1.本发明涉及石灰煅烧窑，特别是在气体燃料预混燃烧的前提下，燃烧气流与石灰石同向运动而使石灰石加热分解（顺向煅烧）和热烟气与石灰石间逆向运动而使石灰石加热分解（逆向煅烧），且能使上述两个过程在一个竖直窑筒中实现的一种烟气回流预混燃烧气流顺逆向煅烧石灰的圆筒竖窑。
背景技术：
2.在工业应用领域中利用燃料燃烧生成热将石灰石煅烧（热分解）成生石灰是工业常用的工艺过程，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、所需的产能、使用的环境、能源的供应、投资的状态以及环保的要求等选择不同的石灰窑窑型。目前，使用最多的石灰窑按结构特征可分为竖窑、回转窑、双膛窑及套筒窑，按燃烧的燃料又可分为混烧石灰窑（固体燃料）和气烧石灰窑（气体燃料）。随着环保要求的日益严格，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。
3.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石灰石的煅烧（软烧），而不是让其在燃烧过程中实现加热煅烧，更不能以高强度加热来实现煅烧（硬烧）。在石灰窑窑膛中经流动高温烟气对石灰石颗粒的加热而会逐步达到合适温度而发生分解，形成氧化钙并释放出二氧化碳。实践表明，将加热石灰石的烟气温度控制在900℃—1000℃之间来完成其热分解反应，更能获得好的石灰石煅烧效果，如氧化钙成分高（过生烧率低）、石灰活性好（软烧）等。其实，在窑膛内要充分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，基于石灰石热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，给出了一种能实现空煤气预混燃烧，且实现烟气回流控温，并使得燃烧烟气对石灰石进行顺向（石灰石运动方向与气流流动方向一致）与逆向（石灰石运动方向与气流流动方向相反）加热分解的圆筒形竖窑，是有效克服现有技术缺陷的途径，但至今未见有公开报导。
技术实现要素：
4.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烟气回流预混燃烧气流顺逆向煅烧石灰的圆筒竖窑，可有效解决烟气回流控温，并使得燃烧烟气对石灰石进行顺向（石灰石运动方向与气流流动方向一致）与逆向（石灰石运动方向与气流流动方向相反）加热分解的问题。
5.本发明解决的技术方案是，一种烟气回流预混燃烧气流顺逆向煅烧石灰的圆筒竖窑，包括由筒状钢壳内砌筑耐火材料构成的石灰窑筒体，石灰窑筒体上口部中心装有上料及烟气汇集段，石灰窑筒体下底部有连为一体的窑膛冷却段，所述的上料及烟气汇集段是
由上料及烟气汇集段墙体和石灰窑烟气出口管构成，上料及烟气汇集段墙体上顶部内设置石灰石存放锥口，其中心安置石料调控锥杆，上料及烟气汇集段墙体下部安装石灰石布料锥环，上料及烟气汇集段墙体中部水平设置与墙体中心空腔连通的石灰窑烟气出口管；所述的石灰窑筒体上部的窑膛预热段墙体内构成窑膛预热段，下部的窑膛煅烧段墙体内构成窑膛煅烧段，所述的石灰窑筒体是由窑膛预热段墙体和窑膛煅烧段墙体上下同心连接在一起构成，窑膛预热段墙体的下部内设置同轴心的导流烟气分配环道，导流烟气分配环道内侧设置多排多个沿周向均布的烟气流出口并连通窑膛预热段，导流烟气分配环道外侧设置有与导流烟气分配环道连通的导流烟气进口管，导流烟气进口管转折向下连通导流烟气传输管，窑膛预热段墙体同心支撑在下部的窑膛煅烧段墙体上，构成一体结构；在窑膛煅烧段墙体的下部内设置同心的导流烟气汇集环道，该环道内侧设置多排多个沿周向均布的烟气吸入口，用以连通窑膛煅烧段，导流烟气汇集环道外侧设置有导流烟气引出管与之连通，导流烟气引出管转折向上连通导流烟气传输管；在窑膛煅烧段墙体的中部内设置同轴的预混燃烧环道，预混燃烧环道中设置有均布的预混燃烧室隔断墙，将预混燃烧