江旭昌

天津市博納建材高科技研究所，天津 300400

國(guó)外回轉(zhuǎn)窯燃燒器的最新發(fā)展

江旭昌

天津市博納建材高科技研究所，天津 300400

最近巴西戴耐米斯（Dynamis）工程公司推出了一種Dynamis型四風(fēng)道煤粉燃燒器，給出了兩個(gè)設(shè)計(jì)計(jì)算公式：一個(gè)是湍流擾動(dòng)系數(shù)Ka，另一個(gè)是徑向擴(kuò)散系數(shù)Kr，這是在回轉(zhuǎn)窯燃燒器設(shè)計(jì)理論上的一項(xiàng)重要突破。國(guó)外回轉(zhuǎn)窯燃燒器為燒替代燃料而出現(xiàn)的一些新結(jié)構(gòu)和技術(shù)，至于到底哪種型式最好，還要通過實(shí)際生產(chǎn)使用去證明。燃燒器的選購(gòu)還需要考慮具體的生產(chǎn)情況和實(shí)際使用效果。

煤粉燃燒器 設(shè)計(jì)理論 替代燃料 結(jié)構(gòu) 發(fā)展

0 引言

為了節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境和降低水泥生產(chǎn)成本，應(yīng)用替代燃料是一個(gè)重要途徑。因此，水泥企業(yè)對(duì)替代燃料的替代率要求越來越高。但是，替代率過高使用，現(xiàn)有燃燒器會(huì)導(dǎo)致火焰形狀無法控制。如果要保持水泥熟料質(zhì)量和窯的良好操作性能，替代燃料的用量就只能限制在一定的替代率上，限制了替代燃料的大量使用。為了適應(yīng)在燒100%替代燃料仍能保持水泥熟料質(zhì)量和窯良好操作性能的市場(chǎng)需求，國(guó)外回轉(zhuǎn)窯燃燒器的開發(fā)商對(duì)自己原有產(chǎn)品都進(jìn)行了改進(jìn)，因而回轉(zhuǎn)窯燃燒器又有了更高一級(jí)的新發(fā)展。

我國(guó)水泥窯爐現(xiàn)在雖然已有替代燃料的應(yīng)用，但既不像國(guó)外先進(jìn)國(guó)家那樣普遍，同時(shí)替代率也都不很高。為了有利于我國(guó)替代燃料應(yīng)用的快速發(fā)展，現(xiàn)對(duì)國(guó)外回轉(zhuǎn)窯燃燒器的最新發(fā)展作一簡(jiǎn)介，供有關(guān)人士參考。

1 水泥回轉(zhuǎn)窯燃燒器在設(shè)計(jì)理論上的最新發(fā)展

迄今為止，從得到有關(guān)煤粉燃燒器的資料看，各風(fēng)道的噴出速度及其徑向位置、旋流器的螺旋角度與回轉(zhuǎn)窯規(guī)格直徑的關(guān)系等都是根據(jù)各公司的經(jīng)驗(yàn)確定的，還沒有見到通過解析式進(jìn)行計(jì)算的。最近巴西戴耐米斯（Dynamis）工程公司推出了一種Dynamis型四風(fēng)道煤粉燃燒器，給出了兩個(gè)設(shè)計(jì)計(jì)算公式[1]：一個(gè)是湍流擾動(dòng)系數(shù)Ka，按下式計(jì)算：

Vi—每個(gè)風(fēng)道空氣的噴出速度，m/s；

Qnet·ad—燃料空氣干燥基的低位熱值，kJ/kg·f。

由式（1）可以看出，湍流擾動(dòng)系數(shù)Ka就是一次風(fēng)（如果是固體燃料，包括燃料的輸送風(fēng)，固體燃料如果是煤粉，則包括煤風(fēng)）噴出時(shí)的總動(dòng)能與燃料總熱值或者說總熱功率之比值。滿足Ka的比值就表明燃燒器噴燃管所形成的火焰射流具有足夠的動(dòng)能，才能形成所需要的火焰形狀。同時(shí)還能卷吸盡可能大的高溫二次風(fēng)。

另一個(gè)是徑向擴(kuò)散系數(shù)Kr，按下式計(jì)算：

Vri—每個(gè)風(fēng)道空氣的徑向分速，m/s ；

ri—每個(gè)風(fēng)道在噴燃管前端面上的位置半徑，m ；

Vai—每個(gè)風(fēng)道空氣噴出時(shí)的軸向分速，m/s ；

Rk—回轉(zhuǎn)窯的規(guī)格半徑，m 。

由（2）式可以看出，徑向擴(kuò)散系數(shù)Kr就是總一次風(fēng)噴出時(shí)的總徑向動(dòng)量矩與一次風(fēng)噴出時(shí)總軸向動(dòng)量矩的比值。通過這一比值就將噴燃管的或者說火焰的最大直徑與回轉(zhuǎn)窯的直徑聯(lián)系起來，易言之，根據(jù)回轉(zhuǎn)窯的直徑就可以準(zhǔn)確地確定出燃燒器噴燃管的規(guī)格直徑或者說火焰的合理肥瘦。

