基于煉鎂回轉窯煤粉制備與噴燒系統工藝研究

郭培紅， 李博， 朱建安,， 劉明志， 王帥

（1.河南理工大學機械與動力工程學院，河南焦作 454003；2.焦作市豐創冶金機械有限公司，河南焦作 454000）

0 引言

皮江法煉鎂的煅燒設備主要是回轉窯，它具有機械化程度高、煅燒質量好、勞動生產率高的優點[1]。但回轉窯燃料消耗較大、鍛白產量偏低一直制約著企業的發展。特別是近期作為回轉窯主要燃料的焦爐煤氣出現資源短缺和價格走高，以及多通道煤粉燃燒器的發展，業界重新評價煤粉替代焦爐煤氣的可能性。煤粉熱值（25～28 MJ/kg）高于焦爐煤氣(15～16.7 MJ/m3)[2]，有利于提高回轉窯煅燒溫度和鍛白產量；煤粉價格低廉，有利于降低燃料成本。燃燒器作為煤粉燃燒的重要設備，經歷了單通道、三通道和四通道的發展歷程。煤粉燃燒好壞，與燃燒器性能有直接關系。單通道燃燒器一次風占總風量較大（20%～40%），節能效果較差，火焰調節范圍小，煤種適應性差，屬于淘汰機型。四通道燃燒器除了煤風通道外，還設置了軸流風通道，旋流風通道、渦流風通道，能分別獨立調節火焰形態與高溫帶長度，一次風占總風量大大降低（3%～8%），節能效果十分明顯，可燃用價格低廉的低揮發分煤種。煤粉制備與噴燒系統在煉鎂回轉窯方面的研究與應用報道較少，但在水泥回轉窯的研究與應用比較成熟。煉鎂回轉窯雖然與水泥回轉窯在窯型、熱工制度有較大區別，但是仍有很多共同點。直接照搬水泥回轉窯的煤粉制備與噴燒系統是不科學的，針對煉鎂回轉窯的特點開展研究具有重要意義。

1 水泥工業與煉鎂業煤粉制備與噴燒系統對比分析

圖1 新型干法煤粉制備與噴燒系統工藝示意圖

圖2 新型干法水泥窯系統模型

煉鎂回轉窯雖然與水泥回轉窯有很多不同點，但是也有一些相同點。水泥工業是我國國民經濟建設的重要基礎材料產業，水泥生產技術的進步，是以煅燒技術為核心不斷發展的[3]。以預分解窯為代表的新型干法水泥生產技術，是國際公認的代表當代水泥技術發展水平的生產方法[4]。新型干法水泥生產過程通常分為生料準備和生料制備、熟料燒成和水泥制成及出廠3個階段。其中，在熟料燒成階段運用到了煤粉制備與噴燒系統，此系統在水泥行業的應用已非常成熟[5]。系統工藝示意圖和預分解窯系統如圖1和圖2所示。

水泥行業煤粉制備與噴燒系統具有以下特點：1）窯徑大（3 m以上），產量高，一般不小于2000 t/d；2）二次風溫度高，可達900℃以上，對煤粉有烘干作用；3）采用的四通道煤粉燃燒器外軸流風風速高，可達350 m/s，煤粉燃燒形成的火焰形狀呈肥瘦適宜的棒槌狀；4）窯尾溫度高，可達900℃以上。

根據金屬鎂生產的實際情況，其煤粉制備與噴燒系統具有以下特點：1）窯徑小（一般小于3 m），產量低，一般不超過250 t/d；2）二次風溫度低（200 ℃左右）；3）外軸流風風速低，一般不超過250 m/s，煤粉燃燒形成的火焰形狀要求呈筆鋒狀；4）窯尾溫度不能超過300℃，否則會損壞設備。

2 煉鎂回轉窯煤粉制備與噴燒系統工藝要求

1）煤粉質量。本系統所要求的煤粉粒度是200目，均勻性要好。但當前煤粉制備與噴燒系統中應用的多是風掃磨。風掃磨的工作原理是借氣力提升料粉，用粗粉分離器分選，故循環負荷及選粉效率均較低，影響粉磨效率，磨出的煤粉粒度達不到要求。同時，由于粉磨效率較低，物料在磨機內停留時間變長，使得磨出的煤粉粒度均勻性和穩定性降低。因此，需要采用一種能碾磨出符合本系統要求煤粉的磨機。

2）煤粉含水率。煤粉的含水率對煤粉制備與噴燒系統影響很大。如果煤粉的含水率達不到系統的要求，不僅會造成煤粉倉的起拱堵塞，更重要的是影響煤粉燃燒器的火焰形狀，進而影響鍛白質量。當前所用的風掃磨烘干能力差，達不到系統對煤粉含水率的要求。雖然有研究人員采用立磨進行碾磨，但烘干能力仍然不理想。因此，需要往磨機內通入一定溫度的熱風，加強煤粉的烘干效果。

3）火焰形狀。火焰形狀關系著窯內溫度的分布和熟料在窯內不同位置對熱量的最優吸收利用，同時對氮氧化物生成量的多少也至關重要。煤粉燃燒器是產生火焰并對火焰進行調節的裝置。當前的四通道煤粉燃燒器是通過外軸流風道和旋流風道來調節火焰的粗細和長短的。但對于煉鎂回轉窯來說，需要一種新的風道通過調整旋流風噴出的角度，使燃燒火焰更加集中、穩定。

