水泥厂低值煤煅烧课件

水泥厂低值煤煅烧优质熟料报告人：齐砚勇副教授报告时间：2013年3月水泥厂低值煤煅烧优质熟料报告人：齐砚勇副教授水泥回转窑作为水泥熟料生产的关键装备，其具燃料燃烧、气固换热、化学反应、物料输送等多重功能，然而燃料释放能量的过程是实现其它功能的基础。随着国内能源供应的日益紧张，目前新型干法水泥厂普遍使用的煤炭，价格急速上涨，因此采用劣质煤尤其是低热值煤生产水泥熟料是降低水泥生产成本的必然趋势。水泥回转窑作为水泥熟料生产的关键装备，其具燃料燃烧、气固换热利用劣质煤（指无烟煤、贫煤及褐煤）代替优质烟煤煅烧水泥熟料，虽然可大大降低水泥成本，提高水泥厂的经济效益，但是劣质煤尤其是低热值煤的使用，易引起烧成带温度低、飞沙料增多，熟料产、质量下降。还可产生灰分沉积及窑内液相量的过早出现，引起窑内结圈，结蛋，磨蚀耐火砖，影响窑内通风和窑的运行，因此开发适应水泥预分解窑使用低热值煤的燃烧器是解决水泥窑生产优质熟料的重要措施。利用劣质煤（指无烟煤、贫煤及褐煤）代替优质烟煤煅烧水泥熟料，燃烧器与熟料质量的关系使用劣质燃料的分析

多通道燃烧器的改进采用富氧燃烧燃烧器与熟料质量的关系大窑熟料优质水泥熟料来源于较高含量的硅酸盐矿物，而硅酸盐矿物含量的高低与回转窑内的温度场密切相关。图1液相分布富裕区域的A 矿，尺寸图2液相分布富裕区域的A矿，巨大、有一定量地包裹物，明显的不 尺寸巨大、外形不完整规则的层环带构造大窑熟料优质水泥熟料来源于较高含量的硅酸盐矿物，而硅酸盐矿物大窑熟料图3多孔区域分布的小堆B矿及尺寸 图4多孔区域分布的小堆B矿及尺寸巨大的A矿晶体——浸蚀程度较重 巨大的A矿晶体——浸蚀程度较重大窑熟料图3多孔区域分布的小堆B矿及尺寸 大窑熟料图5A矿晶体边缘发生分解，棱角不完整图6大部分A矿晶体发生分解1%硝酸酒精浸蚀，反光200X1%硝酸酒精浸蚀，反光200X大窑熟料图5A矿晶体边缘发生分解，棱角不完整大窑熟料图7集中分布的树叶状、手指状B矿图8集中分布的树叶状、手指状B矿大窑熟料图7集中分布的树叶状、手指状B矿小窑熟料图1结晶规则的短柱状A矿

