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关于窑头燃烧器调节的思考

2020-03-04

特立并非独行,标新并非立异

——关于窑头燃烧器调节的思考

摘要:从水泥熟料煅烧的特点出发,结合现阶段回转窑用燃烧器的结构特点及其性能,提出一种改善水泥熟料煅烧燃烧器使用性能的观念。希望能进一步提高熟料烧成系统的可预见性、可控性、高效性和稳定性,实现水泥熟料智能化、标准化、低能耗和低污染、更绿色的生产。

关键词:回转窑燃烧器、煤粉燃烧器、智能化燃烧器、内外风、火焰。

0 引言

即使不是厨师,我们很多人都知道“火候”对于中国菜的重要性。窑头燃烧器对窑内熟料的煅烧更是有着举足轻重的作用[1],其性能好坏及调整是否合理直接影响窑内的煅烧情况以及窑衬的使用寿命。合理调整燃烧器的外风、内风和中心风的蝶阀开度,提高煤粉着火前区域局部煤粉浓度,加强燃烧器高温气体的回流,强化一次风充分混合,达到完全燃烧。但必须注意,内风不能调整太大,否则可能导致煤粉在着火前就已被稀释,这样反倒不利于着火,或者可能引起高温火焰,冲刷窑皮,导致窑皮脱落,不利于保护耐火砖;内风也不能调整过小,否则煤粉着火后不能很快与空气混合,就会导致煤粉反应速率降低,引起大量的一氧化碳不能及时地氧化成二氧化碳,造成窑内还原气氛。另外,外风也不宜调整过大,否则会造成烧成带火焰后移,窑内窑尾部分结厚窑皮或在过渡带附近出现结圈、结蛋现象;外风也不要太小,否则不能产生强劲的火焰,不利于煅烧出好质量的熟料。

1 窑头燃烧器的现状

目前绝大部分燃烧器的内外风截面积大小、旋流角度大小及风压都可以实现无极调节,这样的设计理念都是很好的,而且在设计上都基本满足回转窑不同煤质的燃烧和熟料煅烧要求。但是不知道是出于技术保密的考虑,还是技术本身或试验条件受限的原因,目前还没有哪一家把燃烧器的使用说明书细化到针对不同煤质的详细操作调整。时常会出现燃烧器刚投入使用时,在燃烧器厂家的指导下能取得较好的效果。当燃烧器厂家离开后,特别是在原燃材料发生变化后,由于窑况会随之变化,此前调整好的燃烧器使用起来就会出现不适应的情况。而水泥熟料生产企业的技术人员势必要对燃烧器进行调整,然而在不熟悉燃烧器使用性能,又没有明确的操作调整说明的情况下,往往通过摸索的方式进行调整。有经验丰富的操作技术人员的工厂,影响不是太大,而经验不足的工厂,这就可能对熟料的产质量产生严重的影响,甚至影响耐火材料及设备的使用寿命和安全运行。这或许是目前大部分水泥熟料生产企业存在的通病,而且是痛点之一!这在某种程度上也是燃烧器市场竞争的结果,也可能是燃烧器技术的瓶颈。无论是哪一种情况,燃烧器生产厂家,都不没有把详细的操作说明书给使用方,而使用方的操作技术人员主要是通过摸索的方式来应付这一问题。这种情况对于燃烧器使用企业来说,这是有百害而无一利的。

燃烧器使用说明书的操作调整方法,往往也都是模糊的、模棱两可的。比如:加大外风,火焰细长;加大旋流风,火焰短粗。某些厂家的产品简单的这样说明:一、挥发分大于22%,低位发热量小于5300Kcal/kg的劣质煤(这不属于劣质煤的范畴)时,需要注意:1、把内旋流风出口面积调至最大;2、相应减小轴流风开度;3、适当降低煤粉细度。二、当使用低挥发分煤或无烟煤时,需要注意:1、煤粉细度小于5%80微米筛余);2、减少内旋流风门开度或出口面积,内旋流风风翅往后退10-30毫米;3、适当增加送煤风;4、适当增加高温风机拉风,同时减小三次风门,加大要内风速,分解炉高温控制;5、想方设法提高二次风温。

从这样的使用说明中,我们会发现一些表述不当,或者说与实际生产情况不符,大部分部分也是使用模棱两可的“适当”二字,没有有一个量化的标准,这对水泥熟料生产企业的指导性是很差的。

