`燃烧器参数选型诊断

熄灭器选择报告人：齐砚勇水泥回转窑作为水泥熟料消费的关键配备，其具燃料熄灭、气固换热、化学反响、物料保送等多重功能，然而燃料释放能量的过程是实现其它功能的根底。随着国内能源供应的日益紧张，目前新型干法水泥厂普遍运用的煤炭，价钱急速上涨，因此采用劣质煤尤其是低热值煤消费水泥熟料是降低水泥消费本钱的必然趋势。利用劣质煤〔指无烟煤、贫煤及褐煤〕替代优质烟煤煅烧水泥熟料，虽然可大大降低水泥本钱，提高水泥厂的经济效益，但是劣质煤尤其是低热值煤的运用，易引起烧成带温度低、飞沙料增多，熟料产、质量下降。还可产生灰分堆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转，因此开发顺应水泥预分解窑运用低热值煤的熄灭器是处理水泥窑消费优质熟料的重要措施。熄灭器运用存在问题熄灭器运用中的困惑１.参数不全、不知〔１〕设计几何尺寸不知〔２〕设计各风道风速不知〔３〕风机选型根据不知２.调理范围不清楚熄灭器配置顺应煤种的范畴不知３.熄灭器任务原理不熟习〔１〕分散角度〔２〕卷吸量、旋流强度〔３〕煤熄灭间隔一次风机熄灭器与熟料质量的关系熄灭器特点、参数熄灭器顺应性一、预分解窑熟料岩相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亲密相关。图1液相分布富有区域的A 矿，尺寸图2液相分布富有区域的A矿，宏大、有一定量地包裹物，明显的不 尺寸宏大、外形不完好规那么的层环带构造大窑熟料图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矿及尺寸宏大的A矿晶体——浸蚀程度较重 宏大的A矿晶体——浸蚀程度较重大窑熟料图5A矿晶体边缘发生分解，棱角不完好图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矿小窑熟料图1结晶规那么的短柱状A矿图2结晶规那么的短柱状A矿 小窑熟料图3A矿晶体不规那么，晶体尺寸普遍偏小图4A矿晶体不规那么，晶体尺寸普遍偏小图11A矿受液相溶蚀，边缘残缺不全图12尺寸差别宏大的A矿因此，只需具有优良性能的熄灭器(包括:型式、规格、设置部位等)，才干保证喂入窑系统的燃料在熄灭空间内与高温二次空气迅速混合，及时起火完全熄灭，并按照要求提供充足的热量，构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扬其应有的功能，实现优质、高效、低耗、长期平安运转，并满足环境维护规定的要求。二、熄灭器种类、特点回转窑熄灭器是烧成系统的重要工艺设备，它不仅影响窑系统的热耗及操作性能，还对熟料质量和有害物质排放量产生影响，因此，一台好的熄灭器应有以下特点：〔1〕在点火及操作期间火焰稳定；〔2〕着火点接近喷嘴；概念〔3〕亮堂有力的火焰；〔4〕火焰粗细及长度可调；〔5〕熄灭器端部可改换；〔6〕较低的一次风量；〔7〕构造紧凑、活动部件少；〔8〕可烧替代燃料；〔9〕较低的氮氧化物的排放。２燃料的熄灭特性一切的熄灭过程都可分为以下几个步骤：混合－点火－化学反响－热量的传播２．1燃料和空气混合对大多数熄灭器而言，燃料和气流的混合是由于熄灭器的放射卷吸产生的。〔1〕自在射流的混合当熄灭器的放射为自在射流时，由于射流边境与周围气流之间的摩擦力(卷吸力)，使周围气流加速进入射流，使射流范围扩展。这个过程由熄灭器的冲量控制，直到周围气流与射流的速度一样时为止。熄灭器的冲量越大，卷吸的气流越多。由于是自在射流，这个过程将继续到卷吸力完全释放为止。〔2〕受限射流的混合大部分熄灭器，比如回转窑用熄灭器的放射都为受限射流，射流受两种方式的限制：〔2.1〕周围气流〔比如二次风〕的量是受控制且有限的；〔2.2〕射流的分散边境受回转窑壳体的限制。当受限射流的冲量超越完全卷吸二次风量的需求时，将有回流产生。此时，二次风像自在射流一样，被射流卷吸，当二次风被完全卷吸时，过剩的冲量将把熄灭产生的废气卷吸回来，产生外部回流。２．