，其特征在于，所述氢气燃烧通道(6)位于生物质替代燃料通道(5)下方，数量为1～3。4.根据权利要求1所述水泥窑用氢气耦合替代燃料绿氢燃烧装置，其特征在于，所述氢气燃料通道(6)出口覆有密封板，密封板上设有...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨欢迎，赵亮，范道荣，李波，高为民，
申请(专利权)人：天津中材工程研究中心有限公司中国建材集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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