水煤浆成套燃烧技术在陶瓷辊道窑上的应用

加热没备《工业加热》第33卷2004年第6期水煤浆成套燃烧技术在陶瓷辊道窑上的应用夏德宏,吴祥宇,张省现1,吴永红1,赵禹民1,林书成2(1.北京科技大学热能工程系,北京100083;2.四川省煤炭工业局,四川成都610000摘要:通过对国内首次在陶瓷辊道窑上应用水煤浆成套技术的工业试验介绍,分别就燃烧应用系统中的各部分进行了详细地分析试验结果表明:陶瓷辊道窑上能很成功地应用该水煤浆燃烧技术,配备相应辅助技术后,能大幅度降低能源消耗,改善操作环境,从根本上解决陶瓷辊道窑的污染问题。该成套技术的推广应用对企业具有很好的经济效益和环保效益关键词:水煤浆;陶瓷辊道窑;烧成中图分类号:TK5文献标识码:A文章编号: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前言陶瓷辊道窑上进行了水煤浆燃烧成套技术的工业应用试目前,很多陶瓷辊道炉窑仍然采用直接手工燃煤,不验,取得了良好的效果仅燃烧效率特低,而且给周边地区造成极大的环境污染.2水煤浆的应用特性要从根本上长期解决陶瓷辊道炉窑的燃料来源及其燃烧为了探索水煤浆在陶瓷辊道窑上的适应性,对四川过程中的污染问题,因为资源限制和经济性方面的原因,省九达集团公司生产的水煤浆各项性能进行了工业性检不可能都寄希望于石油和天然气.因而陶瓷辊道炉窑的测。其主要应用特性如表1.发展只能走煤炭清洁利用技术的路线.水煤浆作为洁净表1九达水煤浆的应用特性的煤基流体燃料,经过世界各国20多年的科技攻关和各重量粘度上限度分分挥发分发热量灰熔定粒度平均粒种工业性示范推广,目前已经取得了很多宝贵的经验.由度(%)(%)(%)(%)MJkg2点C于具有较高的性价比和卓越的环境优势,水煤浆作为66±1200<300<45-7<0.5>30,18.84-125060种经济性的洁净燃料巳经在越来越多的工业领域如冶金机械、石油、化工、动力、建材等得到了成功应用.目注:采用原煤制浆前,北京科技大学利用自己开发的“工业窑炉水煤浆燃3水煤浆在陶瓷辊道窑上应用系统技术烧成套技术”与四川省九达(集团)公司密切合作,在水煤浆在陶瓷辊道窑上的应用包括厂区的储备和管道输送、炉前浆质调整、高寿命水煤浆专用燃烧器的研收稿日期:200407-20制与水煤浆的高效和稳定燃烧技术、冷却段余热回收及作者简介:夏德宏(1963-),男,教授,主要从事清洁能源利用强化水煤浆点火技术以及应用高性能热辐射材料强化碳等研究化硅板传热技术等5结语靠,操作简单,改变了以往的控制模式Honeywell HO900在燃油热处理炉上的运行证明,该参考文献多功能控制器具有抗干扰性能好、运行速度快,控温度[1]王常力,罗安集散控制系统的选型与应用DM.北京精度高,可与上位计算机连接使用,又可单独使用,体清华大学出版社,1996积小,功能强等特点,经过近一年的运行,系统稳定可[2]王秉铨工业炉设计手册[M]北京:机械工业出版社,1990加热设备《工业加热》第33卷2004年第6期31厂区储备与管道输送了工业实验燃烧,也取得了满意的效果。实际应用表明:水煤浆储浆池的设计主要技术包括:合理的底部结该系列燃烧器能良好地满足陶瓷辊道炉窑燃烧水煤浆的构、防沉淀防堵塞措施、最佳几何尺寸、有效地防挂浆要求措施等水煤浆的燃烧过程主要有:先经历喷枪雾化后,升水煤浆从储浆池到炉前采用管道输送,其输送水煤温、水份蒸发、挥发份析出与着火燃烧、炭粒的燃尽2浆管道系统各参数应根据水煤浆的流变特性以及管内流其中,保证水煤浆在燃烧前迅速挥发出30%以上的水动特性来确定,加入添加剂后,水煤浆具有很强的触变份,且使得挥发份快速析出和稳定着火——即点火燃烧性,在存放时粘度很大,可以保证水煤浆的长期存放而过程——是很关键的技术.为了保证有效的点火,在喷不沉淀(存放期>半年),经过高强度剪切搅拌,水煤浆枪前安装了特制的预热室式烧嘴砖(对难燃煤浆安置加的粘度显著降低(<600mPa·s),可以方便地利用喷嘴长型水煤浆专用预燃室式烧嘴砖)和喷枪外的强旋流配进行超细雾化和高效燃绕。根据触变流体的流动理论分风器·在燃烧过程中,炽热的预热室式烧嘴砖对雾化炬析,建立对应水煤浆管道输送模型口,由此计算出既节省进行强烈的辐射热交换使得雾化炬迅速升温,同时来自动力消耗,又能减少投资的最佳管径范围。