|
一、前言 在各種應用回轉(zhuǎn)窯的工業(yè)部門中，水泥工業(yè)應用回轉(zhuǎn)窯最多。從所用燃料來看，當前基本上都是以各種煤粉為燃料，從所用的燃燒器來看，絕大多數(shù)都是使用最先進的四風道煤粉燃燒器。在回轉(zhuǎn)窯煤粉燃燒器的技術(shù)理論領(lǐng)域中，都涉及到一個“推力”的名詞術(shù)語。有的燃燒器生產(chǎn)廠家為了說明自己的產(chǎn)品性能好，將其冠以“大推力”。幾乎所有在討論降低回轉(zhuǎn)窯NOx排放方法時，都將采用小風量大推力的煤粉燃燒器作為第二大類燃料燃燒中的控制首項技術(shù)加以論述。究竟多大推力的燃燒器是大推力燃燒器?燃燒器的推力是其固有的呢?還是在使用操作時隨時都在變化的呢?燃燒器的推力是不是越大越好呢?要準確搞清楚這些問題，就必須對“推力”這個名詞術(shù)語的由來、基本概念和推力大小進行深入的解讀，供大家參考。 二、兩個名詞術(shù)語的由來及其基本概念 在討論回轉(zhuǎn)窯煤粉燃燒器的推力時，首先必須搞清楚“一次風”和“推力”這兩個名詞術(shù)語的由來，進而對準確理解其基本含義就明晰得多。否則，很容易產(chǎn)生混淆和誤解。 1.“一次風”術(shù)語的由來及其基本概念的變化 當今水泥回轉(zhuǎn)窯所用的燃燒器，基本上都是三風道和四風道等多風道煤粉燃燒器。為其配風都需要兩種風：一種是為輸送煤粉等固體燃料所用的風，通常稱為“煤風”;另一種是使煤粉等固體燃料噴入到窯內(nèi)燃燒并形成所需要的火焰形狀所用的風，這部分風中不含煤粉而是潔凈空氣，所以應稱為“凈風”。現(xiàn)在有人將這部分凈風稱為“助燃空氣”，實際上這部分凈風并不是為助燃而采用的，而是為提供足夠推力、形成所需要的火焰形狀，以保證風煤混合充分均勻而設(shè)置的。所以，格瑞柯——茵菲爾公司將這部分凈風稱為“成形風”。但是，國外原來都將這部分凈風稱為“一次風 (Primary air) ”，國內(nèi)有人受國外的影響也如此稱謂[1]?？赡艽蠹視X得奇怪，為什么只將這部分凈風稱為“一次風”而不包括煤風呢?這就需要了解“一次風”這個術(shù)語的由來。 回轉(zhuǎn)窯最早是不能燒煤的，即使是優(yōu)質(zhì)煙煤也不能應用，都必須以燃油和燃氣為燃料[2]。燃油和燃氣等流體燃料的輸送及通過燃燒器噴出都不需要空氣，即通常所說的“風”，只需要提供為燃料燃燒并形成所需良好火焰形狀的空氣。這部分空氣是通過燃燒器噴射入窯的，對于傳統(tǒng)的水泥窯型，為與由冷卻機入窯的高溫二次風相區(qū)別，故將這部分冷風或稱“常溫空氣”稱為“一次風”。這是一種潔凈空氣，其中不含有任何燃料等介質(zhì)，即是“凈風”。顯然，這時將這種風稱為“一次風”是合理而科學的，這就是“一次風”術(shù)語的由來。 在1900～1910年間，美國人率先將優(yōu)質(zhì)煙煤的煤粉應用于水泥回轉(zhuǎn)窯并且取得成功。在燃油、燃氣和燃煤三種燃料中煤是最便宜的，儲量也最大，所以在此以后燒煤的水泥回轉(zhuǎn)窯便迅速地增多起來。尤其是在上世紀70年代石油危機以后，沒有特殊情況，幾乎所有的水泥回轉(zhuǎn)窯都轉(zhuǎn)為以煤粉為燃料。煤粉的輸送和通過燃燒器噴射到窯內(nèi)燃燒，最方便的措施就是借助于空氣。在多風道煤粉燃燒器未出現(xiàn)以前，都是利用單風道煤粉燃燒器。對這種習稱“噴煤管”的燃燒器來說，這部分空氣既是煤粉輸送所必需，也是形成一定所需火焰形狀所必需，即在輸送煤粉的同時還提供了一定的推力。對于傳統(tǒng)窯型，仍然為與冷卻機入窯的高溫二次風相區(qū)別，將燃燒器所用的這部分空氣也稱為“一次風”。可是，這里的“一次風”與前述的“一次風”基本概念不同。這里的“一次風已不是凈風，而是風中已含有煤粉介質(zhì)，嚴格地說應稱為“煤風”或“成形風”。由于單風道煤粉燃燒器阻力小，都采用離心風機供風。為了減少管路長度和工藝布置方便，都將這臺風機安裝在窯頭。