吴 敬 蔡长明 卢培林
襄阳中和机电技术有限公司(武汉)研发中心，湖北 武汉 430070
摘 要 原窑头燃烧器存在一次风比率高，火焰偏软，黑火头长，火力不足，入窑冷风量多，煤粉燃尽率 低，易结副窑皮，易结圈，导致烧成熟料结粒偏粉，强度偏低，热耗偏高。根据现场以及煤质情况配置SR4系 列高效节能煤粉燃烧器后，产量有所提高，煤耗下降，熟料结粒向好，解决了易结副窑皮易结圈等问题。
关键词 燃烧器 一次风 煤粉燃尽率 熟料质量 热耗
| 0 引言 燃烧器在回转窑中虽然只是一个小小的热工设 备，但从热力学角度来说，却是整个窑系统的能量 源泉，对水泥熟料的烧成起着至关重要的作用。正 所谓“大窑一根枪”，燃烧器性能优劣直接影响着烧 成系统的产量，影响着熟料的质量和煤耗，甚至影 响着系统污染物的排放指标，因而选择一台与烧成 系统匹配的性能优良的燃烧器备受水泥企业重视。 广东某水泥公司拥有4条6 000 t/d 预分解水泥 生产线，回转窑规格Φ5.0 m×74 m，双系列五级 预热器＋RSP分解炉系统。其烧成系统配置四通道 | 煤粉燃烧器，使用中表现一般，工厂立项决定对窑 头燃烧器进行技术升级改造。本文就该项目的情况 进行总结，以资参考。 1 原配燃烧器的使用情况 (1) 一次风比率高，入窑冷风量多，不利于 节能降耗。窑系统内煤粉燃烧所需要的空气根据其 来源和用途分成三股，习惯上分别称之为：一次 风、二次风和三次风。一次风是通过窑头燃烧器强 制送入窑内的自然空气，由窑头的一次风机供给， 它对于多风道燃烧器，又是煤风与净风以及中心风 的总和。一次风的温度为环境大气温度，其用量越
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表4 煤矸石成分及热值
| 表5 改造前后主要技术指标对比表 阻力大、气料换热效率低，入窑生料表观分解率偏 低、波动大，分解炉出口与C5旋风筒进出口温度
| 严重倒挂，二、三次风温度不稳定、冷却机能效 不足等问题实施了一系列技术改造措施，实现了 投资省、见效明显的技改效果：熟料标准煤耗降 低2.12 kgce/t，熟料平均产量提高6.37%，熟料冷 却效果和质量均有一定程度的改善。 参考文献 [1] 独传新, 王宜兵, 武浩. 我公司5000t/d熟料生产线预分解 系统降阻改造[J]. 水泥工程, 2020(1):2:47-48. (收稿日期：2022-06-20)
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大，过剩空气系数越大，相对二、三次风来讲耗热 越多，从而使系统的热耗增加。 (2) 火焰偏软发飘，黑火头长，煤粉燃烧速度 慢、燃尽率低，煤灰沉降会导致烧成带末端易结厚 窑皮、易结圈。根据燃烧热力学的研究，煤粉在水 泥窑中的有焰燃烧都需要遵循这样一个过程：煤粉 中的燃点低的挥发分先燃烧，继而将这些热量传递 给燃点高的固定碳，实现固定碳的彻底完全燃 烧。这两步都需要足够的氧气，但来源却不一样。 挥发分用氧来自一次风，和煤粉同时入窑；而固定 碳用氧，需要高热焓的二次风提供，二者接触越充 分，固定碳的燃烧速度越快。但二次风与火焰内部的 固定碳充分接触需要燃烧器有足够的旋流强度[1]。 (3) 一次风机风量大，升压低，轴流风出口 速度低，对高温二次风的卷吸引射能力不足，利用 率低，直接影响煤粉的燃烧速度和燃尽率。一次风 量与一次风速是影响煤粉燃烧的重要参数，它对高 温二次风的挟带作用，是加快燃烧速度的关键，形 成适度的再循环火焰是保证火焰稳定的前提。在燃 烧器喷头出口面积固定的情况下，一次风量直接决 定了火焰动量，同时也影响对高温二次风的卷吸利 用率及火焰长度。 (4) 烧成火力不足，煅烧能力不够，熟料结 粒偏细，多粉料，影响产质量的进一步提高；熟料 结粒差，又会影响熟料冷却效果，降低二次风温和
