发明涉及一种操作回转炉的方法，特别是回转炉内燃烧器的操作方法，回转炉使用富氧气体进行操作。
背景技术：
1、回转炉通常用于水泥和矿物工业，用于例如将预热的水泥生料煅烧成水泥熟料。
2、从现有技术中已知，将含氧气体引入回转炉或水泥生产厂的预热器中以燃烧含碳燃料。为了减少排放气体量并能够省去繁琐的净化过程，de 102018 206 673a1公开了使用尽可能富含氧气的燃烧气体，从而使废气中的co2含量较高，便于co2的储存或在排放气体流中的去除。de 10 2018 206673a1公开了将富氧气体引入冷却器入口区域，以预热气体和冷却熟料。
3、在使用氧含量至少为30％至100％的富氧燃烧气体时，炉内可能会产生非常高的温度。如果这种高温长时间或连续出现在靠近炉壁的区域，这能导致炉内壁受损。此外，还存在这样的风险，即非常高的温度会在燃烧器上产生，特别是燃烧器口会受到损坏。
技术实现思路
1、由此出发，本发明的目的是提供一种操作回转炉的方法，特别是操作回转炉的燃烧器的方法，在确保回转炉安全操作的同时获得具有高co2含量的废气。
2、根据本发明，这一目的通过具有独立权利要求1特征的方法和通过具有独立权利要求10特征的回转炉来实现。优选的改进方案将从从属权利要求中显现出来。
3、根据第一方面，在操作回转炉特别是回转炉的燃烧器的方法中，供给回转炉的气流总体上含有超过50体积％的氧气，优选在回转炉内产生氧含量超过30体积％的富氧气氛，更优选超过50体积％，特别是超过75体积％的氧含量。富氧气氛尤其指整个回转炉内的平均氧含量，在局部区域内氧含量可能低于50体积％。燃烧器具有一个燃烧器孔口，从燃烧器孔口排出燃料-气体混合物进入回转炉内部，特别是燃烧室，测定燃烧器火焰的至少一个状态变量，特别是点火距离、火焰形状、火焰长度和/或火焰宽度。燃料-气体混合物的流速、总量和/或动量和/或燃料特性根据测定的状态变量进行开环/闭环控制，并优选影响该状态变量。
4、燃料特性优选为燃料水分含量、燃料成分、热值和/或燃料的粒度。
5、该炉尤其是一个回转炉，优选为水泥生产厂的一部分，水泥生产厂例如包括：
6、·一个用于预热生料的预热器，
7、·一个用于煅烧预热生料的煅烧装置，
8、·一个具有燃烧器的回转炉，用于将煅烧后的热料烧成水泥熟料，
9、·一个用于冷却水泥熟料的冷却器。
10、回转炉包括一个燃烧器，例如燃烧枪和/或单通道或多通道燃烧器，用于将煅烧后的热料烧成水泥熟料，回转炉具有一个燃烧气体入口，用于引入具有50体积％至100体积％氧含量的燃烧气体，特别是至少50体积％，优选至少75体积％的氧含量。燃烧气体入口优选安装在炉头，冷却器连接于此。特别是，燃烧气体至少部分由冷却器的排出空气形成。可选地，燃烧器具有一个燃烧气体入口，特别是用于火焰参数的开环和闭环控制，通过该入口将燃烧气体引入炉内。该燃烧气体的成分可能与通过冷却器供应的燃烧气体不同。在特定实施方式中，该燃烧气体的氧含量为0％至100％，特别是不超过21％，优选不超过10％。
11、水泥生产厂的预热器优选包括多个旋风分离器级，每级至少有一个旋风分离器，用于从气体流中分离固体。在预热器中，进入最上面的第一旋风分离器级的生料与炉排出气体逆流预热，并在此过程中依次通过各个旋风分离器级。
12、预热器优选布置在最后一个和倒数第二个旋风分离器级之间，并具有一个提升管，通过煅烧装置燃烧系统将生料加热到提升管中。特别是，生料在煅烧装置中脱酸并煅烧。
13、在预热器中预热并在煅烧装置中煅烧的生料随后被送入回转炉。回转炉特别具有一个可以围绕其纵轴旋转的回转管，且优选在物料输送方向上略微倾斜，这样通过回转管的旋转和重力使物料沿输送方向移动。炉优选在其一端有一个物料入口，用于引入预热、煅烧后的生料，在其与物料入口相对的一端有一个物料出口，用于将烧成的熟料排入冷却器。炉头优选布置在炉的物料出口端，并包括用于燃烧物料的燃烧器，特别是燃料枪和/或单通道或多通道燃烧器。回转炉优选具有一个烧结区，物料在其中至少部分熔化，特别具有1500℃至1900℃的温度，优选1450℃至1750℃。烧结区例如包括炉头，特别是回转炉的后端区域，优选为炉内沿物料输送方向的后端三分之一部分。