公式（1）和（2）這是以前在煤粉燃燒器設(shè)計(jì)時(shí)從未見過的，顯然這是在回轉(zhuǎn)窯燃燒器設(shè)計(jì)理論上的一項(xiàng)重要突破。

2 回轉(zhuǎn)窯燃燒器結(jié)構(gòu)的最新發(fā)展

水泥回轉(zhuǎn)窯燃燒器的最新發(fā)展，除國(guó)人已比較熟悉的德國(guó)洪堡、原法國(guó)皮拉得、以及現(xiàn)在剛接手不久的法國(guó)法孚皮拉德、奧地利尤尼茲姆和丹麥?zhǔn)访芩沟葞讉€(gè)國(guó)外公司之外，還有國(guó)人不熟悉的巴西格瑞柯茵費(fèi)爾和戴耐米斯等公司，如表1所列。至于丹麥?zhǔn)访芩埂绹?guó)富樂公司的FLS-Fuller型三風(fēng)道煤粉燃燒器我國(guó)只有兩家引進(jìn)，都不太好用，以后再?zèng)]有購(gòu)買。加拿大某公司的雙風(fēng)道煤粉燃燒器，我國(guó)只有山西晉牌水泥有限公司設(shè)計(jì)能力2 000 t/d熟料線引進(jìn)了，也由于使用效果不理想，之后我國(guó)再?zèng)]引進(jìn)。這兩個(gè)公司現(xiàn)在是否還生產(chǎn)回轉(zhuǎn)窯燃燒器再未見有關(guān)報(bào)道，是否有新發(fā)展也不得而知，故不包括本文介紹之列。

現(xiàn)對(duì)表1所列回轉(zhuǎn)窯燃燒器的最新發(fā)展按推出時(shí)間順序進(jìn)行簡(jiǎn)介。

表1 國(guó)外回轉(zhuǎn)窯燃燒器的最新發(fā)展

2.1 德國(guó)洪堡公司（KHD）

2.1.1 PYRO-JET型的頭部結(jié)構(gòu)

德國(guó)洪堡公司在我國(guó)雙陽(yáng)水泥廠1號(hào)窯引進(jìn)的三風(fēng)道煤粉燃燒器基礎(chǔ)上于1985年研發(fā)出了四風(fēng)道煤粉燃燒器，稱為“PYRO-JET型”，如圖1所示[2]。

2.1.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）外風(fēng)通過數(shù)個(gè)相同圓周均布并向外傾斜的小噴嘴噴射，噴出速度很高，不設(shè)攏焰罩，最大可達(dá)440 m/s（20 ℃），有人稱為“超音速煤粉燃燒器”（圖1c）。

（2）說明書說一次風(fēng)率很小，包括煤風(fēng)在內(nèi)也僅為7%左右，可實(shí)際使用都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此值。

（3）中心風(fēng)通過點(diǎn)火噴油槍噴頭與其外套之間所形成的環(huán)形間隙噴出（圖1c），風(fēng)量約為100 m3/h(20 ℃)，沒有火焰穩(wěn)定器。

（4）火焰劇烈，不甚穩(wěn)定，窯皮短，很容易產(chǎn)生短焰急燒現(xiàn)象，容易產(chǎn)生局部高溫，窯皮不易平整。

（5）噴燃管前端面很容易結(jié)焦，結(jié)焦最厚時(shí)可達(dá)200 mm，破壞火焰形狀。

（6）原為一臺(tái)煤風(fēng)和一臺(tái)凈風(fēng)羅茨風(fēng)機(jī)供風(fēng)，現(xiàn)有采用兩臺(tái)凈風(fēng)羅茨風(fēng)機(jī)供風(fēng)的，即外風(fēng)專門采用一臺(tái)升壓較高的羅茨風(fēng)機(jī)供風(fēng)。這樣就將為窯頭煤粉燃燒器供風(fēng)由兩臺(tái)改為三臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)供風(fēng)。不僅風(fēng)量增加，電動(dòng)機(jī)功率也增大，浪費(fèi)電能，而且工藝布置復(fù)雜，占地增大。

圖1 PYRO-JET型煤粉燃燒器的頭部結(jié)構(gòu)

洪堡公司這種PYRO-JET型燃燒器是最早進(jìn)入我國(guó)的回轉(zhuǎn)窯四風(fēng)道煤粉燃燒器，從我國(guó)引進(jìn)國(guó)外原裝回轉(zhuǎn)窯燃燒器的時(shí)間上看，僅次于日本燃燒爐公司(NFK)分割式和丹麥?zhǔn)访芩构镜牡谝淮鶶wirlax型三風(fēng)道煤粉燃燒器，首先應(yīng)用在北京琉璃河水泥廠2 000 t/d熟料生產(chǎn)線。接著新疆、北京、啟新、浩良河、都江堰和福建龍巖三德等水泥廠2 000 t/d線都是引進(jìn)這種燃燒器，在我國(guó)已成為一種主要的回轉(zhuǎn)窯四風(fēng)道煤粉燃燒器型式。我國(guó)有不少燃燒器的生產(chǎn)廠家模仿生產(chǎn)制造，有的稍加改進(jìn)進(jìn)行生產(chǎn)制造。