图2结晶规则的短柱状A矿

小窑熟料图1结晶规则的短柱状A矿小窑熟料图3A矿晶体不规则，晶体尺寸普遍偏小图4A矿晶体不规则，晶体尺寸

普遍偏小

小窑熟料图3A矿晶体不规则，晶体尺寸普遍偏小图图11A矿受液相溶蚀，边缘残缺不全图12尺寸差异巨大的A矿图11A矿受液相溶蚀，边缘残缺不全图12尺寸差异因此，只有具有优良性能的燃烧器(包括:型式、规格、设置部位等)，才能保证喂入窑系统的燃料在燃烧空间内与高温二次空气迅速混合，及时起火完全燃烧，并按照要求提供充足的热量，形成一个合理的温度场及热工制度，从而使回转窑系统充分发挥其应有的功能，实现优质、高效、低耗、长期安全运转，并满足环境保护规定的要求。因此，只有具有优良性能的燃烧器(包括:型式、规格、设置部位等2.使用劣质燃料的分析表1水泥窑用煤的品质要求2.使用劣质燃料的分析表1水泥窑用煤的品质要求劣质燃料具有以下特点：(1)着火性能下降。劣质燃料具有以下特点：(1)着火性能下降。着火性能下降着火性能下降燃烧稳定性降低燃烧稳定性降低燃烧稳定性降低燃烧稳定性降低燃尽性能燃尽性能燃烧特性燃烧特性可燃性指数可燃性指数着火稳燃特性指数着火稳燃特性指数燃尽特性指数式中，f1为初始燃尽率，为着火点对应的失重量与煤种可燃质含量的比值，即温度为Ti时的转化率，反映了挥发分、着火特性的影响，值越大，煤的可燃性越好。f2为后期燃尽率，其表达式为0.98-f1，反映了煤中碳的燃尽性能，与含碳量、碳的存在形态等煤质特性有关，值越大，燃尽性能越好。燃尽特性指数水泥厂低值煤煅烧课件射流的一般特性射流的一般特性射流的卷吸系数式中为射流半角。卷吸系数E越大，表明周围流体被卷吸到射流中的量越大。这一点对回转窑煤粉燃烧器相当重要，卷吸系数E越大，说明能够卷吸的高温二次风越多，节能效果越显著。

射流的卷吸系数式中为射流半角。湍流强度湍流强度越大，对空气与煤粉的混合就越均匀和充分，进而会使煤粉的燃烧速度越快，对低质煤的燃烧就越有利。用表示湍流的轴向分量，用表示湍流的横向分量，对平面射流，则可表示成下式：式中和分别表示在i点u和v的瞬时值。在圆形射流中，是轴向的均方根脉动速度分量，是径向的均方根脉动速度分量。湍流强度湍流强度越大，对空气与煤粉的混合就越均圆环形射流与同轴射流图1圆环形射流与同轴射流圆环形射流与同轴射流图1圆环形射流与同轴射流图2圆环形射流与同轴射流图2圆环形射流与同轴射流射流的外部回流当一次风量大了之后，外回流量便减小，而这个外回流量对回转窑来说是非常重要的，这也是旋流式四风道煤粉燃烧器的一个优点。一次风量小，便使外回流量增大，对煤粉燃烧非常有利，尤其对低质煤的应用有更重要意义。射流的外部回流当一次风量大了之后，外回流量便旋转射流旋转射流可以增加火焰的稳定性和燃烧强度，形成一种更短更阔的火焰。轴向回流旋涡使燃烧着的烟气反向流回到燃烧器喷口附近，在煤粉着火之前就被卷吸到其中，可以提高预热温度，所以着火的稳定性更高。同时降低氧含量，可以减少NOx有害气体的生成。对旋转射流，一个非常重要的参数就是旋流数，用S′表示，即：旋转射流旋转射流可以增加火焰的稳定性和燃烧强度，形成图1在旋流度S=1.57时旋转射流中内部回流漩涡的流线图1在旋流度S=1.57时旋转射流中内部回流漩涡的流线直流风速度变化对燃烧器流场的影响图4直流风速度为300m/s时出口5m的图5直流风速度为250m/s时出口5m

速度场的速度场

直流风速度变化对燃烧器流场的影响图4直流风速度为300m/旋流风速度对燃烧器气相流动的影响图6旋流风速为160m/s时的速度矢量图7旋流风度为200m/s时的速度矢量旋流风速度对燃烧器气相流动的影响图6旋流风速为160m/s旋流风角度对燃烧器气相流动的影响图8旋流角为20°时的速度矢量图图9旋统角为30°时的速度矢量图旋流风角度对燃烧器气相流动的影响图8旋流角为20°时的速度图9是PYRO-JET燃烧器外风速度为150,200,250,300,350m/、时卷吸率随射程变化规律，结果表明:卷吸率总是随着外风速度的提高而提高。但是，当外风速度从300m/s升高到350m/s时，其卷吸率整体变化较小。因此，本文认为该类燃烧器的外风操作速度宜控制在300m/s左右时为最佳。

