浅谈回转窑节能降耗

浅谈回转窑节能降耗

回转窑是对散状或浆状物料进行加热处理的热工设备，广泛用于有色冶金、黑色冶金、耐火材料、水泥、化工和造纸等工业部门，尤其是在一些有色金属生产中占有重要的地位，用来对矿石、精矿、中间产物进行烧结、焙烧等加热处理。在回转窑问世的100多年间，回转窑作为燃烧装置为物料煅烧提供必要的热量，物料在生产过程中在回转窑内发生高温物理化学反应，物料温度可达1400～1450℃，烟气最高温度可达1700℃左右，由于窑内炽热气流与物料之间的换热效率低，从而产生了大量的余热。对回转窑采取措施进行节能降耗，是提高相关工业经济效益的根本有效途径，可以从以下四个方面考虑：（1）燃料的燃烧效率。主要是降低燃料的机械不完全燃烧损失、化学不完全燃烧损失等；（2）窑体热辐射散热，即加强窑体的隔热能力，减小表面辐射换热系数；（3）余热、废热的回收利用。回转窑的热损失主要包括熟料冷却热损失、蒸发水分热损失、窑灰热损失、烟气的热损失等：（4）辅助设备能耗。以下针对各个方面，对相应的节能降耗技术进行探讨。

1.燃料的燃烧损失

回转窑系统使用的燃料种类可分为气体燃料、固体燃料、液体燃料和混合燃料等几种。气体燃料一般为天然气和焦炉煤气，天然气由于成本太高，在国内使用较少，而焦炉煤气为钢铁企业普遍使用的燃料，也是适合回转窑煅烧石灰的燃料；固体燃料是指煤粉，由于有些生产企业不具备气源或燃气供应紧张，一般采用煤粉为燃料；液体燃料是指重油、柴油等燃料，因其成本非常高，目前几乎没有采用；混合燃料有高焦混合煤气、高转混合煤气、煤粉煤气混合燃料、油气混合燃料等多种，其中使用较多的是前3种混合燃料。

目前在国内回转窑系统使用的燃料大致可分为煤粉和煤气两大类，其燃烧装置也不相同，下面就气体和煤粉燃烧装置的节能降耗分别进行探讨。

1.1 煤粉燃烧

据热工测定统计显示，我国回转窑的不完全燃烧热损失平均为每千克熟料250KJ，占热耗的4%。其中化学不完全燃烧损失为34%～37%，熟料机械不完全燃烧损失平均为54～71KJ/kg。据资料介绍，废气中增加0.19%的CO，相当于损失燃料0.6%，应处理好以下的问题:

(1) 选择合理的煤粉控制指标。煤粉越细，比表面积越大，燃烧速度快，不完全燃烧损失小。煤的灰分高低，对发热量和燃烧速度有较大影响。我国煤种多样，质量波动也较大。对于灰分较高的煤，应以较少的一次风量并适当降低煤粉

细度来加速其燃烧，减少不完全燃烧，同时可以提高烧成带的热力强度，提高产量，增加效益。

(2) 合理的过剩空气系数。回转窑选择合理的排风和一定的过剩空气量是完全燃烧的首要条件。一般过剩空气系数控制在1.05～1.15之间较宜。

(3) 合理的燃烧器结构。回转窑普遍采用的是煤粉燃烧器，其技术也非常成熟。随着回转窑燃煤技术的发展，煤粉燃烧器由单风道发展到二风道、三风道、四风道甚至五风道，目前四风道燃烧器应用最多。单风道的作用只是起到输送煤粉的作用，对火焰基本没有调节作用；二风道多了一些调节功能，但仍然不理想；三风道燃烧器主要由煤粉风道、轴向风风道和径向风风道组成，可以通过改变轴向风和径向风的比例来调节火焰的形状和长度；四风道燃烧器增加了涡旋风或中心风道，对于煤粉的混合燃烧、二次风的抽吸、火焰长短和形状的调节等都能起到非常好的效果。

目前，四风道燃烧器是最先进的燃烧器，它可以获得在烧成带需要的火焰形状，提高燃烧效果，减少一次风用量，增加高温二次风量参与燃烧，起到降低热耗的作用。此外，四风道燃烧器对煤的品种适应范围也较宽。根据水泥行业的统计，采用四风道煤粉燃烧器和其它燃烧器相比可降低热耗3%～5％，因此在燃烧器的选用上应尽量采用四风道结构。可见煤粉燃烧器的合理选用也是节能降耗的关键。

