煤質(zhì)變化時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的調(diào)整

我公司1條帶RSP型分解爐和五級(jí)雙系列旋風(fēng)預(yù)熱器的新型干法生產(chǎn)線，原設(shè)計(jì)能力為日產(chǎn)熟料4000t，窯頭噴煤嘴為傳統(tǒng)三風(fēng)道噴煤嘴。近年來生產(chǎn)日益穩(wěn)定，熟料質(zhì)量良好，熟料產(chǎn)量也逐步提高，達(dá)到了4400～4500t/d。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，生產(chǎn)成本、產(chǎn)品價(jià)格的降低勢(shì)在必行，為此我公司也在積極尋找降低生產(chǎn)成本的方法，其中一種方法是降低燃料成本。通過對(duì)各原煤產(chǎn)地煤質(zhì)量的調(diào)查對(duì)比，我們選擇了價(jià)格、質(zhì)量相對(duì)適當(dāng)?shù)拿哼M(jìn)行了生產(chǎn)試驗(yàn)。

1　不同煤對(duì)熟料及相關(guān)參數(shù)影響

　　各種入廠原煤和使用煤粉的相關(guān)參數(shù)分別見表1、2(其中B、C煤為本次試驗(yàn)用煤)。

表1 入廠原煤參數(shù)

煤品種	Mad/%	Aad/%	Vad/%	FCad/%	Qnet，ad/(kJ/kg)
A	9.01	8.28	29.97	59.82	28 600
B	5.42	10.23	31.76	55.07	28 690
C	7.26	13.94	32.20	53.86	28 220

表2 使用煤粉參數(shù)

煤品種	80μm篩余/%	Aad/%	Vad/%	FCad/%	Qnet，ad/(kJ/kg)
A	5.91	10.98	29.93	57.17	27 630
B	5.09	11.28	30.80	56.33	27 710
C	5.73	11.51	32.01	55.86	27 760

　　自從使用揮發(fā)分較高的B、C煤以來，經(jīng)常出現(xiàn)窯尾廢氣溫度升高，熟料大球內(nèi)包裹著生料粉的現(xiàn)象。取熟料大球分析其成分，結(jié)果見表3。

表3 熟料大球與C₅級(jí)筒下料溜子內(nèi)原料成分 %

項(xiàng)目	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	K2O	Na2O	fCaO	Loss
熟料平均	21.69	4.85	2.98	64.86	1.90	0.33	0.07	0.85	1.05
熟料中心生料	20.02	4.51	2.84	64.36	1.86	0.84	0.08	1.89	2.13	3.55
C5原料	19.73	4.72	2.98	62.48	1.84	1.02	0.10	2.01		4.15

　　使用以上3種煤時(shí)熟料狀況及相關(guān)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)見表4。

表4 熟料狀況及相關(guān)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)

煤品種	SM	IM	HM	升重/(kg/L)	fCaO/%	液相量/%	窯頭噴煤量/(t/h)	窯尾廢氣溫度/℃	入窯分解率/%
A	2.74	1.61	2.17	1.20	0.60	20.90	9.3	1 078	86.5
B	2.74	1.57	2.17	1.20	0.69	21.36	9.3	1 106	87.6
C	2.75	1.59	2.16	1.21	0.72	21.13	9.3	1 123	86.6

注：，控制范圍一般為2.14~2.20(與水泥品種有關(guān)，早強(qiáng)型HM較高)。

2　主要原因

　　從熟料大球內(nèi)的生料粉與C₅原料成分的比較可以看出，它們的化學(xué)成分很相近，說明C₅原料在進(jìn)入窯尾不久即在窯尾高溫下產(chǎn)生液相，將未充分分解的生料包裹起來，然后在窯內(nèi)運(yùn)動(dòng)而逐漸滾成熟料大球。
　　以上3種煤使用時(shí)熟料液相量和入窯原料分解率變化不大，所以可以說使用高揮發(fā)分煤時(shí)熟料大球內(nèi)包裹著生料粉的原因主要是窯尾廢氣溫度過高，熟料液相出現(xiàn)過早。而導(dǎo)致窯尾廢氣溫度升高的原因是煤的揮發(fā)分與碳粒子的燃燒脫節(jié)。
　　眾所周知，煤粉在窯內(nèi)的燃燒過程可看成2個(gè)連續(xù)的過程即分解燃燒和表面燃燒。煤粉隨著一次空氣一起噴入窯內(nèi)，受高溫窯皮或耐火磚、火焰的輻射熱，碳粒溫度升高，水分蒸發(fā)，所含的揮發(fā)組分揮發(fā)并燃燒，這個(gè)過程所需時(shí)間很短，只需數(shù)百毫秒。揮發(fā)分放出后剩下的殘留物質(zhì)稱殘余焦碳；分解燃燒將近結(jié)束時(shí)，O₂擴(kuò)散至焦碳表面，焦碳開始表面燃燒，這個(gè)過程所需時(shí)間較長(zhǎng)。另外，煤粉揮發(fā)分含量升高，則其燃點(diǎn)降低，揮發(fā)分急速放出燃燒，O₂不足，碳粒子表面燃燒滯后，導(dǎo)致窯尾廢氣溫度升高^[1，2]。
　　影響煤粉燃燒的主要因素是噴嘴外回流和旋流的大小。而影響火焰外回流的主要因素是噴嘴出口動(dòng)量與二次風(fēng)動(dòng)量的比值，可以用Craya-Curtet參數(shù)(m)來定量描述。
　
式中:K———對(duì)于水泥窯，K=1；
　　d₀———噴嘴外進(jìn)流外徑，m；
　　D———窯有效內(nèi)徑，m；
　　υ₀———外進(jìn)流風(fēng)速，m/s；
　　υ_a———二次空氣流速，m/s。
　　當(dāng)m<1.5時(shí)，說明無外回流；當(dāng)m>1.5時(shí)，說明有外回流發(fā)生(可以促進(jìn)煤粉和二次空氣混合)。過小的噴嘴出口動(dòng)量會(huì)導(dǎo)致二次空氣和煤粉不能很好地混合和燃燒不完全，使窯尾廢氣溫度升高。過強(qiáng)的旋流會(huì)形成雙峰火焰，導(dǎo)致火焰發(fā)散，也使窯尾廢氣溫度升高^[3，4]。表5為我公司與日本某廠窯頭噴嘴相關(guān)參數(shù)。

