立磨的工藝要求與熱風爐設計

  引言:               

　　礦渣微粉作為生產(chǎn)水泥重要的混合材之一. 目前已在全國以及世界各地逐步建立了礦渣微粉生產(chǎn)線. 作為鋼鐵廠高爐的礦渣. 由過去的粗放經(jīng)營改為深加工. 提高產(chǎn)品的附加值. 各地鋼廠早幾年已實施這一工程. 對于引進的國外立磨, 承擔這一主要任務. 而如何配置并設計熱風爐系統(tǒng), 達到烘干爐料的目的. 對于我國廣大的工程技術人員, 應結合我國國情與燃料資源狀況. 并充分了解引進國外立磨的機械特性與工藝要求.對 熱風爐的燃料而言我國煤炭資源較天然氣與高爐煤氣, 焦爐煤氣與重油, 柴油等要豐富得多. 因此, 我國熱風爐燃料應定位于燃煤為主. 但也存在少量企業(yè)燃燒高爐煤氣的熱風爐.               
我公司是以工業(yè)爐研制, 設計, 技術服務一體化的專業(yè)公司. 為此專門開發(fā)了一種高效節(jié)能型擴散式噴煤燃燒爐 (熱風爐) 新工藝生產(chǎn)線, 來配合礦渣微粉生產(chǎn)線.               

1.     立磨對熱風爐的工藝要求:                  

1.1 可靠性:

　　立磨對熱風爐的溫度出口風溫可調性要求非常高. 它要求熱風爐對立磨預熱. 并隨產(chǎn)量的變化而不斷地調節(jié)溫度, 直至穩(wěn)定正常運行. 

　　高效節(jié)能型擴散式噴煤燃燒爐. (熱風爐)是一種可調比例非常高的高溫型工業(yè)爐. 爐溫可以從800℃～1500℃任意調節(jié). 該新工藝生產(chǎn)線配置了對原煤的計量, 能對熱風爐的煤耗徹底精算. 同要求原煤的計量與爐溫形成圈流自控系統(tǒng), 按設定生產(chǎn)工藝溫度曲線, 組織生產(chǎn). 即爐溫過高. 原煤自動下降, 爐溫過低, 原煤自動上升. 目的是始終保持熱風爐對立磨的溫度工藝要求, 而平穩(wěn)可靠運行. 

　　立磨對熱風爐的承受的爐膛負壓要求也很嚴格. 各國的立磨機械性能不同而對熱風爐承受的負壓也不盡相同. 而一般國外公司產(chǎn)的立磨對熱風爐所能承受的負壓幾乎要求達到300pa以上. 這對于不論是燃氣, 燃油, 還是燃煤的熱風爐都是一個巨大的考驗. 特別是為燃煤的熱風爐. 由于負壓過大, 懸浮在空氣中的煤粉燃燒效果必定很差. 煤粉氣流速度過快, 沖刷爐墻與大量的煤粉跑到熱風管內燃燒. 必然會有大量不完全燃燒現(xiàn)象產(chǎn)生和爐膛結焦, 以至于熱風管結焦.

　　 為此, 擴散式噴煤燃燒爐(熱風爐). 根據(jù)立磨自身特性和工藝要求, 設計成雙機組工藝生產(chǎn)線與特殊的爐膛結構. 即前一部分為燃燒室, 后一部分為混合室. 在混合室我們設計了調節(jié)風門. 如立磨要求負壓過大. 我們可打開調節(jié)風門, 使氣流短路. 而不會造成燃燒爐形成過大的負壓. 而不影響燃燒爐的煤粉燃燒. 如圖1:      

　　實踐證明: 每當新建立磨調試期. 如一旦因中控操作不當, 立磨產(chǎn)生巨大的抽風力時. 熱風爐產(chǎn)生很大負壓時, 只要迅速打開這些調風門, 熱風爐的負壓很快減少. 以適應立磨生產(chǎn)與調節(jié). 因此, 在新建立磨與熱風爐聯(lián)動調試時, 這種調試是一種漸進式的調試. 不能說通過一二次調節(jié)就完成了. 只有中控人員徹底熟悉了立磨與熱風爐的特性后, 準確地找出各機臺的平衡點, 通過一段時間的磨合期才能使立磨投入正常的運行 

1.2  反應速度 

 熱風爐應變反應速度要求特別快. 主要體現(xiàn)在如下幾個方面:       

　　第一.如圖所示. 溫度反應時間要快. 特別是在立磨與熱風爐聯(lián)動生產(chǎn)時, 從立磨預熱來看. 有些廠家反映立磨預熱時間長短不一. 有些廠家立磨預熱長達2小時. 有的廠家立磨預熱僅半小時. 到底多長時間為好. 除與當?shù)貧夂? 水渣的含水量和各廠家的立磨特性不同之外. 有點很重要的是與使用熱風爐有關. 目前從全國來講, 在礦渣微粉生產(chǎn)線中, 只配置二種爐型. 即一種為煤粉爐 (由我公司生產(chǎn)制作), 一種為沸騰爐. 實踐證明: 煤粉爐由于自動化工程度高, 實現(xiàn)無人置守. 明顯比沸騰爐要好. 溫度反應速度要快的多. 