图9是PYRO-JET燃烧器外风速度为150,200,250当燃烧无烟煤时，煤粉自喷煤器喷出后，着火点的位置明显偏后，黑火头长度近似是优质烟煤的两倍多(3.3m左右)，而贫煤的着火位置与烟煤比较接近(1.lm左右)。随着煤质变差，燃烧火焰核心区域(烟气温度高于1800℃区域)的轴向长度明显加人，如无烟煤的燃烧火焰核心区的轴向长度约为35d，而燃烧烟煤时约为12d，贫煤与烟煤在火焰核心区内的温度分布也存在明显的差异(20d)。火焰核心区拉长，表明火焰的热力强度降低。煤质变差时，烟气的初始升温速率较小，如燃烧无烟煤时，烟气温度从500℃～660℃升温到1750℃所需窑长约为13d，而烟煤最多不会超过2.5d;燃烧后期，无烟煤的烟气温度变化仍不断地进行，而烟煤的温度变化就相对减弱。总之，无烟煤的燃烧过程相对比较平缓。当燃烧无烟煤时，煤粉自喷煤器喷出后，着火点的位置明显偏后，黑在煤粉燃烧器出口附近，由于运动的不稳定性，使得旋涡的轴线不断来回波动，其回流区域和回流量如图11所示，回流量是回流区中的回流体积流量与一次风体积流量之比。由图可见，回流区的长度大约为0.6d，与一般燃烧器的黑火头长度基本相当，由此可以粗略地看出回流区在煤粉点火及火焰稳定中所起的作用;回流量的最大体积流量约为一次风量的4.5%左右，一般来说回流量的大小是煤粉燃烧器设计中需要重点考虑的参数，尤其是用于燃烧劣质煤的煤粉燃烧器该点更为重要，回流量太小，影响燃烧的稳定性，回流量太大，易于烧坏喷嘴及产生不必要的动压损失，甚至根本不能用。在煤粉燃烧器出口附近，由于运动的不稳定性，使得旋涡的轴线不断图12奥地利双通道喷煤管

图12奥地利双通道喷煤管图13史密斯新型双调节伸缩式Duoflex喷煤管

图13史密斯新型双调节伸缩式Duoflex喷煤管

煤粉富氧直接点火时喷嘴必须具备良好的回流区，以卷吸高温烟气稳定煤粉气流着火。但在正常热态运行时，则需要开启夹心风以防止烧坏喷口，因此设置夹心风的主要作用即破坏喷嘴回流区，延迟煤粉气流着火，把钝体尾部高温区域向远离喷嘴方向推移，从而保护喷口。煤粉富氧燃烧和直接点火的意义总体上表现为节能和环保两个方面。和传统的燃烧相比，富氧燃烧由于氧浓度的提高，燃烧特性有了很大改变，主要体现在以下几个方面。1.降低着火热和着火温度，有利于燃料的点燃，为煤粉富氧直接点火创造了条件;2.加快燃烧速率，提高燃烧温度场，促进燃料燃烧完全;3.降低过量空气系数，减少烟气排放量和排烟损失;4.提高炉膛温度，强化炉内传热;5.改进燃烧，特别是对低发热值的燃料。煤粉富氧直接点火时喷嘴必须具备良好的回流区，以卷吸高温烟气Thankyouattention!Thankyouattention!水泥厂低值煤煅烧优质熟料报告人：齐砚勇副教授报告时间：2013年3月水泥厂低值煤煅烧优质熟料报告人：齐砚勇副教授水泥回转窑作为水泥熟料生产的关键装备，其具燃料燃烧、气固换热、化学反应、物料输送等多重功能，然而燃料释放能量的过程是实现其它功能的基础。随着国内能源供应的日益紧张，目前新型干法水泥厂普遍使用的煤炭，价格急速上涨，因此采用劣质煤尤其是低热值煤生产水泥熟料是降低水泥生产成本的必然趋势。水泥回转窑作为水泥熟料生产的关键装备，其具燃料燃烧、气固换热利用劣质煤（指无烟煤、贫煤及褐煤）代替优质烟煤煅烧水泥熟料，虽然可大大降低水泥成本，提高水泥厂的经济效益，但是劣质煤尤其是低热值煤的使用，易引起烧成带温度低、飞沙料增多，熟料产、质量下降。还可产生灰分沉积及窑内液相量的过早出现，引起窑内结圈，结蛋，磨蚀耐火砖，影响窑内通风和窑的运行，因此开发适应水泥预分解窑使用低热值煤的燃烧器是解决水泥窑生产优质熟料的重要措施。利用劣质煤（指无烟煤、贫煤及褐煤）代替优质烟煤煅烧水泥熟料，燃烧器与熟料质量的关系使用劣质燃料的分析

