第十一讲火焰

石灰生产与运用基础知识带竖式预热器和竖式冷却器的回转窑（十一）——火焰与火焰调整黄欣回转窑的生产过程是围绕着“火”进行的过程。

其中，调整出良好的火焰形状和位置是“火”的核心。

为此，对操作者而言，生产操作的过程就如同是一个“玩火”的过程。

然而，在面对着如何才能“玩好”这把“火”的认知程度不同，驾驭能力各异和调整方式有别的时候，其“火”产生的效果会有本质上的区别。

因此，在使用以前或者是在生产中应该对“火”的概念有一个以实用、有效为目的的了解以后，才可能对“火”的基本性质有所认识并具备根据生产需要进行调整和掌控的能力。

在回转窑上，燃烧器亦称烧嘴，是火的来源地。

它的作用是帮助燃料和空气从本体内各自独立的通道有序通过、入窑产生燃烧并形成所需要的火焰形状。

其中，按类型分主要有气体单烧、气体混烧、煤粉单烧、气体与煤粉混烧烧嘴。

其结构主要按介质通道数划分。

性能或规格按燃料种类、性质、窑型和生产能力配制。

当前，在带竖式预热器的回转窑上使用的主要是四通道单烧和五通道混烧烧嘴。

它们的主要调节功能有轴向风，径向风，中心风，入窑长度，端面位置和截面大小。

然而，在有的烧嘴端面上虽然设置有截面调节装置，但对其功能暂时不了解或者对该功能与其它相关环节的配合关系还不熟悉时，应该尽量不做调整。

这是因为，如果将轴向风截面向前或向后移动10mm时，火焰形态会随着风量、压力、流速和与径向风、燃料等许多配合关系的改变而发生一系列的，以负面影响居多的变化。

例如在某回转窑上将调整过的截面恢复以后，因火焰变形烧砖现象随即会发生改变或者就此可以得到一个比较理想的火焰形状。

按燃烧形态划分，回转窑上的火属于有焰火即有形状的火，理论上称之为扩散燃烧状态或有焰燃烧状态。

它是指燃料和助燃空气从各自独立的通道通过烧嘴的时候不进行混合，喷出烧嘴后，二者开始一边混合一边产生燃烧并且有一个明显的火焰形状。

反之，燃烧在竖窑上的“火”则属于无焰火，理论上称之为动力燃烧状态、无焰燃烧状态或预混合燃烧状态。

它是指燃料进入燃烧室或通过烧嘴以前开始与空气混合，喷出烧嘴时，燃料会迅速产生燃烧。

然而，由于这种燃烧状态的燃烧速度极快，火焰会很短或几乎看不到火焰。

因此，与有焰燃烧状态比较，该状态对燃料与空气的混合比例、使用压力、预热温度等有比较严格的要求。

通过生产实践表明，扩散燃烧状态在回转窑上使用的优点有，受混合因素影响，燃料燃烧产生的火焰即有一定的长度又有一定的宽度，在此基础上可以生成为一个有形状的火焰，在这一状态下，火焰的传热对象和辐射能力都比较强，热量分布的面积较大并且比较均匀。

其中更重要的是，火焰形状（长度、宽度、位置、软硬程度等）可以根据实际情况进行调整。

与此同时，该燃烧状态还具有可以使用各种低压煤气，对纯度要求不高，使用煤粉时的雾化效果较好，燃料燃烧时不易发生回火燃烧、爆炸等特点。

然而，在使用时如何掌控好该状态的关键是燃料与助燃空气的混合质量，其中，混合程度影响燃料燃烧的完全程度，混合速度决定燃料的燃烧速度。

1 火焰形状与火焰位置燃料喷出烧嘴与空气混合开始燃烧的时候，火焰在烧嘴调整环节的帮助下会形成一个炬形或类似于毛笔头的形状并在回转窑内拥有一个合适的位置。

然而，由于生产能力和使用的燃料各有不同，在不同的回转窑上，火焰的基本形状也会有所不同，例如长（窄）火焰或短（宽）火焰，其长度除却与燃料有关外，还与窑体长度，烧嘴入窑长度，烧成带长度和负压状态有关，理论上约为窑筒体内径的4～5倍。

