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              基于黃磷渣配料的回轉窯燃燒器的設計與應用

              2020-10-27

               2500t/d水泥生產線生料配料中使用黃磷渣,對于提高生料易燒性、提高熟料強度、降低熱耗起到很好的作用,但也存在著回轉窯過渡帶易結浮窯皮,熟料易結塊結粒不均齊分級嚴重,燒成帶窯皮偏厚,過渡帶易結圈等現象。根據添加黃磷渣以后生料的煅燒特性和所使用的煤質情況,燃燒器一次風機由原單風機配置技改為雙風機,燃燒器頭部參數進行針對性設計。起用新的燃燒系統后,窯系統運行穩定,沒有結圈結浮厚窯皮,熟料結?;揪R致密,熟料強度提高,噸熟料煤耗下降。

              關鍵詞 黃磷渣 SR4燃燒器 設計 熟料 煤耗

               

              0 引言

              近年來,隨著可持續發展規劃的不斷深化,環保節能理念深入人心,水泥生產技術人員積極響應充分利用工業廢渣生產優質熟料,不僅能夠降低生產成本,而且能夠提高資源利用率,減輕生態環境污染,兼顧環保與節能的雙重需求。貴州MM水泥有限公司是貴陽市磷渣水泥技術研發中心所在地,探索嘗試在生料配比中摻加一定比例的黃磷渣,積累了利用黃磷渣生產優質熟料的豐富經驗。MM公司配料中使用黃磷渣后,熟料燒成煤耗有所降低,但回轉窯過渡帶易結浮窯皮,熟料易結塊結粒不均齊分級嚴重,燒成帶窯皮偏厚,過渡帶易結圈等。該公司決定重新選用燃燒器來改變這一狀況。

              1 黃磷渣的選用與存在的問題

              1.1 黃磷渣的選用

              MM公司2500t/d 預分解窯水泥生產線,配置Φ4.0 m×60 m回轉窯和單系列預熱器帶管道式分解爐系統。原采用石灰石、黏土、鐵粉、硅石配料,由于燒成煤耗較高,加之附近有黃磷渣資源,該公司決定選用黃磷渣配制生料。

              黃磷渣主要為水淬渣,是在1400~1600 ℃ 的高溫下形成融熔狀態,再經過水淬冷而得到的產物。黃磷渣呈灰白色,玻璃光澤,具有多孔結構,以非晶質、粒狀渣為主( 玻璃體含量達到80%~90%),具有潛在的活性,其化學主要成分為CaO、SiO2,含有少量的P2O5、CaF2、R2O、CaO+SiO2含量達到73%~85%(見表1),可以作為生料配料中的鈣、硅質校正料使用[1]。

              眾所周知,在生料中摻入適量的磷渣能顯著改善生料的易燒性,加快熟料礦物的形成,C3S1250~1350 ℃范圍內大量生成,并降低熟料中的fCaO含量,既能降低熟料燒成熱耗,又實現了工業廢渣的利用。

              1.2 存在的問題

              該公司熟料煅燒所用燃料系含硫量較高的無煙煤(見表2),揮發分低,著火點高,燃燒速度慢。該公司原窯頭使用單風機配置燃燒器,從表3中可以看出原使用的燃燒器屬于高風量、低風壓、高沖量型燃燒器,火焰易出現黑火頭長、發軟、發飄、火力不集中等現象,影響煤粉燃燒速度和燃盡率。在黃磷渣改善生料易燒性后,這樣的燃燒器更易造成窯皮偏厚偏長、熟料結粒不均齊、燒成帶末端結圈、回轉窯過渡帶結浮窯皮等問題。

              1  黃磷渣的化學成分 %

               

              SiO2

              Al2O3

              Fe203

              CaO

              MgO

              P2O5

              CaF2

              水分

              LOSS

              總和

              37.07

              3.25

              0.48

              46

              1.7

              3.34

              4.01

              13

              6.54

              98.38

               

              2  煤粉的工業分析

              Qnet,ad kcal/kgcl

              Vad %

              Aad %

              Mad %

              FCad %

              細度R0.08mm

              St.ad %

              5700

              7.8-10.5

              27.30

              1.5

              60-65

              <1.5%

              2.3-3.8

               

              2 更換燃燒器

              眾所周知“工欲善其事,必先利其器”。為表2 煤粉的工業分析了在不改變煤質的前提下,適應添加黃磷渣以后的生料的煅燒,MM公司決定更換燃燒器。我公司根據海拔高度(約1200 m)、黃磷渣配料的特性、煤質及現場設備配置狀況,將窯頭燃燒器一次風機由原單風機配置技改為雙風機(見表3),燃燒器頭部參數進行針對性設計(見表4),實物對比見圖1。

              3  燃燒器風機配置對比

              原燃燒器(單風機)

                 中和機電SR4燃燒器(雙風機)

              羅茨風機

              風量/(m3?min-3

              升壓/kPa

              功率/kW

               備注

              羅茨風機  

              風量/(m3?min-3

              升壓/kPa

              功率/kW

              備注

              窯頭送煤風機

              33.7

              49

              45

              窯頭送煤風機

              33.7

               49

              45

              利用原有設備不變

              一次風機(變頻)

              82.9

              29.4

              75

              實際使用45Hz,74.6m3?min-3

              軸流風機一臺

              旋流風機一臺

               

              62

              49

              75

              實際使用29Hz,36m3?min-3

              62

              49

              75

              實際使用39Hz,48.3m3?min-3,

               

