`燃烧器参数、选型、诊断

❖ 随着煤质的变化， 特别是国内，优质烟煤价 格的越来越高， 劣质煤、无烟煤被广泛使用。 很多厂更是使用劣质煤或无烟煤掺部分热值 及挥发分高的烟煤来满足煅烧要求。两种类 型的燃烧器有逐渐融合的趋势，即一次风速 （轴流风速）越来越高。
各种煤的工业分析
２.燃烧器型式
❖ 国外高动能型燃烧器的主要产品是KHD公司 生产的PYRO-JET燃烧器；国内大部分燃烧 器也可归为此类型。一般可统称为三通道燃 烧器。
大窑熟料
图3多孔区域分布的小堆B矿及尺寸 巨大的A矿晶体——浸蚀程度较重
图4 多孔区域分布的小堆B矿及尺寸 巨大的A矿晶体——浸蚀程度较重
大窑熟料
图5 A矿晶体边缘发生分解，棱角不完整 1%硝酸酒精浸蚀，反光200X
图6 大部分A矿晶体发生分解 1%硝酸酒精浸蚀，反光200X
大窑熟料
图7 集中分布的树叶状、手指状B矿 矿
风速的乘积（％·m／ s）。一次风量为占化 学需氧量的百分数。
❖ 回转窑用燃烧器都是喷射卷吸型燃烧器，其 设计有两种方式：
❖ 第一种：高动能型。即：较高的一次风
（＞300m/s），较低的一次风量，通常为 5％～10％。
❖ 第二种：高冲量型。即：相对较高的一次风 量，较低的一次风速，以提供足够的冲量来 产生回流。
❖ （5）旋流风道和轴流风道均能前后调节， 从而改变其喷射口面积，达到调节其喷射风 速的目的。
燃烧器型式
❖ （6）在轴流风道喷口外端，设置拢焰罩，防 止火焰过于粗大而损坏窑皮。
❖ 以上措施有利于增加火焰长度及产生平稳的 峰值温度，保护窑皮和减少NOx 的生成量。
3 几种燃烧器的分析对比
3 几种燃烧器的分析对比
燃烧器型式
❖ 上述措施致使火焰的最大峰值温度平稳，达 到保护窑皮和提高耐火砖的使用周期，同时 还可降低NOx 的排放。
燃烧器型式
四风道燃烧器
燃烧器型式
❖ 2.3 PILLARD 燃烧器 ❖ PILLARD燃烧器与FLS燃烧器的设计特点类
似： ❖ （1）增设中心圆孔形喷射口的平行射流，减
少该部位燃烧结焦。
❖ 高冲量型燃烧器由于煤粉在旋流风和轴流风 的里层， 火焰形状稳定， 适合原燃料稳定的
水泥厂使用。由于一次风量相对高一些，但 风压较低（最高在30kPa 左右），也不一定 增加系统能耗。
三、燃烧器参数
１.旋流度：
❖ ρ—流体密度
❖ r—任意半径
❖ U、W和ρ—分别为旋转射流任一截面上的轴向和切向速度 分量以及静压力。
❖ 国外高冲量型燃烧器的主要产品是FLS公司 生产的DUOFLEX燃烧器，PILLARD公司生 产的PILLARD燃烧器；国内也有几家生此类 燃烧器。一般可统称为四通道燃烧器。
燃烧器型式
❖ 2．1 KHD公司PYRO－JET燃烧器 ❖ PYRO-JET 燃烧器的总体结构与一般的三通
道燃烧器相似，为了保证较高的轴流风速， 其轴流空气是由喷嘴环上的围成圆形状的圆 形小孔射出，喷口的数目、尺寸和位置取决 于生产能力和燃料种类。燃烧器为高动能型 三风道燃烧器，中间为油气点火装置，并增 加了用于冷却点火装置的中心风（占一次风 的比例很小， 国内有叫第四风道，），由内 向外依次为旋流风，煤粉及其输送空气和轴 流风。
燃烧器型式
❖ （1）增设中心圆孔形喷射口的平行射流，以 减少中心部位因燃烧产生的结焦。
