淺談噴煤管的結構性能和操作使用技術

郭紅軍沈衛泉萬 彬劉振海李會民崔海波李文海陳之專

1. 淄博科邦熱工科技有限公司，山東 淄博 255086； 2. 桐鄉南方水泥有限公司，浙江 桐鄉 314511；3. 中材甘肅水泥有限責任公司，甘肅 白銀 730900；4. 山東聯合王晁水泥有限公司，山東 棗莊 277400

淺談噴煤管的結構性能和操作使用技術

郭紅軍1沈衛泉2萬 彬3劉振海4李會民4崔海波1李文海1陳之專1

1. 淄博科邦熱工科技有限公司，山東 淄博 255086； 2. 桐鄉南方水泥有限公司，浙江 桐鄉 314511；3. 中材甘肅水泥有限責任公司，甘肅 白銀 730900；4. 山東聯合王晁水泥有限公司，山東 棗莊 277400

窯頭和分解爐的噴煤管是熟料燒成系統中最重要的設備。由于其價格比較高，工廠不可能把已有的噴煤管都買來進行試用以判斷其性能和適應性。所以掌握分析和使用噴煤管的知識后，可以有選擇地采用綜合性能好的產品，以實現節能降氮提高熟料質量和產量的目標。對190多種規格、類型的噴煤管研究分析，并總結在12 000 t/d以下一百多條生產線調節使用的經驗，以及對不同的噴煤管采用不同的燒成制度，來解決燒成系統存在的工藝問題，在此基礎上分析噴煤管的結構特點、技術性能和正確的操作使用技術。

噴煤管 結構性能 操作使用

0 引言

噴煤管是水泥熟料生產中必不可少的、最重要的設備之一，也是水泥熟料煅燒工藝中最能直接影響熟料質量、系統熱耗以及有害氣體排放量的關鍵設備。選用一臺性能先進好用的噴煤管，掌握正確、合理、先進的操作使用技術，使它發揮出提高熟料質量、產量，最大幅度地降低能耗、減少有害氣體的生成量的作用，是每個企業都在不斷追求的目標。

時至今日，很多水泥廠的工藝人員和操作者由于工作的局限性，無法接觸更多不同結構、性能以及不同工藝參數的噴煤管，從而對噴煤管的認識不太全面、深刻，能夠通過參數對比和使用調節來評論噴煤管的優劣的情況就更少了。這是由于很多噴煤管本身設計中除了調節風閥之外調節機構就較少，因此調節對比的作用就基本上只能在少數噴煤管上才能實現。

為了讓更多的燒成工藝技術人員和操作人員更深入了解目前比較好的一些噴煤管的性能狀況和操作使用方法，推動燒成技術的技術進步，我們多年來對190多種規格、類型的噴煤管研究分析，總結了在12 000 t/d以下一百多條生產線，通過調節使用來解決問題的經驗，以及對不同的噴煤管采用不同的燒成制度，來解決燒成系統存在的工藝問題。本文和大家談談噴煤管的結構特點、技術性能和正確的操作使用技術，同時也談一點噴煤管的使用方法和燒成系統操作的關系，希望借此來使大家對這些問題有更新的認識，并在實際工作中應用提高。

1 噴煤管的性能要求

綜合多年來對300～12 000 t/d各種規模的不同分解爐類型和不同噴煤管結構的一百多條燒成系統的調試和對噴煤管的使用的經驗，同時參考了一些專業文章中的觀點認識，結合當前技術進步的要求，匯總歸納后認為，燒成系統對使用煤粉的噴煤管（燃燒器）的要求應有10個方面：

（1） 能保證煤粉充分燃燒，CO低。對燃料具有較強的適應性，尤其是在燃燒無煙煤和劣質煤時，也能保證煤粉在合理的時間內完全燃燒。

（2） 一次風量低于6%，同時一次風壓低于36 kPa。在使用中產生的NOx量低。

（3）能夠在窯內過?？諝庀禂递^低的工況下穩定地煅燒，穩定和提高熟料質量的同時減少NOx的生成量。

（4）噴煤管的火焰形狀，能夠方便地調節出目前水泥工藝學中提出的四種煅燒操作制度（燒成制度）要求的火焰形狀。特別要能使整個燒成帶具有強而均勻的熱輻射，形成有利于熟料結粒、礦物晶相正常發育，防止燒成帶揚塵，形成穩定窯皮、延長耐火磚使用壽命的工況。