2 燃烧器操作调节的认识误区

【在普通人的认识中,烟煤的火焰长,无烟煤的火焰短;风大火焰长,风小火焰短。】燃烧器厂家和大多数操作者应该不是这样的观点。这是基于很多普通的家庭都使用过炉子,他们知道把炉子底部掏空后,炉子不但燃烧很旺,而且火焰会拉长。特别是在烧烟煤时,火焰会更长。这种现象对于笔者刚刚接触回转窑的时候产生过一定的影响。而在使用过电火焊的人的认识里,风(氧气)越大,火焰越短,温度也越高,而且正常使用时氧气压力是乙炔压力的两倍以上,这个现象在笔者接触回转窑十年时开始思考燃烧器火焰与煤质和风压的关系,并逐步应用于生产。从这两个不同的现象可以看出,前后似乎存在明显的矛盾。但这必然不是假象,只是我们的认识不同,思维角度和深度不同而已。因此,在窑头燃烧器的操作调整上,大部分人会以前者为模型,少部分以后者为模型。因此,增加燃烧器外风压力(风速)会使火焰细长,增加内旋风压力(风速)会使火焰粗短的理论,在此是否就不攻自破了呢?笔者认为,增加燃烧器外风压力(风速),火焰会细不会长;增加内旋风压力(风速)火焰会粗不会短!因为,氧气乙炔割枪的调节方式与燃烧器较接近,而且我们大部分生产人员都接触过。而实际上普通家庭使用的炉子,增加炉内通风火焰长度增加,其实增加的那也是内风,家用炉子并没有外风。当然,这也并非一定是正确的,毕竟煤粉的燃烧特性比乙炔要复杂得多,使用条件也不同。这就需要燃烧器厂家用科学合理的试验数据进行论证和验证!燃烧器内、外风的调节对火焰的影响要综合多方面的因素来看,不能单纯的看某一方面,特别是有的燃烧器是一台助燃风机,有的内风和外风是两台风机单独供风,调节的结果是不一样的。

3 燃烧器发展的趋势

在水泥熟料生产企业,为了提高熟料产质量,降低煤耗,特别是即将面向自动化、智能化生产的今天,我们所希望的燃烧器使用操作说明书应该是清清楚楚,明明白白的,达到准确描述,精准控制。那么,水泥熟料生产企业最希望的燃烧器操作说明书应该达到什么要求呢?笔者认为,应该根据不同的煤质,对燃烧器的操作调整有详细明确的操作方法。如:根据回转窑的燃烧火焰的长度、粗细及温度分布等要求和窑内通风风速的特点,针对不同煤质(或者燃烧特性),通过科学合理的试验方法,确定每一个技术参数后,编制出相应的具体的操作调整参数及方法,并对窑内火焰形状的长度、粗细及温度分布状况有一个比较准确的描述。燃烧器的操作调整方法表述可以用表格的形式,如表一、表二、表三

表一 挥发分大于25%热值不同的煤粉

序号

挥发分

低位发热量

煤粉细度要求

外流风截面积

外轴流风压力

内轴流风截面积

内轴流风压力

火焰长度

火焰直径

火焰最高温度

火焰最高温度位置

1

4600

2

4800

表二 挥发分20%25%热值不同的煤粉

序号

挥发分

低位发热量

煤粉细度要求

外轴流风截面积

外轴流风压力

内轴流风截面积

内轴流风压力

火焰长度

火焰直径

火焰最高温度

1

5800

2

5600

表三 挥发分15%20%热值不同的煤粉

序号

挥发分

低位发热量

煤粉细度要求

外轴流风截面积

外轴流风压力

内轴流风截面积

内轴流风压力

火焰长度

火焰直径

火焰最高温度

1

4800

2

5000

……

以前,燃烧器生产厂家没有做到这样的精细化,那是因为水泥行业仍然处于粗放型,水泥熟料生产企业对于燃烧器的使用要求也存在本末倒置的情况,重点在于窑系统的技术和操作人员。然而面对今天的精细化、精益化管理,特别是大数据应用,越来越多的水泥企业即将面向更加完备的自动化、智能化。如果窑头燃烧不能进一步的实现精准的智能化和标准化控制,不仅仅是关系水泥熟料生产企业能耗高低、系统工况是否高效和产质量是否可控的问题,而且将可能决定燃烧器生产厂家的生存和发展空间。当窑头燃烧器达到精确控制后,水泥熟料生产企业可以根据自身的煤质情况准确控制窑头火焰形状、温度分布,并根据生料成分进行微调,从而提高整个烧成系统运行可预见性、可控性、高效性和稳定性。

燃烧器实现精准的智能化和标准化一直是很多燃烧器生产企业的目标和方向。如果说明书里对燃烧器的操作标准过于细化,往往反而会误导操作者。因为实际很多燃烧器、窑型、煤质等等系统参数都一样的生产线,在最佳生产状况下燃烧器的使用参数(如一次风量、内外风的压力、位置等参数)是不一样的。

4、结束语

笔者提出上述观点,并非是要特立独行,标新立异。因为,无论是燃烧器生产厂家,还是水泥熟料生产企业,我们的目标都是一致的,那就是为了我们自己的饭碗,为了我们的事业,为了节约社会资源减少碳排放,我们有责任和义务为进一步提高燃烧器的使用性能不懈努力。从而提高熟料烧成系统的可预见性、可控性、高效性和稳定性,实现水泥熟料智能化、标准化、低能耗和低污染的生产。在水泥熟料生产系统还没有进入“悬浮流化床煅烧、水泥熟料生产实现低温合成、或熟料阳离子交代烧成技术[2]的时代”,即使已经开启了这一时代的大门,要淘汰全国甚至全世界现有的水泥熟料生产线,那也至少需要10年以上的时间。因此,谁在最短的时间内生产出标准化和智能化控制的燃烧器,谁将可能成为未来几年内燃烧器制造界的王者。

 

参考文献:

  1. 金龙.窑头燃烧器对窑内熟料的煅烧更是有着举足轻重的作用[E].互联网,2015.

  2. 贾华平.水泥生产的中庸之道[M].中国建材工业出版社.2014.

     

     

     

 

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