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2020-07-28
该线回转窑规格为 Φ5.0m×72m,逆时针旋转(从窑头向窑尾看),斜度 3.5%,采用双列五级低压损旋风预热器和在线式 Φ7 500mm 分解炉。 生料的化学成分及率值见表 1,熟料化学成分、率值及矿物组成见表 2,采用的混合煤的工业分析见表 3。
表 1 2015 年 4~5 月入窑生料化学成分及率值平均值
表 2 2015 年 4~5 月熟料化学成分、率值及矿物组成平均值
化学成分/% | 率值 | 矿物组成/% | |||||||||||||
LOI | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | KH | KH- | SM | IM | C3S | C2S | C3A | C4AF | f-CaO |
0.3 | 21.72 | 5.17 | 3.55 | 65.78 | 2.09 | 0.47 | 0.915 | 0.894 | 2.49 | 1.46 | 56.16 | 19.92 | 7.71 | 10.79 | 1.31 |
表 3 煤工业分析
Mad /% | Vad /% | Aad /% | FCad /% | St.ad /% | Qnet.ar /(kJ/kg) |
≤2 | 11~16 | ~25 | ~58 | ≤1 | 23442~23860 |
改造前窑系统设计熟料产量 5 000t/d, 实际产量约 5 700t/d, 窑转速 3.6 ~4.0r/min, 入窑斗式提升机电流 220A 左右(双驱动)。 正常情况下投料量在350~370t/h。 烧成带窑皮偏长到 28m,筒体温度多处有局部高温点,烧成带筒体温度最高 360℃。窑电流平均值在 456A, 偏低; 二次风温在 1 020℃以下, 偏低。原燃烧器黑火头偏长,一般在 0.6~1.0m。熟料升重约 1 170g/L, f-CaO 含量在 0.65%~1.95% 范围内波动, 合格率 85% 左右(f-CaO≤1.5%),C3S 含量在52% ~58% 之间波动较大,3d 抗压强度约 30MPa,28d 抗压强度约 58 MPa。平均熟料热耗在 3 160kJ/kg。窑头风机参数: 外风风机风量 92m3/min, 风压49.0kPa, 电动机功率 110kW( 变频); 内风风机风量
67m3/min, 风压 49.0kPa, 电动机功率 90kW( 变频); 送煤风机风量 83.3m3/min, 风压 68.6kPa, 电动机功率 160kW。
2 重新设计的燃烧器与旧燃烧器对比
新旧燃烧器参数对比见表 4,新设计燃烧器端面结构见图
5)两齿辊间距离大小决定了成品的出料粒度,设备选型时应予以注意,本项目二级破碎机的齿间隙为50mm,略微偏大。
表 4 新旧燃烧器参数对比
序号 | 设计参数 | 原燃烧器 | 新设计燃烧器 |
1 |
轴流风 | 20-Φ18mm, 出口截面积 5 087mm2。 正常生产现场表压 44kPa。 端面出口风速估算在 264m/s 左右。 估算需要一次风机风量 80.6m3/min。 罗茨风机生产使用频率 43.8Hz | 28-Φ14mm,出口面积 4 308mm2,一般运行表压 48kPa,端面出口风速估算在 278m/s, 需要一次风机风量 71.9m3/min,罗茨风机一般在 39Hz 运行 |
2 |
旋流风 |
旋流器在零位时:外径 Φ264mm, 内径 Φ254mm, 出口面积 4 066mm2, 实测旋流角度 30°, 火焰扩散角 19°, 运行压力 39kPa,估算风速 248m/s,需要罗茨风机风量 41.8m3/min | ①外旋 54×9mm×6mm=2 916mm2,可调旋流角设计,角度 14° ~42°,每 5mm 变化 4°,现用 18°,生产在用 10kPa 表压,可以冷却燃烧器头部,需要一次风机风量 21.4m3/min ②内旋流器在零位时: 外径 Φ186mm, 内径 Φ178mm, 出口面积 2 286mm2,旋流角度 36°,运行压力 50kPa,估算端面出口风速 264m/s,需要罗茨风机风量 19m3/min |
