回转窑生物质颗粒燃烧机推力的分析和计算
郑州达冠节能环保设备有限公司
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回转窑生物质颗粒燃烧机推力的分析和计算
摘要燃烧器将生物质颗粒喷射到窑内燃烧，只有火焰形状合理，才能满足窑内的温度分布符合物料在各段进行反应所需要的温度。要获得合理的火焰形状，就必须有足够的能量支撑。目前，国内外对这种能量的表示方法基本上有三种：一是能量表示法或称“动能表示法”，二是单位热量推力表示法，三是相对推力表示法，以最后一种最直观，最简便。生物质颗粒燃烧机的推力，不管用什么方法表达，只是具体数值不同，而其实质是相同的。燃烧器的推力不宜过大，关键在够用。
0引言
回转窑是当前煅烧或焙烧浆状、粉状和粒块状物料的理想化工设备，广泛地应用于建材（水泥熟料煅烧、陶粒焙烧、高岭土焙烧等）、化工（铬盐生产、钡盐制取、以磷石膏和硬石膏生产硫酸联产水泥、炭黑坐产等）、黑色冶金（球团烧结、活性石灰制取、铁矿焙烧、石棉铁生产等）、有色金属（镁砂生产、氧化铝制取、镍矿焙烧、五氧化二钒生产、精铜矿焙烧、锂矿焙烧、锂辉石转型焙烧）、轻工（造纸等）、环保产业（垃圾焚烧等）和耐火材料等工业部门，尤其建材工业中的水泥工业应用更多。凡是使用回转窑的系统，都必须有各种燃烧器为之配套。回转窑所用的燃料又都是通过各种不同的燃烧器喷射到窑内燃烧，为煅烧或焙烧的物料提供热量，使其受热后发生物理和化学变化，从而获得所要求的各种成品或半成品物料。在讨论燃烧器时都要涉及一个“推力”的术语，这是一个表征燃烧器性能的重要参数。推力不足，就形不成所需要而适宜的良好火焰或者说良好的火焰形状。
现在发现，不少人对燃烧器推力的本质、基本概念、计算和表达方法等的认识不甚清楚，甚至有的只知其名而不谙其然，对燃烧器的正常操作和使用都极为不利。有的燃烧器生产厂家为了推销自己的产品，将其冠以大推力燃烧器。有人在谈到降低NOx排放时说应采用大推力的生物质颗粒燃烧机。究竟多大推力的燃烧器可称为“大推力燃烧器”？燃烧器的推力是其固有的呢，还是在使用操作时随时都在变化的呢？这些都比较模糊，所以造成许多混乱。
茌我国各种应用回转窑的工业部门中，水泥回转窑应用最多。从所用燃料看，基本上都是以煤
如果继续采用方案一和二，又要取得较高的入窑生料稳定性，就必须强调窑磨的联动率，尽量保持窑磨的同步运行。
一般设计中，磨的能力总是大于窑的能力，磨的高产运行与库满停磨就成了一项节电措施，导致事实上没人在抓窑磨联动率。还有一个方案五：在生料均化库侧建设窑灰小仓，这实际上是方案三的变通与完善。
方案五的窑灰仓无需过大，能存储一个班的窑灰量足矣，它的作用不是存储窑灰，而是缓冲窑灰在量上的波动。窑灰仓下要设卸料装置，其开度比正常的窑灰量略大即可，起到在量上的滤波作用；窑灰仓下要设计量装置，以便与喂料仓下的计量器具合成控帆总的入窑量。
从所用的燃烧器来看，绝大多数也都是使用四风道生物质颗粒燃烧机。现以新型干法水泥回转窑所用四风道生物质颗粒燃烧机为例，对其推力进行分析和计算。一方面可加深有关人士对“推力”的认知，另一方面也可指导生物质颗粒燃烧机的正确操作，因此，具有重要的现实意义。
1两个名词术语的由来及其基本概念
在讨论回转窑生物质颗粒燃烧机的推力时，首先必须搞清楚“一次风”和“推力”这两个名词术语的由来，进而对准确理解其基本含义就明晰得多。否则，很容易产生混淆和误解。
1,1 “一次风”术语的由来及其基本概念的变化
当今水泥回转窑所用的燃烧器，基本上都是三风道和四风道等多风道生物质颗粒燃烧机。为其配风都需要两种风：一种是为输送生物质颗粒等固体燃料所用的风，通常称为“煤风”；另一种是使生物质颗粒等固体燃料喷入到窑内燃烧并形成所需要的火焰形状所用的风，这部分风中不含生物质颗粒而是洁净空气，所以应称为“净风”。但是，国外原来都将这部分净风称为“一次风(Primary air)”，国内有人受国外的影响也如此称谓n1。可能大家会觉得奇怪，为什么只将这部分净风称为一次风而不包括煤风呢？这就需要了觯“一次风”这个术语的由来。
回转窑最早是不能烧煤的，即使是优质烟煤也不能应用，都必须以燃油和燃气为燃料‘别。燃油和燃气等流体燃料的输送及通过燃烧器喷出都不需要空气，即通常所说的“风”，只需要提供为燃料燃烧并形成所需良好火焰形状的空气。这部分空气是通过燃烧器喷射入窑的，对于传统的水泥窑型，为与由冷却机入窑的高温二次风相区别，故将这部分冷风或称常温空气称为“一次风”。这是一种洁净空气，其中不含有任何燃料等介质，即是“净风”。显然，这时将这种风称为“一次风”是合理而科学的，这就是“一次风”术语的由来。
