水泥廠低值煤煅燒

1、水泥廠低值煤煅燒優(yōu)質(zhì)熟料水泥廠低值煤煅燒優(yōu)質(zhì)熟料報告人：齊硯勇副教授報告時間：2013年3月v水泥回轉(zhuǎn)窯作為水泥熟料生產(chǎn)的關(guān)鍵裝備，其具燃料燃燒、氣固換熱、化學(xué)反應(yīng)、物料輸送等多重功能，然而燃料釋放能量的過程是實現(xiàn)其它功能的基礎(chǔ)。隨著國內(nèi)能源供應(yīng)的日益緊張，目前新型干法水泥廠普遍使用的煤炭，價格急速上漲，因此采用劣質(zhì)煤尤其是低熱值煤生產(chǎn)水泥熟料是降低水泥生產(chǎn)成本的必然趨勢。利用劣質(zhì)煤（指無煙煤、貧煤及褐煤）代替優(yōu)質(zhì)煙煤煅燒水泥熟料，雖然可大大降低水泥成本，提高水泥廠的經(jīng)濟效益，但是劣質(zhì)煤尤其是低熱值煤的使用，易引起燒成帶溫度低、飛沙料增多，熟料產(chǎn)、質(zhì)量下降。還可產(chǎn)生灰分沉積及窯內(nèi)液相量的過早出

2、現(xiàn)，引起窯內(nèi)結(jié)圈，結(jié)蛋，磨蝕耐火磚，影響窯內(nèi)通風(fēng)和窯的運行，因此開發(fā)適應(yīng)水泥預(yù)分解窯使用低熱值煤的燃燒器是解決水泥窯生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)熟料的重要措施。v燃燒器與熟料質(zhì)量的關(guān)系燃燒器與熟料質(zhì)量的關(guān)系v使用劣質(zhì)燃料的分析使用劣質(zhì)燃料的分析 v多通道燃燒器的改進多通道燃燒器的改進v采用富氧燃燒采用富氧燃燒大窯熟料v優(yōu)質(zhì)水泥熟料來源于較高含量的硅酸鹽礦物，而硅酸鹽礦物含量的高低與回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的溫度場密切相關(guān)。圖圖1 液相分布富裕區(qū)域的A 礦，尺寸 圖圖2液相分布富裕區(qū)域的A礦，巨大、有一定量地包裹物，明顯的不 尺寸巨大、外形不完整規(guī)則的層環(huán)帶構(gòu)造大窯熟料圖3多孔區(qū)域分布的小堆B礦及尺寸 圖4 多孔區(qū)域分布的小堆B礦

3、及尺寸巨大的A礦晶體浸蝕程度較重 巨大的A礦晶體浸蝕程度較重大窯熟料圖5 A礦晶體邊緣發(fā)生分解，棱角不完整 圖6 大部分A礦晶體發(fā)生分解1%硝酸酒精浸蝕，反光200X 1%硝酸酒精浸蝕，反光200X大窯熟料圖7 集中分布的樹葉狀、手指狀B礦 圖8 集中分布的樹葉狀、手指狀B礦小窯 熟料圖圖1 結(jié)晶規(guī)則的短柱狀結(jié)晶規(guī)則的短柱狀A(yù)礦礦 圖圖2結(jié)晶規(guī)則的短柱狀結(jié)晶規(guī)則的短柱狀A(yù)礦礦 小窯熟料圖3 A礦晶體不規(guī)則，晶體尺寸普遍偏小 圖4 A礦晶體不規(guī)則，晶體尺寸 普遍偏小 圖11 A礦受液相溶蝕，邊緣殘缺不全 圖12 尺寸差異巨大的A礦v因此，只有具有優(yōu)良性能的燃燒器(包括:型式、規(guī)格、設(shè)置部位等)，