14、含氧燃烧气体被例如完全或部分直接引入炉头，炉头例如具有一个燃烧气体入口。优选地，通过炉的物料出口将燃烧气体完全或部分引入。供应给炉的燃烧气体例如具有30体积％以上至75体积％的氧含量，特别是50体积％以上，优选95体积％以上。燃烧气体例如完全由纯氧组成，这种情况下燃烧气体的氧含量为100％。燃烧器例如可以是燃烧枪和/或单通道或多通道燃烧器。用于冷却水泥熟料的冷却器优选连接到炉的物料出口。
15、冷却器优选具有一个输送装置，用于在冷却气室中沿输送方向输送散装物料。冷却气室优选布置在待冷却散装物料的流动方向上，直接位于冷却器入口下游，特别是炉的物料出口处，使得来自回转炉的熟料落入冷却气室，特别是来自冷却器的加热冷却气流进入回转炉，至少部分形成燃烧气体。
16、回转炉的燃烧器优选地，特别是单燃烧枪和/或单通道燃烧器或具有多个同轴排列管道或通道的多通道燃烧器。优选地，燃烧器安装在炉头的壁上，特别是内壁上，特别是在回转炉的静止区域，尤其是沿轴向延伸，优选位于回转炉的中心线。
17、燃烧器包括例如多个管道，特别是四个管道，它们同轴排列且直径不同。中心管布置在中心线处，形成中心通道。直径最小的中心管特别用于输送块状燃料，如来自废物或生产残余物的替代燃料，例如废旧轮胎。与燃料一起，通过中心管传输的还有用于气动输送燃料的载气。载气特别是氧气含量为0体积％至30体积％的贫氧气体，特别是2体积％至20体积％，优选10体积％至15体积％，最优选少于10体积％。优选地，输送气体的co2浓度为70体积％至95体积％，特别是80体积％至90体积％，优选超过75体积％。剩余部分的输送气体优选包含氧气和/或水蒸气和/或其他惰性气体成分。中心管优选连接到燃料来源，特别是块状替代燃料的来源，以及输送气体的来源。
18、优选地，在中心管周围同轴排列有一个旋流气管，形成旋流气体通道。旋流气体通道优选用于传输氧气含量为0％至100体积％的旋流气体，特别是0％至75体积％，优选少于10体积％。旋流气体通道优选连接到旋流气体源。旋流气管例如沿轴向，沿燃烧器孔口的方向延伸超过中心管。
19、燃料管优选同轴排列在旋流气管内，形成燃料通道，并优选用于输送小块燃料，例如煤，以及通过燃料通道输送燃料的载气。载气优选具有0体积％至30体积％的氧含量，特别是2体积％至20体积％，优选少于10体积％。优选地，输送气体的co2浓度为70体积％至95体积％，特别是80体积％至90体积％，优选超过75体积％。输送气体的剩余部分优选包含氧气和/或水蒸气。燃料管延伸超过中心管和旋流气管，优选在轴向上，在燃烧器孔口方向。燃料通道优选连接到载气和特别是细粒燃料的源。除了小块燃料，还可以使用液态或气态燃料，这些燃料在没有传输气成分的情况下加压引入燃烧室。
20、轴向气管优选同轴排列在燃料管外，形成轴向气通道，优选用于传输轴向气体。轴向气体优选具有0体积％至100体积％的氧含量，特别是0体积％至75体积％，优选少于10体积％。轴向气通道优选连接到轴向气体的来源。轴向气管延伸超过中心管、燃料管和旋流气管，特别是在轴向上，在燃烧器孔口方向。
21、燃料-气体混合物优选包含载气、轴向气和/或旋流气，以及细粒燃料和/或粗粒燃料，特别是替代燃料。载气、旋流气和/或轴向气至少部分或完全来自回转炉的排出气体或水泥生产厂的排出气体。轴向气和旋流气相对于载气优选具有更高的流速，使得轴向气和旋流气优选对燃料和载气的混合物施加旋转动量。特别是，旋流气管，尤其是燃烧器孔口，设计成使旋流气相对于燃烧器轴线具有基本切向的流动方向。优选地，轴向气管，尤其是燃烧器孔口，设计成使轴向气相对于燃烧器轴线具有基本轴向的流动方向。
22、术语“开环控制”和“闭环控制”是自动化技术中的操作。术语“闭环控制”被理解成指一种操作，其中一个变量即控制变量，被连续记录，与另一个变量即参考变量进行比较，并与参考变量对齐进行调整。术语“开环控制”被理解成指一种操作，其中至少一个输入变量根据系统特定的规则影响其他变量，作为输出或控制变量。术语“调节”包括开环控制和闭环控制。
