前言

某公司4500t/d新型干法熟料生產線是由南京水泥設計院設計的燒無煙煤或劣質煤性能突出的五級低壓損窯外分解窯，于2011年11月投產。由于早期選用的回轉窯、分解爐燃燒器及配套煤粉輸送系統，在裝備選型和配置上普遍偏大，致使熟料工序煤耗和電耗難以進一步下降。為此，該公司組成技術攻關組，經過不斷摸索，在總結掌握生產過程中實際用煤量和用風量的基礎上，對窯頭、窯尾燃燒器及煤粉輸送系統實施了優化改造，取得了較好的效果。

(1)原燃燒器。窯頭使用了一主一備，四通道燃燒器為主，二通道燃燒器為輔。主燃燒器特點：推力大、風煤混合好、火焰短粗熱力集中升溫快，對劣質煤的燃燒適宜。但是燃燒器攏煙罩和內外噴嘴環沖刷磨損非常快，正常只能使用6～7個月，必須停窯予以更換或維修(見圖1)。因其火焰短粗，相應窯皮也短，造成燒成帶22～25m鎂鋁磚窯皮時長時掉，磚的使用周期不能與燒成帶整體保持一致。備用燃燒器特點：推力相比略低、黑火頭長，高溫火焰也長，相應燒成帶窯皮保護好耐火磚使用周期長。但也存在調節點少，升溫慢，燒低熱值的煤(熱值Qnet,ad小于5300×4.18kJ/kg，灰分達25.0％以上)或窯工況波動時容易在40～46m處長輔窯皮；且煤嘴耐磨陶瓷片也易損壞，造成黑火頭細長、火焰發軟燒成燃燒慢被迫停窯更換(見圖2)。

(2)分解爐燃燒器：采用兩根南京院傳統的拔梢型噴管，噴嘴直徑ф200mm，無助風助燃設施。特點：結構簡單、阻力小。

(3)原窯頭、窯尾煤粉輸送系統及風機配置和參數見表1。存在主要問題為：①實物煤耗一直居高不下，且有繼續升高趨勢，尤其是頻繁入五級旋風筒有不完全燃燒的煤粉火星、分解爐底部局部高溫而引發結大塊垮落現象。②窯頭、窯尾燃燒器、風機、送煤管道與煤粉輸送系統實際使用工藝狀態不匹配，在實際生產應用中窯頭送煤風壓控制在30kPa、窯尾送煤風壓控制在40kPa左右，就已經能滿足窯系統滿負荷生產的需要，存在窯頭、窯尾煤粉輸送配置風量和風壓過剩現象(實際使用中窯尾送煤風機一直采取一定比例外排放風)；窯頭一次風機的配置風量偏大但風壓偏小。與目前逐漸推廣應用的低功率大風壓小風量特點的新型大推力四通道燃燒器的設計及操作理念截然相反，導致入窯、入分解爐冷風過大，煤耗偏高、部分電耗做了無用損耗。

針對以上存在的問題，我們的改造思路：水泥煤粉燃燒器及配套輸送系統是熟料燒成系統中的關鍵設備，其性能及操作要符合幾方面要求。(1)適應各類煤種，可燒低劣質煤、無煙煤；(2)燃燒器前500mm熱端及內外噴嘴耐磨損，使用壽命達到一年以上；(3)一次風率低且推力大；(4)火焰穩定完整、集中有力，煅燒熟料質量好；(5)保證管道流速，煤風比高；(6)節煤、節電、低NOx。

經過對不同類型的燃燒器和使用企業考察和性能比對，選用了鄭州某企業生產的大推力低風量四風道煤粉燃燒器(見圖3，4)。

該燃燒器的四個風道不包括中心風，由外向里依次是：外旋流風、煤風、內軸流風、內旋流風，最里邊是點火油槍輸油管道不作為風道使用。外旋流風口上均勻分布的可調鍥型塊，能靈活調整出風截面積，并形成多股離散，保證外旋風的速度及穿透力；內直流風的閥門和內旋流的出風面積調整，用于改變噴射角度，有效控制火焰長度。對于揮發分≥5％，發熱量18000kJ/kg左右劣質煤都能適應，尤其是燃燒器一次風量(含煤風)占總量的6％以下，化解了燃燒器噴嘴磨損的問題，提高了在線使用時間。分解爐燃燒器由兩根拔梢型噴管，改為帶300角風翅噴煤管，加強煤粉混合和擴散。在將窯頭、窯尾燃燒器升級改造論證的同時，我們也將各配套風機與煤粉輸送管道直徑和輸送系統工藝布置重新進行優化。改進后窯頭、窯尾羅茨風機及管道參數見表2。

技改實施后窯系統運行及燃燒穩定性得到提升，窯臺產及熟料質量有了明顯的改善和提高，尤其冷窯升溫過程中“回火打槍”、熄火徹底杜絕，相比以前升溫用油量減少一半。2018年11月份改造前后窯的主要指標變化見表3，由表3可知：

