燃烧无烟煤热风炉与矿渣立磨联动生产。

引言

     广东韶钢集团嘉羊新型材料有限公司矿渣微粉生产线之中，配置70GJ/H供热能力的热风炉，采用广东当地产无烟煤，其挥发份<5%，发热量≥6000Kcal/kg，固定碳≥50%，灰份≥31%，水份≤5%。无烟煤是碳化程度比较深的煤种，用常规的燃烧方式来处理而不采取特殊的措施，无烟煤是很难燃烧及燃烬的。

1. 喷燃无烟煤现状与问题：

     我公司在立磨矿渣微粉生产线之中配套无烟煤喷燃的热风炉，产生合格的风温与风量，进入德国伯利休斯公司RMC51/26/435矿渣立磨，在热风炉工艺生产线系统独立试运行中（即空烧），燃烧这种无烟煤产生热风，还没有显现出突出的缺陷，不论是热风炉燃烧温度和出口温度，还是炉膛气氛，炉膛压力以及炉膛出渣，都基本上达到设计要求，但是立磨一旦联动生产后，立磨强大的抽风能力造成炉膛负压直线上升，炉膛负压达到300pa～500pa，热风炉炉膛温度出现急剧下降，有时出现甚至炉膛火焰被抽灭的现象，在立磨调整到正常的工作负压后，热风炉仍不能承受如此负压，而出现火焰被抽至热风管内燃烧，出口温度达到1200℃左右，而且热风炉出口部位大量结焦与结灰，炉渣烧失量达到20%左右，出现严重的不完全燃烧现象，热风炉不得不被迫停下整改，工艺流程如下：

     经过反复研究，整个工艺生产线之中，除《双旋流煤粉燃烧器》、《高效节能型扩散式喷煤燃烧炉（热风炉）》是极其关键设备之外，其它设备与电气产品均为常规设备，我们除对一、二次风机改为变频电机，严格一次风、二次风配比，重点对上述热工设备进行整改。

2.设计与整改：

2.1  煤粉燃烧器：

    首先整改《双旋流煤粉燃烧器》，其工艺原理图如下：

如图：双旋流煤粉燃烧器是一种热风炉用新型煤粉燃烧器，但是燃用无烟煤时，由于旋转角度不足，我们专门研制适用广东无烟煤的扩散式稳焰器后，使用效果非常明显，火焰角度增大，前炉膛火焰明显提高，特别火焰回流区增强，未燃烬的固定碳粒子能迅速回流至负压区。煤粉燃烬率有所提高。

2.2   无烟煤专用炉体结构： 

    对于《高效节能型扩散式喷煤燃烧炉（热风炉）》进行改造是极其复杂的设计与计算过程。

    该煤粉炉本身就是一个非常先进的工业炉，它采用国际流行的非NOx燃烧，CO2重新回流，高温一次风加热，空气分级与低O2燃烧等技术，整个炉膛分成两部分组成，即前部分严格控制较小的过剩空气系统组成还原区，有意识产生煤粉气化，即CO、H2、CH4等可燃气体，第二部分由空气分级技术组成氧化区，产生大量的放热反应，组成合格的风温与风量，如图：

但是在实际生产之中，对这种广东无烟煤研究不深，特别挥发份太小，产生可燃气体效果不明显，还原气氛不能很快形成，加之热风炉内气流速度太快，负压太大，形成炉体前部分温度迅速下降，而造成大量未燃烬的煤粉进入热风管，加之广东无烟煤硫的含量很高，达3～4%，而且灰渣熔点很低，约在1000℃～1100℃之间，炉渣基本成为熔化状态，中控稍不留意，很易造成炉膛结焦，与立磨联动生产后，由于无烟煤燃烧自身特点，表现如下三个方面：第一、不像烟煤那样，真正做到彻底燃烬（烟煤燃烬率可达到99%）。第二、无烟煤固有的后燃现象较严重（即火焰跑到热风管燃烧）；第三、炉膛点火速度不如烟煤那样容易，针对上述情况，我们对炉体结构进行二个方面的改进，第一、改进出渣挡火墙的结构，便于出渣。第二、通过计算适当的加长加高炉体的混合室，避免炉渣进入热风管，以适应无烟煤后燃的固有特性。减少无烟煤不完全燃烧的现象，提高燃煤的燃尽率。通过改造后，原煤的燃尽率达到99%，炉渣为灰白色的粉状物，热工效率达到95%以上。

