Sinoswirl型大推力雙旋流燃燒器的應用

王文清，劉萬平，李亮，李寧

Sinoswirl型大推力雙旋流燃燒器的應用

Application ofthe Sinoswirl-type Large Thrust Double Swirl Burner

王文清，劉萬平，李亮，李寧

中材裝備集團有限公司熱工分公司主要從事水泥燒成核心設備預熱器、回轉窯、燃燒器和冷卻機的研發設計，相繼開發出1000t/d～10000t/ d各個規格型號的技術成熟、性能優良的設備，不僅可為業主提供單機設備，同時可提供專業的系統解決方案。

Sinoswirl型大推力、雙旋流燃燒器是我公司于2011年研發成功的新一代煤粉燃燒器，該燃燒器具有一次風比例低、燃燒器推力大、對煤質適應性強等技術特點，其卓越的燃燒特性在提高回轉窯煅燒能力、系統產質量及降低系統熱耗等方面有顯著成效。截至目前，該類型燃燒器已成功應用于上百條生產線。

1 工作原理

Sinoswirl型大推力、雙旋流煤粉燃燒器為四風道結構，從外到內依次為：軸流風、外旋流風、煤風、內旋流風，如圖1所示。

軸流風：最外圈布置，周向小孔均勻分布。設計風速300m/s以上，產生高速軸流風，形成較大的負壓卷吸區，可有效地卷吸高溫二次風，具有低風量、高風速、高動量的顯著特點。由于軸流風速很高，在同等推力下，風量較低，有效降低了入窯一次風量，從而有效降低了系統熱耗。

外旋流風：布置于軸流風道之內、煤風道之外，通過燃燒器頭部的旋流葉片裝置噴出。設計風速150m/s，提供噴射氣流的切向速度，有效控制火焰粗細，同時起到卷吸高溫二次風的作用。

煤風：布置于外旋流風道與內旋流風道之間，環狀結構。用于輸送煤粉，設計風速24～30m/s。

內旋流風：布置于煤風道內，通過旋流葉片裝置噴出。設計風速150m/s，起到打散煤粉，使煤粉與二次風充分混合的作用，并為火焰燃燒的中心區域提供氧氣。

通過這四個主通道的合理設計，實現噴煤管頭部較大的負壓卷吸區，可有效地卷吸高溫的二次風，確保窯頭煤粉的穩定著火燃燒。設置頭部攏焰罩，能保持回轉窯內良好的火焰形狀，提高煤粉燃盡率，防止局部高溫燒損窯皮。軸流風的小孔設計區別于環狀軸流風，既極大提高了出口風速，又有效避免了攏焰罩的磨損。該結構型式的燃燒器由于通道風速較高，可充分燃盡各種燃料，有利于提高劣質煤、無煙煤的使用率。

內外旋流的設計理念能使煤粉燃燒形成內、外兩個循環區域，實現煤粉的分層燃燒。內部循環是煤風在火焰中心劇烈混合的地方，但風量較小，燃燒時形成一定的還原氣氛，可在一定程度上還原高溫煅燒時形成的NOx，從而降低熱力型氮氧化物的排放。

2 結構特點

2.1 頭部特點

可拆卸結構，最外層為法蘭結構、螺栓連接，其余均為螺紋連接，有利于備件的更換。

考慮到工作環境極為惡劣，處在高溫堿性腐蝕區，因此材質選用高強耐熱鑄鋼。

出口面積無需調整，依靠各風道閥門的開度及風機轉速調節風速。軸流圓形小孔結構受熱后變形量小，使用性能穩定可靠。

內、外旋流角度根據不同煤質的燃燒特性進行有針對性的設計，利用兩股旋流風對煤粉的裹挾、打散及擴散，滿足不同煤質的煅燒需求，設置導流結構，降低出口阻力，提高使用性能。

煤風出口速度范圍控制合理，出口處的圓錐角度設計較小，減小磨損。

2.2 管體特點

管路布置順暢，以減少不必要的阻力損失。

各風道閥門配置合理，軸流風、外旋流風、內旋流風閥門選用渦輪渦桿調節結構，調節精度高，性能可靠，可適應各種工況的調節要求。各風道配置相應量程的壓力表裝置，用于生產中的調節指示。

