水煤漿成套燃燒技術(shù)在陶瓷輥道窯上的應用

加熱沒(méi)備《工業(yè)加熱》第33卷2004年第6期水煤漿成套燃燒技術(shù)在陶瓷輥道窯上的應用夏德宏,吳祥宇,張省現1,吳永紅1,趙禹民1,林書(shū)成2(1.北京科技大學(xué)熱能工程系,北京100083;2.四川省煤炭工業(yè)局,四川成都610000摘要:通過(guò)對國內首次在陶瓷輥道窯上應用水煤漿成套技術(shù)的工業(yè)試驗介紹,分別就燃燒應用系統中的各部分進(jìn)行了詳細地分析試驗結果表明:陶瓷輥道窯上能很成功地應用該水煤漿燃燒技術(shù),配備相應輔助技術(shù)后,能大幅度降低能源消耗,改善操作環(huán)境,從根本上解決陶瓷輥道窯的污染問(wèn)題。該成套技術(shù)的推廣應用對企業(yè)具有很好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益關(guān)鍵詞:水煤漿;陶瓷輥道窯;燒成中圖分類(lèi)號:TK5文獻標識碼:A文章編號:1002-1639(2004)06-0033-03The Application of Coal-water Slurry to a Ceramic roller kilnXIA De-hong, wU Xiang-yu, ZHANG Sheng-xian, wU Yong-hong, ZHAO Yu-min, LIN Shu-cheng(1. Dept. of Thermal Engineering, Univ. of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China2. Sichuan Bureau of Coal Industry, Chengdu 610000, China)Abstract: Coal-Water Slurry (CwS) has been put into application in a Ceramic roller Kiln (CrK) for the first time in China. Some keytechniques in this complete technology have been analyzed in this paper. Experimental results have proved that the complete technology ofCWS combustion can reach a sound calcining efficiency and energy saving effect. Especially, they can solve the air pollution of the ceramicroller kiln successfully. The popularization of this technology has a bright prospect both economically and environmentallyKey words: coal-water slurry; ceramic roller kiln; calcine1前言陶瓷輥道窯上進(jìn)行了水煤漿燃燒成套技術(shù)的工業(yè)應用試目前,很多陶瓷輥道爐窯仍然采用直接手工燃煤,不驗,取得了良好的效果僅燃燒效率特低,而且給周邊地區造成極大的環(huán)境污染.2水煤漿的應用特性要從根本上長(cháng)期解決陶瓷輥道爐窯的燃料來(lái)源及其燃燒為了探索水煤漿在陶瓷輥道窯上的適應性,對四川過(guò)程中的污染問(wèn)題,因為資源限制和經(jīng)濟性方面的原因,省九達集團公司生產(chǎn)的水煤漿各項性能進(jìn)行了工業(yè)性檢不可能都寄希望于石油和天然氣.