日前，發改委、能源局印發《“十四五”現代能源體系規劃》的通知，要求完善能耗“雙控”與碳排放控制制度，堅決遏制高耗能高排放低水平項目盲目發展，推動能耗“雙控”向碳排放總量和強度“雙控”轉變。

可見，對水泥等高耗能行業而言，節能降耗始終是大趨勢。然而，據水泥人網了解，水泥生產工藝復雜，設備眾多，要想真正的實現節能降耗，必須從細節處入手，對水泥全生產線進行系統化技改升級。

以F公司的2500t/d水泥生產線為例，該生產線位于海拔2000m的云貴高原，2014年投產，投產后窯產量在2600t/d左右，因原燃燒器使用時間久導致磨損嚴重，窯產量低（2600t/d左右），質量不穩定，一次風用量（包括窯頭送煤風機風量）偏大，煤耗、電耗偏高，火焰調節不靈活，適應原材料變化的能力偏弱，2017年更換為河南匯金智能裝備有限公司（以下簡稱“河南匯金”）的HJ高動能型五通道節能燃燒器后，熟料煅燒狀況大大改善。

基本情況簡介

01 煤粉質量

F公司入窯煤粉工業分析見表1，入窯煤粉硫含量1.55%，0.08mm篩余細度1.9%。

表1  煤粉工業分析

02 熟料三率值、MgO含量及熟料強度

 

F公司熟料三率值：KH0.900～0.940、SM2.60～2.70、IM1.50～1.55，MgO含量4.12～4.50%。

F公司熟料中MgO含量較高，熟料結粒存在大小不均、有一部分結粒偏大而熟料內部幾乎是半生料（見圖1），這部分沒有充分煅燒的料，f-CaO偏高，強度偏低。熟料強度：3d抗壓強度29～31Mpa、28d抗壓強度52～54Mpa。

天津院白波、陳友德教授等人經測試發現石灰石中MgO的含量對熟料強度有一定的影響，總的趨勢是石灰石中MgO含量越高，則熟料強度越低。南京院教授級高級工程師、全國工程設計大師蔡玉良指出，MgO在水泥熟料礦物固溶體總量只能在1.5%～2.0%，過多的MgO導致熟料燒成范圍變窄，易造成窯內結長厚窯皮、結圈、結大球等問題。

03 原燃燒器生產情況

原燃燒器存在的主要問題有： 

（1）原燃燒器使用時間久，磨損嚴重，窯產量低（2600t/d左右），質量不穩定。在正常生產時，窯電流突然下降，出現窯溫走低，二次風溫偏低且波動大（1040℃～1120℃）。氨水用量從正常0.5m³/h下降到0.2m³/h，系統處于不正常狀態，檢查燒成系統也沒發現異常情況。

（2）窯頭燃燒器推力小，煤風混合不均勻，煤粉燃燒不充分，火力強度不夠，火焰不集中，有時候出現窯尾煙室溫度比二次風溫還高的現象，熟料結粒差,出窯熟料黃心料多。

（3）火焰剛性差、燒成帶溫度分布不均，燒成帶偏長。窯筒體溫度低于250℃，窯皮長厚，現場測量最低有150℃。

（4）一次風用量（包括窯頭送煤風機風量）偏大，入窯冷風多，煤耗、電耗偏高。

（5）火焰調節不靈活，適應原材料變化的能力偏弱。

圖1 熟料結粒大小不均

 

HJ高動能型五通道節能燃燒器使用情況

01 節能原理及優勢

（1）一次風量（包括窯頭送煤風機風量）減小，入窯冷空氣量少，能夠利用更多的高溫二次風。采用HJ高動能型五通道節能燃燒器，在保證煤粉充分燃燒的情況下可以有效減少多余一次風進入窯內，有利于加快煤粉著火速度。一次風量下降，煤粉混合均勻，煅燒穩定，降低了火焰的峰值溫度，減少NOX的產生，降低脫硝費用。

（2）節電：較少的一次風用量和窯頭送煤風用量可以降低電耗。

（3）降低煤耗，提高熟料產質量：采用較高一次風速、較低一次風量、大推力、大速差設計理念，能夠強化煤風混合，火焰強度高、剛性好、穩定性強，使煤粉燃盡率高，能夠提高熟料產量，降低煤耗，提高熟料產質量。

（4）調節方便、適應性廣：燃燒器凈風各通道安裝渦輪蝸桿調節機構，能夠靈活調節各風道的截面積；同時各風道設置調節風量的閥門，使火焰粗細和長度可調，能夠形成理想的溫度場和熱工制度，對煤質、物料的波動變化適應性強，能更好地保護窯皮和耐火磚，提高窯的運轉率。

（5）燃燒器整機管層布局合理，各風道氣體流動過程中沿程阻力系數最小。頭部零件采用螺紋連接，拆裝便捷，便于檢修和更換。

（6）售后服務好：匯金公司有技術能力過硬、責任心強的售后服務團隊，能夠在甲方需要技術服務時及時到位，開展優質服務；同時能夠有針對性地進行技術培訓，并且隨時可以通過電話和微信指導解決生產技術問題。

02窯頭用HJ節能燃燒器的結構

采用五通道四風道結構形式（見圖2）,由外到內依次分為：外軸流風道（見圖2的1）、煤粉風道（見圖2的2）、旋流風道（見圖2的3）、渦流風道（見圖2的4）、點火油槍（清焦器）通道（見圖2的5）。

