`燃燒器參數(shù)、選型、診斷

1、燃燒器選擇燃燒器選擇報告人：齊硯勇v水泥回轉窯作為水泥熟料生產的關鍵裝備，其具燃料燃燒、氣固換熱、化學反應、物料輸送等多重功能，然而燃料釋放能量的過程是實現(xiàn)其它功能的基礎。隨著國內能源供應的日益緊張，目前新型干法水泥廠普遍使用的煤炭，價格急速上漲，因此采用劣質煤尤其是低熱值煤生產水泥熟料是降低水泥生產成本的必然趨勢。利用劣質煤（指無煙煤、貧煤及褐煤）代替優(yōu)質煙煤煅燒水泥熟料，雖然可大大降低水泥成本，提高水泥廠的經濟效益，但是劣質煤尤其是低熱值煤的使用，易引起燒成帶溫度低、飛沙料增多，熟料產、質量下降。還可產生灰分沉積及窯內液相量的過早出現(xiàn)，引起窯內結圈，結蛋，磨蝕耐火磚，影響窯內通風和窯的運行

2、，因此開發(fā)適應水泥預分解窯使用低熱值煤的燃燒器是解決水泥窯生產優(yōu)質熟料的重要措施。燃燒器使用存在問題v燃燒器使用中的困惑v.參數(shù)不全、不知v（）設計幾何尺寸不知v（）設計各風道風速不知v（）風機選型依據(jù)不知v.調節(jié)范圍不清楚v燃燒器配置適應煤種的范疇不知v.燃燒器工作原理不熟悉v（）擴散角度v（）卷吸量、旋流強度v（）煤燃燒距離一次風機v燃燒器與熟料質量的關系燃燒器與熟料質量的關系v燃燒器特點、參數(shù)燃燒器特點、參數(shù)v燃燒器適應性燃燒器適應性一、預分解窯熟料巖相v優(yōu)質水泥熟料來源于較高含量的硅酸鹽礦物，而硅酸鹽礦物含量的高低與回轉窯內的溫度場密切相關。圖圖1 液相分布富裕區(qū)域的A 礦，尺寸 圖圖

3、2液相分布富裕區(qū)域的A礦，巨大、有一定量地包裹物，明顯的不 尺寸巨大、外形不完整規(guī)則的層環(huán)帶構造大窯熟料圖3多孔區(qū)域分布的小堆B礦及尺寸 圖4 多孔區(qū)域分布的小堆B礦及尺寸巨大的A礦晶體浸蝕程度較重 巨大的A礦晶體浸蝕程度較重大窯熟料圖5 A礦晶體邊緣發(fā)生分解，棱角不完整 圖6 大部分A礦晶體發(fā)生分解1%硝酸酒精浸蝕，反光200X 1%硝酸酒精浸蝕，反光200X大窯熟料圖7 集中分布的樹葉狀、手指狀B礦 圖8 集中分布的樹葉狀、手指狀B礦小窯 熟料圖圖1 結晶規(guī)則的短柱狀結晶規(guī)則的短柱狀A礦礦 圖圖2結晶規(guī)則的短柱狀結晶規(guī)則的短柱狀A礦礦 小窯熟料圖3 A礦晶體不規(guī)則，晶體尺寸普遍偏小 圖4

4、A礦晶體不規(guī)則，晶體尺寸 普遍偏小 圖11 A礦受液相溶蝕，邊緣殘缺不全 圖12 尺寸差異巨大的A礦v因此，只有具有優(yōu)良性能的燃燒器(包括:型式、規(guī)格、設置部位等)，才能保證喂入窯系統(tǒng)的燃料在燃燒空間內與高溫二次空氣迅速混合，及時起火完全燃燒，并按照要求提供充足的熱量，形成一個合理的溫度場及熱工制度，從而使回轉窯系統(tǒng)充分發(fā)揮其應有的功能，實現(xiàn)優(yōu)質、高效、低耗、長期安全運轉，并滿足環(huán)境保護規(guī)定的要求。二、燃燒器種類、特點v回轉窯燃燒器是燒成系統(tǒng)的重要工藝設備，它不僅影響窯系統(tǒng)的熱耗及操作性能，還對熟料質量和有害物質排放量產生影響，因此，一臺好的燃燒器應有以下特點：v（1）在點火及操作期間火焰穩(wěn)定

