礦渣微粉生產(chǎn)線(xiàn)中熱風(fēng)爐的設(shè)計(jì)與配置

摘要：以高效節(jié)能型擴(kuò)散式噴煤燃燒爐為主要裝置構(gòu)成的熱風(fēng)爐系統(tǒng)可靠性高，反應(yīng)速度快，采用自動(dòng)化控制，完全滿(mǎn)足現(xiàn)代化礦渣微粉生產(chǎn)線(xiàn)的技術(shù)要求，在設(shè)計(jì)中采用了空氣分級(jí)燃燒與熱氣流再循環(huán)燃燒技術(shù)，低NO_x循環(huán)燃燒技術(shù)和雙旋流煤粉燃燒器，環(huán)保指標(biāo)符合國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求。   

關(guān)鍵詞：熱風(fēng)爐性能、立磨、環(huán)保  

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)以及世界各地逐步推廣。鋼鐵廠(chǎng)為了提高產(chǎn)品的附加值，建立礦渣微粉生產(chǎn)線(xiàn)，采用立磨來(lái)承擔(dān)粉磨任務(wù)，熱風(fēng)爐來(lái)提供預(yù)熱立磨和烘干物料用風(fēng)。本文就熱風(fēng)爐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與配置作簡(jiǎn)要介紹。

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(圖1)是一種可調(diào)高溫型工業(yè)熱風(fēng)爐。爐溫可以從800～1 500℃任意調(diào)節(jié)。該爐配置了對(duì)原煤的計(jì)量設(shè)備，能對(duì)熱風(fēng)爐的煤耗徹底精算，同爐溫形成圈流自控系統(tǒng)，按設(shè)定生產(chǎn)工藝溫度曲線(xiàn)組織生產(chǎn)。當(dāng)爐溫過(guò)高，原煤自動(dòng)下降；爐溫過(guò)低，原煤自動(dòng)上升。目的是始終滿(mǎn)足立磨對(duì)溫度的工藝要求，使系統(tǒng)平穩(wěn)可靠運(yùn)行。    

擴(kuò)散式噴煤燃燒爐根據(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(xiàn)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(mén)，如立磨要求負(fù)壓過(guò)大，操作者  可打開(kāi)調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)，使氣流短路，而不會(huì)造成燃燒爐形成過(guò)大的負(fù)壓影響燃燒爐的煤粉燃燒。  

實(shí)踐證明：在新建礦渣微粉生產(chǎn)線(xiàn)的調(diào)試期，若  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)爐會(huì)產(chǎn)生很大負(fù)壓，只要迅速打開(kāi)這些調(diào)風(fēng)門(mén)，熱風(fēng)爐的負(fù)壓很快降低，以適應(yīng)立磨生產(chǎn)與調(diào)節(jié)。值得一提的是，新建立磨與熱風(fēng)爐的聯(lián)動(dòng)調(diào)試是一種漸進(jìn)式的調(diào)試，不是一二次調(diào)節(jié)就能完成。只有中控人員熟悉了立磨與熱風(fēng)爐的特性后，立磨才能投入正常的運(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：  

(1)溫度反應(yīng)時(shí)間要快。在立磨與熱風(fēng)爐聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)時(shí)，有些廠(chǎng)家反映立磨預(yù)熱時(shí)間長(zhǎng)短不一，有些廠(chǎng)家立磨預(yù)熱長(zhǎng)達(dá)2 h，有的廠(chǎng)家立磨預(yù)熱僅0．5 h。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(chǎng)家的立磨特性不同有關(guān)之外，也與熱風(fēng)爐有關(guān)。在我國(guó)礦渣微粉生產(chǎn)線(xiàn)中，一般配置煤粉爐或沸騰爐。實(shí)踐證明：煤粉爐由于自動(dòng)化程度高，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守及溫度反應(yīng)速度比沸騰爐要優(yōu)越得多。由中控發(fā)出指令給煤粉爐升溫或降溫，至立磨人口溫度發(fā)生變化不到5 s，而沸騰爐有滯后現(xiàn)象，立磨入口的溫度發(fā)生變化需要較長(zhǎng)的時(shí)間。  

(2)從立磨對(duì)負(fù)壓的要求來(lái)看，也要求熱風(fēng)爐具備負(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(lái)講，顯得特別重要。  

(3)風(fēng)爐啟動(dòng)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，這是因?yàn)樵摖t由2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。

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，必須全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。熱風(fēng)爐自控柜只需要2根雙絞線(xiàn)即可將熱風(fēng)爐所有參數(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)送人中控系統(tǒng)(DCS系統(tǒng))。

2 熱風(fēng)爐的環(huán)保性能

2．1 NOx的控制

整個(gè)熱風(fēng)爐系統(tǒng)由雙旋流煤粉燃燒器和高效節(jié)能型擴(kuò)散式噴煤燃燒爐(均為國(guó)家專(zhuān)利)組成。雙旋流煤粉燃燒器是一種新型煤粉燃燒器，具有良好的空氣動(dòng)力流場(chǎng)，能確保一定的煤風(fēng)比例，使煤流、空氣流均勻混合。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)、CO2高溫回流技術(shù)等設(shè)計(jì)而成。在爐內(nèi)還原區(qū)可產(chǎn)生大量的可燃?xì)怏w，如：CO，CH₄等，然后進(jìn)入爐內(nèi)的第二階段氧化區(qū)(見(jiàn)圖2)。在爐內(nèi)氧化區(qū)突然配人大量的新鮮空氣與可燃?xì)怏w產(chǎn)生放熱反應(yīng)，從而最大限度地抑制了NOx的產(chǎn)生。  

