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                          回轉窯生物質燃燒機的選擇

                          作者:鄭州達冠節能環保設備有限公司 ?????來源:http://www.irui.tw/news/532.html?????發布時間:2018-04-26 20:02
                          導讀:回轉窯生物質燃燒機的選擇 摘要當前回轉窯生物質燃燒機的發展趨勢是:由三風道向四風道發展:由分割式向旋流式發展:由燒優質煙煤向燒低質煤和廢燃料發展:在大中型生產線上,

                          回轉窯生物質燃燒機的選擇
                              摘要當前回轉窯生物質燃燒機的發展趨勢是:由三風道向四風道發展:由分割式向旋流式發展:由燒優質煙煤向燒低質煤和廢燃料發展:在大中型生產線上,由引進向國產發展。四風道生物質燃燒機的特點:一次風用量小,節能顯著:風速高,推力大:調節靈活,火焰形狀可以多變;火焰形狀好,沒有峰值溫度;外風從問斷出[J噴出,永不變形。四風道生物質燃燒機為低質煤的運用提供了技術支持。一些四風道生物質燃燒機頭部件易燒損磨蝕,下煤處易磨漏磨穿,申間容易彎曲,澆注料壽命短,企業在選用時必須重視,對國內外燃燒器要正確評認,F邁認真落實性價比。在燃燒器的采購中應搞清楚有關生物質燃燒機名詞術語的基本概念,還要了解國內外生物質燃燒機市場狀況,做到準確地采購。
                          0引言
                              回轉窯生物質燃燒機與龐大的窯體相比,無論在體形上、重量上,也不論在造價上都是小巫見大巫,可是它對燒成系統的產量大小、質量好壞、能耗高低、火磚壽命長短和有害氣體排放多少等卻舉足輕重,引起了國內外水泥行業的特別關注。國內許多水泥工作者,把它的重要作用形象地喻為“大窯一根槍”。確實如此,把這根槍選對了,耍好了,可以為企業創造很大的經濟效益、社會效益和保效益。因為燃燒器不僅僅是燒成系統的熱源提供者,它還是一個節能設備,同時又是一個環保設備。它不像回轉窯,只要能夠正常地運轉就完成了自己的使命,對主要技術經濟指標沒有影響。由此可見,提高對燃燒器的認識至關重要。只有充分地了解’了它的發展趨勢和特點,才能夠達到正確選擇的目的。這樣不僅對本企業經濟效益的增長會有顯著的作用、而且對節省建設資金、提高水泥裝備的國產化率,發展友好型、生態型、環保型綠色水混工業和實現可持續發展的循環經濟均具有極為重要的意義。下面就將筆者所知道的有關情況和看法進行介紹,供大家在選擇燃燒器時參考。
                          回轉窯生物質燃燒機的發展趨勢
                              在工業窯爐中,水泥回轉窯是最早燒煤粉的,而動力蒸汽鍋爐到20世紀20年代才開始使用煤粉為燃料。可是對水泥回轉窯生物質燃燒機及火焰的研究卻遠不如對鍋爐研究的那樣充分和深入,導致在上個世紀70年代以前水泥回轉窯一直都使用十分落后的單風道生物質燃燒機,持續時間近百年。
                              煤與石油和天然氣相比是最便宜的燃料,在20世紀70年代石油危機后,國內外的回轉窯所用燃料基本上都改為煤,顯然對煤粉燃燒和火焰的研究具有很大意義。可是,以前在很漫長的一段時間里卻未被重視,只有近年來由于燒廉價燃料可以大幅度降低水泥生產成本,擴大資源利用勢在必行,對環保提出了更嚴格的要求,降低NO、的排放已刻不容緩,這才引起了人們的關注。直接資助對水泥回轉窯內煤粉和石油焦的燃燒及其火焰開展了研究工作,使回轉窯生物質燃燒機很快由單風道發展到雙風道、三風道、四風道甚至燒兩種以一E燃料的五鳳道。