5、；v（2）著火點接近噴嘴；概念v（3）明亮有力的火焰；v（4）火焰粗細及長度可調；v（5）燃燒器端部可更換；v（6）較低的一次風量；v（7）結構緊湊、活動部件少；v（8）可燒替代燃料；v（9）較低的氮氧化物的排放。v 燃料的燃燒特性v所有的燃燒過程都可分為以下幾個步驟：v混合點火化學反應熱量的傳播v1 燃料和空氣混合v對大多數(shù)燃燒器而言，燃料和氣流的混合是因為燃燒器的噴射卷吸產生的。v（1）自由射流的混合v當燃燒器的噴射為自由射流時，因為射流邊界與周圍氣流之間的摩擦力(卷吸力)，使周圍氣流加速進入射流，使射流范圍擴大。這個過程由燃燒器的沖量控制，直到周圍氣流與射流的速度相同時為止。燃燒器的沖量

6、越大，卷吸的氣流越多。由于是自由射流，這個過程將持續(xù)到卷吸力完全釋放為止。v（2）受限射流的混合大部分燃燒器，比如回轉窯用燃燒器的噴射都為受限射流，射流受兩種方式的限制：v（2.1）周圍氣流（比如二次風）的量是受控制且有限的；v（2.2）射流的擴散邊界受回轉窯殼體的限制。v當受限射流的沖量超過完全卷吸二次風量的需要時， 將有回流產生。此時，二次風像自由射流一樣，被射流卷吸， 當二次風被完全卷吸時，過剩的沖量將把燃燒產生的廢氣卷吸回來，產生外部回流。v2 一次風的作用v（1）控制燃料和空氣的混合。v （2）幫助火焰的穩(wěn)定?；鹧鎺Щ亓鞯牟顒e燃燒器參數(shù)v回轉窯用燃燒器的設計一般有兩種常用模式：v動能

7、型： 數(shù)學表達式為PV2，即一次風量與風速平方的乘積。v沖量型： 數(shù)學表達式為PV，即一次風量與風速的乘積（m s）。一次風量為占化學需氧量的百分數(shù)。v回轉窯用燃燒器都是噴射卷吸型燃燒器，其設計有兩種方式：v第一種：高動能型。即：較高的一次風 （300m/s），較低的一次風量，通常為 510。v第二種：高沖量型。即：相對較高的一次風量，較低的一次風速，以提供足夠的沖量來產生回流。v如果燃燒器的沖量不足而影響燃料與二次風的混合，則每增加1的過剩氧含量，就會增加2的熱耗。這也是低一次風量v燃燒器產生低的NOx 排放的主要原因。因此，在設計燃燒器時，必須考慮降低一次風量及較低的過剩氧含量。v水泥廠廣

8、泛使用的燃燒器都可歸為這兩大類型：高動能型和高沖量型。也可簡單劃分為“洪堡”型和“皮拉德”型。v隨著煤質的變化， 特別是國內，優(yōu)質煙煤價格的越來越高， 劣質煤、無煙煤被廣泛使用。很多廠更是使用劣質煤或無煙煤摻部分熱值及揮發(fā)分高的煙煤來滿足煅燒要求。兩種類型的燃燒器有逐漸融合的趨勢，即一次風速（軸流風速）越來越高。各種煤的工業(yè)分析.燃燒器型式v國外高動能型燃燒器的主要產品是KHD公司生產的PYRO-JET燃燒器；國內大部分燃燒器也可歸為此類型。一般可統(tǒng)稱為三通道燃燒器。v國外高沖量型燃燒器的主要產品是FLS公司生產的DUOFLEX燃燒器，PILLARD公司生產的PILLARD燃燒器；國內也有幾家

9、生此類燃燒器。一般可統(tǒng)稱為四通道燃燒器。燃燒器型式v21 KHD公司PYROJET燃燒器vPYRO-JET 燃燒器的總體結構與一般的三通道燃燒器相似，為了保證較高的軸流風速，其軸流空氣是由噴嘴環(huán)上的圍成圓形狀的圓 形小孔射出，噴口的數(shù)目、尺寸和位置取決于生產能力和燃料種類。燃燒器為高動能型三風道燃燒器，中間為油氣點火裝置，并增加了用于冷卻點火裝置的中心風（占一次風的比例很小， 國內有叫第四風道，），由內向外依次為旋流風，煤粉及其輸送空氣和軸流風。燃燒器型式PYROJET 燃燒器原理圖燃燒器型式v設計特點和應用情況:v（1）中心風為圓孔形噴射口的平行射流，所通過的流量少且噴射速度低，圓孔形噴射口

