窯頭燃燒器的使用經驗

??費縣沂州水泥有限公司現有兩條Φ4.8m×74m回轉窯，分別于2008年12月和2010年10月投產。所用的窯頭煤粉燃燒器是皮拉德公司（Pillard）剛轉讓給法孚皮拉德公司(Fivespillard)時，后者生產的Rotaflam型四風道煤粉燃燒器。該燃燒器雖然也稱為Rotaflam型，可是既與皮拉德公司的原Rotaflam型不同，也與法孚皮拉德公司后來的Novaflam型三風道煤粉燃燒器不同。在使用中出現不少問題。為此，該公司更換了燃燒器?，F將兩種燃燒器的使用情況及經驗作一總結，以供參考。

??1?原燃燒器的基本情況

??1.1?燃燒器的頭部結構

??燃燒器的頭部結構如圖1所示。

圖1?燃燒器的頭部結構

??可以看出，我公司燃燒器與皮拉德公司的原Rotaflam型燃燒器相比較，除頭部結構去掉攏焰罩之外，其他如風道和通道數量、排列順序和結構基本雷同。顯然，這是法孚皮拉德公司剛從皮拉德公司轉接過來時的過渡產品。

??1.2?配風及操作表壓

??燃燒器的配風列于表1。

??表1?煤風和凈風羅茨風機的主要參數

??實際操作參數：

??按要求，在操作時外風表壓控制在24kPa左右，可實際上我公司兩條線在操作時的表壓值如表2所列，表中的噴出速度和推力是核算出來的。

表2?操作時燃燒器上壓力表的表壓

??1.3?所用煤質的工業(yè)分析、水分和細度

??該公司一直使用優(yōu)質煙煤，其工業(yè)分析、水分和細度列于表3中。

表3?公司使用煤質工業(yè)分析、水分和細度

??2?原燃燒器存在的問題及其分析

??2.1?火焰成形不好，推力和剛度不足

??從燃燒器頭部結構看，這種燃燒器為了解決皮拉德公司原同型號燃燒器攏焰罩磨損過快的問題，將攏焰罩去掉。這就失去對火焰射流根部收攏的作用，使火焰射流角增大。從設計理念上看，這種燃燒器采用的是大風量低噴出速度的設計理念。由表1和表2可見，雖然一次風量很大，但噴出速度很低，造成火焰射流的推力和剛度不足，火焰不穩(wěn)定。由以上兩個因素，導致火焰分散無力，熱力不集中，使窯前溫度提不高，出窯熟料溫度低，二、三次風溫降低。因此對熟料良好燒成、分解爐升溫和窯頭余熱發(fā)電系統(tǒng)的良好運行都產生很大的不利影響且存在惡性循環(huán)現象。

??2.2?對煤質和喂煤喂料的波動適應能力差，操作難度大

??當煤質稍微變差，喂煤和生料來料稍微不穩(wěn)定時，火焰就更不穩(wěn)定。經常出現兩種情況：一種是煤粉在窯前局部燃燒，火焰高溫區(qū)集中在距窯口3～5m處，出現峰值溫度，不僅損傷窯皮，縮短耐火磚的使用壽命，同時使窯皮減短，影響熟料的產質量；而且還會造成NOx的生成量增大。另一種是有時會出現煤粉不完全燃燒現象，煤粉后燃嚴重，導致窯尾和煙室溫度增高，窯前溫度降低，熟料煅燒情況變差。以上兩種情況出現時，都給穩(wěn)定操作帶來很大困難，一時半會調整不過來，增大了操作難度。

??2.3?熟料結粒不均勻，大顆粒熟料燒不透

??由于火焰發(fā)散而不穩(wěn)定極易損傷窯皮，使窯皮長度變化頻繁，表面既不堅固又不平整，所以熟料結粒不好、不均齊，粉砂料和過大顆粒較多。過大顆粒往往燒不透，2號窯大顆粒熟料砸開后，發(fā)現還有未燃盡的煤粉存在。這種現象不僅使熟料熱耗增高，而且影響熟料質量。

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??2.4?一次風用量過大，熟料單位熱耗高

??為與由篦冷機入窯的高溫二次風和由篦冷機或者窯頭罩抽取到窯尾的次高溫三次風相區(qū)別，這里將煤風和凈風之和，即由燃燒器噴射到窯內的冷風或常溫風稱為“一次風”。其中的煤風一般占一次風的三分之一，同時也有噴出速度，因而也會產生一定的推力。

??眾所周知，一次風過大有百害而無一利。

??1）一次風過大時必然少用篦冷機的高溫二次風，既影響篦冷機的熱效率，又影響二、三次風溫的提高，因而使熟料熱耗增高或浪費煤。

??2）一次風過大之后，使窯內的廢氣量增大，從窯尾排出廢氣的熱損失增大，也會造成熟料熱耗增高或者費煤。多條生產線的熱工標定結果顯示，窯尾排出廢氣的熱損失約占熟料單位熱耗的20%～29%。

??3）因一次風是冷風，過大之后影響煤粉的燃燒速率和燃盡率，不僅費煤，而且還會引起不必要的工藝事故。尤其對燒低質煤（劣質煤、低揮發(fā)分煤、無煙煤等）的影響更大。