2.1.3 洪堡公司可燒多種替代燃料的新型煤粉燃燒器

文獻(xiàn)[3]介紹，德國(guó)洪堡公司最近又推出一種帶冷卻風(fēng)的四風(fēng)道煤粉燃燒器，如圖2所示。

這種燃燒器采用三臺(tái)風(fēng)機(jī)供風(fēng)，在一條5 500 t/d熟料線上使用，凈風(fēng)由兩臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)供風(fēng)，其風(fēng)量分別為40 m3/min和60 m3/min，升壓分別為90 kPa和16 kPa，沒有報(bào)道煤風(fēng)羅茨風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和升壓。

圖2 洪堡公司可燒多種替代燃料帶冷卻風(fēng)的燃燒器頭部和氣流流動(dòng)示意圖

2.2 原法國(guó)皮拉得公司（Pillard）

2.2.1 Rotaflam型四風(fēng)道煤粉燃燒器的頭部結(jié)構(gòu)

原法國(guó)皮拉得公司(Pillard)在我國(guó)淮海水泥廠3 000 t/d熟料SP窯和云浮水泥廠2 000 t/d熟料NSP窯上使用三風(fēng)道煤粉燃燒器的基礎(chǔ)上，于1989年研發(fā)出了稱為Rotaflam?WF型的旋流式四風(fēng)道煤粉燃燒器，如圖3所示[4]。

圖3 Rotaflam?WF型旋流式四風(fēng)道煤粉燃燒器的頭部結(jié)構(gòu)

2.2.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）煤風(fēng)道置于外風(fēng)和旋流風(fēng)里側(cè)，外風(fēng)通過多個(gè)內(nèi)藏式圓周均布數(shù)個(gè)變速矩形孔噴射，最高噴出速度可達(dá)300 m/s。旋流風(fēng)置于煤風(fēng)外側(cè)，可以降低NOx的生成和排放。

（2）采用了攏焰罩和中心風(fēng)通過板孔式火焰穩(wěn)定器噴射的先進(jìn)技術(shù)，已被國(guó)內(nèi)外多家燃燒器開發(fā)商借鑒采用。國(guó)外有丹麥?zhǔn)访芩构镜谌鶧uoflex型和奧地利尤尼茲姆公司的 M·A·S型煤粉燃燒器，國(guó)內(nèi)有天津博納、武工大、襄樊大力等。

（3）一次風(fēng)率要求低，約為6%～8%。

（4）從調(diào)節(jié)原理看，屬于單因素調(diào)節(jié)機(jī)制，因此調(diào)節(jié)靈活方便，各個(gè)風(fēng)道的噴出速度均可無級(jí)調(diào)節(jié)，操作人員可以得心應(yīng)手，要什么樣的火焰就可調(diào)制出什么樣的火焰。

（5）形成的火焰形狀規(guī)整，貌柔實(shí)剛，形成的窯皮堅(jiān)固牢靠，長(zhǎng)度適中，厚度合理，表面平整，熟料結(jié)粒細(xì)小而均齊。

（6）對(duì)任何煤種基本不結(jié)焦，沒有峰值溫度，NOX排放最低。

（7）采用兩臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)供風(fēng)，一臺(tái)煤風(fēng)、一臺(tái)凈風(fēng)，節(jié)省基建投資并節(jié)電。

（8）頭部件除攏焰罩外，其他均為螺紋聯(lián)接，更換簡(jiǎn)單方便。

這種燃燒器是晚于PYRO-JET型進(jìn)入我國(guó)燃燒器市場(chǎng)，但因其卓越性能倍受我國(guó)水泥企業(yè)的青睞。最早由四川一條濕法窯和葛洲壩水泥廠引進(jìn)后都表現(xiàn)出顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，隨后福建大田、淮海、冀東、寧國(guó)、天津振興和西卓子山水泥廠等都先后引進(jìn)。這種燃燒器在我國(guó)引進(jìn)的煤粉燃燒器中雖然價(jià)格最貴，但我國(guó)的水泥企業(yè)卻都愿意購(gòu)買，大有后來居上之勢(shì)。

2.2.3 可燒替代燃料的Rotaflam?WF燃燒器

為了滿足燒替代率越來越高替代燃料的市場(chǎng)需求，原法國(guó)皮拉得公司在原來只注重降低NOX生成的Rotaflam?VR基礎(chǔ)上改進(jìn)為Rotaflam?WF型，如圖4所示。改進(jìn)的內(nèi)容一是將攏焰罩長(zhǎng)度縮短；二是將原來外風(fēng)發(fā)散的噴射改為平行噴射；三是將旋流風(fēng)的旋流數(shù)改小，原來軸向風(fēng)與旋流風(fēng)的比率由40/60改為65/35；四是提高凈風(fēng)風(fēng)率，由原6%～8%增大到8%～12%；五是增大凈風(fēng)壓力，由原160～200 mbar (16～20 kPa)增大到250～400 mbar（25～40 kPa）；六是提高軸向推力，由原來的2.8～3.8 N/MW增大到8～12 N/MW。通過以上改進(jìn)后，可以燒100%替代燃料，如圖5所示。