因而陶瓷輥道爐窯的測。其主要應用特性如表1.發(fā)展只能走煤炭清潔利用技術(shù)的路線(xiàn).水煤漿作為潔凈表1九達水煤漿的應用特性的煤基流體燃料,經(jīng)過(guò)世界各國20多年的科技攻關(guān)和各重量粘度上限度分分揮發(fā)分發(fā)熱量灰熔定粒度平均粒種工業(yè)性示范推廣,目前已經(jīng)取得了很多寶貴的經(jīng)驗.由度(%)(%)(%)(%)MJkg2點(diǎn)C于具有較高的性?xún)r(jià)比和卓越的環(huán)境優(yōu)勢,水煤漿作為66±1200<300<45-7<0.5>30,18.84-125060種經(jīng)濟性的潔凈燃料巳經(jīng)在越來(lái)越多的工業(yè)領(lǐng)域如冶金機械、石油、化工、動(dòng)力、建材等得到了成功應用.目注:采用原煤制漿前,北京科技大學(xué)利用自己開(kāi)發(fā)的“工業(yè)窯爐水煤漿燃3水煤漿在陶瓷輥道窯上應用系統技術(shù)燒成套技術(shù)”與四川省九達(集團)公司密切合作,在水煤漿在陶瓷輥道窯上的應用包括廠(chǎng)區的儲備和管道輸送、爐前漿質(zhì)調整、高壽命水煤漿專(zhuān)用燃燒器的研收稿日期:200407-20制與水煤漿的高效和穩定燃燒技術(shù)、冷卻段余熱回收及作者簡(jiǎn)介:夏德宏(1963-),男,教授,主要從事清潔能源利用強化水煤漿點(diǎn)火技術(shù)以及應用高性能熱輻射材料強化碳等研究化硅板傳熱技術(shù)等5結語(yǔ)靠,操作簡(jiǎn)單,改變了以往的控制模式Honeywell HO900在燃油熱處理爐上的運行證明,該參考文獻多功能控制器具有抗干擾性能好、運行速度快,控溫度[1]王常力,羅安集散控制系統的選型與應用DM.北京精度高,可與上位計算機連接使用,又可單獨使用,體清華大學(xué)出版社,1996積小,功能強等特點(diǎn),經(jīng)過(guò)近一年的運行,系統穩定可[2]王秉銓工業(yè)爐設計手冊[M]北京:機械工業(yè)出版社,1990加熱設備《工業(yè)加熱》第33卷2004年第6期31廠(chǎng)區儲備與管道輸送了工業(yè)實(shí)驗燃燒,也取得了滿(mǎn)意的效果。實(shí)際應用表明:水煤漿儲漿池的設計主要技術(shù)包括:合理的底部結該系列燃燒器能良好地滿(mǎn)足陶瓷輥道爐窯燃燒水煤漿的構、防沉淀防堵塞措施、最佳幾何尺寸、有效地防掛漿要求措施等水煤漿的燃燒過(guò)程主要有:先經(jīng)歷噴槍霧化后,升水煤漿從儲漿池到爐前采用管道輸送,其輸送水煤溫、水份蒸發(fā)、揮發(fā)份析出與著(zhù)火燃燒、炭粒的燃盡2漿管道系統各參數應根據水煤漿的流變特性以及管內流其中,保證水煤漿在燃燒前迅速揮發(fā)出30%以上的水動(dòng)特性來(lái)確定,加入添加劑后,水煤漿具有很強的觸變份,且使得揮發(fā)份快速析出和穩定著(zhù)火——即點(diǎn)火燃燒性,在存放時(shí)粘度很大,可以保證水煤漿的長(cháng)期存放而過(guò)程——是很關(guān)鍵的技術(shù).為了保證有效的點(diǎn)火,在噴不沉淀(存放期>半年),經(jīng)過(guò)高強度剪切攪拌,水煤漿槍前安裝了特制的預熱室式燒嘴磚(對難燃煤漿安置加的粘度顯著(zhù)降低(<600mPa·s),可以方便地利用噴嘴長(cháng)型水煤漿專(zhuān)用預燃室式燒嘴磚)和噴槍外的強旋流配進(jìn)行超細霧化和高效燃繞。