2一次风的作用〔1〕控制燃料和空气的混合。〔2〕协助火焰的稳定。火焰带回流的差别熄灭器参数回转窑用熄灭器的设计普通有两种常用方式：动能型：数学表达式为P×V2，即一次风量与风速平方的乘积。冲量型：数学表达式为P×V，即一次风量与风速的乘积〔％·m／s〕。一次风量为占化学需氧量的百分数。回转窑用熄灭器都是放射卷吸型熄灭器，其设计有两种方式：第一种：高动能型。即：较高的一次风〔＞300m/s〕，较低的一次风量，通常为5％～10％。第二种：高冲量型。即：相对较高的一次风量，较低的一次风速，以提供足够的冲量来产生回流。假设熄灭器的冲量缺乏而影响燃料与二次风的混合，那么每添加1％的过剩氧含量，就会添加2％的热耗。这也是低一次风量熄灭器产生低的NOx排放的主要缘由。因此，在设计熄灭器时，必需思索降低一次风量及较低的过剩氧含量。水泥厂广泛运用的熄灭器都可归为这两大类型：高动能型和高冲量型。也可简单划分为“洪堡〞型和“皮拉德〞型。随着煤质的变化，特别是国内，优质烟煤价钱的越来越高，劣质煤、无烟煤被广泛运用。很多厂更是运用劣质煤或无烟煤掺部分热值及挥发分高的烟煤来满足煅烧要求。两种类型的熄灭器有逐渐交融的趋势，即一次风速〔轴流风速〕越来越高。各种煤的工业分析２.熄灭器型式国外高动能型熄灭器的主要产品是KHD公司消费的PYRO-JET熄灭器；国内大部分熄灭器也可归为此类型。普通可统称为三通道熄灭器。国外高冲量型熄灭器的主要产品是FLS公司消费的DUOFLEX熄灭器，PILLARD公司消费的PILLARD熄灭器；国内也有几家生此类熄灭器。普通可统称为四通道熄灭器。熄灭器型式2．1KHD公司PYRO－JET熄灭器PYRO-JET熄灭器的总体构造与普通的三通道熄灭器类似，为了保证较高的轴流风速，其轴流空气是由喷嘴环上的围成圆外形的圆形小孔射出，喷口的数目、尺寸和位置取决于消费才干和燃料种类。熄灭器为高动能型三风道熄灭器，中间为油气点火安装，并添加了用于冷却点火安装的中心风〔占一次风的比例很小，国内有叫第四风道，〕，由内向外依次为旋流风，煤粉及其保送空气和轴流风。熄灭器型式PYRO－JET熄灭器原理图熄灭器型式设计特点和运用情况:〔1〕中心风为圆孔形放射口的平行射流，所经过的流量少且放射速度低，圆孔形放射口放射的气流构成一个火焰内部回流区，该回流区阻止含碳粒的热烟气进入中心区内熄灭，阻止了该部位因熄灭产生的结焦。〔2〕适宜的内部旋流风，有利于燃料与空气的混合及挥发分的熄灭。〔3〕煤粉保送风速尽能够降低，以减少煤粉对管路的磨损。同时煤粉喷口略向外倾斜，以添加火焰宽度。熄灭器型式〔4〕轴流风是经过圆孔形喷嘴喷出，由于风速高，所产生的放射流吸入了周围的慢速流动的热二次风，易使燃料快速熄灭。同时，圆孔形喷嘴喷出的高速射流，可出现回流易使初始着火点接近其出口，因此在火焰中防止构成峻峭的峰值温度，降低NOx的构成。熄灭器型式〔5〕熄灭器的旋流空气设置在煤风管道里层，从而添加煤风的旋流强度，加强煤粉的混合，同时轴流空气的喷速较高，在外层又可控制煤风的旋流强度，因此更易调理火焰的外形。同时圆孔形平行放射的轴流空气所构成的火焰外部回流有利于挥发分在接近熄灭器喷口附近着火熄灭，再加上中心空气的火焰内部回流区，使火焰出现平稳的较高的温度，此类熄灭器不仅对挥发分含量高的烟煤有效，而且对挥发分低的无烟煤也适用，现实上有多台熄灭器曾经延续运用100％无烟煤和100％石油焦长达数年图12奥地利双通道喷煤管图13史密斯新型双调理伸缩式Duoflex喷煤管熄灭器型式2．2FLS熄灭器第三代FLS熄灭器放射口第三代FLS熄灭器风道布置熄灭器型式FLS第三代熄灭器〔DUOFLEX熄灭器〕已由原有的三风道熄灭器改为四风道熄灭器，旋流风由煤风道的里层移到煤风的外层，在熄灭器出口，巧妙地把旋流风道和轴流风道合二为一，减少风道的截面积，提高出口风速。各风道的布置情况和放射口如图。其特点如下：熄灭器型式〔1〕增设中心圆孔形放射口的平行射流，以减少中心部位因熄灭产生的结焦。