日前，发改委、能源局印发《“十四五”现代能源体系规划》的通知，要求完善能耗“双控”与碳排放控制制度，坚决遏制高耗能高排放低水平项目盲目发展，推动能耗“双控”向碳排放总量和强度“双控”转变。

可见，对水泥等高耗能行业而言，节能降耗始终是大趋势。然而，据水泥人网了解，水泥生产工艺复杂，设备众多，要想真正的实现节能降耗，必须从细节处入手，对水泥全生产线进行系统化技改升级。

以F公司的2500t/d水泥生产线为例，该生产线位于海拔2000m的云贵高原，2014年投产，投产后窑产量在2600t/d左右，因原燃烧器使用时间久导致磨损严重，窑产量低（2600t/d左右），质量不稳定，一次风用量（包括窑头送煤风机风量）偏大，煤耗、电耗偏高，火焰调节不灵活，适应原材料变化的能力偏弱，2017年更换为河南汇金智能装备有限公司（以下简称“河南汇金”）的HJ高动能型五通道节能燃烧器后，熟料煅烧状况大大改善。

基本情况简介

01 煤粉质量

F公司入窑煤粉工业分析见表1，入窑煤粉硫含量1.55%，0.08mm筛余细度1.9%。

表1  煤粉工业分析

02 熟料三率值、MgO含量及熟料强度

 

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含量较高，熟料结粒存在大小不均、有一部分结粒偏大而熟料内部几乎是半生料（见图1），这部分没有充分煅烧的料，f-CaO偏高，强度偏低。熟料强度：3d抗压强度29～31Mpa、28d抗压强度52～54Mpa。

天津院白波、陈友德教授等人经测试发现石灰石中MgO的含量对熟料强度有一定的影响，总的趋势是石灰石中MgO含量越高，则熟料强度越低。南京院教授级高级工程师、全国工程设计大师蔡玉良指出，MgO在水泥熟料矿物固溶体总量只能在1.5%～2.0%，过多的MgO导致熟料烧成范围变窄，易造成窑内结长厚窑皮、结圈、结大球等问题。

03 原燃烧器生产情况

原燃烧器存在的主要问题有： 

（1）原燃烧器使用时间久，磨损严重，窑产量低（2600t/d左右），质量不稳定。在正常生产时，窑电流突然下降，出现窑温走低，二次风温偏低且波动大（1040℃～1120℃）。氨水用量从正常0.5m³/h下降到0.2m³/h，系统处于不正常状态，检查烧成系统也没发现异常情况。

（2）窑头燃烧器推力小，煤风混合不均匀，煤粉燃烧不充分，火力强度不够，火焰不集中，有时候出现窑尾烟室温度比二次风温还高的现象，熟料结粒差,出窑熟料黄心料多。

（3）火焰刚性差、烧成带温度分布不均，烧成带偏长。窑筒体温度低于250℃，窑皮长厚，现场测量最低有150℃。

（4）一次风用量（包括窑头送煤风机风量）偏大，入窑冷风多，煤耗、电耗偏高。

（5）火焰调节不灵活，适应原材料变化的能力偏弱。

图1 熟料结粒大小不均

 

HJ高动能型五通道节能燃烧器使用情况

01 节能原理及优势

（1）一次风量（包括窑头送煤风机风量）减小，入窑冷空气量少，能够利用更多的高温二次风。采用HJ高动能型五通道节能燃烧器，在保证煤粉充分燃烧的情况下可以有效减少多余一次风进入窑内，有利于加快煤粉着火速度。一次风量下降，煤粉混合均匀，煅烧稳定，降低了火焰的峰值温度，减少NOX的产生，降低脱硝费用。

（2）节电：较少的一次风用量和窑头送煤风用量可以降低电耗。

（3）降低煤耗，提高熟料产质量：采用较高一次风速、较低一次风量、大推力、大速差设计理念，能够强化煤风混合，火焰强度高、刚性好、稳定性强，使煤粉燃尽率高，能够提高熟料产量，降低煤耗，提高熟料产质量。

（4）调节方便、适应性广：燃烧器净风各通道安装涡轮蜗杆调节机构，能够灵活调节各风道的截面积；同时各风道设置调节风量的阀门，使火焰粗细和长度可调，能够形成理想的温度场和热工制度，对煤质、物料的波动变化适应性强，能更好地保护窑皮和耐火砖，提高窑的运转率。

（5）燃烧器整机管层布局合理，各风道气体流动过程中沿程阻力系数最小。头部零件采用螺纹连接，拆装便捷，便于检修和更换。

（6）售后服务好：汇金公司有技术能力过硬、责任心强的售后服务团队，能够在甲方需要技术服务时及时到位，开展优质服务；同时能够有针对性地进行技术培训，并且随时可以通过电话和微信指导解决生产技术问题。

02窑头用HJ节能燃烧器的结构

采用五通道四风道结构形式（见图2）,由外到内依次分为：外轴流风道（见图2的1）、煤粉风道（见图2的2）、旋流风道（见图2的3）、涡流风道（见图2的4）、点火油枪（清焦器）通道（见图2的5）。

（1）外轴流风道：

外轴流风道喷嘴采用带有一定倾斜锥度的半圆孔结构，降低了风阻，提高了射流强度，外轴流风由间断布置的半圆锥形孔喷射，喷出的高速风可以充分卷吸高温二次风。外轴流风道的出口面积可以无级调节，进而可以调节外轴流风的出口风速。

