煤粉燃烧器结构性能特点

       多风道煤粉燃烧器是指3个以上风道的燃烧器，其技术水平越来越高，结构越来越复杂。然而，经常会遇到同样规格型号的燃烧器在不同厂家同样型号回转窑上使用效果不一样，甚至同样工业分析数值的燃料却达不到同样效果的现象。造成这种现象的主要原因是燃烧器结构选择和工艺参数，与回转窑工况条件的针对性不强。笔者根据自己多年的生产经验和体会对此问题进行分析和探讨。

　　燃烧器不同风嘴形状的燃烧特点
　　煤风出口基本都是环形，所不同的是另外3个出风口。
　　1.外轴流风风嘴
　　有圆形和扇形两种。早期的三风道燃烧器外轴流风风嘴也有环形的，四风道燃烧器出现后大多不用。圆形又有直接在喷头上开圆孔的和单做成风嘴用螺口装在喷头上的，采用螺口的优点是风嘴具有可更换性。任何形状的风嘴其出口夹角都是至关重要的，角度大、射程近；角度小、射程远。具体确定多大角度，与窑型和所要求的火焰长度或者说高温带长度有关，高温带长度与所燃烧的物料有关。低温长火焰和急火快烧火焰的喷嘴角度相差甚远，要求设计者认真计算或根据经验确定。
　　2.旋流风风嘴
　　也有圆形和扇形两种。形状不是其性能的决定因素，而旋流角度才是决定因素。旋流角度大，径向喷射能力强；旋流角度小，轴向喷射能力强。旋流角度的确定与回转窑直径及燃料性能和所煅烧的物料都有关系。同样的窑型，同样工业分析数值的燃料，忽视了熟料配料方案，也就是说忽视了熟料的易烧程度，设计出来的燃烧器就达不到回转窑的设计产量。再就是如果煤的工业分析数值相似，一个用的是原煤，另一个是用好煤和劣质煤按一定比例搭配成的，这两种煤的燃烧性能肯定不一样，那么燃烧器上使用效果肯定不一样，甚至同样工业分析数值的燃料却达不到同样的效果。旋流角度一般在22觷～46觷之间，一般窑径小旋流角度小，窑径大旋流角度大；煤的燃烧性能好，旋流角度小，煤的燃烧性能差，旋流角度大。具体选择多大角度，需要设计者根据自己的经验确定。
　　3.内轴流风风嘴
　　第二种排列形式的燃烧器内轴流风风嘴出口为环形，风速高，风量大，主要作用是加快煤与空气的混合接触速度。第一种和第三种排列形式的燃烧器内轴流风风嘴出口为多孔板形式，风口为圆形，风速低，风量小，主要作用是稳定火焰，同时也有降低火焰中心温度，减少NOx排放的作用，也有叫做火焰稳定器的。
　　风压和风量对燃烧的影响
　1.煤风的风量和风压
　　风量和风压主要是起输送煤粉的作用。一般来说煤与风比例大，要求风压高，反之风压低。当煤与风比例大时，进入回转窑的冷空气少，有利于煤粉燃烧，但是浓度过大不利于煤粉扩散，影响煤粉与空气的接触速度，同样不利于煤粉燃烧。煤粉输送管道的风速同样也是一个不可忽视的数据，除了保证煤粉不沉积以外，还应尽量保证与燃烧器内风速一样，否则会引起煤粉喷出不均匀而造成回火。
　　2.净风的风量和风压
　　通常1台净风风机供外轴流风、旋流风和内轴流风，风量大小靠各风道的阀门调节。风速则是燃烧器设计者按照自己设定的风量计算得出的。在计算时若将外轴流风风速设计的过高，就会出现其送不过去或风压过高引起风机和管道发热、震动，并有怪声，其取值应在200～260m/s之间。关于净风风量也不是一成不变的。早期的三风道燃烧器一次空气量在12％～15％以上，四风道燃烧器一次空气量已经降到了6％～8％。但是按这个比例设计的四风道燃烧器，对于小回转窑、干法中空窑、湿法窑和老的余热发电窑等不适用。目前仍有烧特种水泥的这些窑型在运行，在为这些窑型设计四风道燃烧器时应该引起充分重视。

