回轉(zhuǎn)窯焙燒爐重油槍改造

本廠回轉(zhuǎn)窯焙燒爐規(guī)格為2.2m×40m，以重油為燃料。采用重油作為燃料具有燃燒火焰穩(wěn)定，發(fā)熱量高，生產(chǎn)成本低等諸多優(yōu)點。油槍為外混式結(jié)構(gòu)的內(nèi)外雙層套管，外混式重油槍就是用高壓金屬軟管將重油和蒸汽同油槍相連接，其工作原理是把經(jīng)過過濾除雜的重油用蒸汽加熱器加熱升溫至130℃以上，使重油的黏度和流動性適合于油槍噴嘴噴霧，在通過離心高壓油泵加壓送入油槍，同時在油槍外套通入蒸汽在噴嘴外與油相混合霧化燃燒，焙燒上一工序送來的物料。

外混式重油槍的構(gòu)造及其霧化原理

外混式重油槍的構(gòu)造剖面圖見圖一，其主要由重油管、蒸汽管、噴油嘴、蒸汽霧化嘴、油槍外套附件等組成。重油通過壓力為1.2～2.5MPa的高壓離心泵注入到重油槍，重油通過噴油嘴上直徑為0.5～1mm的數(shù)十個細孔完成機械霧化過程，高速噴射到爐膛內(nèi)。與此同時，0.6MPa的蒸汽注入重油槍的蒸汽外管中，通過蒸汽霧化嘴噴射到爐膛內(nèi)，使重油完成霧化。由此可見，重油在爐膛內(nèi)是屬于外混式的霧化，完成重油的霧化過程一是靠蒸汽霧化，二是靠噴油嘴上數(shù)十個細孔的機械霧化。采用在爐膛內(nèi)的外混式重油槍對重油進行霧化，對重油的質(zhì)量要求較高。

外混式重油槍在生產(chǎn)中存在的問題

1.作為燃燒設備的焙燒爐，穩(wěn)定正常運行是要求必須得到保證的，越是正常穩(wěn)定燃燒，滿負荷生產(chǎn)就越能降低重油單耗。但由于外混式重油槍對油的粘度、機械雜質(zhì)含量等的要求較高，所以一直以來某廠使用的都是進口重油。為了適應降本增效的經(jīng)營理念要求，加之國產(chǎn)重油的價格比進口重油的價格低，從2013年開始該廠開始試著使用國產(chǎn)重油進行試驗。由于國產(chǎn)重油的粘度要比進口重油的粘度高，所以在試驗中當氣溫下降、重油粘度高的情況下，出現(xiàn)了外混式重油槍噴油嘴結(jié)焦的現(xiàn)象，同時由于機械雜質(zhì)含量高，出現(xiàn)了噴油嘴堵塞的現(xiàn)象。這些一系列的問題出現(xiàn)，導致燃燒系統(tǒng)中斷頻繁，嚴重影響了生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。為盡快恢復運行，要投入大量的人力、物力來清理結(jié)焦和堵塞的噴油嘴，清理油嘴要拔出油槍甚至打開爐膛，使得爐膛溫度下降，又增加了重油的消耗 。

2.由于外混式重油槍噴油嘴上的細孔直徑較小，當使用國產(chǎn)重油時，由于其粘度和雜質(zhì)偏高，導致其霧化效果不佳，使其在爐膛內(nèi)不能完全燃燒，出現(xiàn)的殘余碳顆粒混入成品中，使產(chǎn)品質(zhì)量受到嚴重影響。鑒于以上原因決定對現(xiàn)有重油槍進行技術(shù)改造。

具體的改造措施

圖1 外混式重油槍的構(gòu)造剖面圖

通過對現(xiàn)有重油槍在實際使用中的觀察和分析，為實現(xiàn)降本增效的目標和生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定長周期運行，決定將焙燒爐原有的外混式重油槍改為內(nèi)混式油槍。改造后的內(nèi)混式油槍要達到以下條件：