所以，有人將其稱為“窯頭一次風機“，簡稱”窯頭風機“，以與其他風機相區(qū)別。 多風道煤粉燃燒器出現(xiàn)以后，既需要輸送煤粉的“煤風”，又需要使煤粉燃燒形成良好火焰的“凈風”。由于歷史的原因，原來國外都把為多風道煤粉燃燒器提供的這部分凈風仍習慣地稱為“一次風”。國內(nèi)有人也人云亦云，將這部分凈風稱為“一次風”[1]。這就是將多風道煤粉燃燒器所需要的這部分凈風稱為“一次風”的由來。另有一部分人，根據(jù)單風道煤粉燃燒器用風的傳統(tǒng)稱謂和新型干法窯用風的特點認為，將由多風道煤粉燃燒器噴入到窯內(nèi)的常溫凈風和煤風合稱為“一次風”比較合理。這就造成“一次風”概念的混亂，給技術(shù)交流和具體應用帶來許多麻煩，在談到一次風時必須特殊注明是不是含煤風。 時代在前進，技術(shù)在發(fā)展。一個新事物或者新技術(shù)的出現(xiàn)，名詞術(shù)語也必須隨之變化，跟上時代的步伐，以便于技術(shù)交流和溝通。由于預分解窯的出現(xiàn)，回轉(zhuǎn)窯的用風也發(fā)生了變化，這就是增加了一股由冷卻機或者窯頭罩抽取到窯尾分解爐中的次高溫三次風。對現(xiàn)在使用最多的預分解窯燒成系統(tǒng)來說，涉及到用風的問題，概括起來共有四種風：一是由多風道煤粉燃燒器噴入到窯內(nèi)的常溫一次風;二是由冷卻機入窯的高溫二次風;三是由冷卻機或者窯頭罩抽取到窯尾分解爐內(nèi)的次高溫三次風;四是由窯頭、窯尾、預熱器和分解爐密封裝置等的常溫外漏風。這些風都是通過窯尾高溫風機抽吸并排到后續(xù)系統(tǒng)中，所以在正常情況下，窯頭應保持微負壓。負壓大了并不好，因為會增大漏風量。由此可見，將由多風道煤粉燃燒器噴入到窯內(nèi)的常溫煤風和凈風之和統(tǒng)稱為“一次風”比較合理和科學[3]。這樣，不僅與二次風、三次風和漏風嚴格區(qū)別開來，而且一次、二次和三次風的概念也特別清晰。因為輸送煤粉這部分風量并不是可以忽略的小數(shù)，一般約為一次凈風的1/3～1/2，為煤粉完全燃燒所需理論空氣量的2.5%～3%左右。由于既有風量，又有噴出速度，因而也產(chǎn)生不宜忽略的推力。如果一次風不含煤風，那么煤風又應算哪股風呢?因此，現(xiàn)在國外有的也改變了稱謂，如法國皮拉得公司(Pillard)和法國拉法基水泥公司(Lafarge)現(xiàn)在就將煤風和凈風之和稱為“一次風”。筆者認為，將煤風與凈風之和稱為“一次風”更合理和科學。 2.推力術(shù)語的由來及其基本概念 物理學在研究物體運動量和運動狀態(tài)時，都采用動量、功和能量等的理論。在具體舉例中，常會采用“推力”這個術(shù)語。如人推車就是人給車一個作用力使車運動，那么這個力就稱為“推力”，即人給予車一個“推動力”。又如子彈頭在槍膛中受火藥爆炸力作用而在槍膛中運動，火藥的爆炸力就稱為“爆炸推力”[4]。飛機發(fā)動機推動飛機運動或飛行的推動力，在航空專業(yè)也稱為推力……?？梢?，推力是一種力，即作用在一個物體上的外力，可使物體運動，其單位是“N”。 含煤粉的空氣和潔凈空氣，即煤風和凈風在煤粉燃燒器噴燃管各個風道中能夠流動，也是因為受到一種力的推動作用，因而有人將這種力稱為“推動力”，并按下式進行計算[5]。  由(1)式可以看出，這是動量的表達式。對于固體，(1)式中的m1是固體的質(zhì)量，單位為kg，V1是固體的運動速度，單位為m/s。由此可見，P的單位應為kg.m/s。顯然這不是力的單位，而是國際單位制的動量單位。但是，對于流體，其質(zhì)量m1應用質(zhì)量流量表達，其單位為kg/s，流體的流動速度V1的單位仍為m/s。這樣，P的單位則變?yōu)閗g/s.m/s=kg.m/s2=N。因為1kg.m/s2=1N，這就是力的單位了，而不是動量單位。對空氣在噴燃管各風道內(nèi)所以能夠流動，就是因為有這個推動力的作用，所以國內(nèi)外都將這個力簡稱為“推力”，與物理學所講的推力概念是完全一致的，仍然符合牛頓第二定律。