理論研究和生產實踐均證明,風道越多性能越好,可是結構就越復雜,重量越重,價格也越高,在使用時還越容易彎曲。真品的四風道,其一次風(包括煤風)已可降低到8%l、』、下。曾有人試圖研究不用一次風,結果是不行的。這就是說,利用增加風道的高昂代價來換取性能的微小改善,得不償失。可見在燒單一燃料的條件下,旋流式四道是當前最先進的回轉窯生物質燃燒機,由歐洲幾家大型水泥機械制造公司首先開發出來,我國于1997年也正式投入了生產應用,見表1。果比三風道更好,不僅可以燒優質煙煤,而且可以燒低質煤或稱低活性煤(包括劣質煤、低揮發分煤、無煙煤等)和廢燃料,國外已有100多條2 000~8 500 Ud水泥生產線完全燒廢料的實例,見表2…“。四風道生物質燃燒機的優越性被愈來愈多的人所認識和青睞,旋流式四風道的使用廠家愈來愈多,其使用效  所以在我國發展也很快。
                              國內有人原來認為四風道與三風道沒有區別,通過無數的實踐他們已改變了觀點,也認為四風道的性能確實明顯優于三風道。特別是在燒低質煤時,它們的懸殊差別便突出地顯現出來。所以,四風道生物質燃燒機在我國也有很大的發展。原生產制造三風道燃燒器的廠家,現在不少也改為生產四風道了,
                              由上述可見,當前回轉窯生物質燃燒機已出現了以下幾個明顯的發展趨勢:
                              (1)由三風道向四風道發展。原用三風道的現在大部分都改用四風道了,如淮海、冀東、魯南、梅州金塔、天津市水泥廠、北京三力水泥有限公司等。
                              (2)由分割式向旋流式發展。原用分割式的現在也都改為旋流式了,如冀東、寧國、北京懷北、北京新港、張家港金臣水泥廠等。
                              (3)由燒優質煙煤向燒低質煤和廢燃料發展。原用優質煙煤現在改燒低質煤的逐漸增多,如河南七里崗、河南焦作堅固、河南豫鶴,北京特種、北京順義、山西晉牌等水泥廠;改燒廢料的國外實例繁多,我國也開始嘗試”“”,如北京水泥廠、上海金山水泥廠、上海萬安水泥公司等。
                              (4)在大中型生產線上,選用燃燒器由引進向國產發展。原來在2 000 t/d以上生產線基本上都是引進,而現在在5 000 Ud甚至8 000 t/d生產線上有的也用國產了。這一方面表明國產生物質燃燒機技術已經成熟,另一方面也表明廣大業主和設計單位的有識,已經敢于和愿意選用國內的產品。
                              實際上,不僅回轉窯生物質燃燒機有上述發展趨勢,而且窯尾分解爐生物質燃燒機也有類似趨勢。不論國內還是國外,原來在窯尾分解爐中均采用單風道生物質燃燒機,近幾年來,較大的謾計單位和有關設計部門所設計的新型干法水泥生產線,窯尾分解爐采用三風道生物質燃燒機的逐漸增多起來。原建窯尾分解爐采用單風道生物質燃燒機的生產線,有不少
                          都已經或者將要改成三風道生物質燃燒機,遼寧瓦房店老虎、河北涉縣、湖北永興、湖北京蘭、廣東云浮天山、廣東廣信青州水泥有限公司等。這表明,對窯尾分解爐采用三風道煤粉燃燒器重要作用的認識愈來愈深刻。原來有不少人認為窯尾分解爐沒有必要采用三風道生物質燃燒機,因為他們認為采用單風道生物質燃燒機,入窯物料分解率也并不算太低,這說明他們對煤粉燃燒的四個過程缺乏了解。不過現在絕大部分已改變了原有的認識和觀點,所以今后窯尾分解爐采用三風道煤粉燃燒器的肯定也會越來越廣泛。
                          2四風道生物質燃燒機的特點
                          2.1一次鳳用量小,節能顯著
