浅谈喷煤管的结构性能和操作使用技术

郭红军沈卫泉万 彬刘振海李会民崔海波李文海陈之专

1. 淄博科邦热工科技有限公司，山东 淄博 255086； 2. 桐乡南方水泥有限公司，浙江 桐乡 314511；3. 中材甘肃水泥有限责任公司，甘肃 白银 730900；4. 山东联合王晁水泥有限公司，山东 枣庄 277400

浅谈喷煤管的结构性能和操作使用技术

郭红军1沈卫泉2万 彬3刘振海4李会民4崔海波1李文海1陈之专1

1. 淄博科邦热工科技有限公司，山东 淄博 255086； 2. 桐乡南方水泥有限公司，浙江 桐乡 314511；3. 中材甘肃水泥有限责任公司，甘肃 白银 730900；4. 山东联合王晁水泥有限公司，山东 枣庄 277400

窑头和分解炉的喷煤管是熟料烧成系统中最重要的设备。由于其价格比较高，工厂不可能把已有的喷煤管都买来进行试用以判断其性能和适应性。所以掌握分析和使用喷煤管的知识后，可以有选择地采用综合性能好的产品，以实现节能降氮提高熟料质量和产量的目标。对190多种规格、类型的喷煤管研究分析，并总结在12 000 t/d以下一百多条生产线调节使用的经验，以及对不同的喷煤管采用不同的烧成制度，来解决烧成系统存在的工艺问题，在此基础上分析喷煤管的结构特点、技术性能和正确的操作使用技术。

喷煤管 结构性能 操作使用

0 引言

喷煤管是水泥熟料生产中必不可少的、最重要的设备之一，也是水泥熟料煅烧工艺中最能直接影响熟料质量、系统热耗以及有害气体排放量的关键设备。选用一台性能先进好用的喷煤管，掌握正确、合理、先进的操作使用技术，使它发挥出提高熟料质量、产量，最大幅度地降低能耗、减少有害气体的生成量的作用，是每个企业都在不断追求的目标。

时至今日，很多水泥厂的工艺人员和操作者由于工作的局限性，无法接触更多不同结构、性能以及不同工艺参数的喷煤管，从而对喷煤管的认识不太全面、深刻，能够通过参数对比和使用调节来评论喷煤管的优劣的情况就更少了。这是由于很多喷煤管本身设计中除了调节风阀之外调节机构就较少，因此调节对比的作用就基本上只能在少数喷煤管上才能实现。

为了让更多的烧成工艺技术人员和操作人员更深入了解目前比较好的一些喷煤管的性能状况和操作使用方法，推动烧成技术的技术进步，我们多年来对190多种规格、类型的喷煤管研究分析，总结了在12 000 t/d以下一百多条生产线，通过调节使用来解决问题的经验，以及对不同的喷煤管采用不同的烧成制度，来解决烧成系统存在的工艺问题。本文和大家谈谈喷煤管的结构特点、技术性能和正确的操作使用技术，同时也谈一点喷煤管的使用方法和烧成系统操作的关系，希望借此来使大家对这些问题有更新的认识，并在实际工作中应用提高。

1 喷煤管的性能要求

综合多年来对300～12 000 t/d各种规模的不同分解炉类型和不同喷煤管结构的一百多条烧成系统的调试和对喷煤管的使用的经验，同时参考了一些专业文章中的观点认识，结合当前技术进步的要求，汇总归纳后认为，烧成系统对使用煤粉的喷煤管（燃烧器）的要求应有10个方面：

（1） 能保证煤粉充分燃烧，CO低。对燃料具有较强的适应性，尤其是在燃烧无烟煤和劣质煤时，也能保证煤粉在合理的时间内完全燃烧。

（2） 一次风量低于6%，同时一次风压低于36 kPa。在使用中产生的NOx量低。

（3）能够在窑内过剩空气系数较低的工况下稳定地煅烧，稳定和提高熟料质量的同时减少NOx的生成量。

（4）喷煤管的火焰形状，能够方便地调节出目前水泥工艺学中提出的四种煅烧操作制度（烧成制度）要求的火焰形状。特别要能使整个烧成带具有强而均匀的热辐射，形成有利于熟料结粒、矿物晶相正常发育，防止烧成带扬尘，形成稳定窑皮、延长耐火砖使用寿命的工况。