〔2〕煤粉保送空气在旋流空气内侧，在熄灭器中心构成一个富燃料区，燃料在复原气氛下熄灭，以减少NOx的生成量。熄灭器型式〔3〕旋流空气和轴流空气相邻，且在出口合二为一，从而减少了一半左右的出风口面积，以大幅度提高出口喷速，添加熄灭器的冲量，来稳定火焰外形；并利用轴流风喷速来调理旋流强度，添加了调理的灵敏性。〔4〕轴流空气与旋流空气高速喷出，组成大的火焰外部循环回流区，并与中心风的内循环区相结合，加快了燃料的着火熄灭。熄灭器型式〔5〕采用调理喷口面积大小来调理轴流和旋流的喷速，比原有的熄灭器依托阀门调理的动力耗费低。喷口面积调理时可降低一次风量，同时坚持较高的轴流空气喷速。其一次风量为6％～8％，最大轴流喷速到达250m/s，其冲量约为1250～1780％·m/s。熄灭器型式上述措施致使火焰的最大峰值温度平稳，到达维护窑皮和提高耐火砖的运用周期，同时还可降低NOx的排放。熄灭器型式四风道熄灭器熄灭器型式2.3PILLARD熄灭器PILLARD熄灭器与FLS熄灭器的设计特点类似：〔1〕增设中心圆孔形放射口的平行射流，减少该部位熄灭结焦。熄灭器型式〔2〕中心部位除设置油熄灭器外，还添加天然气点火安装。〔3〕旋流空气设置在煤粉和保送空气风道外侧和轴向空气组成火焰外部循环气流；在熄灭器中心构成一个富燃料区，燃料在复原气氛下熄灭，以减少NOx的生成量。熄灭器型式〔4〕相对较高的一次风比例和较低的轴向喷速〔新熄灭器也在大幅度提高风速〕。〔5〕旋流风道和轴流风道均能前后调理，从而改动其放射口面积，到达调理其放射风速的目的。熄灭器型式〔6〕在轴流风道喷口外端，设置拢焰罩，防止火焰过于粗大而损坏窑皮。以上措施有利于添加火焰长度及产生平稳的峰值温度，维护窑皮和减少NOx的生成量。3几种熄灭器的分析对比3几种熄灭器的分析对比三种熄灭器构造性能比较3几种熄灭器的分析对比3几种熄灭器的分析对比各公司熄灭器运用特点经过上面的分析比较可以看出，高动能型〔三风道〕和高冲量型〔四风道〕熄灭器并没有明显的优劣之分。高动能型熄灭器由于煤粉在旋流风和轴流风之间，火焰外形易于调理，适宜原燃料不是很稳定的水泥厂运用。由于轴流风风速高，需求的一次风量低，但风压较高〔有的高达60～80kPa〕，系统能耗不一定最低。高冲量型熄灭器由于煤粉在旋流风和轴流风的里层，火焰外形稳定，适宜原燃料稳定的水泥厂运用。由于一次风量相对高一些，但风压较低〔最高在30kPa左右〕，也不一定添加系统能耗。１.旋流度：三、熄灭器参数ρ—流体密度r—恣意半径U、W和ρ—分别为旋转射流任一截面上的轴向和切向速度分量以及静压力。轴向管流中设螺旋叶片的旋流器简图

旋流度变成旋流数阻塞系数皮拉得熄灭器现场测试旋流数速度场卷吸量外内风比例对外回流的影响随着外内风量比由4:1减小到3:1，外回流区长度由4.60m缩短为3.51m，宽度由0.30m收缩为0.21m，起点由4.87m延迟至5.89m处;随着外内风量比降至2:1，外回流区消逝。因此，外内风量比对外回流区的构成和大小作用十清楚显，随着外轴流风比例的添加，对二次空气的引外内风量比对碳燃尽速率(kg/s)的影响外内风量比对熄灭过程的影响由碳燃尽速率的变化可以清楚的表现出来，随着外内风量比由2:1、3:1增大到4:1，碳燃尽长度由3.52m、2.35m缩短为1.95m，阐明熄灭速率提高，对于燃尽是有利的;同时，碳燃尽起始位置由距熄灭器喷口0.37m、0.52m后移至1.02m处，阐明着火点后移，对于着火是不利的。水泥窑煤粉熄灭器的旋流数不超越0.5，属弱旋转射流范畴，其本身对内回流区的产生及尺寸影响不大。我院曾就大速并稳焰措施在某水泥厂进展了工业性实验，可稳定熄灭1670/kg以下的高灰分煤，但大速差熄灭器耗费的紧缩空气量较大，工厂长期运用并不经济。在距熄灭器喷口小于O.65D的区域，混合强度沿径向普通呈先增大后急剧减小的“单马鞍形〞构造。1.01~2.51D的区域，混合强度沿径向普通呈中间大两边小的趋势，同样，也可用一个高斯分布来表示。在距熄灭器喷口2.51D以外的区域，混合强度沿径向根本坚持不变。这是由于随着卷吸量的进一步