1.2 低热值煤气的应用

焦炉煤气的热值为3600kCal/Nm3，转炉煤气的热值为1600kCal/Nm3，高炉煤气的热值只有800kCal/ Nm3，回转窑使用煤气煅烧活性石灰要求的热值一般要大于2600kCal/Nm3，焦炉煤气是最合适的燃料。但焦炉煤气成本相对较高，供应往往不能满足活性石灰生产需要，而转炉和高炉煤气却往往因为过剩被迫大量放散，如何利用低热值煤气是回转窑生产的重要研究课题,特别是使用发生炉煤气。

低热值煤气在活性石灰回转窑系统上已经成功得到应用。主要方法是采用混合煤气、煤粉和煤气混烧、高效换热器进行预热等。混合煤气是按一定比例将焦炉煤气和转炉或高炉煤气进行混合，混合后热值有所降低，但可以满足活性石灰生产要求；煤粉和煤气混烧可以根据煅烧所需的热值和燃烧温度调节，将煤粉和煤气进行混合燃烧；高效换热器可以利用废烟气将煤气和一次风预热到150～200 ℃，采用这种方式可以提高低热值煤气带入的物理热，可以增加低热值煤气使用的量。因此，低热值煤气的综合利用，可以产生巨大的经济效益，同时可以减少因大量放散带来的环境污染。目前，通过煤气化产生发生炉煤气，并在由沸腾炉产生的高温烟气中燃烧，进而产生超高温烟气的技术成为扩大煤种适应性以

及回转窑生产能力的主要突破口，与以上方法一样，关键是解决好低热值煤气燃烧不易组织的问题，因此合理的煤气燃烧器结构以及空气动力场、燃烧室性能成为研究的重点。

以前国内使用的煤气燃烧器多为比较简单的两通道结构，煤气由中心通道通过，助燃一次风由环形通道通过，煤气压力也较低，一般只有几千帕，煤气和空气的混合依靠固定在燃烧器前端的旋流片和缩口来实现，火焰的形状和长度只能根据一次风的压力和流量来调节，调节能力很差，有时操作无法达到理想的

燃烧效果。近年来多通道煤气燃烧器的使用越来越普遍，多通道燃烧器一般在四通道以上，通常由燃气通道、中心风通道、旋流风通道、径向风通道等组成，旋流风使煤气与空气混合均匀，中心风可以调节火焰的长度，径向风用来调节火焰的形状。因此在实际生产过程中，多通道燃烧器可以根据工况对火焰进行全方位的调节以达到最佳燃烧效果，其结果可以使煅烧的成品质量更加稳定均匀，还能适当提高物料的停留时间，其节能效果也非常明显。目前国内已经研制出适合各种气体燃料的多通道燃烧器，可以实现全部国产化，使用效果也很好，价格仅为进口的10％，建议在国内使用气体燃料的单位尽量采用多通道燃烧，提高燃烧效果以及节能降耗。使用多通道燃烧器一般要求气体供应压力达到10～20kPa，需要建燃气加压站，会增加部分投资，但从长期运行节能降耗上来看还是非常经济的。

2.窑体热辐射散热

回转窑工作过程中，通过筒体散失到空气中的热损失，占总热量的20 %以上。回转窑内热气流的热量是以热传导的方式通过窑衬和筒体散失到周围空气中的，窑衬的导热系数越小，即热阻越大，散热损失就越小，所以提高窑衬的热阻是回转窑节能降耗的重要措施。散热是必不可免的，在筒体外部安置换热器，是降低能耗的另一种措施。

2.1 采用不同隔热窑衬

采用增厚窑衬减少散热，会存在使窑衬过厚而影响运行安全与效率的问题。针对不同的段带采用不同的隔热能力的窑衬，是解决这一问题的主要方式，做到既节能又可提高经济效益。

在干燥带、预热带窑衬内表面温度小于1000℃，窑内气流温度小于1200℃的部位，采用页岩陶粒隔热砖。页岩陶粒隔热砖的隔热性能好，窑体外表面温度与用粘土砖相比降低70～80℃，粘土砖筒体外表面温度为220℃左右，陶粒砖为150 ℃左右。另外陶粒砖代替粘土砖砌入窑内，由于容重小，相同厚度的窑衬重量减轻1/2，同时其耐碱性和热稳定性优于粘土砖。