固体燃料煤的燃烧设备

【学习目标】1、了解煤燃烧技术的主要内容；2、了解燃烧器的发展过程；3、掌握回转窑对煤粉燃烧器的要求及设计基本原则4、熟悉各型窑用燃烧器的结构与性能。一、概述工业上固体煤的燃烧方法层状燃烧法：直接燃烧未经加工的块煤煤粉燃烧法：将煤粉用喷然法燃烧沸腾燃烧法：将地质、劣质的碎煤进行流态化燃烧燃烧效率很高高效，次于煤粉燃烧燃烧效率低，自控能力低，污染大，水泥工业鲜有应用因此，只介绍前两种，重点是喷煤法二、煤粉燃烧技术3.三种风一次风：带携煤粉的这部分空气二次风：到回转窑内的助燃空气三次风：到分解炉内的助燃空气1.煤磨的双重功能：粉磨和烘干，常用立磨或球磨2.煤粉的燃烧方法：喷燃法原理：用小量的空气以较高的动量携带煤粉至需要燃烧的地方高效的着火燃烧以放出热量组织煤粉燃烧的装置？三.煤粉燃烧器煤粉燃烧器，水泥行业又称喷煤管、煤粉烧嘴、煤粉喷嘴，分为窑用和炉用两种四、回转窑用喷煤管首先是用具有一定动量的空气（一次风）携带一定量的煤粉喷入窑内实现着火燃烧。其次在大量来自冷却机的预热空气（二次风）助燃下，煤粉实现完全燃烧。形成具有一定长度、形状和“刚度”的稳定火焰。从煤粉喷入窑内后到实现着火燃烧为止，所经历的一段轨迹被称为：黑火头。有个明亮的火焰，属于有焰燃烧辉焰燃烧，特殊的无焰燃烧不难理解，所用煤的挥发分越多、灰分越少，煤粉就越易燃烧，黑头也就越短燃烧器的端部一定要有高温保护措施，窑防止因局部高温会是熟料温度过高、熟料发粘而在燃烧器前方堆积的问题窑回转对煤粉燃烧器的要求1对燃料具有较强的适应性，尤其是在燃烧无煤烟或劣质煤时，能保证完全燃烧。2火焰形状能使整个烧成带具有强而均匀的热辐射，有利于熟料结粒、矿物晶相正常发育，防止烧成带扬尘，形成稳定的窑皮，延长耐火砖使用寿命。3.火焰稳定，受喂煤量、煤质和窑情变化波动的影响小。4.调节灵敏、方便，适应不同窑情的变化，满足烧不同煤质和形成不同火焰的要求,同时，一次风的含量要尽可能少5.从环保考虑，必须减少CO和NOx排放量窑用喷煤管传统窑用单通道喷煤管现代窑用多通道喷煤管现代窑用三通道喷煤管现代窑用双通道喷煤管现代窑用四通道喷煤管新式窑用燃烧器可燃废弃物喷射枪固体燃料脉冲烧嘴固、气、液燃料掍混烧嘴单通道燃烧器。只有一个风煤通道，为提高风速，保证刚度，通常增加倾斜1~6度拔哨，平行管和凤翅单通道喷煤管的不足及改进办法1.火焰形状固定，纵向位置调整只能通过移动喷煤管完成2.一次风量占总风量的20﹪~30﹪，风速仅有40~70m/s，个别可达到90m/s，火焰调节范围窄，灵活性小，对不同煤质适应性差3。风、煤混合不均匀导致燃烧效率不高，且火焰刚度不足4.调节灵敏、方便，适应不同窑情的变化，无减少CO和NOx的措施2：三通道燃烧器原理：利用直流、旋流组成的射流方式来强化煤粉燃烧过程，其特点是将喷出的空气分为多股（即内风、外风和煤风），利用他们不同的风速和方向，从而形成多个通道。内风通道的出口端装有旋流叶片，所以又称为内旋流风。外风通道为直流的环状通道以保持直流风与高风速从而保证火焰有一定的长度、形状、刚度。外风又称作外轴流风中间通道为输送煤粉的通道，称为煤风此外三通道喷煤管还设有一个调节器和一个燃油点火点三股风在出口处汇合形成了同轴旋转的复杂射流。操作时通过改变内、外风速和风量的比例（旋转调节器手柄），可以灵活调节火焰形状和燃烧强度，以满足窑内煅烧熟料温度分布的要求。典型三通道煤粉燃烧器（一）：三通道煤粉燃烧器《法国皮拉德公司》这种喷煤管的内、外两个通道为净风道，分别为：内风通道和外风通道内风通道出口端装有旋转叶片，内净风：内旋流风（有助于风、煤混合）。外净风通道为直流的环状通道以保持直流风与高风速，保证火焰具有一定的长度、形状和“刚度”。内、外风之间的通道为输送煤粉的通道：煤风通道各通道出口处一般设有“钝体”，“钝体”起到了火焰稳定器的作用，具体来说，就是钝体能加强高温烟气的回流，保持煤粉着火燃烧所需的高温。