根据计算得、配风器的强旋流使得雾化炬中心产生负压回流,部分高出的最佳管径范围,设计了陶瓷辊道窑水煤浆输送系统,温火焰回流到雾化炬根部,从而使得水煤浆能连续点火,如图1所示实现了长时间稳焰燃烧34冷却段余热回收及强化水煤浆点火技术储浆罐H供浆泵空压机辊道炉窑一般可分为预燃段、烧成段和冷却段三部搅拌罐分,为提高炉窑的烧成效率,陶瓷在烧成后,在冷却段要迅速均匀冷却下来,为了加快冷却,在辊道窑的冷却燃烧泵H在线过滤器段加上一余热回收利用设备。该设备能将冷却段的热空「助燃风机齦燃蹙气迅速抽出,而在出料的端面进入冷风,从而加快了烧成陶瓷的冷却。同时,抽出的热风直接送到水煤浆的配图1水煤浆在陶瓷辊道窑上应用的系统简图风器中,即可将这部分可用能直接输人到炉膛,有效地32炉前浆质调整技术降低了能耗。而且热风的引人还能改善水煤浆的着火特水煤浆是一种高浓度的非牛顿流体,在用燃烧器进性,对水煤浆的稳定燃烧起到了强化作用。根据燃烧学行雾化和燃烧之前必须将水煤浆的粘度、浓度、均匀性理论3,热风的引入还能有效地提高水煤浆的理论和实际等各项物理特性指标调整和稳定在合理的范围之内燃烧温度,实践证明:热风的引入,在燃料消耗量不变在储存时,水煤浆必须不容易沉淀、稳定性要很高,的前提下可使燃烧室火焰温度提高50~70℃因而加入1%以下的添加剂,使得浆体具有很强的触变35应用高性能热辐射材料强化碳化硅板传热技术性,黏性较大。而在雾化和燃烧时,需要水煤浆黏度较在陶瓷辊道窑工艺中,为了保证产品表面质量,大低。因此,在炉前燃烧系统中设置一台强力搅拌罐,通多采用间接加热法,即不能用火焰直接烧成料坯,因而过高速强力剪切搅摔,消除水煤浆的触变性,降低它的需要使用碳化硅板作为隔板使燃烧烟气与烧成室分开这表观粘度,保证水煤浆能得到良好的雾化,同时,在搅样使得燃烧室与烧成室的温差可达到200-300.为拌罐中采用独特的技术适当的析出(或加入)水分,严了强化碳化硅板的传热,在碳化硅板上、下表面应用了格控制了人炉水煤浆的浓度。而且搅拌器人口的过滤网北京科技大学研制的超高效热辐射涂料46在碳化硅板以及炉前管道系统中的在线过滤器不仅有效地滤去了水的下表面涂一层高吸收率的涂料,而在碳化硅板的上表煤浆中杂质,还使得水煤浆中可能产生的少量软沉淀重面涂一层高辐射率的涂料.高吸收率涂料是一种对炉膛内的辐射能谱(火焰辐射热源)有较高吸收率(A>0.93)新悬浮起来33高寿命水煤浆专用燃烧器的研制及点火燃烧技术的功能型节能材料,可以直接喷涂在受热面,强化热源高寿命水煤浆专用燃烧器各系列包括喷枪和配套的配与受热面之间的辐射热交换,以达到提高辊道窑热效率风器。该系列燃烧器具有三高一低的特点,即高燃烧效率和节约能源的目的;高发射率涂料是一种具有很高发射率(ε>0.93)的节能材料,将它喷涂在碳化硅板上表面(>99%),高负荷调节比(>3:1),高寿命(>3000h)以及低雾化介质一燃料比(<0.15),而且还有安装和操之后,增大了碳化硅板的黑度,增强了碳化硅板与炉气(或火焰)之间的辐射换热,从而达到强化传热的效果作简单,火焰结构可调(适应于各种陶瓷烧成工艺),点实践表明:使用上述高性能辐射涂料后,有效降低火容易等系列优点。同时针对难燃煤种的煤浆,采用专门设计的燃烧器和加长型水煤浆专用预燃室式烧嘴砖作了碳化硅板下部燃烧室和上部烧成室之间的温差,目前可降低到120~130℃,节能率高达20%,同时也大加燕设备《工业加热》第33卷2004年第6期度提高了辊道窑的生产能力,该试验辊道窑的生产能力陶瓷辊道窑的一种经济型洁净煤基流体燃料,在陶瓷行由原来的17000~18000块班提高到25000块/班以上.业具有很好的推广应用前景4工业应用试验与结果分析参考文献:试验陶瓷辊道窑的有效宽度18m,辊道窑全长120m,[夏德宏,邬婕,赵禹民,等,水煤浆在烧结机点火器上的试验过程一次点火成功,一直连续稳定运行,为水煤浆应用[.冶金能源,2002,21(3):4043.在陶瓷辊道窑上燃烧积累了很多宝贵的实践经验.为企[2 LEVENDIS Y A. Combustion Rates of Coal Water Slurry业节约了成本。