请教水泥煅烧所使用的喷煤管内圈风与外圈风分别起什么作用

【专家解说】：看了这篇文章对你理解喷煤管内外风的作用应该很有帮助。一次风量不宜过大，其对风温的影响很大;简单说外风是延长火焰长度，内风是缩短，但二者调配好火焰形状才稳定。 浅谈不同煤质的喷煤管调节方法 作者:聂文喜 《新世纪水泥导报》2008年4期《新型干法水泥窑操之认识误区》作过概述，本篇根据不同煤质进一步论述喷煤管的调节方法。要掌握喷煤管的调节方法首先要了解喷煤管的性能、一次风的作用和燃料的特性。 1 几个基本概念 1.1 火焰 窑内熟料煅烧需要的热能大部分是通过火焰光辐射进行传播的，火焰的温度和形状十分重要。火焰温度的均匀分布对熟料煅烧非常有利;活泼有力的火焰最有利于熟料的烧成、煤粉的燃烧、窑皮和耐火砖寿命的延长，而且这种火焰的热流分布也比较理想。影响火焰的主要是一次风量、出口速度，旋流强度，煤粉种类、颗粒大小等。 火焰动量理论是国外长期研究得出的关于火焰成形的理论。这个理论认为影响火焰形状的关键参数是一次风的比率乘以一次风的速度，而良好的形状所需要的数值大概在1 200~1 500(%，m/s)。高动量意味着更快的混合和更短更热的火焰。 同时也可以用单位热耗的火焰推力来描述火焰的工作状况，其定义是单位时间出口风量(kg/s)乘以出口速度再除以单位热耗，国外研究表明在3~7 N/MW之间是比较合理的火焰推力范围。 窑内好的火焰形状可以使用尽量少的空气而几乎没有CO的产生。 1.2 一次风 一次风是熟料烧成系统影响最大的人工风，它不仅起到输送煤粉的作用，而且对火焰成形、燃料燃烧、吸卷二次风的数量都有很大的影响，因此精确的控制有助于熟料产、质量的提高和煤电资源的节省。 1.2.1 一次风量 一次风的温度很低，过多的参与燃烧过程则明显地降低了着火条件，不利于煤粉的燃烧，而且低温一次风会吸收大量热量导致热耗增加。但由于一次风起着输送燃料和火焰成形的作用因而不可取消，因此只有尽量降低一次冷风在净风量(包括一次风、二次风和煤粉输送用风)中的占有率以保证燃烧器的燃烧效果。一次风用量一般为净风量的7%~10%。 1.2.2 一次风输出方式 早期的单通道燃烧器全部的一次风和煤粉从同一个通道喷出，事实证明不仅一次风量大而且火焰形状也比较差，燃烧情况十分不好。利用多个通道输出一次风，不仅可以降低一次风量而且高速的轴流风可以大量地吸卷高温的二次风，旋流输出风可以增大火焰内部回流区，改善燃料着火条件，中心风调节黑火头以避免燃烧器由于高温被烧坏。同时，各个风道的出口形状也影响着燃烧，相比与环隙式出口，如果轴流净风采用数个环绕的圆型孔出风，这不仅减小出口面积，而且在保证了出口动量的基础上，增加了火焰刚度，减少了一次风量，更多的吸卷了二次风。 1.2.3 一次风速度和旋流强度 一次风各出口速度和旋流风的旋流强度对燃烧和熟料煅烧有比较大的影响。燃烧器出口速度要适当，过大会导至火焰短而散;过小则不利于火焰成形和吸卷二次风，火焰长而细会导致火焰过于疲软而缺乏穿透力。旋流风的旋流强度是一次风中一个重要的指标;合适的旋流强度加速燃料和燃烧空气的混合，改善燃料燃烧环境，使燃烧完全，并且在火焰中下游区形成外回流气膜，保护窑皮;但是过大则会使火焰中心向燃烧器出口移动，损坏烧嘴，同时会导致外风无法包裹火焰使火焰发散损伤窑皮。 1.3 喷煤管的性能 回转窑喷煤管不仅为燃烧提供燃料和氧化剂，同时也是火焰成型最主要的动力装置。喷煤管火焰的形成主要是通过一次风风量及内外风的不同动量比实现的。喷煤管的性能虽然是很重要，但在实际的使用中，性能和操作其实是同样重要的。性能好的燃烧器在使用情况不好的时候，一样不能发挥其特点。而性能一般的燃烧器，如果有非常良好的操作，那么效果一样会非常好。例如某水泥厂两条同规模生产线使用的相同的燃烧器，在使用者相同、燃料相同的情况下燃烧情况并不一样，实际的生产中，燃烧器的操作有时候甚至占了更主要的因素。在水泥生产中，设备的性能和实际的操作总是相辅相成的，在生产运行中，缺一不可。 1.4 燃料的特性 燃料有气态、液态和固态燃料。国内新型干法水泥选用的燃料主要为固态燃料--煤。煤的燃烧由受热干燥、挥发分析出和着火燃烧、焦炭着火和燃烧等阶段组成，焦炭燃烧时间往往占煤燃尽时间的90%以上，因此焦炭燃烧的快慢对燃烧设备的热力特性起着决定性作用。 煤在火焰中受热首先升温，水分蒸发逸出;当温度继续上升到一定程度时，即释放出碳氢化合物、H2 、CO等气体，称为挥发分析出;剩余的可燃质称为焦炭。 挥发分的析出量和成分与温度和温升速率有关，对煤的着火和燃烧影响很大。挥发分较高的烟煤比较容易着火，燃尽时间短;含挥发分低的无烟煤着火比较困难，燃尽时间较长。 挥发分燃烧所放出的热量对焦炭着火有影响。