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2020-10-27
摘 要 某2500t/d水泥生产线生料配料中使用黄磷渣,对于提高生料易烧性、提高熟料强度、降低热耗起到很好的作用,但也存在着回转窑过渡带易结浮窑皮,熟料易结块结粒不均齐分级严重,烧成带窑皮偏厚,过渡带易结圈等现象。根据添加黄磷渣以后生料的煅烧特性和所使用的煤质情况,燃烧器一次风机由原单风机配置技改为双风机,燃烧器头部参数进行针对性设计。起用新的燃烧系统后,窑系统运行稳定,没有结圈结浮厚窑皮,熟料结粒基本均齐致密,熟料强度提高,吨熟料煤耗下降。
关键词 黄磷渣 SR4燃烧器 设计 熟料 煤耗
0 引言
近年来,随着可持续发展规划的不断深化,环保节能理念深入人心,水泥生产技术人员积极响应充分利用工业废渣生产优质熟料,不仅能够降低生产成本,而且能够提高资源利用率,减轻生态环境污染,兼顾环保与节能的双重需求。贵州MM水泥有限公司是贵阳市磷渣水泥技术研发中心所在地,探索尝试在生料配比中掺加一定比例的黄磷渣,积累了利用黄磷渣生产优质熟料的丰富经验。MM公司配料中使用黄磷渣后,熟料烧成煤耗有所降低,但回转窑过渡带易结浮窑皮,熟料易结块结粒不均齐分级严重,烧成带窑皮偏厚,过渡带易结圈等。该公司决定重新选用燃烧器来改变这一状况。
1 黄磷渣的选用与存在的问题
1.1 黄磷渣的选用
MM公司2500t/d 预分解窑水泥生产线,配置Φ4.0 m×60 m回转窑和单系列预热器带管道式分解炉系统。原采用石灰石、黏土、铁粉、硅石配料,由于烧成煤耗较高,加之附近有黄磷渣资源,该公司决定选用黄磷渣配制生料。
黄磷渣主要为水淬渣,是在1400~1600 ℃ 的高温下形成融熔状态,再经过水淬冷而得到的产物。黄磷渣呈灰白色,玻璃光泽,具有多孔结构,以非晶质、粒状渣为主( 玻璃体含量达到80%~90%),具有潜在的活性,其化学主要成分为CaO、SiO2,含有少量的P2O5、CaF2、R2O、CaO+SiO2含量达到73%~85%(见表1),可以作为生料配料中的钙、硅质校正料使用[1]。
众所周知,在生料中掺入适量的磷渣能显著改善生料的易烧性,加快熟料矿物的形成,C3S在1250~1350 ℃范围内大量生成,并降低熟料中的fCaO含量,既能降低熟料烧成热耗,又实现了工业废渣的利用。
1.2 存在的问题
该公司熟料煅烧所用燃料系含硫量较高的无烟煤(见表2),挥发分低,着火点高,燃烧速度慢。该公司原窑头使用单风机配置燃烧器,从表3中可以看出原使用的燃烧器属于高风量、低风压、高冲量型燃烧器,火焰易出现黑火头长、发软、发飘、火力不集中等现象,影响煤粉燃烧速度和燃尽率。在黄磷渣改善生料易烧性后,这样的燃烧器更易造成窑皮偏厚偏长、熟料结粒不均齐、烧成带末端结圈、回转窑过渡带结浮窑皮等问题。
表1 黄磷渣的化学成分 %
SiO2 | Al2O3 | Fe203 | CaO | MgO | P2O5 | CaF2 | 水分 | LOSS | 总和 |
37.07 | 3.25 | 0.48 | 46 | 1.7 | 3.34 | 4.01 | 13 | 6.54 | 98.38 |
表2 煤粉的工业分析
Qnet,ad kcal/kgcl | Vad % | Aad % | Mad % | FCad % | 细度R0.08mm | St.ad % |
5700 | 7.8-10.5 | 27.30 | 1.5 | 60-65 | <1.5% | 2.3-3.8 |
2 更换燃烧器
众所周知“工欲善其事,必先利其器”。为表2 煤粉的工业分析了在不改变煤质的前提下,适应添加黄磷渣以后的生料的煅烧,MM公司决定更换燃烧器。我公司根据海拔高度(约1200 m)、黄磷渣配料的特性、煤质及现场设备配置状况,将窑头燃烧器一次风机由原单风机配置技改为双风机(见表3),燃烧器头部参数进行针对性设计(见表4),实物对比见图1。
表3 燃烧器风机配置对比
原燃烧器(单风机) | 中和机电SR4燃烧器(双风机) | ||||||||
罗茨风机 | 风量/(m3•min-3) | 升压/kPa | 功率/kW | 备注 | 罗茨风机 | 风量/(m3•min-3) | 升压/kPa | 功率/kW | 备注 |
窑头送煤风机 | 33.7 | 49 | 45 | 窑头送煤风机 | 33.7 | 49 | 45 | 利用原有设备不变 | |
一次风机(变频) | 82.9 | 29.4 | 75 | 实际使用45Hz,74.6m3•min-3 | 轴流风机一台 旋流风机一台
| 62 | 49 | 75 | 实际使用29Hz,36m3•min-3 |
62 | 49 | 75 | 实际使用39Hz,48.3m3•min-3, |