（5）外風采用環形間斷噴射的結構，保證熱態不變形，射流均勻穩定，形成良好的火焰形狀。

（6）設置長徑比合理的攏焰罩。煤粉的燃盡率較高。同時能夠避免產生峰值溫度，降低有害氣體NOx的排放，使窯內溫度分布合理，提高預燒能力。

（7）采用火焰穩定器，受喂煤量、煤質和窯情變化波動的影響小，火焰更加穩定。

（8）內、外凈風和煤風通道的截面積可靈敏、方便地調節，能夠在正常運行中控制不同窯況的變化，滿足燒不同煤質和形成不同火焰的要求。

（9）能夠定位在回轉窯口中心線零點位置以上使用。能夠容易地將窯尾煙室的溫度控制在(1 050±50)℃的正常狀態。

（10）能夠在三次風管閥門開度比較大的工況下正常穩定地煅燒出高質量的熟料。

2 噴煤管的結構

目前國內外水泥企業使用的噴煤管結構規格有一百種之多。而且每種噴煤管的產生都有其特定的原因。很多噴煤管在當初的使用中都曾發揮過有效果的作用。但是，隨著燒成技術的不斷發展，隨著技術進步和環境保護對燒成系統技術性能要求的不斷完善和提高，曾經的一些結構的噴煤管已經不能適應這些要求。比如風量大于6%的、工作壓力大于36 kPa的、風道面積不可調的這些結構等等。

目前國內水泥燒成工藝中使用的噴煤管，大多數都是按照通道數來分的，分別由單通道、兩通道、三通道、四通道及五通道等。由于目前大多數噴煤管為了適應更大范圍的煤質的要求都已經設計成了四通道或是五通道，因此，單純地用通道來分已經不能適應當前水泥燒成技術人員和操作人員認識區分噴煤管的性能的要求了。而且很多噴煤管由于片面地追求低風量高風速也誤導了大家。因此原有的簡單的分類方法已經不能適應現在技術進步的要求了。

根據我們操作調試噴煤管的經驗以及研究分析各通道參數的結果，我們認為，目前噴煤管的結構可以分為以下幾種，而且在選擇時要綜合分析判斷。

（1）按照內、外凈風通道的布置的結構，可以分為兩種（見圖1、圖2）：

結構1 外凈風、煤風、內凈風、中心風；

結構2 外凈風、 內凈風、煤風、中心風。

這兩種噴煤管的主要差別在于煤風通道的位置。結構1的煤風通道在內外凈風通道之間；結構2的煤風通道在內凈風通道之內。這種看似簡單的變化，其實是一種燃燒理論的發展和煅燒工藝的發展的結果。

圖 1 結構1

圖2 新型低氮燃燒器

（2）按照內、外凈風風道結構。

外凈風的出風結構可以分為：圓環型出風、圓環形間斷出風（出風孔有園孔、方孔、扁方孔、長方孔）。見圖3。

圖3 外凈風的出風結構

內凈風的出風結構一般都是旋流風，可以分為 ：圓環形間斷出風、方柱型出風。見圖4。

圖4 內凈風的出風結構

（3）按照內、外凈風風道的調節方式，可以分為通道截面積可調節和不可調節兩類，以及只有單個通道可調節的一類，見圖5。

（4）按照有無攏焰罩的結構還可以分為有攏焰罩和沒有攏焰罩兩種。同時有攏焰罩的還可以分為攏焰罩長度可調與不可調兩種。

上述這些噴煤管的設計參數也有多種，比較多的通道風速參數也有兩類：

結構1的參數：

外凈風通道：風速 120～320 m/s，一次風量的55%，呈直流狀噴出；煤風通道：風速20～30 m/s（按照 4 kg/m3選?。?，呈直流狀噴出；內凈風通道：風速 80～180 m/s，一次風量的35%，呈旋轉狀噴出；中心風通道：風速 80～180 m/s ，一次風量的10%， 呈直流狀噴出。

圖5 按照內、外凈風風道的調節方式分類

結構2的參數：

外凈風通道：風速 120～400 m/s，一次風量的55%，呈直流狀噴出；內凈風通道：風速80～260 m/s， 一次風量的35%，呈旋轉狀噴出；煤風通道：風速 20～45 m/s（按照 4 kg/m3選?。?，呈直流狀噴出；中心風通道：風速 30～60 m/s，一次風量的10%，呈直流狀噴出。

這種分類的方法不一定合理，但是對調節使用以及判斷噴煤管是有用的。這樣分類不是說同一種類型噴煤管性能就會一樣。使用中發現，就是結構一樣或者差不多的噴煤管，由于通道面積不一樣或是各通道面積的比例不一樣（特別是內外凈風通道面積的比例），也就是說參數匹配的不一樣，在使用中就會產生很大的差別。

同時，從噴煤管的參數中也可以看出來，結構2的通道風速都高于結構1的風速。而在結構1中，煤風的風速一般不超過25 m/s。這是因為當初的設計理念是：只要把煤粉送出去就可以了。但是結構2的設計理念已經不是這樣的了，還考慮了煤質的變化和參數的匹配。