3 |
中心风 | 40-Φ5.4mm,出口面积 915mm2,5kPa 表压时,需要一次风机内风风量 3.9m3/min | 60-Φ5mm,出口面积 1 177mm2,表压 4kPa,需要一次风机内风风量 3.9m3/min |
4 | 送煤风 | 28.6m/s | 25.4m/s |
5 | 拢焰罩长度 | 15mm | 10mm |
6 | 一次风率 | 16.2% | 15.6% |
7 |
旋流数 |
估算阻塞系数 0.398,旋流数在 0.883 左右 | 估算内旋阻塞系数 0.472, 旋流数为 1.19, 外旋流阻塞系数 0.606,旋流数为 0.8 |
8 | 火焰推力 (未含送煤风) |
9.38N/MW,偏高 |
8.4N/MW,较合理(加上送煤风推力在 9.2N/MW) |
图 1 新设计燃烧器端面结构
3 新燃烧器主要设计参数说明
1.轴流风开孔截面积
按照该窑实际最高台时产量、头煤用量和煤质经验公式确定轴流风开孔面积,并参考二次风温,小于1050℃时截面积减少 5%~10%。 劣质煤和无烟煤轴流风的表压设计时比一般烟煤高 4~5kPa。
2.旋流风截面积
一般按照轴流风面积的 70%~80%设计。 以火焰收敛性好、 旋流风压力可以同时提高到 38~45kPa 为优。 本项目为适应混合煤质的分段燃烧特性,设计为双旋流结构形式, 分别位于煤粉通道的内侧和外侧。内侧旋流风为可调面积形式,外旋流风为可调旋流角度形式。 内旋流风因出口直径小,加大了旋流角度到36°设计,同时采用了扩散锥设计,通过调节内旋流器在内筒前后位置改变出口速度,以改变旋流强度调节火焰形状。外侧旋流风可调节角度范围在 14°~42°,极大地适应了煤质波动和工况的变化。 煤粉通过内外双旋流风的充分混合, 头煤的燃尽率得到了很大提高,
黑火头明显缩短。
3.中心风
考虑到该线生料易烧性差,熟料升重偏低,窑前火焰强度要求较高,中心风孔板结焦可能比较快。 加大了中心风截面积设计。
4.燃烧器端面送煤风速
将燃烧器出口送煤风速降低了 12.5%,有利于燃烧器黑火头的缩短和提高烧成温度。 燃烧器出口送煤风速一般按照 22~28m/s 设计。
5.拢焰罩长度
轴流风风速大于 250m/s 后, 拢焰罩长度一般按照 10~20mm 设计。 缩短拢焰罩有利于增加轴流风对周围二次热风的卷吸,增加二次热风的利用,以提高二次风温,进而提高煤粉的燃尽率,有利于降低热耗。
6.一次风率
考虑了头煤实际使用时可能有 5%~10%的计量误差,烟煤一般按照 12%~13%设计,无烟煤和劣质煤按照 10%~12%设计, 一次风率计算时包括了送煤风量。
7.旋流数
按照襄阳中和机电技术有限公司 17 年燃烧器实际运行值,取值在 0.66~0.9 范围内,尽量不超过 1.2, 计算旋流数时考虑了叶片的阻塞系数。
8.火焰推力
含送煤风一般在 9~10N/MW,不含送煤风推力在8.2~9.0N/MW,才能保证火焰的刚度。
4 生产调试
1.燃烧器中心与窑交点位置的确定。 安装后冷态通过激光找正,打在窑内 64m 居中位置。 投料后根据熟料结粒稍大的情况,燃烧器头部又抬高了 30mm,抬高后,窑前亮度进一步提高,熟料 f-CaO 含量下降了0.2%。
2.新燃烧器于 2015 年 10 月 5 日开始投入使用, 正常投料后,操作员感到火焰刚劲有力,黑火头同比缩短了约 750px,二次风温同比提高了 30~50℃,顶料煅烧的能力有所增强。