1.內(nèi)混式油槍的外形尺寸要與原外混式油槍外形尺寸相同，以便于現(xiàn)場其它部件的調(diào)試和改造。

2.采用內(nèi)混式氣泡霧化原理來解決存在的問題。

3.要滿足以下現(xiàn)有的工藝條件：

1）蒸汽壓力：0.25～0.55MPa

2）重油壓力：1.0～3.0MPa

3）油槍負荷：最大260Kg/h

4.重油槍材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti，使用壽命≥6個月。

焙燒爐是直徑為2.2m×40m的微負壓爐，所以油槍噴射火焰的長度要控制在2～3.0m的范圍內(nèi)，以避免貼壁燃燒現(xiàn)象的發(fā)生。

表1 改造前后重油單耗對照表

圖2 內(nèi)混式重油槍的構(gòu)造剖面圖

內(nèi)混式油槍的構(gòu)造及其霧化原理

內(nèi)混式重油槍的構(gòu)造剖面圖見圖二，主要是由重油管、蒸汽管、槍芯、噴嘴等部件組成。

重油在內(nèi)混式油槍內(nèi)的燃燒過程包括霧化、混合、燃燒三個階段，霧化就是把重油破碎成微小的油霧狀顆粒，然后與空氣混合燃燒。重油霧化的越細越好，越容易與空氣混合，越能夠快速完全的燃燒。內(nèi)混式重油槍的霧化原理是通過1.2～2.5MPa壓力的燃油與0.3～0.5MPa壓力的蒸汽在通過槍芯時相互交叉進入霧化室，此時各自帶壓的油與汽在霧化室中相互作用產(chǎn)生大量的起泡，接著氣泡在通過噴嘴出口產(chǎn)生爆破霧化。

由于霧化室內(nèi)存在0.25～0.65MPa的壓力，對于燃油的噴出和霧化起到了一定的阻礙。為解決這一問題，將原有的噴油孔擴大，使其出口壓力達到與外混式油槍相同的壓力。通過噴油孔的擴大，使得機械雜質(zhì)堵塞噴油嘴的機率大大降低。由于油霧噴口的橫截面積遠大于油、汽的通流面積，而且氣泡破裂存在一定的時差，油霧的著火點距噴油嘴有5～8cm的距離，降低了噴油嘴的溫度也降低了噴嘴結(jié)焦的幾率。噴嘴采用旋流噴射的方式，以增大回流區(qū)與燃燒空氣的旋流混合，避免了貼壁燃燒現(xiàn)象，提高了燃燒效率。霧化室相對于油、汽噴嘴是一種擴錐式結(jié)構(gòu)，油和汽噴出后壓力下降（低于油和汽的輸入壓力），而且輸油壓力高于輸汽壓力，所以不會發(fā)生油、汽相互串流的現(xiàn)象。

內(nèi)混式重油槍的使用情況

該廠在2013年底開始使用內(nèi)混式油槍，對油槍機械連接結(jié)構(gòu)進行了局部優(yōu)化，生產(chǎn)中內(nèi)混式油槍顯示出以下優(yōu)點：

1.降低了油槍的蒸汽消耗量，從改造前的150Nm3/h降至100Nm3/h。

2.火焰的燃燒穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)窯窯頭的燃燒狀況有了很大的改善。

3.油槍噴嘴的結(jié)焦、堵塞率明顯降低，油槍噴嘴的清理周期，從改造前的每天1次提高到每7天1次。

4.提高了回轉(zhuǎn)窯的穩(wěn)定運行周期，降低了燃油成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。改造前后的重油單耗指標見表1。

結(jié)語

1.由外混式重油槍改為內(nèi)混式重油槍，降低了油槍噴嘴的結(jié)焦、堵塞頻率，有效提高了霧化效果，提升了回轉(zhuǎn)窯的穩(wěn)定運行周期。

2.重油槍改造后有效地改善了回轉(zhuǎn)窯焙燒爐燃燒不穩(wěn)定，解決了產(chǎn)品中雜質(zhì)較多的問題，極大的提高產(chǎn)品質(zhì)量，達到了降本增效的目的。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.19.026