矿渣微粉生产线中热风炉的设计与配置

水泥武汉奥杰科技发展有限责任公司吕复许军吕宜德 2014-05-19

以高效节能型扩散式喷煤燃烧炉为主要装置构成的热风炉系统可靠性高，反应速度快，采用自动化控制，完全满足现代化矿渣微粉生产线的技术要求，在设计中采用了空气分级燃烧与热气流再循环燃烧技术，低NOx循环燃烧技术和双旋流煤粉燃烧器，环保指标符合国家环保标准的要求。

摘要：以高效节能型扩散式喷煤燃烧炉为主要装置构成的热风炉系统可靠性高，反应速度快，采用自动化控制，完全满足现代化矿渣微粉生产线的技术要求，在设计中采用了空气分级燃烧与热气流再循环燃烧技术，低NO_x循环燃烧技术和双旋流煤粉燃烧器，环保指标符合国家环保标准的要求。

关键词：热风炉性能、立磨、环保

矿渣微粉作为生产水泥重要的混合材之一，目前已在全国以及世界各地逐步推广。钢铁厂为了提高产品的附加值，建立矿渣微粉生产线，采用立磨来承担粉磨任务，热风炉来提供预热立磨和烘干物料用风。本文就热风炉系统的设计与配置作简要介绍。

1立磨对热风炉的工艺要求

1.1 可靠性

立磨对热风炉出口风温可调性要求非常高，它要求热风炉对立磨预热，并随产量的变化而不断地调节温度，直至稳定正常运行。

高效节能型扩散式喷煤燃烧炉(图1)是一种可调高温型工业热风炉。炉温可以从800～1 500℃任意调节。该炉配置了对原煤的计量设备，能对热风炉的煤耗彻底精算，同炉温形成圈流自控系统，按设定生产工艺温度曲线组织生产。当炉温过高，原煤自动下降；炉温过低，原煤自动上升。目的是始终满足立磨对温度的工艺要求，使系统平稳可靠运行。

扩散式喷煤燃烧炉根据立磨自身特性和工艺要求，设计成双机组工艺生产线与特殊的炉膛结构，即前一部分为燃烧室，后一部分为混合室。在混合室我们设计了调节风门，如立磨要求负压过大，操作者可打开调节风门，使气流短路，而不会造成燃烧炉形成过大的负压影响燃烧炉的煤粉燃烧。

实践证明：在新建矿渣微粉生产线的调试期，若因中控操作不当，立磨产生巨大的抽风力时，热风炉会产生很大负压，只要迅速打开这些调风门，热风炉的负压很快降低，以适应立磨生产与调节。值得一提的是，新建立磨与热风炉的联动调试是一种渐进式的调试，不是一二次调节就能完成。只有中控人员熟悉了立磨与热风炉的特性后，立磨才能投入正常的运行。

1．2反应速度

热风炉应变反应速度要求特别快。主要体现在如下几个方面：

(1)温度反应时间要快。在立磨与热风炉联动生产时，有些厂家反映立磨预热时间长短不一，有些厂家立磨预热长达2 h，有的厂家立磨预热仅0．5 h。到底多长时间为好，除与当地气候、水渣的含水量和各厂家的立磨特性不同有关之外，也与热风炉有关。在我国矿渣微粉生产线中，一般配置煤粉炉或沸腾炉。实践证明：煤粉炉由于自动化程度高，实现无人值守及温度反应速度比沸腾炉要优越得多。由中控发出指令给煤粉炉升温或降温，至立磨人口温度发生变化不到5 s，而沸腾炉有滞后现象，立磨入口的温度发生变化需要较长的时间。

(2)从立磨对负压的要求来看，也要求热风炉具备负压应变能力，特别是在立磨与热风炉联动调试期来讲，显得特别重要。

(3)风炉启动要快。高效节能型扩散式喷煤燃烧炉除去新建热风炉烘炉点火升温时段之外，正常运行时点火升温只需要十几分钟，这是因为该炉由2条机组组成，可根据立磨研磨的物料不同、物料含水量不同而任意迅速启动任意一个机组。

1．3热风炉自动化控制系统

立磨要求热风炉的所有机电设备与热风炉的温度、气氛、压力、煤的计量等等，必须全部实现自动化控制。热风炉自控柜只需要2根双绞线即可将热风炉所有参数通过计算机送人中控系统(DCS系统)。

