富氧燃烧在水泥生产工艺的应用.doc

富氧燃烧技术在水泥工艺中的应用新型干法水泥生产工艺对原煤的设计有一定的标准，一般回转窑煅烧用煤质量要求灰分A≤30%，挥发分V在18%～30%，发热量QDW≥5000kcal/kg，然而根据我国的国情符合要求的又能输出煤产地主要集中在北方的山西、河南、内蒙等省区和淮北地区。除了价格原因外，长途运输的压力也很大，同时增加了水泥生产成本，无论是社会效益和经济效益都不好。由于原煤的标准达不到设计要求，煤炭灰分过高，热值过低，因此燃料在燃烧的过程中存在不完全燃烧，飞灰等一系列问题而造成预热分解系统，降低熟料生产质量，影响水泥生产效率和水泥质量。是指助燃用的氧化剂中的氧浓度高于空气中的氧浓度使燃料充分燃烧，提高燃烧效率劣质燃料的应用范围，又能充分发挥优质燃料的性能针对新型干法水泥生产的新工艺，我们拟在分解炉系统和回转窑系统分别加入富氧空气以促进燃料的充分燃烧，稳定整个窑系统的热工制度，提高水泥生产效率和质量。 分解炉系统分解炉系统是新型干法水泥生产工艺的重要组成部分，他承担预分解系统中繁重的燃烧、换热和碳酸盐分解任务。这些任务能否在高效状态下顺利完成，主要取决于生料与燃料能否在炉内很好的分散、混合和均布；燃料能否在炉内迅速的完全燃烧，并把燃烧热及时的传递给物料；生料中的碳酸盐组分能否迅速的吸热、分解，逸出的二氧化碳能否及时排除等。在分解炉内生料与高温气流之间传热快，物料在炉系统内停留时问短，化学反应迅速，对热工制度的波动较为敏感。热工制度不稳定，轻者会打乱正常的生产秩序，严重时则会造成预热器系统的粘结堵塞，甚至威胁设备安全。碳酸盐分解是一个强吸热反应，耗量为：碳酸镁为815kJ/kg，碳酸钙为1656kJ/kg，由于生料中含有大量的碳酸盐，因此分解窑系统就需要大量热，应用富氧燃烧技术有利于提高分解炉系统的热效率，稳定分解炉热工制度，提高碳酸盐的分解效率和质量。 (1) 降低燃料着火温度和燃尽温度，提高着火速度 理论上，着火是由缓慢的氧化状态转变到反应能自动加速到高速燃烧状态的瞬间过程，相对应的温度称为着火温度，它反映了煤粉着火的难易程度。燃尽温度是煤粉基本燃尽时的温度，燃尽温度越低，表明燃尽时间越短，煤粉就越容易燃尽，残炭中的可燃剩余量就越少。 从图可以看出，随着氧的体积分数的增加，煤粉燃烧的着火温度Ti和燃尽温度Th均呈下降趋势，因此可以说明，富氧可使煤粉的着火提前并燃烧充分。从图2可以看出在氧的体积分数较低时，随着氧的体积分数的增加，煤粉着火时刻的燃烧速度增加较快，因此，在氧的体积分数较低时，增加氧的体积分数，会使煤粉的燃烧强度得到加强，提高煤粉的着火速度。 图 氧体积分数对着火温度和燃尽温度的影响 图2 氧体积分数对着火燃烧速度的影响 (2) 加快反应速度，缩短燃料燃烧时间 煤粉被加热后，挥发份在300-400℃时即迅速析出并点燃、燃烧，且能在很短时间内燃尽。而煤粒中残留焦炭的燃烧最为缓慢，占据了整个燃煤反应的绝大部分时间。分解炉内，由于碳酸钙分解速度快，其吸热反应控制了分解炉炉温；炉内煤粉燃烧大多在850-900℃较低温度下进行。反应动力学研究表明，水泥分解炉内煤粉燃烧属动力控制的一级反应，反应速度方程为： ω=Aexp（－E／RT）·PO2 式中：A——频率因子 E/R——活化能 PO2——O2分压 T——温度 即燃烧速度取决于化学反应能力，并与燃料性质、温度等有很大关系，与燃烧气体氧气分压成正比，而和气流相对速度关系较小。增加氧浓度，提高炉内温度能够加快化学反应速度。燃料的燃烧时间与氧浓度的关系如图3所示。 τ1=ρxδ2/(8mD×0.21×1.428) (1) τ2=ρx/δ2/(8mD×0.25×1.428) (2) 式中,ρx为碳粒的密度(kg/ m)，δ为碳粒的颗粒直径(m)；D为氧气的扩散系数(m/s)；m为碳与氧的化学当量比(0.375)；1.428为氧气在标准状态下的密度(kg/ Nm3)。由(1)/(2)，得 τ2=0. 84τ1 图3 燃料燃烧时间与氧浓度的关系（3）加快火焰传播速度，提高火焰温度 增加氧浓度可以加快化学反应速度，从而加快了火焰的传播速度，增强火焰稳定性，提高了火焰温度。 （4）促进燃料完全燃烧，提高炉膛温度，强化炉内传热 提高氧浓度可使化学反应更加彻底，缩短了燃料燃尽时间，促进燃料完全燃烧，减少了不完全燃烧所造成的热量损失，达到节能的目的。图4为燃料