Sinoswirl型大推力双旋流燃烧器的应用

2014-02-10王文清刘万平李亮李宁

水泥技术 2014年4期

关键词：供风轴流风道

王文清，刘万平，李亮，李宁

Application ofthe Sinoswirl-type Large Thrust Double Swirl Burner

王文清，刘万平，李亮，李宁

中材装备集团有限公司热工分公司主要从事水泥烧成核心设备预热器、回转窑、燃烧器和冷却机的研发设计，相继开发出1000t/d～10000t/ d各个规格型号的技术成熟、性能优良的设备，不仅可为业主提供单机设备，同时可提供专业的系统解决方案。

Sinoswirl型大推力、双旋流燃烧器是我公司于2011年研发成功的新一代煤粉燃烧器，该燃烧器具有一次风比例低、燃烧器推力大、对煤质适应性强等技术特点，其卓越的燃烧特性在提高回转窑煅烧能力、系统产质量及降低系统热耗等方面有显著成效。截至目前，该类型燃烧器已成功应用于上百条生产线。

1 工作原理

Sinoswirl型大推力、双旋流煤粉燃烧器为四风道结构，从外到内依次为：轴流风、外旋流风、煤风、内旋流风，如图1所示。

轴流风：最外圈布置，周向小孔均匀分布。设计风速300m/s以上，产生高速轴流风，形成较大的负压卷吸区，可有效地卷吸高温二次风，具有低风量、高风速、高动量的显著特点。由于轴流风速很高，在同等推力下，风量较低，有效降低了入窑一次风量，从而有效降低了系统热耗。

外旋流风：布置于轴流风道之内、煤风道之外，通过燃烧器头部的旋流叶片装置喷出。设计风速150m/s，提供喷射气流的切向速度，有效控制火焰粗细，同时起到卷吸高温二次风的作用。

煤风：布置于外旋流风道与内旋流风道之间，环状结构。用于输送煤粉，设计风速24～30m/s。

内旋流风：布置于煤风道内，通过旋流叶片装置喷出。设计风速150m/s，起到打散煤粉，使煤粉与二次风充分混合的作用，并为火焰燃烧的中心区域提供氧气。

通过这四个主通道的合理设计，实现喷煤管头部较大的负压卷吸区，可有效地卷吸高温的二次风，确保窑头煤粉的稳定着火燃烧。设置头部拢焰罩，能保持回转窑内良好的火焰形状，提高煤粉燃尽率，防止局部高温烧损窑皮。轴流风的小孔设计区别于环状轴流风，既极大提高了出口风速，又有效避免了拢焰罩的磨损。该结构型式的燃烧器由于通道风速较高，可充分燃尽各种燃料，有利于提高劣质煤、无烟煤的使用率。

内外旋流的设计理念能使煤粉燃烧形成内、外两个循环区域，实现煤粉的分层燃烧。内部循环是煤风在火焰中心剧烈混合的地方，但风量较小，燃烧时形成一定的还原气氛，可在一定程度上还原高温煅烧时形成的NOx，从而降低热力型氮氧化物的排放。

2 结构特点

2.1 头部特点

可拆卸结构，最外层为法兰结构、螺栓连接，其余均为螺纹连接，有利于备件的更换。

考虑到工作环境极为恶劣，处在高温碱性腐蚀区，因此材质选用高强耐热铸钢。

出口面积无需调整，依靠各风道阀门的开度及风机转速调节风速。轴流圆形小孔结构受热后变形量小，使用性能稳定可靠。

内、外旋流角度根据不同煤质的燃烧特性进行有针对性的设计，利用两股旋流风对煤粉的裹挟、打散及扩散，满足不同煤质的煅烧需求，设置导流结构，降低出口阻力，提高使用性能。

煤风出口速度范围控制合理，出口处的圆锥角度设计较小，减小磨损。

2.2 管体特点

管路布置顺畅，以减少不必要的阻力损失。

各风道阀门配置合理，轴流风、外旋流风、内旋流风阀门选用涡轮涡杆调节结构，调节精度高，性能可靠，可适应各种工况的调节要求。各风道配置相应量程的压力表装置，用于生产中的调节指示。

2.3 煤风通道特点

煤风通道长期承受煤风冲刷，针对不同区域的不同耐磨要求，采用喷涂、堆焊等技术对煤风通道的关键位置进行耐磨处理，防止煤风对管体过度冲刷。送煤管道煤风入口处设置检查孔，停窑时可随时检查磨损情况。

图1 头部剖面简图

3 风机配置及火焰调节

Sinoswirl型大推力、双旋流燃烧器工作时需要两台具备变频调速功能的罗茨风机供风，可将信号接入中控室内，以方便调整。其中轴流风单独由轴流风机供风，内、外旋流风由旋流风机供风。风机参数要求如表1。

表1 风机参数

表2 保定和益煤粉参数（入窑煤粉）

表3 使用前后效果对比

表4 三都润基煤粉参数（入窑煤粉）

表5 使用前后效果对比

表6 红水河煤粉参数（入窑煤粉）

表7 使用前后效果对比

相比较其他单风机供风的燃烧器，双风机供风有如下特点：

（1）单风机供风的燃烧器仅由一台净风机供风，其风压配置较小（常见的有29.4kPa、39.2kPa），为保证燃烧器射流动量，其风量配置往往比较高（10%～12%），这样势必造成入窑冷风量偏高，导致系统热耗提高；而Sino⁃swirl型燃烧器的风机配置特点是高风压、小风量，轴流风机风压可达96kPa，出口射流风速极高，在降低入窑总风量的同时，可极大提高燃烧器推力，使火焰刚劲有力。在实际使用中，两台风机入窑一次风总量约7%～8%，而燃烧器的推力却可达1700 m/ s·%。

单风机供风的燃烧器所有通道均由一台风机供风，各风道之间存在一定的关联性，调节轴向风时，旋向风也会受到一定影响，调节旋向风时也是如此，因此火焰形状调节受到较大制约。而Sinoswirl型燃烧器分由两台风机供风后，便可独立调整轴流风道和旋流风道，灵活快捷地调整出适合不同窑况的火焰形状。

Sinoswirl型燃烧器装机功率比单风机供风燃烧器有所提高，且使用功率较小，考虑对于不同煤质的适应性及提产的可能性，留有较大余量。正常使用中两台风机通过变频器调整至额定转速的70%～80%，电耗基本持平。综合考虑一次风量降低及熟料产质量提高等因素，Sinoswirl型大推力、双旋流燃烧器优势明显。