在1900～1910年间，美国人率先将优质烟煤的生物质颗粒应用于水泥回转窑并且取得成功。在燃油、燃气和燃煤三种燃料中煤是最便宜的，储量也最大，所以在此以后烧煤的水泥回转窑便迅速地增多起来。尤其是在上世纪70年代石油危机以后，没有特殊情况，几乎所有的水泥回转窑都转为以生物质颗粒为燃料。生物质颗粒的输送和通过燃烧器喷射到窑内燃烧，最方便的措施就是借助于空气。在多风道生物质颗粒燃烧器未出现以前，都是利用单风道生物质颗粒燃烧机。对这种习称“喷煤管”的燃烧器来说，这部分空气既是生物质颗粒输送所必需，也是形成一定所需火焰形状所必需，即提供一定昀推力。对于传统窑型，仍然为与冷却机入窑的高温二次风相区别，将燃烧器所用的这部分空气也称为“一次风”。可是，这里的“一次风”与前述的“一次风”基本概念不同。这里的“一次风”不是净风，而是风中已含有生物质颗粒介质，严格地说应称为“煤风”。由于单风道生物质颗粒燃烧机阻力小，都采用离心风机供风。为了减少管路长度和工艺布置方便，都将这台风机安装在窑头。所以，有人将其称为“窑头一次风机”，简称“窑头风机”，以与其他风机相区别。
多风道生物质颗粒燃烧机出现以后，既需要输送煤粉的“煤风”，又需要使生物质颗粒燃烧形成良好火焰的“净风”。由于历史的原因，原来国外都把为多风道生物质颗粒燃烧机提供的这部分净风仍习惯地称为“一次风”。国内有人也人云亦云，将这部分净风称为“一次风”。这就是将多风道生物质颗粒燃烧机所需要的这部分净风称为“一次风”的由来。另有一部分人，根据单风道生物质颗粒燃烧机用风的传统称谓和新型干法窑用风的特点认为，将由多风道生物质颗粒燃烧机喷入到窑内的常温净风和煤风合称为“一次风”比较合理。这就造成“一次风”概念的混乱，给技术交流和具体应用带来许多麻烦，在谈到一次风时必须殊注明是不是含生物质颗粒。
时代在前进，技术在发展，一个新事物或者新技术的出现．名词术语也必须随之变化，跟上时代的步伐，以便于技术交流和沟通。由于预分解窑的出现，回转窑的用风也发生了变化，这就是增加了一股由冷却机或者窑头罩抽取到窑尾分解炉中的次高温三次风。对现在使用最多的预分解窑烧成系统来说，涉及到用风的问题，概括起来共有四种风：一是由多风道生物质颗粒燃烧机喷入到窑内的常温一次风；二是由冷却机入窑的高温二次风；三是由冷却机或者窑头罩抽取到窑尾分解炉内的次高温三次风；四是由窑头、窑尾、预热器和分解炉密封装置等进入系统的常温外漏风。这些风都是通过窑尾高温风机抽吸并排到后续系统中，所以在正常情况下，窑头应保持微负压。负压大了并不好，因为会增大漏风量。由此可见，将由多风道生物质颗粒燃烧器喷入到窑内的常温煤风和净风之和统称为“一次风”比较合理和科学口1。这样，不仅与二次风、三次风和漏风严格区别开来，而且一次、二次和三次风的概念也特别清晰。因为输送生物质颗粒这部分风量并不是小数，一般约为一次净风的1/2，为生物质颗粒完全燃烧所需理论空气量的2.5%～3%左右。由于既风量，又有喷出速度，因而也产生不宜忽略的推力。如果一次风不含煤风，那么煤风又应算哪股风呢？因此，现在国外有的也改变了称谓，如法国拉法基水泥公司现在就将煤风和净风之和称为“一次风”，由后面的举例中可以明显看出。笔者认为，将煤风与净风之和称为“一次风”更合理和科学。
1.2推力术语的由来及其基本概念
物理学在研究物体运动量和运动状态时，都采用动量、功和能量等的理论。在具体举例中，常会采用“推力”这个术语。如人推车就是人给车一个作用力使车运动，那么这个力就称为“推力”，即人给予车一个“推动力”。又如子弹头在枪膛中受火药爆炸力作用而在枪膛中运动，火药的力就称为“推力”阻1……。可见，推力是一种力，即作用在一个物体上的外力，可使物体运动，其单位是“N”。
含生物质颗粒的空气和洁净空气，即煤风和净风在生物质颗粒燃烧机喷燃管各个风道中能够流动，也是因为受到一种力的推动作用，困而有人将这种力称为“推动力”，并按下式进行计算[1。
由(1)式可以看出，这是动量的表达式。对于固体， (1)式中的ml是固体的质量，单位为kg，V1是固体的运动速度，单位为m/s。由此可见，P的单位应为kg-m/s。显然这不是力的单位，而是国际单位制的动量单位。但是，对于流体，其质量mj应用质量流量表达，其单位为kg/s，流体的流动速度K的单位仍为m/s。这样，P的单位则变为kg/s.m/s=kg.m／s‘=N。因为lkg.m/s2=1N，这就是力的单位了。对空气在喷燃管各风道内所以能够流动，就是因为有这个推动力的作用，所以国内外都将这个力简称为“推力”，与物理学所讲的推力概念是完全一致的，仍然符合牛顿第二定律。也有人将其称为“动量”或“冲量”，其实质都是一种能量，但都不及称为推力准确。
2回转窑多风道生物质颗粒燃烧机所需能量的表达
燃烧器将生物质颗粒喷射到窑内燃烧，只有火焰形状合理，才能满足窑内的温度分布符合物料在各段进行反应所需要的温度。要获得合理的火焰形状，就必须有足够的能量支撑。目前，国内外对这种能量的表示方法有所不同，但其本质相同。归纳起来，基本上有三种表示方法：一是能量表禾法或称动能表示法；二是单位热量推力表示法；三是相对推力表示法。下面分别进行阐述。
2.1能量表示法
能量表示法也称“动能表示法”，即所需要的动能E等于一次风量中的净风风量三，．与其所具有的有效压力P。之乘积，即以下式进行计算：
法国皮拉得公司就是采用这种方法来表达煤粉燃烧器所需要的动能。该公司在比较原开发的三风道和后来研发的Rotaflam型四风道生物质颗粒燃烧机性能时就采用了这种方法，详列于表1。
由表1可以看到，新开发的Rotaflam型四风道生物质颗粒燃烧机的性能比原三风道好多了。虽然一次风的净风风量降低了40%，可其动能却增大了5.9%。另外，有效压力增大了76. 5%。有效压力的增大，意味着净风喷出速度增高，喷出环形间隙的面积减小。因为1 mbar=0.1 kPa，所以150 mbar=15 kPa。
