淺談不同煤質的噴煤管調節(jié)方法

　　本文根據(jù)不同煤質論述噴煤管的調節(jié)方法。要掌握噴煤管的調節(jié)方法首先要了解噴煤管的性能、一次風的作用和燃料的特性。

　　1  幾個基本概念

　　1.1  火焰

　　窯內熟料煅燒需要的熱能大部分是通過火焰光輻射進行傳播的，火焰的溫度和形狀十分重要?；鹧鏈囟鹊木鶆蚍植紝κ炝响褵浅Ｓ欣?；活潑有力的火焰最有利于熟料的燒成﹑煤粉的燃燒﹑窯皮和耐火磚壽命的延長，而且這種火焰的熱流分布也比較理想。影響火焰的主要是一次風量﹑出口速度，旋流強度，煤粉種類﹑顆粒大小等。

　　火焰動量理論是國外長期研究得出的關于火焰成形的理論。這個理論認為影響火焰形狀的關鍵參數(shù)是一次風的比率乘以一次風的速度，而良好的形狀所需要的數(shù)值大概在1200～1500（%，m/s）。高動量意味著更快的混合和更短更熱的火焰。

　　同時也可以用單位熱耗的火焰推力來描述火焰的工作狀況，其定義是單位時間出口風量（kg/s）乘以出口速度再除以單位熱耗，國外研究表明在3～7N/MW之間是比較合理的火焰推力范圍。

　　窯內好的火焰形狀可以使用盡量少的空氣而幾乎沒有CO的產生。

　　1.2  一次風

　　一次風是熟料燒成系統(tǒng)影響最大的人工風，它不僅起到輸送煤粉的作用，而且對火焰成形﹑燃料燃燒﹑吸卷二次風的數(shù)量都有很大的影響，因此精確的控制有助于熟料產﹑質量的提高和煤電資源的節(jié)省。

　　1.2.1  一次風量

　　一次風的溫度很低，過多的參與燃燒過程則明顯地降低了著火條件，不利于煤粉的燃燒，而且低溫一次風會吸收大量熱量導致熱耗增加。但由于一次風起著輸送燃料和火焰成形的作用因而不可取消，因此只有盡量降低一次冷風在凈風量（包括一次風﹑二次風和煤粉輸送用風）中的占有率以保證燃燒器的燃燒效果。一次風用量一般為凈風量的7%～10%。

　　1.2.2  一次風輸出方式

　　早期的單通道燃燒器全部的一次風和煤粉從同一個通道噴出，事實證明不僅一次風量大而且火焰形狀也比較差，燃燒情況十分不好。利用多個通道輸出一次風，不僅可以降低一次風量而且高速的軸流風可以大量地吸卷高溫的二次風，旋流輸出風可以增大火焰內部回流區(qū)，改善燃料著火條件，中心風調節(jié)黑火頭以避免燃燒器由于高溫被燒壞。同時，各個風道的出口形狀也影響著燃燒，相比與環(huán)隙式出口，如果軸流凈風采用數(shù)個環(huán)繞的圓型孔出風，這不僅減小出口面積，而且在保證了出口動量的基礎上，增加了火焰剛度，減少了一次風量，更多的吸卷了二次風。

　　1.2.3  一次風速度和旋流強度

　　一次風各出口速度和旋流風的旋流強度對燃燒和熟料煅燒有比較大的影響。燃燒器出口速度要適當，過大會導至火焰短而散；過小則不利于火焰成形和吸卷二次風，火焰長而細會導致火焰過于疲軟而缺乏穿透力。旋流風的旋流強度是一次風中一個重要的指標；合適的旋流強度加速燃料和燃燒空氣的混合，改善燃料燃燒環(huán)境，使燃燒完全，并且在火焰中下游區(qū)形成外回流氣膜，保護窯皮；但是過大則會使火焰中心向燃燒器出口移動，損壞燒嘴，同時會導致外風無法包裹火焰使火焰發(fā)散損傷窯皮。

