煤質(zhì)變化時運轉(zhuǎn)參數(shù)的調(diào)整
1 不同煤對熟料及相關(guān)參數(shù)影響
各種入廠原煤和使用煤粉的相關(guān)參數(shù)分別見表1、2(其中B、C煤為本次試驗用煤)。
| 煤品種 | Mad/% | Aad/% | Vad/% | FCad/% | Qnet，ad/(kJ/kg) |
|---|---|---|---|---|---|
| A | 9.01 | 8.28 | 29.97 | 59.82 | 28 600 |
| B | 5.42 | 10.23 | 31.76 | 55.07 | 28 690 |
| C | 7.26 | 13.94 | 32.20 | 53.86 | 28 220 |
| 煤品種 | 80μm篩余/% | Aad/% | Vad/% | FCad/% | Qnet，ad/(kJ/kg) |
|---|---|---|---|---|---|
| A | 5.91 | 10.98 | 29.93 | 57.17 | 27 630 |
| B | 5.09 | 11.28 | 30.80 | 56.33 | 27 710 |
| C | 5.73 | 11.51 | 32.01 | 55.86 | 27 760 |
自從使用揮發(fā)分較高的B、C煤以來，經(jīng)常出現(xiàn)窯尾廢氣溫度升高，熟料大球內(nèi)包裹著生料粉的現(xiàn)象。取熟料大球分析其成分，結(jié)果見表3。
| 項目 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | K2O | Na2O | fCaO | Loss |
| 熟料平均 | 21.69 | 4.85 | 2.98 | 64.86 | 1.90 | 0.33 | 0.07 | 0.85 | 1.05 | |
| 熟料中心生料 | 20.02 | 4.51 | 2.84 | 64.36 | 1.86 | 0.84 | 0.08 | 1.89 | 2.13 | 3.55 |
| C5原料 | 19.73 | 4.72 | 2.98 | 62.48 | 1.84 | 1.02 | 0.10 | 2.01 | 4.15 |
使用以上3種煤時熟料狀況及相關(guān)運轉(zhuǎn)參數(shù)見表4。
| 煤品種 | SM | IM | HM | 升重/(kg/L) | fCaO/% | 液相量/% | 窯頭噴煤量/(t/h) | 窯尾廢氣溫度/℃ | 入窯分解率/% |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A | 2.74 | 1.61 | 2.17 | 1.20 | 0.60 | 20.90 | 9.3 | 1 078 | 86.5 |
| B | 2.74 | 1.57 | 2.17 | 1.20 | 0.69 | 21.36 | 9.3 | 1 106 | 87.6 |
| C | 2.75 | 1.59 | 2.16 | 1.21 | 0.72 | 21.13 | 9.3 | 1 123 | 86.6 |
注：
，控制范圍一般為2.14~2.20(與水泥品種有關(guān)，早強(qiáng)型HM較高)。
2 主要原因
從熟料大球內(nèi)的生料粉與C5原料成分的比較可以看出，它們的化學(xué)成分很相近，說明C5原料在進(jìn)入窯尾不久即在窯尾高溫下產(chǎn)生液相，將未充分分解的生料包裹起來，然后在窯內(nèi)運動而逐漸滾成熟料大球。
以上3種煤使用時熟料液相量和入窯原料分解率變化不大，所以可以說使用高揮發(fā)分煤時熟料大球內(nèi)包裹著生料粉的原因主要是窯尾廢氣溫度過高，熟料液相出現(xiàn)過早。而導(dǎo)致窯尾廢氣溫度升高的原因是煤的揮發(fā)分與碳粒子的燃燒脫節(jié)。
眾所周知，煤粉在窯內(nèi)的燃燒過程可看成2個連續(xù)的過程即分解燃燒和表面燃燒。煤粉隨著一次空氣一起噴入窯內(nèi)，受高溫窯皮或耐火磚、火焰的輻射熱，碳粒溫度升高，水分蒸發(fā)，所含的揮發(fā)組分揮發(fā)并燃燒，這個過程所需時間很短，只需數(shù)百毫秒。揮發(fā)分放出后剩下的殘留物質(zhì)稱殘余焦碳；分解燃燒將近結(jié)束時，O2擴(kuò)散至焦碳表面，焦碳開始表面燃燒，這個過程所需時間較長。另外，煤粉揮發(fā)分含量升高，則其燃點降低，揮發(fā)分急速放出燃燒，O2不足，碳粒子表面燃燒滯后，導(dǎo)致窯尾廢氣溫度升高[1，2]。
