2017年第1期No.1 2017
斯普纪水滬导根
Cement Guide for New Epoch娆威论铋
中图分类号：TQ172.625.3 文献标识码：B文章编号：1008-0473(2017)01-0043-08 DOI编码：10.16008/jki.l008-0473.2017.01.006 S R4燃烧器在改善窑况和熟料质量中的作用 蔡长明
襄阳中和机电技术有限公司，湖北襄阳441000
摘要每个窑况都有自己的特征参数，抓住特征参数，让窑况受控。建立用10项参数全面数值化测评 燃烧器综合性能的数据模型（评分系统），来指导窑头燃烧器的头部改造和新燃烧器的设计和使用。坚持 “一煤一设计，一窑一修正”的设计理念，以燃烧器调查表为基础，从煤粉特性着手确定主要设计参数，以用户特定窑况做进一步修正；同时坚持新旧燃烧器10项结构参数的对比设计，对原燃烧器的性能优点予以传 承，并进行技术的改进和升级，力求改造后的燃烧器在生产中表现出优异的综合性能。在生产中，控制好二 次风温和窑电流，使用好燃烧器，不仅窑况稳定，熟料质量也好。
关键词燃烧器结构参数修正性能
0引言
国内预分解窑水泥生产线2015年统计有1 700 多条。每条窑况均具备各自的特征参数而区别于其 它旋窑。我公司在多年的窑头燃烧器生产调试中，深刻认识到二次风温和窑电流两个根本特征参数是 一条预分解窑生产线的关键工艺参数。只要抓准这 两个参数，窑况就会达到预期调整目标，使一般窑 况成为优质窑况，加上窑头燃烧器的精细调节，使 熟料结粒优化和持续高产，窑况进一步成为当地的 标杆。
1燃烧器+大参数与窑况的对应关系
如何充分发挥窑头燃烧器“节能降耗、优质 高产、低NOx排放、窑皮均勻、耐火砖使用寿命 长、窑况调整灵活、寿命长”的综合效能，这是我 们共同关注的问题。
2014 ~ 2015年我公司对国内十多家的燃烧器 典型结构和主要参数进行了研究，并与所在水泥厂 的窑况工艺参数逐一对比分析；同时结合我公司历 时17年燃烧器的设计调试经验，设定边界条件，现 场取煤粉，积极与华中科技大学煤燃烧国家重点实 验室合作，运用计算机仿真技术，把不同结构燃烧 器的火焰仿真情况做了优劣对比；总结出一套用10 项参数全面数值化测评燃烧器综合性能的数据模型 (评分系统），用于指导窑头燃烧器的头部改造和 新燃烧器的设计和使用。
2016年我公司坚持“一煤一设计，一窑一修 正”的设计理念，以燃烧器调查表为基础，从煤粉 特性着手确定主要设计参数，以用户特定窑况做进 一步修正。同时坚持新旧燃烧器10项结构参数的对 比设计，对原燃烧器的性能优点予以传承，并进行 技术的改进和升级，力求改造后的燃烧器在生产中 以优异的综合性能打动客户，在燃烧器生命周期内 保持优质窑况。国内常用燃烧器10大结构参数与火 焰及窑况的对应关系见表1。
2 SR4燃烧器技术特点
2.1结构特点
我公司SR4燃烧器见图1。其结构特点是：风 道排布从外至内为轴流风、煤风、旋流风、中心风 及柴油点火管道。
2.2 SR4燃烧器轴流风孔的典型特点
圆形孔，孔数少，单孔孔径大，动量损失 小。同样的风量和截面积，轴流风在窑内穿透料幕 的能力强，避免了高温峰值；当轴流风速超过45 1^3726〇111/8后，窑内因火焰回流增加，温度提 升明显，无烟煤、劣质煤的燃尽非常有利。拢焰 罩与火焰直接接触部位带有扩散锥，减少了对拢焰 罩的冲刷，拢焰罩长度缩短到5 mm。
2.3旋流风的特点
带10° ~ 25°扩散锥，可通过波纹补偿器调 整出口截面积和出风角度；扩散锥使火焰产生扩展
2017年第1期
No.1 2017 蔡长明：SR4燃烧器在改善窑况和熟料质量中的作用娆成论祕表1国内常用燃烧器10大结构参数与火焰及窑况的对应关系表
序号名称主要内容对火焰及窑况的影响
1轴流风截面积与
开孔方式
轴流风开孔面积、孔数、方孔或圆孔、
大型屋面板可调比例等。
一次风压大小，火焰推力（刚度），磨损寿命；
第二中心回流区强度；NOx排放量。最终决定烧
成带的长度。
2旋流风开孔面积
及可调比例
旋流风与轴流风面积比、调节方式、
出风方式。
黑火头的长度，旋流风强度；
一次风是火焰成型风；
旋流风决定火焰的宽度。