4、才能保證喂入窯系統(tǒng)的燃料在燃燒空間內(nèi)與高溫二次空氣迅速混合，及時起火完全燃燒，并按照要求提供充足的熱量，形成一個合理的溫度場及熱工制度，從而使回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)充分發(fā)揮其應(yīng)有的功能，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、長期安全運轉(zhuǎn)，并滿足環(huán)境保護規(guī)定的要求。2.使用劣質(zhì)燃料的分析使用劣質(zhì)燃料的分析v表表1 水泥窯用煤的品質(zhì)要求水泥窯用煤的品質(zhì)要求劣質(zhì)燃料具有以下特點：v(1)著火性能下降。著火性能下降燃燒穩(wěn)定性降低 燃燒穩(wěn)定性降低燃盡性能 燃燒特性v可燃性指數(shù) RTECdTdWexp22max2MAXiiRd WdWdW dTEd TdTdWTdTv著火穩(wěn)燃特性指數(shù) maxmax5606500.27widWRTTd

5、Tv燃盡特性指數(shù) v式中，f1為初始燃盡率，為著火點對應(yīng)的失重量與煤種可燃質(zhì)含量的比值，即溫度為Ti時的轉(zhuǎn)化率，反映了揮發(fā)分、著火特性的影響，值越大，煤的可燃性越好。f2為后期燃盡率，其表達式為0.98-f1，反映了煤中碳的燃盡性能，與含碳量、碳的存在形態(tài)等煤質(zhì)特性有關(guān)，值越大，燃盡性能越好。 22()()iiuuuv射流的一般特性v射流的卷吸系數(shù)式中 為射流半角。 卷吸系數(shù)E 越大，表明周圍流體被卷吸到射流中的量越大。這一點對回轉(zhuǎn)窯煤粉燃燒器相當(dāng)重要，卷吸系數(shù)E 越大，說明能夠卷吸的高溫二次風(fēng)越多，節(jié)能效果越顯著。 .xxxd m tgEtgm dxv湍流強度 湍流強度越大，對空氣與煤粉的混

6、合就越均勻和充分，進而會使煤粉的燃燒速度越快，對低質(zhì)煤的燃燒就越有利。用表示湍流的軸向分量，用表示湍流的橫向分量，對平面射流，則可表示成下式：22()()iiuuu式中 和 分別表示在i點u和v的瞬時值。在圓形射流中， 是軸向的均方根脈動速度分量， 是徑向的均方根脈動速度分量。iuiuv圓環(huán)形射流與同軸射流圖1 圓環(huán)形射流與同軸射流圖2 圓環(huán)形射流與同軸射流v射流的外部回流 當(dāng)一次風(fēng)量大了之后，外回流量便減小，而這個外回流量對回轉(zhuǎn)窯來說是非常重要的，這也是旋流式四風(fēng)道煤粉燃燒器的一個優(yōu)點。一次風(fēng)量小，便使外回流量增大，對煤粉燃燒非常有利，尤其對低質(zhì)煤的應(yīng)用有更重要意義。v旋轉(zhuǎn)射流 旋轉(zhuǎn)射流可以

7、增加火焰的穩(wěn)定性和燃燒強度，形成一種更短更闊的火焰。軸向回流旋渦使燃燒著的煙氣反向流回到燃燒器噴口附近，在煤粉著火之前就被卷吸到其中，可以提高預(yù)熱溫度，所以著火的穩(wěn)定性更高。同時降低氧含量，可以減少NOx有害氣體的生成。 對旋轉(zhuǎn)射流，一個非常重要的參數(shù)就是旋流數(shù)，用S表示，即：圖1 在旋流度S=1.57時旋轉(zhuǎn)射流中內(nèi)部回流漩渦的流線v直流風(fēng)速度變化對燃燒器流場的影響 圖圖4直流風(fēng)速度為直流風(fēng)速度為300m/s時出口時出口5m的的 圖圖5直流風(fēng)速度為直流風(fēng)速度為250m/s時出口時出口5m 速度場速度場 的速度場的速度場 v旋流風(fēng)速度對燃燒器氣相流動的影響 圖圖6旋流風(fēng)速為旋流風(fēng)速為160m/s

