淺談不同煤質(zhì)的噴煤管調(diào)節(jié)方法

　　本文根據(jù)不同煤質(zhì)論述噴煤管的調(diào)節(jié)方法。要掌握噴煤管的調(diào)節(jié)方法首先要了解噴煤管的性能、一次風(fēng)的作用和燃料的特性。

　　1  幾個(gè)基本概念

　　1.1  火焰

　　窯內(nèi)熟料煅燒需要的熱能大部分是通過(guò)火焰光輻射進(jìn)行傳播的，火焰的溫度和形狀十分重要?；鹧鏈囟鹊木鶆蚍植紝?duì)熟料煅燒非常有利；活潑有力的火焰最有利于熟料的燒成﹑煤粉的燃燒﹑窯皮和耐火磚壽命的延長(zhǎng)，而且這種火焰的熱流分布也比較理想。影響火焰的主要是一次風(fēng)量﹑出口速度，旋流強(qiáng)度，煤粉種類(lèi)﹑顆粒大小等。

　　火焰動(dòng)量理論是國(guó)外長(zhǎng)期研究得出的關(guān)于火焰成形的理論。這個(gè)理論認(rèn)為影響火焰形狀的關(guān)鍵參數(shù)是一次風(fēng)的比率乘以一次風(fēng)的速度，而良好的形狀所需要的數(shù)值大概在1200～1500（%，m/s）。高動(dòng)量意味著更快的混合和更短更熱的火焰。

　　同時(shí)也可以用單位熱耗的火焰推力來(lái)描述火焰的工作狀況，其定義是單位時(shí)間出口風(fēng)量（kg/s）乘以出口速度再除以單位熱耗，國(guó)外研究表明在3～7N/MW之間是比較合理的火焰推力范圍。

　　窯內(nèi)好的火焰形狀可以使用盡量少的空氣而幾乎沒(méi)有CO的產(chǎn)生。

　　1.2  一次風(fēng)

　　一次風(fēng)是熟料燒成系統(tǒng)影響最大的人工風(fēng)，它不僅起到輸送煤粉的作用，而且對(duì)火焰成形﹑燃料燃燒﹑吸卷二次風(fēng)的數(shù)量都有很大的影響，因此精確的控制有助于熟料產(chǎn)﹑質(zhì)量的提高和煤電資源的節(jié)省。

　　1.2.1  一次風(fēng)量

　　一次風(fēng)的溫度很低，過(guò)多的參與燃燒過(guò)程則明顯地降低了著火條件，不利于煤粉的燃燒，而且低溫一次風(fēng)會(huì)吸收大量熱量導(dǎo)致熱耗增加。但由于一次風(fēng)起著輸送燃料和火焰成形的作用因而不可取消，因此只有盡量降低一次冷風(fēng)在凈風(fēng)量（包括一次風(fēng)﹑二次風(fēng)和煤粉輸送用風(fēng)）中的占有率以保證燃燒器的燃燒效果。一次風(fēng)用量一般為凈風(fēng)量的7%～10%。

　　1.2.2  一次風(fēng)輸出方式

　　早期的單通道燃燒器全部的一次風(fēng)和煤粉從同一個(gè)通道噴出，事實(shí)證明不僅一次風(fēng)量大而且火焰形狀也比較差，燃燒情況十分不好。利用多個(gè)通道輸出一次風(fēng)，不僅可以降低一次風(fēng)量而且高速的軸流風(fēng)可以大量地吸卷高溫的二次風(fēng)，旋流輸出風(fēng)可以增大火焰內(nèi)部回流區(qū)，改善燃料著火條件，中心風(fēng)調(diào)節(jié)黑火頭以避免燃燒器由于高溫被燒壞。同時(shí)，各個(gè)風(fēng)道的出口形狀也影響著燃燒，相比與環(huán)隙式出口，如果軸流凈風(fēng)采用數(shù)個(gè)環(huán)繞的圓型孔出風(fēng)，這不僅減小出口面積，而且在保證了出口動(dòng)量的基礎(chǔ)上，增加了火焰剛度，減少了一次風(fēng)量，更多的吸卷了二次風(fēng)。