                              我們所說的一次風與國外和國內有些人所說的不同,他們把凈風叫“一次風”( primary air)【”,我們在這里所定義的一次風是包括煤風在內的所有從噴燃管噴出入窯的常溫風,與由冷卻機人窯的高溫二次風和由冷卻機或窯頭罩抽取到窯尾的中溫三次風相對應。顯然,對NSP窯和窯尾一把火的預熱器窯才有三次風而言。其它窯型只有一次風和二次風,不設三次風管改造的預熱器窯即使使用窯尾一把火也沒有三次風。
                              一次風量降低,勢必多用高溫二次鳳,才能滿足煤粉完全燃燒所需的氧氣量。國內外的理論分析和生產統計均表明;一次風每降低1%,熟料單位熱耗便可降低(2~3)×4.18 U/kg熟料【41。各種型式燃燒器的一次風大致用量列于表3。
                          表3不同類型生物質燃燒機的一次風用量
                          ┏━━━━━━━━━━━┳━━━━━━┳━━━━━┳━━━━━┳━━━━━━┓
                          ┃    燃燒器種類        ┃  單風道    ┃  三風道  ┃  四風道  ┃  備注      ┃
                          ┣━━━━━┳━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━┫
                          ┃一次風量  ┃    一般  ┃    25 - 30 ┃  14 - 18 ┃  7 -lO   ┃  普遍情況  ┃
                          ┃    (%)   ┃    最足  ┃  >40       ┃  20—25  ┃    <13   ┃  特殊情況  ┃
                          ┗━━━━━┻━━━━━┻━━━━━━┻━━━━━┻━━━━━┻━━━━━━┛
                            一次風降低還有三個好處:
                            (1)窯內的廢氣生成量減少,因而窯尾預熱器出口的廢氣熱損失降低,這部分節能也相對明顯。對NSP窯這部分熱損失約占熟料熱耗的22c/o~ 29%,顯然不可小覷,見表4。
                            (2)多用高溫二次風,對加速煤粉燃燒更加有表4我國相同能力幾條生產線窯尾廢氣熱損失的標定結果
                            (3)因一次風量小,煤風和凈風風機的電動機功率可減小,TJB型四風道為三風道的500/0~ 60%.因此節電。如廣東梅州金塔水泥有限公司①3.5 m×145 m濕法窯由三風道改用TJB-K型四風道后,每年節電786 845 kWh、蘇州金貓公司由三風道改用TJB型四風道后,每年節電116×104 kWh等。
                          2.2風速高,推力大
                            煤粉燃燒的過程基本上可分為四個階段,即風煤混合、揮發分析出、化學反應和殘碳燃盡并放出燃燒產物。風煤混合所用的時間比后面三個階段的總和還要長,可見風煤混合充分均勻是燃燒的先決條件。易言之,沒有混合,可以說就沒有燃燒。
                            在使用單風道時,煤和風是在管內混合,煤粉顆粒完全是靠一次風的攜帶而前進的,以so~ 70 m/s的速度由出口噴出(圖1)。它們之間幾乎沒有速度
