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水泥生產(chǎn)線富氧燃燒在水泥回轉(zhuǎn)窯煅燒上的應(yīng)用-水泥設(shè)備,
發(fā)布時(shí)間:2011-11-24  訪問人數(shù):1213
水泥生產(chǎn)線富氧燃燒在水泥回轉(zhuǎn)窯煅燒上的應(yīng)用-水泥設(shè)備
水泥生產(chǎn)線富氧燃燒在水泥回轉(zhuǎn)窯煅燒上的應(yīng)用-來源:水泥設(shè)備網(wǎng),水泥生產(chǎn)線利用富氧燃燒即在燃燒的助燃空氣中加大氧含量,可以大大地改善燃燒條件,富氧燃燒滿足水泥回轉(zhuǎn)窯煅燒生產(chǎn)對(duì)火焰長(zhǎng)度及溫度場(chǎng)的要求,富氧助燃技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn):純氧燃燒技術(shù)可使氮?dú)饬繙p少,空氣量及煙氣量均顯著減少;0371-63759558/67878896/67878986

水泥生產(chǎn)線利用富氧燃燒即在燃燒的助燃空氣中加大氧含量,可以大大地改善燃燒條件,提高燃燒效率,減少大氣污染,因而是改善燃燒的較好方法之一。以滿足生產(chǎn)對(duì)火焰長(zhǎng)度及溫度場(chǎng)的要求。

富氧燃燒與用普通空氣燃燒不同:
1.高火焰溫度和黑度
2.加快燃燒速度,促進(jìn)燃燒安全
3.降低燃料的燃點(diǎn)溫度和減少燃盡時(shí)間
4.降低過量空氣系數(shù),減少燃燒后的煙氣量。

富氧燃燒技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn):
1.提高火焰溫度

使用富氧、純氧燃燒技術(shù)可使氮?dú)饬繙p少,空氣量及煙氣量均顯著減少,故火焰溫度隨著燃燒空氣中氧氣比例的增加而顯著提高,但氧濃度不宜過高,國(guó)內(nèi)外的研究均表明,氧氣的體積分?jǐn)?shù)在26%~30%左右時(shí)最佳,而氧濃度在26%~30%之間每提升一個(gè)百分點(diǎn)火焰溫度提高35℃。當(dāng)增氧助燃裝置產(chǎn)生的氣體中氧氣的體積分?jǐn)?shù)在28%左右時(shí),可以有效的將爐溫整體提高50℃左右。氧含量再增加到30%以上時(shí),火焰溫度增加幅度較少,而制氧投資則猛增,經(jīng)濟(jì)效益不合算。
2.加快回轉(zhuǎn)窯燃燒速度與促進(jìn)燃燒完全
燃料在空氣中和在純氧中的燃燒速度相差甚大,如H2在純氧中的燃燒速度是在空氣中的2~4倍,天然氣則達(dá)10.2倍左右。用富氧、純氧燃燒技術(shù),不僅能提高燃燒速度,獲得較好的熱傳導(dǎo),同時(shí)溫度提高后,有利于燃燒反應(yīng),促進(jìn)燃燒完全,從根本上消除煙塵污染。
3.降低燃料的燃點(diǎn)溫度
燃料的燃點(diǎn)溫度不是常數(shù),如CO在空氣中的燃點(diǎn)為609℃,而在純氧中的燃點(diǎn)僅為388℃,所以采用富氧、純氧燃燒能提高火焰強(qiáng)度和增加釋放熱量等;
4.減少燃燒后的煙氣排量
用空氣助燃,占體積4/5的N2不參加助燃,且隨著燃燒帶走大量熱能,如用富氧氣體助燃,燃燒后的排氣量減少,從而提高了燃燒效率;


5.增加熱量利用率
富氧、純氧燃燒技術(shù)對(duì)熱量的利用率有所提高,如用普通空氣助燃,當(dāng)加熱溫度為1300℃時(shí),其可利用的熱量為42%,而用26%的濃氧空氣助燃時(shí),可利用量為56%,氧濃度在21%~30%之間其熱量利用率隨氧濃度提高而升高的最快,因此在這個(gè)氧濃度范圍內(nèi)對(duì)提高熱量利用率最佳,因此節(jié)能效果就越好。
6.降低空氣過剩系數(shù)
富氧、純氧燃燒隨著氧含量在空氣中增加,氮?dú)饬肯陆担蛇m當(dāng)降低空氣的過剩系數(shù),這樣,燃料消耗就相應(yīng)減少,從而節(jié)約能源;
7.輻射定律
由于富氧、純氧燃燒技術(shù)可使碳的燃點(diǎn)降低,燃燒完全而強(qiáng)烈,火焰充滿度好,提高爐膛的整體溫度,一個(gè)物體向周圍輻射的熱與該物體的絕對(duì)溫度的四次方成正比,這就是“四次方定律”。