烧嘴入窑越长，火焰越长。

负压抽力越大，火焰越长。

但无论其长度如何，对火焰长度调整的基本原则应该是即要将其控制在烧成带内又要使其有效的伸展开来进行的。

图1长火焰、图2短火焰简图图1长火焰图2短火焰在回转窑上，火焰除了有长短之分外还有其基本特征，例如软（慢）火焰，硬（急）火焰。

其中，火焰的软硬程度与燃料和助燃空气的混合速度有关，煤粉火焰较软、煤气火焰较硬。

火焰宽度与窑体内径、燃料的种类或性质有关，煤粉宽于煤气，理论上为窑内径的1/3或1/2。

实际使用时，应该以火焰不触及窑墙为原则。

另外，火焰在窑内的位置与烧嘴在窑内的长度和端面与物料之间形成的角度有关。

其中，烧嘴入窑的起点位置和端面在窑内的位置对火焰与物料之间形成的角度（夹角）影响最大。

1.1 火焰形状在石灰回转窑上，所谓理想的火焰形状是指燃料燃烧时的形态比较规范，有整体感，长度、宽度、位置适中，燃料与助燃空气有充分的混合时间并且能在有限的空间内产生完全燃烧的“活泼”火焰。

然而，由于使用的燃料不同，烧嘴的结构和调整的方式有别时，火焰的形态也会有所不同。

例如长火焰也称“缓慢”火，它的优点是燃烧形态比较平稳，辐射范围比较广泛，但燃烧时往往会存在着飘向远处寻找空气而不稳定的浮动倾向。

因此，它有与空气混合要求比较高，热点不易集中等不足。

短火焰也称扫帚形火焰，它的特点是长度较短，径面较宽，热点比较集中。

但是，由于焰端较软，在排烟抽力作用下向上飘移时很容易触及窑衬砖而发生局部过热和诱发结圈的概率较大。

低火焰主要是烧嘴整体入窑高度较低造成的。

从表现上看，这种火焰虽然与料面的接触距离很近，但传热效果并不好。

这是因为，火焰与料面接触太近时往往会产生一种封闭式效应，这时的热量会因失去有效的辐射空间渗透不进去，石灰石中的废余气体（CO2）被高温封闭出不来，特别是使用煤粉时，有一部分煤粉会因为缺少燃烧空间不但不能及时燃烧，更会附着在料层表面或者混在物料中燃烧而污染产品质量。

俯冲式火焰是烧嘴入窑起点较高，压低的头部与料面之间形成的夹角过大引起的，它的弊端是火焰对物料不但会形成点接触，辐射面很小，扬起的焰端很容易冲击旋转到窑顶的衬砖，结果是能耗高，产量低，窑况的稳定性不好。

无形状火焰也称散火焰，属于异常火焰，产生的主要原因是烧嘴端面堵塞或者变形所至，根据烧嘴与窑体转动方向的对应关系，变形的火焰无疑会偏向窑体上方或者空置无料的地方，这种火焰是烧砖和诱发结圈的大患。

1.2 火焰在窑内的位置调整以前，火焰在窑内的位置主要是以烧嘴端面在窑内的位置为基点处在有料的项位内。

然而，这只是一个从理论层面上给出的区域性位置，有指导意义但实用性不强。

因此，在生产中需要根据各自的实际情况，采用现场跟踪观察、分析与调整相结合的方式来寻找到合适的火焰位置。

其中，调整的基础是要使火焰处在既贴近物料但又要与其保持有一定距离的位置。

这个位置对火焰形状、燃烧状态、传热效果乃至于整个煅烧工艺的影响都非常大。

这是因为，火焰对物料辐射传热的最佳位置往往就发生在火焰中部稍微指向料面而扬起的焰端又不会触及到衬砖的时候。

其中，保持合适的距离是指火焰与物料之间必须要有一个良好的热量交换空间。

所以，就传热效果而言，一个理想的火焰位置要比理想的火焰形状更重要。

在此之中，火焰在这个位置略过物料时与之形成的角度更是重中之重，是调整工作的关键环节。

例如火焰与物料的面接触和点接触的传热效果就会有本质上的区别。

图3火焰在窑内的位置图3火焰在窑内的位置在带竖式预热器的回转窑上，从窑头罩上开烧嘴入窑孔的位置有两种，一是以窑筒体出料端横切面中心点为基点开孔。

二是从有物料的项位内开孔。

从现象上看，两种开孔位置的距离差异（100～300mm）并不大，烧嘴端面都会在有料的项位内。

但是从使用效果上看，不同的开孔位置对火焰与物料可能形成的角度的影响会非常大，例如从窑筒体中心点开孔送入烧嘴将端面向有料的项位调整时，火焰与物料的接触方式是以点接触为主。

