Sinoswirl型大推力雙旋流燃燒器的應(yīng)用

王文清，劉萬平，李亮，李寧

Sinoswirl型大推力雙旋流燃燒器的應(yīng)用

Application ofthe Sinoswirl-type Large Thrust Double Swirl Burner

王文清，劉萬平，李亮，李寧

中材裝備集團有限公司熱工分公司主要從事水泥燒成核心設(shè)備預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)窯、燃燒器和冷卻機的研發(fā)設(shè)計，相繼開發(fā)出1000t/d～10000t/ d各個規(guī)格型號的技術(shù)成熟、性能優(yōu)良的設(shè)備，不僅可為業(yè)主提供單機設(shè)備，同時可提供專業(yè)的系統(tǒng)解決方案。

Sinoswirl型大推力、雙旋流燃燒器是我公司于2011年研發(fā)成功的新一代煤粉燃燒器，該燃燒器具有一次風(fēng)比例低、燃燒器推力大、對煤質(zhì)適應(yīng)性強等技術(shù)特點，其卓越的燃燒特性在提高回轉(zhuǎn)窯煅燒能力、系統(tǒng)產(chǎn)質(zhì)量及降低系統(tǒng)熱耗等方面有顯著成效。截至目前，該類型燃燒器已成功應(yīng)用于上百條生產(chǎn)線。

1 工作原理

Sinoswirl型大推力、雙旋流煤粉燃燒器為四風(fēng)道結(jié)構(gòu)，從外到內(nèi)依次為：軸流風(fēng)、外旋流風(fēng)、煤風(fēng)、內(nèi)旋流風(fēng)，如圖1所示。

軸流風(fēng)：最外圈布置，周向小孔均勻分布。設(shè)計風(fēng)速300m/s以上，產(chǎn)生高速軸流風(fēng)，形成較大的負(fù)壓卷吸區(qū)，可有效地卷吸高溫二次風(fēng)，具有低風(fēng)量、高風(fēng)速、高動量的顯著特點。由于軸流風(fēng)速很高，在同等推力下，風(fēng)量較低，有效降低了入窯一次風(fēng)量，從而有效降低了系統(tǒng)熱耗。

外旋流風(fēng)：布置于軸流風(fēng)道之內(nèi)、煤風(fēng)道之外，通過燃燒器頭部的旋流葉片裝置噴出。設(shè)計風(fēng)速150m/s，提供噴射氣流的切向速度，有效控制火焰粗細(xì)，同時起到卷吸高溫二次風(fēng)的作用。

煤風(fēng)：布置于外旋流風(fēng)道與內(nèi)旋流風(fēng)道之間，環(huán)狀結(jié)構(gòu)。用于輸送煤粉，設(shè)計風(fēng)速24～30m/s。

內(nèi)旋流風(fēng)：布置于煤風(fēng)道內(nèi)，通過旋流葉片裝置噴出。設(shè)計風(fēng)速150m/s，起到打散煤粉，使煤粉與二次風(fēng)充分混合的作用，并為火焰燃燒的中心區(qū)域提供氧氣。

通過這四個主通道的合理設(shè)計，實現(xiàn)噴煤管頭部較大的負(fù)壓卷吸區(qū)，可有效地卷吸高溫的二次風(fēng)，確保窯頭煤粉的穩(wěn)定著火燃燒。設(shè)置頭部攏焰罩，能保持回轉(zhuǎn)窯內(nèi)良好的火焰形狀，提高煤粉燃盡率，防止局部高溫?zé)龘p窯皮。軸流風(fēng)的小孔設(shè)計區(qū)別于環(huán)狀軸流風(fēng)，既極大提高了出口風(fēng)速，又有效避免了攏焰罩的磨損。該結(jié)構(gòu)型式的燃燒器由于通道風(fēng)速較高，可充分燃盡各種燃料，有利于提高劣質(zhì)煤、無煙煤的使用率。

內(nèi)外旋流的設(shè)計理念能使煤粉燃燒形成內(nèi)、外兩個循環(huán)區(qū)域，實現(xiàn)煤粉的分層燃燒。內(nèi)部循環(huán)是煤風(fēng)在火焰中心劇烈混合的地方，但風(fēng)量較小，燃燒時形成一定的還原氣氛，可在一定程度上還原高溫煅燒時形成的NOx，從而降低熱力型氮氧化物的排放。

2 結(jié)構(gòu)特點

2.1 頭部特點

可拆卸結(jié)構(gòu)，最外層為法蘭結(jié)構(gòu)、螺栓連接，其余均為螺紋連接，有利于備件的更換。

考慮到工作環(huán)境極為惡劣，處在高溫堿性腐蝕區(qū)，因此材質(zhì)選用高強耐熱鑄鋼。

出口面積無需調(diào)整，依靠各風(fēng)道閥門的開度及風(fēng)機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)風(fēng)速。軸流圓形小孔結(jié)構(gòu)受熱后變形量小，使用性能穩(wěn)定可靠。

內(nèi)、外旋流角度根據(jù)不同煤質(zhì)的燃燒特性進行有針對性的設(shè)計，利用兩股旋流風(fēng)對煤粉的裹挾、打散及擴散，滿足不同煤質(zhì)的煅燒需求，設(shè)置導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，降低出口阻力，提高使用性能。

煤風(fēng)出口速度范圍控制合理，出口處的圓錐角度設(shè)計較小，減小磨損。

2.2 管體特點

管路布置順暢，以減少不必要的阻力損失。

各風(fēng)道閥門配置合理，軸流風(fēng)、外旋流風(fēng)、內(nèi)旋流風(fēng)閥門選用渦輪渦桿調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)精度高，性能可靠，可適應(yīng)各種工況的調(diào)節(jié)要求。各風(fēng)道配置相應(yīng)量程的壓力表裝置，用于生產(chǎn)中的調(diào)節(jié)指示。

