煤质变化时运转参数的调整

我公司1条带RSP型分解炉和五级双系列旋风预热器的新型干法生产线，原设计能力为日产熟料4000t，窑头喷煤嘴为传统三风道喷煤嘴。近年来生产日益稳定，熟料质量良好，熟料产量也逐步提高，达到了4400～4500t/d。随着市场竞争的加剧，生产成本、产品价格的降低势在必行，为此我公司也在积极寻找降低生产成本的方法，其中一种方法是降低燃料成本。通过对各原煤产地煤质量的调查对比，我们选择了价格、质量相对适当的煤进行了生产试验。

1　不同煤对熟料及相关参数影响

　　各种入厂原煤和使用煤粉的相关参数分别见表1、2(其中B、C煤为本次试验用煤)。

表1 入厂原煤参数

煤品种	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 使用煤粉参数

煤品种	80μm筛余/%	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

　　自从使用挥发分较高的B、C煤以来，经常出现窑尾废气温度升高，熟料大球内包裹着生料粉的现象。取熟料大球分析其成分，结果见表3。

表3 熟料大球与C₅级筒下料溜子内原料成分 %

项目	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种煤时熟料状况及相关运转参数见表4。

表4 熟料状况及相关运转参数

煤品种	SM	IM	HM	升重/(kg/L)	fCaO/%	液相量/%	窑头喷煤量/(t/h)	窑尾废气温度/℃	入窑分解率/%
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：，控制范围一般为2.14~2.20(与水泥品种有关，早强型HM较高)。

2　主要原因

　　从熟料大球内的生料粉与C₅原料成分的比较可以看出，它们的化学成分很相近，说明C₅原料在进入窑尾不久即在窑尾高温下产生液相，将未充分分解的生料包裹起来，然后在窑内运动而逐渐滚成熟料大球。
　　以上3种煤使用时熟料液相量和入窑原料分解率变化不大，所以可以说使用高挥发分煤时熟料大球内包裹着生料粉的原因主要是窑尾废气温度过高，熟料液相出现过早。而导致窑尾废气温度升高的原因是煤的挥发分与碳粒子的燃烧脱节。
　　众所周知，煤粉在窑内的燃烧过程可看成2个连续的过程即分解燃烧和表面燃烧。煤粉随着一次空气一起喷入窑内，受高温窑皮或耐火砖、火焰的辐射热，碳粒温度升高，水分蒸发，所含的挥发组分挥发并燃烧，这个过程所需时间很短，只需数百毫秒。挥发分放出后剩下的残留物质称残余焦碳；分解燃烧将近结束时，O₂扩散至焦碳表面，焦碳开始表面燃烧，这个过程所需时间较长。另外，煤粉挥发分含量升高，则其燃点降低，挥发分急速放出燃烧，O₂不足，碳粒子表面燃烧滞后，导致窑尾废气温度升高^[1，2]。
　　影响煤粉燃烧的主要因素是喷嘴外回流和旋流的大小。而影响火焰外回流的主要因素是喷嘴出口动量与二次风动量的比值，可以用Craya-Curtet参数(m)来定量描述。
　
式中:K———对于水泥窑，K=1；
　　d₀———喷嘴外进流外径，m；
　　D———窑有效内径，m；
　　υ₀———外进流风速，m/s；
　　υ_a———二次空气流速，m/s。
　　当m<1.5时，说明无外回流；当m>1.5时，说明有外回流发生(可以促进煤粉和二次空气混合)。过小的喷嘴出口动量会导致二次空气和煤粉不能很好地混合和燃烧不完全，使窑尾废气温度升高。过强的旋流会形成双峰火焰，导致火焰发散，也使窑尾废气温度升高^[3，4]。表5为我公司与日本某厂窑头喷嘴相关参数。

表5 我公司窑头喷嘴相关参数与日本某厂的比较

项目	单位	标况风量 /(m3/min)	轴向动量 /(kg·m/s2)	周向动量 /(kg·m/s2)	Craya－Curtet 参数m
内旋流	我公司	45	145	80
	日本某厂	39	111	72
外进流	我公司	55	152	0
	日本某厂	63	231	0
内外流合计	我公司	100	297	80	2.4
	日本某厂	102	342	72	5.3

注：日本某厂与我公司生产条件相近。
　　从表5可以看出，我公司窑头喷嘴内旋流风量偏大，周向动量偏大，而内外流合计轴向动量偏小，m也偏小。

3　运转参数的调整

　　根据以上分析，我们采取了以下对策:
　　1)将煤粉80μm筛余由5%左右调整为12%～15%；
　　2)将内旋流叶片角度由29°降低至27°；
　　3)关闭内风挡板，内旋流风量由标况下45m³/min降为42m³/min；
　　4)将外进流风量由标况下55m³/min增大到60m³/min。
　　经过实施后3项措施，窑头喷嘴相关参数变化见表6。

表6 调整前后窑头喷嘴相关参数比较

项目	时间	标况风量 /(m3/min)	轴向动量 /(kg·m/s2)	周向动量 /(kg·m/s2)	Craya－Curtet 参数m
内旋流	调整前	45	145	80
	调整后	42	143	75
外进流	调整前	55	152	0
	调整后	60	199	0
内外流合计	调整前	100	297	80	2.4
	调整后	102	342	75	3.3

4　效果

　　1)熟料质量得到了明显改善，熟料大球减少，熟料fCaO平均降至0.59%(最高0.79%)；
　　2)入窑生料喂料量由307t/h增加到310t/h，熟料产量由180.6t/h增加到182.4t/h；
　　3)窑尾废气温度降低到1080℃，窑尾上升烟道结皮减少，系统压损降低；
　　4)因为煤粉变粗煤粉制备系统电耗降低，再加上烧成系统内压损降低，所以整个系统电耗降低0.69kWh/kg；
　　5)火焰形状好；熟料粒度变小，熟料冷却机效率提高，烧成热耗降低约84kJ/kg。

5　结论

　　通过调整内旋流叶片角度、内外流风量和煤粉细度，可以适应不同品种煤的要求，并保证熟料质量合格，窑运转稳定及能耗降低。
　　当煤挥发分升高时，可适当降低内旋流叶片角度及风量，增加外进流风量，煤粉细度也可适当粗一些。