煤質(zhì)變化時運轉(zhuǎn)參數(shù)的調(diào)整

我公司1條帶RSP型分解爐和五級雙系列旋風預熱器的新型干法生產(chǎn)線，原設計能力為日產(chǎn)熟料4000t，窯頭噴煤嘴為傳統(tǒng)三風道噴煤嘴。近年來生產(chǎn)日益穩(wěn)定，熟料質(zhì)量良好，熟料產(chǎn)量也逐步提高，達到了4400～4500t/d。隨著市場競爭的加劇，生產(chǎn)成本、產(chǎn)品價格的降低勢在必行，為此我公司也在積極尋找降低生產(chǎn)成本的方法，其中一種方法是降低燃料成本。通過對各原煤產(chǎn)地煤質(zhì)量的調(diào)查對比，我們選擇了價格、質(zhì)量相對適當?shù)拿哼M行了生產(chǎn)試驗。

1　不同煤對熟料及相關參數(shù)影響

　　各種入廠原煤和使用煤粉的相關參數(shù)分別見表1、2(其中B、C煤為本次試驗用煤)。

表1 入廠原煤參數(shù)
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

表2 使用煤粉參數(shù)
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。

表3 熟料大球與C5級筒下料溜子內(nèi)原料成分 %
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運轉(zhuǎn)參數(shù)見表4。

表4 熟料狀況及相關運轉(zhuǎn)參數(shù)
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，早強型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，它們的化學成分很相近，說明C5原料在進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———噴嘴外進流外徑，m；
　　D———窯有效內(nèi)徑，m；
　　υ0———外進流風速，m/s；
　　υa———二次空氣流速，m/s。
　　當m<1.5時，說明無外回流；當m>1.5時，說明有外回流發(fā)生(可以促進煤粉和二次空氣混合)。過小的噴嘴出口動量會導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。過強的旋流會形成雙峰火焰，導致火焰發(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參數(shù)。

表5 我公司窯頭噴嘴相關參數(shù)與日本某廠的比較
項目 單位 標況風量
/(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)關閉內(nèi)風擋板，內(nèi)旋流風量由標況下45m3/min降為42m3/min；
　　4)將外進流風量由標況下55m3/min增大到60m3/min。
　　經(jīng)過實施后3項措施，窯頭噴嘴相關參數(shù)變化見表6。

表6 調(diào)整前后窯頭噴嘴相關參數(shù)比較
項目 時間 標況風量
/(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)外流風量和煤粉細度，可以適應不同品種煤的要求，并保證熟料質(zhì)量合格，窯運轉(zhuǎn)穩(wěn)定及能耗降低。
　　當煤揮發(fā)分升高時，可適當降低內(nèi)旋流葉片角度及風量，增加外進流風量，煤粉細度也可適當粗一些。

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