水泥行业新形势下多通道煤粉燃烧器发展研究

水泥行业新形势下多通道煤粉燃烧器发展研究

潘乐辉

内蒙古亿利冀东水泥有限责任公司 内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗 014300

摘要：水泥行业做为传统高耗能、高污染行业，其相关技术与装备的升级备受关注。燃烧器是熟料烧成系统里的关键设备，它是将煤粉和空气的混合物喷入回转窑内，在高温下点着并燃烧，以煅烧水泥熟料的装置，对烧成系统熟料产量的高低，质量的优劣，热耗的高低，污染物排放的高低，以及耐火砖寿命的长短等，均具有较大影响，这也是燃烧器能获得国内外水泥行业特别关注的原因。一台好的燃烧器设备，不仅能够节省建设的资金投入，还对促进企业经济效益的增长，发展友好、生态、环保的绿色水泥工业，以及实现可持续发展的循环经济，都具有相当重要的意义。

关键词：水泥；燃烧器；发展趋势；智能控制

1多通道燃烧器的设计理念

1.1燃烧器的计算理论

燃料被燃烧器设备喷入回转窑内，在燃烧的过程中，合理的火焰形状，是满足窑内的温度梯度分布的必要条件。这样才能产生符合生料在各个区间段发生反应而所需要的合适温度。而足够的能量支撑才能得到合适的火焰形状。当前的燃烧器设计领域，国内和国外部分公司对燃烧器的能量的表达的方法略有不同，但这些方法的本质具有相似之处。燃烧器相对推力表示法是目前应用较广的方法。德国洪堡公司和丹麦史密斯公司采用的是相对推力表示法。燃烧火焰的长度

主要取决于燃料和燃烧空气中的氧气的混合速率，而此混合速率由燃烧器的单位推力（即一次空气的动量和单位时间输送空气的流量）所决定的。如果推力大而使火焰变短，燃料自身的潜热，会在一个较小的体积空间内得到释放，此时火焰温度会变得很高；而如果减小了火焰的推力，而使火焰变长，火焰温度相比将会降低。火焰是通过喷射气流形成的。推力大小是衡量其性能的重要指标，但并不是唯一的。丹麦史密斯（F.L.Smith）公司认为，燃烧器的相对推力应在M=1250～1850%·m/s区间，这样设计出的燃烧器会有较优的使用效果。M的取值根据不同的煤质而不同。实际煤质差时，M取大值，实际煤质好时，M取小值。

1.2轴向一次风量与喷射速度

火焰的长度与刚度是燃烧器衡量优劣的关键指标。对实际使用的某种燃料来说，能在特定的时间和空间内，完全燃烧时所需要的最小推力是有限值的。因此对于多通道燃烧器，他的轴向推力取值有一定的范围，在此取值区间，降低一次空气用量，那么就需要提高其轴向喷速。而对于不同型式燃烧器，因设计动量范围是不同，轴向喷速也不同，目前部分燃烧器轴向喷速一般设计在120～380m/s左右。窑内燃料燃烧时，供燃烧用的空气一是通过燃烧器向窑内喷射的低温一次空气，另一是从篦冷机来的高温二次空气。在燃烧过程中，一次空气量比例降低，则二次空气量比例就增高。燃烧器一次空气量越低，其节能越明显，同时也减少了NOx的排放。

1.3径向旋流强度

在满足火焰长度与刚度后，还需考虑回转窑内燃料的运动轨迹、气体组分流场等因素。，燃烧器在使用中还需要保持具有合适的气体流场。在回转窑内部，燃料在燃烧的过程中，受到扩散的控制。燃料能否在短时间内均匀扩散并与空气混合，决定了燃烧的快慢与温度梯度的形成。因此为了让煤粉能快速释放挥发分开始燃烧，及时增加火焰根部的燃烧温度，加快固定碳燃烧，拉近火焰中心端距窑头的距离，就必须增强燃烧器的旋流强度。

2国内外燃烧器发展现状

窑头燃烧器从最早的单通道燃烧器，发展到双通道、三通道燃烧器，直至现在使用最多的第四代多通道燃烧器。单通道燃烧器使用已有百年的历史，直至上世纪七十年代末，国外开发出了两通道燃烧器。八十年代，我国也在引进国外技术的基础上，先后开发出了旋流型多通道燃烧器，其中有类似分割火焰型的燕山型、邗江型、宝山型燃烧器，以及类似Swirlax的NC轴流型燃烧器等。目前在水泥回转窑上应用较多的国外的多通道燃烧器有国内燃烧器设备近年来发展迅速，部分公司在引进国外技术的基础上，根据国内的原料、燃料情况做了匹配性升级改进。当前市场上应用较多的四通道煤粉燃烧器有以下几个特点：

