吳 敬 蔡長明 盧培林
襄陽中和機電技術有限公司(武漢)研發中心,湖北 武漢 430070
摘 要 原窯頭燃燒器存在一次風比率高,火焰偏軟,黑火頭長,火力不足,入窯冷風量多,煤粉燃盡率 低,易結副窯皮,易結圈,導致燒成熟料結粒偏粉,強度偏低,熱耗偏高。根據現場以及煤質情況配置SR4系 列高效節能煤粉燃燒器后,產量有所提高,煤耗下降,熟料結粒向好,解決了易結副窯皮易結圈等問題。
關鍵詞 燃燒器 一次風 煤粉燃盡率 熟料質量 熱耗
| 0 引言 燃燒器在回轉窯中雖然只是一個小小的熱工設 備,但從熱力學角度來說,卻是整個窯系統的能量 源泉,對水泥熟料的燒成起著至關重要的作用。正 所謂“大窯一根槍”,燃燒器性能優劣直接影響著燒 成系統的產量,影響著熟料的質量和煤耗,甚至影 響著系統污染物的排放指標,因而選擇一臺與燒成 系統匹配的性能優良的燃燒器備受水泥企業重視。 廣東某水泥公司擁有4條6 000 t/d 預分解水泥 生產線,回轉窯規格Φ5.0 m×74 m,雙系列五級 預熱器+RSP分解爐系統。其燒成系統配置四通道 | 煤粉燃燒器,使用中表現一般,工廠立項決定對窯 頭燃燒器進行技術升級改造。本文就該項目的情況 進行總結,以資參考。 1 原配燃燒器的使用情況 (1) 一次風比率高,入窯冷風量多,不利于 節能降耗。窯系統內煤粉燃燒所需要的空氣根據其 來源和用途分成三股,習慣上分別稱之為:一次 風、二次風和三次風。一次風是通過窯頭燃燒器強 制送入窯內的自然空氣,由窯頭的一次風機供給, 它對于多風道燃燒器,又是煤風與凈風以及中心風 的總和。一次風的溫度為環境大氣溫度,其用量越
|
|

表4 煤矸石成分及熱值
?

| 表5 改造前后主要技術指標對比表 阻力大、氣料換熱效率低,入窯生料表觀分解率偏 低、波動大,分解爐出口與C5旋風筒進出口溫度
| 嚴重倒掛,二、三次風溫度不穩定、冷卻機能效 不足等問題實施了一系列技術改造措施,實現了 投資省、見效明顯的技改效果:熟料標準煤耗降 低2.12 kgce/t,熟料平均產量提高6.37%,熟料冷 卻效果和質量均有一定程度的改善。 參考文獻 [1] 獨傳新, 王宜兵, 武浩. 我公司5000t/d熟料生產線預分解 系統降阻改造[J]. 水泥工程, 2020(1):2:47-48. (收稿日期:2022-06-20)
|
|
|
大,過??諝庀禂翟酱?,相對二、三次風來講耗熱 越多,從而使系統的熱耗增加。 (2) 火焰偏軟發飄,黑火頭長,煤粉燃燒速度 慢、燃盡率低,煤灰沉降會導致燒成帶末端易結厚 窯皮、易結圈。根據燃燒熱力學的研究,煤粉在水 泥窯中的有焰燃燒都需要遵循這樣一個過程:煤粉 中的燃點低的揮發分先燃燒,繼而將這些熱量傳遞 給燃點高的固定碳,實現固定碳的徹底完全燃 燒。這兩步都需要足夠的氧氣,但來源卻不一樣。 揮發分用氧來自一次風,和煤粉同時入窯;而固定 碳用氧,需要高熱焓的二次風提供,二者接觸越充 分,固定碳的燃燒速度越快。但二次風與火焰內部的 固定碳充分接觸需要燃燒器有足夠的旋流強度[1]。 (3) 一次風機風量大,升壓低,軸流風出口 速度低,對高溫二次風的卷吸引射能力不足,利用 率低,直接影響煤粉的燃燒速度和燃盡率。一次風 量與一次風速是影響煤粉燃燒的重要參數,它對高 溫二次風的挾帶作用,是加快燃燒速度的關鍵,形 成適度的再循環火焰是保證火焰穩定的前提。在燃 燒器噴頭出口面積固定的情況下,一次風量直接決 定了火焰動量,同時也影響對高溫二次風的卷吸利 用率及火焰長度。 (4) 燒成火力不足,煅燒能力不夠,熟料結 粒偏細,多粉料,影響產質量的進一步提高;熟料 結粒差,又會影響熟料冷卻效果,降低二次風溫和
| 三次風溫,不僅使窯頭煤粉燃燒效果進入低效循環 狀態,還影響分解爐煤粉的燃燒。 (5) 從圖1可知,燒成帶末端窯皮較厚,有 結圈趨勢,窯筒體42 m以后存在著結副窯皮現象。 分析認為:一次風風量過大,出口速度低,軸流風 對高溫二次風的卷吸利用率低,旋流強度偏弱,對 煤粉的打散以及攪拌程度不足,高溫二次風難以完 全進入煤粉流內部,直接影響了煤粉的燃燒速度和 燃盡率,煤灰沉降,后燃,從而造成燒成帶末端窯 皮偏厚,窯尾易結煤粉圈或者副窯皮。
圖1 改造前筒體掃描的窯皮情況
2 解決方案 根據現場生產狀況及以上分析,我們提取了 煤粉工業分析結果(見表1) ,秉承中和機電公司 “一煤一設計,一窯一修正”的燃燒器設計理念, 給出了窯頭燃燒器優化改進方案,見表2。
|
表1 入窯煤粉工業分析結果

