羅榮樹(shù)，吳麗娜，張國(guó)慶，李竹勤，王文清

Sinosw irl燃燒器在鹿泉鼎新2 500t/d生產(chǎn)線的成功應(yīng)用
Suc cessfu lAp p lica tion o f Sinosw irlBurner in Luquan Dingxin Cem ent Plant2 500t/d Produc tion Line

羅榮樹(shù)1，吳麗娜1，張國(guó)慶1，李竹勤1，王文清2

1　概述

我公司目前有兩條水泥熟料生產(chǎn)線，1號(hào)線于2000年投產(chǎn)，2號(hào)線于2002年投產(chǎn)，均為天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司設(shè)計(jì)的2 500t/d生產(chǎn)線。窯頭燃燒器一直使用KHD型四通道燃燒器，由于該燃燒器形式較老，已不能適應(yīng)近年來(lái)不斷提產(chǎn)的需要及煤粉品質(zhì)頻繁變化的情況。因此，選用新型高效煤粉燃燒器迫在眉睫。

經(jīng)實(shí)地調(diào)研了解，公司采購(gòu)了中材裝備集團(tuán)有限公司熱工分公司研發(fā)制造的Sinoswirl型雙旋流煤粉燃燒器，希望其在提供性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠的產(chǎn)品的同時(shí)，能夠給予專業(yè)、系統(tǒng)化的工藝調(diào)試服務(wù)，解決之前存在的問(wèn)題，強(qiáng)化窯內(nèi)煅燒、改善熟料質(zhì)量、提高熟料產(chǎn)量。

2013年7月期間，1號(hào)線停窯技改優(yōu)化，將窯頭原KHD燃燒器更換為Sinoswirl雙旋流燃燒器，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了一系列優(yōu)化升級(jí)。公司對(duì)1號(hào)線的預(yù)期目標(biāo)為：系統(tǒng)工況改善，熟料產(chǎn)出穩(wěn)定，產(chǎn)量≮3 000t/d；熟料外觀質(zhì)量佳，fCaO合格率≮80%；R3d＞30MPa，R28d＞60MPa。

技改初期，經(jīng)系統(tǒng)綜合調(diào)試，基本實(shí)現(xiàn)了公司預(yù)定目標(biāo)，但在熟料外觀、后期強(qiáng)度及窯系統(tǒng)對(duì)高飽和比的適應(yīng)性方面仍需提高。我公司與中材裝備集團(tuán)有限公司熱工分公司共同對(duì)系統(tǒng)工況、窯頭燃燒器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能發(fā)揮進(jìn)行論證分析后，對(duì)燃燒器進(jìn)行了針對(duì)性優(yōu)化，并改進(jìn)了工藝生產(chǎn)調(diào)試方法，最終各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于預(yù)期，為我公司帶來(lái)了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

2　 Sinoswirl雙旋流燃燒器簡(jiǎn)介

2.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

Sinoswirl型雙旋流煤粉燃燒器為四風(fēng)道結(jié)構(gòu)，從外到內(nèi)依次為：軸流風(fēng)、外旋流風(fēng)、煤風(fēng)、內(nèi)旋流風(fēng)。

軸流風(fēng)：最外圈布置，周向小孔均勻分布。產(chǎn)生高速軸流風(fēng)，形成較大的負(fù)壓卷吸區(qū)，能有效地卷吸高溫二次風(fēng)。對(duì)于收攏火焰形狀、增強(qiáng)火焰強(qiáng)度及剛度有顯著作用。

外旋流風(fēng)：位于軸流風(fēng)道之內(nèi)、煤風(fēng)道之外，通過(guò)燃燒器頭部的旋流葉片裝置噴出。提供噴射氣流的切向速度，能有效控制火焰粗細(xì)。

煤風(fēng)：布置于外旋流風(fēng)道與內(nèi)旋流風(fēng)道之間，環(huán)狀結(jié)構(gòu)。用于輸送煤粉，設(shè)計(jì)風(fēng)速24～30m/s。

內(nèi)旋流風(fēng)：布置于煤風(fēng)道內(nèi)，通過(guò)旋流葉片裝置噴出。作用是打散煤粉、使煤粉與高溫窯氣充分混合，并為火焰燃燒的中心區(qū)域提供氧氣。