（1）一次风量小，节能效果好。在满足一定量煤粉完全燃烧所需的氧气量的情况下，降低常温的一次风量，取而代之的是高温二次风的用量增加，达到了节能的目的。

（2）一次风出口风速高，旋流强度大，推力大。在降低一次风量的同时，显著地增加一次风风速，使相对推力不降反升。高推力与强旋流是的燃料与空气混合的更加快速，加强了燃料燃烧。

（3）燃烧器可调节灵活火焰的形状。灵活的调节方式，可以根据窑况变化去调整火焰的形状。目前应用的燃烧器，多部分除了可由风管阀门，调节阀门开度改变喷射风速以外，还可在生产过程中，在线或离线改变喷出面积，从而调整火焰的形状。

3未来回转窑燃烧器设备的发展趋势

3.1一次风量将根据生产线不同设计不同比例，不再一味求低

当前燃烧器市场部分厂家盲目笃信极低的一次风量，提高风速来保证高推力。此举在水泥企业抢占水泥市场，极限压低生产成本时，可谓“风光无限”。可如今市场基本格局已定，水泥生产企业更加关注整体综合运行成本，而燃烧器能否利用成本更低的劣质煤，且适应原燃料大幅波动，保持烧成系统持续稳定，是评价燃烧设备适应性好坏的标准之一。而一味追求超低一次风量的燃烧器在抗波动、提产能方面却显得“捉襟见肘”。

在相同的一次风动量下，风速越高，风量越低不见得就越好。根据拉法基豪瑞集团使用低一次风量燃烧器的经验，技术上一次风比例的最低限值是6%-8%，低于这个比例后将无法保证稳定的燃烧条件。即使一次风比例为6%-8%，一旦燃烧过程有任何波动，将会引起燃烧向窑尾方向转移，从而使得烟室温度增加，熟料质量下降。

3.2燃烧器调节手段更加丰富，精细操作更受重视

当前多通道燃烧器调节手段多局限于调节风量、部分截面积，并且操作方式对看火工并不友好，导致看火工仅能靠自己的经验摸索来不断地尝试，往往达不到理想的效果。接下来燃烧器在调节手段上将包含精细二独立的风量调节、简单可靠的截面积调节、部分通道喷射角度的调节、旋流强度的调节；在操作上，将会考虑多参数自动连锁，轻松达到调节目的。

3.3智能系统将在燃烧器上发挥巨大作用

当前水泥行业烧成系统燃烧器的操控仍是原始的人工看火，人工操作，凭看火工经验调整参数，这种经验控制人为干预因素太多，不能及时调整与反馈，与全球领先的水泥制造技术显得格格不入。以后燃烧器操控的发展，必然是由深度学习的智能系统控制为主，人工干预为辅相结合的操控调节方式。

3.4可烧替代燃料的燃烧器将广泛应用

在水泥生产线的烧成系统使用替代燃料，是节能降耗、保护生态环境，以及降低水泥生产成本的一条重大光明前景的途径。而如何增加替代燃料的种类、提高替代燃料的替代率也成为水泥生产企业主要思考的问题，其中应用可是替代燃料的多通道燃烧器，是优选的方案。高替代率的多通道燃烧器在国外应用比较成熟，但在国内水泥窑炉上，虽已有应用，但并没有国外发达国家水泥生产企业那么的普遍，而且国内替代率处于低水平状态，仍具有广阔的市场前景。

3.5燃烧器设备节能与减排仍将进一步深化发展

节能与污染物减排是燃烧器设备需长期坚持的理念，相信在智能制造的大环境下，实现节能与污染物减排的手段及方式将不断推陈出新，这也是所有烧成设计工作者的长期使命。

4结束语

水泥行业市场的需求随着社会的发展在不断变化，燃烧器是熟料烧成系统里的关键设备，也应顺应市场发展方向，不断地升级创新，这样才能保证我国的水泥工业在全球处于领先水平。

参考文献：

[1]江旭昌.回转窑煤粉燃烧器的发展趋势、特点及选择[J].新世纪水泥导报,2008,（1）:13-18.

[2]徐松柏,李松,唐宪国,刘银杰,等.HP20大型强涡流多通道燃烧器的研究及应用[J].中国水泥,2012,（2）:57-60.