郭培紅， 李博， 朱建安,， 劉明志， 王帥

（1.河南理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院，河南焦作 454003；2.焦作市豐創(chuàng)冶金機械有限公司，河南焦作 454000）

0 引言

皮江法煉鎂的煅燒設(shè)備主要是回轉(zhuǎn)窯，它具有機械化程度高、煅燒質(zhì)量好、勞動生產(chǎn)率高的優(yōu)點[1]。但回轉(zhuǎn)窯燃料消耗較大、鍛白產(chǎn)量偏低一直制約著企業(yè)的發(fā)展。特別是近期作為回轉(zhuǎn)窯主要燃料的焦?fàn)t煤氣出現(xiàn)資源短缺和價格走高，以及多通道煤粉燃燒器的發(fā)展，業(yè)界重新評價煤粉替代焦?fàn)t煤氣的可能性。煤粉熱值（25～28 MJ/kg）高于焦?fàn)t煤氣(15～16.7 MJ/m3)[2]，有利于提高回轉(zhuǎn)窯煅燒溫度和鍛白產(chǎn)量；煤粉價格低廉，有利于降低燃料成本。燃燒器作為煤粉燃燒的重要設(shè)備，經(jīng)歷了單通道、三通道和四通道的發(fā)展歷程。煤粉燃燒好壞，與燃燒器性能有直接關(guān)系。單通道燃燒器一次風(fēng)占總風(fēng)量較大（20%～40%），節(jié)能效果較差，火焰調(diào)節(jié)范圍小，煤種適應(yīng)性差，屬于淘汰機型。四通道燃燒器除了煤風(fēng)通道外，還設(shè)置了軸流風(fēng)通道，旋流風(fēng)通道、渦流風(fēng)通道，能分別獨立調(diào)節(jié)火焰形態(tài)與高溫帶長度，一次風(fēng)占總風(fēng)量大大降低（3%～8%），節(jié)能效果十分明顯，可燃用價格低廉的低揮發(fā)分煤種。煤粉制備與噴燒系統(tǒng)在煉鎂回轉(zhuǎn)窯方面的研究與應(yīng)用報道較少，但在水泥回轉(zhuǎn)窯的研究與應(yīng)用比較成熟。煉鎂回轉(zhuǎn)窯雖然與水泥回轉(zhuǎn)窯在窯型、熱工制度有較大區(qū)別，但是仍有很多共同點。直接照搬水泥回轉(zhuǎn)窯的煤粉制備與噴燒系統(tǒng)是不科學(xué)的，針對煉鎂回轉(zhuǎn)窯的特點開展研究具有重要意義。

1 水泥工業(yè)與煉鎂業(yè)煤粉制備與噴燒系統(tǒng)對比分析

圖1 新型干法煤粉制備與噴燒系統(tǒng)工藝示意圖

圖2 新型干法水泥窯系統(tǒng)模型

煉鎂回轉(zhuǎn)窯雖然與水泥回轉(zhuǎn)窯有很多不同點，但是也有一些相同點。水泥工業(yè)是我國國民經(jīng)濟建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料產(chǎn)業(yè)，水泥生產(chǎn)技術(shù)的進步，是以煅燒技術(shù)為核心不斷發(fā)展的[3]。以預(yù)分解窯為代表的新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)，是國際公認(rèn)的代表當(dāng)代水泥技術(shù)發(fā)展水平的生產(chǎn)方法[4]。新型干法水泥生產(chǎn)過程通常分為生料準(zhǔn)備和生料制備、熟料燒成和水泥制成及出廠3個階段。其中，在熟料燒成階段運用到了煤粉制備與噴燒系統(tǒng)，此系統(tǒng)在水泥行業(yè)的應(yīng)用已非常成熟[5]。系統(tǒng)工藝示意圖和預(yù)分解窯系統(tǒng)如圖1和圖2所示。

水泥行業(yè)煤粉制備與噴燒系統(tǒng)具有以下特點：1）窯徑大（3 m以上），產(chǎn)量高，一般不小于2000 t/d；2）二次風(fēng)溫度高，可達900℃以上，對煤粉有烘干作用；3）采用的四通道煤粉燃燒器外軸流風(fēng)風(fēng)速高，可達350 m/s，煤粉燃燒形成的火焰形狀呈肥瘦適宜的棒槌狀；4）窯尾溫度高，可達900℃以上。

