5000 t/d烧成系统窑头燃烧器的优化改造
吴敬 蔡长明 卢培林
襄阳中和机电技术有限公司（武汉）技术研发中心，湖北 武汉 430070
0 引言
回转窑燃烧器是烧成系统很关键的热工设备，它不仅关系到窑系统的热耗及产量，还对熟料质量产生影响。目前全世界工业燃烧器的种类繁多，在性能上各有特点，在质量上良莠不齐。对于熟料煅烧来说，一台性能优越的燃烧器首先要能产生足够高的火焰温度，以便煅烧出高质量的熟料；其次要求火焰峰值温度稳定，以保持窑皮稳定，不结厚窑皮，不结圈，窑尾不长副窑皮，延长耐火砖的使用寿命；还要求火焰形状调节灵活，保证燃料燃烧速度和燃尽率，减少窑尾C0的生成量；同时燃烧器设计时合理降低一次风量，以降低热耗提高产质量以及减少NOx的排放。以上要求是当前水泥企业对窑头燃烧器性能的基本要求。近年来，中和机电秉承 “一煤一设计，一窑一修正” 的燃烧器设计原则，在相应理论的指导下成功研制的SR系列低氮燃烧器，在一次次现场使用中得到客户认可。
重庆某特种水泥公司 5000 t/d水泥生产线在运行中，火焰偏软，熟料结粒差，二次风温低，熟料强度偏低。经论证认为，问题出在燃烧器结构上。襄阳中和机电技术有限公司（以下简称中和机电）应邀对原燃烧器结构进行优化和改造。
1 、改造前的基本情况
重庆某特种水泥公司（以下简称某公司）拥有一条5 000 t/d 预分解窑水泥生产线，回转窑规格Φ4.8 m×74m，双系列预热器带管道式分解炉系统，回转窑一直使用某品牌的煤粉燃烧器，现场风机配置以及煤质情况如表1，煤粉工业分析见表2。
2、 存在问题的原因分析
（1）对原燃烧器类型的分析。从表1、2可以看出原燃烧器属于高风量、低风压、高冲量型。此类型燃烧器适用于煤质较好，挥发分高，灰分低，发热量高的烟煤，煤质一旦发生变化，热值低，细度粗，水分大时极易出现煤粉燃烧速度慢，粗颗粒产生沉降，造成烧成带末端易结厚窑皮易结圈，主窑皮不平整。
（2）对原燃烧器结构的分析。原燃烧器轴流风和旋流风在出口处混合（结构图略），煤粉通道在轴流风、旋流风内侧，影响了煤粉与高温二次风的混合速率，影响了煤粉的燃烧速度和燃尽率，易造成火焰热力强度不足，火力不集中，火焰偏软顶料能力差，高产时烧成温度不够，熟料质量差，结粒偏细小，造成出窑熟料温度低，二、三次风温低，不仅影响窑内煤粉的燃烧效率，对分解炉的煤粉燃烧效果也产生影响。
3、采取的措施
“工欲善其事，必先利其器”，根据中和机电燃烧器设计理念，结合现场风机配置情况经与业主技术人员共同论证，决定对原燃烧器进行结构优化和技改升级。我们的技改路线是：增加单独的旋流风通道，使得煤粉通道位于旋流风通道外侧，提高旋流强度，提高火焰热力强度，提高火焰刚性以及顶料能力，提高煤粉的燃烧速度和燃尽率。具体技术细节，详细介绍如下。
（1）轴流风开孔截面积。按照该窑的实际较高台时产量，头煤用量和煤质经验公式并参考二次风温，小于1050℃时截面积减少5%-10%，劣质煤和无烟煤轴流风的表压比一般的烟煤高4-5kPa。
（2）旋流风的截面积。一般按照轴流风截面积的70%-80%设计，以火焰收敛性好，旋流风压力同时可以达到36-45kPa为宜。
（3）旋流器角度以及旋流数。中和机电秉承 “一煤一设计，一窑一修正” 的燃烧器设计原则，旋流器角度根据煤质情况以及窑的旋转方向从而确定角度和旋向，烟煤比无烟煤和劣质煤角度稍小。计算旋流数时要考虑叶片的阻塞系数，按中和机电的实际运行值在0.66-0.90之间，尽量不超过1.2。
（4）中心风。窑内要求火焰温度较高，中心风孔板的结焦可能性大，可以适当加大中心风的截面积。
（5）一次风比率。烟煤一次风比率（含煤风）按照12%-13%，无烟煤和劣质煤10%-12%。
（6）燃烧器火焰推力。燃烧器火焰推力大，风煤混合好，煤粉燃烧速度快燃尽率高，火焰推力7-12N/MW比较适宜。技改后燃烧器头部结构参数与原燃烧器对比情况列入表3，结构比较见图1、图2。
图1 原燃烧器
图2 SR低氮燃烧器
4、应用效果
按拟定技术路线优化改造的燃烧器于2021年7月投入使用，窑系统运行稳定，熟料产量有所提高，熟料强度提高≥1MPa，吨熟料标煤耗下降1kg；熟料结粒基本均齐致密，无严重分级现象，二次风温提高约50℃以上（见表4）。
5、结束语
根据中和机电燃烧器设计理念优化改造的窑头燃烧器，已具备SR系列低氮燃烧器的功能。在两个月的生产实践中，系统的产量有所提高，熟料质量向好，强度增加，热耗降低，热工制度更加稳健，解决了易结厚窑皮易结圈等问题。本次改造，是在充分利用原有设备的基础上，不增加额外投资，践行绿色再造理念，小投入，大效益，值得借鉴推广。
