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
|
|
![图片1 图片1](http://admin.yiqibao.com/Content/upload/22021/2022111711142864520bc49ae94d4e82b0dd4553a068a0.png)
表4 煤矸石成分及热值
![01 01](http://admin.yiqibao.com/Content/upload/22021/20221117111542e0bdb467dc524ab1959840e680e60389.png)
| 表5 改造前后主要技术指标对比表![03 03](http://admin.yiqibao.com/Content/upload/22021/20221117111704a479eec18381441da10f0552e1040603.png) 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)
|
|
|
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。![图片3 图片3](http://admin.yiqibao.com/Content/upload/22021/20221117112103965dd8fe822f43569ef181be43e4b745.png)
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。
|
表1 入窑煤粉工业分析结果
![035 035](http://admin.yiqibao.com/Content/upload/22021/20221117112239a124046fa82f47449080abc24c2f8485.png)
表2 窑头燃烧器优化改进方案
![06 06](http://admin.yiqibao.com/Content/upload/22021/20221117112333987e4bc43cc84c069a3e0098d30ddcd2.png)
| 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
|
|
| 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。 ![图片4 图片4](http://admin.yiqibao.com/Content/upload/22021/202211171128454e7754fb84c248f2ae200d1a8a7cb090.png)
图2 熟料结粒情况
|
|
表3 燃烧器更换前后熟料质量对比
![56 56](http://admin.yiqibao.com/Content/upload/22021/202211171130333354bcb647c24b8b9b60445ccfa6fcdc.png)
| ![图片5 图片5](http://admin.yiqibao.com/Content/upload/22021/2022111711311757d0527c66454f6d8fc3f062830bdd6f.png)
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) ![图片6 图片6](http://admin.yiqibao.com/Content/upload/22021/202211171132384fa5930ca2f94ed5b0ad10ff90bd4dd1.png)
|