羅榮樹，吳麗娜，張國慶，李竹勤，王文清

Sinosw irl燃燒器在鹿泉鼎新2 500t/d生產(chǎn)線的成功應用
Suc cessfu lAp p lica tion o f Sinosw irlBurner in Luquan Dingxin Cem ent Plant2 500t/d Produc tion Line

羅榮樹1，吳麗娜1，張國慶1，李竹勤1，王文清2

1　概述

我公司目前有兩條水泥熟料生產(chǎn)線，1號線于2000年投產(chǎn)，2號線于2002年投產(chǎn)，均為天津水泥工業(yè)設計研究院有限公司設計的2 500t/d生產(chǎn)線。窯頭燃燒器一直使用KHD型四通道燃燒器，由于該燃燒器形式較老，已不能適應近年來不斷提產(chǎn)的需要及煤粉品質頻繁變化的情況。因此，選用新型高效煤粉燃燒器迫在眉睫。

經(jīng)實地調(diào)研了解，公司采購了中材裝備集團有限公司熱工分公司研發(fā)制造的Sinoswirl型雙旋流煤粉燃燒器，希望其在提供性能優(yōu)良、質量可靠的產(chǎn)品的同時，能夠給予專業(yè)、系統(tǒng)化的工藝調(diào)試服務，解決之前存在的問題，強化窯內(nèi)煅燒、改善熟料質量、提高熟料產(chǎn)量。

2013年7月期間，1號線停窯技改優(yōu)化，將窯頭原KHD燃燒器更換為Sinoswirl雙旋流燃燒器，并對整個系統(tǒng)進行了一系列優(yōu)化升級。公司對1號線的預期目標為：系統(tǒng)工況改善，熟料產(chǎn)出穩(wěn)定，產(chǎn)量≮3 000t/d；熟料外觀質量佳，fCaO合格率≮80%；R3d＞30MPa，R28d＞60MPa。

技改初期，經(jīng)系統(tǒng)綜合調(diào)試，基本實現(xiàn)了公司預定目標，但在熟料外觀、后期強度及窯系統(tǒng)對高飽和比的適應性方面仍需提高。我公司與中材裝備集團有限公司熱工分公司共同對系統(tǒng)工況、窯頭燃燒器的結構特點和性能發(fā)揮進行論證分析后，對燃燒器進行了針對性優(yōu)化，并改進了工藝生產(chǎn)調(diào)試方法，最終各項技術指標均優(yōu)于預期，為我公司帶來了良好的社會經(jīng)濟效益。

2　 Sinoswirl雙旋流燃燒器簡介

2.1結構特點

Sinoswirl型雙旋流煤粉燃燒器為四風道結構，從外到內(nèi)依次為：軸流風、外旋流風、煤風、內(nèi)旋流風。

軸流風：最外圈布置，周向小孔均勻分布。產(chǎn)生高速軸流風，形成較大的負壓卷吸區(qū)，能有效地卷吸高溫二次風。對于收攏火焰形狀、增強火焰強度及剛度有顯著作用。

外旋流風：位于軸流風道之內(nèi)、煤風道之外，通過燃燒器頭部的旋流葉片裝置噴出。提供噴射氣流的切向速度，能有效控制火焰粗細。

煤風：布置于外旋流風道與內(nèi)旋流風道之間，環(huán)狀結構。用于輸送煤粉，設計風速24～30m/s。

內(nèi)旋流風：布置于煤風道內(nèi)，通過旋流葉片裝置噴出。作用是打散煤粉、使煤粉與高溫窯氣充分混合，并為火焰燃燒的中心區(qū)域提供氧氣。

通過這四個主通道之間的匹配關系，窯內(nèi)火焰形狀便捷可調(diào)、溫度分布更為合理。頭部最外層設置攏焰罩，提高煤粉燃盡率，防止出現(xiàn)局部高溫燒損窯皮。

圖1　燃燒器頭部結構

2.2風機配置

現(xiàn)場配兩臺一次風機，均為羅茨風機，帶變頻調(diào)速功能。軸流風使用一臺風機單獨供風，內(nèi)旋流風和外旋流風共用一臺風機。軸流、旋流分風機控制與之前使用一臺一次風機相比，各風道風量、風壓均可單獨調(diào)節(jié)，且信號接入中控，在中控室內(nèi)即可實現(xiàn)調(diào)整。

3　技改中燃燒器的重要作用

3.1技改效果

系統(tǒng)技改如期完成，2013年7月下旬正式投產(chǎn)，各項指標取得了預期效果。雖然系統(tǒng)進行了一系列優(yōu)化，但更換燃燒器是優(yōu)化措施的最重點，并取得了良好的效果。

3.2燃燒器使用情況

燃燒器推力大幅提高，一次風用量下降，火力剛度有所保障，熱力強度明顯提升，從窯頭看火焰形狀規(guī)整、窯內(nèi)亮度高，較改造前明顯提升。從窯內(nèi)溫度分布來看，窯皮長約19m，燒成帶主煅燒區(qū)（從窯口6～12m）溫度高，煤粉燃燒速度快，火焰末端輻射溫度較低。