此外，三通道喷煤管还设有一个调节器和一个燃油点火器。此窑用三通道喷煤管一次风比例为12%~14%，一次风的风速为120m/s（二）：Pyro-Jet喷煤管《德国洪堡公司》PYRO-Jet喷嘴不像一般三通道喷嘴那样从环形缝隙喷出，而是沿喷嘴外圆排成环状的8~18个独立喷嘴喷出，提高了喷射速度或者在保持一定喷出速度的情况下减少外净风量，从而减少不能预热的一次风量该喷煤管各风道之间还采取了较大的风速差。一次风的比例为6%~8%。该喷煤管也适合于低活性、低质燃料，包括挥发份含量较低的贫煤、无烟煤、焦炭、质量较差的褐煤以及石油焦等。采用该喷煤管的回转窑内其烧成带窑皮均齐，窑龄延长，操作稳定，熟料的质量和产量都有提高。另外，较低的一次风量是火焰高温区含氧量降低其高速直流风能迅速均匀的分散煤粉与热气流，这即可缩小喷煤管出口附近的超高温区域，又能缩短煤粉和热气流在火焰高温区的停留时间，从而降低NOx生成量。PYRO-JET窑用三通道喷煤管进行了多次的结构改进新型PYRO-JET窑用三通道喷煤管的特点有三点：第一：它的气流特性和燃料特性以及各部分结构都经过了更为科学的研究和优化。第二：它的中心处有可燃废弃物的燃烧管。第三：它的最外面是冷却管，所喷出的冷空气能够有效的保护喷煤管，提高其可靠性与延长寿命，也能保护窑皮和耐火衬料。（三）：Rwirlax型煤粉燃烧器Rwirlax是将swirlax轴流风与煤风间的一段环形分隔壁去掉形成一个混合室四通道煤粉燃烧器（1）工作原理如图1所示，煤粉由气流携带从煤风管按一定的扩散角度向外喷出，由外邻的旋流风传给相当高的动量和动量矩，以高速度螺旋前进，并继续径向扩散，与高速射出的轴流风束相遇。轴流风束的插入，进一步增强了煤风的混合(包括周围的二次风)，并可调节火焰的发散程度、长短和粗细。中心风的作用是促使中心部分的少量煤粉及CO的燃烧更为充分，并起稳流的作用。由于这种燃烧机理和旋流风、轴流风具有的高速度，燃烧是非常迅速和完全的。图1四通道煤粉燃烧器火焰中各种气流及煤粉流动示意图（2）结构原理该四通道燃烧器的结构组成如图2所示。图2四通道煤粉燃烧器结构示意管路:共分5条，分别为轴流风道、旋流风道、煤风道、中心风道和燃油管。喷嘴:由特殊材料加工，各管道的出口面积可调，从而调节喷出的速度，是保证火焰形状及寿命的关键部件之一。金属波纹补偿器:是联接各管路密封和调节火焰形状的主要部件。蝶阀:用于调节风量。压力表:间接显示燃烧器内风口喷出速度。保护层:即耐火浇注层，用户自行浇注。燃烧器的调节方法:轴流风、旋流风和中心风的入口上都装有蝶阀，可单独地调节各风量和比例。旋动调节螺母，可把各管向内压入或向外拉出，调节各喷出口面积大小从而调节喷出的速度。（3）特点第一：与三通道喷煤管相比，增加了中心风通道。中心风的作用：能防止因煤粉回流和窑灰沉积堵塞喷煤管管口、能使窑内火焰更稳定、能延长喷煤管使用寿命、能降低NOx生成量、能保护窑皮和延长耐火衬料寿命、能减少相关工艺事故、能辅助调节火焰形状、能改善熟料质量。第二：在保证各项优良性能的同时，将一次风量降到4%~7%。第三：各风道之间采取很大的风速差，以充分发挥高温气流的“卷吸“效应、“回流”效应来确保着火所需的高温条件。1--外净风通道2--旋流风通道3--风煤通道4--中心冷风通道5--燃油点火装置1、Rotaflam燃烧器Rotaflam窑用煤粉燃烧器的特点：第一：点火用的燃油烧嘴或燃气烧嘴的中心套管上有钝体，可在火焰根部形成回流区来确保火焰稳定；第二：旋流风在直流风与煤风之间，以延缓煤粉与空气混合，使火焰根部前几米处的形状良好，这可降低火焰峰值温度来保护窑皮和防止结圈，也降低了NOx生成量;第三：外套管向外延伸到超过燃烧器喷口，以避免空气过早扩散，这样由于“碗状效应”，使火焰的形状更佳；第四：直流风通过沿环形分散的小圆孔喷出，它与外伸套管相结合可使火焰集中有力，同时使CO2含量高的烟气向火焰根部回流来降低O2含量从而降低NOx生成量；第五：调整各个通道间的相对位置，改变各自的出口截面积，可调整火焰形状。