Droplets [A]. Proc. of the 17th Intern. Conf On Coal Utilization原陶瓷辊道窑直接燃烧块煤,其配风完全依靠烟囱Slurry1992.自然吸风补给,无法实现强化燃烧,燃烧不充分,热利3韩昭沧燃料及燃烧围.北京:治金工业出版社,199用效率很低。再者,由于周期性添加燃料而打开燃烧室,{4夏德宏,吴水红,高庆昌新一代热辐射涂料的开发矿使得炉温周期性波动,温度分布不稳定,烧成室温度不很好地满足烧成工艺要求,因而不能满足高品质产品[5]夏德宏,邬婕,李宝善,等.电辐射加热条件下应用高辐射率涂料的节能技术[J工业加热,2002,31(3):18-23的生产要求·更为严重的是直接燃煤造成了极大的环境6夏德宏,吴永红,高庆昌,高发射率涂料在加热炉中的节能污染,尤其是加煤初期,煤炭中的挥发份集中析出时有机理与应用[J].治金能源,2002,21(6):25-28大量浓烟冒出。要从根本上解决以上问题,必须彻底改变传统的燃煤方式,基于此,对原陶瓷辊道窑燃烧部分作了改造,燃用水煤浆的陶瓷辊道窑示意图如图2wZ003040火焰炉顶部供热的热交换计算MerauyprHyecKas H TopHopyAHas npoMbllneHHOCTb))2003, No 6, 98冷却段方向余热回收装置碳化硅板进料端104(俄)对采用炉顶烧嘴供热的火焰炉热工进行了数值计算分析,数水浆烧嘴学模型的假定条件为:忽略火焰的辐射;炉底上放的金属为平板;忽略燃烧产物对金属的传热:炉子砌体为绝热;燃烧产物的比热容与温度无关,该模型与灰体辐射模型相类似。对计算结果图2辊道窑改烧水煤浆炉体改造示意图进行了分析。指出,炉顶供热可使对金属的给热热流增加8%~应用表明:水煤浆完全可以满足陶瓷辊道窑工艺要13%;绝热炉顶的黑度对金属表面的热流计算结果影响不大,因求.使用该水煤浆燃烧技术安全稳定,易于操作,与传而计算中可取近似值;气体黑度对炉顶供热的相对作用影响显统的辊道窑相比,该技术能大幅度节能并有效地控制了著;炉顶供热时,炉气温度与炉壁内表面温度相近。举例说明了汽气中的污染成份,排烟林格曼黑度为0级,烟尘浓度计算方法,对用炉顶平焰烧嘴供热的炉子,应尽量增大炉气黑Ox、SO2等各项指标都优于国家规定标准。同时燃烧水度,例如可减薄炉壁厚度以增大炉膛空间,或增加炉气中辐射气体的成分含量(如采用湿化空气、富氧燃烧等).图5参6煤浆能很好的保证炉内的温度均匀分布和稳定,明显改[郭伯伟摘]善和提高了辊道窑成品的质量,而且能耗也比较低,大大节约了成本,同时很好地改善了操作环境WZ003041有发展前途的轧钢连续加热炉符合能量与资源保护的热工制度(H3BecTHA By3, epAs MeranryprHa), 20035结语No.12,40~42(俄)(1)水煤浆完全可以满足陶瓷辊道窑工艺要求,对讨论的第1个问题是加热最终参数。首先,认为加热终了陶瓷的烧成没有任何不良影响,相反能良好地改善陶瓷时的温度可降低50~200℃,此举可以减少金属氧化烧损的热烧成性能,提高陶瓷产品的档次,而且改善了工人工作损失(可减少50%),降低炉膛温度,减少砌体向外的热损失环境,从根本上解决了环境污染问题降低燃料消耗,减少NOx排放,并可提高炉子生产率。其次,(2)采用的系列高寿命水煤浆专用燃烧器能满足不应采取料坯在炉外(炉子与轧机之间)实现料坯温度均匀化的同煤种所制水煤浆的燃烧,同时也满足了陶瓷辊道窑不措施,以允许把在炉内的加热不均匀性提高50~150℃,此举同的烧成工艺,该系列燃烧器具有雾化和燃烧效果好,寿可缩小甚至在某些条件可取消均热段或均热期(它们通常占总命长等优点加热时间的30%),同时可增加经济效益,第2个问题是加热(3)在陶瓷辊道窑的碳化硅板上使用高效热辐射涂制度,提出把现有的逆流式连续加热炉改为顺流遒逆流式加热炉,即把排烟口置于炉子中部,在原来的预热段上也装燃烧器,使料,节能效果显蓍著,具有良好的推广价值其成顺流式;原加热段仍为逆流式,这种加热制度适用于加热(4)水煤浆燃烧技术已经成熟,在陶瓷辊道窑上的低碳钢和低合金结构钢的料坯,以及热装(200~400℃)应用是完全成功的,体现了投资小、改造快的优点,为料坯。图1参20企业带来了十分显著的经济效益。可以认为:水煤浆是[郭伯伟摘