表3 11月改造前后窯的主要指標變化

(1)窯頭一次風量比改造前減少89m3/min，風機電機功率減小22kW；窯頭送煤風機風量比改造前減少46.6m3/min，風機電機功率減小105kw。窯尾送煤風量比改造前減小60.9m3/min，窯尾送煤風機降低功率110kw。總送風風量減少：196.5m3/min；總裝機功率減少：237kw。

燒成系統電耗由改造前25.20kWh/t，降低至24.60kWh/t，下降了0.6kWh/t。

(2)煤粉燃燒更加充分和穩定，主窯皮整體往前移動2～3m，且平整牢固，既減少了因煤粉不完全燃燒造成窯后結圈及煙室縮口結皮，窯主電機電流下降負荷降低；又使帶入的二、三次風溫度升高了50～80℃。更多的二、三次風進入窯與分解爐系統，解決了分解爐混合不均燃燒不充分、用煤量偏大、局部高溫燒蝕耐火材料和結大塊的難題。標準煤耗由改造前113.41kg/t，降低至110.96kg/t，下降了2.45kg/t。窯熟料臺時產量由改造前的244.03t/h，提高至251.06t/h，上升了7.03t/h。

(3)熟料結粒均勻致密、色澤好，熟料C₃S含量提高，熟料游離氧化鈣合格率由改造前85％提高至90％以上。

隨著燃燒器調整理念、調整經驗的積累和豐富，本次燃燒器及煤粉輸送系統優化改造改造的作用和效果越來越突出，為后續熟料生產線各項經濟運行指標持續創新拓展了空間。概括總結此改造及調試使用經驗，還需要值得注意幾點：

(1)燃燒器控制調整思路：全開外旋風和截面以提升外旋風量，適當關小內軸風截面和風量，逐步關小直至關死內旋風量；多使用內軸風量，內旋和外旋風量按照1：8的比例進行控制。目的：①通過提升外旋風量和風速最大限度的提高了煤粉和二次風溫的混合攪拌速度，讓煤粉充分的和二次風溫混合達到充分燃燒；②增加內軸風使用量大，讓短粗火焰拉長、順暢，不會傷害窯皮和耐火磚；③內外旋同時全部使用時會造成內外旋風量相互制約，反而影響煤粉混合攪拌及燃燒速度；④三個風道都使用，燃燒器出口風速相對較低，燃燒器頭部磨損較小；⑤燃燒能力提升，二三次風溫度提高幅度較大，能穩定在1150～1025℃，拓寬了窯系統的適應能力和煅燒范圍，可大幅增加窯臺產或為提高熟料質量采用高飽和比、高硅率配料。

(2)關注點：①回轉窯燃燒器正常生產中的位置放在窯口端面零點或±200mm范圍內，因出燃燒器煤粉燃燒快、熱力強度集中，高溫區域整體前移、二三次風溫普遍提高至1150℃以上，勢必會增大燃燒器頭部澆注料及耐熱鋼、窯口澆注料及護鐵、窯頭罩澆注料、三次風管入口段耐火材料的沖刷和燒損，必須予以高度重視，根據不同工藝裝備及運行狀態，采取耐材配套升級優化。同時，由于窯內火焰變短變粗、熱力集中溫度高，相應燒成帶窯皮也前移變短，對冷卻帶、燒成帶后2～3m耐火磚性能和長度也要進行調整。

②本次煤粉燃燒器及配套輸送系統改造的一個核心目的是在滿足煤粉初級燃燒的前提下，盡可能降低輸送環節大量冷風入窯及分解爐。煤粉中固定碳燃燒就需要由二三次風量來保證，其量越多、交換溫度越高對熟料煅燒操作越有利。篦冷機的工況穩定、料層厚薄控制及固定床、一段配風風量、風壓配置與熱交換好壞非常重要，如果參數控制不好，風量偏低缺氧或溫度偏低反而影響熟料煅燒，建議結合三代以下篦冷機固定床改造同步實施。

③在實施燃燒器及輸送系統的技改前，要根據本企業原燃材料、窯爐工藝狀況進行科學的決策和選擇。燃燒器調整使用也不是一成不變的，由燃燒器帶來的其他可能的問題，必須盡快升級優化，同時做好巡檢和異常應對處理措施。

在新型干法水泥熟料窯爐燃燒器及配套輸送系統改造中，采用低功率大風壓小風量特點的新型大推力四通道燃燒器，統籌配套將各風機與煤粉輸送管道直徑和輸送系統工藝布置進行優化，達到設備輸出風量和做工功率與實際生產所需風量和輸送功率最優匹配，是水泥窯爐煤粉輸送系統降低電耗的有效方法，也是減少人窯、爐冷風量，降低煤耗的重要措施，同時也給燒成窯系統工況穩定創造了良好的條件，對燒成窯系統提高產量、提高質量效果顯著。

作者：高永健，章呂峰，療爾康，黃家林

來源：《中材羅定水泥有限公司》

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