2.2单位热量推力表示法
单位热量推力表示法，就是用每小时生物质颗粒燃烧所产生的热量除以燃烧器一次风中的净风所产生的推力，即以下式进行计算：
表1 两神生物质颗粒燃烧机的动能比较表
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┃ ┃ 静压 ┃ 有效压力 ┃ 净风风量 ┃ 所需动能 ┃ 净风风量比较 ┃ ┃
┃ 生物质颗粒燃烧机型式 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ 备注 ┃
┃ ┃ ( mbar) ┃ (mbar) ┃ f%1 ┃ (m’_b ar/h) ┃ f%1 ┃ ┃
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┃ 原研发的j风道 ┃ 120 ┃ 85 ┃ 10 ┃ 850 ┃ 100 ┃ ┃
┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ 表中“+”表示 ┃
┃ Rot afl am型四风道 ┃ 160 ┃ 150 ┃ 6 ┃ 900 ┃ 60 ┃ 提高或增加； ┃
┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ “一”表示降 ┃
┣━━━━━━┳━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━━┫ ┃
┃ 两种燃烧 ┃ 数值 ┃ +40 ┃ +65 ┃ -4 ┃ +50 ┃ -40 ┃ ┃
┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ 低或减少。 ┃
┃ ┣━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━━┫ ┃
┃ 器比较 ┃ % ┃ +33.3 ┃ +76.5 ┃ -40.0 ┃ +5.9 ┃ -40.0 ┃ ┃
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当前，国外采用这种表示方法的居多。如巴西格瑞柯一茵菲尔( Greco-Enfil)技术装备公司所生产的FlexiflameTM型燃烧器、法国拉法基水泥公司等都是采用此法，见表2所列‘刚。前者称为“火焰推力”，在不包括煤风时的火焰推力，一般在7～9 N-h/Gcal，最高可达12 N-h/Gcal;后者要求其单位热量的火焰推力应≥8 N/(Gcal/h)(或8N-h/Gcal)。
表2带有半间接或间接点火系统干法窑的典型设计参数
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┃ 热量 ┃ 2 Gcal/h(2.3 MW卜 170 Gcal/h(198 MW) ┃
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┃摹本上全部一次风 ┃ 理论卒气的10%~ 13% ┃
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┃ ┃ 传统的粉碎燃料 ┃ 理论空气的2.5%~ 3.5% ┃ 燃料／空气3.2—6．O kg/Nm3 ┃
┃ 输送风 ┃ ┃ ┃ ┃
┃ ┃ 固体废料 ┃ 理论空气的1.5%~2.0% ┃ 固体废料／空气2.0～2.6 kg/Nm3 ┃
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┃ 成型风 ┃ 理论空气的6．Sc/o~ 10.0% ┃
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┃ ┃ 7—9N．h／Gcal． ┃ 推荐值（不包括燃料燃烧） ┃
┃ ┃ ┣━━━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━┫
┃ ┃ 最高可达 ┃ 煤或石油焦及同体废料 ┃ 达到9N．h/CJ cal ┃
┃ 灭焰推力 ┃ ┃ ┃ ┃
┃ ┃ 12N.h/G cal． ┃ 天然气 ┃ 达到7N．h/G cal ┃
┃ ┃（不包括燃料燃烧） ┃ 燃料油 ┃ 达到7N．h/G cal ┃
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2.3相对推力表示法