（5）外风采用环形间断喷射的结构，保证热态不变形，射流均匀稳定，形成良好的火焰形状。

（6）设置长径比合理的拢焰罩。煤粉的燃尽率较高。同时能够避免产生峰值温度，降低有害气体NOx的排放，使窑内温度分布合理，提高预烧能力。

（7）采用火焰稳定器，受喂煤量、煤质和窑情变化波动的影响小，火焰更加稳定。

（8）内、外净风和煤风通道的截面积可灵敏、方便地调节，能够在正常运行中控制不同窑况的变化，满足烧不同煤质和形成不同火焰的要求。

（9）能够定位在回转窑口中心线零点位置以上使用。能够容易地将窑尾烟室的温度控制在(1 050±50)℃的正常状态。

（10）能够在三次风管阀门开度比较大的工况下正常稳定地煅烧出高质量的熟料。

2 喷煤管的结构

目前国内外水泥企业使用的喷煤管结构规格有一百种之多。而且每种喷煤管的产生都有其特定的原因。很多喷煤管在当初的使用中都曾发挥过有效果的作用。但是，随着烧成技术的不断发展，随着技术进步和环境保护对烧成系统技术性能要求的不断完善和提高，曾经的一些结构的喷煤管已经不能适应这些要求。比如风量大于6%的、工作压力大于36 kPa的、风道面积不可调的这些结构等等。

目前国内水泥烧成工艺中使用的喷煤管，大多数都是按照通道数来分的，分别由单通道、两通道、三通道、四通道及五通道等。由于目前大多数喷煤管为了适应更大范围的煤质的要求都已经设计成了四通道或是五通道，因此，单纯地用通道来分已经不能适应当前水泥烧成技术人员和操作人员认识区分喷煤管的性能的要求了。而且很多喷煤管由于片面地追求低风量高风速也误导了大家。因此原有的简单的分类方法已经不能适应现在技术进步的要求了。

根据我们操作调试喷煤管的经验以及研究分析各通道参数的结果，我们认为，目前喷煤管的结构可以分为以下几种，而且在选择时要综合分析判断。

（1）按照内、外净风通道的布置的结构，可以分为两种（见图1、图2）：

结构1 外净风、煤风、内净风、中心风；

结构2 外净风、 内净风、煤风、中心风。

这两种喷煤管的主要差别在于煤风通道的位置。结构1的煤风通道在内外净风通道之间；结构2的煤风通道在内净风通道之内。这种看似简单的变化，其实是一种燃烧理论的发展和煅烧工艺的发展的结果。

图 1 结构1

图2 新型低氮燃烧器

（2）按照内、外净风风道结构。

外净风的出风结构可以分为：圆环型出风、圆环形间断出风（出风孔有园孔、方孔、扁方孔、长方孔）。见图3。

图3 外净风的出风结构

内净风的出风结构一般都是旋流风，可以分为 ：圆环形间断出风、方柱型出风。见图4。

图4 内净风的出风结构

（3）按照内、外净风风道的调节方式，可以分为通道截面积可调节和不可调节两类，以及只有单个通道可调节的一类，见图5。

（4）按照有无拢焰罩的结构还可以分为有拢焰罩和没有拢焰罩两种。同时有拢焰罩的还可以分为拢焰罩长度可调与不可调两种。

上述这些喷煤管的设计参数也有多种，比较多的通道风速参数也有两类：

结构1的参数：

外净风通道：风速 120～320 m/s，一次风量的55%，呈直流状喷出；煤风通道：风速20～30 m/s（按照 4 kg/m3选取） ，呈直流状喷出；内净风通道：风速 80～180 m/s，一次风量的35%，呈旋转状喷出；中心风通道：风速 80～180 m/s ，一次风量的10%， 呈直流状喷出。

图5 按照内、外净风风道的调节方式分类

结构2的参数：

外净风通道：风速 120～400 m/s，一次风量的55%，呈直流状喷出；内净风通道：风速80～260 m/s， 一次风量的35%，呈旋转状喷出；煤风通道：风速 20～45 m/s（按照 4 kg/m3选取），呈直流状喷出；中心风通道：风速 30～60 m/s，一次风量的10%，呈直流状喷出。

这种分类的方法不一定合理，但是对调节使用以及判断喷煤管是有用的。这样分类不是说同一种类型喷煤管性能就会一样。使用中发现，就是结构一样或者差不多的喷煤管，由于通道面积不一样或是各通道面积的比例不一样（特别是内外净风通道面积的比例），也就是说参数匹配的不一样，在使用中就会产生很大的差别。

同时，从喷煤管的参数中也可以看出来，结构2的通道风速都高于结构1的风速。而在结构1中，煤风的风速一般不超过25 m/s。这是因为当初的设计理念是：只要把煤粉送出去就可以了。但是结构2的设计理念已经不是这样的了，还考虑了煤质的变化和参数的匹配。

