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华新水泥(冷水江)公司 5 000t/d 生产线燃烧器对比设计与生产调试

2020-07-28

1 生产线的基本情况

该线回转窑规格为 Φ5.0m×72m逆时针旋转窑头向窑尾看),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 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-CaO1.5%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

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

外旋 54×9mm×6mm=2 916mm2,可调旋流角设计,角度 14°

42°, 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

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°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  10  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29.4kPa39.4kPa49kPa  58kPa 四个阶段 当内外风压力大于 50kPa 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 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 烟室含氧量一般在 4.5%~6.5%,C1 出口含氧量 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%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

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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