                 4 原燃燒器與SR4燃燒器頭部結構參數對比

              對比項目

              結構參數

              性能對比

              原燃燒器

              SR4燃燒器

              原燃燒器

              SR4燃燒器

              風道排布

              由外至內:軸流風,煤風,旋流風,中心風,點火油槍通道,四風道

              由外至內:防磨圈,冷卻風,軸流風,煤風,旋流風,中心風,點火油槍通道,五風道

               

              四通道單旋流

               

              五通道單旋流

              軸流風

              30孔,孔徑11mm

              20孔,孔徑12mm

              單孔孔徑小,軸流風動量不足,對高溫二次風的卷吸力不夠

              單孔孔徑大,有效動量強。增強了高速軸流風對高溫二次風的卷吸引射能力,更多利用高溫二次風,達到提高燃料燃燒速度和燃盡率。

              旋流風

              槽數24,上槽12mm,下槽10mm,角度約32度

               

              槽數22,槽寬12mm, 角度42度

              旋流器角度偏小,旋流強度偏弱,影響煤粉的燃燒速度和燃盡率。

              旋流角度大,增強旋流風對燃料和高溫二次風的攪拌混合能力,增強燃燒器對煤質變化及系統工況變化的適應能力,進一步提高燃料燃燒速度和燃盡率。

              煤風

              利用原有設備,輸送管徑相同,管道內煤粉輸送速度25-30m/s。

              中心風

              孔數30,孔徑6mm

              孔數80 個,孔徑3.5 mm

              冷去頭部,中心供氧,穩定火焰

              冷卻頭部,中心供氧,火焰穩定性更好

              冷卻風

              影響燃燒器頭部使用壽命

              冷卻頭部,延長使用壽命。

              (1)軸流風開孔截面積。按照該窯的實際最高臺時產量、頭煤用量和煤質經驗公式并參考二次風溫,小于1 050 ℃時截面積減少5%~10%,劣質煤和無煙煤軸流風的表壓比煙煤一般高4~5 kPa。針對無煙煤的燃燒特性,軸流風出口面積適當減小,以提高出口風速,增加軸流風卷吸引射高溫二次熱風的能力。軸流風采用若干個圓形小孔的設計,有效動壓高,大推力使整個火焰溫度分布更加均勻,有效地避免了出現過高的火焰溫度峰值溫度。

               

              1 新舊燃燒器頭部實物對比

              (2)旋流風的截面積。一般按照軸流風截面積的60%~80%設計,以火焰收斂性好、旋流風壓力同時可以達到30~45 kPa為適宜。充分考慮煤質變化,提高燃燒器對煤質變化的適應性,旋流風出口面積設計了較寬的調節幅度。

              (3)旋流器角度。我們秉承“一煤一設計, 一窯一修正”的燃燒器設計理念,旋流器角度根據煤質情況以及窯的旋轉方向從而確定角度和旋向, 煙煤比無煙煤和劣質煤角度稍小。針對MM公司使 用的含硫量較高的無煙煤,揮發分低,燃燒速度慢,旋流角度設計為42°,旋流角度大對煤粉的攪拌打散能力強,促使更多的高溫二次溫進入煤粉流內部,彌補了無煙煤燃燒速度慢的缺陷。

              (4)中心風。窯內火焰溫度較高,煤粉的焦渣特性差,中心風孔板的結焦可能性大,可以適當加大中心風的截面積。

              (5)一次風比率。煙煤一次風比率(含煤風)按照12%~15%,無煙煤和劣質煤8%~12%。

              (6)燃燒器火焰推力。燃燒器火焰推力大, 風煤混合好,煤粉燃燒速度快、燃燼率火焰推力8~12 N/MW比較適宜(含煤風)[2]。

              3 應用效果

              新燃燒器投運半年多以來, 窯系統運行穩定,游離鈣合格率提高,熟料強度提高2 MPa,噸熟料標煤耗下降1 kg(見表5);熟料結?;揪?/span>齊致密,無嚴重分級現象;二次風溫提高約50 ℃; 主窯皮長度適宜(見圖2),沒有出現結副厚窯皮現象,無結圈問題。

              5  燃燒器更換后熟料質量對比

              熟料質量

              R3d(Mpa)

              R28d(Mpa)

              噸熟料標煤耗

              Kg/t

              游離鈣合格率(≤1.5%)

               

              熟料結粒

               

              二次風溫℃

              原燃燒器

              30--33

              56--58

               

              115 

              96%

              不均齊,分級嚴重

              1000-1050

              SR4燃燒器

              33--36

              58--60

               

              114

              99%

              基本均齊

              1050-1100

               

               

                 2 SR4燃燒器使用現場窯皮情況

               

              4 結束語

              MM公司原窯頭使用單風機配置燃燒器,屬于高風量、低風壓、高沖量型燃燒器,火焰易出現黑火頭長、發軟、發飄、火力不集中等現象,無法適應生料易燒性改善和含硫量較高的無煙煤的實際情況。我公司據此將燃燒器一次風機由原單風機配置技改為雙風機,并對燃燒器頭部參數進行針對性設計。實踐證明, 燃燒器的設計必須堅持“一煤一設計,一窯一修正”理念,根據企業的設備工藝配置、煤粉質量以及原料等實際情況做針對性的燃燒器設計,才能達到預期效果。

              參考文獻:[1]林波.磷渣配料生產優質水泥熟料形成機理研究[D].武漢:  武漢理工大學,2004.

               [2]靳威,榮紅敏,蔡長明,等. 淺談燃燒器頭部的改造[J].新世紀水泥導報, 2019(6):54-57.(收稿日期:2020-07-5)

               

               

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