立磨的工藝要求與熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)

  引言:               

　　礦渣微粉作為生產(chǎn)水泥重要的混合材之一. 目前已在全國(guó)以及世界各地逐步建立了礦渣微粉生產(chǎn)線. 作為鋼鐵廠高爐的礦渣. 由過去的粗放經(jīng)營(yíng)改為深加工. 提高產(chǎn)品的附加值. 各地鋼廠早幾年已實(shí)施這一工程. 對(duì)于引進(jìn)的國(guó)外立磨, 承擔(dān)這一主要任務(wù). 而如何配置并設(shè)計(jì)熱風(fēng)爐系統(tǒng), 達(dá)到烘干爐料的目的. 對(duì)于我國(guó)廣大的工程技術(shù)人員, 應(yīng)結(jié)合我國(guó)國(guó)情與燃料資源狀況. 并充分了解引進(jìn)國(guó)外立磨的機(jī)械特性與工藝要求.對(duì) 熱風(fēng)爐的燃料而言我國(guó)煤炭資源較天然氣與高爐煤氣, 焦?fàn)t煤氣與重油, 柴油等要豐富得多. 因此, 我國(guó)熱風(fēng)爐燃料應(yīng)定位于燃煤為主. 但也存在少量企業(yè)燃燒高爐煤氣的熱風(fēng)爐.               
我公司是以工業(yè)爐研制, 設(shè)計(jì), 技術(shù)服務(wù)一體化的專業(yè)公司. 為此專門開發(fā)了一種高效節(jié)能型擴(kuò)散式噴煤燃燒爐 (熱風(fēng)爐) 新工藝生產(chǎn)線, 來配合礦渣微粉生產(chǎn)線.               

1.     立磨對(duì)熱風(fēng)爐的工藝要求:                  

1.1 可靠性:

　　立磨對(duì)熱風(fēng)爐的溫度出口風(fēng)溫可調(diào)性要求非常高. 它要求熱風(fēng)爐對(duì)立磨預(yù)熱. 并隨產(chǎn)量的變化而不斷地調(diào)節(jié)溫度, 直至穩(wěn)定正常運(yùn)行. 

　　高效節(jié)能型擴(kuò)散式噴煤燃燒爐. (熱風(fēng)爐)是一種可調(diào)比例非常高的高溫型工業(yè)爐. 爐溫可以從800℃～1500℃任意調(diào)節(jié). 該新工藝生產(chǎn)線配置了對(duì)原煤的計(jì)量, 能對(duì)熱風(fēng)爐的煤耗徹底精算. 同要求原煤的計(jì)量與爐溫形成圈流自控系統(tǒng), 按設(shè)定生產(chǎn)工藝溫度曲線, 組織生產(chǎn). 即爐溫過高. 原煤自動(dòng)下降, 爐溫過低, 原煤自動(dòng)上升. 目的是始終保持熱風(fēng)爐對(duì)立磨的溫度工藝要求, 而平穩(wěn)可靠運(yùn)行. 

　　立磨對(duì)熱風(fēng)爐的承受的爐膛負(fù)壓要求也很嚴(yán)格. 各國(guó)的立磨機(jī)械性能不同而對(duì)熱風(fēng)爐承受的負(fù)壓也不盡相同. 而一般國(guó)外公司產(chǎn)的立磨對(duì)熱風(fēng)爐所能承受的負(fù)壓幾乎要求達(dá)到300pa以上. 這對(duì)于不論是燃?xì)? 燃油, 還是燃煤的熱風(fēng)爐都是一個(gè)巨大的考驗(yàn). 特別是為燃煤的熱風(fēng)爐. 由于負(fù)壓過大, 懸浮在空氣中的煤粉燃燒效果必定很差. 煤粉氣流速度過快, 沖刷爐墻與大量的煤粉跑到熱風(fēng)管內(nèi)燃燒. 必然會(huì)有大量不完全燃燒現(xiàn)象產(chǎn)生和爐膛結(jié)焦, 以至于熱風(fēng)管結(jié)焦.