3 影響噴煤管性能的因素

單純的從噴煤管結構和風速、壓力不能判斷出噴煤管的性能優劣，同理，也不能從風道風速的高低大小來判斷其性能。當然，總會有結構更合理的一種，這些將在后面介紹。

噴煤管的性能，應該首先從噴煤管使用后所表現出來的熟料質量、產量、窯皮狀況（長度、厚度、密實度）、用煤量、NOx的產生量的數據來評判，然后是火焰形狀、煤粉的燃盡率以及用風量和電機功率幾個方面來綜合評判。同時還可以附加二次風溫變化對噴煤管燃燒狀況的影響成度以及三次風管閥門開度這兩個角度來評價。

3.1 噴煤管的火焰形狀對操作方法的影響

多年以來，水泥企業的燒成技術和操作人員不管采用哪種噴煤管，在對火焰進行調節的時候，都是按照多年以前的理論來進行調節。也即噴煤管的火焰要“活潑有力”。如果能夠調節到這種狀況，就說明這個噴煤管是好的。同時，使用這種火焰形狀的噴煤管的時候，一般將其定位在以窯口中心線為原點的平面直角坐標系中的第四象限，這種使用調節方法，已經延續了很多年，并且在使用中也有效，得到了大家的認可。

當噴煤管的火焰形狀無法采用自身的內外凈風的調節閥門調整好的時候，以及調節各風道的截面積也沒有效果的時候，人們采用的措施還是調節三次風管的閥門開度的輔助調節方法來進行調整。這種輔助方法在一定的條件下也是有效的。

噴煤管的火焰調節，也以“窯前發亮”、不掃窯皮為原則進行。

大多數結構1類型的噴煤管，可以調節出來的火焰形狀有下面幾種：低推力低渦旋；低推力高渦旋；高推力低渦旋（圖6）。

圖6 結構1類型的噴煤管可以調節出來的火焰形狀

隨著環保和節能減排的要求的提高，給熟料生產提出了更高的技術要求。而這當中好多都是直接涉及到噴煤管的結構性能及其正確使用的方面。原來的一些噴煤管使用的理念很難滿足這種要求。根據對近百條水泥廠的現場實際操作發現：噴煤管的火焰調整到窯前明亮狀態之后，窯尾煙室檢測到的NOx的含量增加了很多。數量翻番的不在少數。以至于有些工廠就是直接看NOx的濃度變化來進行操作的。再就是入窯生料的波動（成分和喂料量）造成窯內的工況不穩定，出窯的熟料質量合格率經常隨著生料的波動而波動，有些基本就是同頻率同波幅。

而解決這些現象是前述三種火焰難以勝任的。因此，就需要另外一種火焰。這種火焰就是高推力高渦旋的火焰（圖7）。

圖7 高推力高渦旋的火焰

從這種火焰的形狀上來看，與前述三種的最大區別在于火焰在整個長度方向上的粗細變化比較小?；鹧娴母邷攸c降低了，整個火焰溫度均勻?；鹧嫘螤畈辉偈腔顫娪辛?，而是剛性很強的火焰。

這種火焰形狀最早是由國外一知名的水泥技術公司提出的。這種火焰形狀是結構1所示的噴煤管很難實現的，而國外后來推出的結構2的噴煤管可以實現（見圖2）。同時，形成這種火焰形狀的噴煤管均帶有長徑比合理的攏焰罩。

根據對十多條包括10 000 t/d生產線在內的采用這種結構噴煤管的調試使用以及對其他類似結構噴煤管的研究分析，我們研究出了可以形成這種火焰形狀的噴煤管的不同于其他噴煤管的操作使用技術。并在與其他結構的噴煤管做了對比后發現這種結構噴煤管的優越性以及使用的差別。

3.2 噴煤管的調整

很多噴煤管在宣傳的時候都把大推力火焰作為亮點來介紹。經常引用的推力公式為：

M=m×v

如果按照這個公式來對噴煤管進行調節，風量m和風速v應該是先固定其中一個值，然后改變另外一個值來進行調節，這樣推力就會有規律地調整。但是，結構1類型的噴煤管無法實現這種方法，而只能采用調節風量的方法來調整風速。如果采用調整風量M的方式來改變風速v，那就相當于兩個變量同時調整，這樣就很難找出最佳數值來。特別是需要內外凈風的推力進行匹配的時候，就更沒有辦法了。

對于噴煤管的截面積都是不可調的結構，只能是通過調整內外凈風的風量來調整風速，再輔以通過調整內凈風旋流器的位置來調整火焰形狀的。而且這種同樣結構的噴煤管調整比較單一簡單。因此這種結構的噴煤管基本都沒有多少調整的空間，所以這里不再多敘述了。

噴煤管的操作使用技術有兩個方面。一是對噴煤管自身的調整（調整火焰形狀）；一是對使用位置的定位調整。

噴煤管火焰形狀的調整，與采用哪種燒成制度有直接關系。

水泥工藝學中是這樣描述和定義燒成制度的：“在研究窯內燃料的燃燒時，要特別注意如何改善生料的熱加工條件。這與火焰（燃燒帶）的溫度、長度、位置、形狀等有很大的關系。幾種煅燒操作制度為：正?；鹧骒褵贫?；短焰急燒；高溫長帶煅燒；低溫長帶煅燒?！?/p>