表4 原燃烧器与SR4燃烧器头部结构参数对比
对比项目 | 结构参数 | 性能对比 | ||
原燃烧器 | SR4燃烧器 | 原燃烧器 | SR4燃烧器 | |
风道排布 | 由外至内:轴流风,煤风,旋流风,中心风,点火油枪通道,四风道 | 由外至内:防磨圈,冷却风,轴流风,煤风,旋流风,中心风,点火油枪通道,五风道 |
四通道单旋流
| 五通道单旋流 |
轴流风 | 30孔,孔径11mm | 20孔,孔径12mm | 单孔孔径小,轴流风动量不足,对高温二次风的卷吸力不够 | 单孔孔径大,有效动量强。增强了高速轴流风对高温二次风的卷吸引射能力,更多利用高温二次风,达到提高燃料燃烧速度和燃尽率。 |
旋流风 | 槽数24,上槽12mm,下槽10mm,角度约32度
| 槽数22,槽宽12mm, 角度42度 | 旋流器角度偏小,旋流强度偏弱,影响煤粉的燃烧速度和燃尽率。 | 旋流角度大,增强旋流风对燃料和高温二次风的搅拌混合能力,增强燃烧器对煤质变化及系统工况变化的适应能力,进一步提高燃料燃烧速度和燃尽率。 |
煤风 | 利用原有设备,输送管径相同,管道内煤粉输送速度25-30m/s。 | |||
中心风 | 孔数30,孔径6mm | 孔数80 个,孔径3.5 mm | 冷去头部,中心供氧,稳定火焰 | 冷却头部,中心供氧,火焰稳定性更好 |
冷却风 | 无 | 有 | 影响燃烧器头部使用寿命 | 冷却头部,延长使用寿命。 |
(1)轴流风开孔截面积。按照该窑的实际最高台时产量、头煤用量和煤质经验公式并参考二次风温,小于1 050 ℃时截面积减少5%~10%,劣质煤和无烟煤轴流风的表压比烟煤一般高4~5 kPa。针对无烟煤的燃烧特性,轴流风出口面积适当减小,以提高出口风速,增加轴流风卷吸引射高温二次热风的能力。轴流风采用若干个圆形小孔的设计,有效动压高,大推力使整个火焰温度分布更加均匀,有效地避免了出现过高的火焰温度峰值温度。
图1 新旧燃烧器头部实物对比
(2)旋流风的截面积。一般按照轴流风截面积的60%~80%设计,以火焰收敛性好、旋流风压力同时可以达到30~45 kPa为适宜。充分考虑煤质变化,提高燃烧器对煤质变化的适应性,旋流风出口面积设计了较宽的调节幅度。
(3)旋流器角度。我们秉承“一煤一设计, 一窑一修正”的燃烧器设计理念,旋流器角度根据煤质情况以及窑的旋转方向从而确定角度和旋向, 烟煤比无烟煤和劣质煤角度稍小。针对MM公司使 用的含硫量较高的无烟煤,挥发分低,燃烧速度慢,旋流角度设计为42°,旋流角度大对煤粉的搅拌打散能力强,促使更多的高温二次温进入煤粉流内部,弥补了无烟煤燃烧速度慢的缺陷。
(4)中心风。窑内火焰温度较高,煤粉的焦渣特性差,中心风孔板的结焦可能性大,可以适当加大中心风的截面积。
(5)一次风比率。烟煤一次风比率(含煤风)按照12%~15%,无烟煤和劣质煤8%~12%。
(6)燃烧器火焰推力。燃烧器火焰推力大, 风煤混合好,煤粉燃烧速度快、燃烬率高火焰推力8~12 N/MW比较适宜(含煤风)[2]。
3 应用效果
新燃烧器投运半年多以来, 窑系统运行稳定,游离钙合格率提高,熟料强度提高2 MPa,吨熟料标煤耗下降1 kg(见表5);熟料结粒基本均齐致密,无严重分级现象;二次风温提高约50 ℃; 主窑皮长度适宜(见图2),没有出现结副厚窑皮现象,无结圈问题。
表5 燃烧器更换后熟料质量对比
熟料质量 | R3d(Mpa) | R28d(Mpa) | 吨熟料标煤耗 Kg/t | 游离钙合格率(≤1.5%) |
熟料结粒 |
二次风温℃ |
原燃烧器 | 30--33 | 56--58 |
115 | 96% | 不均齐,分级严重 | 1000-1050 |
SR4燃烧器 | 33--36 | 58--60 |
114 | 99% | 基本均齐 | 1050-1100 |
图2 SR4燃烧器使用现场窑皮情况
4 结束语
MM公司原窑头使用单风机配置燃烧器,属于高风量、低风压、高冲量型燃烧器,火焰易出现黑火头长、发软、发飘、火力不集中等现象,无法适应生料易烧性改善和含硫量较高的无烟煤的实际情况。我公司据此将燃烧器一次风机由原单风机配置技改为双风机,并对燃烧器头部参数进行针对性设计。实践证明, 燃烧器的设计必须坚持“一煤一设计,一窑一修正”理念,根据企业的设备工艺配置、煤粉质量以及原料等实际情况做针对性的燃烧器设计,才能达到预期效果。
参考文献:[1]林波.磷渣配料生产优质水泥熟料形成机理研究[D].武汉: 武汉理工大学,2004.
[2]靳威,荣红敏,蔡长明,等. 浅谈燃烧器头部的改造[J].新世纪水泥导报, 2019(6):54-57.(收稿日期:2020-07-5)
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