23、点火距离是指从燃烧器喷口到火焰之间的距离，优选是沿回转炉轴向的距离。特别是，点火距离是从燃烧器孔口到燃烧器火焰之间的最小距离。火焰长度优选是燃烧器火焰在回转炉轴向的长度，火焰宽度是燃烧器火焰在回转炉径向的宽度。
24、在第一种实施方式中，将燃烧器火焰的状态变量与极限值或极限范围进行比较，如果确定的状态变量偏离极限值或极限范围，则调整燃料-气体混合物的流速、总量和/或动量及/或燃料特性。优选地，每个燃烧器火焰的状态变量都有一个相应的极限值或极限范围。极限范围优选包括一个最大值和一个最小值，低于极限范围意味着低于最小值，超过极限范围意味着超过最大值。通过这种控制方式，可以通过监测燃烧器火焰的状态变量，防止燃烧器受到损坏。
25、在进一步的实施方式中，确定点火距离，并将其与点火距离的极限值或极限范围进行比较，如果确定的点火距离偏离点火距离的极限值或极限范围，则燃料的含水量、燃料的粒度、燃料-气体混合物的co2含量和/或燃料-气体混合物的氧含量被增加或减少。
26、如果确定的点火距离低于点火距离的极限值或极限范围，优选增加燃料的含水量和/或燃料的粒度。如果确定的点火距离超过点火距离的极限值或极限范围，优选减少燃料的含水量和/或燃料的粒度。特别地，如果低于点火距离的极限值或极限范围，则通过燃烧器尤其是通过燃料通道和/或轴向气体通道，将细粒材料如石灰粉或石膏粉，供入回转炉的燃烧区。这可以防止燃料在接近燃烧器孔口处点燃。如果低于点火距离的极限值或极限范围，也可以增加载气的流速。
27、在另一种实施方式中，燃烧器具有一个轴向气体通道，通过该通道轴向气体流动并沿燃烧器的基本轴向方向从燃烧器孔口流出，以及一个旋流气体通道，通过该通道旋流气体流动并沿燃烧器的基本切向方向从燃烧器孔口流出。优选地，点火距离被确定，并将其与点火距离的极限值或极限范围进行比较，如果确定的点火距离偏离点火距离的极限值或极限范围，则轴向气体和/或旋流气体的流速、氧含量和/或co2含量被增加或减少。优选地，如上所述，只有轴向气体流经轴向气体通道，只有旋流气体流经旋流气体通道。调整轴向气体和旋流气体的流速，使燃料和载气的混合物在从燃烧器孔口流出时获得相应的动量，从而使火焰形状可相应地调整。
28、在另一种实施方式中，火焰长度被确定并与火焰长度的极限值或极限范围进行比较，如果确定的火焰长度偏离火焰长度的极限值或极限范围，则燃料-气体混合物的流速和/或动量被增加或减少。燃料-气体混合物的流速优选通过调整轴向气体、旋流气体和/或载气的流速来调节；这种调整优选地确保燃料与气体之间的最佳混合。
29、在进一步的实施方式中，火焰长度和/或火焰宽度被确定并与火焰长度/火焰宽度的极限值或极限范围进行比较，如果确定的火焰长度或火焰宽度偏离火焰长度/火焰宽度的极限值或极限范围，则向燃烧区供入水蒸气、co2和/或固体颗粒。优选地，水蒸气、co2和/或固体颗粒被供入到回转炉中，尤其是，通过燃烧器和/或单独的管道供入。水蒸气、co2和/或固体颗粒的加入会导致点火的延迟和/或燃烧器火焰的热膨胀的改善或减弱。
30、在进一步的实施方式中，燃烧器具有一个轴向气体通道，轴向气体通过该通道流动并沿燃烧器的基本轴向方向从燃烧器孔口流出；还具有一个旋流气体通道，旋流气体通过该通道流动并沿燃烧器的基本切向方向从燃烧器孔口流出。如果确定的火焰长度偏离火焰长度的极限值或极限范围，则轴向气体通道中轴向气体的流速和旋流气体通道中旋流气体的流速被增加或减少。
31、如果确定的火焰长度低于火焰长度的极限值或极限范围，优选地增加轴向气体通道中轴向气体的流速和/或减少旋流气体通道中旋流气体的流速。如果确定的火焰长度超过火焰长度的极限值或极限范围，优选地减少轴向气体通道中轴向气体的流速和/或增加旋流气体通道中旋流气体的流速。载气的流速优选保持不变，这取决于确定的火焰长度。