多通道燃烧器的改进采用富氧燃烧燃烧器与熟料质量的关系大窑熟料优质水泥熟料来源于较高含量的硅酸盐矿物，而硅酸盐矿物含量的高低与回转窑内的温度场密切相关。图1液相分布富裕区域的A 矿，尺寸图2液相分布富裕区域的A矿，巨大、有一定量地包裹物，明显的不 尺寸巨大、外形不完整规则的层环带构造大窑熟料优质水泥熟料来源于较高含量的硅酸盐矿物，而硅酸盐矿物大窑熟料图3多孔区域分布的小堆B矿及尺寸 图4多孔区域分布的小堆B矿及尺寸巨大的A矿晶体——浸蚀程度较重 巨大的A矿晶体——浸蚀程度较重大窑熟料图3多孔区域分布的小堆B矿及尺寸 大窑熟料图5A矿晶体边缘发生分解，棱角不完整图6大部分A矿晶体发生分解1%硝酸酒精浸蚀，反光200X1%硝酸酒精浸蚀，反光200X大窑熟料图5A矿晶体边缘发生分解，棱角不完整大窑熟料图7集中分布的树叶状、手指状B矿图8集中分布的树叶状、手指状B矿大窑熟料图7集中分布的树叶状、手指状B矿小窑熟料图1结晶规则的短柱状A矿

图2结晶规则的短柱状A矿

小窑熟料图1结晶规则的短柱状A矿小窑熟料图3A矿晶体不规则，晶体尺寸普遍偏小图4A矿晶体不规则，晶体尺寸

普遍偏小

小窑熟料图3A矿晶体不规则，晶体尺寸普遍偏小图图11A矿受液相溶蚀，边缘残缺不全图12尺寸差异巨大的A矿图11A矿受液相溶蚀，边缘残缺不全图12尺寸差异因此，只有具有优良性能的燃烧器(包括:型式、规格、设置部位等)，才能保证喂入窑系统的燃料在燃烧空间内与高温二次空气迅速混合，及时起火完全燃烧，并按照要求提供充足的热量，形成一个合理的温度场及热工制度，从而使回转窑系统充分发挥其应有的功能，实现优质、高效、低耗、长期安全运转，并满足环境保护规定的要求。因此，只有具有优良性能的燃烧器(包括:型式、规格、设置部位等2.使用劣质燃料的分析表1水泥窑用煤的品质要求2.使用劣质燃料的分析表1水泥窑用煤的品质要求劣质燃料具有以下特点：(1)着火性能下降。劣质燃料具有以下特点：(1)着火性能下降。着火性能下降着火性能下降燃烧稳定性降低燃烧稳定性降低燃烧稳定性降低燃烧稳定性降低燃尽性能燃尽性能燃烧特性燃烧特性可燃性指数可燃性指数着火稳燃特性指数着火稳燃特性指数燃尽特性指数式中，f1为初始燃尽率，为着火点对应的失重量与煤种可燃质含量的比值，即温度为Ti时的转化率，反映了挥发分、着火特性的影响，值越大，煤的可燃性越好。f2为后期燃尽率，其表达式为0.98-f1，反映了煤中碳的燃尽性能，与含碳量、碳的存在形态等煤质特性有关，值越大，燃尽性能越好。燃尽特性指数水泥厂低值煤煅烧课件射流的一般特性射流的一般特性射流的卷吸系数式中为射流半角。卷吸系数E越大，表明周围流体被卷吸到射流中的量越大。这一点对回转窑煤粉燃烧器相当重要，卷吸系数E越大，说明能够卷吸的高温二次风越多，节能效果越显著。