改進(jìn)后Rotaflam?WF型四風(fēng)道燃燒器，當(dāng)氣流從噴燃管噴出后的各種風(fēng)的流動(dòng)示意圖繪在圖6中。

2.3 奧地利尤尼茲姆公司（Unitherm）

2.3.1 M·A·S型燃燒器的結(jié)構(gòu)

奧地利尤尼茲姆（Unitherm）公司的全稱為尤尼茲姆賽穆柯（Unitherm Cemcon）公司，成立于1993年，主要產(chǎn)品是M·A·S（Mono Airduct System）型回轉(zhuǎn)窯三風(fēng)道煤粉燃燒器，或稱“變形的四風(fēng)道煤粉燃燒器 ”。我國(guó)第一家引進(jìn)這種原裝燃燒器的水泥企業(yè)是山東章丘水泥廠，使用不久就棄之不用。但我國(guó)有人仿造這種燃燒器進(jìn)行推廣，稱為“KBN型雙通道高效煤粉燃燒器”。自此以后再未見我國(guó)水泥企業(yè)有引進(jìn)這種燃燒器的，國(guó)產(chǎn)的KBN型燃燒器倒是有應(yīng)用的。KBN型與M·A·S型煤粉燃燒器的結(jié)構(gòu)完全相同，如圖7所示。

圖4 Rotafl am?VR與Rotafl am?WF 型燃燒器的比較

圖5 燒多種燃料的Rotafl am型燃燒器頭部照片

2.3.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）M·A·S型煤粉燃燒器是將外風(fēng)和旋流風(fēng)合二為一由一個(gè)風(fēng)道供風(fēng)，頭部通過數(shù)個(gè)相同圓周均布可調(diào)角度在最外層套管內(nèi)的小噴嘴噴出，噴出后完全是一股旋流。通過調(diào)節(jié)小噴管的偏轉(zhuǎn)角度來改變旋流數(shù)（度），進(jìn)而調(diào)節(jié)火焰形狀（圖7b、c）。

（2）由這種調(diào)節(jié)方式可以看出，這是一種雙因素調(diào)節(jié)的煤粉燃燒器，動(dòng)一變二，對(duì)操作的靈活性有一定影響。

圖6 Rotafl am?WF型噴燃管端面氣體流動(dòng)示意圖

圖7 M·A·S型煤粉燃燒器的結(jié)構(gòu)

（3）M·A·S型煤粉燃燒器既借鑒了原法國(guó)皮拉得公司Rotaflam型的攏焰罩先進(jìn)技術(shù)，又采用了板孔式火焰穩(wěn)定器的先進(jìn)技術(shù)。

（4）從風(fēng)道看，既有合二而一的外風(fēng)道、煤風(fēng)道和中心風(fēng)風(fēng)道，這起碼應(yīng)該稱為“三風(fēng)道”或者稱為“變形的四風(fēng)道煤粉燃燒器”。如果按通道說，則是四個(gè)通道，因?yàn)閲娙脊苤行倪€有一個(gè)為置放燃油點(diǎn)火噴槍不通風(fēng)的通道。從M·A·S型號(hào)或

名稱上也可看出，“M”為英文“Mono”單詞的字頭，是“單、一”之意，用在這里的確切含意就是將Rotaflam型外風(fēng)和旋流風(fēng)由兩個(gè)風(fēng)道分別噴射改為一個(gè)單一風(fēng)道噴射的結(jié)構(gòu)，這在文獻(xiàn)[5]中說得非常清楚?？刹恢獮槭裁磭?guó)內(nèi)的仿制者將其稱為“雙通道”，至于是否高效那要靠生產(chǎn)使用實(shí)踐才能證明。

（5） 不需要采用升壓高達(dá)800 mbar（80 kPa）的風(fēng)機(jī)供風(fēng)就能達(dá)到足夠大的火焰推力[5]。

（6）為了燒替代燃料，該公司研發(fā)出可燒80%替代燃料的M·A·S型燃燒器，正在研究可燒替代率為100%的替代燃料M·A·S型三風(fēng)道燃燒器，見圖8所示。

