达冠节能环保型回转窑生物质燃烧机的选择

回转窑生物质燃烧机的选择
摘要当前回转窑生物质燃烧机的发展趋势是：由三风道向四风道发展：由分割式向旋流式发展：由烧优质烟煤向烧低质煤和废燃料发展：在大中型生产线上，由引进向国产发展。四风道生物质燃烧机的特点：一次风用量小，节能显著：风速高，推力大：调节灵活，火焰形状可以多变；火焰形状好，没有峰值温度；外风从问断出[J喷出，永不变形。四风道生物质燃烧机为低质煤的运用提供了技术支持。一些四风道生物质燃烧机头部件易烧损磨蚀，下煤处易磨漏磨穿，申间容易弯曲，浇注料寿命短，企业在选用时必须重视，对国内外燃烧器要正确评认，F迈认真落实性价比。在燃烧器的采购中应搞清楚有关生物质燃烧机名词术语的基本概念，还要了解国内外生物质燃烧机市场状况，做到准确地采购。
0引言
回转窑生物质燃烧机与庞大的窑体相比，无论在体形上、重量上，也不论在造价上都是小巫见大巫，可是它对烧成系统的产量大小、质量好坏、能耗高低、火砖寿命长短和有害气体排放多少等却举足轻重，引起了国内外水泥行业的特别关注。国内许多水泥工作者，把它的重要作用形象地喻为“大窑一根枪”。确实如此，把这根枪选对了，耍好了，可以为企业创造很大的经济效益、社会效益和保效益。因为燃烧器不仅仅是烧成系统的热源提供者，它还是一个节能设备，同时又是一个环保设备。它不像回转窑，只要能够正常地运转就完成了自己的使命，对主要技术经济指标没有影响。由此可见，提高对燃烧器的认识至关重要。只有充分地了解’了它的发展趋势和特点，才能够达到正确选择的目的。这样不仅对本企业经济效益的增长会有显著的作用、而且对节省建设资金、提高水泥装备的国产化率，发展友好型、生态型、环保型绿色水混工业和实现可持续发展的循环经济均具有极为重要的意义。下面就将笔者所知道的有关情况和看法进行介绍，供大家在选择燃烧器时参考。
回转窑生物质燃烧机的发展趋势
在工业窑炉中，水泥回转窑是*早烧煤粉的，而动力蒸汽锅炉到20世纪20年代才开始使用煤粉为燃料。可是对水泥回转窑生物质燃烧机及火焰的研究却远不如对锅炉研究的那样充分和深入，导致在上个世纪70年代以前水泥回转窑一直都使用*落后的单风道生物质燃烧机，持续时间近百年。
煤与石油和天然气相比是*便宜的燃料，在20世纪70年代石油危机后，国内外的回转窑所用燃料基本上都改为煤，显然对煤粉燃烧和火焰的研究具有很大意义。可是，以前在很漫长的一段时间里却未被重视，只有近年来由于烧廉价燃料可以大幅度降低水泥生产成本，扩大资源利用势在必行，对环保提出了更严格的要求，降低NO、的排放已刻不容缓，这才引起了人们的关注。直接资助对水泥回转窑内煤粉和石油焦的燃烧及其火焰开展了研究工作，使回转窑生物质燃烧机很快由单风道发展到双风道、三风道、四风道甚至烧两种以一E燃料的五凤道。理论研究和生产实践均证明，风道越多性能越好，可是结构就越复杂，重量越重，价格也越高，在使用时还越容易弯曲。真品的四风道，其一次风（包括煤风）已可降低到8%l、』、下。曾有人试图研究不用一次风，结果是不行的。这就是说，利用增加风道的高昂代价来换取性能的微小改善，得不偿失。可见在烧单一燃料的条件下，旋流式四道是当前*先进的回转窑生物质燃烧机，由欧洲几家大型水泥机械制造公司首先开发出来，我国于1997年也正式投入了生产应用，见表1。果比三风道更好，不仅可以烧优质烟煤，而且可以烧低质煤或称低活性煤（包括劣质煤、低挥发分煤、无烟煤等）和废燃料，国外已有100多条2 000~8 500 Ud水泥生产线完全烧废料的实例，见表2…“。四风道生物质燃烧机的优越性被愈来愈多的人所认识和青睐，旋流式四风道的使用厂家愈来愈多，其使用效 所以在我国发展也很快。
国内有人原来认为四风道与三风道没有区别，通过无数的实践他们已改变了观点，也认为四风道的性能确实明显优于三风道。特别是在烧低质煤时，它们的悬殊差别便突出地显现出来。所以，四风道生物质燃烧机在我国也有很大的发展。原生产制造三风道燃烧器的厂家，现在不少也改为生产四风道了，