挥发分释放的快慢还会影响焦炭的多孔性，从而影响焦炭燃烧的完全程度。 2 烟煤的喷煤管调节方法 现在国内新型干法水泥生产线常用的燃料为烟煤，烟煤指标大厂一般选用为Ar≤25% ，Vr≥25%， Qdw≥23 027 kJ/kg，小厂选用的烟煤指标会低一些，灰分偏高，挥发分和发热量偏低一些。 烟煤的挥发分较高，燃烧过程中挥发出的气体CH4、CO、C2H2在较低温度下着火燃烧，煤粒由于挥发物析出而形成许多孔隙，表面的空气向内扩散与固定碳接触，在挥发分燃烧形成的高温环境下固定碳被快速点燃。因此烟煤的着火温度低，煤粉燃烧速度快，燃烬时间也短。在喷煤管的调节上要满足良好的火焰形状，短而不散，长而不细，火焰活泼有力。提高火焰的整体温度，同时抑制火焰高温区温度峰值。调整的手段主要是内、外风道间隙、内外风的动量比和一次风总量，达到旋流强度大，外风喷射速度快，包裹能力强。避免调出粗短胀散的火焰或细长飘软的火焰。前者属旋流强度大，外流风射流速度不足，包裹能力差，火焰高温区温度峰值高易伤窑皮。应增大外风间隙同时增大外流风量及一次风总量以提高外风风压，适当降低旋流风量。后者属旋流强度低，外流风射流强度不足，卷吸二次风能力差火焰整体温度低。应增加旋流强度，减小外风间隙并增加一次风量风压。 操作上喷煤管的调节简单讲就是内外风风压和一次风风量的调节 2.1 内外风风压的调节 内外风压力调节要求内外风风压能相匹配，调节手段也就是内外风阀门和内外风出口间隙，有的喷煤管内风调节风翅角度。一般压风压力与外风压力比值为0.75~0.9比较合适。 2.2 一次风量的调节 调好了内外风压力之后再调一次风量。一次风量的调节更简单就是使一次风机电机运行电流在额定电流的90%~98%范围之内。 3 无烟煤的喷煤管调节 有的水泥厂由于烟煤资源短缺或为了降低成本，回转窑的煅烧采用无烟煤。一般选用为Ar≤25% ，Vr≥5%~10%， Qdw≥23 027 kJ/kg，无烟煤的挥发分含量较低固定碳含量较高，而固定碳要在800 ℃以上才能着火燃烧。少量的挥发分即使着火燃烧所散发的热量也不足以将结构致密的煤粉颗粒加热到固定碳着火的温度。因此无烟煤的燃烧特性主要取决于固定碳的燃烧。从而决定了无烟煤比烟煤着火温度高，燃烬时间长。 一次风的负面效应是低温空气，过多则热效应下降。由于无烟煤的燃烧需要较高的窑内焰面温度，所以要尽量降低一次风量，利用喷煤管的外净风高速形成的负压卷吸高温二次风补氧和升温。一次风量要降低，推力的大小决定于单位时间内喷煤管的风速。风速越高火焰推力越大，火焰就越短。大推力高风速形成的喷射效应，吸卷二次热风对碳粒进行快速补氧，有利于碳粒的快速燃烬，提高对流换热效率。同时短火焰形成煤粉相对集中，将无烟煤仅有的一点挥发分相对集中，促进无烟煤的着火。综合因素组成高温焰区、高补氧区、高煤粉浓度区，用三高手段解决无烟煤着火和快速燃烬两大难题。与使用烟煤的喷煤管调整相比较，要更高的旋流强度和外风喷流速度，才能达到低一次风量和高的二次高温空气的卷吸能力。在同一条线上烟煤改用无烟煤时，煤管的调整区别在于更高的旋流强度、更高的外风风速和较少的一次风量，因此内外风道间隙都要调得更小。值得注意的是必须保证火焰的形状，避免火焰了发散。 在目前各厂的调整情况来看主要表现强有力的火焰与窑皮损伤的认识误区导致的低风压低风速调整。必须克服这种认识误区才能得到好的火焰。 4 褐煤的喷煤管调节 我国有些地区褐煤资源比较丰富，褐煤指标一般为Ar≤15%~20% ，Vr≥35%~40%， Qdw≥20 000 kJ/kg。褐煤挥发分较高，火力不易集中，加上发热量较低，窑操很难提高窑前温度，伴随黄心料，游离钙偏高，水泥需水量偏大。 褐煤因为挥发较高，挥发分析出很快，挥发分析出后焦碳多孔，燃烬时间短，火力不集中，高温区温度低。要解决这个问题应降低燃烧净空气的温度，延缓挥发分的析出并提高火焰的包裹力度。因此操作上内外风道间隙都要调得更大，最大限度的使用一次风。我们在某厂5 000 t/d生产线上调试使用的就是褐煤，原煤指标为Ar:15% ，Vr:38%， Qdw:20 000 kJ/kg。喷煤调试结果:内风压力是16 MPa，外风压力是18M Pa，一次风机液偶开度100%。达产达标考核结果:产量为6 250 t/d，熟料强度为R28=58 MPa，标煤耗为100.28 kg/t，熟料综合电耗为55.18度。 5 结束语 喷煤管的调节不但要根据不同煤质，还应结合不同窑型、喷煤管的性能、窑内通风情况、二次风温度、耐火砖使用寿命和熟料率值等因素综合考虑，不能顾此失彼，存细观察火焰形状，使火焰活泼有力，短而不散，长而不细。最终目的是窑皮长度适中，L=(4.5~5.2)×D，窑皮厚薄均匀平整，厚度为150~200 mm，熟料结粒均齐。