　　1.3  噴煤管的性能

　　回轉窯噴煤管不僅為燃燒提供燃料和氧化劑，同時也是火焰成型最主要的動力裝置。噴煤管火焰的形成主要是通過一次風風量及內外風的不同動量比實現(xiàn)的。噴煤管的性能雖然是很重要，但在實際的使用中，性能和操作其實是同樣重要的。性能好的燃燒器在使用情況不好的時候，一樣不能發(fā)揮其特點。而性能一般的燃燒器，如果有非常良好的操作，那么效果一樣會非常好。例如某水泥廠兩條同規(guī)模生產線使用的相同的燃燒器，在使用者相同、燃料相同的情況下燃燒情況并不一樣，實際的生產中，燃燒器的操作有時候甚至占了更主要的因素。在水泥生產中，設備的性能和實際的操作總是相輔相成的，在生產運行中，缺一不可。

　　1.4  燃料的特性

　　燃料有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)燃料。國內新型干法水泥選用的燃料主要為固態(tài)燃料--煤。煤的燃燒由受熱干燥、揮發(fā)分析出和著火燃燒、焦炭著火和燃燒等階段組成，焦炭燃燒時間往往占煤燃盡時間的90%以上，因此焦炭燃燒的快慢對燃燒設備的熱力特性起著決定性作用。

　　煤在火焰中受熱首先升溫，水分蒸發(fā)逸出；當溫度繼續(xù)上升到一定程度時，即釋放出碳氫化合物、H₂ 、CO等氣體，稱為揮發(fā)分析出；剩余的可燃質稱為焦炭。

　　揮發(fā)分的析出量和成分與溫度和溫升速率有關，對煤的著火和燃燒影響很大。揮發(fā)分較高的煙煤比較容易著火，燃盡時間短；含揮發(fā)分低的無煙煤著火比較困難，燃盡時間較長。

　　揮發(fā)分燃燒所放出的熱量對焦炭著火有影響。揮發(fā)分釋放的快慢還會影響焦炭的多孔性，從而影響焦炭燃燒的完全程度。

　　2  煙煤的噴煤管調節(jié)方法

　　現(xiàn)在國內新型干法水泥生產線常用的燃料為煙煤，煙煤指標大廠一般選用為Ar≤25% ，Vr≥25%， Qdw≥23 027 kJ/kg，小廠選用的煙煤指標會低一些，灰分偏高，揮發(fā)分和發(fā)熱量偏低一些。

　　煙煤的揮發(fā)分較高，燃燒過程中揮發(fā)出的氣體CH₄、CO、C₂H₂在較低溫度下著火燃燒，煤粒由于揮發(fā)物析出而形成許多孔隙，表面的空氣向內擴散與固定碳接觸，在揮發(fā)分燃燒形成的高溫環(huán)境下固定碳被快速點燃。因此煙煤的著火溫度低，煤粉燃燒速度快，燃燼時間也短。在噴煤管的調節(jié)上要滿足良好的火焰形狀，短而不散，長而不細，火焰活潑有力。提高火焰的整體溫度，同時抑制火焰高溫區(qū)溫度峰值。調整的手段主要是內、外風道間隙、內外風的動量比和一次風總量，達到旋流強度大，外風噴射速度快，包裹能力強。避免調出粗短脹散的火焰或細長飄軟的火焰。前者屬旋流強度大，外流風射流速度不足，包裹能力差，火焰高溫區(qū)溫度峰值高易傷窯皮。應增大外風間隙同時增大外流風量及一次風總量以提高外風風壓，適當降低旋流風量。后者屬旋流強度低，外流風射流強度不足，卷吸二次風能力差火焰整體溫度低。應增加旋流強度，減小外風間隙并增加一次風量風壓。

　　操作上噴煤管的調節(jié)簡單講就是內外風風壓和一次風風量的調節(jié)

　　2.1  內外風風壓的調節(jié)

　　內外風壓力調節(jié)要求內外風風壓能相匹配，調節(jié)手段也就是內外風閥門和內外風出口間隙，有的噴煤管內風調節(jié)風翅角度。一般壓風壓力與外風壓力比值為0.75～0.9比較合適。

　　2.2  一次風量的調節(jié)