射流的卷吸系数式中为射流半角。湍流强度湍流强度越大，对空气与煤粉的混合就越均匀和充分，进而会使煤粉的燃烧速度越快，对低质煤的燃烧就越有利。用表示湍流的轴向分量，用表示湍流的横向分量，对平面射流，则可表示成下式：式中和分别表示在i点u和v的瞬时值。在圆形射流中，是轴向的均方根脉动速度分量，是径向的均方根脉动速度分量。湍流强度湍流强度越大，对空气与煤粉的混合就越均圆环形射流与同轴射流图1圆环形射流与同轴射流圆环形射流与同轴射流图1圆环形射流与同轴射流图2圆环形射流与同轴射流图2圆环形射流与同轴射流射流的外部回流当一次风量大了之后，外回流量便减小，而这个外回流量对回转窑来说是非常重要的，这也是旋流式四风道煤粉燃烧器的一个优点。一次风量小，便使外回流量增大，对煤粉燃烧非常有利，尤其对低质煤的应用有更重要意义。射流的外部回流当一次风量大了之后，外回流量便旋转射流旋转射流可以增加火焰的稳定性和燃烧强度，形成一种更短更阔的火焰。轴向回流旋涡使燃烧着的烟气反向流回到燃烧器喷口附近，在煤粉着火之前就被卷吸到其中，可以提高预热温度，所以着火的稳定性更高。同时降低氧含量，可以减少NOx有害气体的生成。对旋转射流，一个非常重要的参数就是旋流数，用S′表示，即：旋转射流旋转射流可以增加火焰的稳定性和燃烧强度，形成图1在旋流度S=1.57时旋转射流中内部回流漩涡的流线图1在旋流度S=1.57时旋转射流中内部回流漩涡的流线直流风速度变化对燃烧器流场的影响图4直流风速度为300m/s时出口5m的图5直流风速度为250m/s时出口5m

速度场的速度场

直流风速度变化对燃烧器流场的影响图4直流风速度为300m/旋流风速度对燃烧器气相流动的影响图6旋流风速为160m/s时的速度矢量图7旋流风度为200m/s时的速度矢量旋流风速度对燃烧器气相流动的影响图6旋流风速为160m/s旋流风角度对燃烧器气相流动的影响图8旋流角为20°时的速度矢量图图9旋统角为30°时的速度矢量图旋流风角度对燃烧器气相流动的影响图8旋流角为20°时的速度图9是PYRO-JET燃烧器外风速度为150,200,250,300,350m/、时卷吸率随射程变化规律，结果表明:卷吸率总是随着外风速度的提高而提高。但是，当外风速度从300m/s升高到350m/s时，其卷吸率整体变化较小。因此，本文认为该类燃烧器的外风操作速度宜控制在300m/s左右时为最佳。

图9是PYRO-JET燃烧器外风速度为150,200,250当燃烧无烟煤时，煤粉自喷煤器喷出后，着火点的位置明显偏后，黑火头长度近似是优质烟煤的两倍多(3.3m左右)，而贫煤的着火位置与烟煤比较接近(1.lm左右)。随着煤质变差，燃烧火焰核心区域(烟气温度高于1800℃区域)的轴向长度明显加人，如无烟煤的燃烧火焰核心区的轴向长度约为35d，而燃烧烟煤时约为12d，贫煤与烟煤在火焰核心区内的温度分布也存在明显的差异(20d)。火焰核心区拉长，表明火焰的热力强度降低。煤质变差时，烟气的初始升温速率较小，如燃烧无烟煤时，烟气温度从