??4）一次風過大，會阻止窯內的熱煙氣正常返混，不僅會降低煤粉燃燒的環(huán)境溫度，而且還會影響窯內合理二次回流區(qū)的形成，極易影響窯皮的規(guī)整性。

??5）一次風過大，風中的氮、氧增大，入窯后由于溫度迅速增高，所以有害氣體CO2、SO2和NOx等都相應增加，尤其是NOx的增加,會使脫硝系統(tǒng)的成本增大。

??6）一次風量過大，浪費電能。

??一次風都是由煤風和凈風羅茨風機提供的，由于羅茨風機的風量大，升壓選擇再不合理，就會造成所配用的電動機功率增大?，F以我公司的窯頭煤風羅茨風機為例加以說明。由表1可見，窯頭煤風羅茨風機在20℃時的風量為92.4m³/min，升壓至58.8kPa,電動機為132kW，額定電流為240A，實際運行電流為113A,僅為額定電流的47%，還不到一半。顯然是大馬拉小車，浪費很多電能。這是因為不僅風量選大，而且升壓選高，導致電動機功率過大。對于這樣5000t/d熟料生產線，合理的煤風風量應選為50～65m³/min即可。因為煤磨在窯頭，沒有很長的管路，煤粉輸送系統(tǒng)的阻力根本沒有58.8kPa，選為49kPa足夠。如是，由羅茨風機樣本可知，電動機功率選為75kW或90kW就足夠。75kW電動機的額定電流約140A，比113A還大24%。這就是說，原煤風羅茨風機，每年就多耗449400kWh的電能。如果電價按0.6元/kWh計，則每年就浪費了約27萬元。若將兩條線共6臺羅茨風機都選擇合理，輸送管路規(guī)格選用的也與羅茨風機風量相匹配，每年至少可省90多萬元的電費。

??由上述可以看出，一次風過大是我公司熟料單位熱耗高的主要原因。我公司的一次風率經計算高達21.5%，比性能優(yōu)良燃燒器的一次風率12%約大了9%，造成了熟料單位熱耗高達3239kJ/kg，比同規(guī)模較先進指標2970kJ/kg約大了9.1%。對我公司而言，則意味著每年兩條窯多消耗4.5萬噸優(yōu)質煙煤，同時還浪費了大量的電能。

??3?改換燃燒器

??由于燃燒器存在上述諸多問題，我們換用了EPIC型四風道煤粉燃燒器。

??3.1?EPIC型燃燒器頭部結構及工作原理

??該燃燒器的頭部結構如圖2所示。外風采用小噴嘴噴射，旋流風由出口直接噴出，中心風通過板孔式火焰穩(wěn)定器噴出，中心有插入噴油槍的通道，在外風外側采用了攏焰罩。采用高風壓低風量的設計理念。凈風羅茨風機的風量為130m³/min，升壓為49kPa。提高外風和旋流風在熱態(tài)下的噴出速度,最高為280～300m/s，以形成大速差并增大火焰推力，見表4。

圖2?EPIC型燃燒器頭部結構

表4?EPIC型燃燒器操作參數

??3.2?EPIC型燃燒器的主要特點

??1）由于凈風風量減少，可以節(jié)煤；

??2）由于噴出速度增高，外風卷吸高溫二次風能力增強，火焰推力增大，火焰形狀好，可以清除煤粉后燃現象；

??3）采用攏焰罩，既可以保護頭部免受粉料的沖刷，以延長頭部部件的使用壽命，又可以在火焰根部起到收攏火焰的作用，進而保護窯頭澆注料和窯皮；

??4）小噴嘴一旦磨損更換容易，大大降低了成本。

??3.3?更換準備

??1）設計的需求

??為了節(jié)省資金，保留原移動小車燃油點火裝置和煤粉輸送系統(tǒng)，只更換了關鍵的噴煤管構件。

??2）為了滿足供貨廠家對現有凈風羅茨風機升壓達到49kPa的要求，將凈風羅茨風機所配套的電動機進行更換。由羅茨風機樣本可知，在風量為204 m³/min，升壓為49kPa時，電動機的功率應為220kW。因此，將原有的132kW的電動機更換為220kW的電動機，轉數未變，仍為1450r/min。

3.4?更換后使用情況

??EPIC型燃燒器首先在2號窯上于2014年10月1日更換使用，使用的煤粉與原來沒有變化，只是一次風的凈風羅茨風機參數有所變化，見表5。

表5?改換燃燒器前后凈風羅茨風機主要參數的變化

注：①表中數值前標有“+”號者表示提高或增大；

②表中風量的數值均指在20℃時的風量值。

??改后，窯運行比較穩(wěn)定，在產量不降低的情況下，熟料3d抗壓強度提高了1MPa，熟料質量也比較穩(wěn)定，煤耗有所降低，消除了煤粉后燃現象。但窯皮縮短，由原來的24m降到了20m。顯然稍短，存在短焰急燒現象，經過一段時間調整，已有改觀，但還需要時間摸索。