通過(guò)這四個(gè)主通道之間的匹配關(guān)系，窯內(nèi)火焰形狀便捷可調(diào)、溫度分布更為合理。頭部最外層設(shè)置攏焰罩，提高煤粉燃盡率，防止出現(xiàn)局部高溫?zé)龘p窯皮。

圖1　燃燒器頭部結(jié)構(gòu)

2.2風(fēng)機(jī)配置

現(xiàn)場(chǎng)配兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)，均為羅茨風(fēng)機(jī)，帶變頻調(diào)速功能。軸流風(fēng)使用一臺(tái)風(fēng)機(jī)單獨(dú)供風(fēng)，內(nèi)旋流風(fēng)和外旋流風(fēng)共用一臺(tái)風(fēng)機(jī)。軸流、旋流分風(fēng)機(jī)控制與之前使用一臺(tái)一次風(fēng)機(jī)相比，各風(fēng)道風(fēng)量、風(fēng)壓均可單獨(dú)調(diào)節(jié)，且信號(hào)接入中控，在中控室內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)調(diào)整。

3　技改中燃燒器的重要作用

3.1技改效果

系統(tǒng)技改如期完成，2013年7月下旬正式投產(chǎn)，各項(xiàng)指標(biāo)取得了預(yù)期效果。雖然系統(tǒng)進(jìn)行了一系列優(yōu)化，但更換燃燒器是優(yōu)化措施的最重點(diǎn)，并取得了良好的效果。

3.2燃燒器使用情況

燃燒器推力大幅提高，一次風(fēng)用量下降，火力剛度有所保障，熱力強(qiáng)度明顯提升，從窯頭看火焰形狀規(guī)整、窯內(nèi)亮度高，較改造前明顯提升。從窯內(nèi)溫度分布來(lái)看，窯皮長(zhǎng)約19m，燒成帶主煅燒區(qū)（從窯口6～12m）溫度高，煤粉燃燒速度快，火焰末端輻射溫度較低。

3.3燃燒器性能與系統(tǒng)的匹配

物料飽和比偏高時(shí)，對(duì)窯頭熟料煅燒是一種考驗(yàn)，經(jīng)與天津院專家論證，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，得出以下結(jié)論：

1號(hào)線建設(shè)較早，分解爐為早期的TDF爐，爐容偏小，2 500t/d規(guī)格的生產(chǎn)線實(shí)際產(chǎn)量3 000t/d，物料入窯分解率一直處于較低水平，一般在87%～89%之間，同時(shí)由于原料中含Mg、K等成分，分解爐出口溫度控制在880℃，不宜過(guò)高，否則容易結(jié)皮、生成大塊熟料。

實(shí)際煅燒過(guò)程中，窯功率對(duì)分解爐出口溫度的反應(yīng)比較敏感，出口溫度的高低與窯電流的高低基本保持同步，較低的分解率造成部分本應(yīng)由預(yù)熱器系統(tǒng)完成的工作留窯內(nèi)進(jìn)行，縮短了回轉(zhuǎn)窯的有效工作區(qū)間。

在此情況下，需在保證窯內(nèi)熱力強(qiáng)度的同時(shí)，盡量使燒成帶延長(zhǎng)，才能提高窯系統(tǒng)對(duì)配料波動(dòng)的適應(yīng)性。而當(dāng)時(shí)燃燒器火力強(qiáng)度雖高，但高溫分布較為集中、偏短，在燃燒器頭部設(shè)計(jì)方面存在優(yōu)化空間。

3.4燃燒器調(diào)節(jié)與煤質(zhì)的關(guān)系

現(xiàn)場(chǎng)使用煙煤，揮發(fā)分28%，灰分21%，熱值約22 990kJ/kg。

該煤粉的燃燒特性分析表明，該類(lèi)型煤粉活性很高，燃燒烈度強(qiáng)，放熱時(shí)比較猛烈且燃燒不穩(wěn)。平均放熱強(qiáng)度大于一般煙煤，放熱相對(duì)集中。

