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2019/02/25
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水泥窑主要分立窑和回转窑两大类。将富氧助燃技术用于水泥窑，其意义在于富氧燃烧不仅能使燃料的燃烧时间大大缩短，有利于提高燃料的完全燃烧程度，而且还能提高火焰温度和黑度，从而改善窑内的传热条件,使窑的产量提高，热耗下降。这一措施经计算在技术上是可行的；富氧燃烧对燃料的燃烧速度和燃尽度的提高作用十分明显，为缩短烧成时间，提高煅烧产质量提供了必要保证和可能。
1 富氧燃烧缩短燃料完全燃烧所需的时间
随着富氧浓度的提高，煤粉的燃烧时间缩短。如富氧的浓度提高到25%时，煤粉的燃烧时间可缩短16%左右。在空间尺寸不变的情况下，由于煤粉燃尽时间的缩短，煤粉燃尽的程度自然提高，这就减少了煤粉的不完全燃烧所造成的热量损失，达到节能的目的。另外 CO、NOx 等有害气体生成量也相应减少，有利于环保。
2 富氧燃烧提高了窑内气流对物料的辐射传热速率
在水泥回转窑内火焰向物料传热的主要方式是辐射传热，而窑内气流对物料的辐射传热速率又主要取决于气流的温度和气流的黑度，二者越高，辐射传热量就越多，这可以通过富氧燃烧来达到此目的。由于空气中氧气的浓度提高，相应可减少空气量，使得进入燃烧室的 N2量下降，火焰的总体积下降 (即火焰的体积流量下降)。在燃料的加入量不变的情况下，火焰的温度相应提高，提高的程度主要取决于空气中氧气的浓度。
如某厂水泥回转窑的台时产量为 26t/h。煤耗为 0.25kg/kg熟料，每小时烧煤量 6500kg,燃烧带的过剩空气系数为 1.1。燃煤的理论空气量为 6Nm3/kg(煤)。
由此看出，需含 O2为 21%的空气量：
V =26000×0.25×6×1.1 =42900 Nm3/h
在此空气中的含氧量 =42900×21%=9009Nm3/h。当空气中氧气的浓度提高至25%时，所需的空气量则减少了16%。进入燃烧室的 N2 量相应下20%,使得火焰的总体积下降，在燃料的加入量不变的情况下，火焰温度提高，提高的程度主要取决于空气中氧的浓度，当空气中氧气的浓度达到25%时，经计算，火焰温度可提高 100℃左右。另外因入窑空气量减少，使得火焰中CO2与H2O的体积百分比浓度升高。火焰的黑度也相应增大。
根据计算得知，当助燃空气中氧含量为 25%时，CO2的体积百分浓度提高17.5%,水蒸汽的体积百分浓度相应提高17.7%,由于CO2与H2O的浓度均增加许多，火焰的黑度相应增大，当空气中氧气的浓度为 21%时，火焰的黑度经计算为 0.2104，当空气中氧气的浓度为25%时，火焰的黑度经计算为0.2245，增加的程度约6.7%。火焰对物料的辐射传热量提高的程度经计算应为20.4%，回转窑其他各带的辐射传热量都相应提高，提高的幅度不会相差很大。
3 稳定火焰形状，提高火焰温度
研究表明火焰形状和长度影响到熟料中 C3S 矿物的晶粒发育大小和活性，因此，在烧高强优质熟料时，必须调整火焰长度适中，且要求火焰形状稳定。通入富氧以后，燃料燃烧更加稳定，所以火焰的稳定性能得到加强。干法窑窑头火焰温度控制，视窑型大小而异，对于2000t/d 以下的窑型一般控制在 1650～1850℃之间，对于大型窑如 5000t/d 以上窑型，火焰温度控制在 1750～1950℃的较高范围内比较有利，采用高温烧成有利于熟料质量的提高和碱分的充分挥发，可获得低碱熟料。采用富氧燃烧技术，可使燃烧反应更加剧烈，从而提高火焰温度。
4 加快反应速度，提高升温速率
优质熟料形成要求在窑内过渡带升温阶段要求快速升温，促进熟料的矿物形成和烧结，通入富氧空气以后，可加快燃烧反应速度，提高回转窑内的升温速率。
5 促进燃料完全燃烧，稳定窑内煅烧温度
提高氧浓度可使化学反应更加彻底，缩短了燃料燃尽时间，促进燃料完全燃烧，同时还能稳定窑内的煅烧温度，以保证熟料矿物的烧结。
6 降低过量空气系数
保持窑内微氧化气氛研究表明窑尾废气中氧浓度控制在 2%～3%左右为较好，即保持微氧化气氛操作，若过剩空气系数控制过低，二次风不足，易导致还原气氛产生，窑内的还原气氛会将熟料中的某些矿物质还原（例如 Fe2O3 成分被 CO 还原成 FeO）影响熟料液相成分和黏度，影响熟料烧结，易产生大量黄心熟料，影响到熟料质量的提高。提高氧浓度可降低过量空气系数，同时保持窑内的微氧化氛围，为优质熟料的生产创造条件。
总之，富氧燃烧用于水泥窑，可改善煤的燃烧条件，缩短燃烧所需的时间，实现燃料的完全燃烧，同时也可使传热速率大幅度提高，因此有利于水泥生产。此外，采用富氧燃烧，可使废气排放量及 CO、NOx 等有害气体的产生量下降，有利于节能减排。但富氧空气的引入不可避免地会改变水泥的原有工况条件，因而在操作及设备方面必须作相应的调整，以满足水泥回转窑生产中所要求的火焰及温度场要求。
7 总结
综上所述，富氧燃烧用于水泥生产工艺，可改善燃料的燃烧工况，提高火焰温度及黑度，缩短燃烧所需的时间，实现燃料的完全燃烧，从而加大火焰对物料的辐射传热能力提高整个系统的热效率，减少废气及 CO、NOx 等有害气体的排放量，有利于节能减排，同时还能够稳定整个窑系统的热工制度，提高水泥的生产效率和质量。因此，富氧燃烧技术在水泥工艺上的应用可以取得良好的经济效益，社会效益和环保效益。