2 热风炉的环保性能

2．1 NOx的控制

整个热风炉系统由双旋流煤粉燃烧器和高效节能型扩散式喷煤燃烧炉(均为国家专利)组成。双旋流煤粉燃烧器是一种新型煤粉燃烧器，具有良好的空气动力流场，能确保一定的煤风比例，使煤流、空气流均匀混合。扩散式喷煤燃烧炉是根据煤粉燃烧学原理和应用非氮化物燃烧新技术、空气分级燃烧技术、CO2高温回流技术等设计而成。在炉内还原区可产生大量的可燃气体，如：CO，CH₄等，然后进入炉内的第二阶段氧化区(见图2)。在炉内氧化区突然配人大量的新鲜空气与可燃气体产生放热反应，从而最大限度地抑制了NOx的产生。

2．2 SO_z、SO₃的控制

SO：、S03来源于原煤，进厂原煤必须选用低硫煤(S<1％)。若条件限制必须使用当地高硫煤，则应在系统之中考虑脱硫环保装置。

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2．3 CO的控制措施

主热风管上第一个配风阀门应常开，可调进大量的新鲜空气，使CO进一步氧化成C02进入系统，从而控制CO的生成量。检测结果证明，废气中CO的含量远低于国家标准。

2．4立磨以及热风炉排放粉尘的控制

在矿渣微粉生产线上，包括热风炉，全部实现负压操作，其废气排放含尘浓度在70mg/Nm₃以下，符合国家环保标准的要求。

3 设计要点

目前在国内矿渣微粉生产线之中使用的扩散式喷煤燃烧炉工艺生产线有两种形式：含有煤粉制备系统(图3)和不含有煤粉制备系统(图4)。

在整个工艺生产线之中，不论哪种形式，其目的都需解决两大问题：即煤粉燃烧效率的提高与污染物排放物的降低。如何解决这两个问题，也是我们不断探索和研究的问题。为此，我们重点从三个方面着手解决：煤粉的细度与计量；煤粉燃烧器；燃烧炉的设计与环保处理。根据上述原则与生产工艺，我们采取如下几方面新技术。

3．1空气分级燃烧与热气流(CO，C02)再循环燃烧

我们先将理论空气量的80%从燃烧器送入，使燃料在缺氧的条件下燃烧，产生了大量的H₂与CO。由于高温与适当的水蒸气(原煤之中的外来自然水分渗入反应)，同时可产生一定量的CH₄(甲烷)。

当含有大量可燃气体的气流运动到混合室时，我们有意识地补充大量的空气，热气流在此产生剧烈的放热反应，使未燃尽的碳粒子得到充分地燃烧。为了防止有少量C或CO未燃尽，我们又通过回风管再从混合室取回部分未燃尽气体，进入煤磨以烘干煤磨中的原煤，并携带这部分的水蒸气进入一次风到煤粉燃烧器，进行循环燃烧。这就是热气流再循环利用，减少了不完全燃烧的损失，提高了工业炉的热工效率。

3．2 低NO_x循环燃烧

从混合室出来的大量高温气流(约95%CO：)进入一次风携带煤粉送入炉膛，实现了O₂/CO₂：和煤粉的再循环燃烧。实验证明：在O₂/CO₂的环境下，NO_x的生成量随供入空气量的减少而减少。

3．3双旋流煤粉燃烧器

工业炉燃料燃烧器是非常重要的热工设备，我们研究的重点是用于煤粉热风炉之中的煤粉燃烧器。我们研究出系列双旋流煤粉燃烧器来配合扩散式喷煤燃烧炉。该煤粉燃烧器共2类16个品种，用于配套各种型号的煤粉炉，见图5。

该燃烧器的旋转气流是由空气流与煤粉流两股气流组成，同向前进，其中空气可分成直线或旋转气流水平前进。空气量与煤粉量、风速、旋转角度、配比均可调节，调节参数见表1。

表l一次风、二次风风速(m/s)

　　在这两种旋转气流的作用下，燃烧器出口形成负压区，使燃烧火焰形成一种旋转火焰，其火焰内音形成不同的压力空间。在火焰旋转燃烧过程中，可使未燃尽的煤粉颗粒重新吸回负压区，实现煤粉二次燃烧，使煤粉颗粒彻底燃尽。在旋转火焰前进的过程之中，由于产生了大量的回流火焰，使得燃烧火焰粗而短，燃料燃烧比较完全，火焰炉膛充满度良好炉膛空间各处温度基本一致，因而产生的热风风湿较均匀。

　　4 结束语

　　矿渣微粉生产线的实践证明：该热风炉系统的炼粉燃烧效率均可达到98%以上，炉渣含碳量均在2%以下，环保指标全部达标。

编辑：王欣欣

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