3 影响喷煤管性能的因素

单纯的从喷煤管结构和风速、压力不能判断出喷煤管的性能优劣，同理，也不能从风道风速的高低大小来判断其性能。当然，总会有结构更合理的一种，这些将在后面介绍。

喷煤管的性能，应该首先从喷煤管使用后所表现出来的熟料质量、产量、窑皮状况（长度、厚度、密实度）、用煤量、NOx的产生量的数据来评判，然后是火焰形状、煤粉的燃尽率以及用风量和电机功率几个方面来综合评判。同时还可以附加二次风温变化对喷煤管燃烧状况的影响成度以及三次风管阀门开度这两个角度来评价。

3.1 喷煤管的火焰形状对操作方法的影响

多年以来，水泥企业的烧成技术和操作人员不管采用哪种喷煤管，在对火焰进行调节的时候，都是按照多年以前的理论来进行调节。也即喷煤管的火焰要“活泼有力”。如果能够调节到这种状况，就说明这个喷煤管是好的。同时，使用这种火焰形状的喷煤管的时候，一般将其定位在以窑口中心线为原点的平面直角坐标系中的第四象限，这种使用调节方法，已经延续了很多年，并且在使用中也有效，得到了大家的认可。

当喷煤管的火焰形状无法采用自身的内外净风的调节阀门调整好的时候，以及调节各风道的截面积也没有效果的时候，人们采用的措施还是调节三次风管的阀门开度的辅助调节方法来进行调整。这种辅助方法在一定的条件下也是有效的。

喷煤管的火焰调节，也以“窑前发亮”、不扫窑皮为原则进行。

大多数结构1类型的喷煤管，可以调节出来的火焰形状有下面几种：低推力低涡旋；低推力高涡旋；高推力低涡旋（图6）。

图6 结构1类型的喷煤管可以调节出来的火焰形状

随着环保和节能减排的要求的提高，给熟料生产提出了更高的技术要求。而这当中好多都是直接涉及到喷煤管的结构性能及其正确使用的方面。原来的一些喷煤管使用的理念很难满足这种要求。根据对近百条水泥厂的现场实际操作发现：喷煤管的火焰调整到窑前明亮状态之后，窑尾烟室检测到的NOx的含量增加了很多。数量翻番的不在少数。以至于有些工厂就是直接看NOx的浓度变化来进行操作的。再就是入窑生料的波动（成分和喂料量）造成窑内的工况不稳定，出窑的熟料质量合格率经常随着生料的波动而波动，有些基本就是同频率同波幅。

而解决这些现象是前述三种火焰难以胜任的。因此，就需要另外一种火焰。这种火焰就是高推力高涡旋的火焰（图7）。

图7 高推力高涡旋的火焰

从这种火焰的形状上来看，与前述三种的最大区别在于火焰在整个长度方向上的粗细变化比较小。火焰的高温点降低了，整个火焰温度均匀。火焰形状不再是活泼有力，而是刚性很强的火焰。

这种火焰形状最早是由国外一知名的水泥技术公司提出的。这种火焰形状是结构1所示的喷煤管很难实现的，而国外后来推出的结构2的喷煤管可以实现（见图2）。同时，形成这种火焰形状的喷煤管均带有长径比合理的拢焰罩。

根据对十多条包括10 000 t/d生产线在内的采用这种结构喷煤管的调试使用以及对其他类似结构喷煤管的研究分析，我们研究出了可以形成这种火焰形状的喷煤管的不同于其他喷煤管的操作使用技术。并在与其他结构的喷煤管做了对比后发现这种结构喷煤管的优越性以及使用的差别。

3.2 喷煤管的调整

很多喷煤管在宣传的时候都把大推力火焰作为亮点来介绍。经常引用的推力公式为：

M=m×v

如果按照这个公式来对喷煤管进行调节，风量m和风速v应该是先固定其中一个值，然后改变另外一个值来进行调节，这样推力就会有规律地调整。但是，结构1类型的喷煤管无法实现这种方法，而只能采用调节风量的方法来调整风速。如果采用调整风量M的方式来改变风速v，那就相当于两个变量同时调整，这样就很难找出最佳数值来。特别是需要内外净风的推力进行匹配的时候，就更没有办法了。

对于喷煤管的截面积都是不可调的结构，只能是通过调整内外净风的风量来调整风速，再辅以通过调整内净风旋流器的位置来调整火焰形状的。而且这种同样结构的喷煤管调整比较单一简单。因此这种结构的喷煤管基本都没有多少调整的空间，所以这里不再多叙述了。

喷煤管的操作使用技术有两个方面。一是对喷煤管自身的调整（调整火焰形状）；一是对使用位置的定位调整。

喷煤管火焰形状的调整，与采用哪种烧成制度有直接关系。

水泥工艺学中是这样描述和定义烧成制度的：“在研究窑内燃料的燃烧时，要特别注意如何改善生料的热加工条件。这与火焰（燃烧带）的温度、长度、位置、形状等有很大的关系。几种煅烧操作制度为：正常火焰煅烧制度；短焰急烧；高温长带煅烧；低温长带煅烧。”