由上述可见，当前回转窑生物质燃烧机已出现了以下几个明显的发展趋势：
(1)由三风道向四风道发展。原用三风道的现在大部分都改用四风道了，如淮海、冀东、鲁南、梅州金塔、天津市水泥厂、北京三力水泥有限公司等。
(2)由分割式向旋流式发展。原用分割式的现在也都改为旋流式了，如冀东、宁国、北京怀北、北京新港、张家港金臣水泥厂等。
(3)由烧优质烟煤向烧低质煤和废燃料发展。原用优质烟煤现在改烧低质煤的逐渐增多，如河南七里岗、河南焦作坚固、河南豫鹤，北京特种、北京顺义、山西晋牌等水泥厂；改烧废料的国外实例繁多，我国也开始尝试”“”，如北京水泥厂、上海金山水泥厂、上海万安水泥公司等。
(4)在大中型生产线上，选用燃烧器由引进向国产发展。原来在2 000 t/d以上生产线基本上都是引进，而现在在5 000 Ud甚至8 000 t／d生产线上有的也用国产了。这一方面表明国产生物质燃烧机技术已经成熟，另一方面也表明广大业主和设计单位的有识，已经敢于和愿意选用国内的产品。
实际上，不仅回转窑生物质燃烧机有上述发展趋势，而且窑尾分解炉生物质燃烧机也有类似趋势。不论国内还是国外，原来在窑尾分解炉中均采用单风道生物质燃烧机，近几年来，较大的谩计单位和有关设计部门所设计的新型干法水泥生产线，窑尾分解炉采用三风道生物质燃烧机的逐渐增多起来。原建窑尾分解炉采用单风道生物质燃烧机的生产线，有不少
都已经或者将要改成三风道生物质燃烧机，辽宁瓦房店老虎、河北涉县、湖北永兴、湖北京兰、广东云浮天山、广东广信青州水泥有限公司等。这表明，对窑尾分解炉采用三风道煤粉燃烧器重要作用的认识愈来愈深刻。原来有不少人认为窑尾分解炉没有必要采用三风道生物质燃烧机，因为他们认为采用单风道生物质燃烧机，入窑物料分解率也并不算太低，这说明他们对煤粉燃烧的四个过程缺乏了解。不过现在绝大部分已改变了原有的认识和观点，所以今后窑尾分解炉采用三风道煤粉燃烧器的肯定也会越来越广泛。
2四风道生物质燃烧机的特点
2.1一次凤用量小，节能显著
我们所说的一次风与国外和国内有些人所说的不同，他们把净风叫“一次风”( primary air)【”，我们在这里所定义的一次风是包括煤风在内的所有从喷燃管喷出入窑的常温风，与由冷却机人窑的高温二次风和由冷却机或窑头罩抽取到窑尾的中温三次风相对应。显然，对NSP窑和窑尾一把火的预热器窑才有三次风而言。其它窑型只有一次风和二次风，不设三次风管改造的预热器窑即使使用窑尾一把火也没有三次风。
一次风量降低，势必多用高温二次凤，才能满足煤粉完全燃烧所需的氧气量。国内外的理论分析和生产统计均表明；一次风每降低1%，熟料单位热耗便可降低(2~3)×4.18 U/kg熟料【41。各种型式燃烧器的一次风大致用量列于表3。
表3不同类型生物质燃烧机的一次风用量
┏━━━━━━━━━━━┳━━━━━━┳━━━━━┳━━━━━┳━━━━━━┓
┃ 燃烧器种类 ┃ 单风道 ┃ 三风道 ┃ 四风道 ┃ 备注 ┃
┣━━━━━┳━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━┫
┃一次风量 ┃ 一般 ┃ 25 - 30 ┃ 14 - 18 ┃ 7 -lO ┃ 普遍情况 ┃
┃ (%) ┃ *足 ┃ >40 ┃ 20—25 ┃ <13 ┃ 特殊情况 ┃
┗━━━━━┻━━━━━┻━━━━━━┻━━━━━┻━━━━━┻━━━━━━┛
一次风降低还有三个好处：
(1)窑内的废气生成量减少，因而窑尾预热器出口的废气热损失降低，这部分节能也相对明显。对NSP窑这部分热损失约占熟料热耗的22c/o~ 29%，显然不可小觑，见表4。
(2)多用高温二次风，对加速煤粉燃烧更加有表4我国相同能力几条生产线窑尾废气热损失的标定结果