反之，根据不同的窑体内径从中心点向有料项位做横向、纵向各偏移一定的距离如图3所示的位置开口送入烧嘴时，火焰与物料的接触方式则会以面接触为主。

图4火焰与物料点接触、图5火焰与物料面接触简图图4火焰与物料点接触图5火焰与物料面接触将两种接触方式进行比较，火焰对物料以点接触传热时，火焰形状的完整性、伸展程度，传热效果等都要明显的劣于面接触传热。

分析其原因在于，从窑头罩中心点开孔（取窑筒体半径2m，安装斜度3.5%时=2.0045°）送入烧嘴将端面调整到有料项时，火焰与物料之间在窑体安装斜度和烧嘴进窑斜度的作用下会形成一个≥4°的夹角，在这一角度下，火焰略过物料时会以一种辐射面较小，接触时间很短的俯冲姿态成为不理想的点接触传热。

因此，在考虑到火焰与物料的接触角度时，应该根据所使用的窑径将烧嘴孔开在有料项位内是比较理想的选择，例如将烧嘴端面（轴线）与物料之间的角度调整到＜4°时，火焰会沿着料面呈线型延伸而形成面接触。

通过生产实践表明，这种接触形式能与火焰形状形成良好的呼应关系，不但对煅烧非常有利，调整起来也比较容易。

2 火焰形状和火焰位置的调整烧嘴在窑内的位置与火焰的配合关系极为密切，二者之间即相互依赖又相互制约，与此同时，它们与其它相关环节之间也存在着错综复杂的相互影响关系。

由实践表明，这二者有影响煅烧秩序第一要素之称，也是影响生产整体走势的风向标，例如燃料用量很大但产量提不起来，煅烧温度不低但产品烧成的形态不均衡（急烧居多），质量不稳定，局部易过热，烧砖，结圈影响窑况，缩短生产周期等等都与它们的配合状态有关。

因此，在调整时需要进行综合性考虑和寻找其规律。

其中，对调整的基本要求和注意事项有○1要调整出合适的火焰形状，火焰整体在烧成带内，不触及窑墙，这一点非常重要○2寻找到合适的火焰位置，促使火焰对物料形成面接触并有合适的距离○3设专人调整，切不可随人随意随时调整○4避免一次性大幅度调整或多点同时调整○5调整以后必须留有充分的观察时间（≥8h）。

2.1 火焰形状的调整在带竖式预热器的回转窑上，组成火焰形状的基本要素是一次风，燃料，排烟抽力和二次风。

其中，○1火焰形状主要由一次风调整完成，按烧嘴结构划分，轴向风（外风或直流风）的作用是帮助形成火焰长度，径向风（内风或旋流风）帮助形成火焰宽度，中心风帮助雾化燃料。

其中，中心风对煤粉的雾化效果要明显的优于气体燃料时。

○2燃料种类影响一次风总量和轴向、径向风分配比例。

○3排烟抽力与二次风配合形成的负压环境影响火焰形状的完整性、扩展程度和稳定性，负压指数越大，火焰越长，小则相反。

调整火焰形状时，一次风应该以大风压低用量为宜（占助燃空气总量6%左右），比例分配的基本原则是轴向风应该或者必须大于径向风，分析其原因在于，当径向风将燃料向外扩展或者燃料本身喷出烧嘴时，火焰会在一种无束缚状态下自由展开而形成不了所需要的火焰形状。

这时，就需要通过轴向风从烧嘴外端强制裹住（收拢）火焰才能得到有长度有形状的火焰。

例如煤气单烧轴向风全开（100%），径向风视煤气压力高低而定（≥70%）时的火焰形状会比较完整。

煤粉单烧时，不但要考虑一次风的使用，还要考虑与煤风的配合关系。

与此同时，它们的使用量和分配比例更应该根据煤粉的质量（细度，水份，挥发份，灰份等）变化进行调整，特别是煤粉细度或水份发生改变时，调整环节的配合关系也要随之改变。