                              圖1單風道生物質燃燒機的風煤混合及噴出情況差、方向差和壓力差,因邊界管壁的摩擦,而使其速度分布呈中間大,周邊小,同時不便調節,只能靠窯尾拉風的不同而發生微小的變化,根本足不了強化燒成的需要。可是四風道就不同了,煤和風是在管外混合,既有速度差,更有方向差,
                              四風道與三風道生物質燃燒機的一個重要區別,就在于前者比后者多了一個中心風。中心風的風量不需要很大,壓力也不用很高,可它對燃燒器性能的影響卻很大”I。中心風除德國洪堡公司外都是通過頭部的火焰穩定器噴出,既解決了中心風的良好噴射,又解決了火焰不穩定的問題。火焰穩定器有多種,但最適宜應用于噴燃管中的有兩種:一種是鈍體式火焰穩定器,即在噴燃管頭部設置一個可調節的錐體,這種火焰穩定器曾被清華大學兩位教授應用于單風道或雙風道的生物質燃燒機中(見圖3),也取得了一定的效果怕’。另一種則是板孔式火焰穩定器,它不僅性熊更好,而且更適用于四風道的噴燃管中。對火焰穩定器性能的鑒別是對四風道性能考察的關鍵,絕對不是在一個小圓板上隨便鉆幾個孔眼就會起到使火焰穩定的效果。防風打火機之所以有防風功能,風吹不滅,就是在火焰噴出孔處安裝了一個網狀物,它就是火焰穩定器。在某種意義上說,把板孔式火焰穩定器搞懂了,才可以說對四風道有了足夠的認識l5l[7]。三風道生物質燃燒機一般來說燒低質煤就比較困難,而四風道卻不成問題。因為風煤混合更好,為低活性煤的燃燒創造了更為有利的條件,所以可以燒劣質煤、低揮發分煤和無煙煤等。
                              因為外風風速可以大到400 m/s以上,大大超過音速,煤風只有20~ 30 m/s,旋流風的噴出速度也可達到120~ 300 m/s,風煤在管外混合,形成了大速差。所以有人把這種燃燒器稱為“大速差燃燒器”,也有人說燒無煙煤必須有一個超音速燃燒器,把這種外風噴出速度高于音速的稱為“超音速燃燒器”。實際L,不僅是速差大,而且壓力和方向也都有較大差別。所以,風煤混合非常均勻,煤粉的燃盡率很高,可達99.98u/o~ 99.99c70。
                              當燃燒的煤粉和環境不同,那么所需要的相對推力不同,一般在1 250~1 850之間,即M=1 250~1 850u/o.m/s或者更大些。為了更便于使用,把這種關系以曲線圖表示,見圖4。由上述可見,如果相對推力M固定,則一次風速Ⅵ與一次風量/.成反比。易言之,若想一次風量小,就必須增大一次風速。例如:所需要的相對推力M=1 500%.m/s,當一次風量為I0%時,則一次風噴出速度即應為Vi=150 m/s;
                              這一性能特別重要,因為窯情都是在不斷變化的。要適應窯情的變化,就需要改變火焰形狀。四風道比三風道調節更加靈活,可以適應任何窯情的變化,特別是可以頂燒。因為除由外風和旋流風閥門通過調節開度來改變噴出速度外,有的還可以在操作中改變噴出面積,從而改變風速,進而改變火焰形狀。但是,操作就比較復雜,不易掌握好。如福建大田水泥廠600 Ud SP窯生產線,購買歐洲某四鳳道燃燒器,外風和旋流風既設閥門調節,又設有操作時出口面積可調的機構,剛開始時操作員就掌握不了,一個星期就得換一次磚,還不能燒1 000/0無煙煤。通過很長一段時間的摸索,才基本掌握了。即使如此,火磚壽命也不長,僅能達到100∥。
                              為了國產化,天津市博納建材高科技研究所在國內率先研制開發出了TJB-K型旋流式四風道煤粉燃燒器,內外風采用閥門調節,當需要較大幅度調節噴出速度時,通過更換外風多個小噴嘴的孔徑即可。既滿足了調節方便靈活,又滿足了操作簡單、容易掌握的要求。但這種結構型式的噴燃管,若煤的含硫量和焦渣特性不適應時會出現頭部結焦現象。結焦層的厚度在25 mm—40 mm時,不但不會影響火焰的要求形狀,而且具有保護噴燃管頭部端面的作用,使其壽命延長。當結焦層過厚時,就會影響火焰形狀。在這種燃燒器噴燃管的60多個用戶中,就有和5個廠發生頭部結長焦現象,最長者可達200 mm,這時就會攪亂火焰形狀,產質量和煤耗等技術經濟指標惡化。
