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          華新水泥(冷水江)公司 5 000t/d 生產線燃燒器對比設計與生產調試

          2020-07-28

          1 生產線的基本情況

          該線回轉窯規格為 Φ5.0m×72m,逆時針旋轉窯頭向窯尾看),斜度 3.5%,采用雙列五級低壓損旋風預熱器和在線式 Φ7 500mm 分解爐。 生料的化學成分及率值見表 1,熟料化學成分、率值及礦物組成見表 2,采用的混合煤的工業分析見表 3。

          表 1 2015 年 4~5 月入窯生料化學成分及率值平均值

           表 2 2015 年 4~5 月熟料化學成分、率值及礦物組成平均值

          化學成分/%

          率值

          礦物組成/%

          LOI

          SiO2

          Al2O3

          Fe2O3

          CaO

          MgO

          SO3

          KH

          KH-

          SM

          IM

          C3S

          C2S

          C3A

          C4AF

          f-CaO

          0.3

          21.72

          5.17

          3.55

          65.78

          2.09

          0.47

          0.915

          0.894

          2.49

          1.46

          56.16

          19.92

          7.71

          10.79

          1.31

              表 3   煤工業分析

          Mad /%

          Vad /%

          Aad /%

          FCad /%

          St.ad /%

          Qnet.ar /(kJ/kg)

          ≤2

          11~16

          ~25

          ~58

          ≤1

          23442~23860

          改造前窯系統設計熟料產量 5 000t/d, 實際產量約 5 700t/d, 窯轉速 3.6 ~4.0r/min, 入窯斗式提升機電流 220A 左右雙驅動)。 正常情況下投料量在350~370t/h。 燒成帶窯皮偏長到 28m,筒體溫度多處有局部高溫點,燒成帶筒體溫度最高 360℃。窯電流平均值在 456A, 偏低; 二次風溫在 1 020℃以下, 。原燃燒器黑火頭偏長,一般在 0.6~1.0m。熟料升重約 1 170g/L, f-CaO 含量在 0.65%~1.95% 范圍內波動, 合格率 85% 左右f-CaO1.5%,C3S 含量在52% 58% 之間波動較大,3d 抗壓強度約 30MPa,28d 抗壓強度約 58 MPa。平均熟料熱耗在 3 160kJ/kg。窯頭風機參數 外風風機風量 92m3/min, 風壓49.0kPa, 電動機功率 110kW( 變頻; 內風風機風量

          67m3/min, 風壓 49.0kPa, 電動機功率 90kW( 變頻); 送煤風機風量 83.3m3/min, 風壓 68.6kPa, 電動機功率 160kW。

          2  重新設計的燃燒器與舊燃燒器對比

          新舊燃燒器參數對比見表 4,新設計燃燒器端面結構見圖

          5)兩齒輥間距離大小決定了成品的出料粒度,設備選型時應予以注意,本項目二級破碎機的齒間隙為50mm,略微偏大。

          4   新舊燃燒器參數對比

          序號

          設計參數

          原燃燒器

          新設計燃燒器

           

          1

           

          軸流風

          20-Φ18mm,   出口截面積  5 087mm2。   正常生產現場表壓 

          44kPa。 端面出口風速估算在 264m/s 左右。 估算需要一次風機風量 80.6m3/min。 羅茨風機生產使用頻率 43.8Hz

          28-Φ14mm,出口面積 4 308mm2,一般運行表壓 48kPa,端面出口風速估算在 278m/s, 需要一次風機風量 71.9m3/min,羅茨風機一般在 39Hz 運行

           

           

          2

           

           

          旋流風

           

          旋流器在零位時外徑 Φ264mm, 內徑 Φ254mm, 出口面積

          4 066mm2,  實測旋流角度 30°,  火焰擴散角 19°,  運行壓力

          39kPa,估算風速 248m/s,需要羅茨風機風量 41.8m3/min

          外旋 54×9mm×6mm=2 916mm2,可調旋流角設計,角度 14°

          42°, 5mm 變化 4°,現用 18°,生產在用 10kPa 表壓,可以冷卻燃燒器頭部,需要一次風機風量 21.4m3/min

          內旋流器在零位時外徑 Φ186mm, 內徑 Φ178mm, 出口面積 2 286mm2,旋流角度 36°,運行壓力 50kPa,估算端面出口風速 264m/s,需要羅茨風機風量 19m3/min

           

