加熱沒香《工業(yè)加熱》第35卷2006年第1期水煤漿技術(shù)在煅燒回轉(zhuǎn)窯上的應(yīng)用與研究李華清!,謝水生1,劉金平2(1.北京有色金屬研究總院有色金屬材料制備加工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京10008;2.南昌大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,江西南昌330029)摘要:水煤漿技術(shù)是清潔高效的燃用煤技術(shù),可以大幅度提高煤炭的燃燒率,降低粉塵和硫化物污染程度,是高能耗工業(yè)大有前途的供能方式。結(jié)合制鎂企業(yè)煅白制備過程的工廠實(shí)踐,對(duì)水煤漿技術(shù)在煅燒回轉(zhuǎn)窯上的應(yīng)用進(jìn)行了初步探索和研究,總結(jié)了回轉(zhuǎn)窯使用水煤漿加熱的關(guān)鍵問題及其注意事項(xiàng)和解決辦法。關(guān)鍵詞:水煤漿;節(jié)能技術(shù);回轉(zhuǎn)窯中圖分類號(hào):TF8;TK9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1002-1639(200601-0028-03The application and Researching of cws to the Calcining Rotary KilnLI Hua-qing, XIE Shui-sheng, LIU Jin-ping(I. General Research Institute for Nonferrous Metals, State Key laboratory for Fabrication and processing of Nonferrous MetalsBeijing 100088, China; 2. Nan Chang University, Nanchang, Jiangxi 330029, China)Abstract: The Water-Coal-Slurry technology can improve the burning efficiency of coal and reduce the pollutions of dust and sulfur oxide byburning coal. It's the promising energy technique. The present paper studied the basal problems for applying the Cws on the rotary kilnsduring the calcining-dolomite process, summarized the key points of process and gave the corresponding resolvents.Key words: coal water shurry; technology of energy saving; rotary kiln前言2Ⅰ水煤漿燃燒的4個(gè)階段(1)不等溫加熱階段:主要是蒸發(fā)水分、預(yù)熱及霧化。水煤漿是一種清潔高效的煤炭燃燒方式。作為代(2)水分蒸發(fā)階段:快速加熱使煤漿中水完全蒸發(fā),油能源,近20年來在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用與推煤顆粒結(jié)團(tuán)廣。中國(guó)從上世紀(jì)80年代開始著手大規(guī)模研究水煤漿(3)揮發(fā)分析出與燃燒階段:水煤漿中的揮發(fā)分析技術(shù),目前已經(jīng)在理論研究和應(yīng)用技術(shù)方面取得了很出并開始點(diǎn)火,是形成火焰階段。揮發(fā)分自煤粉中分離大的成功1-3出來后向外擴(kuò)散,遇到向煤粉粒子擴(kuò)散的氧分子而燃燒,由于原煤的燃燒效率通常只有70%左右,而使用水因此在煤粉粒子外圉形成了一層燃燒產(chǎn)物層,如果煤粉煤漿則使煤炭的燃燒效率可達(dá)98%以上,因此推廣水煤與周圍空氣間的相對(duì)速度如果太小,這一層燃燒產(chǎn)物將漿技術(shù)具有重大的節(jié)能意義。