32、在另一种实施方式中，至少部分回转炉的排出气体被供应到燃烧器。优选地，回转炉的排出气体至少部分或完全形成载气。尤其是，回转炉的排出气体通过燃烧器或通过单独布置的管道，部分或全部供应给燃烧器。排出气体例如至少部分来自水泥生产厂的排出气体。
33、在进一步的实施方式中，使用相机特别是红外相机确定燃烧器火焰的状态变量。
34、本发明还包括一种用于将生料烧成水泥熟料的回转炉，该回转炉具有在其内部设计的燃烧区，燃烧器具有用于将燃料-气体混合物排放到燃烧区的燃烧器孔口，以及测量装置，该装置被设计和布置用于确定燃烧器火焰的至少一个状态变量，特别是点火距离、火焰长度和/或火焰宽度。回转炉具有一个开环/闭环控制装置，该装置设计用于根据确定的状态变量对燃料-气体混合物的流速、总量和/或动量及/或燃料特性进行开环/闭环控制。
35、与回转炉燃烧器操作方法相关的实施方式和优点同样适用于将生料烧成水泥熟料的回转炉设备。
36、测量装置优选设计为能够将确定的数据特别是燃烧器火焰的状态变量，传输到开环/闭环控制装置。回转炉优选具有一个或多个用于输入燃烧气体特别是氧气的气体入口。优选地，回转炉的气体入口连接到至少一个或多个气体源，该气体源含有氧气含量超过50体积％的气体。优选地，开环/闭环控制装置被设计用于在回转炉尤其是燃烧区内建立氧含量超过50体积％，特别是超过75体积％，最好超过90体积％。优选地，炉内的整体氧含量超过50体积％，但在局部区域可能出现氧含量低于50体积％的情况。
37、在一个实施方式中，开环/闭环控制装置被设计为将燃烧器火焰的状态变量与极限值或极限范围进行比较，如果确定的状态变量偏离极限值或极限范围，则调整燃料-气体混合物的流速、总量和/或动量及/或燃料特性。
38、在进一步的实施方式中，测量装置被设计为确定点火距离，开环/闭环控制装置被设计为将确定的点火距离与点火距离的极限值或极限范围进行比较，如果确定的点火距离偏离点火距离的极限值或极限范围，则增加或减少燃料的含水量、燃料的粒度、燃料-气体混合物中的co2含量和/或燃料-气体混合物中的氧含量。
39、在进一步的实施方式中，燃烧器具有一个轴向气体通道，该通道设计为允许轴向气体通过并沿燃烧器的基本轴向方向从燃烧器孔口流出；燃烧器还具有一个旋流气体通道，该通道设计为允许旋流气体通过并沿燃烧器的基本切向方向从燃烧器孔口流出，测量装置被设计以能确定点火距离。开环/闭环控制装置被设计为，如果确定的点火距离偏离预定的点火距离的极限值或极限范围，则增加或减少轴向气体和/或旋流气体的流速、氧含量和/或co2含量。
40、在进一步的实施方式中，测量装置被设计为确定火焰长度。开环/闭环控制装置优选地被设计为将确定的火焰长度与火焰长度的极限值或极限范围进行比较，如果确定的火焰长度偏离火焰长度的极限值或极限范围，则增加或减少燃料-气体混合物的流速和/或动量。
41、在进一步的实施方式中，回转炉具有一个用于向燃烧区输送水蒸气、co2和/或固体颗粒的管道，其中测量装置被设计为确定火焰长度，开环/闭环控制装置被设计为将确定的火焰长度与火焰长度的极限值或极限范围进行比较，如果确定的火焰长度偏离火焰长度的极限值或极限范围，则向燃烧区供应水蒸气、co2和/或固体颗粒。优选地，回转炉具有一个用于向燃烧区供应水蒸气、co2和/或固体颗粒的管道，该管道独立于燃烧器。管道和/或燃烧器优选地连接到水蒸气、co2和/或固体颗粒的来源。
42、在进一步的实施方式中，燃烧器具有一个轴向气体通道，该通道设计为允许轴向气体通过并沿燃烧器的基本轴向方向从燃烧器孔口流出。燃烧器还具有一个旋流气体通道，该通道设计为允许旋流气体通过并沿燃烧器的基本切向方向从燃烧器孔口流出。开环/闭环控制装置优选设计为，如果确定的火焰长度偏离火焰长度的极限值或极限范围，则增加或减少轴向气体通道中轴向气体的流速和旋流气体通道中旋流气体的流速。
43、在另一种实施方式中，回转炉具有一个排出气体出口，燃烧器连接到该排出气体出口，以便将至少部分排出气体引导到燃烧器中。
44、在进一步的实施方式中，测量装置是相机，特别是红外相机。
1.一种操作回转炉(10)的燃烧器(14)的方法，