因此，結(jié)合系統(tǒng)實(shí)際情況，燃燒器性能方面的優(yōu)化方向?yàn)楸M量降低煤粉燃燒速度，使熱量釋放更加均勻。

表1　優(yōu)化前對(duì)物料波動(dòng)的適應(yīng)性

表2　優(yōu)化后對(duì)物料波動(dòng)的適應(yīng)性

表3　熟料抗壓強(qiáng)度，MPa

4　后續(xù)針對(duì)性優(yōu)化

4.1后續(xù)優(yōu)化措施

根據(jù)燃燒器現(xiàn)場(chǎng)初步使用情況及系統(tǒng)特點(diǎn)，結(jié)合煤粉燃燒特性分析，我們認(rèn)為，該燃燒器如果進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)優(yōu)化及配風(fēng)比例調(diào)整，其性能指標(biāo)還將大幅度提高。經(jīng)討論后，公司采取了如下后續(xù)優(yōu)化措施：加大頭部軸流出口小孔面積、調(diào)整軸流與旋流的用風(fēng)比例；目標(biāo)是延長(zhǎng)火焰及窯內(nèi)燒成區(qū)域，使煤粉放熱過(guò)程更為平穩(wěn)、均勻。

4.2優(yōu)化效果

（1）一次風(fēng)用量

與之前KHD燃燒器比，一次風(fēng)用量降低約5m3/min。

（2）窯內(nèi)溫度分布更合理

優(yōu)化前，從筒體溫度掃描儀圖上可看出筒體6～12m位置為高溫火點(diǎn)，此處?kù)褵郎囟群芨?，而?2m后溫度下降趨勢(shì)明顯，且隨著使用末端窯皮呈逐步變厚的趨勢(shì)。說(shuō)明火焰比較集中，屬“短焰急燒”情況，熱量集中于火焰中部區(qū)域釋放，火焰偏短且末端輻射溫度低。

優(yōu)化后，從筒體溫度掃描儀圖上看，整個(gè)燒成帶溫度比較平均，火焰拉長(zhǎng)，熱量在較長(zhǎng)的區(qū)域（6～16m）內(nèi)均勻釋放，窯皮末端溫度較之前高，雖局部煅燒溫度略低，但熱量分布更為合理，且目前窯皮情況也更利于保護(hù)窯襯，能延長(zhǎng)燒成帶耐火磚使用時(shí)間。

（3）熟料外觀質(zhì)量大幅提升

（4）窯內(nèi)煅燒系統(tǒng)對(duì)物料飽和比的適應(yīng)性顯著增強(qiáng)，在同等投料量的情況下，fCaO合格率大幅提高。見(jiàn)表1和表2。

（5）熟料強(qiáng)度穩(wěn)定

5　結(jié)語(yǔ)

1號(hào)線建成投產(chǎn)較早，設(shè)計(jì)規(guī)模2 500t/d，在“精細(xì)化操作”的理念指導(dǎo)下，經(jīng)全廠上下共同努力，實(shí)際產(chǎn)量穩(wěn)定在3 000t/d。筆者認(rèn)為，不同系統(tǒng)間存在的差異性較大，即使是相同規(guī)格、相同設(shè)計(jì)，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中也難以保證技術(shù)性能指標(biāo)一致。因此，關(guān)鍵設(shè)備的針對(duì)性設(shè)計(jì)、“對(duì)癥下藥”顯得尤為重要。

窯頭燃燒器設(shè)備雖小，但在熟料煅燒過(guò)程中起核心作用，中材裝備集團(tuán)有限公司熱工分公司詳細(xì)調(diào)研、認(rèn)真分析我公司1號(hào)熟料生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)工藝，并針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)煤粉的燃燒特性，進(jìn)行窯頭燃燒器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，做到了窯頭燃燒器設(shè)計(jì)與系統(tǒng)工藝性能的匹配，這是確保其Sinoswirl燃燒器在煅燒中發(fā)揮出巨大能力的關(guān)鍵。

TQ172.625.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1001-6171（2015）05-0104-02

通訊地址：1河北金隅鼎鑫水泥有限公司，河北石家莊050200；2中材裝備集團(tuán)有限公司熱工分公司，天津300400；

2014-12-29；編輯：呂光