加熱設(shè)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(yīng)用夏德宏,吳祥宇,張省現(xiàn)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(duì)國(guó)內(nèi)首次在陶瓷輥道窯上應(yīng)用水煤漿成套技術(shù)的工業(yè)試驗(yàn)介紹,分別就燃燒應(yīng)用系統(tǒng)中的各部分進(jìn)行了詳細(xì)地分析試驗(yàn)結(jié)果表明:陶瓷輥道窯上能很成功地應(yīng)用該水煤漿燃燒技術(shù),配備相應(yīng)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(yīng)用對(duì)企業(yè)具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益關(guān)鍵詞:水煤漿;陶瓷輥道窯;燒成中圖分類號(hào):TK5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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 environmentally.Key words: coal-water slurry; ceramic roller kiln; calcine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(yīng)用試目前,很多陶瓷輥道爐窯仍然采用直接手工燃煤,不驗(yàn),取得了良好的效果僅燃燒效率特低,而且給周邊地區(qū)造成極大的環(huán)境污染,2水煤漿的應(yīng)用特性要從根本上長(zhǎng)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(yīng)性,對(duì)四川過(guò)程中的污染問(wèn)題,因?yàn)橘Y源限制和經(jīng)濟(jì)性方面的原因,省九達(dá)集團(tuán)公司生產(chǎn)的水煤漿各項(xiàng)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(cè)。其主要應(yīng)用特性如表1.發(fā)展只能走煤炭清潔利用技術(shù)的路線.水煤漿作為潔凈表1九達(dá)水煤漿的應(yīng)用特性的煤基流體燃料,經(jīng)過(guò)世界各國(guó)20多年的科技攻關(guān)和各重量濃粒度平均分分揮發(fā)分發(fā)熱量穩(wěn)定種工業(yè)性示范推廣,目前已經(jīng)取得了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。由1203006(8(8)(%)Mk點(diǎn)C每度(%)粘度上限μ度(%)于具有較高的性價(jià)比和卓越的環(huán)境優(yōu)勢(shì),水煤漿作為-7<05×302188-12、天19.621300種經(jīng)濟(jì)性的潔凈燃料已經(jīng)在越來(lái)越多的工業(yè)領(lǐng)域如冶金注:采用原煤制漿機(jī)械、石油、化工、動(dòng)力、建材等得到了成功應(yīng)用.目前,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(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)燒成套技術(shù)”與四川省九達(dá)(集團(tuán))公司密切合作,在水煤漿在陶瓷輥道窯上的應(yīng)用包括廠區(qū)的儲(chǔ)備和管道輸送、爐前漿質(zhì)調(diào)整、高壽命水煤漿專用燃燒器的研收稿日期:200407-20制與水煤漿的高效和穩(wěn)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(qiáng)化水煤漿點(diǎn)火技術(shù)以及應(yīng)用高性能熱輻射材料強(qiáng)化碳等研究化硅板傳熱技術(shù)等5結(jié)語(yǔ)靠亦了汁的*制模式中國(guó)煤化工Honeywell HC900在燃油熱處理爐上的運(yùn)行證明,該參CNMHG多功能控制器具有抗干擾性能好、運(yùn)行速度快,控溫度]王常力,羅安集散控制系統(tǒng)的選型與應(yīng)用M.北京精度高,可與上位計(jì)算機(jī)連接使用,又可單獨(dú)使用,體清華大學(xué)出版社,1996積小,功能強(qiáng)等特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)近一年的運(yùn)行,系統(tǒng)穩(wěn)定可(2]王秉銓工業(yè)爐設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1990加熱設(shè)備《工業(yè)加熱》第33卷2004年第6期3.1廠區(qū)儲(chǔ)備與管道輸送了工業(yè)實(shí)驗(yàn)燃燒,也取得了滿意的效果。實(shí)際應(yīng)用表明:水煤漿儲(chǔ)漿池的設(shè)計(jì)主要技術(shù)包括:合理的底部結(jié)該系列燃燒器能良好地滿足陶瓷輥道爐窯燃燒水煤漿的構(gòu)、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(chǔ)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)份析出與著火燃燒、炭粒的燃盡2,漿管道系統(tǒng)各參數(shù)應(yīng)根據(jù)水煤漿的流變特性以及管內(nèi)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(qiáng)的觸變份,且使得揮發(fā)份快速析出和穩(wěn)定著火——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(zhǎng)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(qiáng)度剪切攪拌,水煤漿槍前安裝了特制的預(yù)熱室式燒嘴磚(對(duì)難燃煤漿安置加的粘度顯著降低(<600mPa·s),可以方便地利用噴嘴長(zhǎng)型水煤漿專用預(yù)燃室式燒嘴磚)和噴槍外的強(qiáng)旋流配進(jìn)行超細(xì)霧化和高效燃繞。