正常火焰煅烧是这样的：“回转窑内的煅烧温度较高，火焰长度合适，火焰柔顺有力，燃料燃烧完全，熟料在烧成带的停留时间适宜，熟料结粒细小，均齐色泽正常，好烧不起块。熟料的矿物晶体发育良好，晶形规则，大小较均齐，分布也较均匀，游离氧化钙较低。熟料质量较高。这种煅烧制度，烧成带温度虽较高，但不会烧坏窑皮及衬料，窑的产量、燃料消耗，耐火砖寿命等技术经济指标均较好”[1]。

而目前大多数工厂，都是采用短焰急烧的烧成制度。采用这种烧成制度的主要原因就在于喷煤管的结构、性能以及使用方法。

短焰急烧的火焰，在一些情况下，可以将快到窑口而没有烧好的熟料控制在合格的范围内。甚至在煤质变化的情况下也能在多增加一些喂煤量的情况下烧出合格熟料。但是熟料的综合性能如结粒的大小及均匀性、强度、色泽、岩相中A、B矿物的形状、数量和尺寸等就很难保证了。因为这种烧成制度不是熟料煅烧的最好工艺。

喷煤管形成好的火焰，要能够发挥出好的性能，同样需要做到两个方面。

3.2.1 合理调节喷煤管的三个通道的截面积

通过大量的调试工作以及对各种喷煤管的分析研究，我们总结出：喷煤管的性能是由喷煤管的四个风速和各自风量与其他通道的风速风量合理匹配来实现的。也即是风道推力或动量的匹配！单一的高风速，并不能实现火焰在实际使用中的大推力，不能使火焰刚性增强。

对于截面积可以调节的喷煤管来说，可以在完成下述多种参数的组合后，实现喷煤管的火焰的多种形状。表1、表2为多种风量风速组合的示例。

从表1、表2中的数据可以看出，如果按照推力计算公式来分别计算内外净风的推力的话，是可以调节出内外净风推力不同而形成的火焰形状的。

还有一种喷煤管（见图8），内外净风的截面积无法单独调整，但是可以调节两种风混合后出风通道的截面积，同时又可以调节拢焰罩的长度。但是，按照上面表中列出的调节原理的数据，这种结构的喷煤管将不容易实现上述的性能，但是其性能要好于截面积不可以调节的喷煤管。同时还由于其风道的布置是煤风通道在内净风里面，所以能够调整出长而均匀的火焰形状，但这种火焰的刚性还需要利用其他条件来保证。

表1 内外净风风速不变、风量变的组合

表2 内外净风风速、风量亦变的多重组合

图8 喷煤管定位示意

3.2.2 调整喷煤管的定位位置

不同结构的喷煤管可以调节出不同形状的火焰，而且其使用定位的方法也不同；采用正常煅烧制度的火焰形状的时候，喷煤管应定位在窑口的以窑口中心线为原点的直角坐标系的x=0.y=0-50的位置上（如图9）。如不这样定位，则容易出现熟料的还原现象以及过烧现象，影响熟料的质量。

同时，这种调节定位方法，可以减少喷煤管火焰前端对生料移动时的阻力，使生料在入窑后能够加快运动到烧成带速度，符合短粗窑的工作原理。还可以减少没有充分燃烧的煤粉落入到熟料中的几率。

但是，对于结构1所示的喷煤管，在这样定位时就会比较困难，因此其缺少了一种调节方法，但是定位在窑口中心还是可以的。

图9 出风通道截面积可调的燃烧器

喷煤管的定位方法可以分为三种: （1）喷煤管的管身中心线与回转窑的中心线同轴（或平行）； （2）喷煤管的管身中心线水平定位，然后调整前、后支点来调整到相对于窑口的某一位置；（3）喷煤管的管身中心线水平定位，整体调整到相对于窑口中心线的某一位置。实际使用中，方法一和方法二采用的比较多。对于火焰可以调整到“正常火焰”的喷煤管来说，也是以这两种定位方法为主进行调整定位到中心线以上。

4 喷煤管调整合理的效果

通过采用上述这种调试操作技术原理的实践证明，喷煤管调整到位后会有以下明显效果：

（1）喷煤管火焰可以在不同的煤质、不同的煤粉细度、不同的煤分水分的情况下实现正常煅烧制度要求的火焰形状。

（2）采用这种火焰形状和定位方法后的喷煤管，完全能够煅烧出水泥工艺学中正常火焰煅烧操作制度描述的水泥熟料。熟料质量会发生好的变化：调整运行大约3～5 h，熟料的结粒状况会变好；在篦冷机没有改动的情况下，熟料的冷却效果会提高，熟料温度会降低；同时提高熟料强度。