❖ （2）煤粉输送空气在旋流空气内侧， 在燃 烧器中心形成一个富燃料区，燃料在还原气 氛下燃烧，以减少NOx 的生成量。
燃烧器型式
❖ （3）旋流空气和轴流空气相邻，且在出 口合二为一，从而减少了一半左右的出 风口面积，以大幅度提高出口喷速，增 加燃烧器的冲量，来稳定火焰形状；并 利用轴流风喷速来调节旋流强度，增加 了调节的灵活性。
图12 奥地利 双通道喷煤管
图13 史密斯新型双调节伸缩式Duoflex喷煤管
燃烧器型式
2．2 FLS 燃烧器
第三代FLS 燃烧器喷射口
第三代FLS 燃烧器风道布置
燃烧器型式
❖ FLS第三代燃烧器（DUOFLEX燃烧器）已由 原有的三风道燃烧器改为四风道燃烧器，旋 流风由煤风道的里层移到煤风的外层， 在燃 烧器出口，巧妙地把旋流风道和轴流风道合 二为一，减少风道的截面积，提高出口风速。 各风道的布置情况和喷射口如图。其特点如 下：
燃烧器型式
❖ （2） 中心部位除设置油燃烧器外，还增加 天然气点火装置。
❖ （3）旋流空气设置在煤粉和输送空气风道外 侧和轴向空气组成火焰外部循环气流；在燃 烧器中心形成一个富燃料区， 燃料在还原气 氛下燃烧，以减少NOx 的生成量。
燃烧器型式
❖ （4）相对较高的一次风比例和较低的轴向喷 速（新燃烧器也在大幅度提高风速）。
燃烧器选择
报告人：齐砚勇
❖ 水泥回转窑作为水泥熟料生产的关键装备，其具燃料燃烧、 气固换热、化学反应、物料输送等多重功能，然而燃料释放 能量的过程是实现其它功能的基础。随着国内能源供应的日 益紧张，目前新型干法水泥厂普遍使用的煤炭，价格急速上 涨，因此采用劣质煤尤其是低热值煤生产水泥熟料是降低水 泥生产成本的必然趋势。
燃烧器型式
❖ （4）轴流风是通过圆孔形喷嘴喷出，由于风 速高，所产生的喷射流吸入了周围的慢速流 动的热二次风，易使燃料快速燃烧。同时， 圆孔形喷嘴喷出的高速射流，可出现回流易 使初始着火点接近其出口，因此在火焰中避 免形成陡峭的峰值温度，降低NOx的形成。
燃烧器型式
❖ （5）燃烧器的旋流空气设置在煤风管道里层， 从而增加煤风的旋流强度，加强煤粉的混合， 同时轴流空气的喷速较高，在外层又可控制 煤风的旋流强度， 因此更易调节火焰的形状。 同时圆孔形平行喷射的轴流空气所形成的火 焰外部回流有利于挥发分在靠近燃烧器喷口 附近着火燃烧，再加上中心空气的火焰内部 回流区，使火焰出现平稳的较高的温度，此 类燃烧器不仅对挥发分含量高的烟煤有效， 而且对挥发分低的无烟煤也适用，事实上有 多台燃烧器已经连续使用100％无烟煤和100
❖ ２ 燃料的燃烧特性 ❖ 所有的燃烧过程都可分为以下几个步骤： ❖ 混合－点火－化学反应－热量的传播 ❖ ２．1 燃料和空气混合 ❖ 对大多数燃烧器而言，燃料和气流的混合是
因为燃烧器的喷射卷吸产生的。
❖ （1）自由射流的混合
❖ 当燃烧器的喷射为自由射流时，因为射流边 界与周围气流之间的摩擦力(卷吸力)，使周 围气流加速进入射流，使射流范围扩大。这 个过程由燃烧器的冲量控制，直到周围气流 与射流的速度相同时为止。燃烧器的冲量越 大，卷吸的气流越多。由于是自由射流，这 个过程将持续到卷吸力完全释放为止。