也有人將其稱為“動量”或“沖量”都不夠準確，因沖量或稱沖力的單位是力與時間的乘積，在國際單位制中的單位是“N·S”?？梢娂炔皇橇Φ膯挝灰膊皇莿恿康膯挝?。雖然實質(zhì)都是一種能量的表達，但是在這里都不及稱為“推力”準確。 對于多風道煤粉燃燒器，(1)式應寫成下式更準確：  (2)式中的注腳“i”是風道的數(shù)量，煤粉燃燒器的總推力Pz應等于包括煤風在內(nèi)的各個風道推力之和。因為煤風也是一股風，也要產(chǎn)生一定的推力。 三、回轉(zhuǎn)窯多風道煤粉燃燒器所需能量的表達 燃燒器將煤粉噴射到窯內(nèi)燃燒，只有火焰形狀合理，才能滿足窯內(nèi)的溫度分布符合物料在各段進行反應所需要的溫度。要獲得合理的火焰形狀，就必須有足夠的能量支撐。目前，國內(nèi)外對這種能量的表示方法有所不同，但其本質(zhì)相同。歸納起來，基本上有三種表示方法：一是能量表示法或稱“動能表示法”;二是單位熱量推力表示法;三是相對推力表示法，下面分別進行介紹。 1. 能量表示法[6] 能量表示法也稱“動能表示法”，即所需要的動能E等于一次風量中的凈風風量L1j;與其所具有的有效壓力Pu之乘積，即以下式進行計算：  式中：L1j——為燃燒器所供一次風量中的凈風風量，m3 /h; Pu——在燃燒器風道噴出時空氣所達到的有效壓力，bar。 法國皮拉得公司就是采用這種方法來表達煤粉燃燒器所需要的動能。該公司在比較原開發(fā)的三風道和后來研發(fā)的Rotaflam型四風道煤粉燃燒器性能時就采用了這種表示方法，詳列于表1。  由表1可以看到，新開發(fā)的Rotaflam型四風道煤粉燃燒器的性能比原三風道好多了。雖然一次風的凈風風量降低了40%，可其動能卻增大了5.9%。另外，有效壓力增大了76.5%。有效壓力的增大，意味著凈風噴出速度增高，噴出環(huán)形間隙的面積減小。因為1mbar=0.1kPa，所以150mbar=15kPa。 1. 單位熱量推力表示法 單位熱量推力表示法，就是用每小時煤粉燃燒所產(chǎn)生的熱量除以燃燒器一次風中的凈風所產(chǎn)生的推力，即以下式進行計算：  式中：F —— 單位時間熱量所需的推力，N/(G Cal/h)或者N.h/GCal; P —— 一次風中凈風所能產(chǎn)生的推力，N，可用(2)式進行計算得到; Q —— 燒成合格熟料時單位時間內(nèi)所需的熱量，GCal/h。 當前，國外采用這種表示方法的居多。如巴西格瑞柯—茵菲爾(Greco-Enfil)技術(shù)裝備公司所生產(chǎn)的FlexiflameTM型燃燒器、法國拉法基水泥公司等都是采用此法，見表2所列[7]。前者稱為“火焰推力”，在不包括煤風時的火焰推力，一般在7～9N.h/GCal，最高可達12N.h/GCal。后者要求其單位熱量的火焰推力應≥8N/(GCal/h)=N.h/GCal。  3. 相對推力表示法 丹麥史密斯(F.L.Smidth)公司采用相對推力表示法，即燃燒器的相對推力F0等于以百分數(shù)表示的一次風中的凈風風量L1與其噴出速度V1的乘積，即用下式進行計算[7]：  式中：F0——燃燒器的相對推力，%.m/s;V1——以百分數(shù)表示的一次風中凈風的風量，%;V1——一次風中凈風的噴出速度，m/s。因為多風道煤粉燃燒器各個風道的噴出速度不同，所以V1應是各個風道噴出速度的加權(quán)平均數(shù)。 燃燒器的相對推力應滿足F0=1250～1850 %.m/s，根據(jù)煤質(zhì)的不同，對F0進行取值[8]。煤質(zhì)越差時，應取大值，優(yōu)質(zhì)煤取小值。如果燒無煙煤，應取F0=1850 %.m/s。這種表示方法，看起來很奇怪。其單位“%.m/s”在任何科學技術(shù)書籍中都是查不到的。但是，用起來卻非常方便。如果以用百分數(shù)表示的一次風量中的凈風風量L1為橫坐標，噴出速度V1為縱坐標，將二者的關(guān)系制成曲線，就可以指導 操作，如圖1所示。假設(shè)根據(jù)煤質(zhì)確定F0=1800%.m/s。