表2 窯頭燃燒器優化改進方案

| 從表2中可以看出,新方案減少了一次風量, 增加了風機壓力。 燃燒器推力計算公式為: M=m ×v
| 式中, M—燃燒器的推力,N;
m—燃燒器一次空氣的質量流量,kg/s; v—燃燒器一次空氣噴出速度,m/s。 為了保證燃燒器有足夠的推力,在降低一次
|
|
| 風量的情況下,我們增加了風機壓力,即提高了燃 燒器出口速度,從而保證了燃燒器的動量,充分利 用高溫二次風,黑火頭縮短,加快了煤粉燃燒速 度。實踐證明,形成優質火焰是衡量一次風量、風 壓使用是否正確的標準,盡管影響優質火焰形 成的因素不只是一次風,但在保證煤粉燃燒所需氧 氣含量的情況下,減少一次風量,提高二次風利用 率,是提高煤粉燃燒速度的關鍵。 3 SR4燃燒器的使用效果 該公司自2021年3月更換使用中和機電SR4高 效節能燃燒器后,生料投料穩定在460 t/h以上,熟 料產量超過6 800 t/d。該狀態下,SR4燃燒器的運 行參數為:一次風機48 Hz,軸流風壓力56 kPa, 燃燒器出口風速≥320 m/s,旋流風壓力48 kPa,燃 燒器出口風速≥260 m/s,送煤風40 Hz,燃燒器推 力達到8~11 N/MW。通過合理確定燃燒器在窯橫斷 面的位置(以窯中心線為基準稍微偏料),控制窯 皮的厚度和長度,火焰的外焰實現了近料而不觸料
| 的燃燒效果。通過調整旋流風出口截面積,增加旋 流強度,縮短黑火頭長度,煤粉燃燒速度和燃盡率 得到提高[2]。 SR4燃燒器運行一年多來,窯系統運行穩定,產 量提高,煤耗下降;熟料結?;揪R(見圖2) , 無嚴重分級現象;游離鈣合格率提高,熟料強度提 高約1 MPa,噸水泥所需熟料配比減少2%~3%,見 表3。改造后筒體掃描的窯皮情況見圖3。 
圖2 熟料結粒情況
|
|
表3 燃燒器更換前后熟料質量對比

| 
圖3 改造后筒體掃描的窯皮情況 4 結束語 一年多的生產實踐證明,中和機電研發的SR4 系列高效節能煤粉燃燒器在6 000 t/d的熟料生產線 表現優良:推力更大;相同細度煤粉,主窯皮穩 定,無副窯皮產生,煤粉燃盡率高;現場火焰黑火 頭短,火焰明亮有力,性狀穩定;使用5 300 kcal/kg 的山西煤,可以維持6 800~6 900 t/d熟料產量;噸 熟料節煤近1 kg標煤;熟料強度提高,熟料噸水泥 所需熟料配比降低。
| 參考文獻 [1] 謝克平.水泥新型干法中控室操作手冊[M].北京化學工業 出版社,2012:102-108. [2] 蔡長明,盧培林,陳開宏.淺談協同處置城市垃圾水泥窯燃 燒器的設計與調試[J].新世紀水泥導報,2019(6):50-53. (收稿日期:2022-06-22) 
|