（3）可以实现长度在5 d，厚度在200～230的平整坚固的窑皮。回转窑烧成带筒体温度降低，在环境温度25 ℃、耐火砖使用了10个月的情况下，可以不用筒体冷却风机。

（4） 窑尾烟室的NOx浓度会降低。

（5） 喷煤管用煤量会减少。

（6） 三次风管的阀门可以进一步开大，分解炉的性能将会更好地发挥。

（7）分解炉的出口和一级旋风筒出口的压力会降低。

（8） 高温风机的电流会降低。

5 关于低氮燃烧器

随着国家环保要求的提高以及降低熟料制造成本的迫切要求，从工艺上减少NOx生成量的技术也在大力推广，因此低氮燃烧器也应运而生。从工艺原理上讲，燃烧器降低氮氧化物生成量的主要原理有两个方面:

——使用比较低的一次风量（6%以下）；

——减少火焰的最高温度点。使煤粉在窑内的烧成带均匀地燃烧；同时使煤粉在窑内过剩空气比较低的工况下进行充分稳定地燃烧（α＜1.05）。通常一般的低氮燃烧器可以降低氮氧化物生成量4%～10%。

按照这些原理，具有低氮功能的燃烧器有两种类型：

——低一次风量型（6%以下）；——火焰均匀燃烧型（高推力高涡旋火焰）。这里先谈“低一次风量”型的低氮燃烧器。目前国内很多厂家都推出了一次风量低的喷煤管，并注明是低氮燃烧器。但是从设计参数看来，这些低氮燃烧器虽然降低了净风的风量，但为了保证火焰的大推力把净风风速提高了。从原理上讲，一次风速越高，氮氧化物形成量会越大。这样做的结果容易把降低一次风量带来的低氮效果大幅度减弱，从另一方面讲有可能会增加氮氧化物，从我们的实际使用情况看亦是如此。我们曾经在TLHS水泥公司做了一年的对比，对比方法是每个月更换一次喷煤管。对比结果证实了减少一次风量提高压力的喷煤管要比同等风量压力低的结构2型的喷煤管产生的NOx多，用煤量亦多。

再谈火焰均匀燃烧型的燃烧器。国际上知名的燃烧器公司推出的一些低氮燃烧器产品，从工作原理上来讲，基本上都符合低氮燃烧的原理。都是以“火焰均匀燃烧”原理为主。这种燃烧器同时存在着的对窑内工况控制能力差、容易降低熟料质量的缺点。

我们经过对上百台喷煤管的结构分析和参数计算，经过数据汇总和分析，推导出了分析喷煤管性能的一种计算分析方法，采用这种方法在上百种喷煤管中筛选出了一种已经在国内市场上比较少见的国际知名的喷煤管。在对其结构和参数进行优化后，设计出一种完全符合低氮燃烧器原理，并能解决低氮燃烧器缺点的新型喷煤管（见图2）。同时推出了新的操作使用方法。

这种喷煤管的结构与一般的结构2不同的是煤风的截面积是可以调节的，喷煤管的前部带有一个长度大于40 mm的拢焰罩。

这种喷煤管在使用中，完全可以按照示例一、示例二所示的参数匹配方案进行调整，同时能够定位在中心线以上使用而不扫窑皮。

这种喷煤管在风机配置参数上均远远小于目前的大多数标准配置，见表3。从表3中的数据可以看出风量和功率参数。

表3 喷煤管风机配置参数

6 关于喷煤管的拢焰罩

前面说过，喷煤管还可以分为带拢焰罩和不带之分。这两种的区别在哪里呢？由于喷煤管的火焰形状除了受本身结构的影响之外，还受窑内通风量的影响。而根据窑内的煅烧特点，喷煤管的火焰不应该发散，而是应该集中。同时要求煤粉在出喷煤管后迅速燃烧。但是，迅速燃烧的火焰一定会使火焰的形状在喷煤管的出口处迅速膨胀，产生“盆状效应”。为了避免气流的迅速扩张，产生“盆状效应”，使火焰形状更加合理，避免窑头高温和局部高温，延长窑口护板的使用寿命。研究人员在喷煤管前部加设了防止烟气迅速扩张的装置“拢焰罩”（见图10）。

图10 燃烧器上的拢焰罩

拢焰罩是一个设置在外净风外面，距离外净风有一定的距离、有一定宽度的圆环。拢焰罩的应用，非常有效地抑制了火焰的发散，同时也节约了部分能量。拢焰罩还同时有着另外的功能：