          3

           

          中心風

          40-Φ5.4mm,出口面積 915mm2,5kPa 表壓時,需要一次風機內風風量 3.9m3/min

          60-Φ5mm,出口面積 1 177mm2,表壓 4kPa,需要一次風機內風風量 3.9m3/min

          4

          送煤風

          28.6m/s

          25.4m/s

          5

          攏焰罩長度

          15mm

          10mm

          6

          一次風率

          16.2%

          15.6%

           

          7

           

          旋流數

           

          估算阻塞系數 0.398,旋流數在 0.883 左右

          估算內旋阻塞系數 0.472, 旋流數為 1.19, 外旋流阻塞系數

          0.606,旋流數為 0.8

           

          8

          火焰推力

          未含送煤風

           

          9.38N/MW,偏高

           

          8.4N/MW,較合理加上送煤風推力在 9.2N/MW

           

            圖 1 新設計燃燒器端面結構

          3 新燃燒器主要設計參數說明

          1.軸流風開孔截面積

          按照該窯實際最高臺時產量、頭煤用量和煤質經驗公式確定軸流風開孔面積,并參考二次風溫,小于1050℃時截面積減少 5%~10%。 劣質煤和無煙煤軸流風的表壓設計時比一般煙煤高 4~5kPa。

          2.旋流風截面積

          一般按照軸流風面積的 70%~80%設計。 以火焰收斂性好、 旋流風壓力可以同時提高到 38~45kPa 為優。 本項目為適應混合煤質的分段燃燒特性,設計為雙旋流結構形式, 分別位于煤粉通道的內側和外側。內側旋流風為可調面積形式,外旋流風為可調旋流角度形式。 內旋流風因出口直徑小,加大了旋流角度到36°設計,同時采用了擴散錐設計,通過調節內旋流器在內筒前后位置改變出口速度,以改變旋流強度調節火焰形狀。外側旋流風可調節角度范圍在 14°42°,大地適應了煤質波動和工況的變化。 煤粉通過內外雙旋流風的充分混合, 頭煤的燃盡率得到了很大提高,

          黑火頭明顯縮短。

          3.中心風

          考慮到該線生料易燒性差,熟料升重偏低,窯前火焰強度要求較高,中心風孔板結焦可能比較快。 加大了中心風截面積設計。

          4.燃燒器端面送煤風速

          將燃燒器出口送煤風速降低了 12.5%,有利于燃燒器黑火頭的縮短和提高燒成溫度。 燃燒器出口送煤風速一般按照 22~28m/s 設計。

          5.攏焰罩長度

          軸流風風速大于 250m/s 后, 攏焰罩長度一般按照 10~20mm 設計。 縮短攏焰罩有利于增加軸流風對周圍二次熱風的卷吸,增加二次熱風的利用,以提高二次風溫,進而提高煤粉的燃盡率,有利于降低熱耗。

          6.一次風率

          考慮了頭煤實際使用時可能有 5%~10%的計量誤差,煙煤一般按照 12%~13%設計,無煙煤和劣質煤按照 10%~12%設計, 一次風率計算時包括了送煤風量。

          7.旋流數

          按照襄陽中和機電技術有限公司 17 年燃燒器實際運行值,取值在 0.66~0.9 范圍內,盡量不超過 1.2, 計算旋流數時考慮了葉片的阻塞系數。

          8.火焰推力

          含送煤風一般在 9~10N/MW,不含送煤風推力在8.2~9.0N/MW,才能保證火焰的剛度。
            4 生產調試

          1.燃燒器中心與窯交點位置的確定。 安裝后冷態通過激光找正,打在窯內 64m 居中位置。 投料后根據熟料結粒稍大的情況,燃燒器頭部又抬高了 30mm,抬高后,窯前亮度進一步提高,熟料 f-CaO 含量下降了0.2%。

          2.新燃燒器于 2015  10  5 日開始投入使用, 正常投料后,操作員感到火焰剛勁有力,黑火頭同比縮短了約 750px,二次風溫同比提高了 30~50℃,頂料煅燒的能力有所增強。