　　 為此, 擴(kuò)散式噴煤燃燒爐(熱風(fēng)爐). 根據(jù)立磨自身特性和工藝要求, 設(shè)計(jì)成雙機(jī)組工藝生產(chǎn)線與特殊的爐膛結(jié)構(gòu). 即前一部分為燃燒室, 后一部分為混合室. 在混合室我們?cè)O(shè)計(jì)了調(diào)節(jié)風(fēng)門. 如立磨要求負(fù)壓過大. 我們可打開調(diào)節(jié)風(fēng)門, 使氣流短路. 而不會(huì)造成燃燒爐形成過大的負(fù)壓. 而不影響燃燒爐的煤粉燃燒. 如圖1:      

　　實(shí)踐證明: 每當(dāng)新建立磨調(diào)試期. 如一旦因中控操作不當(dāng), 立磨產(chǎn)生巨大的抽風(fēng)力時(shí). 熱風(fēng)爐產(chǎn)生很大負(fù)壓時(shí), 只要迅速打開這些調(diào)風(fēng)門, 熱風(fēng)爐的負(fù)壓很快減少. 以適應(yīng)立磨生產(chǎn)與調(diào)節(jié). 因此, 在新建立磨與熱風(fēng)爐聯(lián)動(dòng)調(diào)試時(shí), 這種調(diào)試是一種漸進(jìn)式的調(diào)試. 不能說通過一二次調(diào)節(jié)就完成了. 只有中控人員徹底熟悉了立磨與熱風(fēng)爐的特性后, 準(zhǔn)確地找出各機(jī)臺(tái)的平衡點(diǎn), 通過一段時(shí)間的磨合期才能使立磨投入正常的運(yùn)行 

1.2  反應(yīng)速度 

 熱風(fēng)爐應(yīng)變反應(yīng)速度要求特別快. 主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:       

　　第一.如圖所示. 溫度反應(yīng)時(shí)間要快. 特別是在立磨與熱風(fēng)爐聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)時(shí), 從立磨預(yù)熱來看. 有些廠家反映立磨預(yù)熱時(shí)間長(zhǎng)短不一. 有些廠家立磨預(yù)熱長(zhǎng)達(dá)2小時(shí). 有的廠家立磨預(yù)熱僅半小時(shí). 到底多長(zhǎng)時(shí)間為好. 除與當(dāng)?shù)貧夂? 水渣的含水量和各廠家的立磨特性不同之外. 有點(diǎn)很重要的是與使用熱風(fēng)爐有關(guān). 目前從全國(guó)來講, 在礦渣微粉生產(chǎn)線中, 只配置二種爐型. 即一種為煤粉爐 (由我公司生產(chǎn)制作), 一種為沸騰爐. 實(shí)踐證明: 煤粉爐由于自動(dòng)化工程度高, 實(shí)現(xiàn)無(wú)人置守. 明顯比沸騰爐要好. 溫度反應(yīng)速度要快的多. 

　　由中控發(fā)出指令給熱風(fēng)爐升溫或降溫, 至立磨入口溫度變化不到5秒.由于沸騰爐有置后現(xiàn)象, 反映到立磨入口的溫度, 需要較長(zhǎng)的時(shí)間. 

　　第二.  對(duì)立磨特性要求負(fù)壓來看. 也要求熱風(fēng)爐隨著立磨的要求而隨時(shí)具備負(fù)壓應(yīng)變能力. 特別是在立磨與熱風(fēng)爐聯(lián)動(dòng)調(diào)試期來講顯得特別重要.        