正?；鹧骒褵沁@樣的：“回轉窯內的煅燒溫度較高，火焰長度合適，火焰柔順有力，燃料燃燒完全，熟料在燒成帶的停留時間適宜，熟料結粒細小，均齊色澤正常，好燒不起塊。熟料的礦物晶體發育良好，晶形規則，大小較均齊，分布也較均勻，游離氧化鈣較低。熟料質量較高。這種煅燒制度，燒成帶溫度雖較高，但不會燒壞窯皮及襯料，窯的產量、燃料消耗，耐火磚壽命等技術經濟指標均較好”[1]。

而目前大多數工廠，都是采用短焰急燒的燒成制度。采用這種燒成制度的主要原因就在于噴煤管的結構、性能以及使用方法。

短焰急燒的火焰，在一些情況下，可以將快到窯口而沒有燒好的熟料控制在合格的范圍內。甚至在煤質變化的情況下也能在多增加一些喂煤量的情況下燒出合格熟料。但是熟料的綜合性能如結粒的大小及均勻性、強度、色澤、巖相中A、B礦物的形狀、數量和尺寸等就很難保證了。因為這種燒成制度不是熟料煅燒的最好工藝。

噴煤管形成好的火焰，要能夠發揮出好的性能，同樣需要做到兩個方面。

3.2.1 合理調節噴煤管的三個通道的截面積

通過大量的調試工作以及對各種噴煤管的分析研究，我們總結出：噴煤管的性能是由噴煤管的四個風速和各自風量與其他通道的風速風量合理匹配來實現的。也即是風道推力或動量的匹配！單一的高風速，并不能實現火焰在實際使用中的大推力，不能使火焰剛性增強。

對于截面積可以調節的噴煤管來說，可以在完成下述多種參數的組合后，實現噴煤管的火焰的多種形狀。表1、表2為多種風量風速組合的示例。

從表1、表2中的數據可以看出，如果按照推力計算公式來分別計算內外凈風的推力的話，是可以調節出內外凈風推力不同而形成的火焰形狀的。

還有一種噴煤管（見圖8），內外凈風的截面積無法單獨調整，但是可以調節兩種風混合后出風通道的截面積，同時又可以調節攏焰罩的長度。但是，按照上面表中列出的調節原理的數據，這種結構的噴煤管將不容易實現上述的性能，但是其性能要好于截面積不可以調節的噴煤管。同時還由于其風道的布置是煤風通道在內凈風里面，所以能夠調整出長而均勻的火焰形狀，但這種火焰的剛性還需要利用其他條件來保證。

表1 內外凈風風速不變、風量變的組合

表2 內外凈風風速、風量亦變的多重組合

圖8 噴煤管定位示意

3.2.2 調整噴煤管的定位位置

不同結構的噴煤管可以調節出不同形狀的火焰，而且其使用定位的方法也不同；采用正常煅燒制度的火焰形狀的時候，噴煤管應定位在窯口的以窯口中心線為原點的直角坐標系的x=0.y=0-50的位置上（如圖9）。如不這樣定位，則容易出現熟料的還原現象以及過燒現象，影響熟料的質量。

同時，這種調節定位方法，可以減少噴煤管火焰前端對生料移動時的阻力，使生料在入窯后能夠加快運動到燒成帶速度，符合短粗窯的工作原理。還可以減少沒有充分燃燒的煤粉落入到熟料中的幾率。

但是，對于結構1所示的噴煤管，在這樣定位時就會比較困難，因此其缺少了一種調節方法，但是定位在窯口中心還是可以的。

圖9 出風通道截面積可調的燃燒器

噴煤管的定位方法可以分為三種: （1）噴煤管的管身中心線與回轉窯的中心線同軸（或平行）； （2）噴煤管的管身中心線水平定位，然后調整前、后支點來調整到相對于窯口的某一位置；（3）噴煤管的管身中心線水平定位，整體調整到相對于窯口中心線的某一位置。實際使用中，方法一和方法二采用的比較多。對于火焰可以調整到“正?；鹧妗钡膰娒汗軄碚f，也是以這兩種定位方法為主進行調整定位到中心線以上。

4 噴煤管調整合理的效果

通過采用上述這種調試操作技術原理的實踐證明，噴煤管調整到位后會有以下明顯效果：

（1）噴煤管火焰可以在不同的煤質、不同的煤粉細度、不同的煤分水分的情況下實現正常煅燒制度要求的火焰形狀。

（2）采用這種火焰形狀和定位方法后的噴煤管，完全能夠煅燒出水泥工藝學中正?；鹧骒褵僮髦贫让枋龅乃嗍炝?。熟料質量會發生好的變化：調整運行大約3～5 h，熟料的結粒狀況會變好；在篦冷機沒有改動的情況下，熟料的冷卻效果會提高，熟料溫度會降低；同時提高熟料強度。