圖8 可燒80%替代燃料的M·A·S型燃燒器端面圖

2.4 丹麥?zhǔn)访芩构荆‵.L.Smidth）

2.4.1 Duoflex四風(fēng)道煤粉燃燒器的結(jié)構(gòu)

丹麥?zhǔn)访芩构镜牡谝淮鶶wirlax型三風(fēng)道煤粉燃燒器是我國(guó)僅次于日本窯爐公司（NFK）分割式三風(fēng)道煤粉燃燒器之后進(jìn)入我國(guó)燃燒器市場(chǎng)的，是柳州水泥廠3200 t/d熟料預(yù)分解窯生產(chǎn)線第一家引進(jìn)的。由于不僅性能不理想，而且頭部和尾部容易磨漏磨穿，所以很快被德國(guó)洪堡公司的PYROJET型和原法國(guó)皮拉得公司的Rotaflam型四風(fēng)道煤粉燃燒器所取代，再?zèng)]有水泥企業(yè)購(gòu)買。所以該公司很快研發(fā)出第二代稱為Centrax型四風(fēng)道煤粉燃燒器，樣本介紹一次風(fēng)率可降至2%～4%，外風(fēng)噴出速度可達(dá)360 m/s。據(jù)報(bào)道國(guó)外有應(yīng)用的，但國(guó)內(nèi)一直無人問津，所以這種煤粉燃燒器在國(guó)內(nèi)沒有見到一家使用的。該公司為了挽回在中國(guó)丟失的燃燒器市場(chǎng)，在1996年又推出了第三代的稱為“Duoflex型四風(fēng)道煤粉燃燒器”，其價(jià)格比法國(guó)的Rotaflam型和德國(guó)洪堡公司的PYRO-JET型四風(fēng)道煤粉燃燒器都便宜。其頭部結(jié)構(gòu)如圖9所示。

2.4.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1） 軸流外風(fēng)與旋流風(fēng)在噴出口內(nèi)處混合，在混合處的后部是四個(gè)風(fēng)道，而噴出時(shí)則變?yōu)槿娠L(fēng)，即外風(fēng)與旋流風(fēng)合二為一后呈旋流噴出。所以，從前端面觀察是三個(gè)風(fēng)道。當(dāng)外風(fēng)道的風(fēng)量不變，只增大或減小旋流風(fēng)道的風(fēng)量時(shí)，則噴出后其旋流數(shù)（度）便增大或減?。划?dāng)旋流風(fēng)道的風(fēng)量不變，只增大或減小外風(fēng)道風(fēng)量時(shí)，則噴出后不僅其旋流數(shù)（度）相對(duì)減小，而噴出速度增大。當(dāng)兩個(gè)風(fēng)道的風(fēng)量都不變，只前后調(diào)節(jié)旋流風(fēng)道的內(nèi)管，不僅會(huì)改變旋流數(shù)，同時(shí)也改變了外風(fēng)的噴出速度和攏焰罩的長(zhǎng)度。因此，從調(diào)節(jié)的角度分析，也是一種雙因素調(diào)節(jié)的機(jī)理，即動(dòng)一變二。但因?yàn)楹竺婀╋L(fēng)的風(fēng)道是兩個(gè)，可以改變其中任何一個(gè)風(fēng)道的風(fēng)量，所以在調(diào)節(jié)時(shí)比采用外風(fēng)和旋流風(fēng)合為一個(gè)風(fēng)道的要好一些。

圖9 丹麥?zhǔn)访芩构镜谌腄uofl ax型四風(fēng)道煤粉燃燒器結(jié)構(gòu)

（2） 采用了原法國(guó)Rotaflam型四風(fēng)道煤粉燃燒器攏焰罩和板孔式火焰穩(wěn)定器的先進(jìn)技術(shù)，但攏焰罩的長(zhǎng)度是變化的，隨旋流風(fēng)調(diào)節(jié)的大小而改變。

（3） 德國(guó)和法國(guó)的頭部件都是采用耐熱鑄鋼經(jīng)精加工而成，所以其噴燃管外徑都比較大，比較堅(jiān)固，而這種Duoflex型燃燒器噴燃管的端部外徑縮小，可用耐熱無縫鋼管制成，生產(chǎn)成本大大降低。

（4）一次風(fēng)的凈風(fēng)風(fēng)率較大，要求凈風(fēng)風(fēng)率為12%，可在實(shí)際應(yīng)用時(shí)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此值。國(guó)內(nèi)某5 500 t/d熟料預(yù)分解窯水泥生產(chǎn)線，凈風(fēng)用一臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)供風(fēng)，風(fēng)量為202 m3/min（20℃），升壓為29.4 kPa，可見其凈風(fēng)風(fēng)量約大50%～80%，凈風(fēng)風(fēng)率大達(dá)15%～19%[3]。

丹麥?zhǔn)访芩构镜牡谌鶧uoflex型煤粉燃燒器采取在中國(guó)建廠生產(chǎn)，以低價(jià)為優(yōu)勢(shì)。但由于國(guó)內(nèi)有仿造品，價(jià)格更便宜。因此這種燃燒器在我國(guó)雖有應(yīng)用，但市場(chǎng)份額不是很大。

2.5 巴西格瑞柯茵費(fèi)爾公司（Greco-Enfil）

2.5.1 FlexiflameTM型雙旋流煤粉燃燒器的結(jié)構(gòu)

巴西格瑞柯茵費(fèi)爾（GRECO-ENFIL）公司研發(fā)的FlexiflameTM型是一種雙旋流五風(fēng)道回轉(zhuǎn)窯可燒多種燃料燃燒器，如圖10所示[6]。

圖10 FlexiflameTM型五風(fēng)道回轉(zhuǎn)窯燃燒器的頭部結(jié)構(gòu)

2.5.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1） 采用雙旋流。在煤風(fēng)道外側(cè)和里側(cè)分別設(shè)置一個(gè)旋流風(fēng)道，噴出后會(huì)形成所謂的內(nèi)外循環(huán)區(qū)（圖11）。文獻(xiàn)[3]報(bào)道：內(nèi)旋流起打散煤粉、提供氧氣和穩(wěn)定火焰的作用；外旋流起增強(qiáng)卷吸二次風(fēng)，使高溫二次風(fēng)與煤粉較快而充分的混合，提高煤粉燃盡率的作用。