3火焰系数窑内净空间与燃烧器火焰直径比，火
焰直径与扩散锥直径比。
火焰的原始宽度，离料的远近，fCaO易烧程度；
火焰发散强度，第一中心回流区回流初始强度。
4火焰扩散角旋流风内壁扩散角和外壁扩散角两部
分
火焰粗细，在线可调性；
磨损后的补充值。
5旋流强度包括叶片的阻塞系数、沿程压损、旋
流角度、旋流数、旋流风速等
旋流风强度，头煤燃尽时间；
对煤粉细度、高内水的适应性。
6燃烧器出口送煤
风速
一般按照22〜28 m/s
与煤粉的K相对应；
煤粉K < 15%，建议22〜24 m/s。
7火焰推力包括设计推力、使用推力和优质熟料
结粒实际所需的推力。
保证国内头煤的燃尽时间，中国煤炭分布，着火
点与燃尽时间不同；
新型环保包装材料
保证熟料的良好结粒，既不粗大，也不太细，立
升重偏低影响窑况。
8一次风率包括设计一次风率，在用一次风率，
一次风机风量和电机功率满足生产的
程度。
烧成带窑皮厚度，更换煤品种后的适应性，异常
工艺事故处理能力。
9稳焰器中心风孔板截面积，中心风开孔个数
与单个直径。
火焰燃爆程度，窑皮平整度，第一中心回流量的
大小，黑火头长度。
10拢焰罩（防磨罩）包括长度厚度与扩散角。
6 m~12 m位審皮温度；
燃烧器头部结焦速度与硬度，在线清焦难度。
触料。旋流风通道采用轴流式旋流器，阻塞系数一 般小于0.4，降低了气动阻力，可以产生足够的旋 流强度。
中心风孔为均布小圆孔，截面积占比大，起 稳定火焰、调整旋流强度和冷却头部作用。中心风 孔板面积大，第一中心回流空间大，火焰稳定性 好。
该燃烧器冷态下与窑的交点一般在窑长度90% 的位置。热态交点主要视熟料质量状况确定。
盛德提银机3在改善窑况中的实际表现与作用
3.1山西A 2 500 t/d生产线高M g O熟料调试恢复强度的案例
业主2016年4月开始使用头部改造后的窑头 SR4燃烧器。4〜7月熟料产量和质量都比改造前有 明显提高。自8月开始，因用户石灰石矿山发生变化，
图1SR4燃烧器
性射流，尽量多地从火焰中心回流高温二次风，缩 短黑火头。能快速适应煤质的波动和原料的变化，同时调节出粗细适当的火焰形状，使火焰近料而不
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斯世纪水滬專根
Cement Guide for New Epoch後成论杨
辦拉^重由1260 ~ 1300的下_!11100 ~ 1200的，窑 前飞沙加大，二次风温降低50 t左右，熟料28 d强 度由56 MPa以上降低到53MPa的危险边缘，熟料混 合材掺量降低3%，影响到企业效益。我公司接到 业主传真后，及时派出专业技术人员协助业主调 试。
2016年9月30日到厂后，与业主中控室管理
人员一起查熟料质量：立升重=1 100 g/1左右，fCaO=2_ 1%，二次风温870 t，窑电流均值(550 士50)A。熟料糠心料占50%，窑前有个别直径超过 20 cm的窑皮料，链斗机内有20%飞沙料和白灰，窑前昏暗。燃烧器扩散锥在〇位，内外风42 kPa左 右。测筒, —档轮带前240 ~ 290 ^, 9 ~ 13 m 位290 ~ 350 18 m位温度最高点到372 t，20 m位^350^：, 23i»(it240~270T；,30m f4260 ~ 300T：, 41 m360 头煤增加0.3 t/h至7.8 t/h顶烧。熟料立升重开始上升。
中午向业主报告：（1 )燃烧器火焰过于靠
料，部分火焰扎向料层。燃烧器黑火头50 cm，定
位太靠窑内。有可调空间。（2)高MgO配料，熟
料的铁建议调高到3.4%，减少煅烧难度和提高熟料 立升重。业主果断决策，燃烧器水平靠料左右回调 了20 mm，上下调高8 mm。熟料结粒整体变小。内风扩散锥向管道内调小4 mm，提高一次风压到内43 kPa，夕卜45 kPa。晚上6:00又将内风调到 46 k P a，外风43 kPa。火焰亮度提高。窑前飞沙 有减少趋势。fCaO下降到合格范围。