由于水煤漿燃燒充分,經(jīng)很難消散。過除塵和除硫,燃燒水煤漿可以大大緩解燃煤造成的粉(4)焦炭燃燒與燃燼階段:是水煤漿強(qiáng)烈燃燒階段。塵和硫化物污染4s。水煤漿中煤顆粒的內(nèi)在水和附著水產(chǎn)生水爆,伴隨著水熱還原制鎂企業(yè)使用的煅燒回轉(zhuǎn)窯通常采用燃燒重煤氣反應(yīng),由于高速流入的二次空氣,使煤粉顆粒周圍油和煤粉來供熱,能源消耗量巨大,以水煤漿代替煤粉供氧充分,所以燃燒劇烈而完全,以致最后焦炭燃燼?；蛑赜?可以節(jié)省煤炭和石油資源,增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益,表1中的數(shù)據(jù)反映出,水煤漿中水分的蒸發(fā)階段很緩解國(guó)家能源緊張的局面短,所占時(shí)間不足全部燃燒時(shí)間的3%;揮發(fā)分析出與燃2水煤漿的燃燒機(jī)理燒階段所占時(shí)間為10%左右;80%以上的時(shí)間是焦炭的水煤漿燃燒的基本原理是:將水煤漿在燃燒器附近燃燒與燃燼階段。水分蒸發(fā)對(duì)水煤漿的燃燒遺成的影響進(jìn)行預(yù)熱蒸發(fā),然后在壓力介質(zhì)作用下,使煤、水、氣很小,更有利于揮發(fā)分的析出,以及發(fā)生水煤氣反應(yīng),因三項(xiàng)物質(zhì)均勻霧化,以利于煤漿水分的快速蒸發(fā)和煤中此水煤漿的燃燒劇烈而充分。可燃成分的高效率燃燒表1水煤漿燃燒過程的時(shí)間分布項(xiàng)目預(yù)加熱水分蒸揮發(fā)分析出焦炭燃燒與階段發(fā)階段與燃燒階段燃燼階段總計(jì)收稿日期:2005-09-13甚金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50374014)燃燒時(shí)間/s0.214649,4作者簡(jiǎn)介:李華清(1967-),男,博土研究生,研究方向?yàn)橛猩珪r(shí)間百分比3524510.586.7100金屬及合金加熱設(shè)備《工業(yè)加熱》第35卷2006年第1期2.2水煤漿燃燒過程分析則直接影響中心部位回流區(qū)的形成和回流區(qū)的大小。通(1)水煤漿中含有30%~40%的水分,因此水煤漿?；鹁鎻埥墙橛?5~40之間,另外火焰控制需要根據(jù)在燃燒時(shí)要損失部分熱值(大約3%~4%,由于燃燒所回轉(zhuǎn)窯的尺寸進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整需的熱量增加,所以水煤漿存在燃燒滯后的現(xiàn)象。(3)霧化介質(zhì)與用量的選擇:燃燒水煤漿時(shí)的霧化(2)水煤漿燃燒時(shí),首先蒸發(fā)出水蒸汽和碳?xì)浠辖橘|(zhì)普遍釆用壓縮空氣或過熱蒸汽,燃燒每公斤水煤漿物氣體,再在高溫下裂化成較小分子量的可燃?xì)怏w及固所需的助燃空氣量約為8m3。由于霧化介質(zhì)的使用量較體煤粒,然后這兩種成分燃燒。由于水分蒸發(fā)形成水蒸大,選擇不同的介質(zhì)會(huì)涉及到燃燒工序的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。因氣,與焦炭粒子發(fā)生水煤氣反應(yīng),使水煤漿的燃燒非常此雱化介質(zhì)要根據(jù)成本核算進(jìn)行慎重選擇。如能提供純劇烈(水煤漿與煤粉燃燒釋放的熱值對(duì)比參見表2)氧助燃,必可顯著提高燃燒溫度,然而工業(yè)窯爐供純氧表2水煤漿與煤粉燃燒熱數(shù)據(jù)比較成本過高,而采用富氧鼓風(fēng)卻不失為一種好方法。水煤漿中的水分蒸發(fā)熱占總水煤漿與煤粉3火焰的控制水分含量(%)燃燒熱的比例(%)燃燒熱比值火焰長(zhǎng)度:是水煤漿從開始燃燒到完全燃燼的時(shí)間內(nèi)氣流在窯中所走的距離,即燃燒帶長(zhǎng)度。