能源和環(huán)境污染已是人們非常關(guān)注的問題,世界上各發(fā)達(dá)國(guó)家和我國(guó)早在幾十年前就已開始太規(guī)模地研究,并在生產(chǎn)各環(huán)節(jié)上加以控制。富氧燃燒即在燃燒的助燃空氣中加大氧含量,可以大大地改善燃燒條件,提高燃燒效率,減少大氣污染,因而是改善燃燒的較好方法之一。論文參考網(wǎng)。
   近年來,國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家玻璃行業(yè)中的富氧及全氧燃燒技術(shù)研究及應(yīng)用已逐漸推廣,他們的研究結(jié)果表明,采用富氧燃燒或全氧燃燒技術(shù),不僅節(jié)省燃料、減少?gòu)U氣及有害氣體的產(chǎn)生量,而且可以使產(chǎn)量提高,窯爐爐齡延長(zhǎng),且玻璃成本下降。至于富氧燃燒技術(shù)在水泥行業(yè)的應(yīng)用,還未見報(bào)導(dǎo).為探討其應(yīng)用的可能性,本文通過理論分析對(duì)其在水泥回轉(zhuǎn)窯的應(yīng)用進(jìn)行初步探討。
   1富氧燃燒縮短燃料完全燃燒所需的時(shí)間
   增加空氣中氧氣的濃度,如氧的濃度能提高到25%,則煤粉的燃燒時(shí)問可大大縮短,為此,按無灰碳粒燃燒的計(jì)算公式 進(jìn)行估算 設(shè)τ1為當(dāng)空氣中氧氣的濃度為21% 時(shí),碳粒完全燃燒所需的時(shí)間(s)τ1。設(shè)τ2為當(dāng)空氣中氧氣的濃度為25%時(shí),碳粒完全燃燒所需的時(shí)間(s)τ2。
   τ1=ρδ/(8mD×0.21×1.428) (1)
   τ2=ρδ/(8mD×0.25×1.428) (2)
   式中:ρ為碳粒的密度(kg/m3),δ為碳粒的顆粒直徑(m);D為氧氣的擴(kuò)散系數(shù)(m2/s);m為碳與氧的化學(xué)當(dāng)量E(0.375);1.428為氧氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度(kg/Nm3)。由(1)/(2),得
   τ2=0.84τ1
   由此得出結(jié)論,如氧氣的濃度提高至25%時(shí),煤粉的燃燒時(shí)問可縮短16%。在空間尺寸不變的情況下,由于煤粉燃盡時(shí)間縮短,煤粉燃盡的程度自然提高。這就減少了煤粉的不完全燃燒所造成的熱量損失,達(dá)到節(jié)能目的。另外CO、N 等有害氣體生成量相應(yīng)減少,有利于環(huán)保。
   2富氧燃燒提高了窯內(nèi)氣流對(duì)物料的輻射傳熱速率
   在水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)火焙向物料傳熱的主要方式是輻射傳熱-而窯內(nèi)氣流對(duì)物料的輻射傳熱速率又主要取決于氣流的溫度和氣瘋的黑度,二者越高,輻射傳熱量越多,富氧燃燒能達(dá)此目的。由于空氣中氧氣的濃度提高,相應(yīng)可減少空氣量,使得進(jìn)燃燒室的N2量下降,火焰的總體積下降(即火焰的體積流量下降)。在燃料的加入量不變的情況下,火焰的溫度相應(yīng)提高,提高的程度主要取決于空氣中氧氣的濃度。
   如某廠水泥回轉(zhuǎn)窯的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量為26t/h 煤耗為0.25 kg/kg熟料,每小時(shí)燒煤量6500kg,燃燒帶的過?諝庀禂(shù)為1.1。燃煤的理論空氣量為6Nm/kg(煤)。論文參考網(wǎng)。
   由此看出,需含氧氣為21%的空氣量:
   V=26000X0.25×6×1.1=42900Nm/h
   在此空氣中的含氧量=42900X21%=9009Nm/h。當(dāng)空氣中氧氣的濃度提高至25 時(shí),所需的空氣量
   V=9009/0.25=36036Nm/h
   因此,空氣量減少16%
   進(jìn)入燃燒室的N2量相應(yīng)下降20%,使得火焰的總體積下降,在燃料的加入量不變的情況下,火焰溫度提高,提高的程度主要取決于空氣中氧的濃度,當(dāng)空氣中氧氣的濃度達(dá)到25%時(shí),經(jīng)計(jì)算,火焰溫度可提高lO0℃左右。另外因入窯空氣量減少,使得火焰中CO2與H2O的體積百分比濃度升高,火焰的黑度也相應(yīng)增大。
   根據(jù)計(jì)算得知,當(dāng)助燃空氣中氧含量為25%時(shí),CO2的體積百分濃度提高17.5%,水蒸汽的體積百分濃度相應(yīng)提高17.7% ,由于CO2與H2O的濃度均增加許多,火焰的黑度相應(yīng)增大,當(dāng)空氣中氧氣的濃度為21%時(shí)。火焰的黑度經(jīng)計(jì)算為0.2104,當(dāng)空氣中氧氣的濃度為25%時(shí),火焰的黑度經(jīng)計(jì)算為0.2245。增加的程度約6%,火焰對(duì)物料的輻射傳熱量提高的程度大致計(jì)算如下:
   對(duì)水泥回轉(zhuǎn)窯來說,氣流對(duì)物料的輻射傳熱量由下式計(jì)算
   Qfm= 5.699×δgδm×[(Tg/1OO)4-(Tm/1OO)4]×Fm×ψg.m/(l-(1-δg)(1-δm )]W (3)
   式中;δg 為火焰的黑度, δm為物料的黑度。Tg為火焰的溫度(K);Tm為物料的溫度(K);Fm為火焰的表面積(即容器的內(nèi)表面積,m2 );ψg.m為火焰對(duì)物料的輻射角系數(shù)。
   由于
   ψg.m = Fm/Fg×ψm.g 而ψm.g =1 (4)
   ψm.g為物料表面對(duì)火焰的輻射角系數(shù);Fm為物料的表面積(m2 )。將式(4)代人式(3)并轉(zhuǎn)化為對(duì)流換熱的形式得:
   αgm= 5.699×δgδm×[(Tg/1OO)4-(Tm/1OO)4]/[(l-(1-δg)(1-δm )×ΔT] (5)
   式中,αgm為火焰對(duì)物料的輻射傳熱系數(shù)(W/m .℃);ΔT為燃燒帶火焰溫度與該帶物料溫度之差。
   由公式(5)計(jì)算,當(dāng)空氣中氧氣的濃度為2l% 時(shí):
   αgm=257.4 W/m2·℃
   當(dāng)空氣中氧氣的濃度為25% 時(shí):
   αgm=310 W/m2·℃
   由此看出,水泥回轉(zhuǎn)窯燃燒帶火焰對(duì)物料的輻射傳熱量提高的程度應(yīng)為20.4% 。回轉(zhuǎn)窯其他各帶的輻射傳熱量都相應(yīng)提高,提高的幅度不會(huì)相差很大。
   3 討論
   為使生料完成一系列的物理化學(xué)過程變成質(zhì)量較高的熟料.必須在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)保持一定溫度,并供給物料一定熱量以及一定范圍內(nèi)保持足夠的反應(yīng)時(shí)間,這就要求煤粉燃燒后造成高溫的同時(shí),形成的火焰有一定長(zhǎng)度、形狀和穩(wěn)定性,以滿足水泥生產(chǎn)的工藝要求。
   富氧燃燒技術(shù)的應(yīng)用,一方面可使火焰溫度及黑度提高,從而加大火焰對(duì)物料的輻射傳熱能力.有利于水泥生產(chǎn)。同時(shí)因減少空氣用量,以及煤燃燼程度的提高,使燃料的燃燒效率提高,達(dá)到節(jié)能降耗減少污染的目的。但另一方面,由于煤燃燒速度的提高,使火焰長(zhǎng)度縮短,若操作不當(dāng)。論文參考網(wǎng)。易造成短焰急燒,使高溫部分過于集中,易燒垮“窯皮”及襯料,不利于窯的長(zhǎng)期安全運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)由于氮?dú)獾臏p少,導(dǎo)致窯內(nèi)對(duì)流減弱,不利于對(duì)流傳熱,并增加窯內(nèi)溫度的不均勻性和易產(chǎn)生熱斑。為充分發(fā)揮富氧燃燒的優(yōu)勢(shì)而避免帶來不利影響。必須在燃燒
   水泥設(shè)備及工藝操作方面作相應(yīng)調(diào)整,如采用新型的適于富氧燃燒的燃煤噴槍;蛟诿喝紵龝r(shí)適當(dāng)提高煤將噴出的速度,并努力實(shí)現(xiàn)煙氣循環(huán)利用,加大窯內(nèi)氣流動(dòng)量,改善窯內(nèi)對(duì)流傳熱等等。以滿足生產(chǎn)對(duì)火焰長(zhǎng)度及溫度場(chǎng)的要求。
   當(dāng)然,富氧燃燒技術(shù)的應(yīng)用還將受到制氧設(shè)備及成本的限制。但隨著社會(huì)對(duì)節(jié)能環(huán)保要求的日趨強(qiáng)烈,以及高效制氧技術(shù)的發(fā)展,富氧燃燒在水泥窯的應(yīng)用將有可能成為現(xiàn)實(shí)。
   4 結(jié)束語(yǔ)
   富氧燃燒可改善回轉(zhuǎn)窯煤的燃燒條件,縮短燃燒所需時(shí)間,實(shí)現(xiàn)燃料的完全燃燒。同時(shí)也可使傳熱速率大幅度提高,因此有利于水泥生產(chǎn),此外,采用富氧燃燒,可使廢氣排放量及CO、NO 等有害氣體的產(chǎn)生量下降。有利于水泥生產(chǎn)線節(jié)能環(huán)保,但富氧空氣的引入不可避免地會(huì)政變水泥的原有工況條件,因而在操作及設(shè)備方面必須作相應(yīng)的調(diào)整,以滿足水泥回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)中所要求的火焰及溫度場(chǎng)要求。

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