當一次凈風量為L1=10%時，則噴出速度必須等于或大于V1=180 m/s。當將一次凈風量降到L1=5%時，噴出速度就必須提高到V1≥360 m/s。否則，就會出現(xiàn)推力不足的情況。因為噴出速度V1與風量L1成正比，與噴出面積A成反比，即可按下式計算：  當燃燒器噴燃管設(shè)計制造好以后，對于大多數(shù)的煤粉燃燒器而言，其噴出面積A就是固定不變的了。這時要提高噴出速度V1，就必須增大一次風凈風的風量L1。當L1增大一倍，噴出速度V1就隨之增大一倍。眾所周知，一次風的凈風風量L1是不宜過大的。這樣，要提高噴出速度v1，只有在設(shè)計時將噴出面積A減少，這涉及到燃燒器的設(shè)計理念問題。為了增大煤粉燃燒器的適應能力，將噴燃管出口的噴出面積A設(shè)計成可調(diào)的。這樣，在風量L1不變的情況下，就能改變各個風道的噴出速度V1，給操作創(chuàng)造了更好的條件。如法國皮拉得公司的Rotaflam型、天津博納的TJB-KP型等煤粉燃燒器都屬于這種。  由上述可見，在這三種表示方法中，以最后一種最直觀，最簡便，而且還可以指導操作。另外，從操作范圍也可看出，四風道煤粉燃燒器的性能明顯優(yōu)于三風道煤粉燃燒器。顯然，一次風中的凈風風量減少，但噴出速度高，所以火焰的推力卻不小。再者也可看出，對推力的表示方法雖然不同，可是在本質(zhì)上沒有區(qū)別，都可以互相轉(zhuǎn)換。 在這里需要特別指出的是，在上述的推力計算中或者推力表示法的計算中都是以一次風中的凈風量為計算參數(shù)。這是因為國外絕大多數(shù)都將凈風稱為一次風，而不考慮煤風對燃燒器推力的影響。只有原法國皮拉得公司和法國拉法基水泥公司才將煤風產(chǎn)生的推力計及在內(nèi)。 四、對推力大小的討論 對于單風道煤粉燃燒器，即大家習稱的噴煤管，其一次風率一般約為30%～40%，一次風的噴出速度V1=50～70 m/s。如果用相對推力表示法計算，則其相對推力F0=(30~40)*(50~70)=1500～2800 %·m/s?？梢妴物L道煤粉燃燒器的最大相對推力比丹麥史密斯公司對Duoflex型四風道煤粉燃燒器所規(guī)定的最大相對推力F0=1850%·m/s還要大。顯然，不能說單風道煤粉燃燒器的性能比Duoflex型還好。從法國拉法基水泥公司對煤粉燃燒器單位熱量推力的要求看，只要大于8N.h/GCal即可。從巴西格瑞柯—茵菲爾技術(shù)裝備公司的FlexiflameTM型煤粉燃燒器也可看出，對單位熱量推力的要求，一般在7～9 N·h/GCal即可，最大也不能超過12 N·h/GCal。這些都說明，燃燒器的推力不是越大越好，而是夠用就行。燃燒器推力的大小固然是決定其性能的一個不可忽視的指標。但不是唯一的。然而，推力不足的燃燒器，肯定是一個性能不好的燃燒器。推力過大的燃燒器，其性能也不一定就好。因為燃燒器的性能不僅與其推力有關(guān)，而且與其結(jié)構(gòu)的合理性也息息相關(guān)。如果結(jié)構(gòu)不合理，即使推力很大，也是達不到預期效果的。 五、結(jié)論 1. 推力的作用是使煤粉燃燒器能夠形成煅燒物料所需要良好火焰形狀的一種推動力，不是越大越好，而是夠用就行; 2. 推力與動量、沖量或沖力的概念不同;推力在使用操作中隨時都在變化，不是固定不變的; 3. 一次風量對于燒固體燃料的燃燒器應包括輸送風，一次風量不宜過大，過大有百害而無一利，不僅影響系統(tǒng)潛能的正常發(fā)揮，而且會增大NOx的排放，對節(jié)能減排非常不利。 【作者：天津市博納建材高科技研究所 江旭昌】 |
網(wǎng)站首頁 | 關(guān)于我們 | 新聞中心 | 產(chǎn)品展示 | 聯(lián)系我們
Copyright 2007-2017 佛山市興中豪窯爐有限公司 版權(quán)所有 xingzhonghao.com.cn
地址:佛山市江灣一路19號協(xié)和大廈 電話:0757-82705216 傳真:0757-82705269 郵編:528000