2.3  严格控制煤粉细度：

      对于无烟煤煤粉细度显得更为重要。其细度要比烟煤要求更严，一般控制煤粉细度为80目（80ｕm，筛余≤30%），但不能太细，否则机械磨损与电耗无限上升。

2.4  适当控制原煤水份：

     对于原煤水份。特别是外来水过多。如大于10%以后对原煤的输送与计量、贮存都很不利，会带来很多麻烦。实践证明，煤中的外来水含量在3%左右最好。煤粉携带少量水份遇到回流过来的高温乏气。这部分外来水立即变为水蒸气与无烟煤一起进入炉膛。对于无烟气燃烧的稳定与生产可燃气体很有好处。

2.5  加强和提高送煤一次风机的送粉温度： 

      原一次送煤风机送煤粉温度是来自热风炉余热的空气，干燥回风管。我们采取全开阀门开度，增加送煤粉空气量（O2＜5%左右），一则提高一次送煤风机的温度，进一步强化燃烧效果；二则通过分段燃烧效果，尽力减少NOX的产生和过剩空气吸收（α≤1.05∽1.1）。

2.6  总结：

     经过整改后，我们基本上解决燃烧无烟煤的热风炉在试产过程中出现的一系列问题，至2005年2月份与立磨联动运行以来，热风炉适应了立磨特性，立磨台时产量与质量均已达标，其台时产量还超过原定设计指标。

3． 燃用无烟煤热风炉与立磨联动生产时生产经验：

3.1 严格控制无烟煤进厂的水份与杂质： 

     原煤进厂时要严把第一道关：即原煤的外来水份太高，不要进厂，煤中的杂质如铁块、破布、煤矸石太多不能进厂。原煤进厂必须即时进库，不能堆放于露天，让雨水进入煤中。

3.2 准备好一定量的柴油：

      柴油自动化点火系统用于热风炉点火升温，是必不可少的环节之一，而烟煤在彻底掌握点火技术后，可不用柴油。点火用少量木材即可点燃，可为企业减少热风炉运行成本。

3.3 严格控制炉膛温度1100℃±50℃：

     联动运行时严格控制喷煤量和一次风、二次风的比例，掌握好热风炉出口温度，即时用冷风阀配风产生合格的风温与风量进入立磨。

3.4 热风炉即时排渣：

     因煤粉燃烧后，必定要产生一定量的炉渣，这部分的炉渣一定即时排除，否则会造成热风炉容积变少，从而避免因不能及时排渣而造成热风炉结焦等现象发生。

3.5 严格中控操作制度：

     由于我国引进德国等国的矿渣立磨，各自特点不同，我国的大部分工程技术人员对由这种立磨生产矿渣微粉工艺也不很熟，了解不够，缺乏生产管理经验，特别是热风炉与立磨联动时，中控操作不当，也会引起热风炉更难管理与操作。甚至操作失败。因此，立磨在联动时也应做到：第一、适当调节立磨喷口环的间隙，间隙过大热风炉负压过大，易把热风炉火焰拉长，力争在满足设计生产能力的前提，控制喷口环的间隙，第二、预热立磨后开始投料时，主排风机前阀门开度与截止阀开度应尽量做到与投料量同步逐渐增加，以保证热风炉的煤燃烧气氛稳定炉膛温度，立磨的工业生产特性是大风大料生产。第三、循环风量尽可能全开，以稳定炉膛负压，增加热量循环利用。第四、注意观察热风炉燃烧情况，及时调节一次风、二次风配风量，以及喂煤量稳定炉内气氛与温度，以达到完全燃烧。以上四点是影响热风炉燃烧效果的重要方面。

4．结论：

     综上所述，通过上述所采取的措施和严格操作管理制度，燃用广东产的当地无烟煤热风炉配合德国Polysius立磨，在生产矿渣微粉的生产线中，只要努力找好各机台的平衡点，控制好炉膛温度与炉内负压，是完全可行的。由于在南方地区无烟煤的价格远低于烟煤（大约每吨便宜250元），在适宜了无烟煤的燃烧技术后，以每吨干渣耗标煤20kg计，每年可为企业节约煤耗约300万元，热风炉当年投资即可当年收回全部成本，该热风炉系统将给企业带来较大的社会效益与经济效益。

作者：吕复（1980.2-）工程师，长期从事工业窑炉热工自动化控制设计与生产。

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参考文献：

1、韩昭论《燃料及燃烧》

2、美国能源部第二燃烧室燃烧论文汇编

3、朱长君等，带火焰稳定器喷煤管在我厂回转窑上的应用〔J〕水泥工程1997（1）：59-60

4、谢克平，国产四风道煤管在Φ4M×47M烧无烟煤预分解窑上的应用体会〔J〕水泥2002（5）43-44