（3）可以實現長度在5 d，厚度在200～230的平整堅固的窯皮?；剞D窯燒成帶筒體溫度降低，在環境溫度25 ℃、耐火磚使用了10個月的情況下，可以不用筒體冷卻風機。

（4） 窯尾煙室的NOx濃度會降低。

（5） 噴煤管用煤量會減少。

（6） 三次風管的閥門可以進一步開大，分解爐的性能將會更好地發揮。

（7）分解爐的出口和一級旋風筒出口的壓力會降低。

（8） 高溫風機的電流會降低。

5 關于低氮燃燒器

隨著國家環保要求的提高以及降低熟料制造成本的迫切要求，從工藝上減少NOx生成量的技術也在大力推廣，因此低氮燃燒器也應運而生。從工藝原理上講，燃燒器降低氮氧化物生成量的主要原理有兩個方面:

——使用比較低的一次風量（6%以下）；

——減少火焰的最高溫度點。使煤粉在窯內的燒成帶均勻地燃燒；同時使煤粉在窯內過?？諝獗容^低的工況下進行充分穩定地燃燒（α＜1.05）。通常一般的低氮燃燒器可以降低氮氧化物生成量4%～10%。

按照這些原理，具有低氮功能的燃燒器有兩種類型：

——低一次風量型（6%以下）；——火焰均勻燃燒型（高推力高渦旋火焰）。這里先談“低一次風量”型的低氮燃燒器。目前國內很多廠家都推出了一次風量低的噴煤管，并注明是低氮燃燒器。但是從設計參數看來，這些低氮燃燒器雖然降低了凈風的風量，但為了保證火焰的大推力把凈風風速提高了。從原理上講，一次風速越高，氮氧化物形成量會越大。這樣做的結果容易把降低一次風量帶來的低氮效果大幅度減弱，從另一方面講有可能會增加氮氧化物，從我們的實際使用情況看亦是如此。我們曾經在TLHS水泥公司做了一年的對比，對比方法是每個月更換一次噴煤管。對比結果證實了減少一次風量提高壓力的噴煤管要比同等風量壓力低的結構2型的噴煤管產生的NOx多，用煤量亦多。

再談火焰均勻燃燒型的燃燒器。國際上知名的燃燒器公司推出的一些低氮燃燒器產品，從工作原理上來講，基本上都符合低氮燃燒的原理。都是以“火焰均勻燃燒”原理為主。這種燃燒器同時存在著的對窯內工況控制能力差、容易降低熟料質量的缺點。

我們經過對上百臺噴煤管的結構分析和參數計算，經過數據匯總和分析，推導出了分析噴煤管性能的一種計算分析方法，采用這種方法在上百種噴煤管中篩選出了一種已經在國內市場上比較少見的國際知名的噴煤管。在對其結構和參數進行優化后，設計出一種完全符合低氮燃燒器原理，并能解決低氮燃燒器缺點的新型噴煤管（見圖2）。同時推出了新的操作使用方法。

這種噴煤管的結構與一般的結構2不同的是煤風的截面積是可以調節的，噴煤管的前部帶有一個長度大于40 mm的攏焰罩。

這種噴煤管在使用中，完全可以按照示例一、示例二所示的參數匹配方案進行調整，同時能夠定位在中心線以上使用而不掃窯皮。

這種噴煤管在風機配置參數上均遠遠小于目前的大多數標準配置，見表3。從表3中的數據可以看出風量和功率參數。

表3 噴煤管風機配置參數

6 關于噴煤管的攏焰罩

前面說過，噴煤管還可以分為帶攏焰罩和不帶之分。這兩種的區別在哪里呢？由于噴煤管的火焰形狀除了受本身結構的影響之外，還受窯內通風量的影響。而根據窯內的煅燒特點，噴煤管的火焰不應該發散，而是應該集中。同時要求煤粉在出噴煤管后迅速燃燒。但是，迅速燃燒的火焰一定會使火焰的形狀在噴煤管的出口處迅速膨脹，產生“盆狀效應”。為了避免氣流的迅速擴張，產生“盆狀效應”，使火焰形狀更加合理，避免窯頭高溫和局部高溫，延長窯口護板的使用壽命。研究人員在噴煤管前部加設了防止煙氣迅速擴張的裝置“攏焰罩”（見圖10）。

圖10 燃燒器上的攏焰罩

攏焰罩是一個設置在外凈風外面，距離外凈風有一定的距離、有一定寬度的圓環。攏焰罩的應用，非常有效地抑制了火焰的發散，同時也節約了部分能量。攏焰罩還同時有著另外的功能：

