新型干法回转窑燃烧器发展介绍

　　1.前言  

　　1.1燃烧器发展历史 

　　上世纪70年代，国外使用的还是低效率的单通道燃烧器；但随着能源危机和多球建筑业的兴起，水泥行业使用了高效率的燃煤多通道燃烧器取代了原先单通道燃烧器。同时由于产量﹑燃料等实际情况的不同以及降低生产成本的目的，多通道燃烧器历经了三个发展阶段，这里的三个阶段是从工艺发展的角度出发便于简介在时间上并不一致。前卫个阶段：以pillar公司三通道燃烧器为起点的前卫代多通道燃烧器。第二阶段：前卫代多通道燃烧器的改进型：改变了外轴流风的出口方式及旋流风道与煤风道的分布位置。第三阶段：能够燃烧两种或多种燃料的多通道以及具有突破性的新型双通道燃烧器。实际上，不同技术的燃烧器彼此之间不能作同样的比较，因为各自满足的实际要求是不相同的。  

　　1.2燃烧器的性能和操作  

　　国内外燃烧器，性能虽然是很重要的，但在实际的使用中，性能和操作其实是同样重要的。性能好的燃烧器在使用情况不好的时候，一样不能发挥其特点。而性能一般的燃烧器，如果有非常良好的操作，那么效果一样会非常好。例如某水泥厂两条同规模生产线使用的相同的燃烧器，在使用者相同、燃料相同的情况下燃烧情况并不一样，实际的生产中，燃烧器的操作有时候甚至占了更主要的因素。在水泥生产中，设备的性能和实际的操作总是相辅相成的，在生产运行中，缺一不可的。  

　　2. 燃烧器的工艺特性   

　　 回转窑燃烧器不仅为燃烧提供了燃料和氧化剂，同时也是火焰成型 主要的动力装置。因此，好确的工艺，将提供良好的工况，对熟料煅烧，成本减少都十分的重要。   

　　 2.1 一次风  

　　一次风是对水泥烧成系统影响 大的人工风，它不仅起到输送煤粉的作用，而且对火焰成形﹑燃料燃烧﹑吸卷二次风的数量都有很大的影响，因此好确的控制有助于熟料产﹑质量的提高和煤电资源的节省。  

　　2.1.2一次风率   

　　 一次风的温度很低，过多的参与燃烧过程则明显的降低了着火条件﹑增大风机电耗﹑也不利于煤粉的燃烧而造成资源的浪费。但由于一次风起着输送燃料和火焰成形的作用因而不可取消，因此只有尽量降低一次冷风在总风量（包括一次风﹑二次风﹑窑尾高温烟气）中的占有率以保证燃烧器的燃烧效果。  

　　2.1.2一次风输出方式  

　　早期的单通道燃烧器多部的一次风和煤粉从同一个通道喷出，事实证明不仅一次风率高而且火焰形状也比较差，燃烧情况十分不好。利用多个通道输出一次风，不仅可以降低一次风率而且高速的外轴流风还可以大量的引射高温的二次风，内部的旋流输出风可以增大火焰内部回流区，改善燃料着火条件，中心风调节黑火头以避免燃烧器由于高温被烧坏。同时，各个风道的出口形状也影响着燃烧，相比与环隙式出口，如果外轴流净风采用数个环绕的圆型孔出风，这不仅减小出口面积，而且在保证了出口动量的基础上，增加了火焰刚度，减少了一次风量，更多的吸卷了二次风。国外某公司的新型双通道燃烧器，一次风基本上由一组环绕着燃烧器的软管输出，不仅大大降低一次风率而且可以简便地调节旋流强度。  

　　2.1.3一次风速度和旋流强度 

　　 一次风各出口速度和旋流风的旋流强度对燃烧和窑运作有比较大的影响。燃烧器出口速度要适当，过大会引起生料的堆料和窑尾温度过高；过小则不利于火焰成形和吸卷周围的高温空气以及造成火焰过于疲软而缺乏穿透力。旋流风的旋流强度是一次风中一个重要的指标；合适的旋流强度加速燃料和燃烧空气的混合,并且在火焰中心形成高温回流区，改善燃烧环境，使燃烧完多，并且在火焰中下游区形成外回流气膜，保护窑皮；但是过大则会使火焰中心向燃烧器出口移动，损坏烧嘴。实际工况中的旋流强度通常是调节内外净风比，这容易改变一次风风量和出口动量，因此能否不改变出口动量前提下简易进行调整也是燃烧器很重要的工艺指标。  