煤漿的燃燒速度2034與煤粉細(xì)度、煤粉與空氣混合情況、一次及二次空氣的比4058187例等因素有關(guān)。煤粉越細(xì),或提高一次空氣所占比例,均(3)伴隨著揮發(fā)分的析出,水煤漿霧滴迅速干燥,所能使燃燒速度提高,從而使火焰縮短?；鹁骈L(zhǎng)度過短時(shí),形成的炭粒比煤粉顆粒具有更大的比表面積和微孔容積燃燒過于集中,會(huì)導(dǎo)致局部溫度過高;火炬過長(zhǎng)時(shí),局部參考表3。比表面積及微孔容積的大幅度增加,加快了煤燃燒不充分,而逸出大量CO,氣體中℃O含量劇增,氧濃粒燃燒時(shí)的化學(xué)反應(yīng)速度,提高了燃燒的充分程度。因度下降,從而造成不完全燃燒;另外火焰過長(zhǎng),易使煙氣此水煤漿的燃燒效率通常在96%~99.8%之間溫度提高,熱損失增加,加大煤漿消耗量。表3水煤漿與煤粉燃燒殘?zhí)康谋缺砻娣e和微孔容積實(shí)際生產(chǎn)過程中,火炬射程控制在10~30m之間,物理性質(zhì)煤粉-炭水煤影炭火炬的射程還必須與爐膛的結(jié)構(gòu)尺寸相匹配。比表面積/m11533空氣過剩系數(shù)的控制微孔容積ml·gl0.080.12燃燒過程需要的空氣分為兩部分供給是必要的。(4)因?yàn)樵谥苽渌簼{時(shí),往往需要添加一些含鈉次空氣(包括霧化壓縮空氣和高壓噴出霧化煤漿時(shí)產(chǎn)生的化學(xué)添加劑,致使煙塵中Na2O含量較高,導(dǎo)致煙塵的負(fù)壓帶人的空氣兩部分)與煤粉混合后噴入回轉(zhuǎn)窯中;二電阻率下降,從而有利于尾煙的靜電收塵。因?yàn)槿紵却慰諝饨?jīng)過風(fēng)機(jī)抽送及燒嘴的擾動(dòng)噴入窯中供煤粉燃燒較充分,尾煙中灰塵含量已經(jīng)很低,經(jīng)過靜電除塵后,排之用。一次空氣主要是供給煤中揮發(fā)分的燃燒,二次空放的尾煙符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到林格曼黑度零級(jí)。氣則為燃燒煤粉粒子所必需。一次風(fēng)和二次風(fēng)配比要適當(dāng),一般情況下一次風(fēng)量約占10%~15%,甚至更低,3水煤漿燃燒過程主要工藝參數(shù)的控制這主要取決于煤漿在爐內(nèi)能否保持良好的燃燒氣氛。水煤漿燃燒過程涉及到諸多因素,其中以霧化控制、若把燃燒所需全部空氣一次性與水煤漿混合,則揮發(fā)火焰控制、空氣過剩系數(shù)的控制對(duì)燃燒狀況影響較大,下分開始燃燒時(shí),部分沒有參加氧化反應(yīng)的空氣會(huì)吸收熱量面分別進(jìn)行討論并隨煙氣排放,從而降低窯內(nèi)溫度。而采用分步送人的方31霧化參數(shù)的控制式將強(qiáng)烈擾動(dòng)的二次空氣迅速擊碎包圍在煤粉粒子外圍的噴嘴霧化是水煤漿燃燒的關(guān)鍵技術(shù)之一,霧化性能燃燒產(chǎn)物層,增加了煤粉與空氣的接觸使煤粒充分燃燒。的好壞直接影響水煤漿的燃燒效率。水煤漿要求有足夠進(jìn)風(fēng)量的大小可根據(jù)空氣過剩系數(shù)δ來控制?？諝膺^的噴出速度以及較高的動(dòng)能,以便得到細(xì)小的水煤漿霧剩系數(shù)δ指實(shí)際燃燒所用的空氣量與燃燒需求空氣量理論化液滴、合適的煤漿霧化噴射角和火炬射程計(jì)算值之比。δ值過大、過小都會(huì)影響燃燒溫度,參見表(1)噴口速度和壓力參數(shù)的選擇:水煤漿以噴霧方4,故合理控制δ值是控制燃燒溫度的主要措施。實(shí)際生式進(jìn)入燃燒區(qū),入口速度很高,一般為200~300ms;產(chǎn)中值一般控制在105~115之間水煤漿壓力介于04~07MPa之間,霧化介質(zhì)的壓力介表4空氣過剩系數(shù)與水煤漿燃燒狀況的關(guān)系于07~1.0MPa之間。兩者的壓差應(yīng)當(dāng)盡量接近,相差空氣過剩燃燒狀況太大會(huì)造成負(fù)壓堵塞,影響生產(chǎn)系數(shù)δ(2)霧化噴射角的控制:嘖嘴的霧化噴射角要與所δ>1水煤漿燃燒完全,燃燒產(chǎn)物中有多余的O2,燃燒溫度較低采用的燃燒器相適應(yīng),以得到合理的霧化角度。