（1）攏焰罩可以使燃燒器出口中心處的回流強度不斷增大，當攏焰罩長度達一定長度以后，攏焰罩繼續增長反而會降低出口附近的回流強度。

（2） 由于攏焰罩的使用，使得窯內火焰被拉長，明顯地降低了窯內的最高溫度，這樣就有效地避免了窯內可能出現的局部高溫，同時，也為根據生料的易燒性、熟料強度要求合理地設計燃燒器提供了一種分析手段。

（3）隨著攏焰罩長度的改變，煤粉燃燼率增大。比較有攏焰罩和無攏焰罩的情況可以發現，在燃燒器前端加了攏焰罩之后，煤粉燃燼率增加了3.46%，達到98.12%。最好的時候，煤粉燃燼率高達99.35%，煤粉幾乎完全燃燒[2]。

因此，長徑比合理的攏焰罩，可以穩定火焰的形狀，降低用煤量，并容易實現高質量的窯皮。從實際使用對比來看，有攏焰罩的噴煤管的性能優于沒有攏焰罩的噴煤管。但是攏焰罩的長度（寬度）與直徑之比也是很重要的一個參數。在攏焰罩的長度（寬度）小的情況下，幾乎表現不出作用。

攏焰罩的材質要求較高，即使最好的耐熱鋼也難保證其長久的壽命。我們在經過多年的試驗后，選用了非金屬材料來制作。

7 對噴煤管性能影響的因素

由于噴煤管是應用在回轉窯外部的窯頭罩內，噴煤管的火焰在轉動的回轉窯內，因此其性能除了煤粉品質的影響之外，還會受到其他多方面的因素的影響。這些影響因素不但會影響火焰的穩定性，還會影響的熟料質量。

7.1 影響火焰形狀的因素

（1）內外凈風調節的比例；（2） 三次風管閥門的開度和窯內通風量； （3）窯頭罩負壓和窯頭風機排風大小的調節；（4）窯內結圈、結蛋；（5）入窯生料的分解率變化。

7.2 影響火焰剛性的因素

（1）凈風的風量和風速；（2）煤風的風速； （3）送煤管道的風速和工藝布置；（4）煤粉的細度和水分；（5） 篦冷機“零壓點”內風機的負荷率。

因此，在了解了這些情況后，可以根據系統的各種變化及時判斷噴煤管表現出的問題是本身的原因，還是外部的原因以及煤質變化的原因，并及時解決，這樣才能使噴煤管的作用發揮到最好。

8 操作使用好噴煤管可以產生的效果

（1）降低熱耗； （2）降低有害氣體 NOx的生成量； （3）提高質量（降低游離鈣提高標號）；（4）提高產量；（5）減弱生料成分波動時熟料質量的波動； （6）延長耐火磚的壽命； （7）減少操作人員的勞動強度。

9 對噴煤管的使用要有全面正確的認識

（1）一個好噴煤管不可能完全適應各種煤種和工況；（2）好的噴煤管可以產生好的作用，但要有正確合理的操作使用方法； （3）一次風量并不是越少越好，降低一次風量必須是在原燃材料穩定，窯況穩定的前提下來實現； （4）篦冷機的操作會影響噴煤管的火焰形狀和對窯內工況的控制能力； （5）噴煤管的調節包括噴煤管參數調節和位置調節兩方面。不同的火焰形狀時要有對應的使用位置； （6）煤粉的輸送也是噴煤管系統的一個重要環節；（7）噴煤管上的凈風閥門，只能進行微調。

10 分解爐噴煤管結構和使用

10.1 分解爐噴煤管結構

相對于窯頭噴煤管來說，大多數設計單位和工廠對分解爐噴煤管的認識就更膚淺了。在分解爐這個燃燒了整個系統60%～70%的燃料的環節，很多噴煤管就是一根很簡單的管子。就是一些采用了三通道噴煤管的分解爐，也很少有人去花費精力認真地調試過。當然，這也與設計者的理解和認識深度有關，再就是與沒有找到合適的調節方法以及多次調整后也沒有效果有關。大多數人都認為煤粉在分解爐內是無焰燃燒，這樣調節不調節作用不大。還有認為煤粉只要噴進去，分解爐內強大的氣流就會將其吹散，窯尾煙室過來的高溫煙氣和三次風就會將其加熱燃燒。因此簡單的一根管子就可以解決問題。

其實，分解爐的性能是由七個方面的因素決定的：分解爐結構；分解爐燃燒器；分解爐的撒料裝置；分解爐容積； C4下料管的鎖風閥；三次風量；三次風溫。而噴煤管是決定分解爐性能的主要因素。