根據(jù)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(yù)熱室式燒嘴磚對(duì)霧化炬析,建立對(duì)應(yīng)水煤漿管道輸送模型,由此計(jì)算出既節(jié)省進(jìn)行強(qiáng)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(jù)計(jì)算得.配風(fēng)器的強(qiáng)旋流使得霧化炬中心產(chǎn)生負(fù)壓回流,部分高出的最佳管徑范圍,設(shè)計(jì)了陶瓷輥道窯水煤漿輸送系統(tǒng),溫火焰回流到霧化炬根部,從而使得水煤漿能連續(xù)點(diǎn)火如圖1所實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)焰燃燒34冷卻段余熱回收及強(qiáng)化水煤漿點(diǎn)火技術(shù)裝雄}供繁泵}輥道爐窯一般可分為預(yù)燃段、燒成段和冷卻段三部分,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在線過(guò)濾器段加上一余熱回收利用設(shè)備。該設(shè)備能將冷卻段的熱空助燃風(fēng)機(jī)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(yīng)用的系統(tǒng)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(diào)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(duì)水煤漿的穩(wěn)定燃燒起到了強(qiáng)化作用,根據(jù)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,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(xiàng)物理特性指標(biāo)調(diào)整和穩(wěn)定在合理的范圍之內(nèi)燃燒溫度。實(shí)踐證明:熱風(fēng)的引入,在燃料消耗量不變?cè)趦?chǔ)存時(shí),水煤漿必須不容易沉淀、穩(wěn)定性要很高的前提下可使燃燒室火焰溫度提高50~70℃因而加人1%以下的添加劑,使得漿體具有很強(qiáng)的觸變35應(yīng)用高性能熱輻射材料強(qiáng)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(tǒng)中設(shè)置一臺(tái)強(qiáng)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?gòu)?qiáng)力剪切攪拌,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(dá)到200~300℃.為拌罐中采用獨(dú)特的技術(shù)適當(dāng)?shù)奈龀?或加入)水分,嚴(yán)了強(qiáng)化碳化硅板的傳熱,在碳化硅板上、下表面應(yīng)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(tǒng)中的在線過(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(duì)爐膛新懸浮起來(lái)。內(nèi)的輻射能譜(火焰輻射熱源)有較高吸收率(A>0.93)33高壽命水煤漿專用燃燒器的研制及點(diǎn)火燃燒技術(shù)的功能型節(jié)能材料,可以直接噴涂在受熱面,強(qiáng)化熱源高壽命水煤漿專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(dá)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(jié)約能源的目的;高發(fā)射率涂料是一種具有很高發(fā)射率nQ3)的節(jié)能材料,它噴涂在碳化硅板上表面(>99%),高負(fù)荷調(diào)節(jié)比(>3:1),高壽命(>3000h)之后中國(guó)煤化工增強(qiáng)了碳化硅板與爐氣以及低霧化介質(zhì)一燃料比(<0.15),而且還有安裝和操(或CNMHG達(dá)到強(qiáng)化傳熱的效果作簡(jiǎn)單,火焰結(jié)構(gòu)可調(diào)(適應(yīng)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(duì)難燃煤種的煤漿,采用專了碳化硅板下部燃燒室和上部燒成室之間的溫差,目前門設(shè)計(jì)的燃燒器和加長(zhǎng)型水煤漿專用預(yù)燃室式燒嘴磚作可降低到120~130℃,節(jié)能率高達(dá)20%,同時(shí)也大幅34加熱設(shè)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(yàn)輥道窯的生產(chǎn)能力陶瓷輥道窯的一種經(jīng)濟(jì)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(yīng)用前景4工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)與結(jié)果分析參考文獻(xiàn):試驗(yàn)陶瓷輥道窯的有效寬度18m,輥道窯全長(zhǎng)120m,(ul夏德宏,鄔婕,趙禹民,等.水煤漿在燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火器上的試驗(yàn)過(guò)程一次點(diǎn)火成功,一直連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行,為水煤漿應(yīng)用[].冶金能源,2002,21(3):40-43.