2.3 煤風(fēng)通道特點

煤風(fēng)通道長期承受煤風(fēng)沖刷，針對不同區(qū)域的不同耐磨要求，采用噴涂、堆焊等技術(shù)對煤風(fēng)通道的關(guān)鍵位置進行耐磨處理，防止煤風(fēng)對管體過度沖刷。送煤管道煤風(fēng)入口處設(shè)置檢查孔，停窯時可隨時檢查磨損情況。

圖1 頭部剖面簡圖

3 風(fēng)機配置及火焰調(diào)節(jié)

Sinoswirl型大推力、雙旋流燃燒器工作時需要兩臺具備變頻調(diào)速功能的羅茨風(fēng)機供風(fēng)，可將信號接入中控室內(nèi)，以方便調(diào)整。其中軸流風(fēng)單獨由軸流風(fēng)機供風(fēng)，內(nèi)、外旋流風(fēng)由旋流風(fēng)機供風(fēng)。風(fēng)機參數(shù)要求如表1。

表1 風(fēng)機參數(shù)

表2 保定和益煤粉參數(shù)（入窯煤粉）

表3 使用前后效果對比

表4 三都潤基煤粉參數(shù)（入窯煤粉）

表5 使用前后效果對比

表6 紅水河煤粉參數(shù)（入窯煤粉）

表7 使用前后效果對比

相比較其他單風(fēng)機供風(fēng)的燃燒器，雙風(fēng)機供風(fēng)有如下特點：

（1）單風(fēng)機供風(fēng)的燃燒器僅由一臺凈風(fēng)機供風(fēng)，其風(fēng)壓配置較小（常見的有29.4kPa、39.2kPa），為保證燃燒器射流動量，其風(fēng)量配置往往比較高（10%～12%），這樣勢必造成入窯冷風(fēng)量偏高，導(dǎo)致系統(tǒng)熱耗提高；而Sino?swirl型燃燒器的風(fēng)機配置特點是高風(fēng)壓、小風(fēng)量，軸流風(fēng)機風(fēng)壓可達96kPa，出口射流風(fēng)速極高，在降低入窯總風(fēng)量的同時，可極大提高燃燒器推力，使火焰剛勁有力。在實際使用中，兩臺風(fēng)機入窯一次風(fēng)總量約7%～8%，而燃燒器的推力卻可達1700 m/ s·%。

單風(fēng)機供風(fēng)的燃燒器所有通道均由一臺風(fēng)機供風(fēng)，各風(fēng)道之間存在一定的關(guān)聯(lián)性，調(diào)節(jié)軸向風(fēng)時，旋向風(fēng)也會受到一定影響，調(diào)節(jié)旋向風(fēng)時也是如此，因此火焰形狀調(diào)節(jié)受到較大制約。而Sinoswirl型燃燒器分由兩臺風(fēng)機供風(fēng)后，便可獨立調(diào)整軸流風(fēng)道和旋流風(fēng)道，靈活快捷地調(diào)整出適合不同窯況的火焰形狀。

Sinoswirl型燃燒器裝機功率比單風(fēng)機供風(fēng)燃燒器有所提高，且使用功率較小，考慮對于不同煤質(zhì)的適應(yīng)性及提產(chǎn)的可能性，留有較大余量。正常使用中兩臺風(fēng)機通過變頻器調(diào)整至額定轉(zhuǎn)速的70%～80%，電耗基本持平。綜合考慮一次風(fēng)量降低及熟料產(chǎn)質(zhì)量提高等因素，Sinoswirl型大推力、雙旋流燃燒器優(yōu)勢明顯。

4 實際應(yīng)用

4.1 保定和益

保定和益3200t/d熟料生產(chǎn)線于2011年8月起使用我公司大推力、雙旋流煤粉燃燒器（型號：SKBS260），在使用前后物料配比及入窯煤粉基本一致的前提下，熟料產(chǎn)質(zhì)量有明顯改善，詳情如表2，使用情況見表3。

燃燒器更換后，窯內(nèi)煅燒溫度提高，燒成狀況明顯改善，可根據(jù)現(xiàn)場煤質(zhì)情況靈活調(diào)節(jié)火焰形狀，系統(tǒng)適應(yīng)性顯著增強。

4.2 三都潤基

該廠礦山質(zhì)量較差，物料配比波動很大，系統(tǒng)對配料較敏感，fCaO合格率偏低。2012年10月使用我公司大推力、雙旋流煤粉燃燒器（型號：SKBS220）后，使用效果良好。詳情如表4，使用情況見表5。

4.3 華潤紅水河

該廠于2012年12月起使用我公司大推力、雙旋流煤粉燃燒器（型號：SKBS220），整體使用效果理想，詳情如表6，使用情況見表7。

燃燒器更換后，火焰剛性增強，窯內(nèi)煅燒溫度升高，因煤質(zhì)和物料波動產(chǎn)生的窯況波動能在短時間內(nèi)恢復(fù)，熟料結(jié)粒情況顯著改善，之前存在的窯前飛砂現(xiàn)象基本消失。

5 結(jié)語

窯頭燃燒器是水泥煅燒工藝中的核心設(shè)備，Sinoswirl型大推力、雙旋流煤粉燃燒器設(shè)計理念先進、制造工藝精良，能充分發(fā)揮其優(yōu)勢煅燒水泥熟料，為水泥企業(yè)帶來顯著經(jīng)濟效益。■

TQ172.625.3

A

1001-6171（2014）04-0030-02

中材裝備集團有限公司熱工分公司，天津300400；

2013-11-09；編輯：呂光