　　1.2.3  一次風(fēng)速度和旋流強(qiáng)度

　　一次風(fēng)各出口速度和旋流風(fēng)的旋流強(qiáng)度對(duì)燃燒和熟料煅燒有比較大的影響。燃燒器出口速度要適當(dāng)，過(guò)大會(huì)導(dǎo)至火焰短而散；過(guò)小則不利于火焰成形和吸卷二次風(fēng)，火焰長(zhǎng)而細(xì)會(huì)導(dǎo)致火焰過(guò)于疲軟而缺乏穿透力。旋流風(fēng)的旋流強(qiáng)度是一次風(fēng)中一個(gè)重要的指標(biāo)；合適的旋流強(qiáng)度加速燃料和燃燒空氣的混合，改善燃料燃燒環(huán)境，使燃燒完全，并且在火焰中下游區(qū)形成外回流氣膜，保護(hù)窯皮；但是過(guò)大則會(huì)使火焰中心向燃燒器出口移動(dòng)，損壞燒嘴，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致外風(fēng)無(wú)法包裹火焰使火焰發(fā)散損傷窯皮。

　　1.3  噴煤管的性能

　　回轉(zhuǎn)窯噴煤管不僅為燃燒提供燃料和氧化劑，同時(shí)也是火焰成型最主要的動(dòng)力裝置。噴煤管火焰的形成主要是通過(guò)一次風(fēng)風(fēng)量及內(nèi)外風(fēng)的不同動(dòng)量比實(shí)現(xiàn)的。噴煤管的性能雖然是很重要，但在實(shí)際的使用中，性能和操作其實(shí)是同樣重要的。性能好的燃燒器在使用情況不好的時(shí)候，一樣不能發(fā)揮其特點(diǎn)。而性能一般的燃燒器，如果有非常良好的操作，那么效果一樣會(huì)非常好。例如某水泥廠兩條同規(guī)模生產(chǎn)線(xiàn)使用的相同的燃燒器，在使用者相同、燃料相同的情況下燃燒情況并不一樣，實(shí)際的生產(chǎn)中，燃燒器的操作有時(shí)候甚至占了更主要的因素。在水泥生產(chǎn)中，設(shè)備的性能和實(shí)際的操作總是相輔相成的，在生產(chǎn)運(yùn)行中，缺一不可。

　　1.4  燃料的特性

　　燃料有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)燃料。國(guó)內(nèi)新型干法水泥選用的燃料主要為固態(tài)燃料--煤。煤的燃燒由受熱干燥、揮發(fā)分析出和著火燃燒、焦炭著火和燃燒等階段組成，焦炭燃燒時(shí)間往往占煤燃盡時(shí)間的90%以上，因此焦炭燃燒的快慢對(duì)燃燒設(shè)備的熱力特性起著決定性作用。

　　煤在火焰中受熱首先升溫，水分蒸發(fā)逸出；當(dāng)溫度繼續(xù)上升到一定程度時(shí)，即釋放出碳?xì)浠衔?、H₂ 、CO等氣體，稱(chēng)為揮發(fā)分析出；剩余的可燃質(zhì)稱(chēng)為焦炭。

　　揮發(fā)分的析出量和成分與溫度和溫升速率有關(guān)，對(duì)煤的著火和燃燒影響很大。揮發(fā)分較高的煙煤比較容易著火，燃盡時(shí)間短；含揮發(fā)分低的無(wú)煙煤著火比較困難，燃盡時(shí)間較長(zhǎng)。

　　揮發(fā)分燃燒所放出的熱量對(duì)焦炭著火有影響。揮發(fā)分釋放的快慢還會(huì)影響焦炭的多孔性，從而影響焦炭燃燒的完全程度。

　　2  煙煤的噴煤管調(diào)節(jié)方法

　　現(xiàn)在國(guó)內(nèi)新型干法水泥生產(chǎn)線(xiàn)常用的燃料為煙煤，煙煤指標(biāo)大廠一般選用為Ar≤25% ，Vr≥25%， Qdw≥23 027 kJ/kg，小廠選用的煙煤指標(biāo)會(huì)低一些，灰分偏高，揮發(fā)分和發(fā)熱量偏低一些。

