回转窑煤粉燃烧器设计通用原理

静jing

回转窑煤粉燃烧器设计通用原理

从回转窑煅烧热力分布特点来看，回转窑在其轴向主要划分为三个带：固相反应带、烧成带、冷却带。其中固相反应带是一个放热反应带，烧成带是微吸热反应带，因此回转窑物料煅烧过程实际吸热量并不大，主要要在烧成带整个长度上保持一个恒定的温度场，满足熟料形成的行走时间。因些煤粉燃烧器应满足下述要求：
1、对煤粉品质具有较强的适应性，能使无烟煤、高灰份煤、烟煤等不同煤种的煤粉都能很好地燃烧并能形成较好的火焰形状。
2、火焰形状应是“细而不长”，使整个烧成带具有强而均匀的热辐射。这一方面有利于熟料结粒、熟料矿物晶相正常发育，防止烧成带扬尘；另一方面有利于形成致密稳定的烧成带窑皮，延长耐火砖使用寿命。
3、一次风用量尽可能少，但必须保证在不正常的窑况下火焰燃烧的稳定；CO和Nox排放量降至最低限度。
注1：
火焰“细而不长”以形成合理的燃烧带长度，而不再象以往那样强调火焰的最高温度，因为火焰局部高温对烧成带窑皮不利，从而影响耐火砖使用寿命，另一方面局部高温将增加NOx的排放量。


注2：
二次风温可达1000℃以上，窑头燃烧火焰温度高达1800℃左右，燃烧速度主要受扩散速度影响。煤粉燃烬时间受煤粉细度的影响较大（正比于煤粉粒径的平方），而受煤品种特性影响较小，煤粉燃烧速率取决于其扩散速率，即煤粉和助燃空气的混合速率及火焰区的湍流强度。


注3：
在窑头的所有助燃空气中，二次风量一般占80%以上，所以控制煤粉和一次风的混合速率实质上是控制燃烧器出口射流股对二次风的引射速率。至于火焰形状除受到对二次风的引射速率和一次射流股的旋流强度等方面因素的影响外，还取决于燃烧器出口一次射流本身的“刚度”，一次射流本身的“刚度”可以一次射流最大速度沿轴向的衰减程度来衡量。


4、水泥回转窑内煤粉的燃烧属于受限射流火焰，喷煤管出口动量通量和旋流强度是窑头火焰设计和操作的重要参数。
出口动量通量设计要求：
喷煤管出口动量通量是射流股对来自冷却机二次空气引射能力的度量。在二次空气供给量一定时，按一次射流动量通量大小可分两种情况：当一次射流动量通量不大时，二次空气足够引射，也即射流在扩展到窑壁前，引射量不受影响；当一次射流动量通量大到一定值时，二次空气不能满足引射量的要求，即在射流量到窑壁之前的某个位置，二次空气被引射完毕，过剩的射流动量随即开始引射下游区域的燃烧烟气，形成外部回流区。


注1：
外回流的产生一方面使下游炽热燃烧烟气的回流增加了上游火焰化学活性基团和温度浓度，从而增加煤粉后期燃烧速度；另一方面冲淡了可燃混合物中氧含量和挤占燃烧空间，这会引起燃烧速度降低，增加了火焰长度，所以外回流的大小有一最佳范围。


注2：
适度的外回流可以防止“扫窑皮现象”，防止一次射流扩展碰撞窑皮。经验表明，在射流扩展的理论碰撞点附近常常发生耐火砖磨损过快现象，导致窑运转周期缩短。


注3：
在使用低挥发分燃烧时，火焰的气体流场是非常重要的，因为低挥发燃烧一般具有较高的着火点，加之由于挥发分含量低、挥发分燃烧所产生的热量不足以使炭粒加热到着火温度而使燃烧持续进行。确保低挥发煤持续点燃的最简便方法是增加火焰内循环量，使下游炽热的燃烧产物回流到火焰根部以提高该处一次风和煤粉温度。


注4：
过小的动量通量将导致二次空气和煤粉不能很好地混合，燃烧不完全，窑尾CO含量升高，煤灰沉落不均而影响熟料质量，甚至引起烧成带结圈。另外由于火焰下游外回流消失，加之火焰刚度不够（火焰的浮升）使火焰易碰撞窑皮，影响耐火砖使用寿命。过大的动量通量会引起过大的外回流。一方面挤占火焰下游的燃烧空间；另一方面降低火焰下游氧浓度，同样导致燃烧不完全，窑尾温度升高。


出口射流旋流设计要求：
煤管出口射流旋流主要控制着火焰形状、因此被称之为火焰形状系数。随着旋流强度的增加，火焰变粗、变短，可强化火焰对熟料的热辐射。但过强的旋流会引起双峰火焰，即发散火焰，易使局部窑皮过热、剥落；另一方面也易引起“黑火头”消失，喷嘴直接接触火焰根部而被烧坏。虽然大多数多通道燃烧器的旋流强度可在操作中调节，但极限参数的限定是很重要的，也是必须的。
5、燃烧器设计发展方向
    降低NOx排放量，我国目前水泥回转窑的NOx排放量大都超过0.1%（1000ppm），高的超过0.2%，而一些先进国家已控制在0.02%～0.04%以下。燃烧过程中NOx排放分3种类型，即热力NOx排放、燃料NOx排放和催化NOx排放。由于窑头火焰温度高达1800℃左右，热力NOx占主要地位。当燃料中含有碳氢化合物时，会在较低温度下出现催化NOx排放。减少窑头NOx排放的主要途径在于一方面应尽量降低火焰的峰值温度，避免局部高温，这往往和强化燃烧概念相矛盾，需要对火焰各阶段的二次风混合速率进行控制；另一方面应控制局部氧浓度，特别是对燃烧器出口至着火这一阶段的氧浓度控制。


调节手段应尽量简单化,燃烧器头部应耐热耐磨,且易于更换。

内容来源：网络