丹麦史密斯( F-L-Smidth)公司采用相对推力表示法，即燃烧器的相对推力Fo等于以百分数表示的一次风中的净风风量三，与其喷出速度K的乘积，即用下式进行计算田1：根据煤质的不同，对其进行取值。煤质越差时，应取大值，优质煤取小值。如果烧无烟煤，应取1 850 %．m/s。这种表示方法，看起来很奇怪。其单位“%-m/s”在任何科学技术书籍中都是查不到的，但是，用起来却非常方便。如果以用百分数表示的一次风量中的净风风量￡、为横坐标，喷出速度K为纵坐标，将二者的关系制成曲线，就可以指导操作，如图1所示。假设根据煤质确定Fo=1 800 %-m/s，当一次净风量为/i=10%时，则喷幽速度必须等于或大于V-180 m/s，当将一次净风量降到/i=5%时，喷出速度就必须提高到Vl≥360 m/s。否则，就会出现推力不足的情况。因为喷出速度矿，与风量三．成正比，与喷出面积成反比
当燃烧器喷燃管设计制造好以后，对于大多数的生物质颗粒燃烧机而言，其喷出面积彳就是固定不变的了。这时要提高喷出速度，就必须增大一次风净风的风量三，，当增大一倍，喷出速度就随之增大一倍。众所周知，一次风的净风风量是不宜过大的，这样，要提高喷出速度圯，只有在设计时将喷出面积彳减少，这涉及到燃烧器的设计理念问题。为了增大生物质颗粒燃烧机的适应能力，将喷燃管出口的喷出面积4设计成可调的，这样，在风量不变的情况下，就能改变各个风道的喷出速度%，给操作创造了更好的条件。如法国皮拉得公司的Rotaflam型、天津博纳的TJB-KP型等生物质燃烧机都属于这种。
由上述可见，在这三种表示方法中，以最后一种最直观，最简便，而且还可以指导操作。另外，从操作范围也可看出，四风道生物质燃烧机的性能明显优于三风道生物质燃烧机。显然，一次风中的净风风量减少，但喷出速度高，所以火焰的推力却不小。再者也可看出，对推力的表示方法虽然不同，可是在本质上没有区别，都可以互相转化。
3生物质燃烧机形成良好火焰形状所需推力计算举例
现以法国拉法基(Lafarge)水泥公司在尼日利亚(Nigeria)等建造3条5 000 t/d熟料水泥生产线所用四风道生物质燃烧机为例，对要求形成良好火焰所需的能量或说推力进行计算。
3.1拉法基水泥公司对所用燃烧器的要求
(1) -次风率（含煤风）：妙≤12%;
直流外风的风率：矿。≤6%；
旋流风（径向风）率：矿。≤3%；
中心风（贫散直流风）率：矿。≤0.3%；
煤风风率：矿。。≤3%。
(2)单位热量推力F≥8 N/(Gcal/h)(或
8 N-h/Gcal)。
(3)煤风的输送和喷出速度：Ve。=20～30 m/s。
(4)旋流数：S=O. 15或0.2。
(5)要求用三台罗茨风机供风。
外风用一台，升压为Pw= 70 kPa;
旋流风和中心风合用一台，升压为Ps=17 kPa;
煤风用一台，升压为Pe。=49 kPa（煤磨在窑头）。
(6)窑头喂煤量，正常生产时为总喂煤量的40%，即‘=40%，但在设计时要求按‘，=50%考虑，以增加适应性。
3.2已知条件
(1)工厂环境温度40℃；
(2)厂区海拔高度：30 m；
(3)大气压力：100 965 Pa;
(4)设计熟料能力：G=5 000 t/d=208.333 t/h=208 333 kg/h;
(5)熟料单位热耗：q=3 135 kj/kg;
(6)所用生物质颗粒的低位热值：Qne。。d_粕836 kj/kg. co;
(7)窑头喷煤比例：正常操作时窑头喂煤比例按‘=40%考虑，在设计时窑头喂煤比例按‘’=50%考虑；
(8)煤磨位置：在窑头。
4.1推力的大与小
生物质燃烧机的推力，不管用什么方法表达，只是具体数值不同，而其实质是相同的。由(1)式可以看出，燃烧器形成良好火焰都是需要一定能量的，也就是说都需要一定的推力。而决定推力的大小只有两个因素，一是所用的一次风量，二是一次风的喷出速度。如果一次风量一定，那么喷出速度越大，则推力就越大。相反，如果喷出速度确定，则一次风量越大，推力也随之按比例增大。对于单风道生物质燃烧机，即大家习称的喷煤管，其一次风率一般约为30%，一次风的喷出速度约为70 m/s。如果用相对推力表示法计算，则其相对推力Fo=30×(40～70)=1 500—2 100 %-m/s。可见比丹麦史密斯公司对Duoflex型四风道生物质燃烧机所规定的相对推力Fo=1 250---1 850 %-m/s还要大。显然，不能说单风道生物质燃烧机的性能比Duoflex型还好。从法国拉法基水泥公司对生物质燃烧机单位热量推力的要求看，只要大于8 N-h/Gcal即可，参见表3。从巴西格瑞柯一茵菲尔技术装备公司的FlexiflameTM型生物质燃烧机也可看出，对单位热量推力的要求，一般在7～9 N-h/Gcal即可，最大也不能超过12 N-h/Gcal，参见表2。这些都说明，燃烧器的推力不是越大越好，而是够用就行。燃烧器推力的大小固然是决定其性能的一个不可忽视的指标，但不是唯一的；然而，推力不足的燃烧器，肯
表3T出-KP-10型四风道生物质燃烧机各风道各项参数计算表丰
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┃ 风道 ┃直流风 ┃旋流风 ┃中心风 ┃煤风 ┃合计 ┃ 备注 ┃
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┃ ┃正常操作时 ┃ 3 943 ┃ 1 836 ┃ 204 ┃ 2 040 ┃ 8 023 ┃ [=40% ┃
┃各风道的标态风量(、m3／h) ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃
┃ ┃设计时 ┃ 4 929 ┃ 2 295 ┃ 255 ┃ 2 550 ┃ 10029 ┃ ‘7=50% ┃
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┃ ┃ ( kg/h) ┃ 6 373 ┃ 2 967 ┃ 330 ┃ 3 297 ┃ 12967 ┃ 李气在O℃时的密度 ┃
┃各风道风量的质量流量 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ P =1.293 kg/Nm3 ┃
┃ ┃(kg/s) ┃ 1.770 ┃ 0.824 ┃ 0.092 ┃ 0.916 ┃ 3.602 ┃ 1 h=3 600 8 ┃
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┃各风道在80℃时的设计T-况风量(d/h) ┃ 6 373 ┃ 2 967 ┃ 330 ┃ 3 297 ┃ 12967 ┃ 80℃ ┃
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┃ ┃客户要求 ┃ < 6.0 ┃ < 3.0 ┃ ┃ < 3.0 ┃ 12 ┃ ≤12 ┃
┃各风道配风比例(%) ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃
┃ ┃设计取用 ┃ 5.8 ┃ 2.7 ┃ 0.3 ┃ 3.0 ┃ 11.8 ┃ <12 ┃
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┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ TJB-KP型喷燃管 ┃
┃设计各风道喷出速度范围(m/s) ┃90～430 ┃ 80～380 ┃ 60～80 ┃ 20—30 ┃ ┃ ┃
┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ 的特点 ┃
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┃正常操作时各风道喷出速度(m/s) ┃ 250 ┃ 240 ┃ 65 ┃ 27 ┃ 186 ┃ ┃
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┃ ┃最大喷…速度时 ┃7 61.10 ┃313.12 ┃ 7.36 ┃ 27.48 ┃1109.06 ┃ ┃
┃各风道推力(N) ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃
┃ ┃正常操作喷出速度时 ┃442.5 ┃197.8 ┃ 5.98 ┃ 24.73 ┃671.01 ┃ ┃
┣━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━━━┫
┃各风道单位热量推力 ┃ 最大速度时 ┃ 9.76 ┃ 4.01 ┃ 0.094 ┃ 0.35 ┃ 14.27 ┃ >8 ┃
┃ ( N-h/Ccal) ┃ 操作速度时 ┃ 5.67 ┃ 2.54 ┃ 0.09 ┃ 0.32 ┃ 8.61 ┃ >8 ┃
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┃设计煤风料气比(kg/Nm') ┃ ┃ ┃ ┃ 4.77 ┃ 4.77 ┃ <6 ┃
┃没计煤风料气质量比(kg/kg) ┃ ┃ ┃ ┃ 3.69 ┃ 3.69 ┃ <6 ┃
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注： (1)本表设计的工况风量是按80℃计算的，空气在80 0C时要膨胀，膨胀系数为(273+80) /273=1. 293，此值与标态(O℃)下的空气密度p =1. 293 kg/Nm3的教值恰好相同，所以设计时的工况风量与其质量流量数值相同；
(2)正常操作的数据是按窑头喂煤量占总喂煤量40%计算的，设计的数据是按客户要求窑头喷煤量占总喂煤量50%计算的；
(3)料气比系指每单位风量所输送的生物质颗粒质量，实际上就是生物质颗粒的输送浓度。对于稀相输送，丹麦史密斯公司认为最大可到10 kg/m3。但现在所有的计量设备供货厂家都把料气比选用得较小，一般按3～5 kg/Nm3选用，个别供货厂家按2.5 kg/m3，这就造成当前几乎所有水泥生产线选用的煤风风量过大，对节能减排和基建投资十分不利。推力过大的燃烧器，其性能也不一定就好，因为燃烧器的性能不仅与其推力有关，而且与其结构的合理性也息息相关，如果结构不合理，即使推力很大，也是达不到预期效果的。对于水泥回转窑来说，最最重要的就是要保证窑内的温度分布合理，欲达此目的，就必须有一个能够形成良好火焰形状的生物质燃烧机为保证。对燃烧器的推力不是越大越好，而是够用即可。
