关于煤粉燃烧及窑头燃烧器若干你可能不了解的问题
关于煤粉燃烧及窑头燃烧器若干你可能不了解的问题
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水泥窑炉燃烧的关键是3T,即temperature, time, turbulence,也就是温度、时间和混合情况。目前主燃烧器达到以上三项通常没有问题,这里针对分解炉进行说明。温度的影响包括三次风温度、尾煤喂入位置等,如尾煤直接喂入三次风温度显然更高(如DD分解炉),远离三次风虽然有助于降低NOx生成但必然会影响燃烧,离生料过近自然也不容易燃烧。时间即是煤粉停留时间,这也是大部分企业搞分解炉扩容的目的。混合情况则不为大家所重视,其实分解炉内流场非常不均匀,有的区域氧气浓度高,有的区域氧气浓度低,有的区域煤粉多,有的煤粉少,这也是为什么SNCR喷枪不同位置NOx浓度差别很大的原因,如果混合不好再大的分解炉容积效果也有限,相反好的混合效果可以实现在分解炉容积不变的情况下,提高窑产量。另外,混合的问题可能也是不同企业分级燃烧效果差异显著的根本原因之一。
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大家不要小看CO的存在,一旦不完全燃烧产生了CO,意味着煤粉的热值有几乎一半没有发挥出来,假如你现在用的6000大卡的煤,如果都产生CO,意味着你煤粉热值只有3000。CO产生后要想让它跟氧气反应比较困难,反应速度很慢,但是如果此时假如一些含氢的基团(比如常见的水)则有助于CO的完全燃烧。(当然水的加入量需要综合考虑水气化吸热等影响)。除了含氢的基团外,混合(上面已经提到过)情况也是限制CO完全燃烧的关键。
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我们一直在强调主燃烧器的动量,即6 N/MW是一个最低限制,通常在9-11 N/MW。动量越大,煤粉和空气的混合越快(又是混合问题),越有利于形成短而集中的火焰。但是当动量过大时,可能意味着一次风的风量较大,这不利于热效率的发挥。可以通过烟气的回流来对燃烧器动量进行直观评价,即适度的烟气回流意味着煤粉和空气混合较好,相反,如果没有烟气回流,意味着动量过小,此时必然会因二次风卷吸不够引起煤的不完全燃烧。下图所示分别为动量小的燃烧器和动量大的燃烧器示意图。
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燃烧器动量的计算方法为:燃烧器动量(N/MW)=燃烧器出口一次风质量流量(kg/s)×一次风速度(m/s)/煤粉的热量(MW),其中需要注意的是,一次风量和一次风速度不是指整体的一次风量和速度,而知轴流风、旋流风、中心风的风量与相应速度的加权;煤粉的热量一般用大卡表示,需要换算为MW,即1 大卡=1000*4.186 J=4186 J=4186×煤粉每秒的质量(kg/s)/1000000 (MW),如头煤每小时喂煤量为12 t/h,热值5500大卡,则换算为MW为=12000/3600*5500*1000*4.186/1000000=76.74 MW。
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关于煤粉在粉磨和储存过程中可能发生的爆炸问题,有一个可能的原因容易被忽视,就是煤粉中硫化铁(pyrite)的含量,因为硫化铁会发生自燃,而自燃的过程是放热的过程,会引起温度逐渐增加。因此当煤粉中硫化铁的含量超过2%时,煤粉发生爆炸的风险将会大大增加。(2%的硫化铁是什么概念呢?如果煤中有50%的硫是以硫化铁形式存在,意味着煤粉检测的全硫达到1.9%)
本文部分内容参考Anjan Kumar Chatterjee 所著的《Cement Production Technology Priciples and Practice》一书。