　　煙煤的揮發(fā)分較高，燃燒過(guò)程中揮發(fā)出的氣體CH₄、CO、C₂H₂在較低溫度下著火燃燒，煤粒由于揮發(fā)物析出而形成許多孔隙，表面的空氣向內(nèi)擴(kuò)散與固定碳接觸，在揮發(fā)分燃燒形成的高溫環(huán)境下固定碳被快速點(diǎn)燃。因此煙煤的著火溫度低，煤粉燃燒速度快，燃燼時(shí)間也短。在噴煤管的調(diào)節(jié)上要滿(mǎn)足良好的火焰形狀，短而不散，長(zhǎng)而不細(xì)，火焰活潑有力。提高火焰的整體溫度，同時(shí)抑制火焰高溫區(qū)溫度峰值。調(diào)整的手段主要是內(nèi)、外風(fēng)道間隙、內(nèi)外風(fēng)的動(dòng)量比和一次風(fēng)總量，達(dá)到旋流強(qiáng)度大，外風(fēng)噴射速度快，包裹能力強(qiáng)。避免調(diào)出粗短脹散的火焰或細(xì)長(zhǎng)飄軟的火焰。前者屬旋流強(qiáng)度大，外流風(fēng)射流速度不足，包裹能力差，火焰高溫區(qū)溫度峰值高易傷窯皮。應(yīng)增大外風(fēng)間隙同時(shí)增大外流風(fēng)量及一次風(fēng)總量以提高外風(fēng)風(fēng)壓，適當(dāng)降低旋流風(fēng)量。后者屬旋流強(qiáng)度低，外流風(fēng)射流強(qiáng)度不足，卷吸二次風(fēng)能力差火焰整體溫度低。應(yīng)增加旋流強(qiáng)度，減小外風(fēng)間隙并增加一次風(fēng)量風(fēng)壓。

　　操作上噴煤管的調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單講就是內(nèi)外風(fēng)風(fēng)壓和一次風(fēng)風(fēng)量的調(diào)節(jié)

　　2.1  內(nèi)外風(fēng)風(fēng)壓的調(diào)節(jié)

　　內(nèi)外風(fēng)壓力調(diào)節(jié)要求內(nèi)外風(fēng)風(fēng)壓能相匹配，調(diào)節(jié)手段也就是內(nèi)外風(fēng)閥門(mén)和內(nèi)外風(fēng)出口間隙，有的噴煤管內(nèi)風(fēng)調(diào)節(jié)風(fēng)翅角度。一般壓風(fēng)壓力與外風(fēng)壓力比值為0.75～0.9比較合適。

　　2.2  一次風(fēng)量的調(diào)節(jié)

　　調(diào)好了內(nèi)外風(fēng)壓力之后再調(diào)一次風(fēng)量。一次風(fēng)量的調(diào)節(jié)更簡(jiǎn)單就是使一次風(fēng)機(jī)電機(jī)運(yùn)行電流在額定電流的90%～98%范圍之內(nèi)。

　　3  無(wú)煙煤的噴煤管調(diào)節(jié)

　　有的水泥廠由于煙煤資源短缺或?yàn)榱私档统杀?，回轉(zhuǎn)窯的煅燒采用無(wú)煙煤。一般選用為Ar≤25% ，Vr≥5%～10%， Qdw≥23 027 kJ/kg，無(wú)煙煤的揮發(fā)分含量較低固定碳含量較高，而固定碳要在800 ℃以上才能著火燃燒。少量的揮發(fā)分即使著火燃燒所散發(fā)的熱量也不足以將結(jié)構(gòu)致密的煤粉顆粒加熱到固定碳著火的溫度。因此無(wú)煙煤的燃燒特性主要取決于固定碳的燃燒。從而決定了無(wú)煙煤比煙煤著火溫度高，燃燼時(shí)間長(zhǎng)。