                              為解決上述問題,在總結國內外回轉窯燃燒器特點和使用經驗的基礎上該所又研制開發了第二代TJB-KP型旋流式四風道生物質燃燒機,現已應用60多家。生產實踐表明,這種燃燒器火焰調節夏靈活方便,其形狀更好。它所形成的火焰貌柔實剛,表面上看去,火焰柔和、形狀規矩,實際上熱力強度卻很高或者說溫度很高。因而窯皮非常平整,熟料結粒均齊,而且對任何煤種都不會產生結焦現象。對窯產質量的提高幅度更大,節煤更為顯著,火磚壽命也隨之大大延長。
                          2.4火焰形狀好,沒有峰值溫度
                              窯操看火,看什么?就是看火焰形狀。火焰形狀好,包括熱力強度高,窯內溫度分布才會合理,進而熱工制度才能穩定。但以前的任何一種三風道都存在氣體的過早擴散,導致峰值溫度產生。為了解決這個問題,法國皮拉得公司發明了攏焰罩,國外稱“盆狀效應”或“碗狀效應”(Bowl effect),首用于Rotaflam型四風道上。它好像照相機的遮光罩一樣,避免氣流過早擴散,使火焰在根部形成一個“縮頸”(圖5)。這樣就可避免峰值溫度產生,從而可延長窯口簡體、窯口護板和窯口耐火襯料的使用壽命,對提高窯的運轉率有重要意義。不少使用篦冷機的NSP窯水泥廠,窯口護板的使用壽命僅能維持一年左右,峰值溫度就是最重要原因。
                            對攏焰罩我國也有人進行了理論分析和實驗研究”1,可惜的是在該文中沒有提出攏焰罩的合理長度。在技術方面,筆者認為關鍵是能夠確定出最佳的結構和尺寸。這就是好多貌合神離現象的根本原因所在,從表面結構上看好像沒有什么區別,但因尺寸不同,實際使用效果就相差甚遠。
                            這里必須指出,看慣了單風道的火焰形狀再來看四風道,總認為火焰發散。確實,四風道的火焰形狀不僅與單風道截然不同,與三風道相比也有差別。以前能看到的火焰形狀成毛筆形,而現在四風道則不同,如圖6所示。圖6-b所示的是一種很好的火焰形狀,使窯皮表面平整規矩,堅固厚實,所以能延長火磚壽命。
                          2.5外風通過間斷出口噴出,永不變形
                            許多種三風道,原來外風都是通過環形間除噴出。因為其在半徑最大處、在一般情況下噴出速度又最高,所以間隙很小,一般為3 mm—6 mm之間。制造和安裝誤差已不可避免,尤其在使用時處在高溫下就會發生變形,使間隙變得過大而不均勻,進而造成火焰偏火,嚴重時掃窯皮燒磚。近代的四風道基本上都采用環形間斷間隙出口噴射,洪堡公司最早采用小圓孔口噴射,如雙陽水泥廠:后來又改為小噴嘴噴射,一直至今,如琉璃河、龍巖、石井、鎮江等水泥廠均是如此。由于支撐點多,基體堅固,因此不易變形。
                              必須指出的是,雖然都用TJB-K-12型四風道煤粉燃燒器,但因操作不同,窯內溫度分布不合理時,產量、質量和煤耗都要受很大影響。這就是說,好馬還得有好騎手,方可奪冠。燃燒器的性能再好,也只是個硬件,還必須有技術較高的軟件相輔,才能充分發揮四風道燃燒器的優越性能。
                              以上這五個特點是指真品四風道生物質燃燒機應該具有的性能,因此使用單位才能獲得產量高、質量好、火磚壽命長、節煤顯著、對煤質的適應能力強、有害氣體排放少等六大效益。

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