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 %

表2  煤粉的工业分析

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

   表4 原燃烧器与SR4燃烧器头部结构参数对比

(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

   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）