　　調好了內外風壓力之后再調一次風量。一次風量的調節(jié)更簡單就是使一次風機電機運行電流在額定電流的90%～98%范圍之內。

　　3  無煙煤的噴煤管調節(jié)

　　有的水泥廠由于煙煤資源短缺或為了降低成本，回轉窯的煅燒采用無煙煤。一般選用為Ar≤25% ，Vr≥5%～10%， Qdw≥23 027 kJ/kg，無煙煤的揮發(fā)分含量較低固定碳含量較高，而固定碳要在800 ℃以上才能著火燃燒。少量的揮發(fā)分即使著火燃燒所散發(fā)的熱量也不足以將結構致密的煤粉顆粒加熱到固定碳著火的溫度。因此無煙煤的燃燒特性主要取決于固定碳的燃燒。從而決定了無煙煤比煙煤著火溫度高，燃燼時間長。

　　一次風的負面效應是低溫空氣，過多則熱效應下降。由于無煙煤的燃燒需要較高的窯內焰面溫度，所以要盡量降低一次風量，利用噴煤管的外凈風高速形成的負壓卷吸高溫二次風補氧和升溫。一次風量要降低，推力的大小決定于單位時間內噴煤管的風速。風速越高火焰推力越大，火焰就越短。大推力高風速形成的噴射效應，吸卷二次熱風對碳粒進行快速補氧，有利于碳粒的快速燃燼，提高對流換熱效率。同時短火焰形成煤粉相對集中，將無煙煤僅有的一點揮發(fā)分相對集中，促進無煙煤的著火。綜合因素組成高溫焰區(qū)、高補氧區(qū)、高煤粉濃度區(qū)，用三高手段解決無煙煤著火和快速燃燼兩大難題。與使用煙煤的噴煤管調整相比較，要更高的旋流強度和外風噴流速度，才能達到低一次風量和高的二次高溫空氣的卷吸能力。在同一條線上煙煤改用無煙煤時，煤管的調整區(qū)別在于更高的旋流強度、更高的外風風速和較少的一次風量，因此內外風道間隙都要調得更小。值得注意的是必須保證火焰的形狀，避免火焰了發(fā)散。

　　在目前各廠的調整情況來看主要表現(xiàn)強有力的火焰與窯皮損傷的認識誤區(qū)導致的低風壓低風速調整。必須克服這種認識誤區(qū)才能得到好的火焰。

　　4  褐煤的噴煤管調節(jié)

　　我國有些地區(qū)褐煤資源比較豐富，褐煤指標一般為Ar≤15%～20% ，Vr≥35%～40%， Qdw≥20 000 kJ/kg。褐煤揮發(fā)分較高，火力不易集中，加上發(fā)熱量較低，窯操很難提高窯前溫度，伴隨黃心料，游離鈣偏高，水泥需水量偏大。

　　褐煤因為揮發(fā)較高，揮發(fā)分析出很快，揮發(fā)分析出后焦碳多孔，燃燼時間短，火力不集中，高溫區(qū)溫度低。要解決這個問題應降低燃燒凈空氣的溫度，延緩揮發(fā)分的析出并提高火焰的包裹力度。因此操作上內外風道間隙都要調得更大，最大限度的使用一次風。在某廠5000 t/d生產線上調試使用的就是褐煤，原煤指標為Ar：15% ，Vr：38%， Qdw：20000 kJ/kg。噴煤調試結果：內風壓力是16MPa，外風壓力是18MPa，一次風機液偶開度100%。達產達標考核結果：產量為6250 t/d，熟料強度為R28=58 MPa，標煤耗為100.28 kg/t，熟料綜合電耗為55.18度。

　　5  結束語

　　噴煤管的調節(jié)不但要根據(jù)不同煤質，還應結合不同窯型、噴煤管的性能、窯內通風情況、二次風溫度、耐火磚使用壽命和熟料率值等因素綜合考慮，不能顧此失彼，存細觀察火焰形狀，使火焰活潑有力，短而不散，長而不細。最終目的是窯皮長度適中，L=（4.5～5.2）×D，窯皮厚薄均勻平整，厚度為150～200mm，熟料結粒均齊。