根據(jù)金屬鎂生產(chǎn)的實際情況，其煤粉制備與噴燒系統(tǒng)具有以下特點：1）窯徑?。ㄒ话阈∮? m），產(chǎn)量低，一般不超過250 t/d；2）二次風(fēng)溫度低（200 ℃左右）；3）外軸流風(fēng)風(fēng)速低，一般不超過250 m/s，煤粉燃燒形成的火焰形狀要求呈筆鋒狀；4）窯尾溫度不能超過300℃，否則會損壞設(shè)備。

2 煉鎂回轉(zhuǎn)窯煤粉制備與噴燒系統(tǒng)工藝要求

1）煤粉質(zhì)量。本系統(tǒng)所要求的煤粉粒度是200目，均勻性要好。但當(dāng)前煤粉制備與噴燒系統(tǒng)中應(yīng)用的多是風(fēng)掃磨。風(fēng)掃磨的工作原理是借氣力提升料粉，用粗粉分離器分選，故循環(huán)負(fù)荷及選粉效率均較低，影響粉磨效率，磨出的煤粉粒度達不到要求。同時，由于粉磨效率較低，物料在磨機內(nèi)停留時間變長，使得磨出的煤粉粒度均勻性和穩(wěn)定性降低。因此，需要采用一種能碾磨出符合本系統(tǒng)要求煤粉的磨機。

2）煤粉含水率。煤粉的含水率對煤粉制備與噴燒系統(tǒng)影響很大。如果煤粉的含水率達不到系統(tǒng)的要求，不僅會造成煤粉倉的起拱堵塞，更重要的是影響煤粉燃燒器的火焰形狀，進而影響鍛白質(zhì)量。當(dāng)前所用的風(fēng)掃磨烘干能力差，達不到系統(tǒng)對煤粉含水率的要求。雖然有研究人員采用立磨進行碾磨，但烘干能力仍然不理想。因此，需要往磨機內(nèi)通入一定溫度的熱風(fēng)，加強煤粉的烘干效果。

3）火焰形狀?；鹧嫘螤铌P(guān)系著窯內(nèi)溫度的分布和熟料在窯內(nèi)不同位置對熱量的最優(yōu)吸收利用，同時對氮氧化物生成量的多少也至關(guān)重要。煤粉燃燒器是產(chǎn)生火焰并對火焰進行調(diào)節(jié)的裝置。當(dāng)前的四通道煤粉燃燒器是通過外軸流風(fēng)道和旋流風(fēng)道來調(diào)節(jié)火焰的粗細(xì)和長短的。但對于煉鎂回轉(zhuǎn)窯來說，需要一種新的風(fēng)道通過調(diào)整旋流風(fēng)噴出的角度，使燃燒火焰更加集中、穩(wěn)定。

3 煉鎂回轉(zhuǎn)窯煤粉制備與噴燒系統(tǒng)工藝流程

雖然煤粉制備與噴燒系統(tǒng)在水泥工業(yè)應(yīng)用已經(jīng)很成熟，與金屬鎂行業(yè)也有一些相似之處，但在窯徑、產(chǎn)量和燃燒器各風(fēng)道風(fēng)速等方面，存在著明顯的差異。因此，不能直接照搬水泥工業(yè)的煤粉制備與噴燒系統(tǒng)工藝。

通過對煉鎂回轉(zhuǎn)窯煤粉制備與噴燒系統(tǒng)中煤粉質(zhì)量、煤粉含水率和火焰形狀要求的分析，本文提出了一種適用于煉鎂回轉(zhuǎn)窯煤粉制備與噴燒系統(tǒng)的新工藝。

本系統(tǒng)工藝采用的是“立磨+熱風(fēng)+五通道煤粉燃燒器”的配置形式，把窯尾熱風(fēng)通過管道引出，與常溫風(fēng)混合，通過調(diào)節(jié)常溫風(fēng)風(fēng)量，將風(fēng)溫控制在200℃左右，輸入立磨，可以對立磨內(nèi)的煤粉有烘干作用，以達到系統(tǒng)對煤粉含水率的要求，同時立磨磨出的煤粉粒度均勻、穩(wěn)定性好。另外，帶有渦流風(fēng)通道的五通道煤粉燃燒器可以使火焰形狀和大小更容易調(diào)節(jié)，給煉鎂回轉(zhuǎn)窯提供更合適的熱工制度。此工藝可以實現(xiàn)煉鎂回轉(zhuǎn)窯從制粉到噴燒全程機械化操作、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的優(yōu)點，整個工藝流程操作簡單、體積小、能耗低。整個煤粉制備與噴燒系統(tǒng)工藝按照功能來分，可分為原煤輸送、煤粉制備和煤粉噴燒3部分。系統(tǒng)工藝流程如圖3所示。