　　多风道燃烧器的设计
　　要根据窑型、燃料、所烧物料等基本情况有针对性地选择各风道排列形式和适合的喷嘴。
　　在风量的分配上，外轴流风占入窑总风量的1.6％～3％，旋流风占2％～2.6％，煤风占2.1％～2.5％，内轴流风占1.5％～2.4％。遇到上述落后窑型时应将一次风量再加大30％～200％。因为同直径的窑，窑内通风量都是一样的，即二次风量都一样多，因窑型的差别可使窑头加煤量差别很大。丹麦某公司提出用“相对动量”来表征燃烧器推力的表达式为一次空气量的百分数（不包括煤风）与喷出速度的乘积（％·m/s），其取值范围在1200～1500（％·m/s）内，这也是有条件的，若不管回转窑的大小及加煤量多少一概取这个值肯定不行。因为推力是针对加煤量而言的，推力小就不能实现煤粉与空气的快速接触混合。喷出速度受一定条件限制，不可能无限提高。当喷出速度一定时要提高燃烧器的推力只有加大一次空气量。老的余热发电窑的熟料烧成用煤及发电用煤都从窑头加入，一次风量自然要加大200％。对老的余热发电窑燃烧器的净风机按同直径预分解窑燃烧器的净风机配备，就是失败的设计。具体加大数应通过计算确定，尽可能的降低一次风量。

　　多风道燃烧器的不同结构特点决定了其不同的燃烧性能，不存在哪个最好和哪个最差的说法。本文所介绍的几种结构形式大部分都使用很好，但也有装在回转窑上不能使用的失败例子。要设计制造一个高质量的燃烧器，必须依据回转窑的窑型特点、物料煅烧要求及燃料性质等基本条件，有针对性的选择燃烧器的结构和合理的工艺参数。在风速的确定上，外轴流风风速180～260m/s，旋流风风速80％～150％，煤风风速20～30m/s，内轴流风风速40～60m/s。在确定外轴流风风嘴出口夹角时，为使喷出的轴流风有足够远的穿透能力，风嘴出口夹角不应大于18觷（角度太大，会使外轴流风形成喷雾状，而不是向前喷）。要使轴流风嘴有足够的向前诱导力，喷嘴长度不能小于30mm，最好在50mm以上，喷嘴太短，穿透能力差，喷出距离很短就失去前喷能力。旋流器的旋流角度应在25觷～42觷，选择角度的因素很多，应根据具体情况确定。

　  燃烧器各风道布置形式及燃烧特点
　　1.各种燃烧器风道排列形式
　　三风道燃烧器的布置形式基本一致，即从外向内为外轴流风、煤风和旋流风，中间加一点火（油枪）通道。一般情况下中心通道不用，通常将其封死。四风道燃烧器都是把最外层作为外轴流风道，中心通道用作点火通道。
　　2.不同风道排列形式的燃烧器燃烧特点
　　第一种排列形式：旋流风和外轴流风在出口处混合，使轴流风有趋向中心的流场，对旋流风具有较强的穿透力，以利一次风保持很高的旋流强度，有助于对燃烧烟气的卷吸回流。由于煤风置于旋流风和轴流风的双重包围之中，借以适当提高火焰根部CO2浓度，减少O2含量。同时在不影响着火速率的条件下，维持较低温度水平，有效抑制热力NOx的生成。而中心风则是为抵消高旋流强度在火焰根部可能产生的剩余负压，防止未点燃的煤粉被卷吸而压向喷嘴出口造成回火，影响火焰稳定燃烧。
　　第二种排列形式：煤风在外轴流风与内轴流风之间，低速喷出的煤粉出燃烧器就遇到高低速不同的两道直流风，大差速的风速有利于煤粉和空气的接触与混合，不同风速的两道轴流风产生的相对运动很快将煤粉轴向分散，再由旋流风将煤粉径向分散，使煤粉快速接触空气，加快了煤粉燃烧速度。内轴流风还将有规律的定向旋流风部分改变方向，使旋流风变得紊乱，使煤粉分散程度更好。同时，在中心部位的旋流风一般比内直流风的风量大、风速高，和第一、第三种排列形式相比较，火焰中心温度更低，有利于抑制热力NOx的生成，不会产生未点燃的煤粉被卷吸而压向喷嘴出口，造成回火影响火焰稳定燃烧的现象，对于低挥发分煤和无烟煤的燃烧非常有利。
　　第三种排列形式：煤风在外直流风和旋流风之间。煤粉出燃烧器后立即被旋流风沿一定角度扩散。这种形式布置的燃烧器很重视旋流强度对火焰的影响。当射流中心的旋流强度增大到某一值时会在射流中心建立起一个具有环形漩涡形状的回流区。火焰稳定性以及燃烧强度等参数均依赖于漩涡的尺寸和强度。改变旋流强度由调节内外风比例来实现。当旋流强度增加时，射流束各速度分量沿轴线方向衰减量增大，射程变短，扩散角增大，相应的火焰形状粗短，反之则火焰形状细长。而内轴流风则对调节中心负压值起到一定的作用，其中心负压调节范围为0～2kPa。