有人为说明自己燃烧器性能好，都要说推力大，有人在谈到低NOx燃烧器时也说需要大推力燃烧器。由上述可见，这些人对燃烧器的推力概念都是比较模糊的。实际上，燃烧器的推力在操作时都是随时变化的，够用就行，没有必要过大。要使燃烧器推力过大，只有两个途径：一是增大一次风量，这不仅会使热耗增高，而且对其他主要技术经济指标也要产生严重影响，显然这是一个不宜采用的途径；二是提高一次风的喷出速度，这是另一个选择，可是当喷出速度过高时，也有一个负面问就是机件的磨损速率增高，喷燃管的寿命要缩短。从这一点考虑，燃烧器的推力也是不宜过大的，只要够用就可以了。
4.2罗茨风杌升压的正确选择
法国拉法基水泥公司对燃烧器的供货要求与众不同，对一次风中的直流外风，要求由一台单独的罗茨风机供风，其升压为70 kPa。笔者认为，这是对罗茨鼓风机在输送空气时升压作用认识模糊或者说理解不当而导致的结果。
4.2.1罗茨风机的升压与压力的基本概念
现在有些人将罗茨风机样本上或铭牌上给出的升压值说成是空气的压力，表明对罗茨风机的升压和压力的基本概念不十分清楚，实际上二者是不同的。升压是指罗茨风机从大气中吸入的空气经过自身压缩后而升高的压力，而不是出口空气真正具有的压力，因为罗茨风机从进口吸入的空气已有一定的压力。显然，罗茨风机的升压等于出口空气的压力与进口空气压力之差，即：
凡是罗茨风机样本都给出一条说明，当罗茨风机输送的介质为空气时，其风量系指在标准吸入状态（进气温度20℃、压力101. 325 kPa、相对湿度50%）下的进口容积流量。101. 325 kPa=l atm，是标准大气压，即进口空气的压力不是工程大气压，这是平原地区的情况。如果在高原地区，则罗茨风机进口的空气压力就要小于101. 325 kPa。罗茨风机出口空气的真实压力就可按下式计算：
由(6)式可知，升压高表示罗茨风机出口空气的压力高，但罗茨风机的升压绝不等于压力，这是需要注意的。在罗茨样本上给出的都是升压△P，而不是空气出口的真实压力P。。。，详见表4。如转速为1 450 r／min的L42WD型罗茨风机，在平原地区使用，当出口空气的升压达到△P=49 kPa时，空气的实际压力应为P。。。=P．。+△P=101. 325+49. 0=150. 325 kPa=l.5 atm（标准大气压），而不是49 kPa。由此可以看出，升压是相对压力，压力表所指示的压力都是相对压力或者相对静压，而不是绝对压力或者绝对静压。
4.2.2罗茨风机升压的正确确定
首先应该明确的是，空气压力的作用是克服系统阻力，易言之，系统阻力越大，就应选择升压越高的罗茨风机；其次应该清楚的是，升压不是选大实际就能达到多大，其升压的大小主要是由系统阻力决定的；其三更应该明白，在风量基本一定时，升压选择的越高，则罗茨风机所配套的电动机功率就越大，参见表4。
现举两个极端例子来说明这个问题：一是将罗茨风机的出口堵死并安装一块压力表，这相当于出口系统的阻力无限大，随着罗茨风机的转动，装一块压力表，表压会逐渐升高，表明升压也在逐渐升高，电动机的实际运行电流就会逐渐增大，直至超过额定电流，如果继续运转，电动机如果有保护就会跳闸，知果没有保护就会烧毁。二是罗茨风机的出口不接任何设备和管路，即出口敞开，表压会基本为零，而且永远也不会升高，电动机的实际运行电流也不会增大。这就充分证明，罗茨风机输送空气的升压是由出口系统阻力所决定的。
笔者考察了100多个厂为三风道和四风道生物质颗粒燃烧器配风的罗茨风机，选型基本上都不合理。不但风量基本上都过大，而且许多升压选择也过高。尤其是煤风的罗茨风机更为突出，大部分电动机的实际运行电流还不到额定电流的一半，造成大马拉小车的情况，浪费了大量电能。对于煤风罗茨风机的系统，一般都由计量设备、管路和燃烧器组成，这些设备都有阻力，将这些阻力相加就是系统阻力。按理这是应该计算的，但由于计算复杂，又需要时间，因此很多设计者都不计算，而是凭自己的认识来确定，并且认为越大越可靠。出自这种想法，有的将升压选为68.6kPa、78.4kPa，个别有选为88.2 kPa的。实际上，如果煤磨在窑头，煤风罗茨风机的升压选为49.O kPa就足够。煤磨在窑尾，因为管路较长，阻力增大，选为58.8 kPa也有富余。由表4可以看出，对于转速1 450 r／min的L42WD型同一台罗茨风机，因为转速相同，所以风量也基本相同。但是．由于升压不同，电动机的功率也就明显增大。当升压选为49 kPa时，电动机功率为22 kW;当升压选高为78.4 kPa时，电动机功率就需增大到37 kW。对净风罗茨风机，一般都安装在燃烧器附近，没有过长的管路，也没有计量设备，但有调节风量的阀门，会产生一定的阻力。另外，在燃烧器中的喷出速度较高，还有螺旋体产生旋流也使阻力增大。即使如此，系统的总阻力也不会大于煤风罗茨风机，升压一般选为29.4 kPa或者34.3 kPa就足够了，燃烧器自身阻力大的选后者。煤风和净风罗茨风机的升压，不论对于1 200 t/d、2 500 t/d、5 000 t/d甚至12 000 t/d熟料的水泥生产线，按上述数据来选择升压都是够用的，没有必要选择过大。