（1）拢焰罩可以使燃烧器出口中心处的回流强度不断增大，当拢焰罩长度达一定长度以后，拢焰罩继续增长反而会降低出口附近的回流强度。

（2） 由于拢焰罩的使用，使得窑内火焰被拉长，明显地降低了窑内的最高温度，这样就有效地避免了窑内可能出现的局部高温，同时，也为根据生料的易烧性、熟料强度要求合理地设计燃烧器提供了一种分析手段。

（3）随着拢焰罩长度的改变，煤粉燃烬率增大。比较有拢焰罩和无拢焰罩的情况可以发现，在燃烧器前端加了拢焰罩之后，煤粉燃烬率增加了3.46%，达到98.12%。最好的时候，煤粉燃烬率高达99.35%，煤粉几乎完全燃烧[2]。

因此，长径比合理的拢焰罩，可以稳定火焰的形状，降低用煤量，并容易实现高质量的窑皮。从实际使用对比来看，有拢焰罩的喷煤管的性能优于没有拢焰罩的喷煤管。但是拢焰罩的长度（宽度）与直径之比也是很重要的一个参数。在拢焰罩的长度（宽度）小的情况下，几乎表现不出作用。

拢焰罩的材质要求较高，即使最好的耐热钢也难保证其长久的寿命。我们在经过多年的试验后，选用了非金属材料来制作。

7 对喷煤管性能影响的因素

由于喷煤管是应用在回转窑外部的窑头罩内，喷煤管的火焰在转动的回转窑内，因此其性能除了煤粉品质的影响之外，还会受到其他多方面的因素的影响。这些影响因素不但会影响火焰的稳定性，还会影响的熟料质量。

7.1 影响火焰形状的因素

（1）内外净风调节的比例；（2） 三次风管阀门的开度和窑内通风量； （3）窑头罩负压和窑头风机排风大小的调节；（4）窑内结圈、结蛋；（5）入窑生料的分解率变化。

7.2 影响火焰刚性的因素

（1）净风的风量和风速；（2）煤风的风速； （3）送煤管道的风速和工艺布置；（4）煤粉的细度和水分；（5） 篦冷机“零压点”内风机的负荷率。

因此，在了解了这些情况后，可以根据系统的各种变化及时判断喷煤管表现出的问题是本身的原因，还是外部的原因以及煤质变化的原因，并及时解决，这样才能使喷煤管的作用发挥到最好。

8 操作使用好喷煤管可以产生的效果

（1）降低热耗； （2）降低有害气体 NOx的生成量； （3）提高质量（降低游离钙提高标号）；（4）提高产量；（5）减弱生料成分波动时熟料质量的波动； （6）延长耐火砖的寿命； （7）减少操作人员的劳动强度。

9 对喷煤管的使用要有全面正确的认识

（1）一个好喷煤管不可能完全适应各种煤种和工况；（2）好的喷煤管可以产生好的作用，但要有正确合理的操作使用方法； （3）一次风量并不是越少越好，降低一次风量必须是在原燃材料稳定，窑况稳定的前提下来实现； （4）篦冷机的操作会影响喷煤管的火焰形状和对窑内工况的控制能力； （5）喷煤管的调节包括喷煤管参数调节和位置调节两方面。不同的火焰形状时要有对应的使用位置； （6）煤粉的输送也是喷煤管系统的一个重要环节；（7）喷煤管上的净风阀门，只能进行微调。

10 分解炉喷煤管结构和使用

10.1 分解炉喷煤管结构

相对于窑头喷煤管来说，大多数设计单位和工厂对分解炉喷煤管的认识就更肤浅了。在分解炉这个燃烧了整个系统60%～70%的燃料的环节，很多喷煤管就是一根很简单的管子。就是一些采用了三通道喷煤管的分解炉，也很少有人去花费精力认真地调试过。当然，这也与设计者的理解和认识深度有关，再就是与没有找到合适的调节方法以及多次调整后也没有效果有关。大多数人都认为煤粉在分解炉内是无焰燃烧，这样调节不调节作用不大。还有认为煤粉只要喷进去，分解炉内强大的气流就会将其吹散，窑尾烟室过来的高温烟气和三次风就会将其加热燃烧。因此简单的一根管子就可以解决问题。

其实，分解炉的性能是由七个方面的因素决定的：分解炉结构；分解炉燃烧器；分解炉的撒料装置；分解炉容积； C4下料管的锁风阀；三次风量；三次风温。而喷煤管是决定分解炉性能的主要因素。

