新型干法水泥工业用水煤浆燃烧器的设计.pdf

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1、中图分类号：TQl72．625文献标志码：B文章编号：1007一oa5912015)06-23—02【DO]J10．13697／j．cnkl．32—1449／tu．,2015．06．007新型干法水泥工业用水煤浆燃烧器的设计嵇磊，唐亮，吴建军，朱忠民，蔡玉良(中国中材国际工程股份有限公司(南京)，江苏南京211100)0前言工业上常用的水煤浆是由煤粉、水和少量添加剂混合制成的非均相液固悬浮液体，是一种液态燃料。其进入炉膛的燃烧方式和燃料油相似，即通过喷嘴将其雾化成液滴，液滴在高温烟气中蒸发水分，然后像煤粉那样，析出挥发分、燃烧和燃烬。其燃烧时的火

2、焰温度比常规煤粉燃烧器低100～150℃。目前，将水煤浆燃烧器应用于新型干法水泥工业中的相关研究尚不多见。若能将水煤浆应用到水泥工业窑头三通道喷煤管中，则水煤浆会在回转窑窑头高温环境下发生煤的气化反应产生CO、H：等还原气氛，将NO，还原成N：，同时水煤浆的存在可以抑制火焰峰值区的超高温度的产生，一定程度上也能抑制热力型N0。的产生。为此，根据三通道喷煤管的结构特点，开发了水煤浆燃烧器。水煤浆雾化喷嘴是水煤浆燃烧器的关键设备，本文详细介绍了Y型水煤浆喷嘴的设计过程，从而为水煤浆燃烧器在水泥工业中的应用提供基础。1水泥厂水煤浆燃烧器的结构设计我公司

3、设计的某5000t／d新型干法水泥生产线所采用的窑头三通道喷煤管，其点火油枪管道内径为0．61TI、长13．5m，水煤浆燃烧器直接插入该管道内。水煤浆燃烧器本体设计为环形套管结构(即双通道结构)，内管通过若干钢支架固定于外管内部，并保证内外管同心，外管流通介质为水煤浆浆体，内管流通介质为压缩空气，出口端安装水煤浆喷嘴，其外形结构见图1。喷枪总长度为13．5m，外径50mm，设计喷浆能力为1000kg／h(水煤浆质量浓度为50％)。2Y型水煤浆喷嘴的设计伫1水煤浆雾化喷嘴的形式和结构有很多种，一般分为无介质机械雾化和有介质雾化两大类。无介质机械雾化

4、喷嘴由于没有介质的保护，加上高温熔化、化学腐蚀等因素的影响，喷嘴容易被流体磨损；有介质雾化喷嘴的结构比无介质的复杂，需要额外提供1一水煤浆进浆管；2一进气管；3一支架；4一水煤浆雾化喷嘴；5--点火油枪管道内壁；6_水煤浆通道；7一压缩空气通道；8～混合雾化通道图1水煤浆燃烧器外形结构雾化介质，喷嘴寿命长。综合考虑，拟选择有介质雾化喷嘴作为设计目标。Y型雾化喷嘴是最常见的一种有介质雾化喷嘴，它具有结构简单、出力大、雾化质量好、调节范围广等优点。在结构上，可采用单孔式也可采用多孑L式，一般情况下，若浆体流量超过1000kg／h时，必须选用多孑L式结

5、构，在此拟采用三孔式结构，即三个浆孑L、三个气孑L。拟设计的Y型水煤浆喷嘴的结构剖面示意图如图2所示，相关尺寸的定义如图3所示。喷嘴设计的目的是确定图3中永淀工程型型些。23一善露沣所标的尺寸，这些尺寸可通过计算得出也可通过经验选型得出。2．1气孔直径d，的计算根据《喷嘴技术手册》，气孔直径d。可根据式(1)计算得到：厂—i=-Q。=3600,ul；d129f丽．Ua(1)式中，Q。。一耗气量，kg／h；／11一流量系数，这里取0．5；72一孑L道数，这里取3；d，一气孔直径，m；P一雾化系数，对于压缩空气，取2．14；P。一喷嘴人口处压缩空气的

6、压力，Pa；口。一喷嘴入口处雾化介质的比容，查得为0．1517m3／kg。本Y型水煤浆喷嘴的设计流量为1000kg／h，耗气量通常为水煤浆流量的0．02～O．15倍，耗气量越大，雾化粒径越细，能耗会相应增加，这里取0．03。压缩空气的压力，现场空压机出口压力为0．8MPa。将上述参数代人到公式(1)中，得：d。=3．8mm。2．2浆孔直径如的计算浆孔直径也可根据式(2)计算得到：Qmf=3600／_2署确2、／熹339pf(2)式中，Q。f一水煤浆设计流量，kg／h；／12一流量系数，这里取0．7；d2一浆孔直径，m；zhP一喷嘴前水煤浆压力Pf

7、与混合点的压力P3之差，Pa；lDf一水煤浆的密度，kg／m3。根据式(2)中Ap的定义，AP=Pr--P3，Pf根据泵出口的压力和管路流体力学计算得到，若泵出口压力调节至1．5MPa，算得PFl．3MPa，而P，=卯。，卢为压力系数，当浆压大于气压时，／3取0．94，因此，△P=1．3—0．94x0．8=0．548x106Pa。将上述参数带入公式(2)，可得：d：=4．0mm2．3其它尺寸的确定(1)混合孔直径磊的确定：混合孑L径过小，雾化介质流动受阻，过大又影响雾化质量，一般d3／d。=1．4～1．8，这里取1．4；(2)混合孔长度厶的确定：

8、厶越大，越有利于雾化介质的能量充分传递给浆体，一般厶肘3=3～4，这里取4；(3)混合前长度L一般为0．7d，；(4)浆孑L的长径比主要