根據觸變流體的流動(dòng)理論分風(fēng)器·在燃燒過(guò)程中,熾熱的預熱室式燒嘴磚對霧化炬析,建立對應水煤漿管道輸送模型口,由此計算出既節省進(jìn)行強烈的輻射熱交換使得霧化炬迅速升溫,同時(shí)來(lái)自動(dòng)力消耗,又能減少投資的最佳管徑范圍。根據計算得、配風(fēng)器的強旋流使得霧化炬中心產(chǎn)生負壓回流,部分高出的最佳管徑范圍,設計了陶瓷輥道窯水煤漿輸送系統,溫火焰回流到霧化炬根部,從而使得水煤漿能連續點(diǎn)火,如圖1所示實(shí)現了長(cháng)時(shí)間穩焰燃燒34冷卻段余熱回收及強化水煤漿點(diǎn)火技術(shù)儲漿罐H供漿泵空壓機輥道爐窯一般可分為預燃段、燒成段和冷卻段三部攪拌罐分,為提高爐窯的燒成效率,陶瓷在燒成后,在冷卻段要迅速均勻冷卻下來(lái),為了加快冷卻,在輥道窯的冷卻燃燒泵H在線(xiàn)過(guò)濾器段加上一余熱回收利用設備。該設備能將冷卻段的熱空「助燃風(fēng)機齦燃蹙氣迅速抽出,而在出料的端面進(jìn)入冷風(fēng),從而加快了燒成陶瓷的冷卻。同時(shí),抽出的熱風(fēng)直接送到水煤漿的配圖1水煤漿在陶瓷輥道窯上應用的系統簡(jiǎn)圖風(fēng)器中,即可將這部分可用能直接輸人到爐膛,有效地32爐前漿質(zhì)調整技術(shù)降低了能耗。而且熱風(fēng)的引人還能改善水煤漿的著(zhù)火特水煤漿是一種高濃度的非牛頓流體,在用燃燒器進(jìn)性,對水煤漿的穩定燃燒起到了強化作用。根據燃燒學(xué)行霧化和燃燒之前必須將水煤漿的粘度、濃度、均勻性理論3,熱風(fēng)的引入還能有效地提高水煤漿的理論和實(shí)際等各項物理特性指標調整和穩定在合理的范圍之內燃燒溫度,實(shí)踐證明:熱風(fēng)的引入,在燃料消耗量不變在儲存時(shí),水煤漿必須不容易沉淀、穩定性要很高,的前提下可使燃燒室火焰溫度提高50~70℃因而加入1%以下的添加劑,使得漿體具有很強的觸變35應用高性能熱輻射材料強化碳化硅板傳熱技術(shù)性,黏性較大。而在霧化和燃燒時(shí),需要水煤漿黏度較在陶瓷輥道窯工藝中,為了保證產(chǎn)品表面質(zhì)量,大低。因此,在爐前燃燒系統中設置一臺強力攪拌罐,通多采用間接加熱法,即不能用火焰直接燒成料坯,因而過(guò)高速強力剪切攪摔,消除水煤漿的觸變性,降低它的需要使用碳化硅板作為隔板使燃燒煙氣與燒成室分開(kāi)這表觀(guān)粘度,保證水煤漿能得到良好的霧化,同時(shí),在攪樣使得燃燒室與燒成室的溫差可達到200-300.為拌罐中采用獨特的技術(shù)適當的析出(或加入)水分,嚴了強化碳化硅板的傳熱,在碳化硅板上、下表面應用了格控制了人爐水煤漿的濃度。而且攪拌器人口的過(guò)濾網(wǎng)北京科技大學(xué)研制的超高效熱輻射涂料46在碳化硅板以及爐前管道系統中的在線(xiàn)過(guò)濾器不僅有效地濾去了水的下表面涂一層高吸收率的涂料,而在碳化硅板的上表煤漿中雜質(zhì),還使得水煤漿中可能產(chǎn)生的少量軟沉淀重面涂一層高輻射率的涂料.高吸收率涂料是一種對爐膛內的輻射能譜(火焰輻射熱源)有較高吸收率(A>0.93)新懸浮起來(lái)33高壽命水煤漿專(zhuān)用燃燒器的研制及點(diǎn)火燃燒技術(shù)的功能型節能材料,可以直接噴涂在受熱面,強化熱源高壽命水煤漿專(zhuān)用燃燒器各系列包括噴槍和配套的配與受熱面之間的輻射熱交換,以達到提高輥道窯熱效率風(fēng)器。