3 煉鎂回轉窯煤粉制備與噴燒系統工藝流程

雖然煤粉制備與噴燒系統在水泥工業應用已經很成熟，與金屬鎂行業也有一些相似之處，但在窯徑、產量和燃燒器各風道風速等方面，存在著明顯的差異。因此，不能直接照搬水泥工業的煤粉制備與噴燒系統工藝。

通過對煉鎂回轉窯煤粉制備與噴燒系統中煤粉質量、煤粉含水率和火焰形狀要求的分析，本文提出了一種適用于煉鎂回轉窯煤粉制備與噴燒系統的新工藝。

本系統工藝采用的是“立磨+熱風+五通道煤粉燃燒器”的配置形式，把窯尾熱風通過管道引出，與常溫風混合，通過調節常溫風風量，將風溫控制在200℃左右，輸入立磨，可以對立磨內的煤粉有烘干作用，以達到系統對煤粉含水率的要求，同時立磨磨出的煤粉粒度均勻、穩定性好。另外，帶有渦流風通道的五通道煤粉燃燒器可以使火焰形狀和大小更容易調節，給煉鎂回轉窯提供更合適的熱工制度。此工藝可以實現煉鎂回轉窯從制粉到噴燒全程機械化操作、提高產品質量和生產效率的優點，整個工藝流程操作簡單、體積小、能耗低。整個煤粉制備與噴燒系統工藝按照功能來分，可分為原煤輸送、煤粉制備和煤粉噴燒3部分。系統工藝流程如圖3所示。

通過運輸工具將一定粒度的原煤運輸進廠，卸入儲煤庫，儲期不宜過長，一般不超過半個月。儲煤庫的原煤由鏟車卸入原煤倉1，倉內煤量由攝像頭21實時監測。安裝在原煤倉1下方的手動多葉片原煤調節閥用于調節卸料量。大傾角皮帶機2將原煤送入緩沖倉3，緩沖倉3的作用是為了防止皮帶機與立磨之間工作速度不同步，出現供料不連續的情況，大顆粒鎖風卸料器4具有鎖風和調節卸料量功能，卸料量的調節可通過變頻器無級調節。

立磨系統主要由立磨主機、液壓系統、潤滑系統、變頻分離器以及電氣系統構成。立磨進風來自于回轉窯窯尾的熱風（需要管道保溫），通過熱風閘閥與常溫閘閥調節進風量與進風溫度，使進入磨粉機的風溫為200℃左右。原煤在立磨中實現磨制和干燥，成品煤粉通過高壓離心風機18提供的負壓作用以及變頻分離器的分離作用進入袋式除塵器8，煤粉細度主要靠調節變頻分離器的頻率實現。

袋式除塵器系統8主要由除塵器主機、反吹閥以及反吹控制器構成，反吹間隔時間通過反吹控制器調節。反吹系統所需壓縮空氣來自空壓機20和氣罐19。進入袋式除塵器的氣料混合物溫度不能超過180℃，因為溫度過高會破壞袋式除塵器的內部結構。

除塵器輸出的煤粉經煤粉鎖風卸料器9和管式輸送機10進入煤粉倉12。煤粉倉中的煤粉堆積

圖3 煤粉制備與噴燒系統工藝流程圖

不宜過多，溫度不宜超過80℃。煤粉倉上部安裝了2臺膜式防爆閥，用于煤粉爆炸時的卸爆，減輕對人員與設備的危害。清堵閥11用于煤粉倉架拱堵塞時的手動清理。接通清堵閥11的電源后，來自于氣罐19的壓縮空氣通過清堵閥11進入煤粉倉堵塞處實現氣動破拱清堵。

煤粉計量裝置13為變頻控制，具有計量與鎖風功能。經計量后的煤粉通過螺旋泵14進入煤風通道。煤風通道的氣體壓力與氣體流量由具有變頻調節功能的煤風風機15提供。煤風風機15與凈風風機16采用的均是具有變頻調節功能的羅茨風機。五通道煤粉燃燒器17由2臺羅茨風機供風，1臺羅茨風機為煤風通道輸送煤粉，另一臺羅茨風機為其它3個風道輸送凈風。五通道煤粉燃燒器17安裝在回轉窯的窯頭中心，根據窯內燃燒情況，通過調節煤風與凈風的壓力流量以及氣固比，實現窯內溫度與高溫帶長度達到理想值。

煤粉倉、緩沖倉以及除塵器內倉的上限位、下限位傳感器均采用阻旋式料位檢測裝置。

4 結論

本文通過對比分析，得出以下結論：1）通過對水泥行業和煉鎂業所使用的煤粉制備與噴燒系統的對比可知，直接照搬水泥行業的系統工藝是不合適的；2）根據煉鎂業對煤粉質量、煤粉含水率和火焰形狀要求的分析，本文所提出的“立磨+熱風+五通道煤粉燃燒器”這一新工藝可滿足要求；3）此新工藝可實現煉鎂回轉窯煤粉制備與噴燒系統從制粉到噴燒的高效運行。

［參考文獻]

[1] 徐日瑤,劉榮義,劉宏專.節能、降耗、減排是硅熱法煉鎂發展的生命力[J].輕金屬,2009(1):45-49.

[2] 史金東.金屬鎂廠回轉窯節能降耗的途徑分析[J].輕金屬,2007(10):37-40.

[3] 張冬梅.新型干法水泥生產工藝和新設備介紹[J].硅谷,2008(22):99-99.

[4] 農友碩.對新型干法水泥生產工藝的探討[J].科學之友,2010(16):18-19.

[5] 石永斌.回轉窯混煤高效穩定燃燒數值模擬研究[D].湘潭:湘潭大學,2014.