3.3燃燒器性能與系統(tǒng)的匹配

物料飽和比偏高時，對窯頭熟料煅燒是一種考驗，經(jīng)與天津院專家論證，并結合實際生產(chǎn)情況，得出以下結論：

1號線建設較早，分解爐為早期的TDF爐，爐容偏小，2 500t/d規(guī)格的生產(chǎn)線實際產(chǎn)量3 000t/d，物料入窯分解率一直處于較低水平，一般在87%～89%之間，同時由于原料中含Mg、K等成分，分解爐出口溫度控制在880℃，不宜過高，否則容易結皮、生成大塊熟料。

實際煅燒過程中，窯功率對分解爐出口溫度的反應比較敏感，出口溫度的高低與窯電流的高低基本保持同步，較低的分解率造成部分本應由預熱器系統(tǒng)完成的工作留窯內(nèi)進行，縮短了回轉窯的有效工作區(qū)間。

在此情況下，需在保證窯內(nèi)熱力強度的同時，盡量使燒成帶延長，才能提高窯系統(tǒng)對配料波動的適應性。而當時燃燒器火力強度雖高，但高溫分布較為集中、偏短，在燃燒器頭部設計方面存在優(yōu)化空間。

3.4燃燒器調(diào)節(jié)與煤質的關系

現(xiàn)場使用煙煤，揮發(fā)分28%，灰分21%，熱值約22 990kJ/kg。

該煤粉的燃燒特性分析表明，該類型煤粉活性很高，燃燒烈度強，放熱時比較猛烈且燃燒不穩(wěn)。平均放熱強度大于一般煙煤，放熱相對集中。

因此，結合系統(tǒng)實際情況，燃燒器性能方面的優(yōu)化方向為盡量降低煤粉燃燒速度，使熱量釋放更加均勻。

表1　優(yōu)化前對物料波動的適應性

表2　優(yōu)化后對物料波動的適應性

表3　熟料抗壓強度，MPa

4　后續(xù)針對性優(yōu)化

4.1后續(xù)優(yōu)化措施

根據(jù)燃燒器現(xiàn)場初步使用情況及系統(tǒng)特點，結合煤粉燃燒特性分析，我們認為，該燃燒器如果進行適當?shù)慕Y構優(yōu)化及配風比例調(diào)整，其性能指標還將大幅度提高。經(jīng)討論后，公司采取了如下后續(xù)優(yōu)化措施：加大頭部軸流出口小孔面積、調(diào)整軸流與旋流的用風比例；目標是延長火焰及窯內(nèi)燒成區(qū)域，使煤粉放熱過程更為平穩(wěn)、均勻。

4.2優(yōu)化效果

（1）一次風用量

與之前KHD燃燒器比，一次風用量降低約5m3/min。

（2）窯內(nèi)溫度分布更合理

優(yōu)化前，從筒體溫度掃描儀圖上可看出筒體6～12m位置為高溫火點，此處煅燒溫度很高，而從12m后溫度下降趨勢明顯，且隨著使用末端窯皮呈逐步變厚的趨勢。說明火焰比較集中，屬“短焰急燒”情況，熱量集中于火焰中部區(qū)域釋放，火焰偏短且末端輻射溫度低。

優(yōu)化后，從筒體溫度掃描儀圖上看，整個燒成帶溫度比較平均，火焰拉長，熱量在較長的區(qū)域（6～16m）內(nèi)均勻釋放，窯皮末端溫度較之前高，雖局部煅燒溫度略低，但熱量分布更為合理，且目前窯皮情況也更利于保護窯襯，能延長燒成帶耐火磚使用時間。

（3）熟料外觀質量大幅提升

（4）窯內(nèi)煅燒系統(tǒng)對物料飽和比的適應性顯著增強，在同等投料量的情況下，fCaO合格率大幅提高。見表1和表2。

（5）熟料強度穩(wěn)定

5　結語

1號線建成投產(chǎn)較早，設計規(guī)模2 500t/d，在“精細化操作”的理念指導下，經(jīng)全廠上下共同努力，實際產(chǎn)量穩(wěn)定在3 000t/d。筆者認為，不同系統(tǒng)間存在的差異性較大，即使是相同規(guī)格、相同設計，在實際生產(chǎn)過程中也難以保證技術性能指標一致。因此，關鍵設備的針對性設計、“對癥下藥”顯得尤為重要。

窯頭燃燒器設備雖小，但在熟料煅燒過程中起核心作用，中材裝備集團有限公司熱工分公司詳細調(diào)研、認真分析我公司1號熟料生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)工藝，并針對現(xiàn)場煤粉的燃燒特性，進行窯頭燃燒器的優(yōu)化設計，做到了窯頭燃燒器設計與系統(tǒng)工藝性能的匹配，這是確保其Sinoswirl燃燒器在煅燒中發(fā)揮出巨大能力的關鍵。

TQ172.625.3文獻標識碼：A

1001-6171（2015）05-0104-02

通訊地址：1河北金隅鼎鑫水泥有限公司，河北石家莊050200；2中材裝備集團有限公司熱工分公司，天津300400；

2014-12-29；編輯：呂光