8、時的速度矢量時的速度矢量 圖圖7旋流風(fēng)度為旋流風(fēng)度為200m/s時的速度矢量時的速度矢量v旋流風(fēng)角度對燃燒器氣相流動的影響 圖圖8旋流角為旋流角為20時的速度矢量圖時的速度矢量圖 圖圖9旋統(tǒng)角為旋統(tǒng)角為30時的速度矢量圖時的速度矢量圖圖9是PYRO-JET燃燒器外風(fēng)速度為150,200,250,300,350 m/、時卷吸率隨射程變化規(guī)律，結(jié)果表明:卷吸率總是隨著外風(fēng)速度的提高而提高。但是，當(dāng)外風(fēng)速度從300 m/ s升高到350 m/ s時，其卷吸率整體變化較小。因此，本文認(rèn)為該類燃燒器的外風(fēng)操作速度宜控制在300 m/ s左右時為最佳。 當(dāng)燃燒無煙煤時，煤粉自噴煤器噴出后，著火點的位置明顯

9、偏后，黑火頭長度近似是優(yōu)質(zhì)煙煤的兩倍多(3.3m左右)，而貧煤的著火位置與煙煤比較接近(1.lm左右)。隨著煤質(zhì)變差，燃燒火焰核心區(qū)域(煙氣溫度高于1800區(qū)域)的軸向長度明顯加人，如無煙煤的燃燒火焰核心區(qū)的軸向長度約為35d，而燃燒煙煤時約為12d，貧煤與煙煤在火焰核心區(qū)內(nèi)的溫度分布也存在明顯的差異( 20d)?；鹧婧诵膮^(qū)拉長，表明火焰的熱力強度降低。煤質(zhì)變差時，煙氣的初始升溫速率較小，如燃燒無煙煤時，煙氣溫度從500660升溫到1750所需窯長約為13d，而煙煤最多不會超過2. 5d;燃燒后期，無煙煤的煙氣溫度變化仍不斷地進行，而煙煤的溫度變化就相對減弱。總之，無煙煤的燃燒過程相對比較平緩

10、。在煤粉燃燒器出口附近，由于運動的不穩(wěn)定性，使得旋渦的軸線不斷來回波動，其回流區(qū)域和回流量如圖11所示，回流量是回流區(qū)中的回流體積流量與一次風(fēng)體積流量之比。由圖可見，回流區(qū)的長度大約為0.6d，與一般燃燒器的黑火頭長度基本相當(dāng)，由此可以粗略地看出回流區(qū)在煤粉點火及火焰穩(wěn)定中所起的作用;回流量的最大體積流量約為一次風(fēng)量的4.5%左右，一般來說回流量的大小是煤粉燃燒器設(shè)計中需要重點考慮的參數(shù)，尤其是用于燃燒劣質(zhì)煤的煤粉燃燒器該點更為重要，回流量太小，影響燃燒的穩(wěn)定性，回流量太大，易于燒壞噴嘴及產(chǎn)生不必要的動壓損失，甚至根本不能用。圖圖12 奧地利奧地利 雙通道噴煤管雙通道噴煤管 圖圖13 史密斯新型雙調(diào)節(jié)伸縮式史密斯新型雙調(diào)節(jié)伸縮式Duoflex噴煤管噴煤管 v 煤粉富氧直接點火時噴嘴必須具備良好的回流區(qū)，以卷吸高溫?zé)煔夥€(wěn)定煤粉氣流著火。但在正常熱態(tài)運行時，則需要開啟夾心風(fēng)以防止燒壞噴口，因此設(shè)置夾心風(fēng)的主要作用即破壞噴嘴回流區(qū)，延遲煤粉氣流著火，把鈍體尾部高溫區(qū)域向遠(yuǎn)離噴嘴方向推移，從而保護噴口。煤粉富氧燃燒和直接點火的意義總體上表現(xiàn)為節(jié)能和環(huán)保兩個方面。和傳統(tǒng)的燃燒相比，富氧燃燒由于氧濃度的提