影響煤粉燃燒的主要因素是噴嘴外回流和旋流的大小。而影響火焰外回流的主要因素是噴嘴出口動量與二次風(fēng)動量的比值，可以用Craya-Curtet參數(shù)(m)來定量描述。
式中:K———對于水泥窯，K=1；
d0———噴嘴外進(jìn)流外徑，m；
D———窯有效內(nèi)徑，m；
υ0———外進(jìn)流風(fēng)速，m/s；
υa———二次空氣流速，m/s。
當(dāng)m<1.5時，說明無外回流；當(dāng)m>1.5時，說明有外回流發(fā)生(可以促進(jìn)煤粉和二次空氣混合)。過小的噴嘴出口動量會導(dǎo)致二次空氣和煤粉不能很好地混合和燃燒不完全，使窯尾廢氣溫度升高。過強(qiáng)的旋流會形成雙峰火焰，導(dǎo)致火焰發(fā)散，也使窯尾廢氣溫度升高[3，4]。表5為我公司與日本某廠窯頭噴嘴相關(guān)參數(shù)。
| 項目 | 單位 | 標(biāo)況風(fēng)量 /(m3/min) | 軸向動量 /(kg·m/s2) | 周向動量 /(kg·m/s2) | Craya－Curtet 參數(shù)m |
| 內(nèi)旋流 | 我公司 | 45 | 145 | 80 | |
| 日本某廠 | 39 | 111 | 72 | ||
| 外進(jìn)流 | 我公司 | 55 | 152 | 0 | |
| 日本某廠 | 63 | 231 | 0 | ||
| 內(nèi)外流合計 | 我公司 | 100 | 297 | 80 | 2.4 |
| 日本某廠 | 102 | 342 | 72 | 5.3 |
注：日本某廠與我公司生產(chǎn)條件相近。
從表5可以看出，我公司窯頭噴嘴內(nèi)旋流風(fēng)量偏大，周向動量偏大，而內(nèi)外流合計軸向動量偏小，m也偏小。
3 運轉(zhuǎn)參數(shù)的調(diào)整
根據(jù)以上分析，我們采取了以下對策:
1)將煤粉80μm篩余由5%左右調(diào)整為12%～15%；
2)將內(nèi)旋流葉片角度由29°降低至27°；
3)關(guān)閉內(nèi)風(fēng)擋板，內(nèi)旋流風(fēng)量由標(biāo)況下45m3/min降為42m3/min；
4)將外進(jìn)流風(fēng)量由標(biāo)況下55m3/min增大到60m3/min。
經(jīng)過實施后3項措施，窯頭噴嘴相關(guān)參數(shù)變化見表6。
| 項目 | 時間 | 標(biāo)況風(fēng)量 /(m3/min) | 軸向動量 /(kg·m/s2) | 周向動量 /(kg·m/s2) | Craya－Curtet 參數(shù)m |
| 內(nèi)旋流 | 調(diào)整前 | 45 | 145 | 80 | |
| 調(diào)整后 | 42 | 143 | 75 | ||
| 外進(jìn)流 | 調(diào)整前 | 55 | 152 | 0 | |
| 調(diào)整后 | 60 | 199 | 0 | ||
| 內(nèi)外流合計 | 調(diào)整前 | 100 | 297 | 80 | 2.4 |
| 調(diào)整后 | 102 | 342 | 75 | 3.3 |
4 效果
1)熟料質(zhì)量得到了明顯改善，熟料大球減少，熟料fCaO平均降至0.59%(最高0.79%)；
2)入窯生料喂料量由307t/h增加到310t/h，熟料產(chǎn)量由180.6t/h增加到182.4t/h；
3)窯尾廢氣溫度降低到1080℃，窯尾上升煙道結(jié)皮減少，系統(tǒng)壓損降低；
4)因為煤粉變粗煤粉制備系統(tǒng)電耗降低，再加上燒成系統(tǒng)內(nèi)壓損降低，所以整個系統(tǒng)電耗降低0.69kWh/kg；
5)火焰形狀好；熟料粒度變小，熟料冷卻機(jī)效率提高，燒成熱耗降低約84kJ/kg。
5 結(jié)論
通過調(diào)整內(nèi)旋流葉片角度、內(nèi)外流風(fēng)量和煤粉細(xì)度，可以適應(yīng)不同品種煤的要求，并保證熟料質(zhì)量合格，窯運轉(zhuǎn)穩(wěn)定及能耗降低。
當(dāng)煤揮發(fā)分升高時，可適當(dāng)降低內(nèi)旋流葉片角度及風(fēng)量，增加外進(jìn)流風(fēng)量，煤粉細(xì)度也可適當(dāng)粗一些。
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