回转窑焙烧炉重油枪改造

回转窑焙烧炉重油枪改造

本厂回转窑焙烧炉规格为2.2m×40m，以重油为燃料。采用重油作为燃料具有燃烧火焰稳定，发热量高，生产成本低等诸多优点。油枪为外混式结构的内外双层套管，外混式重油枪就是用高压金属软管将重油和蒸汽同油枪相连接，其工作原理是把经过过滤除杂的重油用蒸汽加热器加热升温至130℃以上，使重油的黏度和流动性适合于油枪喷嘴喷雾，在通过离心高压油泵加压送入油枪，同时在油枪外套通入蒸汽在喷嘴外与油相混合雾化燃烧，焙烧上一工序送来的物料。

外混式重油枪的构造及其雾化原理

外混式重油枪的构造剖面图见图一，其主要由重油管、蒸汽管、喷油嘴、蒸汽雾化嘴、油枪外套附件等组成。重油通过压力为1.2～2.5MPa的高压离心泵注入到重油枪，重油通过喷油嘴上直径为0.5～1mm的数十个细孔完成机械雾化过程，高速喷射到炉膛内。与此同时，0.6MPa的蒸汽注入重油枪的蒸汽外管中，通过蒸汽雾化嘴喷射到炉膛内，使重油完成雾化。由此可见，重油在炉膛内是属于外混式的雾化，完成重油的雾化过程一是靠蒸汽雾化，二是靠喷油嘴上数十个细孔的机械雾化。采用在炉膛内的外混式重油枪对重油进行雾化，对重油的质量要求较高。

外混式重油枪在生产中存在的问题

1.作为燃烧设备的焙烧炉，稳定正常运行是要求必须得到保证的，越是正常稳定燃烧，满负荷生产就越能降低重油单耗。但由于外混式重油枪对油的粘度、机械杂质含量等的要求较高，所以一直以来某厂使用的都是进口重油。为了适应降本增效的经营理念要求，加之国产重油的价格比进口重油的价格低，从2013年开始该厂开始试着使用国产重油进行试验。由于国产重油的粘度要比进口重油的粘度高，所以在试验中当气温下降、重油粘度高的情况下，出现了外混式重油枪喷油嘴结焦的现象，同时由于机械杂质含量高，出现了喷油嘴堵塞的现象。这些一系列的问题出现，导致燃烧系统中断频繁，严重影响了生产系统的稳定运行。为尽快恢复运行，要投入大量的人力、物力来清理结焦和堵塞的喷油嘴，清理油嘴要拔出油枪甚至打开炉膛，使得炉膛温度下降，又增加了重油的消耗 。

2.由于外混式重油枪喷油嘴上的细孔直径较小，当使用国产重油时，由于其粘度和杂质偏高，导致其雾化效果不佳，使其在炉膛内不能完全燃烧，出现的残余碳颗粒混入成品中，使产品质量受到严重影响。鉴于以上原因决定对现有重油枪进行技术改造。

具体的改造措施

图1 外混式重油枪的构造剖面图

通过对现有重油枪在实际使用中的观察和分析，为实现降本增效的目标和生产系统的稳定长周期运行，决定将焙烧炉原有的外混式重油枪改为内混式油枪。改造后的内混式油枪要达到以下条件：

1.内混式油枪的外形尺寸要与原外混式油枪外形尺寸相同，以便于现场其它部件的调试和改造。

2.采用内混式气泡雾化原理来解决存在的问题。

3.要满足以下现有的工艺条件：

1）蒸汽压力：0.25～0.55MPa

2）重油压力：1.0～3.0MPa

3）油枪负荷：最大260Kg/h

4.重油枪材质为1Cr18Ni9Ti，使用寿命≥6个月。

焙烧炉是直径为2.2m×40m的微负压炉，所以油枪喷射火焰的长度要控制在2～3.0m的范围内，以避免贴壁燃烧现象的发生。

表1 改造前后重油单耗对照表

图2 内混式重油枪的构造剖面图

内混式油枪的构造及其雾化原理

内混式重油枪的构造剖面图见图二，主要是由重油管、蒸汽管、枪芯、喷嘴等部件组成。

重油在内混式油枪内的燃烧过程包括雾化、混合、燃烧三个阶段，雾化就是把重油破碎成微小的油雾状颗粒，然后与空气混合燃烧。重油雾化的越细越好，越容易与空气混合，越能够快速完全的燃烧。内混式重油枪的雾化原理是通过1.2～2.5MPa压力的燃油与0.3～0.5MPa压力的蒸汽在通过枪芯时相互交叉进入雾化室，此时各自带压的油与汽在雾化室中相互作用产生大量的起泡，接着气泡在通过喷嘴出口产生爆破雾化。

由于雾化室内存在0.25～0.65MPa的压力，对于燃油的喷出和雾化起到了一定的阻碍。为解决这一问题，将原有的喷油孔扩大，使其出口压力达到与外混式油枪相同的压力。通过喷油孔的扩大，使得机械杂质堵塞喷油嘴的机率大大降低。由于油雾喷口的横截面积远大于油、汽的通流面积，而且气泡破裂存在一定的时差，油雾的着火点距喷油嘴有5～8cm的距离，降低了喷油嘴的温度也降低了喷嘴结焦的几率。喷嘴采用旋流喷射的方式，以增大回流区与燃烧空气的旋流混合，避免了贴壁燃烧现象，提高了燃烧效率。雾化室相对于油、汽喷嘴是一种扩锥式结构，油和汽喷出后压力下降（低于油和汽的输入压力），而且输油压力高于输汽压力，所以不会发生油、汽相互串流的现象。

内混式重油枪的使用情况

该厂在2013年底开始使用内混式油枪，对油枪机械连接结构进行了局部优化，生产中内混式油枪显示出以下优点：

1.降低了油枪的蒸汽消耗量，从改造前的150Nm3/h降至100Nm3/h。

2.火焰的燃烧稳定性和回转窑窑头的燃烧状况有了很大的改善。

3.油枪喷嘴的结焦、堵塞率明显降低，油枪喷嘴的清理周期，从改造前的每天1次提高到每7天1次。

4.提高了回转窑的稳定运行周期，降低了燃油成本，提高了产品质量。改造前后的重油单耗指标见表1。

结语

1.由外混式重油枪改为内混式重油枪，降低了油枪喷嘴的结焦、堵塞频率，有效提高了雾化效果，提升了回转窑的稳定运行周期。

2.重油枪改造后有效地改善了回转窑焙烧炉燃烧不稳定，解决了产品中杂质较多的问题，极大的提高产品质量，达到了降本增效的目的。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.19.026