霧化角δ<1燃燒反應(yīng)不完全,CO2含量高,結(jié)渣現(xiàn)象嚴(yán)重,燃燒溫度偏低太大,火炬過分?jǐn)U張容易引起粘壁現(xiàn)象;若霧化角太小,δ=1水煤漿燃燒充分,燃燒溫度最高H理一加搞設(shè)備《工業(yè)加熱》第35卷2006年第1期經(jīng)過預(yù)熱的二次空氣對(duì)于提高水煤漿的燃燒溫度有很炬形狀以及火炬長(zhǎng)度等工藝參數(shù)是獲得最佳燃燒效果的大幫助,隨著預(yù)熱溫度的升高,水煤漿的燃燒溫度會(huì)隨之有效途徑升高(影響幅度參見表5)。實(shí)際操作中二次空氣通常預(yù)熱5結(jié)語至300~500℃后送入回轉(zhuǎn)窯,以獲得較高的燃燒溫度。水煤漿技術(shù)是清潔高效的燃用煤技術(shù),在熱還原制另外,隨著空氣過剩系數(shù)的增加,燃燒溫度趨于下降。表5二次空氣預(yù)熱溫度與空氣過剩系數(shù)對(duì)鎂企業(yè)以及能源消耗量較大的工業(yè)企業(yè)具有很好的應(yīng)用水煤漿燃燒溫度的影響℃前景。掌握相關(guān)的技術(shù)參數(shù)后可以使煤炭的燃燒效率從空氣預(yù)熱溫度不同空氣過剩系數(shù)對(duì)應(yīng)的水煤漿理論燃燒溫度70%提高到98%以上,是節(jié)省能源和企業(yè)增效的一個(gè)理8=1.0d=1.1想的能源利用形式。同時(shí)由于粉塵污染和硫化物污染被172215791432大幅度降低,也達(dá)到了國(guó)家規(guī)定的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。20Cl881l7621644400203819371835參考文獻(xiàn):4影響水煤漿燃燒過程的關(guān)鍵因素[l]朱霞,陳俊.水煤漿燃燒技術(shù)探討[J.工業(yè)鍋爐,2004,影響水煤漿燃燒效果的因素有許多,從生產(chǎn)實(shí)踐的角(3):18-20度,可以歸納為以下幾方面:(1)水煤漿的噴射壓力;(2)[2]于海龍,趙翔,周志軍,等.煤漿濃度對(duì)水煤漿氣化影響霧化空氣的壓力和供給量;(3)助燃風(fēng)的供給量和預(yù)熱溫的數(shù)值模擬[」中國(guó)動(dòng)力工程學(xué)報(bào),2005,25(2):217-221度;(4)回轉(zhuǎn)窯的內(nèi)部尺寸及結(jié)構(gòu);(5)尾氣排出量;(6)[3]付曉恒,王祖衲,柴保明,等精細(xì)水煤漿制備與應(yīng)用技術(shù)爐膛及煙道內(nèi)的灰渣堆積量;(⑦)水煤漿燃燒器插入燒嘴的研究[J.煤炭學(xué)報(bào),2004,29(2):226-229中的深度;(8)爐膛壁及煙道壁的熱量散失等。4]張延霖,邱學(xué)清,王衛(wèi)星.水煤漿添加劑的發(fā)展方向[J.現(xiàn)由于煅燒轉(zhuǎn)窯的結(jié)構(gòu)參數(shù)不能輕易改動(dòng),所以通代化工,2004,23(3):16-19.過控制霧化效果、一次二次送風(fēng)量、空氣過剩系數(shù)、火5]陳俊麗,余首煒,陳春華.多灰水煤漿生產(chǎn)應(yīng)用現(xiàn)狀及市場(chǎng)前景分析[J.工業(yè)爐,2005,27(1:15-18.(上接第21頁)備了致密度高,導(dǎo)熱性能良好的AN陶瓷從圖10可以看出,保溫時(shí)間為1h時(shí),燒結(jié)體的相對(duì)(5)空心陰極等離了燒結(jié)方法可應(yīng)用于難熔金屬鈰密度為9701%,保溫時(shí)間為2h時(shí),燒結(jié)體的相對(duì)密度達(dá)鎢合金坯料的燒結(jié)。溫度可達(dá)2500℃,燒結(jié)密度可達(dá)到9771%,在保溫時(shí)間為3h的條件下,燒結(jié)體的相對(duì)密178g/cm3,與垂熔燒結(jié)的水平相當(dāng)。