环道内沿周向等分隔置为若干个独立的预混燃烧室，预混燃烧室的内侧均设有沿周向均布的多排多个燃烧气流喷出口，并与窑膛煅烧段内相通，在预混燃烧室的外侧设置有连通的旋流预混气通道；旋流预混气通道为圆形变截面的管道，伸出窑膛煅烧段墙体外，端部封闭，煤气进口喷嘴管同心周边密封插入旋流预混气通道中，煤气进口喷嘴管外壁与旋流预混气通道内壁之间形成环形缝隙，伸出窑膛煅烧段墙体的旋流预混气通道侧壁上垂直装有与缝隙相连通的空气进口管，在旋流预混气通道流通截面最小处上下面分别接入连通的上回流烟气导管与下回流烟气导管，上回流烟气导管的上端接通导流烟气分配环道的底部，下回流烟气导管的下端接通导流烟气汇集环道的顶部；窑膛煅烧段墙体与其下的窑膛冷却段墙体的上部连成一体，承托在窑膛墙体承托圈上；在窑膛冷却段墙体的外面设置水平同轴的冷却风分配环管，在环管上下分别周向均匀地引出多个上冷却风喷出管和多个下冷却风喷出管，分别转折垂直接入窑膛冷却段墙体，冷却风进口管从冷却风分配环管的外侧接入连通，在窑膛冷却段窑膛冷却段墙体呈逐步收缩状结构，窑膛冷却段墙体底部中心设置生石灰出料分配锥，与窑膛冷却段墙体之间的环形缝隙，构成生石灰出料口。
6.上述石灰窑结构的设计构思主要目的在于：1）改进燃烧器结构，使空煤气在特定的砖体结构（陶瓷燃烧器）中实现预混燃烧，之后在窑膛内完成石灰石的煅烧过程，避免预混气石灰石中（多孔体中）燃烧而使得温度的无法控制，进而高温煅烧引起结窑和出现高温过烧，成为降低烧成石灰品质的隐患；2）改进圆筒竖窑只能单纯逆向煅烧石灰的缺陷，通过下部收集烟气经周向布置的烟气传输管传输烟气直接从窑体煅烧段下部进入上部窑膛预热段的下部，在窑膛煅烧室形成下部的顺向煅烧与上部的逆向煅烧结合的石灰石段烧模式，经烟气传输管的设置的结构与流动状态可以近乎自动地调控窑膛内的烟气的流动状态，寻找或实现石灰的最佳运行模式；3）通过引流烟气实现混入高温回流烟气的可调控的预混燃烧，更好地控制空煤气预混燃烧的温度以及窑膛内温度分布的均匀性，在提高石灰窑性能的基础上有效实现石灰窑的节能与环保；4）上下双冷却风的布置，可以利用上下冷却风的合理配置有效降低烧成石灰的温度与导流烟气的温度，最终有利于控制燃烧温度、降低排烟温度并提高石灰窑的热效率，同时也增加石灰窑的煅烧过程的可调节性能与可控制的性能。总之，由于上述技术措施的采用，该结构的圆筒竖窑有效实现了高温烟气回流控
温的空煤气预混燃烧，以及实现单一窑膛内较低温逆流煅烧与较高温顺流煅烧相结合的石灰石热分解；由于借助于外置传输烟气管路的设置实现了窑膛气流流场按需控制与窑膛温度的自动调控，在减少整体风量的同时提高了石灰窑热效率并使烟气中的氮氧化物得到有效控制（能满足超低排放的环保要求）。
附图说明
7.图1为本发明结构的剖面主视图。
8.图2为本发明结构的烟气分配部位截面图。
9.图3为本发明结构的燃烧装置截面图。
10.图4为本发明结构的烟气汇流部位截面图。
11.图5为本发明结构的烟气冷却室截面图。
具体实施方式
12.下面结合附图对本发明的具体结构与实施方式做进一步的详细说明。
13.由图1-5所示，本发明一种烟气回流预混燃烧气流顺逆向煅烧石灰的圆筒竖窑，包括由筒状钢壳内砌筑耐火材料构成的石灰窑筒体1，石灰窑筒体1上口部中心装有上料及烟气汇集段2，石灰窑筒体1下底部有连为一体的窑膛冷却段5，所述的上料及烟气汇集段2是由上料及烟气汇集段墙体2-1和石灰窑烟气出口管2-5构成，上料及烟气汇集段墙体2-1上顶部内设置石灰石存放锥口2-2，其中心安置石料调控锥杆2-3，上料及烟气汇集段墙体2-1下部安装石灰石布料锥环2-4，上料及烟气汇集段墙体2-1中部水平设置与墙体中心空腔连通的石灰窑烟气出口管2-5；所述的石灰窑筒体1上部的窑膛预热段墙体3-1内构成窑膛预热段3，下部的窑膛煅烧段墙体4-1内构成窑膛煅烧段4，所述的石灰窑筒体1是由窑膛预热段墙体3-1和窑膛煅烧段墙体4-1上下同心连接在一起构成，窑膛预热段墙体