采用对称燃烧技术。每支油枪或气枪对称配2 、4、6或8支富氧喷嘴。富氧喷嘴的位置在某一同心园上,距离和角度一般主要根据火焰中心的长短及大小确定,,采用对称燃烧技术使燃料在炉膛中心强化燃烧,提高火焰温度,且由于辐射热与火焰温度和水冷壁管温度的四次方之差成正比,使得辐射热显著增加,而富氧量、线速和富氧喷嘴的尺寸等则需要根据燃料量和燃料特性通过系统综合优化来定。
对称燃烧对富氧喷嘴的要求:不改变火焰形状、强化火焰、提高温度。
链条锅炉、煤粉锅炉
采用s型燃烧技术或α型燃烧技术及四角燃烧,富氧喷嘴一般可以加在炉排底下、后拱、前拱、侧墙或四角等。目的是强化原有锅炉的火焰特性,使燃料和烟气在炉膛中
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的停留时间更长,从而充分彻底完全地燃烧,放出更多的有效热量。然后通过现场整体调节优化达到节能目的。
(图1)
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(图2)
(图3)
五.水泥窑炉富氧燃烧应用
水泥窑主要分立窑和回转窑两大类。将富氧助燃技术用于水泥窑,其意义正如武汉工业大学硅酸盐研究中心的李娟等老师等所介绍:富氧燃烧不仅能使燃料的燃烧时间大大缩短,有利于提高燃料的完全燃烧程度,而且还能提高火焰温度和黑度,从而改善窑内的传热条件,使窑的产量提高,热耗下降。这一措施经计算在技术上是可行的;山东建材学院的陈绍龙和周庆明老师在机械立窑上通过初步试验也证明:富氧燃烧对燃料的燃烧速度和燃尽度的提高作用十分明显,为缩短烧成时间,提高煅烧产质量提供了必
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要保证和可能;上海焦化厂设计院的计虎掌高工则对采用富氧空气助燃煤矸石生产水泥进行了简要的技术经济分析;我们通过多年的调研和分析后也认为,富氧助燃技术,用于水泥窑的节能减排同样意义重大。 1 富氧燃烧缩短燃料完全燃烧所需的时间
随着富氧浓度的提高,煤粉的燃烧时间缩短。如富氧的浓度提高到25%时,煤粉的燃烧时间可缩短16%左右。在空间尺寸不变的情况下,由于煤粉燃尽时间的缩短,煤粉燃尽的程度自然提高,这就减少了煤粉的不完全燃烧所造成的热量损失,达到节能的目的。另外 CO、NOx 等有害气体生成量也相应减少,有利于环保。 2 富氧燃烧提高了窑内气流对物料的辐射传热速率
在水泥回转窑内火焰向物料传热的主要方式是辐射传热,而窑内气流对物料的辐射传热速率又主要取决于气流的温度和气流的黑度,二者越高,辐射传热量就越多,这可以通过富氧燃烧来达到此目的。由于空气中氧气的浓度提高,相应可减少空气量,使得进入燃烧室的 N2量下降,火焰的总体积下降 (即火焰的体积流量下降)。在燃料的加入量不变的情况下,火焰的温度相应提高,提高的程度主要取决于空气中氧气的浓度。
如某厂水泥回转窑的台时产量为 26t/ h。煤耗为 0.25kg/ kg熟料,每小时烧煤量 6500kg,燃烧带的过剩空气系数为 1.1。燃煤的理论空气量为 6Nm3/kg(煤)。 由此看出,需含 O2为 21%的空气量: V =26000×0.25×6×1.1 =42900 Nm3/ h
在此空气中的含氧量 =42900×21%=9009Nm3 / h。当空气中氧气的浓度提高至25%时,所需的空气量则减少了16%。进入燃烧室的 N2 量相应下降 2 0 %,使得火焰的总体积下降,在燃料的加入量不变的情况下,火焰温度提高,提高的程度主要取
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决于空气中氧的浓度,当空气中氧气的浓度达到 25%时,经计算,火焰温度可提高 100℃左右。另外因入窑空气量减少,使得火焰中 CO2 与 H2O的体积百分比浓度升高。火焰的黑度也相应增大。
根据计算得知,当助燃空气中氧含量为 25%时,CO2 的体积百分浓度提高 17.5%,水蒸汽的体积百分浓度相应提高 17.7%,由于 CO2 与 H2O的浓度均增加许多,火焰的黑度相应增大,当空气中氧气的浓度为 21%时,火焰的黑度经计算为 0.2104,当空气中氧气的浓度为 25%时,火焰的黑度经计算为 0.2245,增加的程度约6.7%。火焰对物料的辐射传热量提高的程度经计算应为 20.4%, 回转窑其他各带的辐射传热量都相应提高,提高的幅度不会相差很大。 3. 稳定火焰形状,提高火焰温度
研究表明火焰形状和长度影响到熟料中 C3S 矿物的晶粒发育大小和活性,因此,在烧高强优质熟料时,必须调整火焰长度适中,且要求火焰形状稳定。通入富氧以后,燃料燃烧更加稳定,所以火焰的稳定性能得到加强。干法窑窑头火焰温度控制,视窑型大小而异,对于2000t/d 以下的窑型一般控制在 1650~1850℃之间,对于大型窑如 5000t/d 以上窑型,火焰温度控制在 1750~1950℃的较高范围内比较有利,采用高温烧成有利于熟料质量的提高和碱分的充分挥发,可获得低碱熟料。采用富氧燃烧技术,可使燃烧反应更加剧烈,从而提高火焰温度。 4.加快反应速度,提高升温速率
优质熟料形成要求在窑内过渡带升温阶段要求快速升温,促进熟料的矿物形成和烧结,通入富氧空气以后,可加快燃烧反应速度,提高回转窑内的升温速率。 5. 促进燃料完全燃烧,稳定窑内煅烧温度
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