2.3 煤風通道特點

煤風通道長期承受煤風沖刷，針對不同區域的不同耐磨要求，采用噴涂、堆焊等技術對煤風通道的關鍵位置進行耐磨處理，防止煤風對管體過度沖刷。送煤管道煤風入口處設置檢查孔，停窯時可隨時檢查磨損情況。

圖1 頭部剖面簡圖

3 風機配置及火焰調節

Sinoswirl型大推力、雙旋流燃燒器工作時需要兩臺具備變頻調速功能的羅茨風機供風，可將信號接入中控室內，以方便調整。其中軸流風單獨由軸流風機供風，內、外旋流風由旋流風機供風。風機參數要求如表1。

表1 風機參數

表2 保定和益煤粉參數（入窯煤粉）

表3 使用前后效果對比

表4 三都潤基煤粉參數（入窯煤粉）

表5 使用前后效果對比

表6 紅水河煤粉參數（入窯煤粉）

表7 使用前后效果對比

相比較其他單風機供風的燃燒器，雙風機供風有如下特點：

（1）單風機供風的燃燒器僅由一臺凈風機供風，其風壓配置較小（常見的有29.4kPa、39.2kPa），為保證燃燒器射流動量，其風量配置往往比較高（10%～12%），這樣勢必造成入窯冷風量偏高，導致系統熱耗提高；而Sino?swirl型燃燒器的風機配置特點是高風壓、小風量，軸流風機風壓可達96kPa，出口射流風速極高，在降低入窯總風量的同時，可極大提高燃燒器推力，使火焰剛勁有力。在實際使用中，兩臺風機入窯一次風總量約7%～8%，而燃燒器的推力卻可達1700 m/ s·%。

單風機供風的燃燒器所有通道均由一臺風機供風，各風道之間存在一定的關聯性，調節軸向風時，旋向風也會受到一定影響，調節旋向風時也是如此，因此火焰形狀調節受到較大制約。而Sinoswirl型燃燒器分由兩臺風機供風后，便可獨立調整軸流風道和旋流風道，靈活快捷地調整出適合不同窯況的火焰形狀。

Sinoswirl型燃燒器裝機功率比單風機供風燃燒器有所提高，且使用功率較小，考慮對于不同煤質的適應性及提產的可能性，留有較大余量。正常使用中兩臺風機通過變頻器調整至額定轉速的70%～80%，電耗基本持平。綜合考慮一次風量降低及熟料產質量提高等因素，Sinoswirl型大推力、雙旋流燃燒器優勢明顯。

4 實際應用

4.1 保定和益

保定和益3200t/d熟料生產線于2011年8月起使用我公司大推力、雙旋流煤粉燃燒器（型號：SKBS260），在使用前后物料配比及入窯煤粉基本一致的前提下，熟料產質量有明顯改善，詳情如表2，使用情況見表3。

燃燒器更換后，窯內煅燒溫度提高，燒成狀況明顯改善，可根據現場煤質情況靈活調節火焰形狀，系統適應性顯著增強。

4.2 三都潤基

該廠礦山質量較差，物料配比波動很大，系統對配料較敏感，fCaO合格率偏低。2012年10月使用我公司大推力、雙旋流煤粉燃燒器（型號：SKBS220）后，使用效果良好。詳情如表4，使用情況見表5。

4.3 華潤紅水河

該廠于2012年12月起使用我公司大推力、雙旋流煤粉燃燒器（型號：SKBS220），整體使用效果理想，詳情如表6，使用情況見表7。

燃燒器更換后，火焰剛性增強，窯內煅燒溫度升高，因煤質和物料波動產生的窯況波動能在短時間內恢復，熟料結粒情況顯著改善，之前存在的窯前飛砂現象基本消失。

5 結語

窯頭燃燒器是水泥煅燒工藝中的核心設備，Sinoswirl型大推力、雙旋流煤粉燃燒器設計理念先進、制造工藝精良，能充分發揮其優勢煅燒水泥熟料，為水泥企業帶來顯著經濟效益。■

TQ172.625.3

A

1001-6171（2014）04-0030-02

中材裝備集團有限公司熱工分公司，天津300400；

2013-11-09；編輯：呂光