1.前言  

　　1.1燃燒器發(fā)展歷史 

　　上世紀70年代，國外使用的還是低效率的單通道燃燒器；但隨著能源危機和全球建筑業(yè)的興起，水泥行業(yè)使用了高效率的燃煤多通道燃燒器取代了原先單通道燃燒器。同時由于產(chǎn)量﹑燃料等實際情況的不同以及降低生產(chǎn)成本的目的，多通道燃燒器歷經(jīng)了三個發(fā)展階段，這里的三個階段是從工藝發(fā)展的角度出發(fā)便于簡介在時間上并不一致。第一個階段：以pillar公司三通道燃燒器為起點的第一代多通道燃燒器。第二階段：第一代多通道燃燒器的改進型：改變了外軸流風的出口方式及旋流風道與煤風道的分布位置。第三階段：能夠燃燒兩種或多種燃料的多通道以及具有突破性的新型雙通道燃燒器。實際上，不同技術(shù)的燃燒器彼此之間不能作同樣的比較，因為各自滿足的實際要求是不相同的。  

　　1.2燃燒器的性能和操作  

　　國內(nèi)外燃燒器，性能雖然是很重要的，但在實際的使用中，性能和操作其實是同樣重要的。性能好的燃燒器在使用情況不好的時候，一樣不能發(fā)揮其特點。而性能一般的燃燒器，如果有非常良好的操作，那么效果一樣會非常好。例如某水泥廠兩條同規(guī)模生產(chǎn)線使用的相同的燃燒器，在使用者相同、燃料相同的情況下燃燒情況并不一樣，實際的生產(chǎn)中，燃燒器的操作有時候甚至占了更主要的因素。在水泥生產(chǎn)中，設(shè)備的性能和實際的操作總是相輔相成的，在生產(chǎn)運行中，缺一不可的。  

　　2. 燃燒器的工藝特性   

　　 回轉(zhuǎn)窯燃燒器不僅為燃燒提供了燃料和氧化劑，同時也是火焰成型最主要的動力裝置。因此，精確的工藝，將提供良好的工況，對熟料煅燒，成本減少都十分的重要。   

　　 2.1 一次風  

　　一次風是對水泥燒成系統(tǒng)影響最大的人工風，它不僅起到輸送煤粉的作用，而且對火焰成形﹑燃料燃燒﹑吸卷二次風的數(shù)量都有很大的影響，因此精確的控制有助于熟料產(chǎn)﹑質(zhì)量的提高和煤電資源的節(jié)省。  

　　2.1.2一次風率   

　　 一次風的溫度很低，過多的參與燃燒過程則明顯的降低了著火條件﹑增大風機電耗﹑也不利于煤粉的燃燒而造成資源的浪費。但由于一次風起著輸送燃料和火焰成形的作用因而不可取消，因此只有盡量降低一次冷風在總風量（包括一次風﹑二次風﹑窯尾高溫煙氣）中的占有率以保證燃燒器的燃燒效果。  

　　2.1.2一次風輸出方式  

　　早期的單通道燃燒器全部的一次風和煤粉從同一個通道噴出，事實證明不僅一次風率高而且火焰形狀也比較差，燃燒情況十分不好。利用多個通道輸出一次風，不僅可以降低一次風率而且高速的外軸流風還可以大量的引射高溫的二次風，內(nèi)部的旋流輸出風可以增大火焰內(nèi)部回流區(qū)，改善燃料著火條件，中心風調(diào)節(jié)黑火頭以避免燃燒器由于高溫被燒壞。同時，各個風道的出口形狀也影響著燃燒，相比與環(huán)隙式出口，如果外軸流凈風采用數(shù)個環(huán)繞的圓型孔出風，這不僅減小出口面積，而且在保證了出口動量的基礎(chǔ)上，增加了火焰剛度，減少了一次風量，更多的吸卷了二次風。國外某公司的新型雙通道燃燒器，一次風基本上由一組環(huán)繞著燃燒器的軟管輸出，不僅大大降低一次風率而且可以簡便地調(diào)節(jié)旋流強度。  

　　2.1.3一次風速度和旋流強度 

　　 一次風各出口速度和旋流風的旋流強度對燃燒和窯運作有比較大的影響。燃燒器出口速度要適當，過大會引起生料的堆料和窯尾溫度過高；過小則不利于火焰成形和吸卷周圍的高溫空氣以及造成火焰過于疲軟而缺乏穿透力。旋流風的旋流強度是一次風中一個重要的指標；合適的旋流強度加速燃料和燃燒空氣的混合,并且在火焰中心形成高溫回流區(qū)，改善燃燒環(huán)境，使燃燒完全，并且在火焰中下游區(qū)形成外回流氣膜，保護窯皮；但是過大則會使火焰中心向燃燒器出口移動，損壞燒嘴。實際工況中的旋流強度通常是調(diào)節(jié)內(nèi)外凈風比，這容易改變一次風風量和出口動量，因此能否不改變出口動量前提下簡易進行調(diào)整也是燃燒器很重要的工藝指標。  