（1）外軸流風道：

外軸流風道噴嘴采用帶有一定傾斜錐度的半圓孔結構，降低了風阻，提高了射流強度，外軸流風由間斷布置的半圓錐形孔噴射，噴出的高速風可以充分卷吸高溫二次風。外軸流風道的出口面積可以無級調節，進而可以調節外軸流風的出口風速。

（2）煤粉風道：

煤粉風道設置在外軸流風道和旋流風道之間。在外軸流風和旋流風作用下煤粉迅速擴散、快速著火燃燒；同時外軸流風和旋流風能夠控制煤粉在窯內的走向和分布，可以有效調節火焰形狀和火焰溫度的分布。

（3）旋流風道：

旋流風道設置在煤粉風道的內側。旋流風通過多個帶錐度的半圓形螺旋槽的旋流器噴出多個高速旋流風，產生旋流效應，使煤粉在出燃燒器后迅速散開，降低了煤粉濃度，提高了煤粉與空氣的接觸時間和接觸面積，使煤粉能夠快速燃燒，提高了煤粉燃燒效率。旋流風風道的出口面積可以無級調節，進而可以調節外旋流風的出口風速。

（4）渦流風道：

渦流風道設置在旋流風道的內側，渦流風由多個帶螺旋角度的旋流器噴出，通過調整軸向位移可以調整渦流風噴出的角度，以調整火焰形狀。配合旋流風，使燃燒火焰更加集中，穩定火焰。

圖2 HJ窯頭節能燃燒器端面結構

03 技改技術方案

（1）窯頭送煤風機：利用現有窯頭送煤風機，增加變頻器，采用變頻調節方式減少入窯冷風量。風機銘牌參數：流量：95.4m3/min；壓力：39.2kpa；功率：90kw。 

（2）窯頭一次風機：利用現有窯頭一次風機，增加變頻器，采用變頻調節減少入窯冷風量。風機銘牌參數：流量：76.1m3/min；壓力：68.6kpa；功率：110kw。 

（3）窯頭送煤管道：將原來的Φ203（外徑）*7mm改為Φ146（外徑）*8mm。

（4）更換HJ高動能型五通道節能旋渦流燃燒器。

04HJ節能燃燒器使用情況

在熟料MgO含量高的情況下，應適當縮短火焰，開大燃燒器內風（兼顧窯筒體溫度），使用“高溫爆炒”效果較好，盡量避免“小火慢燉”，防止出現過長火焰，使物料提前結粒而內部煅燒不致密造成熟料強度降低。中國建筑材料科學研究總院王文義教授在談到高強熟料的配料及煅燒時指出，在阿利特形成的燒成帶，應集中火力、高熱力強度、短時間完成阿利特的燒成，使阿利特晶體發育完整、尺寸較小（在20～40μm），活性最高，強度最高。

F公司更換HJ高動能型五通道節能燃燒器后，在窯內斷面上下左右的位置為（0,0），開窯后窯況穩定，出料正常，質量也趨于正常。外風截面積標尺刻度30mm，閥門開度90º，現場壓力表58.5kpa；內風截面積標尺刻度20mm, 閥門開度90º，現場壓力表57.0kpa；中心風截面積標尺刻度5mm，閥門開度20°，現場壓力表12.0kpa（見圖3）。但窯皮稍微偏長，因此做了以下調整：

（1）根據窯皮狀況，及時調整燃燒器位置:左右向偏空位置調整200mm、上下向偏上位置調整20mm（見圖4），調整后經過兩天時間，窯皮恢復正常，整個系統也恢復正常。

（2）窯速的調整

F公司的回轉窯規格為Φ4*60m，原設計產量2500t/d, 實際窯產量提高到2850t/d。窯產量提高后必然會導致窯內物料填充率升高，壓縮了窯內燃燒空間，同時在高溫風機拉風和三次風開度不變的情況下，相當于增大了窯內風速。窯速過慢、窯內物料填充率升高，減少了物料與高溫氣體的接觸面積，降低了傳熱效率，使窯物料受熱不均勻，增加了結厚窯皮的幾率，出窯熟料不致密，粒徑兩極分化，影響熟料質量。F公司更換HJ高動能型五通道節能燃燒器后，熟料煅燒能力明細增強，燒成帶溫度較高，具備提高窯速的條件，窯速由原來的4.0 r/min提高到4.20r/min, 增加了物料與高溫氣體的接觸面積，提高了傳熱效率，使窯物料受熱更加均勻，減小了結厚窯皮的幾率，出窯熟料結構致密，熟料質量得到明顯改善、產量提高到3000t/d。

圖3 HJ節能燃燒器現場壓力表

圖4 HJ窯頭節能燃燒器安裝圖 

圖5 窯筒體溫度掃描

圖6  更換燃燒器后的熟料外觀

使用效果

在熟料三率值、原料成分和煤粉各項指標保持基本不變的情況下，使用HJ節能燃燒器后，熟料產量由原來2600t/d左右提高并穩定在2800t/d，窯皮長20m左右，熟料3d抗壓強度由29～31Mpa提高到＞32Mpa，28d抗壓強度由52～54Mpa提高到＞55Mpa，標準煤耗由115 kg/t降低到112.0 kg/t，節能效果顯著（目前仍在繼續正常運行）。

秉持“專注水泥行業戰略服務商”的企業愿景，未來，匯金智能裝備將始終保持匠心專注，以優質產品為市場觸點，以良好服務為重要保障，堅持以客戶為中心，不斷加強技術創新，為客戶品牌持續賦能，致力于水泥行業綠色變革，為實現“碳達峰、碳中和”目標不斷貢獻力量！

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（作者：劉延輝，何剛，江超）