❖ （4）轴流空气与旋流空气高速喷出，组 成大的火焰外部循环回流区，并与中心 风的内循环区相结合，加快了燃料的着 火燃烧。
燃烧器型式
❖ （5）采用调节喷口面积大小来调节轴流和旋 流的喷速，比原有的燃烧器依靠阀门调节的 动力消耗低。喷口面积调节时可降低一次风 量，同时保持较高的轴流空气喷速。其一次 风量为6％～8％ ，最大轴流喷速达到250m/s， 其冲量约为1250～1780％·m/s。
❖ （2）受限射流的混合大部分燃烧器，比如回 转窑用燃烧器的喷射都为受限射流，射流受 两种方式的限制：
❖ （2.1）周围气流（比如二次风）的量是受控 制且有限的；
❖Hale Waihona Puke （2.2）射流的扩散边界受回转窑壳体的限制。
❖ 当受限射流的冲量超过完全卷吸二次风量的 需要时， 将有回流产生。此时，二次风像自 由射流一样，被射流卷吸， 当二次风被完全
❖ 如果燃烧器的冲量不足而影响燃料与二次风 的混合，则每增加1％的过剩氧含量，就会增 加2％的热耗。这也是低一次风量
❖ 燃烧器产生低的NOx 排放的主要原因。因此， 在设计燃烧器时，必须考虑降低一次风量及 较低的过剩氧含量。
❖ 水泥厂广泛使用的燃烧器都可归为这两大类 型：高动能型和高冲量型。也可简单划分为 “洪堡”型和“皮拉德”型。
二、燃烧器种类、特点
❖ 回转窑燃烧器是烧成系统的重要工艺设备， 它不仅影响窑系统的热耗及操作性能，还对 熟料质量和有害物质排放量产生影响，因此， 一台好的燃烧器应有以下特点：
❖ （1）在点火及操作期间火焰稳定； ❖ （2）着火点接近喷嘴；
概念
❖ （3）明亮有力的火焰； ❖ （4）火焰粗细及长度可调； ❖ （5）燃烧器端部可更换； ❖ （6）较低的一次风量； ❖ （7）结构紧凑、活动部件少； ❖ （8）可烧替代燃料； ❖ （9）较低的氮氧化物的排放。
燃烧器型式
PYRO－JET 燃烧器原理图
燃烧器型式
❖ 设计特点和应用情况: ❖ （1）中心风为圆孔形喷射口的平行射流，所
通过的流量少且喷射速度低，圆孔形喷射口 喷射的气流形成一个火焰内部回流区，该回 流区阻止含碳粒的热烟气进入中心区内燃烧， 阻止了该部位因燃烧产生的结焦。 ❖ （2）适宜的内部旋流风，有利于燃料与空气 的混合及挥发分的燃烧。 ❖ （3）煤粉输送风速尽可能降低，以减少煤粉 对管路的磨损。同时煤粉喷口略向外倾斜， 以增加火焰宽度。
一次风机
❖ 燃烧器与熟料质量的关系 ❖ 燃烧器特点、参数 ❖ 燃烧器适应性
一、预分解窑熟料岩相
❖ 优质水泥熟料来源于较高含量的硅酸盐矿物，而硅酸盐矿物含量的高低 与回转窑内的温度场密切相关。
图1 液相分布富裕区域的A 矿，尺寸 巨大、有一定量地包裹物，明显的不 规则的层环带构造
图2液相分布富裕区域的A矿， 尺寸巨大、外形不完整
❖ 轴向管流中设螺旋叶片的旋流器简图
旋流度变成旋流数
❖ 阻塞系数
皮拉得燃烧器现场测试
❖ 旋流数
速度场
卷吸量
外内风比例对外回流的影响
随着外内风量比由4:1减小到3:1， 外回流区长度由4.60m缩短为 3.51m，宽度由0.30m收缩为 0.21m，起点由4.87m延迟至 5.89m处;随着外内风量比降至 2:1，外回流区消失。因此，外 内风量比对外回流区的形成和大 小作用十分明显，随着外轴流风 比例的增加，对二次空气的引