度迅速的增加到98.89%。當(dāng)進(jìn)步延長(zhǎng)保溫時(shí)間,燒結(jié)體的密度基本不變。這種情形可以解釋為:當(dāng)保溫時(shí)間較短參考文獻(xiàn)時(shí),燒結(jié)過程中所形成的低共熔鋁酸鹽液相通過液相燒結(jié)陳宗柱,高樹香.氣體導(dǎo)電(下).南京:南京工業(yè)學(xué)院出版社,1988:27機(jī)制消除氣孔的效應(yīng)不夠顯著,因而氮化鋁燒結(jié)體的致密[2] SCHOENBACH KH, VERHAPPEN R, TESSNOWT, et al.度不高。隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng),晶粒長(zhǎng)大,更多的氣孔被Microhollow Cathode Discharges [J]. Appl. Phys. Lett. 1996消除,因而氮化鋁燒結(jié)體的密度逐漸增大。在保溫3~568(1):13-15h的情況下,由于液相燒結(jié)機(jī)制對(duì)于燒結(jié)致密化的促進(jìn)作3 KYUNG CHEOL CHOI, HEUNG-SIK TAE. The Character-istics of Plasma Display with the Cylindrical Hollow Cathode用已經(jīng)足夠顯著,所以AN燒結(jié)體的密度基本上保持不變J]. IEEE TRANSACTIONSON ELECTRON DEVICES, 19995結(jié)語46(12):2344-2347「4]馬占華,汪南豪.電火箭空心陰極發(fā)射體壽命研究[J.上(1)空心陰極點(diǎn)燃電壓U是一個(gè)與d及p值有關(guān)的變海航天,2002,(5):60-62量,對(duì)同一值,U則隨p值的升高而增大;而在同→P值 ZHIHUA LI, QING ZHAO, DEQING LI. Study of Hollow時(shí),U隨a值增大而略有下降。在電壓一定的條件下,空Cathode Penetrating Arc Welding Technology []. Journal ofMaterials Processing Technology. 2002, 123(3): 382-384心陰極點(diǎn)燃存在一個(gè)山組合的臨界值,小于這個(gè)臨界值6 SOUKUP RJ, IANNO NJ, PRIBIL C,ca.、 Deposition of空心陰極便不能點(diǎn)燃。High Quality Amorphous Silicon, Germanium and Silicon Germa(2)空心陰極放電的功率與電壓和氣壓基本上成線nium thin Films by a Hollow Cathode Reactive Sputtering System性關(guān)系。J]. Surface and Coatings Technology. 2004, 177-178: 676-681[刀王從曾,蘇永安,唐賓.空心陰極粉末冶金制品燒結(jié)工藝(3)空心陰極等離子燒結(jié)過程、溫度和燒結(jié)質(zhì)量可研究[.新技術(shù)新工藝,1993.(6):20-21通過調(diào)節(jié)電壓和氣壓容易地加以控制。能夠滿足各種不8]王從曾,蘇學(xué)霓,馬捷.空心陰極等離子燒結(jié)功率輸出特同材料,特別是高熔點(diǎn)金屬的燒結(jié)性研究[.粉末冶金技術(shù),200018(3):187-190[9] BRUNATTO S F, KUHN, KLEIN A N, et al. Sintering Iron(4)空心陰極等離子燒結(jié)技術(shù)是燒結(jié)ANN陶瓷的一Using a hollow Cathode Discharge [. materials Science and種有效方法,在較低的溫度、較短的保溫時(shí)間條件下制Engineering A,2003,343:163-169