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基于黄磷渣配料的回转窑燃烧器的设计与应用

2020-10-27

 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P2O5CaF2R2O、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,C3S1250~1350 ℃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。

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

 

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。

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45Hz74.6m3•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,

 

   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

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。

 

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。

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

 

 

   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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