引言

富氧燃燒是一種高效燃燒技術(shù)，通過使用高于空氣氧含量的助燃劑，能夠有效縮短燃煤燃燒時(shí)間，提高燃燒效率和燃燒溫度。近年膜法制氧技術(shù)得到發(fā)展和利用，富氧燃燒技術(shù)成本大大降低，應(yīng)用范圍也隨之?dāng)U大。各研究機(jī)構(gòu)和水泥企業(yè)陸續(xù)開展窯內(nèi)富氧燃燒技術(shù)的研究和實(shí)踐。中國建筑材料科學(xué)研究院王俊杰等通過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究分析了窯內(nèi)富氧燃燒技術(shù)效果，發(fā)現(xiàn)煤粉燃燒溫度取決于煤粉顆粒周圍的氧濃度。廖斌等采用數(shù)值模擬分析研究水泥窯富氧燃燒技術(shù)，發(fā)現(xiàn)將窯內(nèi)富氧燃燒用于熟料生產(chǎn)線，可以節(jié)約燃料，達(dá)到節(jié)能減排增效的作用。可見，窯內(nèi)富氧燃燒技術(shù)在水泥窯節(jié)能降耗理論研究中取得較多成果。本文以CZ海螺某5000t/d熟料生產(chǎn)線實(shí)踐窯內(nèi)富氧燃燒技術(shù)為研究對象，研究窯內(nèi)富氧燃燒技術(shù)對熟料生產(chǎn)過程的影響及效果。

窯內(nèi)富氧燃燒技術(shù)改造整體分為燒成系統(tǒng)和制氧供氧系統(tǒng)。采用新式深冷直送法制取富氧空氣(見圖1)，通過窯頭多通道燃燒器，以一次風(fēng)形式將富氧空氣引入干法水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)。

圖1 新式深冷直送法制取富氧空氣現(xiàn)場照片

2.1 富氧燃燒對窯系統(tǒng)影響

窯內(nèi)富氧燃燒是一種高效強(qiáng)化燃燒技術(shù)，顯著提高煤粉燃燒溫度和縮短燃盡時(shí)間，將煤粉的熱量集中釋放。縮短氣體在高溫區(qū)停留時(shí)間，保證了窯內(nèi)燒成溫度。

表1是富氧燃燒實(shí)施前后窯系統(tǒng)參數(shù)變化情況。在喂料量略增加的前提下，窯頭喂煤量減少，窯電流降低，實(shí)現(xiàn)窯系統(tǒng)節(jié)能降耗。窯內(nèi)富氧燃燒改造后，煤在富氧狀態(tài)下得到充分燃燒，提高了火焰黑度，窯內(nèi)傳熱得到強(qiáng)化，系統(tǒng)熱利用率提高。此外，窯內(nèi)溫度提高，液相量增多，窯內(nèi)結(jié)皮穩(wěn)定且均勻，減小了窯轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩，降低了窯運(yùn)轉(zhuǎn)電流。

2.2 富氧燃燒對預(yù)熱器系統(tǒng)影響

富氧燃燒實(shí)施后，預(yù)熱器壓損和廢氣量有所降低，出口壓力由原來-5600Pa降低至-5320Pa；C1出口廢氣量由1.360Nm3/kg.cl降低至1.306Nm3/kg.cl。預(yù)熱器出口廢氣量減少，表明燒成系統(tǒng)用風(fēng)量降低。富氧燃燒對預(yù)熱器系統(tǒng)影響如表2所示。

窯內(nèi)富氧燃燒以富氧空氣作為助燃劑，滿足煤粉燃燒的前提下降低了過剩空氣系數(shù)，減少了煙氣生成量。系統(tǒng)外排廢氣量減少，廢氣造成的系統(tǒng)熱損失也隨之降低。同時(shí)，因系統(tǒng)用風(fēng)量減少，各級旋風(fēng)筒風(fēng)速降低，系統(tǒng)阻力也隨之降低。從而提高了系統(tǒng)燒成效率，降低了系統(tǒng)能耗。

2.3 富氧燃燒對篦冷機(jī)系統(tǒng)的影響

富氧燃燒實(shí)施后，二、三次風(fēng)溫有所升高，系統(tǒng)熱回收效率提高1.6％，熟料溫度基本不變。表3是富氧燃燒實(shí)施后篦冷機(jī)系統(tǒng)參數(shù)。

篦冷機(jī)熱回收效率主要受二、三次風(fēng)溫和風(fēng)量影響。煤粉在富氧狀態(tài)下燃燒，因火焰溫度和黑度增加，提高了物料傳熱效率，出窯熟料溫度較高，在篦冷機(jī)高溫冷卻區(qū)形成較高溫度的二、三次風(fēng)。此外，富氧燃燒后，燒成系統(tǒng)用風(fēng)量降低，篦冷機(jī)冷卻風(fēng)量降低約11％，而二三次風(fēng)僅降低約3.9％。可見，富氧燃燒可有效改善篦冷機(jī)運(yùn)行效果。

2.4 富氧燃燒對燒成系統(tǒng)節(jié)能降耗的影響

富氧燃燒技術(shù)以富氧空氣作為助燃劑，縮短了煤粉燃盡時(shí)間，提高煤粉燃燒溫度，改善窯內(nèi)物料換熱效率，降低窯內(nèi)完成熟料燒成所需煤粉消耗量；提高了二、三次風(fēng)溫，更有利于熱回收，從而降低系統(tǒng)熱耗，根據(jù)改造后運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，燒成煤耗降低約5.0kg.ce/t.cl；另外，富氧燃燒技術(shù)實(shí)施后，窯況更加穩(wěn)定，窯皮穩(wěn)定均勻，窯電流顯著降低，富氧燃燒降低空氣過剩系數(shù)，降低煙氣生成量，C1出口廢氣量減少，降低了熱量損失和風(fēng)機(jī)電耗，熟料綜合電耗降低約2.0kWh/t.cl。若計(jì)入制氧系統(tǒng)電耗，熟料綜合電耗增加1.5～2kWh/t.cl。

在5000t/d熟料生產(chǎn)線實(shí)踐富氧燃燒技術(shù)，取得了較好的節(jié)能降耗效果：燒成系統(tǒng)熱效率提高，用風(fēng)量減少，系統(tǒng)阻力降低；燒成系統(tǒng)煤耗降低約5.0kg.ce/t.cl；計(jì)入制氧系統(tǒng)電耗，熟料綜合電耗升高約1.5～2kWh/t.cl。

作者：李樂意1，軒紅鐘2，劉守信2

來源：《1安徽海螺水泥股份有限公司》；

《2安徽海螺建材設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司》

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