（2） 風(fēng)道配置順序及各風(fēng)道的噴出速度。由頭部（圖10）可見，這種煤粉燃燒器共有五個(gè)風(fēng)道，從外向內(nèi)的順序?yàn)檩S流外風(fēng)、外旋流風(fēng)、煤風(fēng)、內(nèi)旋流風(fēng)和中心風(fēng)，各風(fēng)道的噴出速度依次為250 m/s、200 m/s、26～32 m/s、175 m/s，固體廢燃料的噴出風(fēng)速為35～45 m/s（20℃）。

（3） 中心風(fēng)呈旋流噴射，有切向分量，以便給固液燃料供氧，強(qiáng)化燃料燃燒。

（4） 一次風(fēng)的固體燃料輸送風(fēng)和凈風(fēng)用量都較大，凈風(fēng)12%，供風(fēng)實(shí)例見表2[7]。

圖11 內(nèi)外循環(huán)區(qū)示意圖

表2 1 500 t/d熟料水泥生產(chǎn)線窯頭燃燒器凈風(fēng)供風(fēng)主要參數(shù)

據(jù)文獻(xiàn)[6]報(bào)道，巴西格瑞柯茵費(fèi)爾技術(shù)裝備公司已有40多年回轉(zhuǎn)窯燃燒器的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。為了適應(yīng)燒替代燃料和降低有害氣體的排放，近年新研發(fā)了雙旋流可燒多種替代燃料的FlexiflameTM型五風(fēng)道回轉(zhuǎn)窯燃燒器。但我國(guó)一直沒有引進(jìn)，可是在我國(guó)為國(guó)外某國(guó)設(shè)計(jì)的水泥工程中卻采用了這種燃燒器。據(jù)文獻(xiàn)[8]介紹，在燒100%石油焦的情況下，使用效果比較滿意。

（5）可燒粘度300cst（厘斯）的廢液燃料，既不需加熱，也不需加壓，因噴孔較大，可以避免堵塞或者堵灰。這種噴嘴能夠?qū)⑻厥庥搽s物如陶瓷碎渣等趨于其中心部位，防止噴嘴磨損。采用壓縮空氣或者蒸汽霧化的液體廢棄物噴槍示于圖12中。

圖12 液體廢棄物噴槍和霧化情況

2.6 巴西戴耐米斯公司（Dynamis）

2.6.1 Dynamis型回轉(zhuǎn)窯煤粉燃燒器的結(jié)構(gòu)

巴西戴耐米斯（Dynamis）工程公司是專門從事燃燒技術(shù)和液體動(dòng)力技術(shù)的研發(fā)機(jī)構(gòu)，據(jù)文獻(xiàn)[1]報(bào)道所研發(fā)的Dynamis型回轉(zhuǎn)窯四風(fēng)道煤粉燃燒器在全世界已有60多套在使用，如圖13所示。

2.6.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1） 據(jù)文獻(xiàn)[1]介紹，四個(gè)風(fēng)道的作用如下：

① 外風(fēng)由多個(gè)圓周均布的小矩形孔噴射，用于產(chǎn)生湍流，將高溫二次風(fēng)盡量多地卷吸到火焰射流之中。

圖13 Dynamis 型四風(fēng)道煤粉燃燒器

② 旋流風(fēng)或稱徑向風(fēng)用于產(chǎn)生火焰射流內(nèi)部的旋流，以提高火焰射流的穩(wěn)定性。

③ 燃料通道，燃料可以是固體粉料，也可以是燃?xì)?。如果同時(shí)使用，需要再增加一個(gè)通道。如果加燒固體垃圾時(shí)，應(yīng)通過中心通道噴射；如果在應(yīng)急或者升溫時(shí)采用液體垃圾、重油、輕油和柴油等，可以通過板孔式火焰穩(wěn)定器上的四個(gè)小孔噴射入窯。

④ 中心風(fēng)用于冷卻內(nèi)部風(fēng)道，為火焰射流中心補(bǔ)供部分氧氣。

（2） 中心風(fēng)采用板孔式火焰穩(wěn)定器噴出，以促進(jìn)火焰射流更加穩(wěn)定。

（3）為打澆注料方便，以避免打澆注料不注意流到各風(fēng)道中和解決澆注料前端容易燒損的問題，在外風(fēng)套外增設(shè)一塊外徑與澆注料外徑基本相同的圓板（圖13b）。

（4） 煤風(fēng)道采用四個(gè)特別剛固的支撐塊，并置于前端面，以保證各個(gè)風(fēng)道間隙均勻，并不易磨損和變形。

（5） 一次風(fēng)凈風(fēng)用量小，一般為6%～12%：燒天然氣時(shí)為6%，燒石油焦和固體燃料時(shí)約為12%；外風(fēng)和旋流風(fēng)均采用圓周均布數(shù)個(gè)小矩形孔噴出，可避免變形。艾札西水泥廠有2條設(shè)計(jì)能力5000 t/d熟料預(yù)分解新型超短窯，規(guī)格為Ф5.25m×62 m，L/D＝11.8，燒石油焦粉。原用Previous型燃燒器，窯一直結(jié)圈多年都不能解決。換用Dynamis 型燃燒器后徹底地解決了多年困擾水泥正常生產(chǎn)的結(jié)圈問題，其操作參數(shù)列在表3中。