　　2.2火焰  

　　由于生料煅燒需要的熱能大部分是通過火焰光輻射進行傳播的，因此火焰的溫度和形狀就十分的重要?；鹧鏈囟确从沉四芰苛Ｗ拥姆植记闆r，均勻的分布對熟料煅燒非常有利；根據(jù)國外研究表明，短而窄的火焰最有利于熟料的煅燒﹑煤粉的燃燒﹑熔渣的結(jié)晶和窯皮及燃燒器壽命的延長，而且這種火焰的熱流分布也比較理想?；鹧娴姆€(wěn)定性將保證熟料煅燒的質(zhì)量的穩(wěn)定性和設(shè)備運行的安全性。影響火焰的主要是一次風率﹑出口速度，旋流強度，煤粉種類﹑顆粒大小等。  

　　2.3 火焰動量理論 

　　火焰動量理論是國外長期研究得出的關(guān)于火焰成形的理論。這個理論認為影響火焰形狀的關(guān)鍵參數(shù)是一次風的比率乘以一次風的速度，而良好的形狀所需要的數(shù)值大概在1200－1500(%,m/s)；同時也可以用單位熱耗的火焰推力來描述火焰的工作狀況，其定義是單位時間出口風量（kg/s）乘以出口速度再除以單位熱耗，國外研究表明在3—7N/MW之間是比較合理的火焰推力范圍。而不良的火焰會導致火焰過長，煅燒區(qū)和燃燒區(qū)下游部分過高的窯表面溫度，過多的游離氧化鈣，同時不穩(wěn)定的窯運作且伴隨著過長過冷的煅燒區(qū)，因此會產(chǎn)生不利的溶渣結(jié)晶。

　　回轉(zhuǎn)窯中作為噴射器的燃燒器，其目的是為了盡可能利用來自于冷卻器的二次風使得燃料燃燒盡可能接近二次風聚集的窯中線。這就解釋了為什么燃燒器的動量決定了火焰的形狀。更高動量意味著更快的混合和更短更熱的火焰。

　　窯內(nèi)好的火焰形狀可以使用盡量少的空氣而幾乎沒有CO的部分，一個有正確火焰動量的燃燒器不論溫度多高都會有比較低動量的卻消耗更多空氣的燃燒器有更低的NOX含量。圖1是不同動量火焰形狀的比較。  

　　3.國內(nèi)外煤粉燃燒器介紹  

　　國外水泥行業(yè)用燃燒器真正開始發(fā)展應(yīng)該是在上世紀70年代，以法國pillard公司研制的第一代三通道燃燒器為起點。實際上，在之前曾經(jīng)出現(xiàn)了模仿燃油燃燒器的雙通道的燃煤燃燒器，但由于對煤粉燃燒和氣固動力科學研究不夠以及具體操作參數(shù)的不當，在工業(yè)生產(chǎn)中，效果并不理想。Pillard三通道燃燒器的出現(xiàn)，不僅取代了原先落后的單通道燃燒器（即噴煤管），同時也正式標明水泥用燃燒器的研究進入了人們的視線。   

　　 3.1 pillard公司生產(chǎn)的煤粉燃燒器 rotaflam kiln burner   

　　rotaflam kiln burner是pillard公司在其原始的三通道燃燒器基礎(chǔ)上發(fā)展出來的，在效率和節(jié)能方面都得到改善。  

　　3.1.1工藝原理  

　?。?）Rotaflam燃燒器的制造概念主要是基于GRC鍋爐燃燒器的經(jīng)驗發(fā)展起來的，并且優(yōu)化了火焰穩(wěn)定性。這種穩(wěn)定性在增大中心渦流尺度的同時限制了渦流的再流動，保證了即使冷啟動也能有很好穩(wěn)定性的火焰。  
　?。?）煤粉、燃油和燃氣都可以在2個空氣管道內(nèi)流動。這種新的設(shè)計目的為了避免氧氣在火焰根部過多聚集，減少NOX。  
　　（3）外部風管超過噴嘴的長度。這種出口位置分布造成了燃燒初期會形成十分快速膨脹的擴展型氣流，以使火焰有較好的形狀。  
　?。?）軸向氣流經(jīng)由數(shù)個圓孔管噴射，與連續(xù)的環(huán)隙出口不同，這一設(shè)計使得內(nèi)外部燃燒管能夠同軸。而且火焰根部可以引入更多的高溫CO2氣體，以減少O2的分量。  
　　（5）通過優(yōu)化直流和旋流風動量比獲得了高效率的燃料/空氣混合。而且，與傳統(tǒng)的3通道燃燒器比較，rotaflam的一次風量只有它的一半， 但是燃燒器的出口動量卻大大增加。  

　　3.1.2工藝特點  

　?。?）有較好的火焰形狀并且降低了火焰的峰溫，熱流分布良好。  
　?。?）由于使一次風量減少了4%，取而代之的是高溫回流煙氣(700-11000C),使得燃料燃燒更加完全，大約節(jié)省1.5%的燃料。  
　?。?）簡化了對火焰形狀調(diào)節(jié)過程并擴大了調(diào)節(jié)的范圍。  
　　（4）由于火焰溫度峰值的降低和高溫回流煙氣的增加，使NOX生成量大大減少。圖2是pillard 公司燃燒器結(jié)構(gòu)圖，1是外凈風通道 2是旋流風通道 3是風煤通道 4是中心冷風通道