　　一次風(fēng)的負(fù)面效應(yīng)是低溫空氣，過(guò)多則熱效應(yīng)下降。由于無(wú)煙煤的燃燒需要較高的窯內(nèi)焰面溫度，所以要盡量降低一次風(fēng)量，利用噴煤管的外凈風(fēng)高速形成的負(fù)壓卷吸高溫二次風(fēng)補(bǔ)氧和升溫。一次風(fēng)量要降低，推力的大小決定于單位時(shí)間內(nèi)噴煤管的風(fēng)速。風(fēng)速越高火焰推力越大，火焰就越短。大推力高風(fēng)速形成的噴射效應(yīng)，吸卷二次熱風(fēng)對(duì)碳粒進(jìn)行快速補(bǔ)氧，有利于碳粒的快速燃燼，提高對(duì)流換熱效率。同時(shí)短火焰形成煤粉相對(duì)集中，將無(wú)煙煤僅有的一點(diǎn)揮發(fā)分相對(duì)集中，促進(jìn)無(wú)煙煤的著火。綜合因素組成高溫焰區(qū)、高補(bǔ)氧區(qū)、高煤粉濃度區(qū)，用三高手段解決無(wú)煙煤著火和快速燃燼兩大難題。與使用煙煤的噴煤管調(diào)整相比較，要更高的旋流強(qiáng)度和外風(fēng)噴流速度，才能達(dá)到低一次風(fēng)量和高的二次高溫空氣的卷吸能力。在同一條線(xiàn)上煙煤改用無(wú)煙煤時(shí)，煤管的調(diào)整區(qū)別在于更高的旋流強(qiáng)度、更高的外風(fēng)風(fēng)速和較少的一次風(fēng)量，因此內(nèi)外風(fēng)道間隙都要調(diào)得更小。值得注意的是必須保證火焰的形狀，避免火焰了發(fā)散。

　　在目前各廠的調(diào)整情況來(lái)看主要表現(xiàn)強(qiáng)有力的火焰與窯皮損傷的認(rèn)識(shí)誤區(qū)導(dǎo)致的低風(fēng)壓低風(fēng)速調(diào)整。必須克服這種認(rèn)識(shí)誤區(qū)才能得到好的火焰。

　　4  褐煤的噴煤管調(diào)節(jié)

　　我國(guó)有些地區(qū)褐煤資源比較豐富，褐煤指標(biāo)一般為Ar≤15%～20% ，Vr≥35%～40%， Qdw≥20 000 kJ/kg。褐煤揮發(fā)分較高，火力不易集中，加上發(fā)熱量較低，窯操很難提高窯前溫度，伴隨黃心料，游離鈣偏高，水泥需水量偏大。

　　褐煤因?yàn)閾]發(fā)較高，揮發(fā)分析出很快，揮發(fā)分析出后焦碳多孔，燃燼時(shí)間短，火力不集中，高溫區(qū)溫度低。要解決這個(gè)問(wèn)題應(yīng)降低燃燒凈空氣的溫度，延緩揮發(fā)分的析出并提高火焰的包裹力度。因此操作上內(nèi)外風(fēng)道間隙都要調(diào)得更大，最大限度的使用一次風(fēng)。在某廠5000 t/d生產(chǎn)線(xiàn)上調(diào)試使用的就是褐煤，原煤指標(biāo)為Ar：15% ，Vr：38%， Qdw：20000 kJ/kg。噴煤調(diào)試結(jié)果：內(nèi)風(fēng)壓力是16MPa，外風(fēng)壓力是18MPa，一次風(fēng)機(jī)液偶開(kāi)度100%。達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)考核結(jié)果：產(chǎn)量為6250 t/d，熟料強(qiáng)度為R28=58 MPa，標(biāo)煤耗為100.28 kg/t，熟料綜合電耗為55.18度。

　　5  結(jié)束語(yǔ)

　　噴煤管的調(diào)節(jié)不但要根據(jù)不同煤質(zhì)，還應(yīng)結(jié)合不同窯型、噴煤管的性能、窯內(nèi)通風(fēng)情況、二次風(fēng)溫度、耐火磚使用壽命和熟料率值等因素綜合考慮，不能顧此失彼，存細(xì)觀察火焰形狀，使火焰活潑有力，短而不散，長(zhǎng)而不細(xì)。最終目的是窯皮長(zhǎng)度適中，L=（4.5～5.2）×D，窯皮厚薄均勻平整，厚度為150～200mm，熟料結(jié)粒均齊。