　　2.2火焰  

　　由于生料煅烧需要的热能大部分是通过火焰光辐射进行传播的，因此火焰的温度和形状就十分的重要。火焰温度反映了能量粒子的分布情况，均匀的分布对熟料煅烧非常有利；根据国外研究表明，短而窄的火焰 有利于熟料的煅烧﹑煤粉的燃烧﹑熔渣的结晶和窑皮及燃烧器寿命的延长，而且这种火焰的热流分布也比较理想。火焰的稳定性将保证熟料煅烧的质量的稳定性和设备运行的安多性。影响火焰的主要是一次风率﹑出口速度，旋流强度，煤粉种类﹑颗粒大小等。  

　　2.3 火焰动量理论 

　　火焰动量理论是国外长期研究得出的关于火焰成形的理论。这个理论认为影响火焰形状的关键参数是一次风的比率乘以一次风的速度，而良好的形状所需要的数值大概在1200－1500(%,m/s)；同时也可以用单位热耗的火焰推力来描述火焰的工作状况，其定义是单位时间出口风量（kg/s）乘以出口速度再除以单位热耗，国外研究表明在3—7N/MW之间是比较合理的火焰推力范围。而不良的火焰会导致火焰过长，煅烧区和燃烧区下游部分过高的窑表面温度，过多的游离氧化钙，同时不稳定的窑运作且伴随着过长过冷的煅烧区，因此会产生不利的溶渣结晶。

　　回转窑中作为喷射器的燃烧器，其目的是为了尽可能利用来自于冷却器的二次风使得燃料燃烧尽可能接近二次风聚集的窑中线。这就解释了为什么燃烧器的动量决定了火焰的形状。更高动量意味着更快的混合和更短更热的火焰。

　　窑内好的火焰形状可以使用尽量少的空气而几乎没有CO的部分，一个有正确火焰动量的燃烧器不论温度多高都会有比较低动量的却消耗更多空气的燃烧器有更低的NOX含量。图1是不同动量火焰形状的比较。  

　　3.国内外煤粉燃烧器介绍  

　　国外水泥行业用燃烧器真正开始发展应该是在上世纪70年代，以法国pillard公司研制的前卫代三通道燃烧器为起点。实际上，在之前曾经出现了模仿燃油燃烧器的双通道的燃煤燃烧器，但由于对煤粉燃烧和气固动力科学研究不够以及具体操作参数的不当，在工业生产中，效果并不理想。Pillard三通道燃烧器的出现，不仅取代了原先落后的单通道燃烧器（即喷煤管），同时也正式标明水泥用燃烧器的研究进入了人们的视线。   

　　 3.1 pillard公司生产的煤粉燃烧器 rotaflam kiln burner   

　　rotaflam kiln burner是pillard公司在其原始的三通道燃烧器基础上发展出来的，在效率和节能方面都得到改善。  

　　3.1.1工艺原理  

　　（1）Rotaflam燃烧器的制造概念主要是基于GRC锅炉燃烧器的经验发展起来的，并且优化了火焰稳定性。这种稳定性在增大中心涡流尺度的同时限制了涡流的再流动，保证了即使冷启动也能有很好稳定性的火焰。  
　　（2）煤粉、燃油和燃气都可以在2个空气管道内流动。这种新的设计目的为了避免氧气在火焰根部过多聚集，减少NOX。  
　　（3）外部风管超过喷嘴的长度。这种出口位置分布造成了燃烧初期会形成十分快速膨胀的扩展型气流，以使火焰有较好的形状。  
　　（4）轴向气流经由数个圆孔管喷射，与连续的环隙出口不同，这一设计使得内外部燃烧管能够同轴。而且火焰根部可以引入更多的高温CO2气体，以减少O2的分量。  
　　（5）通过优化直流和旋流风动量比获得了高效率的燃料/空气混合。而且，与传统的3通道燃烧器比较，rotaflam的一次风量只有它的一半， 但是燃烧器的出口动量却大大增加。  

　　3.1.2工艺特点  

　　（1）有较好的火焰形状并且降低了火焰的峰温，热流分布良好。  
　　（2）由于使一次风量减少了4%，取而代之的是高温回流烟气(700-11000C),使得燃料燃烧更加完多，大约节省1.5%的燃料。  
　　（3）简化了对火焰形状调节过程并扩大了调节的范围。  
　　（4）由于火焰温度峰值的降低和高温回流烟气的增加，使NOX生成量大大减少。图2是pillard 公司燃烧器结构图，1是外净风通道 2是旋流风通道 3是风煤通道 4是中心冷风通道