3-1的下部内设置同轴心的导流烟气分配环道3-2，导流烟气分配环道3-2内侧设置多排多个沿周向均布的烟气流出口3-3并连通窑膛预热段3，导流烟气分配环道3-2外侧设置有与导流烟气分配环道3-2连通的导流烟气进口管3-4，导流烟气进口管3-4转折向下连通导流烟气传输管4-14，窑膛预热段墙体3-1同心支撑在下部的窑膛煅烧段墙体4-1上，构成一体结构；在窑膛煅烧段墙体4-1的下部内设置同心的导流烟气汇集环道4-2，该环道内侧设置多排多个沿周向均布的烟气吸入口4-3，用以连通窑膛煅烧段4，导流烟气汇集环道4-2外侧设置有导流烟气引出管4-4与之连通，导流烟气引出管4-4转折向上连通导流烟气传输管4-14；在窑膛煅烧段墙体4-1的中部内设置同轴的预混燃烧环道4-12，预混燃烧环道4-12中设置有均布的预混燃烧室隔断墙4-13，将预混燃烧环道4-12内沿周向等分隔置为若干个独立的预混燃烧室4-12-1，预混燃烧室4-12-1的内侧均设有沿周向均布的多排多个燃烧气流喷出口4-11，并与窑膛煅烧段4内相通，在预混燃烧室4-12-1的外侧设置有连通的旋流预混气通道4-7；旋流预混气通道4-7为圆形变截面的管道，伸出窑膛煅烧段墙体4-1外，端部封闭，煤气进口喷嘴管4-5同心周边密封插入旋流预混气通道4-7中，煤气进口喷嘴管4-5外壁与旋流预混气通道4-7内壁之间形成环形缝隙，伸出窑膛煅烧段墙体4-1的旋流预混气通道4-7侧壁上垂直装有与缝隙相连通的空气进口管4-6，在旋流预混气通道4-7流通截面最小处上下面分别接入连通的上回流烟气导管4-9与下回流烟气导管4-8，上回流烟气导管4-9的上端接通导
流烟气分配环道3-2的底部，下回流烟气导管4-9的下端接通导流烟气汇集环道4-2的顶部；窑膛煅烧段墙体4-1与其下的窑膛冷却段墙体5-1的上部连成一体，承托在窑膛墙体承托圈5-8上；在窑膛冷却段墙体5-1的外面设置水平同轴的冷却风分配环管5-3，在环管上下分别周向均匀地引出多个上冷却风喷出管5-5和多个下冷却风喷出管5-4，分别转折垂直接入窑膛冷却段墙体5-1，冷却风进口管5-2从冷却风分配环管5-3的外侧接入连通，在窑膛冷却段5窑膛冷却段墙体5-1呈逐步收缩状结构，窑膛冷却段墙体5-1底部中心设置生石灰出料分配锥5-6，与窑膛冷却段墙体之间的环形缝隙，构成生石灰出料口5-7。
14.所述的石灰窑筒体1由耐热钢板焊接而成的筒状及其内砌筑构成耐火材料，所述的上料及烟气汇集段墙体2-1和窑膛冷却段墙体5-1是在耐热钢壳内喷涂耐磨喷涂层9构成（耐火材料可根据窑的不同，选择不同的耐火材料）。
15.所述的上料及烟气汇集段墙体2-1内，其上部设置倒锥形的石灰石存放锥口2-2，石灰石存放锥口2-2固定在上料及烟气汇集段墙体2-1钢壳上，其中心安置石料调控锥杆2-3，石料调控锥杆2-3是由上部的圆形拉杆与下部的三角锥连接在一起构成，上下移动，向上移动封闭石灰石存放锥口2-2的下部出口。
16.所述的石灰石布料锥环2-4是由耐热钢制作的三角型截面的锥环结构，用三角形筋板沿周向固定在上料及烟气汇集段墙体2-1钢筒底部，其接触石灰石部位均喷涂耐磨喷涂料。
17.所述的导流烟气分配环道3-2为矩形截面的环形，其内侧设置的多排多个周向均布的矩形截面的烟气流出口3-3，且在高度方向逐渐扩大，所述的导流烟气汇集环道4-2为矩形截面或是多边形截面的环状，内侧设置多排多个周向均布的矩形截面的烟气吸入口4-3，且在高度方向管口逐渐扩大。
18.所述的导流烟气传输管4-14 以及与之连通的导流烟气引出管4-4和导流烟气进口管3-4，构成整体导流烟气管路，管路内面上喷涂保温喷涂层，周向均布焊接在窑膛钢壳上，管路上设置调节阀门以调节烟气流量（图中未标示）。
19.所述的预混燃烧室4-12-1为矩形截面的环形通道分隔由预混燃烧室隔断墙4-13均匀而成，其内侧均设置周向均布的多排多个矩形截面的燃烧气流喷出口4-11，且在高度方向逐渐扩大管口状的结构。