10、噴射的氣流形成一個火焰內部回流區(qū)，該回流區(qū)阻止含碳粒的熱煙氣進入中心區(qū)內燃燒，阻止了該部位因燃燒產生的結焦。v（2）適宜的內部旋流風，有利于燃料與空氣的混合及揮發(fā)分的燃燒。v（3）煤粉輸送風速盡可能降低，以減少煤粉對管路的磨損。同時煤粉噴口略向外傾斜，以增加火焰寬度。燃燒器型式v（4）軸流風是通過圓孔形噴嘴噴出，由于風速高，所產生的噴射流吸入了周圍的慢速流動的熱二次風，易使燃料快速燃燒。同時，圓孔形噴嘴噴出的高速射流，可出現(xiàn)回流易使初始著火點接近其出口，因此在火焰中避免形成陡峭的峰值溫度，降低NOx的形成。燃燒器型式v（5）燃燒器的旋流空氣設置在煤風管道里層，從而增加煤風的旋流強度，加強煤粉的

11、混合，同時軸流空氣的噴速較高，在外層又可控制煤風的旋流強度， 因此更易調節(jié)火焰的形狀。同時圓孔形平行噴射的軸流空氣所形成的火焰外部回流有利于揮發(fā)分在靠近燃燒器噴口附近著火燃燒，再加上中心空氣的火焰內部回流區(qū)，使火焰出現(xiàn)平穩(wěn)的較高的溫度，此類燃燒器不僅對揮發(fā)分含量高的煙煤有效，而且對揮發(fā)分低的無煙煤也適用，事實上有多臺燃燒器已經連續(xù)使用100無煙煤和100石油焦長達數(shù)年圖圖12 奧地利奧地利 雙通道噴煤管雙通道噴煤管 圖圖13 史密斯新型雙調節(jié)伸縮式史密斯新型雙調節(jié)伸縮式Duoflex噴煤管噴煤管 燃燒器型式22 FLS 燃燒器第三代FLS 燃燒器噴射口第三代FLS 燃燒器風道布置燃燒器型式vF

12、LS第三代燃燒器（DUOFLEX燃燒器）已由原有的三風道燃燒器改為四風道燃燒器，旋流風由煤風道的里層移到煤風的外層， 在燃燒器出口，巧妙地把旋流風道和軸流風道合二為一，減少風道的截面積，提高出口風速。各風道的布置情況和噴射口如圖。其特點如下：燃燒器型式v（1）增設中心圓孔形噴射口的平行射流，以減少中心部位因燃燒產生的結焦。v（2）煤粉輸送空氣在旋流空氣內側， 在燃燒器中心形成一個富燃料區(qū)，燃料在還原氣氛下燃燒，以減少NOx 的生成量。燃燒器型式v（3）旋流空氣和軸流空氣相鄰，且在出口合二為一，從而減少了一半左右的出風口面積，以大幅度提高出口噴速，增加燃燒器的沖量，來穩(wěn)定火焰形狀；并利用軸流風噴

13、速來調節(jié)旋流強度，增加了調節(jié)的靈活性。v（4）軸流空氣與旋流空氣高速噴出，組成大的火焰外部循環(huán)回流區(qū)，并與中心風的內循環(huán)區(qū)相結合，加快了燃料的著火燃燒。燃燒器型式v（5）采用調節(jié)噴口面積大小來調節(jié)軸流和旋流的噴速，比原有的燃燒器依靠閥門調節(jié)的動力消耗低。噴口面積調節(jié)時可降低一次風量，同時保持較高的軸流空氣噴速。其一次風量為68 ，最大軸流噴速達到250m/s， 其沖量約為12501780m/s。燃燒器型式v上述措施致使火焰的最大峰值溫度平穩(wěn)，達到保護窯皮和提高耐火磚的使用周期，同時還可降低NOx 的排放。燃燒器型式四風道燃燒器燃燒器型式v2.3 PILLARD 燃燒器vPILLARD燃燒器與F