10月1日，上午业主将二次风闸板由70%提局 到80%，将高温风机由37.5Hz调整到35 Hz，实验 高温风机用风的余量。10:00出现致密黄心料，未 成功。恢复高温风机90 A电流和3 020 t/d窑产量。下午将燃烧器清焦后，保持在38 Hz,—次风压 38 kP a，熟料很致密，立升重也在1200 g/1左 右，没有明显提髙。fCaO合格。17:00扩散锥调 整到+6 mm，内风50 kPa，外风48 kPa，火焰亮度 立即提高30 ~ 50丈，窑前亮度增高，飞沙料进一 步减少。查看熟料直径1cm料比较致密，小铁锤砸 开困难，端面熔融物达到70%以上。因12 m~ 14 m 窑筒体温度居髙不下，在350 ~ 370 ^,16: 53试 着撤头煤从7.5 t/h分2次2 h撤到6.9 t/h。窑电流没有 明显变化，熟料立升重有下降。21:30因立升重降低 到1140的，同时入窖生料沿拼高，头煤加回7.2 t/h (一次风压 18.3kPa)。
煤磨出磨温度54 进磨150 ~ 180 煤磨压差3 200 Pa〇煤粉的全水在4.5%左右。需要高强 度和宽的火焰。将燃烧器拉出到窑外30 cm。煤粉燃 烧缓慢，分解炉温度倒挂890 t-875 ^=15t。分 解炉出口温度
提不起来。窑电流平均值在480 A左 右。将燃烧器现场表压提高到48 kPa，10 min后分 解炉温度倒挂现象消失，烟室温度下降17 分 解炉出口温度可以提高到890 分解炉出口温度 保持在890 窑电流偏高到550 A，比875 ^高70 A，窑皮量增加，熟料立升重有提高，烧成 带12 m~ 14 m最高温度普遍下降10丈左右，整体 副窑皮有增长趋势。9:00与中控窑操一起，取熟料 筛余颗粒做立升重，1180 g/1，没有发现问题。
二节滑轨10月2日上午，业主将燃烧器扩散锥调整到-12 mm (向窑内方向，火焰扩散角增加），因内风截面积加大，一次风压降低到37 kPa。增加一 次风机频率到48 Hz，增加了9 Hz。一次风量与用 户第一根燃烧器持平。高温风机增加到38.5 Hz，电流90 A。
与业主沟通，业主讲：（1)已经交代化验室 将由 2.8调减到2.5 ~ 2.6还没有到位；（2 )怀疑 我们燃烧器火力强度不够导致熟料立升重上不去。我们向用户分析了这两天窑况：现在整体烧成带温 度高，窑前火焰亮度刺眼，窑电流波动值由110 A 减小到70 A，熟料致密度高；敲开熟料，断面熔融 物达到70%~ 90%。可以排除我们燃烧器火焰强度 问题。立升重不高是由生料成分引起的。
10月2日下午3:00观察窑内火焰亮度同比昨天 温度偏低50 T左右，飞沙料腾起量增加。燃烧 器前方3 m位火焰宽度在2 m左右，比昨天增加 50%。测筒体温度，一档轮带前240 ~ 290 8 m 位340 t，12 m~ 14 m位置330 ~ 360 t,18 m位温 度最高到330 T；,23 m位240 ~ 270T；,30 m~ 32m 位260~ 180丈，4
1m位320尤。窑皮在增加；检查 熟料，大于2 cm粒料表面正常，内心有40%糠心微 孔料；5 mm~7 mm熟料结粒密实度有提高。
下午对比分析了去年10 ~ 11月与当前熟料全 分析熟料，认为偏差在液相和液相粘度上。去年熟 料中的铝在4.6%左右，今年在5.0%左右；去年熟 料中铁在3.3%左右，目前在3.0%左右；去年氧化 镁高到5.2%左右，今年在4.7%左右；目前液相量 虽然同比下降了28.5%-28.1%=0.4%，主要是液相粘度增加，烧成难度有所加大；去年M gO在5.5%左
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No.1 2017蔡长明：SR4燃烧器在改善窑况和熟料质量中的作用娆成论祕
右，熟料立升重可达1 300 g/1，今年4月使用我公司 SR4燃烧器熟料立升重为1280 g/lQ
10月3日大夜班：熟料中Si02大于21.8%，熟料 整体结粒细小。虽然立升重大约在1 220 g/1左右，但fCaO小于0.8%，说明熟料中Si02可能含有结晶 硅，确实对熟料结粒影响偏大。早上8:30业主通知 将扩散锥由-12 mm位置调整到+6 mm位置，一次风 压提高到46 kPa，观察火焰上下离料偏远，靠料调整尾端千斤顶4 m m，同时内风压力大于外风5 1^^(52 1^^-47 1^^)，即使熟料^^=0.92，fCaO也降低到1.0%左右。C3S保持在56%以上。熟 料连续几天3 d抗压强度在29.5 MPa以上。看熟料溶 融物情况，28 d抗压强度不会降低。9月26〜28日3 d抗压强度与熟料的全分析、立升重的对应关系见 表2。