該系列燃燒器具有三高一低的特點(diǎn),即高燃燒效率和節約能源的目的;高發(fā)射率涂料是一種具有很高發(fā)射率(ε>0.93)的節能材料,將它噴涂在碳化硅板上表面(>99%),高負荷調節比(>3:1),高壽命(>3000h)以及低霧化介質(zhì)一燃料比(<0.15),而且還有安裝和操之后,增大了碳化硅板的黑度,增強了碳化硅板與爐氣(或火焰)之間的輻射換熱,從而達到強化傳熱的效果作簡(jiǎn)單,火焰結構可調(適應于各種陶瓷燒成工藝),點(diǎn)實(shí)踐表明:使用上述高性能輻射涂料后,有效降低火容易等系列優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)針對難燃煤種的煤漿,采用專(zhuān)門(mén)設計的燃燒器和加長(cháng)型水煤漿專(zhuān)用預燃室式燒嘴磚作了碳化硅板下部燃燒室和上部燒成室之間的溫差,目前可降低到120~130℃,節能率高達20%,同時(shí)也大加燕設備《工業(yè)加熱》第33卷2004年第6期度提高了輥道窯的生產(chǎn)能力,該試驗輥道窯的生產(chǎn)能力陶瓷輥道窯的一種經(jīng)濟型潔凈煤基流體燃料,在陶瓷行由原來(lái)的17000~18000塊班提高到25000塊/班以上.業(yè)具有很好的推廣應用前景4工業(yè)應用試驗與結果分析參考文獻:試驗陶瓷輥道窯的有效寬度18m,輥道窯全長(cháng)120m,[夏德宏,鄔婕,趙禹民,等,水煤漿在燒結機點(diǎn)火器上的試驗過(guò)程一次點(diǎn)火成功,一直連續穩定運行,為水煤漿應用[.冶金能源,2002,21(3):4043.在陶瓷輥道窯上燃燒積累了很多寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗.為企[2 LEVENDIS Y A. Combustion Rates of Coal Water Slurry業(yè)節約了成本。Droplets [A]. Proc. of the 17th Intern. Conf On Coal Utilization原陶瓷輥道窯直接燃燒塊煤,其配風(fēng)完全依靠煙囪Slurry1992.自然吸風(fēng)補給,無(wú)法實(shí)現強化燃燒,燃燒不充分,熱利3韓昭滄燃料及燃燒圍.北京:治金工業(yè)出版社,199用效率很低。再者,由于周期性添加燃料而打開(kāi)燃燒室,{4夏德宏,吳水紅,高慶昌新一代熱輻射涂料的開(kāi)發(fā)礦使得爐溫周期性波動(dòng),溫度分布不穩定,燒成室溫度不很好地滿(mǎn)足燒成工藝要求,因而不能滿(mǎn)足高品質(zhì)產(chǎn)品[5]夏德宏,鄔婕,李寶善,等.電輻射加熱條件下應用高輻射率涂料的節能技術(shù)[J工業(yè)加熱,2002,31(3):18-23的生產(chǎn)要求·更為嚴重的是直接燃煤造成了極大的環(huán)境6夏德宏,吳永紅,高慶昌,高發(fā)射率涂料在加熱爐中的節能污染,尤其是加煤初期,煤炭中的揮發(fā)份集中析出時(shí)有機理與應用[J].治金能源,2002,21(6):25-28大量濃煙冒出。要從根本上解決以上問(wèn)題,必須徹底改變傳統的燃煤方式,基于此,對原陶瓷輥道窯燃燒部分作了改造,燃用水煤漿的陶瓷輥道窯示意圖如圖2wZ003040火焰爐頂部供熱的熱交換計算MerauyprHyecKas H TopHopyAHas npoMbllneHHOCTb))2003, No 6, 98冷卻段方向余熱回收裝置碳化硅板進(jìn)料端104(俄)對采用爐頂燒嘴供熱的火焰爐熱工進(jìn)行了數值計算分析,數水漿燒嘴學(xué)模型的假定條件為:忽略火焰的輻射;爐底上放的金屬為平板;忽略燃燒產(chǎn)物對金屬的傳熱:爐子砌體為絕熱;燃燒產(chǎn)物的比熱容與溫度無(wú)關(guān),該模型與灰體輻射模型相類(lèi)似。