2.7 現(xiàn)在在我國(guó)建廠的法孚皮拉德公司（Fives pillard）

現(xiàn)在在我國(guó)建廠的法國(guó)法孚皮拉德（Fives pillard）公司是從原法國(guó)皮拉得（Pillard）公司轉(zhuǎn)讓過來的，其生產(chǎn)的產(chǎn)品仍然是回轉(zhuǎn)窯煤粉燃燒器，這是兩個(gè)不同的公司。原法國(guó)皮拉得公司的Rotaflam型燃燒器在性能上我國(guó)公認(rèn)都是很好的，但是美中不足的是攏焰罩磨損較快。法孚皮拉德公司轉(zhuǎn)讓后第一步將攏焰罩去掉，其他什么都沒有改變，見圖14。去掉攏焰罩的也稱為Rotaflam型四風(fēng)道煤粉燃燒器在山東臨沂費(fèi)縣沂州水泥有限公司2×5 000 t/d熟料線上使用，一套燃燒器合同總價(jià)在2009年為160萬元人民幣，使用效果確實(shí)不很理想，現(xiàn)在該公司1號(hào)線已訂購(gòu)了國(guó)產(chǎn)的。在這種情況下，法孚皮拉德公司大約于2010年左右才又推出了一種新結(jié)構(gòu)的Novaflam型三風(fēng)道煤粉燃燒器。

表3 Dynamis型燃燒器的操作參數(shù)

圖14 去掉攏焰罩的Rotafl am型燃燒器頭部結(jié)構(gòu)圖

2.7.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1） 外風(fēng)改為多個(gè)直徑相同的并兩個(gè)為一組沿圓周均布的小圓孔噴射，每個(gè)小圓孔的中心線均與噴燃管中心線平行（圖15a）。

（2）由四風(fēng)道改為三風(fēng)道，即直流外風(fēng)與旋流風(fēng)共用一個(gè)風(fēng)道，可節(jié)省一層套管，減輕噴燃管的重量（圖15a）。

（3） 螺旋體的螺旋角是逐漸變化的，在17°～ 70°之間通過螺旋體的前后移動(dòng)可以調(diào)節(jié)旋流風(fēng)噴出的旋流數(shù)（度）。當(dāng)螺旋體前端面與外風(fēng)噴頭前端面平齊時(shí)角度最小；當(dāng)螺旋體前端面超出外風(fēng)噴頭前端面30 mm時(shí)螺旋角達(dá)到最大。這個(gè)螺旋角的調(diào)整范圍根據(jù)煤質(zhì)不同在設(shè)計(jì)時(shí)有所不同，有的設(shè)計(jì)為17°～ 50°之間或者30°～ 70°之間?？傊?，煤質(zhì)越差，螺旋角的設(shè)計(jì)范圍也隨之增大，參見圖15c。

（4） 一次風(fēng)用量較大，一次風(fēng)率要求12%[3]。

（5） 由于外風(fēng)與旋流風(fēng)共用一個(gè)風(fēng)道，當(dāng)螺旋體通過前后移動(dòng)螺旋角改變時(shí)，螺旋體的阻力發(fā)生變化，從而影響外風(fēng)噴孔的阻力也隨之變化。因此說，這也是一種屬于雙因素調(diào)節(jié)的燃燒器，即動(dòng)一變二，因此對(duì)火焰調(diào)節(jié)的靈活性有一定影響。

（6） 實(shí)際使用時(shí)的配風(fēng)高于12%，國(guó)內(nèi)某廠一條5 500 t/d熟料的預(yù)分解窯采用這種燃燒器，采用兩臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)供風(fēng)，一臺(tái)煤風(fēng)、一臺(tái)凈風(fēng)。僅凈風(fēng)羅茨風(fēng)機(jī)的風(fēng)量就為207 m3/min（20 ℃），升壓為29.4 kPa[3]。一般的煤粉燃燒器，有112～132 m3/min的凈風(fēng)風(fēng)量就足夠。一次風(fēng)的凈風(fēng)風(fēng)率達(dá)16%，再加上煤風(fēng)，則一次風(fēng)風(fēng)率便接近20%，可見一次風(fēng)量之大。