　　熱風(fēng)爐啟動(dòng)性要快. 高效節(jié)能型擴(kuò)散式噴煤燃燒爐. 除去新建熱風(fēng)爐烘爐點(diǎn)火升溫時(shí)段之外, 正常運(yùn)行時(shí)點(diǎn)火升溫只需要十幾分鐘. 對(duì)于我公司設(shè)計(jì)的工藝生產(chǎn)線之

　　第一.  中是由兩條機(jī)組組成. 可根據(jù)立磨研磨的物料不同. 物料含水量不同而任意迅速啟動(dòng)任意一個(gè)機(jī)組. 而對(duì)于沸騰爐來說, 就困難得多, 啟動(dòng)時(shí)間也長(zhǎng)得多.       

1.3  熱風(fēng)爐自動(dòng)化控制系統(tǒng): 

　　立磨要求熱風(fēng)爐的所有機(jī)電設(shè)備與熱風(fēng)爐的溫度, 氣氛, 壓力, 煤的計(jì)量等等. 必須實(shí)現(xiàn)全部自動(dòng)化控制. 即PLC自控系統(tǒng). 熱風(fēng)爐自控柜只需要二根雙絞線即可將熱風(fēng)爐所有參數(shù)通過計(jì)算機(jī)送入中控系統(tǒng)(DCS系統(tǒng)). 由中控完全掌握熱風(fēng)爐的運(yùn)行工況. 實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐車間無(wú)人置守與由中控巡視人員現(xiàn)代化工業(yè)操作制度. 

1.     熱風(fēng)爐的環(huán)保性能: 

2.1  N0x控制原理

　　整條生產(chǎn)線由兩項(xiàng)國(guó)家專利組成. 即: <<雙旋流煤粉燃燒器>>和<<高效節(jié)能型擴(kuò)散式噴煤燃燒爐>>. 其中<<雙旋流煤粉燃燒器>>是根據(jù)美國(guó)能源部的煤粉燃燒器的基本原理. 結(jié)合我國(guó)國(guó)情和材質(zhì)要求而發(fā)明的一種新型煤粉燃燒器. 因此, 該產(chǎn)品具有良好的空氣動(dòng)力流場(chǎng). 確保一定的煤風(fēng)比例. 使煤流, 空氣流達(dá)到均勻混合. <<擴(kuò)散式噴煤燃燒爐>>是根據(jù)煤粉燃燒學(xué)原理和應(yīng)用非氮化物燃燒新技術(shù). 空氣分級(jí)燃燒技術(shù), C02高溫回流技術(shù)等. 實(shí)現(xiàn)在爐內(nèi)還原區(qū)產(chǎn)生大量的可燃?xì)怏w. 如:CO,CH4等. 后進(jìn)入爐內(nèi)的第二階段氧化區(qū). 在爐內(nèi)氧化區(qū)突然配入大量的新鮮空氣與可燃?xì)怏w結(jié)合產(chǎn)生大量放熱反應(yīng). 從而杜絕大量的N0x物產(chǎn)生. 因此該爐也是種非氮化物燃燒的環(huán)保型工業(yè)爐.     

2.2   SO2 , SO3的控制      

　　 由于在原煤之中有在大量的硫鐵礦. 硫的有機(jī)化合物與其化學(xué)成分組成的混合物. 作為用戶首先把關(guān), 進(jìn)廠原煤必須選用低硫煤即S<1%以下, 方可進(jìn)廠. 如條件限制必須使用當(dāng)?shù)馗吡蛎? 則應(yīng)在系統(tǒng)之中考慮脫硫環(huán)保裝置. 

2.3   CO的控制措施:

　　在熱風(fēng)爐內(nèi)的氧化段通過進(jìn)入的新鮮空氣達(dá)到完全燃燒, 但是防止殘余的CO漏出, 在我們要求的主熱風(fēng)管上第一個(gè)配風(fēng)閥門常開時(shí), 可調(diào)進(jìn)大量的新鮮空氣. 使CO進(jìn)一步氧化成CO2進(jìn)入系統(tǒng). 從而控制CO的生成量. 從目前已建的生產(chǎn)線環(huán)保測(cè)廢氣中CO的含量遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn). 