對計算結果圖2輥道窯改燒水煤漿爐體改造示意圖進(jìn)行了分析。指出,爐頂供熱可使對金屬的給熱熱流增加8%~應用表明:水煤漿完全可以滿(mǎn)足陶瓷輥道窯工藝要13%;絕熱爐頂的黑度對金屬表面的熱流計算結果影響不大,因求.使用該水煤漿燃燒技術(shù)安全穩定,易于操作,與傳而計算中可取近似值;氣體黑度對爐頂供熱的相對作用影響顯統的輥道窯相比,該技術(shù)能大幅度節能并有效地控制了著(zhù);爐頂供熱時(shí),爐氣溫度與爐壁內表面溫度相近。舉例說(shuō)明了汽氣中的污染成份,排煙林格曼黑度為0級,煙塵濃度計算方法,對用爐頂平焰燒嘴供熱的爐子,應盡量增大爐氣黑Ox、SO2等各項指標都優(yōu)于國家規定標準。同時(shí)燃燒水度,例如可減薄爐壁厚度以增大爐膛空間,或增加爐氣中輻射氣體的成分含量(如采用濕化空氣、富氧燃燒等).圖5參6煤漿能很好的保證爐內的溫度均勻分布和穩定,明顯改[郭伯偉摘]善和提高了輥道窯成品的質(zhì)量,而且能耗也比較低,大大節約了成本,同時(shí)很好地改善了操作環(huán)境WZ003041有發(fā)展前途的軋鋼連續加熱爐符合能量與資源保護的熱工制度(H3BecTHA By3, epAs MeranryprHa), 20035結語(yǔ)No.12,40~42(俄)(1)水煤漿完全可以滿(mǎn)足陶瓷輥道窯工藝要求,對討論的第1個(gè)問(wèn)題是加熱最終參數。首先,認為加熱終了陶瓷的燒成沒(méi)有任何不良影響,相反能良好地改善陶瓷時(shí)的溫度可降低50~200℃,此舉可以減少金屬氧化燒損的熱燒成性能,提高陶瓷產(chǎn)品的檔次,而且改善了工人工作損失(可減少50%),降低爐膛溫度,減少砌體向外的熱損失環(huán)境,從根本上解決了環(huán)境污染問(wèn)題降低燃料消耗,減少NOx排放,并可提高爐子生產(chǎn)率。其次,(2)采用的系列高壽命水煤漿專(zhuān)用燃燒器能滿(mǎn)足不應采取料坯在爐外(爐子與軋機之間)實(shí)現料坯溫度均勻化的同煤種所制水煤漿的燃燒,同時(shí)也滿(mǎn)足了陶瓷輥道窯不措施,以允許把在爐內的加熱不均勻性提高50~150℃,此舉同的燒成工藝,該系列燃燒器具有霧化和燃燒效果好,壽可縮小甚至在某些條件可取消均熱段或均熱期(它們通常占總命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)加熱時(shí)間的30%),同時(shí)可增加經(jīng)濟效益,第2個(gè)問(wèn)題是加熱(3)在陶瓷輥道窯的碳化硅板上使用高效熱輻射涂制度,提出把現有的逆流式連續加熱爐改為順流遒逆流式加熱爐,即把排煙口置于爐子中部,在原來(lái)的預熱段上也裝燃燒器,使料,節能效果顯蓍著(zhù),具有良好的推廣價(jià)值其成順流式;原加熱段仍為逆流式,這種加熱制度適用于加熱(4)水煤漿燃燒技術(shù)已經(jīng)成熟,在陶瓷輥道窯上的低碳鋼和低合金結構鋼的料坯,以及熱裝(200~400℃)應用是完全成功的,體現了投資小、改造快的優(yōu)點(diǎn),為料坯。圖1參20企業(yè)帶來(lái)了十分顯著(zhù)的經(jīng)濟效益?？梢哉J為:水煤漿是[郭伯偉摘