2.7.1 Novaflam型煤粉燃燒器的頭部構(gòu)造

法孚皮拉德股份有限公司新研發(fā)的Novaflam型三風(fēng)道煤粉燃燒器的頭部結(jié)構(gòu)示于圖15中。

圖15 Novafl am 型煤粉燃燒器的頭部結(jié)構(gòu)圖

為了燒替代燃料，最近法孚皮拉德公司也打出廣告，說他們也開發(fā)出可以燒多種替代燃料的Novaflam型回轉(zhuǎn)窯燃燒器，如圖16所示。

3 結(jié)束語

回轉(zhuǎn)窯燃燒器與龐大的窯體相比，無論在體形上、重量上抑或造價(jià)上都是小巫見大巫，九牛一毛。可是從某種意義上看，其重要性比回轉(zhuǎn)窯還大。因?yàn)榛剞D(zhuǎn)窯只要能平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動(dòng)就完成了自己的使命，與水泥生產(chǎn)的七大主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)關(guān)系不大?？扇紵骶筒煌耍湫阅艿暮脡牟粌H與七大主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的產(chǎn)量、質(zhì)量、煤耗、電耗、火磚壽命、運(yùn)轉(zhuǎn)率和有害氣體的排放等息息相關(guān)，而且對(duì)替代燃料的利用率也起決定性作用（Gerhard Endres：第二類燃料在水泥窯中的使用，原法國(guó)皮拉得公司的技術(shù)報(bào)告）?？墒且愫盟^不是易事，因?yàn)樗婕暗降幕A(chǔ)理論學(xué)科太多太復(fù)雜，諸如物理學(xué)、化學(xué)、燃燒學(xué)、傳質(zhì)傳熱、空氣動(dòng)力學(xué)和機(jī)械學(xué)的材料及摩擦磨損等，尤其空氣動(dòng)力學(xué)，沒有較深的理論功底是啃不動(dòng)的。

圖16 可燒多種替代燃料的Novafl am型回轉(zhuǎn)窯燃燒器端面結(jié)構(gòu)

本文所介紹的國(guó)外回轉(zhuǎn)窯燃燒器的最新發(fā)展，由于每一家開發(fā)商的設(shè)計(jì)理念不同，所以出現(xiàn)了多種多風(fēng)道的型式。嚴(yán)格地說，現(xiàn)在已沒有絕對(duì)不能使用的回轉(zhuǎn)窯燃燒器，連單風(fēng)道的煤粉燃燒器在我國(guó)第一條燒煤粉的預(yù)分解窯上都應(yīng)用多年，不用說多風(fēng)道燃燒器了。但就其性能而言確實(shí)存在差別，而且有的還相當(dāng)大。如本文文獻(xiàn)[7]所介紹的GRECO燃燒器，在設(shè)計(jì)能力1 500 t/d 熟料Φ3.6 m×52 m NSP窯上使用，燒低位熱值5 835× 4.186 8 kJ/kg·co的優(yōu)質(zhì)煙煤，產(chǎn)量?jī)H達(dá)到了1 550 t/d?？墒遣挥?jì)煤風(fēng)，僅兩臺(tái)凈風(fēng)羅茨風(fēng)機(jī)的風(fēng)量就為77＋50＝127 m3/min，接近國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)能力5 000 t/d熟料線的用風(fēng)量，僅凈風(fēng)風(fēng)率就高達(dá)約30.5%。兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的總功率為185＋132＝317 kW，在國(guó)內(nèi)比較優(yōu)良的煤粉燃燒器，合理的凈風(fēng)羅茨風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)有45～55 kW就足夠，約大了262～272 kW。由于凈風(fēng)風(fēng)量和電動(dòng)機(jī)功率過大，不僅浪費(fèi)了大量基建投資和電能，而且對(duì)窯的七大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。該文作者介紹，這種GRECO燃燒器火焰調(diào)節(jié)十分方便，火焰有力，以重油為燃料時(shí)火焰偏短，窯皮長(zhǎng)度僅為16 m，燒煤時(shí)窯皮長(zhǎng)度為19 m，且火焰形狀非常好。燒油時(shí)想增加火焰長(zhǎng)度或者說增加窯皮長(zhǎng)度都很困難，如何能談到調(diào)節(jié)方便呢？所用凈風(fēng)風(fēng)量如此之大，電動(dòng)機(jī)容量如此之高，均與當(dāng)前所追求的節(jié)能減排效果相悖，又怎么能說這是一種性能良好的燃燒器呢？

綜上所述，本文只是對(duì)已見到國(guó)外回轉(zhuǎn)窯燃燒器為燒替代燃料而出現(xiàn)的一些新結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，這些結(jié)構(gòu)型式現(xiàn)在國(guó)內(nèi)幾乎都有廠家模仿制造供應(yīng)。至于到底哪種型式最好，還要通過實(shí)際生產(chǎn)使用去證明。不管國(guó)外和國(guó)內(nèi)的供應(yīng)商，都會(huì)說自己的產(chǎn)品好，燃燒器的選購(gòu)還需要考慮具體的生產(chǎn)情況和實(shí)際使用效果，切勿盲目跟風(fēng)。

[1] Guilherme Ferreira,Luiz Felipe Pinho,Luis Filipe Fabiani. Designing Solutions[J].WORLD CEMENT， 2013(2).

[2] 江旭昌編著.回轉(zhuǎn)窯多風(fēng)道煤粉燃燒器培訓(xùn)教材[M].中國(guó)磷肥工業(yè)協(xié)會(huì),中國(guó)硫酸工業(yè)協(xié)會(huì)，1999年4月.

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2015-09-08）

TQ172.625.3

B

1008-0473(2015)06-0001-09

10.16008/j.cnki.1008-0473.2015.06.001