（2）煤粉风道：

煤粉风道设置在外轴流风道和旋流风道之间。在外轴流风和旋流风作用下煤粉迅速扩散、快速着火燃烧；同时外轴流风和旋流风能够控制煤粉在窑内的走向和分布，可以有效调节火焰形状和火焰温度的分布。

（3）旋流风道：

旋流风道设置在煤粉风道的内侧。旋流风通过多个带锥度的半圆形螺旋槽的旋流器喷出多个高速旋流风，产生旋流效应，使煤粉在出燃烧器后迅速散开，降低了煤粉浓度，提高了煤粉与空气的接触时间和接触面积，使煤粉能够快速燃烧，提高了煤粉燃烧效率。旋流风风道的出口面积可以无级调节，进而可以调节外旋流风的出口风速。

（4）涡流风道：

涡流风道设置在旋流风道的内侧，涡流风由多个带螺旋角度的旋流器喷出，通过调整轴向位移可以调整涡流风喷出的角度，以调整火焰形状。配合旋流风，使燃烧火焰更加集中，稳定火焰。

图2 HJ窑头节能燃烧器端面结构

03 技改技术方案

（1）窑头送煤风机：利用现有窑头送煤风机，增加变频器，采用变频调节方式减少入窑冷风量。风机铭牌参数：流量：95.4m3/min；压力：39.2kpa；功率：90kw。 

（2）窑头一次风机：利用现有窑头一次风机，增加变频器，采用变频调节减少入窑冷风量。风机铭牌参数：流量：76.1m3/min；压力：68.6kpa；功率：110kw。 

（3）窑头送煤管道：将原来的Φ203（外径）*7mm改为Φ146（外径）*8mm。

（4）更换HJ高动能型五通道节能旋涡流燃烧器。

04HJ节能燃烧器使用情况

在熟料MgO含量高的情况下，应适当缩短火焰，开大燃烧器内风（兼顾窑筒体温度），使用“高温爆炒”效果较好，尽量避免“小火慢炖”，防止出现过长火焰，使物料提前结粒而内部煅烧不致密造成熟料强度降低。中国建筑材料科学研究总院王文义教授在谈到高强熟料的配料及煅烧时指出，在阿利特形成的烧成带，应集中火力、高热力强度、短时间完成阿利特的烧成，使阿利特晶体发育完整、尺寸较小（在20～40μm），活性最高，强度最高。

F公司更换HJ高动能型五通道节能燃烧器后，在窑内断面上下左右的位置为（0,0），开窑后窑况稳定，出料正常，质量也趋于正常。外风截面积标尺刻度30mm，阀门开度90º，现场压力表58.5kpa；内风截面积标尺刻度20mm, 阀门开度90º，现场压力表57.0kpa；中心风截面积标尺刻度5mm，阀门开度20°，现场压力表12.0kpa（见图3）。但窑皮稍微偏长，因此做了以下调整：

（1）根据窑皮状况，及时调整燃烧器位置:左右向偏空位置调整200mm、上下向偏上位置调整20mm（见图4），调整后经过两天时间，窑皮恢复正常，整个系统也恢复正常。

（2）窑速的调整

F公司的回转窑规格为Φ4*60m，原设计产量2500t/d, 实际窑产量提高到2850t/d。窑产量提高后必然会导致窑内物料填充率升高，压缩了窑内燃烧空间，同时在高温风机拉风和三次风开度不变的情况下，相当于增大了窑内风速。窑速过慢、窑内物料填充率升高，减少了物料与高温气体的接触面积，降低了传热效率，使窑物料受热不均匀，增加了结厚窑皮的几率，出窑熟料不致密，粒径两极分化，影响熟料质量。F公司更换HJ高动能型五通道节能燃烧器后，熟料煅烧能力明细增强，烧成带温度较高，具备提高窑速的条件，窑速由原来的4.0 r/min提高到4.20r/min, 增加了物料与高温气体的接触面积，提高了传热效率，使窑物料受热更加均匀，减小了结厚窑皮的几率，出窑熟料结构致密，熟料质量得到明显改善、产量提高到3000t/d。

图3 HJ节能燃烧器现场压力表

图4 HJ窑头节能燃烧器安装图 

图5 窑筒体温度扫描

图6  更换燃烧器后的熟料外观

使用效果

在熟料三率值、原料成分和煤粉各项指标保持基本不变的情况下，使用HJ节能燃烧器后，熟料产量由原来2600t/d左右提高并稳定在2800t/d，窑皮长20m左右，熟料3d抗压强度由29～31Mpa提高到＞32Mpa，28d抗压强度由52～54Mpa提高到＞55Mpa，标准煤耗由115 kg/t降低到112.0 kg/t，节能效果显著（目前仍在继续正常运行）。

秉持“专注水泥行业战略服务商”的企业愿景，未来，汇金智能装备将始终保持匠心专注，以优质产品为市场触点，以良好服务为重要保障，坚持以客户为中心，不断加强技术创新，为客户品牌持续赋能，致力于水泥行业绿色变革，为实现“碳达峰、碳中和”目标不断贡献力量！

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（作者：刘延辉，何刚，江超）