分解爐噴煤管的發展也是經歷了一個不斷認識的過程。從剛開始的溜槽式——直噴式——內旋流式——外旋流式——兩通道——三通道——變流場式——復合流場式。

圖11分別是內旋流、兩通道、三通道、變流場、復合流場幾種結構。

圖11 分解爐噴煤管結構的變化

分解爐噴煤管每一次結構的變化，都使分解爐的性能得到了提升，這些提升表現在多個方面：分解爐單位容積產量提高、用煤量減少、爐內溫度穩定、爐內不同位置的溫度均勻、溫度控制靈敏、對煤質的適應性增強等等。當然這些變化只有經歷過采用這些技術的相關人員才能體會到，不是人人都遇到過的。

但是，兩通道、三通道分解爐噴煤管，容易在分解爐內形成火焰集中區，使局部溫度偏高，造成分解爐內相關部位結皮結塊，影響了物料的熱交換效率。這類問題以RSP型分解爐尤為突出。

大多數對分解爐進行數值模擬的工作中，都沒有把噴煤管的氣流以及煤粉在擴散中燃燒的數值模擬數據帶入到分解爐的溫度場中去。因此，數值模擬做出的分解爐內的溫度場都是不完整的，甚至是不準確的。

經過多年對分解爐結構的研究，我們發現，分解爐的性能與燃燒器的設計及合理使用有非常重要的關系，其重要性遠遠大于分解爐的結構和分解爐的容積的影響。要保證分解爐性能處于最優狀態，使煤粉的用量最低，分解爐內的溫度最穩定，就需要燃燒器必須要起到使煤粉能夠根據分解爐內的氣體流場，在分解爐內均勻分布并燃燒的問題。

如果說分解爐內的流場在沒有煤粉噴入的時候是均勻的，那么，當煤粉噴進去后，只要是煤粉不能夠根據氣流分布狀況合理分散到分解爐的相關部位，那么溫度場就會不均勻了。溫度場不均勻的時候，就會使物料不能夠和熱氣流充分進行熱交換。這樣就降低了分解爐的性能。

這樣就會造成兩種現象：（1）有些煙氣溫度高的地方生料少，生料吸收熱量到一定溫度后，就不再吸熱了，造成了局部熱量的浪費；（2）有些煙氣溫度低的地方生料多，雖然進行了熱交換，但是熱焓不夠，不能使生料升溫到分解溫度。所以就需要多加煤或者是擴大分解爐的容積，使生料在這個位置加熱不到溫度時，再繼續到另外的位置去遇上高溫煙氣然后繼續提溫。這樣一來就使分解爐的容積效率降低，熱利用率也低了。

因此，我們要注意輸送煤粉的氣流在分解爐內要分散合理的問題。這種合理的狀態，是分解爐內的氣流狀態和輸送煤粉的氣流在動量和速度的復雜合成。調節好了這種合成狀態，就可以使煤粉燃燒充分，也可以使分解爐內溫度分布均勻。如果采用了具有一定流場匹配功能的噴煤管，這種噴煤管噴出的氣流，本身就能夠形成一個不斷擴散的流場，煤粉首先在這個流場中均勻混合，然后噴煤管的流場在進入分解爐內的氣體流場后，可以做到兩點：一是與原有的氣體流場融合在一起，使原來均勻的流場和溫度場保持比較好的狀態；二是噴煤管的氣體流場改變了原來的流場，使兩個流場重新合成為一個新的流場，這個流場也可能更好，也可能不好，因此我們可以通過調整，使這個流場變得更好。

還有一點，現在正在使用的各種類型的分解爐，雖然結構基本相同，但是分解爐柱體的尺寸不一樣，有些柱體的尺寸一樣了，三次風管的連接位置連接形式截面尺寸又有不一樣的地方，這也就造成了有些看上去一樣的分解爐，使用的噴煤管也一樣，結果分解爐的性能相差很多。這里面就有噴煤管不能匹配的重要原因。

為了做到能夠匹配這一點，就要求噴煤管本身在噴出包含煤粉的氣流的時候具有多種可以調節的形狀，并可以方便地進行調節。

這種調節，一是調節氣流的噴出速度（在不能夠改變送風量，不能改變輸送管道的輸送速度的情況下）；二是調節氣流旋轉分散的力度（凈風風量）；三是調節煤粉與氣流的混合程度（噴煤管的角度）；四是調節混和氣流噴出的距離（深入深度）；五是調節氣流場噴入的位置（伸入深度和角度）；六是混和氣流噴出的形狀（擴散角的大小和力度） 。

當一個噴煤管具有了上述功能后，就可以根據分解爐下部縮口的煙氣流速，調節氣流的噴出速度，使其合成速度更加合理；同時根據三次風管空氣入口的氣體流速，調節混合氣流噴出的距離；還可以根據三次風與下部縮口煙氣的合成速度和合成的流場的形狀，調節噴煤管的深入位置、噴出距離和混合氣流噴出的形狀。

經過這些調整，最終實現了用最少的煤保證了分解爐內溫度場的均勻性，使分解爐內特別是下部、中部和上部溫度的溫度差最少；保證了分解爐的溫度和五級旋風筒的溫度不會出現倒掛；保證了在有限的分解爐容積的情況下，喂入的生料和煤粉充分混合均勻并在分解爐的各個截面上分布均勻，使熱交換的效率和熱利用率最高，從而起到了提高分解爐能力的作用。

