无烟煤微油点火技术在水泥厂的应用实践

李治飞，王卫刚，马彦超

焦作千业水泥公司

来源：《中国水泥》

随着国民经济的发展燃油用量越来越大，尤其对我国而言石油资源非常匮乏，每年需进口数亿吨的原油。在这种能源紧缺的形势下国家发改委启动了《节能长中期专项规划》提出了“十一五”期间节约和替代石油3800万吨的奋斗目标被列为十大节能工程首位。

水泥行业烘窑过程和维持窑温阶段是水泥行业用油主要阶段。据统计单条生产线的年耗油量在大约为130t,我国每年回转窑点火和稳燃用油量至少在120万吨以上，且每年以10%的速度递增。因此，开发利用少油或无油煤粉直接点火技术，对降低回转窑运行成本，特别是点火成本，具有很大的经济效益和社会效益。

1回转窑点火技术现状

目前，国内外回转窑点火技术有以下几大类：传统式油柱点火技术、压缩空气和油混合燃烧技术，以及新研究的微油点火技术。

1.1传统式的油柱点火技术

主要是进油管送来一定压力的燃油，经过分流片上的进油孔汇聚到环形均油槽中，进入旋流片的切向槽，以切线方向进入旋流片的油在旋流室中产生强烈的旋转，高速旋转的燃油从雾化片喷口喷出时，由于离心力的作用，被迅速粉碎成许多细小油粒，形成一个空心的圆柱形雾炬。这种传统式雾化效果差，燃油和煤粉不完全燃烧，造成浪费，难以满足现在水泥窑点火时的节油节煤的工艺要求，这种传统式的油柱点火技术主要在一些建设年代早，现在还在生产的企业中使用。

1.2压缩空气和油混合燃烧技术

在工业应用时分两种喷枪技术，一种是在回油管路上设置调节阀，通过调节油阀的开度可使油枪喷出的油量在较大范围内变化。缺点是雾化效果偏差，用油量较大。另一种双流体喷枪，是在回油式喷枪的基础上，开发的新型喷枪，借助于流体(一般为压缩空气)使油雾化因此双流体喷枪又称介质雾化喷枪或气助喷枪。双流体喷枪通常的运行时油压0.5~2.0MPa,气压为0.6~1.0MPa。由于利用高速喷射的空气或蒸汽冲击油流体而达到雾化的目的，因此这种喷嘴的雾化效果较好，油量调节范围广，且喷嘴结构简单，对油质要求不高，重油、轻油均可良好雾化，但因为需要压缩空气或蒸汽的气压较高，一般的企业在生产中都能满足气压要求且所需动力，但是燃油费用较高。目前，国内外回转窑点火技术主要采用的就是双流体喷枪点火升温技术。

1.3微油点火技术

在双流体喷枪的原理上，利用压缩空气再增压的气体的高速射流将燃料油直接击碎，雾化成超细油滴进行燃烧，同时用燃烧产生的热量对燃料进行初期加热、扩容，后期加热，在极短的时间内完成油滴的蒸发气化，使油枪在正常燃烧过程中直接燃烧气体燃料，从而大大提高燃烧效率及火焰温度。气化燃烧后的火焰刚性极强，其传播速度极快超过声速，火焰呈完全透明状(根部呈蓝色，中间及尾部呈透明白色),火焰中心温度高达1500～2000℃。微油气化油枪燃烧形成的高温火焰，使进入一次室的煤粉颗粒温度急剧升高、破裂粉碎，并释放出大量的挥发份迅速着火燃烧，实现了煤粉的分级燃烧，燃烧能量逐级放大，达到点火并加速煤粉燃烧的目的，大大减少煤粉燃烧所需引燃能量即燃油消耗量。

2微油点火系统组成及工作原理

改造后的微油点火系统见图1,主要有以下系统组成：微油枪和燃烧器、微油枪油系统、压缩空气系统、微油枪高压风系统、微油枪油流量检测以及燃烧器环境温度检测系统、煤粉制备和输送系统、一次风监测系统(可选)等组成。

我公司的原双流体点火设备中的煤粉制备和输送系统、控制系统、微油枪油流量检测和燃烧器环境温度检测系统以及一次风监测系统都适合微油点火技术的设备监测要求，基本不必做改造。燃油系统中压缩空气系统、高压风系统及油枪达不到微油点火的要求，需进行改造。其中微油点火的燃烧器见图2,需要有旋流风、送煤风、轴流风、以及中心风(即火焰稳定器)。