　　由中控發(fā)出指令給熱風爐升溫或降溫, 至立磨入口溫度變化不到5秒.由于沸騰爐有置后現(xiàn)象, 反映到立磨入口的溫度, 需要較長的時間. 

　　第二.  對立磨特性要求負壓來看. 也要求熱風爐隨著立磨的要求而隨時具備負壓應變能力. 特別是在立磨與熱風爐聯(lián)動調試期來講顯得特別重要.        

　　熱風爐啟動性要快. 高效節(jié)能型擴散式噴煤燃燒爐. 除去新建熱風爐烘爐點火升溫時段之外, 正常運行時點火升溫只需要十幾分鐘. 對于我公司設計的工藝生產(chǎn)線之

　　第一.  中是由兩條機組組成. 可根據(jù)立磨研磨的物料不同. 物料含水量不同而任意迅速啟動任意一個機組. 而對于沸騰爐來說, 就困難得多, 啟動時間也長得多.       

1.3  熱風爐自動化控制系統(tǒng): 

　　立磨要求熱風爐的所有機電設備與熱風爐的溫度, 氣氛, 壓力, 煤的計量等等. 必須實現(xiàn)全部自動化控制. 即PLC自控系統(tǒng). 熱風爐自控柜只需要二根雙絞線即可將熱風爐所有參數(shù)通過計算機送入中控系統(tǒng)(DCS系統(tǒng)). 由中控完全掌握熱風爐的運行工況. 實現(xiàn)熱風爐車間無人置守與由中控巡視人員現(xiàn)代化工業(yè)操作制度. 

1.     熱風爐的環(huán)保性能: 

2.1  N0x控制原理

　　整條生產(chǎn)線由兩項國家專利組成. 即: <<雙旋流煤粉燃燒器>>和<<高效節(jié)能型擴散式噴煤燃燒爐>>. 其中<<雙旋流煤粉燃燒器>>是根據(jù)美國能源部的煤粉燃燒器的基本原理. 結合我國國情和材質要求而發(fā)明的一種新型煤粉燃燒器. 因此, 該產(chǎn)品具有良好的空氣動力流場. 確保一定的煤風比例. 使煤流, 空氣流達到均勻混合. <<擴散式噴煤燃燒爐>>是根據(jù)煤粉燃燒學原理和應用非氮化物燃燒新技術. 空氣分級燃燒技術, C02高溫回流技術等. 實現(xiàn)在爐內還原區(qū)產(chǎn)生大量的可燃氣體. 如:CO,CH4等. 后進入爐內的第二階段氧化區(qū). 在爐內氧化區(qū)突然配入大量的新鮮空氣與可燃氣體結合產(chǎn)生大量放熱反應. 從而杜絕大量的N0x物產(chǎn)生. 因此該爐也是種非氮化物燃燒的環(huán)保型工業(yè)爐.     

2.2   SO2 , SO3的控制      

　　 由于在原煤之中有在大量的硫鐵礦. 硫的有機化合物與其化學成分組成的混合物. 作為用戶首先把關, 進廠原煤必須選用低硫煤即S<1%以下, 方可進廠. 如條件限制必須使用當?shù)馗吡蛎? 則應在系統(tǒng)之中考慮脫硫環(huán)保裝置. 

2.3   CO的控制措施:

　　在熱風爐內的氧化段通過進入的新鮮空氣達到完全燃燒, 但是防止殘余的CO漏出, 在我們要求的主熱風管上第一個配風閥門常開時, 可調進大量的新鮮空氣. 使CO進一步氧化成CO2進入系統(tǒng). 從而控制CO的生成量. 從目前已建的生產(chǎn)線環(huán)保測廢氣中CO的含量遠低于國家標準. 

2.4   立磨以及熱風爐排放粉塵的控制:

　　熱風爐整個工藝生產(chǎn)線為負壓操作. 熱風爐排渣為人工或機械排渣兩種形式. 爐渣可回收再利用. 從而達到綜合利用的目的. 廢氣粉末排放由系統(tǒng)之中的布袋除塵器考慮設置, 從目前運行的微粉生產(chǎn)線之中, 全部可達到對外排放70mg/M3以下的國家環(huán)保標準, 從而實現(xiàn)花園式工廠. 

1.     熱風爐工藝生產(chǎn)線設計要點: 

3.1  工藝流程:

　　目前國內已在礦渣微粉生產(chǎn)線之中使用的擴散式噴煤燃燒爐煤粉爐工藝生產(chǎn)線有兩種形式: 含有煤粉制備系統(tǒng)和不含有煤粉制備系統(tǒng). 如下圖:    

　　在整個工藝生產(chǎn)線之中, 不論那種形式, 其目的都需解決. 兩大問題即煤粉燃燒效率的提高與污染物排放的降低. 如何解決上述兩個問題, 也是我們不斷探索和研究的問題. 為此, 我們重點從三個方面著手解決. 其一, 煤粉的細度與計量. 其二, 煤粉燃燒器. 其三, 燃燒爐的設計與環(huán)保處理. 根據(jù)上述原則與生產(chǎn)工藝, 我們采取如下幾方面新技術.   