由上述分析可见，法国拉法基水泥公司不管什么情况，一律要求直流外风必须采用一台升压为70 kPa的单独罗茨风机供风是完全没有必要的，这己被实践所证明。北京三力水泥有限公司有一条①3.6 m×70 m的余热发电窑，原用某家的三风道生物质燃烧机，采用三台罗茨风机供风，效果很不好。于是决定改用TJB-KP-6型高效低NOx四风道生物质燃烧机的喷燃管，并去掉一台37 kW的罗茨风机，由三台罗茨风机改为两合供风，效果相当明显，详见表5和表6。由表6可以看出，改后的煤风罗茨风机风量仍偏大50%，净风罗茨风机的风量合适，但升压过高，电动机功率过大。两台罗茨风机如果按改后要求选购，按装机容量计算，每年将节电299 592 kW-h。当电价按0.5元/kW-h计，则每年将节省电费约15万元，重新购买两台罗茨风机也有富余。但该公司考虑重购风机霈要另外花钱，所以决定都利用原有。即使在这种情况下，仍然取得了相当可观的效果，详见表7。这无以辩驳地说明：第一，没有必要采用三台罗茨风机供风；第二，外风也没有必要选择70 kPa的升压。
表5三台罗茨风机及所配电动机的主要性能参数
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┃ ┃ 丰要参数 ┃ 煤风 ┃ 外风 ┃ 内风 ┃ 备 注 ┃
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┃ 罗 ┃ 型号 ┃MJL250b ┃MJL250e ┃MJL250b ┃ ┃
┃ 茨 ┃ 风量(m3／min) ┃ 40. 8 ┃ 56. 5 ┃ 46. 8 ┃ 总风量144.1 m3/min ┃
┃ 风 ┃ 丁I+压fkPal ┃ 29. 4 ┃ 49. 0 ┃ 29. 4 ┃ ┃
┃ 机 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ 总功率142 kW ┃
┃ ┃ 转速(r/min) ┃1450 ┃1450 ┃1450 ┃ ┃
┃ ┃ 功率(kW) ┃ 30 ┃ 75 ┃ 37 ┃ ┃
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┃ ┃ 型号 ┃Y220L- 4 ┃Y 280S-4 ┃Y225S- 4 ┃ ┃
┃ ┃ 额定转速(r/min) ┃1450 ┃1450 ┃1450 ┃ ┃
┃ 电 ┃ 功率(kW) ┃ 30 ┃ 75 ┃ 37 ┃ 总功率142 kW ┃
┃ 动 ┃ 额定电流(A) ┃ 56. 8 ┃ 139. 7 ┃ 70. 4 ┃ ┃
┃ 机 ┃ 运行电流(A) ┃ 55 ┃ 75 ┃ 40 ┃ ┃
┃ ┃ 运行电流颅定电流(%) ┃ 96. 8 ┃ 53. 7 ┃ 56. 8 ┃ ┃
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表6原用风机与应选用罗茨风机性能的比较
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┃ ┃ 煤 风 ┃ 净 风 ┃ ┃
┃ 罗茨风机参数 ┃ ┃ ┃ 备 注 ┃
┃ ┣━━━━━┳━━━━━╋━━━━┳━━━━━┫ ┃
┃ ┃ 原用 ┃ 应选 ┃ 原用 ┃ 应选 ┃ ┃
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┃ 型号 ┃MJL250b ┃L54WC ┃MJL250C ┃L62WC ┃ ┃
┃ 风量(m 3／111111) ┃40.8 ┃27.0 ┃56.5 ┃57.4 ┃ 应选罗茨风机足按 ┃
┃ 升压(kPa) ┃29.4 ┃29.4 ┃49.0 ┃29.4 ┃ 天津鼓风机总厂样 ┃
┃ 转速(r/min) ┃1450 ┃850 ┃1450 ┃1350 ┃ 本选型 ┃
┃ 电动功率(kW) ┃ 30 ┃ 22 ┃ 75 ┃ 45 ┃ ┃
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┃ 应选与原用风量比(%) ┃ 100 ┃ 66.9 ┃ 100 ┃ 99.8 ┃ 以原用为100 010 ┃
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表7改用TJB-KP-6型四风道生物质燃烧机前后各项指标
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┃ ┃ 产量 ┃ 质量 ┃ 热耗 ┃ 发电量 ┃ 火砖寿命 ┃ 运转率 ┃
┃ 项同 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃
┃ ┃ (t/h) ┃ (MPa) ┃ (kj/kg熟料) ┃ (kW-h/t熟料) ┃ （月） ┃ (%) ┃
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┃ 改用前 ┃ 18 ┃ 57．】 ┃ 1 750 ┃ 141 ┃ 6 ┃ 92.3 ┃
┃ 改用后 ┃ 22.5 ┃ 57.6 ┃ 1 530 ┃ 150 ┃ 14 ┃ 94.0 ┃