分解炉喷煤管的发展也是经历了一个不断认识的过程。从刚开始的溜槽式——直喷式——内旋流式——外旋流式——两通道——三通道——变流场式——复合流场式。

图11分别是内旋流、两通道、三通道、变流场、复合流场几种结构。

图11 分解炉喷煤管结构的变化

分解炉喷煤管每一次结构的变化，都使分解炉的性能得到了提升，这些提升表现在多个方面：分解炉单位容积产量提高、用煤量减少、炉内温度稳定、炉内不同位置的温度均匀、温度控制灵敏、对煤质的适应性增强等等。当然这些变化只有经历过采用这些技术的相关人员才能体会到，不是人人都遇到过的。

但是，两通道、三通道分解炉喷煤管，容易在分解炉内形成火焰集中区，使局部温度偏高，造成分解炉内相关部位结皮结块，影响了物料的热交换效率。这类问题以RSP型分解炉尤为突出。

大多数对分解炉进行数值模拟的工作中，都没有把喷煤管的气流以及煤粉在扩散中燃烧的数值模拟数据带入到分解炉的温度场中去。因此，数值模拟做出的分解炉内的温度场都是不完整的，甚至是不准确的。

经过多年对分解炉结构的研究，我们发现，分解炉的性能与燃烧器的设计及合理使用有非常重要的关系，其重要性远远大于分解炉的结构和分解炉的容积的影响。要保证分解炉性能处于最优状态，使煤粉的用量最低，分解炉内的温度最稳定，就需要燃烧器必须要起到使煤粉能够根据分解炉内的气体流场，在分解炉内均匀分布并燃烧的问题。

如果说分解炉内的流场在没有煤粉喷入的时候是均匀的，那么，当煤粉喷进去后，只要是煤粉不能够根据气流分布状况合理分散到分解炉的相关部位，那么温度场就会不均匀了。温度场不均匀的时候，就会使物料不能够和热气流充分进行热交换。这样就降低了分解炉的性能。

这样就会造成两种现象：（1）有些烟气温度高的地方生料少，生料吸收热量到一定温度后，就不再吸热了，造成了局部热量的浪费；（2）有些烟气温度低的地方生料多，虽然进行了热交换，但是热焓不够，不能使生料升温到分解温度。所以就需要多加煤或者是扩大分解炉的容积，使生料在这个位置加热不到温度时，再继续到另外的位置去遇上高温烟气然后继续提温。这样一来就使分解炉的容积效率降低，热利用率也低了。

因此，我们要注意输送煤粉的气流在分解炉内要分散合理的问题。这种合理的状态，是分解炉内的气流状态和输送煤粉的气流在动量和速度的复杂合成。调节好了这种合成状态，就可以使煤粉燃烧充分，也可以使分解炉内温度分布均匀。如果采用了具有一定流场匹配功能的喷煤管，这种喷煤管喷出的气流，本身就能够形成一个不断扩散的流场，煤粉首先在这个流场中均匀混合，然后喷煤管的流场在进入分解炉内的气体流场后，可以做到两点：一是与原有的气体流场融合在一起，使原来均匀的流场和温度场保持比较好的状态；二是喷煤管的气体流场改变了原来的流场，使两个流场重新合成为一个新的流场，这个流场也可能更好，也可能不好，因此我们可以通过调整，使这个流场变得更好。

还有一点，现在正在使用的各种类型的分解炉，虽然结构基本相同，但是分解炉柱体的尺寸不一样，有些柱体的尺寸一样了，三次风管的连接位置连接形式截面尺寸又有不一样的地方，这也就造成了有些看上去一样的分解炉，使用的喷煤管也一样，结果分解炉的性能相差很多。这里面就有喷煤管不能匹配的重要原因。

为了做到能够匹配这一点，就要求喷煤管本身在喷出包含煤粉的气流的时候具有多种可以调节的形状，并可以方便地进行调节。

这种调节，一是调节气流的喷出速度（在不能够改变送风量，不能改变输送管道的输送速度的情况下）；二是调节气流旋转分散的力度（净风风量）；三是调节煤粉与气流的混合程度（喷煤管的角度）；四是调节混和气流喷出的距离（深入深度）；五是调节气流场喷入的位置（伸入深度和角度）；六是混和气流喷出的形状（扩散角的大小和力度） 。

当一个喷煤管具有了上述功能后，就可以根据分解炉下部缩口的烟气流速，调节气流的喷出速度，使其合成速度更加合理；同时根据三次风管空气入口的气体流速，调节混合气流喷出的距离；还可以根据三次风与下部缩口烟气的合成速度和合成的流场的形状，调节喷煤管的深入位置、喷出距离和混合气流喷出的形状。