通過運輸工具將一定粒度的原煤運輸進廠，卸入儲煤庫，儲期不宜過長，一般不超過半個月。儲煤庫的原煤由鏟車卸入原煤倉1，倉內(nèi)煤量由攝像頭21實時監(jiān)測。安裝在原煤倉1下方的手動多葉片原煤調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)卸料量。大傾角皮帶機2將原煤送入緩沖倉3，緩沖倉3的作用是為了防止皮帶機與立磨之間工作速度不同步，出現(xiàn)供料不連續(xù)的情況，大顆粒鎖風(fēng)卸料器4具有鎖風(fēng)和調(diào)節(jié)卸料量功能，卸料量的調(diào)節(jié)可通過變頻器無級調(diào)節(jié)。

立磨系統(tǒng)主要由立磨主機、液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、變頻分離器以及電氣系統(tǒng)構(gòu)成。立磨進風(fēng)來自于回轉(zhuǎn)窯窯尾的熱風(fēng)（需要管道保溫），通過熱風(fēng)閘閥與常溫閘閥調(diào)節(jié)進風(fēng)量與進風(fēng)溫度，使進入磨粉機的風(fēng)溫為200℃左右。原煤在立磨中實現(xiàn)磨制和干燥，成品煤粉通過高壓離心風(fēng)機18提供的負(fù)壓作用以及變頻分離器的分離作用進入袋式除塵器8，煤粉細(xì)度主要靠調(diào)節(jié)變頻分離器的頻率實現(xiàn)。

袋式除塵器系統(tǒng)8主要由除塵器主機、反吹閥以及反吹控制器構(gòu)成，反吹間隔時間通過反吹控制器調(diào)節(jié)。反吹系統(tǒng)所需壓縮空氣來自空壓機20和氣罐19。進入袋式除塵器的氣料混合物溫度不能超過180℃，因為溫度過高會破壞袋式除塵器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

除塵器輸出的煤粉經(jīng)煤粉鎖風(fēng)卸料器9和管式輸送機10進入煤粉倉12。煤粉倉中的煤粉堆積

圖3 煤粉制備與噴燒系統(tǒng)工藝流程圖

不宜過多，溫度不宜超過80℃。煤粉倉上部安裝了2臺膜式防爆閥，用于煤粉爆炸時的卸爆，減輕對人員與設(shè)備的危害。清堵閥11用于煤粉倉架拱堵塞時的手動清理。接通清堵閥11的電源后，來自于氣罐19的壓縮空氣通過清堵閥11進入煤粉倉堵塞處實現(xiàn)氣動破拱清堵。

煤粉計量裝置13為變頻控制，具有計量與鎖風(fēng)功能。經(jīng)計量后的煤粉通過螺旋泵14進入煤風(fēng)通道。煤風(fēng)通道的氣體壓力與氣體流量由具有變頻調(diào)節(jié)功能的煤風(fēng)風(fēng)機15提供。煤風(fēng)風(fēng)機15與凈風(fēng)風(fēng)機16采用的均是具有變頻調(diào)節(jié)功能的羅茨風(fēng)機。五通道煤粉燃燒器17由2臺羅茨風(fēng)機供風(fēng)，1臺羅茨風(fēng)機為煤風(fēng)通道輸送煤粉，另一臺羅茨風(fēng)機為其它3個風(fēng)道輸送凈風(fēng)。五通道煤粉燃燒器17安裝在回轉(zhuǎn)窯的窯頭中心，根據(jù)窯內(nèi)燃燒情況，通過調(diào)節(jié)煤風(fēng)與凈風(fēng)的壓力流量以及氣固比，實現(xiàn)窯內(nèi)溫度與高溫帶長度達到理想值。

煤粉倉、緩沖倉以及除塵器內(nèi)倉的上限位、下限位傳感器均采用阻旋式料位檢測裝置。

4 結(jié)論

本文通過對比分析，得出以下結(jié)論：1）通過對水泥行業(yè)和煉鎂業(yè)所使用的煤粉制備與噴燒系統(tǒng)的對比可知，直接照搬水泥行業(yè)的系統(tǒng)工藝是不合適的；2）根據(jù)煉鎂業(yè)對煤粉質(zhì)量、煤粉含水率和火焰形狀要求的分析，本文所提出的“立磨+熱風(fēng)+五通道煤粉燃燒器”這一新工藝可滿足要求；3）此新工藝可實現(xiàn)煉鎂回轉(zhuǎn)窯煤粉制備與噴燒系統(tǒng)從制粉到噴燒的高效運行。

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