| 三次风温，不仅使窑头煤粉燃烧效果进入低效循环 状态，还影响分解炉煤粉的燃烧。 (5) 从图1可知，烧成带末端窑皮较厚，有 结圈趋势，窑筒体42 m以后存在着结副窑皮现象。 分析认为：一次风风量过大，出口速度低，轴流风 对高温二次风的卷吸利用率低，旋流强度偏弱，对 煤粉的打散以及搅拌程度不足，高温二次风难以完 全进入煤粉流内部，直接影响了煤粉的燃烧速度和 燃尽率，煤灰沉降，后燃，从而造成烧成带末端窑 皮偏厚，窑尾易结煤粉圈或者副窑皮。
图1 改造前筒体扫描的窑皮情况
2 解决方案 根据现场生产状况及以上分析，我们提取了 煤粉工业分析结果(见表1) ，秉承中和机电公司 “一煤一设计，一窑一修正”的燃烧器设计理念， 给出了窑头燃烧器优化改进方案，见表2。
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表1 入窑煤粉工业分析结果
表2 窑头燃烧器优化改进方案
| 从表2中可以看出，新方案减少了一次风量， 增加了风机压力。 燃烧器推力计算公式为： M＝m ×v
| 式中， M—燃烧器的推力，N；
m—燃烧器一次空气的质量流量，kg/s； v—燃烧器一次空气喷出速度，m/s。 为了保证燃烧器有足够的推力，在降低一次
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| 风量的情况下，我们增加了风机压力，即提高了燃 烧器出口速度，从而保证了燃烧器的动量，充分利 用高温二次风，黑火头缩短，加快了煤粉燃烧速 度。实践证明，形成优质火焰是衡量一次风量、风 压使用是否正确的标准，尽管影响优质火焰形 成的因素不只是一次风，但在保证煤粉燃烧所需氧 气含量的情况下，减少一次风量，提高二次风利用 率，是提高煤粉燃烧速度的关键。 3 SR4燃烧器的使用效果 该公司自2021年3月更换使用中和机电SR4高 效节能燃烧器后，生料投料稳定在460 t/h以上，熟 料产量超过6 800 t/d。该状态下，SR4燃烧器的运 行参数为：一次风机48 Hz，轴流风压力56 kPa， 燃烧器出口风速≥320 m/s，旋流风压力48 kPa，燃 烧器出口风速≥260 m/s，送煤风40 Hz，燃烧器推 力达到8~11 N/MW。通过合理确定燃烧器在窑横断 面的位置(以窑中心线为基准稍微偏料)，控制窑 皮的厚度和长度，火焰的外焰实现了近料而不触料
| 的燃烧效果。通过调整旋流风出口截面积，增加旋 流强度，缩短黑火头长度，煤粉燃烧速度和燃尽率 得到提高[2]。 SR4燃烧器运行一年多来，窑系统运行稳定，产 量提高，煤耗下降；熟料结粒基本均齐(见图2) ， 无严重分级现象；游离钙合格率提高，熟料强度提 高约1 MPa，吨水泥所需熟料配比减少2%~3%，见 表3。改造后筒体扫描的窑皮情况见图3。 
图2 熟料结粒情况
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表3 燃烧器更换前后熟料质量对比
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图3 改造后筒体扫描的窑皮情况 4 结束语 一年多的生产实践证明，中和机电研发的SR4 系列高效节能煤粉燃烧器在6 000 t/d的熟料生产线 表现优良：推力更大；相同细度煤粉，主窑皮稳 定，无副窑皮产生，煤粉燃尽率高；现场火焰黑火 头短，火焰明亮有力，性状稳定；使用5 300 kcal/kg 的山西煤，可以维持6 800~6 900 t/d熟料产量；吨 熟料节煤近1 kg标煤；熟料强度提高，熟料吨水泥 所需熟料配比降低。
| 参考文献 [1] 谢克平.水泥新型干法中控室操作手册[M].北京化学工业 出版社,2012:102-108. [2] 蔡长明,卢培林,陈开宏.浅谈协同处置城市垃圾水泥窑燃 烧器的设计与调试[J].新世纪水泥导报,2019(6):50-53. (收稿日期：2022-06-22) 
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