经过这些调整，最终实现了用最少的煤保证了分解炉内温度场的均匀性，使分解炉内特别是下部、中部和上部温度的温度差最少；保证了分解炉的温度和五级旋风筒的温度不会出现倒挂；保证了在有限的分解炉容积的情况下，喂入的生料和煤粉充分混合均匀并在分解炉的各个截面上分布均匀，使热交换的效率和热利用率最高，从而起到了提高分解炉能力的作用。

根据上述这些现象和要求，淄博科邦设计出适合两种类型的具有专利技术的分解炉喷煤管，见表4。

表4 淄博科邦分解炉喷煤管

这三种专利产品（图12）都有两种类型。类型主要是根据分解炉安装喷煤管的位置来分的，一种是垂直安装时使用的，例如RSP分解炉；一种是水平或倾斜安装时使用的，例如D-D型分解炉和管道式分解炉；一种是使用在分解炉分级燃烧技术中，安装在分解炉的锥体部位。

图12 淄博科邦分解炉喷煤管

这三种类型的喷煤管不但结构不一样，安装在同样生产能力的分解炉上时，尺寸也相差很多。在配套喷煤管时，首先要根据分解炉的几何尺寸、三次风管的位置、窑尾烟室缩口的尺寸以及产量热耗来设计计算喷煤管的参数，然后，确定喷煤管的安装位置。 分解炉喷煤管外形见图13。

图13 分解炉喷煤管外形图

在使用时，还需要根据实际使用情况和煤粉的工况，来对喷煤管煤风的喷出速度、混合风的风量及风速进行调节，同时还需要对混合风和煤风的混合程度进行再次调节。这样就可以实现前面所说的流场匹配的目的。

合理的设计和使用，将会把喷煤管使用的部分冷风造成的增加热耗的作用抵消掉。

如果在使用新型的分解炉喷煤管时，同时对分解炉的撒料装置进行合理的改动，效果将会更好。

分解炉喷煤管的安装位置和使用，可以参阅《熟料烧成系统分级燃烧技术的应用和操作》（《新世纪水泥导报》2016年第4期）一文中的介绍。

10.2 分解炉喷煤管的调整

前面讲述了新型分解炉喷煤管的设计理念，根据理念进行调整就比较简单了。在调整的时候，可以首先调整喷煤管的插入位置，然后在每一个位置上，再通过调整旋流叶片的位置（见图14）来调整混合风喷出的形状，以及净风机的风量，找到使分解炉出口温度升高最多的位置后，把用煤量减下来就可以了。这样就可以完成调整了。这种调整需要有较长的观察时间，有时调整后会立即变化，有时需要几个小时后才慢慢出现变化，当然，这与系统操作技术也是有关系的。

图14 头部调节示意

11 结束语

窑头和分解炉的喷煤管是熟料烧成系统中最重要的设备。由于其价格比较高，工厂不可能把市面上的喷煤管都买来进行试用以判断其性能和适应性。所以掌握分析和使用喷煤管的知识后，可以有选择地采用综合性能好的产品，以实现节能降氮提高熟料质量和产量的目标。本文就是从这个角度出发来撰写的。

采用本文中所介绍的喷煤管操作使用技术，我们解决过10 000 t/d生产线长期熟料结粒不好、熟料温度高、窑内结圈结蛋，筒体温度温度高的问题；解决过多条5 000 t/d、2 500 t/d生产线熟料结粒不好、熟料温度高、窑内长期结圈、窑皮长度远远小于5 d、产量低的问题。同时还提高了熟料的强度减少了用煤量。因此这项技术是可以适应多种窑型的。

通过调试喷煤管还发现了不同结构和性能的喷煤管在操作使用中对系统的影响：

（1）对三次风管阀门开度的影响作用。这样的操作使用方法不但改善了窑内煅烧状况，更由于可以使三次风管阀门再开大，从而提高了分解炉的性能，加快了分解炉内煤粉燃烧的速度和燃尽率，降低了分解炉的热耗；

（2）由于三次风管阀门开打之后，系统的平衡压力降低了，因此还带来了一级旋风筒出口压力的降低和高温风机电流的降低；

（3）喷煤管调整好了之后，熟料的结粒变好了。因此篦冷机“零压点”内的风机的负荷率提高了，同时提高了篦冷机的冷却效率。

[1] 沈威, 黄文熙, 闵盘荣. 水泥工艺学[M]. 武汉: 武汉工业大学, 1986.

[2] 李祥东, 叶旭初, 考宏涛. 多风道煤粉燃烧器拔焰罩的长度对窑内煤粉燃烧状况影响的研究[J]. 水泥技术, 2002(4):21-24.

2016-09-20）

TQ172.625.3

B 文章编号：1008-0473(2016)06-0053-10

10.16008/j.cnki.1008-0473.2016.06.011

Q172.622.4 文献标识码：B

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