2.如权利要求1所述的方法，其中将所述燃烧器火焰(16)的状态变量与极限值或极限范围进行比较，如果确定的状态变量偏离所述极限值或极限范围，则调整燃料-气体混合物的流速、总量和/或动量和/或燃料特性。
3.如前述任一权利要求所述的方法，其中点火距离(18)被确定，并与点火距离的极限值或极限范围进行比较，如果确定的点火距离(18)偏离所述点火距离的极限值或极限范围，则增加或减少燃料水分含量、燃料颗粒大小、燃料-气体混合物的co2含量和/或燃料-气体混合物的氧气含量。
4.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述燃烧器(14)具有轴向气体通道(38)，轴向气体流经该通道并沿所述燃烧器(14)的基本轴向方向流出所述燃烧器孔口(20)，以及
5.如前述任一权利要求所述的方法，其中确定火焰长度并与火焰长度的极限值或极限范围进行比较，如果确定的火焰长度偏离所述火焰长度的极限值或极限范围，则增加或减少燃料-气体混合物的流速和/或动量。
6.如前述任一权利要求所述的方法，其中确定火焰长度并与火焰长度的极限值或极限范围进行比较，如果确定的火焰长度偏离所述火焰长度的极限值或极限范围，则将水蒸气、co2和/或固体颗粒送入所述燃烧区。
7.如权利要求5所述的方法，其中所述燃烧器(14)具有轴向气体通道(38)，轴向气体流经该通道并沿燃烧器(14)的基本轴向方向从燃烧器孔口(20)流出，以及
8.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述回转炉(10)的排出气体至少有一部分供给所述燃烧器(14)。
9.如前述任一权利要求所述的方法，其中所述燃烧器火焰(16)的状态变量是通过相机(22)特别是红外相机确定的。
10.用于将生料烧制成水泥熟料的回转炉(10)，包括：
11.如权利要求10所述的回转炉，其中所述开环/闭环控制装置被设计成将燃烧器火焰(16)的状态变量与极限值或极限范围进行比较，如果确定的状态变量偏离所述极限值或极限范围，则调整流速、燃料-气体混合物的总量和/或动量和/或燃料特性。
12.如权利要求10或11所述的回转炉，其中，所述测量装置(22)被设计为确定所述点火距离(18)，所述开环/闭环控制装置被设计为将确定的点火距离(18)与点火距离的极限值或极限范围进行比较，并且，如果确定的点火距离(18)偏离所述点火距离的极限值或极限范围，则增加或减少燃料水分含量、燃料颗粒大小、燃料-气体混合物的co2含量和/或燃料-气体混合物的氧气含量。
13.如权利要求10至12中任一项所述的回转炉，其中所述燃烧器(14)具有轴向气体通道(38)，被设计成轴向气体流经该通道并沿所述燃烧器(14)的基本轴向方向流出燃烧器孔口(20)，并且其中
14.如权利要求10至13中任一权利要求所述的回转炉，其中，所述测量装置(22)被设计为确定火焰长度，所述开环/闭环控制装置被设计为将确定的火焰长度与火焰长度的极限值或极限范围进行比较，如果确定的火焰长度偏离火焰长度的极限值或极限范围，则增加或减少燃料-气体混合物的流速和/或动量。
15.如权利要求10至14中任一项所述的回转炉，其中回转炉(10)具有用于将水蒸气、co2和/或固体颗粒送入燃烧区的导管，其中所述测量装置(22)被设计成确定火焰长度，所述开环/闭环控制装置被设计成将确定的火焰长度与火焰长度的极限值或极限范围进行比较，如果确定的火焰长度偏离火焰长度的极限值或极限范围，则将水蒸气、co2和/或固体颗粒送入燃烧区。
16.如权利要求14所述的回转炉，其中所述燃烧器具有一个轴向气体通道(38)，被设计成轴向气体流经该通道，并沿燃烧器(14)的基本轴向方向流出燃烧器孔口(20)，其中
17.如权利要求10至16中任一项所述的回转炉，其中所述回转炉(10)具有一个排出气体出口，所述燃烧器(14)与所述排出气体出口相连，用于将至少一部分排出气体导入所述燃烧器(14)。
18.如权利要求10至17中任一项所述的回转炉，其中所述测量装置(22)是相机，特别是红外相机。