小结：在熟料M gO下降、Si02升高、窑况变化
表2 9月26〜28日3d抗压强度与熟料的全分析、立升重的对应关系
曰期 3 d抗压强度/MPa fCaO/%立升重/(g-r1)AkOa/%Si〇2/%Fe2〇3/%CaO/%K H+K H~C3s/%MgO/% 26日26. 90. 871218 5. 0221. 56 3. 1763. 550. 8910. 87852 4. 30 27日29. 7 1. 31115 1 4. 8521. 18 3. 2164. 100. 9270. 90057 4. 40 28日29. 8 1. 261140 4. 8021. 00 3. 1864.000. 9250. 90357 4. 63说明：（1))熟料的负册要保证在0.90以上，只要fCaO低于1. 3%，立升重即使在1160 g/1左右，也不影响熟料强度的 发挥。如果负^^低于0.88，即使立升重大于1230 g/1，fCaO低于0.8%，熟料强度也受到影响。
(2)通过降低Si02到21.4%以下，提高生料册，是提高目前熟料沿挪降低生料易烧性的重要途径之一。
情况下，通过增加火焰强度，火焰靠料调整，将 熟料尼ff=0.93的fCaO烧低到1.2%左右，提高C3S到 56%以上，能恢复熟料强度。窑熟料产量保持在 3 100 t/d〇
s100无人机现场熟料结粒见图2。
图2现场熟料结粒情况
3.2山东某3 200 t/d生产线提高高碱熟料强度的调试案例
2014年山东某3 200 t/d生产线连续多月熟料强 度偏低，3 d抗压强度只有28〜30 MPa，28 d抗压强 度在48〜50 M P d间。熟料结粒偏大，粒径在<510 cm 以上的熟料比例达到20%。敲开大块熟料，白心生 烧料和糠心料多。当地原料碱高，熟料中碱当量 在0.8% ~ 1.3%，生料易烧性好。虽然有意控制(：5筒下料管温度在865 T以下，但当入窑生料成分波 动，燃烧器火焰变形或者调节燃烧器火焰变长时，大块糠心料依然偏多。2015年选用我公司SR4燃烧 器后，3月份进入生产调试。2015年3月1日窑开始 投料，3月9日窑达到额定台时，窑投生料280 t/h，窑速4.4 r/min。下文介绍热态窑况的调整过程。3.2.1燃烧器黑火头的调整
调整前黑火头偏长，在60 cm左右。在保持头 煤送煤罗茨风机出口风压波动小于1.5 kPa的前提 下，逐步减少头煤送煤罗茨风机的频率，由48 Hz减 少到42 Hz，燃烧器黑火头减少到20 cm〜30 cm；二次风温提高到1040 °C以上。烟室温度由1 130尤下降到1 100 T：左右。
3.2.2熟料粒度的调整
(1 )对一次风机出口压力按39 kPa、35 kPa 和30 kPa各烧4 h，对比出窑熟料的结粒变化情 况。确定在35 kPa—次风机压力下，熟料的立升重 高，平均值为1363 g/1; 3 h的fCaO平均值最低，为
1.38%〇
(2) SR4燃烧器在点火初期，扩散锥在0位，熟料结粒依然偏大，包心料没有好转迹象。先将旋 流风扩散锥标尺调到-5 mm，期待提高燃烧器的旋 流强度，但1〜2 h后，发现熟料结粒变大，敲开大 块熟料糠心料的比例在升高，窑口有持续不断的 020cm大蛋滚出。这说明调整扩散锥膨胀节的方 向反了。立即将膨胀节标尺向+5 mm调整。窑口滚 出的O20 cm大蛋熟料基本消失，熟料整体结粒变 小，90%以上的熟料结粒小于060mm，飞沙料的 比例小于5%。但熟料中仍有5%左右的疏松黄心料 难以避免。将膨胀节标尺向+ 10 mm调整，再烧2 h 情况依然。
(3)燃烧器的离料调整。考虑到燃烧器初期
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定位与窑的交点在60 h位，而且一次风压已经提高 到35 kPa，是否因为燃烧器尾端火焰提前与分解良 好的高碱料接触形成酥松包心料到窑前烧不透造 成？