2.4   立磨以及熱風(fēng)爐排放粉塵的控制:

　　熱風(fēng)爐整個(gè)工藝生產(chǎn)線為負(fù)壓操作. 熱風(fēng)爐排渣為人工或機(jī)械排渣兩種形式. 爐渣可回收再利用. 從而達(dá)到綜合利用的目的. 廢氣粉末排放由系統(tǒng)之中的布袋除塵器考慮設(shè)置, 從目前運(yùn)行的微粉生產(chǎn)線之中, 全部可達(dá)到對(duì)外排放70mg/M3以下的國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn), 從而實(shí)現(xiàn)花園式工廠. 

1.     熱風(fēng)爐工藝生產(chǎn)線設(shè)計(jì)要點(diǎn): 

3.1  工藝流程:

　　目前國(guó)內(nèi)已在礦渣微粉生產(chǎn)線之中使用的擴(kuò)散式噴煤燃燒爐煤粉爐工藝生產(chǎn)線有兩種形式: 含有煤粉制備系統(tǒng)和不含有煤粉制備系統(tǒng). 如下圖:    

　　在整個(gè)工藝生產(chǎn)線之中, 不論那種形式, 其目的都需解決. 兩大問題即煤粉燃燒效率的提高與污染物排放的降低. 如何解決上述兩個(gè)問題, 也是我們不斷探索和研究的問題. 為此, 我們重點(diǎn)從三個(gè)方面著手解決. 其一, 煤粉的細(xì)度與計(jì)量. 其二, 煤粉燃燒器. 其三, 燃燒爐的設(shè)計(jì)與環(huán)保處理. 根據(jù)上述原則與生產(chǎn)工藝, 我們采取如下幾方面新技術(shù).   

3.2  空氣分級(jí)燃燒與熱氣流 (co, co2) 再循環(huán)燃燒:

　　我們利用了德國(guó)F.Totzek發(fā)明的K-T爐的工作原理. 將燃燒用的空氣分階段送入. 先將理論空氣量的80%從燃燒器送入. 使燃料在缺氧的條件下燃燒. 即控制空氣過剩系數(shù).將燃燒爐分成兩部分. 即前一部分是在還原氣氛下, 產(chǎn)生了大量的H2與CO. 由于高溫與適當(dāng)?shù)乃魵?原煤之中的外來自然水分滲入反應(yīng)). 即可產(chǎn)生一定量的CH4 (甲烷).    

C+2H2               

CH4+20870千卡; CO+3H2            

CH4+H20+49250千卡. 其中產(chǎn)生熱風(fēng)的工業(yè)爐是由于燃燒室與混合室組成. 產(chǎn)生甲烷氣體主要是后一個(gè)反應(yīng)進(jìn)行. 當(dāng)含有大量可燃?xì)怏w, 運(yùn)動(dòng)到混合室時(shí), 我們有意識(shí)補(bǔ)充大量的空氣. 熱氣流在此產(chǎn)生劇烈的放熱反應(yīng). 使未燃盡的碳粒子得到充分的燃燒. 固此有如下反應(yīng)即:

 C+O2 ＝CO;

 CO↑+O2＝CO2↑   

CH4+O2＝CO↑+H20. 

　　為了防止有少量C或CO 未燃盡, 我們又通過回風(fēng)管在從混合室取回部分未燃盡氣體. 進(jìn)入煤磨達(dá)到烘干煤磨中的原煤. 以攜帶這部分的水蒸氣進(jìn)入一次風(fēng)到煤粉燃燒器, 進(jìn)入燃燒室. 進(jìn)行循環(huán)燃燒. 這部分既是我們常說的熱氣流再循環(huán)利用. 以減少不完全燃燒的損失. 提高工業(yè)爐的熱工效率.    