20.所述的旋流预混气通道4-7是圆形变截面的圆形通道，由耐火材料砌筑而成，延伸到窑膛煅烧段墙体4-1钢壳外的部分为耐热钢筒内砌筑耐材的结构，煤气进口喷嘴管4-5垂直插入窑膛煅烧段墙体4-1中，煤气进口喷嘴管4-5由耐热钢管制成，且呈由外向内逐渐收缩结构，空气进口管4-6由耐热钢管构成，其垂直偏心地接入旋流预混气通道4-7与煤气进口喷嘴管4-5之间的环形缝隙。
21.所述的旋流预混气通道4-7的流通截面最小处有上回流烟气导管4-9与下回流烟气导管4-8分别从上下接入并与之连通，在窑膛煅烧段墙体4-1内为耐火材料砌筑而成的矩形截面导流管。
22.所述的冷却风分配环管5-3、上冷却风喷出管5-5与冷却风喷出管5-4，均为钢管制作而成的管道，每个管道上均设置气流调节阀门（图中未显示，公知技术），上冷却风喷出管5-5与冷却风喷出管5-4分别转折后，与窑膛冷却段墙体5-1的钢壳焊接在一起，并延伸到窑膛冷却段墙体5-1内而形成与窑膛冷却段5连通结构。
23.本发明在使用时，首先在竖直窑膛中装入石灰石，将煤气与助燃空气分别从其煤气进口喷嘴管4-5和空气进口管4-6接入，在旋流预混气通道4-7形成旋流预混气流后在其最小截面处卷吸从上回流烟气导管4-9与下回流烟气导管吸入的回流烟气相互混合，而后进入旋流预混燃烧室4-12，完成预混燃烧过程后，经燃烧气流喷出口4-11进入窑膛煅烧段4，在此穿透燃烧室石灰石堆积层并同时向上与向下流动，加热同时向下流动的石灰石，使其达到热分解状态，并逐步释放二氧化碳而转化为多孔体状的氧化钙（称之为生石灰）；在石灰窑煅烧段向上燃烧气流与向下石灰石完成石灰石的先期热分解过程（逆向煅烧），之后向下的燃烧气流与向下石灰石继续完成后期的热分解过程（顺向煅烧），最终石灰石完全被煅烧成生石灰；此时完成煅烧后的较高温度的烟气随即经过众多的周向均布的烟气吸入口4-3而进入导流烟气汇集环道4-2，再经导流烟气引出管4-4进入导流烟气传输管4-14 及导流烟气进口管3-4而进入导流烟气分配环道3-2，再经众多沿周向均布的烟气流出口3-3而进入窑膛预热段3，与窑膛煅烧段上来的烟气汇合并向上流动，同时与进入窑膛预热段的向下运动的石灰石进行充分的热交换随着与石灰石的传热温度逐步下降，进入上料及烟气汇集段2，再经石灰窑烟气出口管2-5流出；在石灰石被煅烧之后，向下进入窑膛冷却段5在此受到来至上下冷却风的共同作用而放出热量而冷却，从生石灰出料口5-7排除；同时，冷却风上行与向下的热烟气汇合后，一同进入烟气吸入口4-3，同路径向上进入窑膛预热段3。
24.从上述实施过程可见，通过窑膛外预混燃烧室结构的设置与周向均匀可调的预混燃烧方式有效实现石灰窑膛内温度的可控，保证了石灰石在1000℃上下的温度下进行热分解，而且在窑膛内不会出现局部高温；由于烟气导流管的作用实现了同一窑膛的高温顺向加热分解（气流向下）与较低温的逆向加热分解（气流向上），切实保证了煅烧石灰的高活性度与低过生烧率的优质石灰的技术要求；上下双冷却风的设置以及巧妙的布置有效保证了石灰排出温度的稳定，而设置上调节冷却风对向上传输烟气的温度与流量有极好的调控作用，以及对窑膛流场结构结构也起到辅助的调控作用。因此，本发明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的基础上对燃烧过程的实现控制，且节能与环保的技术效果尤为显著，特别是单一窑膛通过烟气传输管路实现顺逆向煅烧的气流流场结构，有效节省了窑膛结构与操作管控系统（相对于双膛窑），实现了初投资与云溪费用的双降低。由于该结构的石灰窑结构设计稳定巧妙、性能优良、易于控制、高效节能，相对于传统的双膛石灰窑和圆筒石灰竖窑具有显著的技术优势和广阔的开发应用前景。
25.要说明的是，上述给出的仅是实施例，是用于说明本发明的具体实施方式，而不是用于限制本发明的保护范围，凡是采用等同、等效手段所作出的在本质上与本发明相同的技术方案，均属于本发明的保护范围。