无烟煤在水泥燃烧过程中的关键作用.docx

电气工程学院2009年研究生创新论坛 论文题目 无烟煤在水泥燃烧过程中的关键作用姓 名 张 浩指导教师 王 杰完成时间 2009-10-12无烟煤在水泥燃烧过程中的关键作用张 浩（郑州大学电气工程学院 郑州 450001）摘要：本文通过计算煤粉燃烧所需时间和气流着火特性，提出了影响无烟煤着火和稳定燃烧的主要因素，指出采用降低煤粉细度和提高二次侧风温等关键影响因素，以实现无烟煤煤粉在回转窑中的稳定燃烧。关键词：水泥燃烧无烟煤0 引言近几年来，随着水泥燃烧技术的发展，企业为降低成本，提高经济和社会效益，利用无烟煤作为回转窑煅烧熟料，已成为发展趋势。无论是新型的干法生产线，还是老式的湿法回转窑改造，都采用无烟煤或劣质燃料代替长期占统治地位的烟煤。但无烟煤尽管价格低廉，还是存在着着火温度高、点火困难、燃尽时间长、对工况变化敏感、操作难度大的缺陷，如何从设计上和运行操作上保证无烟煤在水泥回转窑中迅速着火和稳定燃烧是无烟煤在水泥生产中能否广泛应用的关键。1 煤粉气流的着火特性煤粉气流的着火长期以来，人们根据煤块的燃烧认为,煤的燃烧总是挥发分先于焦碳燃烧，待挥发分燃烧待尽，氧气才得以达到焦碳表面，焦碳立即剧烈燃烧，也就是说挥发分和焦碳的燃烧基本上是分阶段进行的。但试验研究表明，当加热速度很快时，煤粉很快达到足够高的温度，在挥发分还没有明显分解出前，氧气和碳表面直接接触,煤粉就可能直接着火燃烧。煤粉气流着火热的来源对水泥回转窑来说，煤粉气流着火所需要的热量主要来自：煤粉气流卷吸回流的高温烟气；火焰、水泥熟料层炉墙等对煤粉的辐射。假定煤粉的温度在整个容积内是均匀上升的(煤粉越细，着火时间越短，这个假定越准确)，煤粉的加热方程式为：（1）式中，r为煤粉颗粒半径；为煤粉密度；c为煤粉比热；、、为煤粉、火焰和回流烟气的温度；为煤粉加热时间；为烟气对煤粉的对流放热系数；为煤粉和周围介质的系统黑度。若煤粉靠高温回流烟气的对流加热，辐射加热忽略不计，则：（2）设喷入炉内的煤粉空气温度为,把煤粉加热到着火温度所需时间为,则：解得若煤粉靠火焰、料层、炉墙等的辐射加热,烟气的对流换热忽略不计，则：解得通过以上，绘制曲线可以看出细煤粉的温度升高比粗煤粉要快得多，因此，着火先从细煤粉开始；对于细煤粉，高温回流烟气的对流加热的作用比辐射加热快得多，而且在煤粉气流中，只有表面一层煤粉可以接受到辐射加热，因此，煤粉气流的着火主要是靠高温回流烟气的加热。改善无烟煤煤粉气流着火条件的方法将煤粉气流加热到着火温度，需要的热量叫着火热，当煤粉气流获得足够的着火热,温度达到着火温度，就可以着火燃烧了。显然需要的着火热越少，可以提供着火热的热源越充分，对着火越有利。降低一次风量，采用热风送粉，可以使煤粉气流着火热明显减少；而提高二次风温，合理组织窑内空气动力场，加强回流高温烟气对煤粉气流的加热，以及较低的煤粉细度等，可以大大改善煤粉气流的着火条件。这些措施和方法，对于着火困难的无烟煤的着火和稳定燃烧是必不可少的。2 煤粉的燃烧时间煤粉燃烧所需要的时间是决定窑头尺寸的主要因素，但对窑头结构确定的情况下，它又是决定燃烧稳定性和窑产质量的重要参数。虽然挥发分对煤的燃烧过程有重要影响，但是在无烟煤的燃烧过程中，起决定作用的还是焦碳的燃烧,焦碳的燃烧时间占煤粉气流全部燃烧时间的大部分。回转窑燃烧效率主要取决于焦碳的燃尽程度。焦碳的燃烧速度不仅与燃烧反应速度有关，还与氧的扩散速度有关.对于回转窑来说,窑头烧成带温度高达1500至1700度,因此,煤粉气流燃烧主要受扩散过程控制，煤粉燃烧的时间可表示为：式中为颗粒燃烧前的起初半径，为碳粒密度，为常数，（=0.375）；C为周围介质的氧浓度；D为氧的扩散系数。可见，燃烧时间与煤粒半径的平方成正比。因此，采用细煤粉,可以大大缩短燃烧所需的时间。此外，合适的过量空气系数和良好的混合条件可以有效缩短燃尽所需时间,资料表明,过量空气系数较大时，对燃烧时间的影响不大，但过小的过量空气系数，将使燃烧时间显著延长，且易产生还原性火焰，影响水泥的质量。无烟煤燃烧的关键技术烟煤与无烟煤相比，发热量差不多，较低热值的烟煤甚至比较低热值的无烟煤的发热量还要低，最重要的差别是无烟煤的挥发分低( 10%),着火温度高(650 -700℃,而烟煤一般为350-500℃),燃烧反应速度慢，因此，无烟煤在回转窑上的应用最根本的问题就是要解决着火和燃烧稳定性问题。根据以上分析,采取以下技术措施,基本上能在回转窑上烧好无烟煤。提高煤粉细度根据前面的分析，煤粉在水泥回转窑中煤粉燃烧时间与煤粒半径的平方成正比，因此，从理论上讲煤粉越细燃烧时间越短,火焰的稳定性和燃尽特性越好，水泥的产质量也