(3)因一次风量小，煤风和净风风机的电动机功率可减小，TJB型四风道为三风道的500/0~ 60%．因此节电。如广东梅州金塔水泥有限公司①3.5 m×145 m湿法窑由三风道改用TJB-K型四风道后，每年节电786 845 kWh、苏州金猫公司由三风道改用TJB型四风道后，每年节电116×104 kWh等。
2.2风速高，推力大
煤粉燃烧的过程基本上可分为四个阶段，即风煤混合、挥发分析出、化学反应和残碳燃尽并放出燃烧产物。风煤混合所用的时间比后面三个阶段的总和还要长，可见风煤混合充分均匀是燃烧的先决条件。易言之，没有混合，可以说就没有燃烧。
在使用单风道时，煤和风是在管内混合，煤粉颗粒完全是靠一次风的携带而前进的，以so~ 70 m/s的速度由出口喷出（图1）。它们之间几乎没有速度
图1单风道生物质燃烧机的风煤混合及喷出情况差、方向差和压力差，因边界管壁的摩擦，而使其速度分布呈中间大，周边小，同时不便调节，只能靠窑尾拉风的不同而发生微小的变化，根本足不了强化烧成的需要。可是四风道就不同了，煤和风是在管外混合，既有速度差，更有方向差，
四风道与三风道生物质燃烧机的一个重要区别，就在于前者比后者多了一个中心风。中心风的风量不需要很大，压力也不用很高，可它对燃烧器性能的影响却很大”I。中心风除德国洪堡公司外都是通过头部的火焰稳定器喷出，既解决了中心风的良好喷射，又解决了火焰不稳定的问题。火焰稳定器有多种，但*适宜应用于喷燃管中的有两种：一种是钝体式火焰稳定器，即在喷燃管头部设置一个可调节的锥体，这种火焰稳定器曾被清华大学两位教授应用于单风道或双风道的生物质燃烧机中（见图3），也取得了一定的效果怕’。另一种则是板孔式火焰稳定器，它不仅性熊更好，而且更适用于四风道的喷燃管中。对火焰稳定器性能的鉴别是对四风道性能考察的关键，*不是在一个小圆板上随便钻几个孔眼就会起到使火焰稳定的效果。防风打火机之所以有防风功能，风吹不灭，就是在火焰喷出孔处安装了一个网状物，它就是火焰稳定器。在某种意义上说，把板孔式火焰稳定器搞懂了，才可以说对四风道有了足够的认识l5l[7]。三风道生物质燃烧机一般来说烧低质煤就比较困难，而四风道却不成问题。因为风煤混合更好，为低活性煤的燃烧创造了更为有利的条件，所以可以烧劣质煤、低挥发分煤和无烟煤等。
因为外风风速可以大到400 m/s以上，大大超过音速，煤风只有20~ 30 m/s，旋流风的喷出速度也可达到120~ 300 m/s，风煤在管外混合，形成了大速差。所以有人把这种燃烧器称为“大速差燃烧器”，也有人说烧无烟煤必须有一个超音速燃烧器，把这种外风喷出速度高于音速的称为“超音速燃烧器”。实际L，不仅是速差大，而且压力和方向也都有较大差别。所以，风煤混合非常均匀，煤粉的燃尽率很高，可达99.98u/o~ 99.99c70。
当燃烧的煤粉和环境不同，那么所需要的相对推力不同，一般在1 250~1 850之间，即M=1 250~1 850u/o．m/s或者更大些。为了更便于使用，把这种关系以曲线图表示，见图4。由上述可见，如果相对推力M固定，则一次风速Ⅵ与一次风量/．成反比。易言之，若想一次风量小，就必须增大一次风速。例如：所需要的相对推力M=1 500%．m/s，当一次风量为I0%时，则一次风喷出速度即应为Vi=150 m/s;
这一性能特别重要，因为窑情都是在不断变化的。要适应窑情的变化，就需要改变火焰形状。四风道比三风道调节更加灵活，可以适应任何窑情的变化，特别是可以顶烧。因为除由外风和旋流风阀门通过调节开度来改变喷出速度外，有的还可以在操作中改变喷出面积，从而改变风速，进而改变火焰形状。但是，操作就比较复杂，不易掌握好。如福建大田水泥厂600 Ud SP窑生产线，购买欧洲某四凤道燃烧器，外风和旋流风既设阀门调节，又设有操作时出口面积可调的机构，刚开始时操作员就掌握不了，一个星期就得换一次砖，还不能烧1 000/0无烟煤。通过很长一段时间的摸索，才基本掌握了。即使如此，火砖寿命也不长，仅能达到100∥。