表5 我公司窯頭噴嘴相關(guān)參數(shù)與日本某廠的比較

項(xiàng)目	單位	標(biāo)況風(fēng)量 /(m3/min)	軸向動(dòng)量 /(kg·m/s2)	周向動(dòng)量 /(kg·m/s2)	Craya－Curtet 參數(shù)m
內(nèi)旋流	我公司	45	145	80
	日本某廠	39	111	72
外進(jìn)流	我公司	55	152	0
	日本某廠	63	231	0
內(nèi)外流合計(jì)	我公司	100	297	80	2.4
	日本某廠	102	342	72	5.3

注：日本某廠與我公司生產(chǎn)條件相近。
　　從表5可以看出，我公司窯頭噴嘴內(nèi)旋流風(fēng)量偏大，周向動(dòng)量偏大，而內(nèi)外流合計(jì)軸向動(dòng)量偏小，m也偏小。

3　運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的調(diào)整

　　根據(jù)以上分析，我們采取了以下對(duì)策:
　　1)將煤粉80μm篩余由5%左右調(diào)整為12%～15%；
　　2)將內(nèi)旋流葉片角度由29°降低至27°；
　　3)關(guān)閉內(nèi)風(fēng)擋板，內(nèi)旋流風(fēng)量由標(biāo)況下45m³/min降為42m³/min；
　　4)將外進(jìn)流風(fēng)量由標(biāo)況下55m³/min增大到60m³/min。
　　經(jīng)過實(shí)施后3項(xiàng)措施，窯頭噴嘴相關(guān)參數(shù)變化見表6。

表6 調(diào)整前后窯頭噴嘴相關(guān)參數(shù)比較

項(xiàng)目	時(shí)間	標(biāo)況風(fēng)量 /(m3/min)	軸向動(dòng)量 /(kg·m/s2)	周向動(dòng)量 /(kg·m/s2)	Craya－Curtet 參數(shù)m
內(nèi)旋流	調(diào)整前	45	145	80
	調(diào)整后	42	143	75
外進(jìn)流	調(diào)整前	55	152	0
	調(diào)整后	60	199	0
內(nèi)外流合計(jì)	調(diào)整前	100	297	80	2.4
	調(diào)整后	102	342	75	3.3

4　效果

　　1)熟料質(zhì)量得到了明顯改善，熟料大球減少，熟料fCaO平均降至0.59%(最高0.79%)；
　　2)入窯生料喂料量由307t/h增加到310t/h，熟料產(chǎn)量由180.6t/h增加到182.4t/h；
　　3)窯尾廢氣溫度降低到1080℃，窯尾上升煙道結(jié)皮減少，系統(tǒng)壓損降低；
　　4)因?yàn)槊悍圩兇置悍壑苽湎到y(tǒng)電耗降低，再加上燒成系統(tǒng)內(nèi)壓損降低，所以整個(gè)系統(tǒng)電耗降低0.69kWh/kg；
　　5)火焰形狀好；熟料粒度變小，熟料冷卻機(jī)效率提高，燒成熱耗降低約84kJ/kg。

5　結(jié)論

　　通過調(diào)整內(nèi)旋流葉片角度、內(nèi)外流風(fēng)量和煤粉細(xì)度，可以適應(yīng)不同品種煤的要求，并保證熟料質(zhì)量合格，窯運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定及能耗降低。
　　當(dāng)煤揮發(fā)分升高時(shí)，可適當(dāng)降低內(nèi)旋流葉片角度及風(fēng)量，增加外進(jìn)流風(fēng)量，煤粉細(xì)度也可適當(dāng)粗一些。