我公司目前回转窑窑头燃烧器的设计是基本上符合微油点火技术对其燃烧器技术要求的四通道燃烧器。在中心风管内设置微油点火气化油枪，点火时通过一些机械装置把中心风管向后移动一定距离微油枪着火以后直接给煤从而点燃煤粉从而实现烘窑以及维持窑温，待窑温达到需要的温度以后退出油枪就可以继续运行，操作方便，保证了燃烧器在正常运行时的性能不变。我公司使用的是皮拉德四风道燃烧器，符合微油点火技术对其燃烧器技术要求。

微油点火喷枪的工作原理是：先利用压缩空气的高速射流将燃料油直接击碎，雾化成超细油粒进行燃烧，同时利用燃烧产生的热量对燃油进行加热、使燃油在极短的时间内分级燃烧。在装有微油点火喷嘴的油枪在窑头罩室内可实现冷窑启动时用微量的油直接点燃煤粉，不影响燃烧器的性能，以达到节油效果。在工业生产时，根据企业回转窑燃烧器和窑体直径来选择合适的微油油枪作为微油点火油枪。

3无烟煤微油点火回转窑升温调试

3.1第一次无烟煤微油点火升温

我公司目前使用的无烟煤质量分析见表1,改造后无烟煤微油点火系统见表2,第一次采用改造后系统进行回转窑点火升温调试。

中控控制操作：开启窑头送煤风机开始喷煤，初始喷煤量给定0.1t/h,根据升温曲线逐渐增加喷煤量，同时增加一次风压，使一次风和喷煤量匹配合理。喷煤量、喷油量、烟室温度、一次风压、二次风温以及压力的关系见表3。

温度达到950℃后，开启高温风机，篦冷机设备，窑主电机等设备，温度到达1050℃,开始进行投料操作。投料后，二次风温600℃时或投料量达到300t/h,停止喷油。

3.2升温过程中遇到的问题以及解决办法

由于无烟煤的灰分高，挥发分低，低温时不宜燃烧，火焰较长，所以无烟煤微油点火在水泥窑烘窑升温过程中，会比较容易出现火焰熄灭的现象。

刚点火后，由于窑内温度过低，且窑尾预热器内气流不稳定，会出现爆燃现象，造成窑头火焰熄灭。这时少带些或不带煤粉，把窑内和预热器先烘一烘，再慢慢的把喷煤量加起来。由于无烟煤不好燃烧，在增加喷煤量的同时注意二次风温，最好保持在400℃以上，便于燃烧并且火焰不宜熄灭。

在窑头温度升温到345℃,窑尾温度650℃左右时，尝试省油把油枪油量降到580L/h,由于无烟煤不宜燃烧，造成火焰熄灭，煤粉燃烧不好，烘窑比较困难，把油枪油量调整到650L/h时，再次出现火焰熄灭的现象。最后把油枪油量调整到824L/h时，火焰稳定。主要是因为温度升高到650℃后，煤粉使用加多，在用油量减少的情况下，造成煤粉燃烧不充分，窑头二次风温压力波动变大，火焰熄灭。控制好喷煤量、喷油量、二次风温以及压力，使之匹配，是点火升温的关键。

3.3第二次无烟煤微油点火升温

中控控制操作：开启窑头送煤风机开始喷煤，初始喷煤量给定0.1t/h,根据升温曲线逐渐增加喷煤量，同时增加一次风压，使一次风和喷煤量匹配合理。喷煤量、喷油量、一次风压、窑头温度及烟室温度的关系见表4。

温度达到950℃后，开启高温风机，篦冷机设备，窑主电机等设备，温度到达1050℃,开始进行投料操作。投料后，二次风温600℃时或投料量达到300 t/h,停止喷油。

3.4在升温过程中遇到的问题

无烟煤点火，在温度升温时，先把窑头温度升起来，然后窑头和窑尾温度一起升，特别是温度向八百多度升时，头煤量增加，窑头温度偏低不易煤粉燃烧，适当提高窑头温度，无烟煤的燃点在440℃到500℃,窑头温度最好保持在440℃以上，煤粉才能燃烧较好，窑头用煤量大，温度低的话，会出现爆燃和熄火现象。

4经济效益

本次无烟煤微油点火升温较原系统点火节油9.5 t,可降低费用约7.36万元，全年按点火升温12次算，可节约柴油费用为88.32万元；煤粉按照1000元/t计算，较原系统点火多用煤粉18 t,多支出费用1.8万元，全年按点火升温12次算，可节约费用为21.6万元；合计全年节省费用66.72万元。