而用以调整内、外风量的阀门，只在开窑点火初期使用，正常生产时全部开启以减少阀门压损；第六：一次风量降为6%。2、Duoflex燃烧器丹麦F.LSmidth公司在总结过去采用三通道喷煤管Swirlex型和Centrax型燃烧器经验的基础上，于1996年推出了新型的第三代水泥窑用喷煤管——双调节伸缩式Duoflex燃烧器。F．L_史密斯(FLS)Duoflex燃烧器结构如图：主要由外管与内管组成。外管里面含有内筒，内筒上侧有两个调整螺栓，下侧有两条轨道，内筒头部设有一圈切向螺旋叶片。燃烧器的内管设有4个通道，由外到内分别是内风通道、煤风通道、中心风通道、及燃油通道。在外管与内管之间也组成一个通道，即外风通道DUOFLEX燃烧器以两个同中心且紧密环围着的环状煤通道的环型缝隙来输送一次风。这两个外部管道形成了一个非常严格的结构保证燃烧的稳定。新增的中心管不仅有利于调节火焰中心压力而且可以输送第二种燃料工艺特点：（1）减少了一次风风量。（2）可简易调节旋流强度。（3）空气喷嘴面积可以进行合理的调节，保证燃烧的稳定。（4）燃烧器中心可喷射第二种燃料，两种不同燃料间的转换十分方便。（5）低的NOX生成量保证了环保的要求此外，DUOFLEX燃烧器除可以用煤粉或者焦碳﹑油﹑天然气或其中任何燃料的混合物来烧制生料外，还可以用合适的特殊管道（中心管道）来输送第二种燃料例如：塑料垃圾﹑木削﹑泥煤等奥地利尤尼滋姆水泥公司M.A.S要用燃烧器德国洪堡公司KHDPyro—Jet喷射燃烧器武汉理工大学EPIC窑用四通道煤粉燃烧器泰国SIAM公司合肥水泥研究院HP型窑用四通道煤粉燃烧器其它国产燃烧器衡量燃烧器性能优劣的重要指标是一次风用量。旋流式煤粉燃烧器是利用直流风与旋流风形成组合射流及中心风形成的平衡流的方式来强化煤粉燃烧，由于燃烧器的结构特殊，煤粉被送入燃烧区域内，通过涡流、回流等方式和喷射效能，使煤粉与燃烧空气充分混合，迅速点燃并充分燃烧。当前性能优良的四风道煤粉燃烧器一次风用量可降到5～7％，甚至3～4％，既可以烧优质烟煤，也可以烧劣质煤、低挥发份煤、无烟煤、石油焦、煤页岩、废轮胎和生活垃圾等。甚至烧两种以上燃料的五风道，燃烧器将向着最优化及CO和NOx排放量最低的方向发展。在一定范围内降低一次风所用比例，从而增加二次风的利用，提高了燃烧速度和系统热效率。国内外的理论分析和生产统计均表明:一次风每降低1%，熟料单位热耗便可降低(2～3)×4.18kj/kg熟料.同时，我们知道中心风约占一次风量的2%～4%,采用小孔形式喷出多股低速射流风,能稳定火焰,保护喷嘴头部,减少NOx有害气体;最近研究表明，过分强调一次风的用量，会由于燃烧器缺少一次风的冷却而导致燃烧器喷口处高温，降低燃烧器的使用寿命。目前国外实践已表明，一次风量可降至3%～4%。新型煤粉燃烧器分解炉用喷煤管分解炉用喷煤管有三种安装取向:水平安装（安装在分解炉炉体）垂直安装（安装在分解炉炉体或者三次风入炉处）倾斜安装（从分解炉顶部插入）分解炉内的燃料燃烧是一种特殊的无焰燃烧因为分解炉内温度较回转窑燃烧带内温度低得多，所以对炉用喷煤管的性能要求不像对窑用喷煤管苛求和窑用喷煤管一样，炉用喷煤管也分单通道、双通道、三通道目前的炉用喷煤管多使用双通道或者三通道喷煤管但因单通道炉用喷煤管火焰中心区所具有的还原气氛能降低炉气中的NOx浓度所以目前国际上单通道炉用喷煤管的应用又有恢复与扩大的趋势单通道（内置风翅）双通道（煤风通道、内净风通道）三通道（外净风通道、内净风通道、煤风通道）对于炉用喷煤管，除了喷煤管的结构要合理优化以外，喷煤管设置部位和安装角度也要与三次风入炉位置以及下料点位置匹配，以保证燃料能迅速喷入炽热三次风中快速燃烧。同时也要避免生料涌入刚着火或者尚未着火的燃料区而影响到其着火燃烧。炉用喷煤管的喷煤位置以及角度也要同三次风的入炉角度合理匹配避免吹扫炉壁耐火衬料选型