          3.提高一次風壓,適當降低一次風率,減少入窯冷風,降低煤耗。 燃燒器一次風率下降 0.6%,軸流風表壓提高 4kPa,旋流風表壓提高 11kPa。國內新型干法窯一次風機出口壓力經歷了29.4kPa、39.4kPa、49kPa  58kPa 四個階段。 當內外風壓力大于 50kPa ,燃燒器方孔設計的內外風出風口一般都磨損嚴重, 使其連續使用壽命一般不超過3~6 個月。 后期損壞后,燃燒器性能下降,窯皮增厚, 影響到熟料質量,而且,內外風壓力同時超過 50kPa ,火焰內外回流都十分強烈,窯筒體溫度往往超過340℃,噸熟料的熱耗和 NOx 排放量都升高,提高了熟料的生產成本。

          煤粉在窯內燃燒分三個階段 水分的蒸發和煤粉加熱到燃點;揮發分的著火和煤粉焦炭的燃燒;焦渣顆粒的燃盡。 第三個階段要求煤粉在窯內有足夠的飛行時間, 即燃燒器具有足夠的火焰推力 大于9N/MW), 才不會在燒成帶尾端形成偏厚的窯皮。

          2016 年春節檢修時進窯檢查, 窯內窯皮最厚處不超過 875px。

          4.適當降低高溫風機轉速。 襄陽中和機電技術有限公司通過對燃燒器結構參數的不斷優化, 數據模型與窯況的對應關系不斷改進, 高風速卷吸的高溫二次風量增多, 二次風溫從火焰的外部和中心區同時回流, 煤粉燃燒充分,CO 含量降低。 在同樣窯臺時產量下, 可以降低高溫風機轉速, 降低燒成系統的熱耗。 參考該線原來的熱工標定數據, 高溫風機廢氣帶走熱在 22%左右。 按照原來的系統參數運, 煙室含氧量一般在 4.5%~6.5%,C1 出口含氧量 2.0%左右,高溫風機具有一定的降速空間。 按照每天 10r/min 的速率降低高溫風機轉速, 觀察窯況變化。 當高溫風機降速 25r/min 后,C1 出口含氧量降低到 0.8%~1.3%, 煙室含氧量降低到 3.5%~4.5%, 加上業主對預熱器系統的密封堵漏, 熟料熱耗有了明顯的下降。

          5.調整和優化熟料的結粒。 在生產調試時,首先保證熟料的結粒致密,熟料升重一般保持在 1 200g/L 左右, 減少窯前飛砂量; 熟料鏈斗機內 Φ3mm  Φ35mm 的粒料比例大于 85%, 熟料的圓球度提高到60%,熟料經過篦冷機時熱回收量增多。

          6.調整頭尾煤比例。 只要熟料 f-CaO 含量連續 2h 低于 0.4%,就提醒中控按照 0.2t/h 的幅度及時撤頭煤, 使窯內時刻保持氧化氣氛; 在熟料 f-CaO 含量超過上限值 1.3%,及時增加頭煤,防止窯況嚴重下滑,減少亞健康窯況的持續時間,通過操作節省煤耗。

          當窯熟料產量超過 5 700t/d 時,需要預熱器的分解能力和窯的煅燒能力密切配合。 分解爐的出口溫度與 A 列和 B 列 C5 下料管或者 C5 出口溫度倒掛不超過 5℃;控制窯內燒成帶和窯后過渡帶窯皮厚度不超過 400mm,即窯筒體溫度實測值在 190℃以上。 煙室斜坡粉料自然堆積和結皮的厚度及時間在可控的范圍。 堅持薄料快燒高窯速,通過優質窯況的均衡穩定來節煤。

          5 運行效果對比

          新燃燒器火焰剛勁有力, 黑火頭縮短了 750px 左,二次風溫同比提高了 30~50℃,頂料煅燒的能力明顯增強。 使用新燃燒器后燒成帶窯皮分布均勻,未出現局部高溫點。

          使用新燃燒器 6 個月的生產參數平均值與使用舊燃燒器年平均生產參數值對比見表 5,其中包含了一個月生產鐵標水泥和 2016 年 1~2 月的限產。 數據表明此次改造達到了合同要求。

          5 使用新舊燃燒器生產情況對

           

          對比參數

           

          產量

          /t/d

          熟料抗壓強度

          /MPa

           

          單位熟料熱耗

          /kJ/kg

           

          二次風溫

          /℃

           

          窯尾煙室溫度

          /℃

           

          黑火頭長度

          /mm

          3d

          28d

          使用前

          5650

          30.0

          58.0

          3160

          990

          1195

          600

          使用后

          5800

          30.3

          58.4

          3124

          1030

          1080

          300


           




           

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