大家讨论后，就尝试压低燃烧器的尾端定位，每次调整10 mm，相当于燃烧器头部抬高3.3 cm。观察2 h后熟料结粒情况，疏松黄心料比例逐步减 少。在连续调整30 mm后，疏松黄心料基本消失。95%以上的熟料结粒小于4>40 mm，飞沙料的比例 小于5%。熟料结粒和泽基本正常。
3.2.3窑况风煤料平衡的调整
熟料结粒基本正常几天后，二次风温不稳定，在1 000〜1 060 T范围波动。烟室温度有时升 高到1 130 二档轮带到窑主电机位置窑皮垮落频繁。fCaO在1.5%〜3.0%之间波动。我们对头尾 煤比例和三次风闸板开度进行了精细调节。针对 高碱熟料fCaO偏高的特点，制定头煤调整制度：只 要fCaO连续2h低于0.6%，就减少头煤O.l t/h；在熟 料立升重降低到1 300 g/l以下，且fCaO升高到2.0% (高碱料高KH，fCaO比正常熟料时高），就预加 头煤0.2 t/h。尾煤以保持C5下料管温度、分解炉出 口温度在85
5〜865 ^范围为主，窑主机电流因为 脱落发热和窑变形失去参考意义。三次风闸板开度 以分解炉中部和出口温度偏差小于10 T(两路仪 表温度都已校验准确，K型热电偶插入炉壁深度都 为30 cm)为微调依据。温度偏差持续几小时高于 15 就调高三次风闸板2%/4h。三次风闸板开度经过几次调整，到48%后，二次风温稳定在1 030〜1 080 T，烟室温度稳定在1 060〜1 080 T 范围。窑皮频繁垮落的现象基本消失。肖秀丹
3.2.4配料方案的优化
参考一般熟料的配料经验，熟料成分按照X//=0.92±0.02, SM=2.7±0.1，熟料中Al203=4.7%土0.1%控制，但窑投料一周后，发现熟料3d抗压强度 有时低于30 MPa，最低时只有26.5 MPa。且波动偏 大。双方组织力量进行了仔细排查：与其他单位熟 料和生料全分析对比，数据正常，分析误差在合格 范围；熟料结粒正常，没有糠心料影响到熟料强度 的发挥，熟料立升重保持在1 300〜1 350 g/1；查 高碱熟料的煅烧特点，钾硅酸钙带走一部分CaO，使得有效变小，按常规包格公式计算的C3S已经 打了折扣。在熟料fCaO低于2.0%的情况下，逐步提 高熟料的尤好值。在熟料尤丑升高到0.95 ±0.02后，熟料易烧性变差。将轴流风压提高到42 kPa，旋流 风提高到45 kPa，以提高第二中心回流区火焰强 度，提高生料的预烧性，减少烧成带煅烧难度。补 偿一次风压升高，黑火头增加，降低烧成带温度，将内风表压提高，超过轴流风表压5 kPa。熟料3d 抗压强度基本稳定在30〜33 MPa范围，28 d抗压强 度提高到53 MPa以上。
3.2.5调整效果
2015年5月7日，双方对2015年3月1日到5月5 日两个月的熟料质量进行了统计：3d抗压强度月 均值31.9M Pa，28 d抗压强度月均值为54.8 MPa。生产42.5级水泥，熟料的配比下降8%，吨水泥生 产成本下降8元，月均熟料产量由3 850 t/d提高到 3 920 t/d〇
小结：在生料易烧性发生变化后，必须及时调 整火焰予以适应。熟料结粒、圆球度和颜是窑况 调整的根本出发点和方向。加上燃烧器良好的可调 性，为建立优质高产的标杆窑况打下坚实的基础。
图3调整后熟料结粒情况
调整后熟料结粒情况见图3。
4如何让窑况“听话”
4.1抓准窑的特征二次风温
在生料成分、生产用煤热值、篦冷机工艺设 备、窑投料量、高温风机拉风、窑尾含氧量等基本 参数确定后，二次风温只在一个较小的范围内波动 (一般波动±20T左右），二次风温与实际头煤 用量之间就建立了一定的对应关系。在我们调试的 多条生产线中，头煤的真实流量受煤粉仓的仓重、煤粉进仓
点、送煤罗茨风机压力、煤粉秤的动态计 量特性等因素的影响，实际是动态多变的，有时在 窑内没有垮圈掉窑皮的情况下，也会给二次风温带 来30〜50 t的波动，如果发现偏迟，熟料质量受
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