14、LS燃燒器的設計特點類似：v（1）增設中心圓孔形噴射口的平行射流，減少該部位燃燒結焦。燃燒器型式v（2） 中心部位除設置油燃燒器外，還增加天然氣點火裝置。v（3）旋流空氣設置在煤粉和輸送空氣風道外側和軸向空氣組成火焰外部循環(huán)氣流；在燃燒器中心形成一個富燃料區(qū)， 燃料在還原氣氛下燃燒，以減少NOx 的生成量。燃燒器型式v（4）相對較高的一次風比例和較低的軸向噴速（新燃燒器也在大幅度提高風速）。v（5）旋流風道和軸流風道均能前后調節(jié)， 從而改變其噴射口面積，達到調節(jié)其噴射風速的目的。燃燒器型式v（6）在軸流風道噴口外端，設置攏焰罩，防止火焰過于粗大而損壞窯皮。v以上措施有利于增加火焰長度及產生平穩(wěn)

15、的峰值溫度，保護窯皮和減少NOx 的生成量。3 幾種燃燒器的分析對比3 幾種燃燒器的分析對比三種燃燒器結構性能比較3 幾種燃燒器的分析對比3 幾種燃燒器的分析對比各公司燃燒器使用特點v通過上面的分析比較可以看出，高動能型（三風道）和高沖量型（四風道）燃燒器并沒有明顯的優(yōu)劣之分。高動能型燃燒器由于煤粉在旋流風和軸流風之間， 火焰形狀易于調節(jié)，適合原燃料不是很穩(wěn)定的水泥廠使用。由于軸流風風速高，需要的一次風量低，但風壓較高（有的高達6080kPa），系統(tǒng)能耗不一定最低。v高沖量型燃燒器由于煤粉在旋流風和軸流風的里層， 火焰形狀穩(wěn)定， 適合原燃料穩(wěn)定的水泥廠使用。由于一次風量相對高一些，但風壓較低（

16、最高在30kPa 左右），也不一定增加系統(tǒng)能耗。.旋流度：三、燃燒器參數(shù)v流體密度流體密度vr任意半徑任意半徑vU、W和和分別為旋轉射流任一截面上的軸向和切向速度分別為旋轉射流任一截面上的軸向和切向速度分量以及靜壓力。分量以及靜壓力。v 軸向管流中設螺旋葉片的旋流器簡圖軸向管流中設螺旋葉片的旋流器簡圖 旋流度變成旋流數(shù)v阻塞系數(shù)皮拉得燃燒器現(xiàn)場測試v旋流數(shù)速度場卷吸量外內風比例對外回流的影響隨著外內風量比由4:1減小到3:1，外回流區(qū)長度由4.60m縮短為3.51m，寬度由0.30m收縮為0.21m，起點由4.87m延遲至5.89m處;隨著外內風量比降至2:1，外回流區(qū)消失。因此，外內風量比對

17、外回流區(qū)的形成和大小作用十分明顯，隨著外軸流風比例的增加，對二次空氣的引外內風量比對碳燃盡速率(kg/s)的影響外內風量比對燃燒過程的影響由碳燃盡速率的變化可以清楚的表現(xiàn)出來，隨著外內風量比由2:1、3:1增大到4:1，碳燃盡長度由3.52m、2.35m縮短為1.95m，表明燃燒速率提高，對于燃盡是有利的;同時，碳燃盡起始位置由距燃燒器噴口0.37m、0.52m后移至1.02m處，表明著火點后移，對于著火是不利的。v水泥窯煤粉燃燒器的旋流數(shù)不超過0.5，屬弱旋轉射流范疇，其本身對內回流區(qū)的產生及尺寸影響不大。我院曾就大速并穩(wěn)焰措施在某水泥廠進行了工業(yè)性試驗，可穩(wěn)定燃燒1670/kg以下的高灰分煤，但大速差燃燒器消耗的壓縮空氣量較大，工廠長期使用并不經濟。在距燃燒器噴口小于O.65D的區(qū)域，混合強度沿徑向一般呈先增大后急劇減小的“單馬鞍形”結構。1.012.51D的區(qū)域，混合強度沿徑向一般呈中間大兩邊小的趨勢，同樣，也可用一個高斯分布來表示。在距燃燒器噴口2.51D以外的區(qū)域，混合強度沿徑向基本保持不變。這是因為隨著卷吸量的進一步增加，這一區(qū)域的速度梯度基本消失的緣故。四、燃料特點分析四、燃料特點分析v表表1 水泥窯用煤的品質要求水泥窯用煤的品質要求劣質燃料具有以下特點：v(1)著火性能下降。著火性能下降燃燒