3.提高一次风压,适当降低一次风率,减少入窑冷风,降低煤耗。 燃烧器一次风率下降 0.6%,轴流风表压提高 4kPa,旋流风表压提高 11kPa。国内新型干法窑一次风机出口压力经历了29.4kPa、39.4kPa、49kPa 和 58kPa 四个阶段。 当内外风压力大于 50kPa 时,燃烧器方孔设计的内外风出风口一般都磨损严重, 使其连续使用寿命一般不超过3~6 个月。 后期损坏后,燃烧器性能下降,窑皮增厚, 影响到熟料质量,而且,内外风压力同时超过 50kPa 后,火焰内外回流都十分强烈,窑筒体温度往往超过340℃,吨熟料的热耗和 NOx 排放量都升高,提高了熟料的生产成本。
煤粉在窑内燃烧分三个阶段: 水分的蒸发和煤粉加热到燃点;挥发分的着火和煤粉焦炭的燃烧;焦渣颗粒的燃尽。 第三个阶段要求煤粉在窑内有足够的飞行时间, 即燃烧器具有足够的火焰推力 (大于9N/MW), 才不会在烧成带尾端形成偏厚的窑皮。
2016 年春节检修时进窑检查, 窑内窑皮最厚处不超过 875px。
4.适当降低高温风机转速。 襄阳中和机电技术有限公司通过对燃烧器结构参数的不断优化, 数据模型与窑况的对应关系不断改进, 高风速卷吸的高温二次风量增多, 二次风温从火焰的外部和中心区同时回流, 煤粉燃烧充分,CO 含量降低。 在同样窑台时产量下, 可以降低高温风机转速, 降低烧成系统的热耗。 参考该线原来的热工标定数据, 高温风机废气带走热在 22%左右。 按照原来的系统参数运行, 烟室含氧量一般在 4.5%~6.5%,C1 出口含氧量在 2.0%左右,高温风机具有一定的降速空间。 按照每天 10r/min 的速率降低高温风机转速, 观察窑况变化。 当高温风机降速 25r/min 后,C1 出口含氧量降低到 0.8%~1.3%, 烟室含氧量降低到 3.5%~4.5%, 加上业主对预热器系统的密封堵漏, 熟料热耗有了明显的下降。
5.调整和优化熟料的结粒。 在生产调试时,首先保证熟料的结粒致密,熟料升重一般保持在 1 200g/L 左右, 减少窑前飞砂量; 熟料链斗机内 Φ3mm ~ Φ35mm 的粒料比例大于 85%, 熟料的圆球度提高到60%,熟料经过篦冷机时热回收量增多。
6.调整头尾煤比例。 只要熟料 f-CaO 含量连续 2h 低于 0.4%,就提醒中控按照 0.2t/h 的幅度及时撤头煤, 使窑内时刻保持氧化气氛; 在熟料 f-CaO 含量超过上限值 1.3%时,及时增加头煤,防止窑况严重下滑,减少亚健康窑况的持续时间,通过操作节省煤耗。
当窑熟料产量超过 5 700t/d 时,需要预热器的分解能力和窑的煅烧能力密切配合。 分解炉的出口温度与 A 列和 B 列 C5 下料管或者 C5 出口温度倒挂不超过 5℃;控制窑内烧成带和窑后过渡带窑皮厚度不超过 400mm,即窑筒体温度实测值在 190℃以上。 烟室斜坡粉料自然堆积和结皮的厚度及时间在可控的范围。 坚持薄料快烧高窑速,通过优质窑况的均衡稳定来节煤。
5 运行效果对比
新燃烧器火焰刚劲有力, 黑火头缩短了 750px 左右,二次风温同比提高了 30~50℃,顶料煅烧的能力明显增强。 使用新燃烧器后烧成带窑皮分布均匀,未出现局部高温点。
使用新燃烧器 6 个月的生产参数平均值与使用旧燃烧器年平均生产参数值对比见表 5,其中包含了一个月生产铁标水泥和 2016 年 1~2 月的限产。 数据表明此次改造达到了合同要求。
表 5 使用新旧燃烧器生产情况对
对比参数 |
产量 /(t/d) | 熟料抗压强度 /MPa |
单位熟料热耗 /(kJ/kg) |
二次风温 /℃ |
窑尾烟室温度 /℃ |
黑火头长度 /mm | |
3d | 28d | ||||||
使用前 | 5650 | 30.0 | 58.0 | 3160 | 990 | 1195 | 600 |
使用后 | 5800 | 30.3 | 58.4 | 3124 | 1030 | 1080 | 300 |
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