为了国产化，天津市博纳建材高科技研究所在国内*研制开发出了TJB-K型旋流式四风道煤粉燃烧器，内外风采用阀门调节，当需要较大幅度调节喷出速度时，通过更换外风多个小喷嘴的孔径即可。既满足了调节方便灵活，又满足了操作简单、容易掌握的要求。但这种结构型式的喷燃管，若煤的含硫量和焦渣特性不适应时会出现头部结焦现象。结焦层的厚度在25 mm—40 mm时，不但不会影响火焰的要求形状，而且具有保护喷燃管头部端面的作用，使其寿命延长。当结焦层过厚时，就会影响火焰形状。在这种燃烧器喷燃管的60多个用户中，就有和5个厂发生头部结长焦现象，*长者可达200 mm，这时就会搅乱火焰形状，产质量和煤耗等技术经济指标恶化。
为解决上述问题，在总结国内外回转窑燃烧器特点和使用经验的基础上该所又研制开发了第二代TJB-KP型旋流式四风道生物质燃烧机，现已应用60多家。生产实践表明，这种燃烧器火焰调节夏灵活方便，其形状更好。它所形成的火焰貌柔实刚，表面上看去，火焰柔和、形状规矩，实际上热力强度却很高或者说温度很高。因而窑皮非常平整，熟料结粒均齐，而且对任何煤种都不会产生结焦现象。对窑产质量的提高幅度更大，节煤更为显著，火砖寿命也随之大大延长。
2.4火焰形状好，没有峰值温度
窑操看火，看什么？就是看火焰形状。火焰形状好，包括热力强度高，窑内温度分布才会合理，进而热工制度才能稳定。但以前的任何一种三风道都存在气体的过早扩散，导致峰值温度产生。为了解决这个问题，法国皮拉得公司发明了拢焰罩，国外称“盆状效应”或“碗状效应”（Bowl effect），首用于Rotaflam型四风道上。它好像照相机的遮光罩一样，避免气流过早扩散，使火焰在根部形成一个“缩颈”（图5）。这样就可避免峰值温度产生，从而可延长窑口简体、窑口护板和窑口耐火衬料的使用寿命，对提高窑的运转率有重要意义。不少使用篦冷机的NSP窑水泥厂，窑口护板的使用寿命仅能维持一年左右，峰值温度就是*重要原因。
对拢焰罩我国也有人进行了理论分析和实验研究”1，可惜的是在该文中没有提出拢焰罩的合理长度。在技术方面，笔者认为关键是能够确定出*佳的结构和尺寸。这就是好多貌合神离现象的根本原因所在，从表面结构上看好像没有什么区别，但因尺寸不同，实际使用效果就相差甚远。
这里必须指出，看惯了单风道的火焰形状再来看四风道，总认为火焰发散。确实，四风道的火焰形状不仅与单风道截然不同，与三风道相比也有差别。以前能看到的火焰形状成毛笔形，而现在四风道则不同，如图6所示。图6-b所示的是一种很好的火焰形状，使窑皮表面平整规矩，坚固厚实，所以能延长火砖寿命。
2.5外风通过间断出口喷出，永不变形
许多种三风道，原来外风都是通过环形间除喷出。因为其在半径*大处、在一般情况下喷出速度又*高，所以间隙很小，一般为3 mm—6 mm之间。制造和安装误差已不可避免，尤其在使用时处在高温下就会发生变形，使间隙变得过大而不均匀，进而造成火焰偏火，严重时扫窑皮烧砖。近代的四风道基本上都采用环形间断间隙出口喷射，洪堡公司*早采用小圆孔口喷射，如双阳水泥厂：后来又改为小喷嘴喷射，一直至今，如琉璃河、龙岩、石井、镇江等水泥厂均是如此。由于支撑点多，基体坚固，因此不易变形。
必须指出的是，虽然都用TJB-K-12型四风道煤粉燃烧器，但因操作不同，窑内温度分布不合理时，产量、质量和煤耗都要受很大影响。这就是说，好马还得有好骑手，方可夺冠。燃烧器的性能再好，也只是个硬件，还必须有技术较高的软件相辅，才能充分发挥四风道燃烧器的优越性能。
以上这五个特点是指真品四风道生物质燃烧机应该具有的性能，因此使用单位才能获得产量高、质量好、火砖寿命长、节煤显著、对煤质的适应能力强、有害气体排放少等六大效益。