3.2  空氣分級燃燒與熱氣流 (co, co2) 再循環(huán)燃燒:

　　我們利用了德國F.Totzek發(fā)明的K-T爐的工作原理. 將燃燒用的空氣分階段送入. 先將理論空氣量的80%從燃燒器送入. 使燃料在缺氧的條件下燃燒. 即控制空氣過剩系數(shù).將燃燒爐分成兩部分. 即前一部分是在還原氣氛下, 產(chǎn)生了大量的H2與CO. 由于高溫與適當?shù)乃魵?原煤之中的外來自然水分滲入反應). 即可產(chǎn)生一定量的CH4 (甲烷).    

C+2H2               

CH4+20870千卡; CO+3H2            

CH4+H20+49250千卡. 其中產(chǎn)生熱風的工業(yè)爐是由于燃燒室與混合室組成. 產(chǎn)生甲烷氣體主要是后一個反應進行. 當含有大量可燃氣體, 運動到混合室時, 我們有意識補充大量的空氣. 熱氣流在此產(chǎn)生劇烈的放熱反應. 使未燃盡的碳粒子得到充分的燃燒. 固此有如下反應即:

 C+O2 ＝CO;

 CO↑+O2＝CO2↑   

CH4+O2＝CO↑+H20. 

　　為了防止有少量C或CO 未燃盡, 我們又通過回風管在從混合室取回部分未燃盡氣體. 進入煤磨達到烘干煤磨中的原煤. 以攜帶這部分的水蒸氣進入一次風到煤粉燃燒器, 進入燃燒室. 進行循環(huán)燃燒. 這部分既是我們常說的熱氣流再循環(huán)利用. 以減少不完全燃燒的損失. 提高工業(yè)爐的熱工效率.    

3.3   CO2循環(huán)燃燒:   

　　在上述結果可以得出: 從混合室出來的大量高溫空氣(約95% CO2) 進入一次風攜帶煤粉送入爐膛. 這就是02/CO2和煤粉的再循環(huán)燃燒. 實驗證明: 在O2/CO2的環(huán)境下, NOx的生成量由于供入空氣量大大減少, 而產(chǎn)生的NOx大大減少.   

　　上世紀70年代以來, 世界上許多國家對煤的低NOx燃燒進行了研究取得了可喜成果. 我國也采取了多種方法. 如徐旭常院士開發(fā)的船形煤粉燃燒器. 通過分級燃燒, 不僅減低NOx排放, 對火焰的穩(wěn)定也有很好的效果.   

3.4    雙旋流煤粉燃燒器:   

　　作為工業(yè)爐燃料燃燒器也是非常重要的熱工設備. 據(jù)我國燃燒資源和基本工業(yè)狀態(tài). 燃煤燃燒器難度最大. 與國外相比差距較大. 我們研究重點是用煤粉爐之中煤粉燃燒器. 我們依據(jù)美國能源部第二燃燒研究室研究的成果, 結合國內的實際國情研究出系列型雙旋流煤粉燃燒器, 來配合擴散式噴煤燃燒爐. 該煤粉燃燒器共二大類16個品種. 采用配套各種型號的煤粉爐. 該產(chǎn)品已獲得中國最優(yōu)秀的專利產(chǎn)品. 如下圖:  

該燃燒器是空氣流與煤粉流兩股氣流同向組成旋轉氣流前進. 其中空氣可分成直線或旋轉氣流水平前進. 空氣量與煤粉量, 風速, 旋轉角度, 配比均可調節(jié). 調節(jié)參數(shù)可參考下表.  

　　　 在燃燒器出口, 在這2種旋轉氣流的作用下. 產(chǎn)生空間的負壓區(qū), 使燃燒火焰形成一種旋轉火焰. 其火焰內部形成不同的壓力空間. 在火焰旋轉燃燒過程中, 可使未燃盡的煤粉顆粒重新吸回負壓區(qū). 組成煤粉二次燃燒, 使煤粉顆粒徹底燃盡. 由于該燃燒器出口在旋轉火焰前進的過程之中, 產(chǎn)生大量的回流火焰. 使得燃燒火焰粗而短. 燃燒比較完全, 火焰爐膛充滿度良好. 爐膛空間各處溫度基本一致. 因而產(chǎn)生的熱風風溫較均勻. 燃燒風溫可在700℃～1500℃任意調節(jié), 能滿足各類需求的工業(yè)爐料的烘干與煅燒.

1.       結束語: 

　　在全國礦渣微粉工藝生產(chǎn)線之中. 實踐證明: 在應用上述煤粉燃燒新技術與熱風爐設計原則后, 這些生產(chǎn)線應用效果均非常良好. 煤粉燃燒效率均可達到98%以上. 爐渣含碳量均在2%以下. 環(huán)保全部指標均已達標. 另外, 熱風爐與立磨之間的距離. 熱風管的管徑 與熱風管上各處閥門的配置, 以及熱風管的余熱利用等等. 均應在設計之中考慮的問題. 這里不再詳述.