2．2 SO_z、SO₃的控制

SO：、S03來(lái)源于原煤，進(jìn)廠(chǎng)原煤必須選用低硫煤(S<1％)。若條件限制必須使用當(dāng)?shù)馗吡蛎海瑒t應(yīng)在系統(tǒng)之中考慮脫硫環(huán)保裝置。

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2．3 CO的控制措施  

主熱風(fēng)管上第一個(gè)配風(fēng)閥門(mén)應(yīng)常開(kāi)，可調(diào)進(jìn)大量的新鮮空氣，使CO進(jìn)一步氧化成C02進(jìn)入系統(tǒng)，從而控制CO的生成量。檢測(cè)結(jié)果證明，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

在礦渣微粉生產(chǎn)線(xiàn)上，包括熱風(fēng)爐，全部實(shí)現(xiàn)負(fù)壓操作，其廢氣排放含塵濃度在70mg/Nm₃以下，符合國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)  

目前在國(guó)內(nèi)礦渣微粉生產(chǎn)線(xiàn)之中使用的擴(kuò)散式噴煤燃燒爐工藝生產(chǎn)線(xiàn)有兩種形式：含有煤粉制備系統(tǒng)(圖3)和不含有煤粉制備系統(tǒng)(圖4)。 

在整個(gè)工藝生產(chǎn)線(xiàn)之中，不論哪種形式，其目的都需解決兩大問(wèn)題：即煤粉燃燒效率的提高與污染物排放物的降低。如何解決這兩個(gè)問(wèn)題，也是我們不斷探索和研究的問(wèn)題。為此，我們重點(diǎn)從三個(gè)方面著手解決：煤粉的細(xì)度與計(jì)量；煤粉燃燒器；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)。

3．1空氣分級(jí)燃燒與熱氣流(CO，C02)再循環(huán)燃燒

我們先將理論空氣量的80%從燃燒器送入，使燃料在缺氧的條件下燃燒，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(lái)自然水分滲入反應(yīng))，同時(shí)可產(chǎn)生一定量的CH₄(甲烷)。  

當(dāng)含有大量可燃?xì)怏w的氣流運(yùn)動(dòng)到混合室時(shí)，我們有意識(shí)地補(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地燃燒。為了防止有少量C或CO未燃盡，我們又通過(guò)回風(fēng)管再?gòu)幕旌鲜胰』夭糠治慈急M氣體，進(jìn)入煤磨以烘干煤磨中的原煤，并攜帶這部分的水蒸氣進(jìn)入一次風(fēng)到煤粉燃燒器，進(jìn)行循環(huán)燃燒。這就是熱氣流再循環(huán)利用，減少了不完全燃燒的損失，提高了工業(yè)爐的熱工效率。

3．2 低NO_x循環(huán)燃燒  

從混合室出來(lái)的大量高溫氣流(約95%CO：)進(jìn)入一次風(fēng)攜帶煤粉送入爐膛，實(shí)現(xiàn)了O₂/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，NO_x的生成量隨供入空氣量的減少而減少。

3．3雙旋流煤粉燃燒器

工業(yè)爐燃料燃燒器是非常重要的熱工設(shè)備，我們研究的重點(diǎn)是用于煤粉熱風(fēng)爐之中的煤粉燃燒器。我們研究出系列雙旋流煤粉燃燒器來(lái)配合擴(kuò)散式噴煤燃燒爐。該煤粉燃燒器共2類(lèi)16個(gè)品種，用于配套各種型號(hào)的煤粉爐，見(jiàn)圖5。

該燃燒器的旋轉(zhuǎn)氣流是由空氣流與煤粉流兩股氣流組成，同向前進(jìn)，其中空氣可分成直線(xiàn)或旋轉(zhuǎn)氣流水平前進(jìn)?？諝饬颗c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)見(jiàn)表1。

表l一次風(fēng)、二次風(fēng)風(fēng)速(m/s)

　　在這兩種旋轉(zhuǎn)氣流的作用下，燃燒器出口形成負(fù)壓區(qū)，使燃燒火焰形成一種旋轉(zhuǎn)火焰，其火焰內(nèi)音形成不同的壓力空間。在火焰旋轉(zhuǎn)燃燒過(guò)程中，可使未燃盡的煤粉顆粒重新吸回負(fù)壓區(qū)，實(shí)現(xiàn)煤粉二次燃燒，使煤粉顆粒徹底燃盡。在旋轉(zhuǎn)火焰前進(jìn)的過(guò)程之中，由于產(chǎn)生了大量的回流火焰，使得燃燒火焰粗而短，燃料燃燒比較完全，火焰爐膛充滿(mǎn)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)濕較均勻。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　礦渣微粉生產(chǎn)線(xiàn)的實(shí)踐證明：該熱風(fēng)爐系統(tǒng)的煉粉燃燒效率均可達(dá)到98%以上，爐渣含碳量均在2%以下，環(huán)保指標(biāo)全部達(dá)標(biāo)。