在陶瓷輥道窯上燃燒積累了很多寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn).為企[2] LEVENDISY A. Combustion Rates of Coal Water Slurry業(yè)節(jié)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Slurry Technology [C]. Florida U. S.A., 1992.自然吸風(fēng)補(bǔ)給,無(wú)法實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化燃燒,燃燒不充分,熱利[3]韓昭滄.燃料及燃燒[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1994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,吳永紅,高慶昌.新一代熱輻射涂料的開(kāi)發(fā)門.礦使得爐溫周期性波動(dòng),溫度分布不穩(wěn)定,燒成室溫度不冶,2003,12(3):37-40.能很好地滿足燒成工藝要求,因而不能滿足高品質(zhì)產(chǎn)品[5]夏德宏,鄔婕,李寶善,等.電輻射加熱條件下應(yīng)用高輻射率涂料的節(jié)能技術(shù)[J.工業(yè)加熱,2002,31(3):18-23的生產(chǎn)要求.更為嚴(yán)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(jié)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(jī)理與應(yīng)用.治金能源,2002,21(6):25-2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(tǒng)的燃煤方式,基于此,對(duì)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(jì)算—《 Merauypr冷卻段方向余熱回收裝置碳化硅板qecKas H TopHoPyAHag nlpoMblllneHHOCTb)2003, No 6, 98進(jìn)料端對(duì)采用爐頂燒嘴供熱的火焰爐熱工進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算分析.數(shù)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燒器作道窯水板;忽略燃燒產(chǎn)物對(duì)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似。對(duì)計(jì)算結(jié)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(duì)金屬的給熱熱流增加8%‰應(yīng)用表明:水煤漿完全可以滿足陶瓷輥道窯工藝要13%;絕熱爐頂?shù)暮诙葘?duì)金屬表面的熱流計(jì)算結(jié)果影響不大,因求。使用該水煤漿燃燒技術(shù)安全穩(wěn)定,易于操作,與傳而計(jì)算中可取近似值;氣體黑度對(duì)爐頂供熱的相對(duì)作用影響顯統(tǒng)的輥道窯相比,該技術(shù)能大幅度節(jié)能并有效地控制了著;爐頂供熱時(shí),爐氣溫度與爐壁內(nèi)表面溫度相近,舉例說(shuō)明了煙氣中的污染成份,排煙林格曼黑度為0級(jí),煙塵濃度、計(jì)算方法,對(duì)用爐頂平焰燒嘴供熱的爐子,應(yīng)盡量增大爐氣黑NOx、SO2等各項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)于國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。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(nèi)的溫度均勻分布和穩(wěn)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(jié)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(xù)加熱爐符合能量與資源保護(hù)的熱工制度—《 M3BecTHg By3, epHa MerauTyprHs》,2003,5結(jié)語(yǔ)No.12,40~42(俄)(1)水煤漿完全可以滿足陶瓷輥道窯工藝要求,對(duì)討論的第1個(gè)問(wèn)題是加熱最終參數(shù)。首先,認(rèn)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用燃燒器能滿足不應(yīng)采取料坯在爐外(爐子與軋機(jī)之間)實(shí)現(xiàn)料坯溫度均勻化同煤種所制水煤漿的燃燒,同時(shí)也滿足了陶瓷輥道窯不措施,以允許把在爐內(nèi)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(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)加熱時(shí)間的30%),同時(shí)可增加經(jīng)濟(jì)效益,第2個(gè)問(wèn)題是加熱制度沽流相抽爐改為順流-逆流式加熱爐(3)在陶瓷輥道窯的碳化硅板上使用高效熱輻射涂即把中國(guó)煤化工預(yù)熱段上也裝燃燒器,使料,節(jié)能效果顯著,具有良好的推廣價(jià)值其成CNMHG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(jié)構(gòu)鋼的料坯,以及熱裝(200~400℃)的應(yīng)用是完全成功的,體現(xiàn)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)了十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益。可以認(rèn)為:水煤漿是[郭伯偉摘