3.3   CO2循環(huán)燃燒:   

　　在上述結(jié)果可以得出: 從混合室出來的大量高溫空氣(約95% CO2) 進(jìn)入一次風(fēng)攜帶煤粉送入爐膛. 這就是02/CO2和煤粉的再循環(huán)燃燒. 實(shí)驗(yàn)證明: 在O2/CO2的環(huán)境下, NOx的生成量由于供入空氣量大大減少, 而產(chǎn)生的NOx大大減少.   

　　上世紀(jì)70年代以來, 世界上許多國(guó)家對(duì)煤的低NOx燃燒進(jìn)行了研究取得了可喜成果. 我國(guó)也采取了多種方法. 如徐旭常院士開發(fā)的船形煤粉燃燒器. 通過分級(jí)燃燒, 不僅減低NOx排放, 對(duì)火焰的穩(wěn)定也有很好的效果.   

3.4    雙旋流煤粉燃燒器:   

　　作為工業(yè)爐燃料燃燒器也是非常重要的熱工設(shè)備. 據(jù)我國(guó)燃燒資源和基本工業(yè)狀態(tài). 燃煤燃燒器難度最大. 與國(guó)外相比差距較大. 我們研究重點(diǎn)是用煤粉爐之中煤粉燃燒器. 我們依據(jù)美國(guó)能源部第二燃燒研究室研究的成果, 結(jié)合國(guó)內(nèi)的實(shí)際國(guó)情研究出系列型雙旋流煤粉燃燒器, 來配合擴(kuò)散式噴煤燃燒爐. 該煤粉燃燒器共二大類16個(gè)品種. 采用配套各種型號(hào)的煤粉爐. 該產(chǎn)品已獲得中國(guó)最優(yōu)秀的專利產(chǎn)品. 如下圖:  

該燃燒器是空氣流與煤粉流兩股氣流同向組成旋轉(zhuǎn)氣流前進(jìn). 其中空氣可分成直線或旋轉(zhuǎn)氣流水平前進(jìn). 空氣量與煤粉量, 風(fēng)速, 旋轉(zhuǎn)角度, 配比均可調(diào)節(jié). 調(diào)節(jié)參數(shù)可參考下表.  

　　　 在燃燒器出口, 在這2種旋轉(zhuǎn)氣流的作用下. 產(chǎn)生空間的負(fù)壓區(qū), 使燃燒火焰形成一種旋轉(zhuǎn)火焰. 其火焰內(nèi)部形成不同的壓力空間. 在火焰旋轉(zhuǎn)燃燒過程中, 可使未燃盡的煤粉顆粒重新吸回負(fù)壓區(qū). 組成煤粉二次燃燒, 使煤粉顆粒徹底燃盡. 由于該燃燒器出口在旋轉(zhuǎn)火焰前進(jìn)的過程之中, 產(chǎn)生大量的回流火焰. 使得燃燒火焰粗而短. 燃燒比較完全, 火焰爐膛充滿度良好. 爐膛空間各處溫度基本一致. 因而產(chǎn)生的熱風(fēng)風(fēng)溫較均勻. 燃燒風(fēng)溫可在700℃～1500℃任意調(diào)節(jié), 能滿足各類需求的工業(yè)爐料的烘干與煅燒.

1.       結(jié)束語(yǔ): 

　　在全國(guó)礦渣微粉工藝生產(chǎn)線之中. 實(shí)踐證明: 在應(yīng)用上述煤粉燃燒新技術(shù)與熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)原則后, 這些生產(chǎn)線應(yīng)用效果均非常良好. 煤粉燃燒效率均可達(dá)到98%以上. 爐渣含碳量均在2%以下. 環(huán)保全部指標(biāo)均已達(dá)標(biāo). 另外, 熱風(fēng)爐與立磨之間的距離. 熱風(fēng)管的管徑 與熱風(fēng)管上各處閥門的配置, 以及熱風(fēng)管的余熱利用等等. 均應(yīng)在設(shè)計(jì)之中考慮的問題. 這里不再詳述.