根據上述這些現象和要求，淄博科邦設計出適合兩種類型的具有專利技術的分解爐噴煤管，見表4。

表4 淄博科邦分解爐噴煤管

這三種專利產品（圖12）都有兩種類型。類型主要是根據分解爐安裝噴煤管的位置來分的，一種是垂直安裝時使用的，例如RSP分解爐；一種是水平或傾斜安裝時使用的，例如D-D型分解爐和管道式分解爐；一種是使用在分解爐分級燃燒技術中，安裝在分解爐的錐體部位。

圖12 淄博科邦分解爐噴煤管

這三種類型的噴煤管不但結構不一樣，安裝在同樣生產能力的分解爐上時，尺寸也相差很多。在配套噴煤管時，首先要根據分解爐的幾何尺寸、三次風管的位置、窯尾煙室縮口的尺寸以及產量熱耗來設計計算噴煤管的參數，然后，確定噴煤管的安裝位置。 分解爐噴煤管外形見圖13。

圖13 分解爐噴煤管外形圖

在使用時，還需要根據實際使用情況和煤粉的工況，來對噴煤管煤風的噴出速度、混合風的風量及風速進行調節，同時還需要對混合風和煤風的混合程度進行再次調節。這樣就可以實現前面所說的流場匹配的目的。

合理的設計和使用，將會把噴煤管使用的部分冷風造成的增加熱耗的作用抵消掉。

如果在使用新型的分解爐噴煤管時，同時對分解爐的撒料裝置進行合理的改動，效果將會更好。

分解爐噴煤管的安裝位置和使用，可以參閱《熟料燒成系統分級燃燒技術的應用和操作》（《新世紀水泥導報》2016年第4期）一文中的介紹。

10.2 分解爐噴煤管的調整

前面講述了新型分解爐噴煤管的設計理念，根據理念進行調整就比較簡單了。在調整的時候，可以首先調整噴煤管的插入位置，然后在每一個位置上，再通過調整旋流葉片的位置（見圖14）來調整混合風噴出的形狀，以及凈風機的風量，找到使分解爐出口溫度升高最多的位置后，把用煤量減下來就可以了。這樣就可以完成調整了。這種調整需要有較長的觀察時間，有時調整后會立即變化，有時需要幾個小時后才慢慢出現變化，當然，這與系統操作技術也是有關系的。

圖14 頭部調節示意

11 結束語

窯頭和分解爐的噴煤管是熟料燒成系統中最重要的設備。由于其價格比較高，工廠不可能把市面上的噴煤管都買來進行試用以判斷其性能和適應性。所以掌握分析和使用噴煤管的知識后，可以有選擇地采用綜合性能好的產品，以實現節能降氮提高熟料質量和產量的目標。本文就是從這個角度出發來撰寫的。

采用本文中所介紹的噴煤管操作使用技術，我們解決過10 000 t/d生產線長期熟料結粒不好、熟料溫度高、窯內結圈結蛋，筒體溫度溫度高的問題；解決過多條5 000 t/d、2 500 t/d生產線熟料結粒不好、熟料溫度高、窯內長期結圈、窯皮長度遠遠小于5 d、產量低的問題。同時還提高了熟料的強度減少了用煤量。因此這項技術是可以適應多種窯型的。

通過調試噴煤管還發現了不同結構和性能的噴煤管在操作使用中對系統的影響：

（1）對三次風管閥門開度的影響作用。這樣的操作使用方法不但改善了窯內煅燒狀況，更由于可以使三次風管閥門再開大，從而提高了分解爐的性能，加快了分解爐內煤粉燃燒的速度和燃盡率，降低了分解爐的熱耗；

（2）由于三次風管閥門開打之后，系統的平衡壓力降低了，因此還帶來了一級旋風筒出口壓力的降低和高溫風機電流的降低；

（3）噴煤管調整好了之后，熟料的結粒變好了。因此篦冷機“零壓點”內的風機的負荷率提高了，同時提高了篦冷機的冷卻效率。

[1] 沈威, 黃文熙, 閔盤榮. 水泥工藝學[M]. 武漢: 武漢工業大學, 1986.

[2] 李祥東, 葉旭初, 考宏濤. 多風道煤粉燃燒器拔焰罩的長度對窯內煤粉燃燒狀況影響的研究[J]. 水泥技術, 2002(4):21-24.

2016-09-20）

TQ172.625.3

B 文章編號：1008-0473(2016)06-0053-10

10.16008/j.cnki.1008-0473.2016.06.011

Q172.622.4 文獻標識碼：B

1008-0473(2016)06-0063-02 DOI編碼：10.16008/j.cnki.1008-0473.2016.06.012