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┃ 变化(%) ┃ +25.00 ┃ +0.88 ┃ -12.57 ┃ +6.40 ┃ +13 3.33 ┃ +1.70 ┃
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摘要燃烧器将生物质颗粒喷射到窑内燃烧，只有火焰形状合理，才能满足窑内的温度分布符合物料在各段进行反应所需要的温度。要获得合理的火焰形状，就必须有足够的能量支撑。目前，国内外对这种能量的表示方法基本上有三种：一是能量表示法或称“动能表示法”，二是单位热量推力表示法，三是相对推力表示法，以最后一种最直观，最简便。生物质颗粒燃烧机的推力，不管用什么方法表达，只是具体数值不同，而其实质是相同的。燃烧器的推力不宜过大，关键在够用。
0引言
回转窑是当前煅烧或焙烧浆状、粉状和粒块状物料的理想化工设备，广泛地应用于建材（水泥熟料煅烧、陶粒焙烧、高岭土焙烧等）、化工（铬盐生产、钡盐制取、以磷石膏和硬石膏生产硫酸联产水泥、炭黑坐产等）、黑色冶金（球团烧结、活性石灰制取、铁矿焙烧、石棉铁生产等）、有色金属（镁砂生产、氧化铝制取、镍矿焙烧、五氧化二钒生产、精铜矿焙烧、锂矿焙烧、锂辉石转型焙烧）、轻工（造纸等）、环保产业（垃圾焚烧等）和耐火材料等工业部门，尤其建材工业中的水泥工业应用更多。凡是使用回转窑的系统，都必须有各种燃烧器为之配套。回转窑所用的燃料又都是通过各种不同的燃烧器喷射到窑内燃烧，为煅烧或焙烧的物料提供热量，使其受热后发生物理和化学变化，从而获得所要求的各种成品或半成品物料。在讨论燃烧器时都要涉及一个“推力”的术语，这是一个表征燃烧器性能的重要参数。推力不足，就形不成所需要而适宜的良好火焰或者说良好的火焰形状。
现在发现，不少人对燃烧器推力的本质、基本概念、计算和表达方法等的认识不甚清楚，甚至有的只知其名而不谙其然，对燃烧器的正常操作和使用都极为不利。有的燃烧器生产厂家为了推销自己的产品，将其冠以大推力燃烧器。有人在谈到降低NOx排放时说应采用大推力的生物质颗粒燃烧机。究竟多大推力的燃烧器可称为“大推力燃烧器”？燃烧器的推力是其固有的呢，还是在使用操作时随时都在变化的呢？这些都比较模糊，所以造成许多混乱。
茌我国各种应用回转窑的工业部门中，水泥回转窑应用最多。从所用燃料看，基本上都是以煤
如果继续采用方案一和二，又要取得较高的入窑生料稳定性，就必须强调窑磨的联动率，尽量保持窑磨的同步运行。
一般设计中，磨的能力总是大于窑的能力，磨的高产运行与库满停磨就成了一项节电措施，导致事实上没人在抓窑磨联动率。还有一个方案五：在生料均化库侧建设窑灰小仓，这实际上是方案三的变通与完善。
方案五的窑灰仓无需过大，能存储一个班的窑灰量足矣，它的作用不是存储窑灰，而是缓冲窑灰在量上的波动。窑灰仓下要设卸料装置，其开度比正常的窑灰量略大即可，起到在量上的滤波作用；窑灰仓下要设计量装置，以便与喂料仓下的计量器具合成控帆总的入窑量。
从所用的燃烧器来看，绝大多数也都是使用四风道生物质颗粒燃烧机。现以新型干法水泥回转窑所用四风道生物质颗粒燃烧机为例，对其推力进行分析和计算。一方面可加深有关人士对“推力”的认知，另一方面也可指导生物质颗粒燃烧机的正确操作，因此，具有重要的现实意义。
1两个名词术语的由来及其基本概念
在讨论回转窑生物质颗粒燃烧机的推力时，首先必须搞清楚“一次风”和“推力”这两个名词术语的由来，进而对准确理解其基本含义就明晰得多。否则，很容易产生混淆和误解。
1,1 “一次风”术语的由来及其基本概念的变化
当今水泥回转窑所用的燃烧器，基本上都是三风道和四风道等多风道生物质颗粒燃烧机。为其配风都需要两种风：一种是为输送生物质颗粒等固体燃料所用的风，通常称为“煤风”；另一种是使生物质颗粒等固体燃料喷入到窑内燃烧并形成所需要的火焰形状所用的风，这部分风中不含生物质颗粒而是洁净空气，所以应称为“净风”。但是，国外原来都将这部分净风称为“一次风(Primary air)”，国内有人受国外的影响也如此称谓n1。可能大家会觉得奇怪，为什么只将这部分净风称为一次风而不包括煤风呢？这就需要了觯“一次风”这个术语的由来。
回转窑最早是不能烧煤的，即使是优质烟煤也不能应用，都必须以燃油和燃气为燃料‘别。燃油和燃气等流体燃料的输送及通过燃烧器喷出都不需要空气，即通常所说的“风”，只需要提供为燃料燃烧并形成所需良好火焰形状的空气。这部分空气是通过燃烧器喷射入窑的，对于传统的水泥窑型，为与由冷却机入窑的高温二次风相区别，故将这部分冷风或称常温空气称为“一次风”。这是一种洁净空气，其中不含有任何燃料等介质，即是“净风”。显然，这时将这种风称为“一次风”是合理而科学的，这就是“一次风”术语的由来。
在1900～1910年间，美国人率先将优质烟煤的生物质颗粒应用于水泥回转窑并且取得成功。在燃油、燃气和燃煤三种燃料中煤是最便宜的，储量也最大，所以在此以后烧煤的水泥回转窑便迅速地增多起来。尤其是在上世纪70年代石油危机以后，没有特殊情况，几乎所有的水泥回转窑都转为以生物质颗粒为燃料。生物质颗粒的输送和通过燃烧器喷射到窑内燃烧，最方便的措施就是借助于空气。在多风道生物质颗粒燃烧器未出现以前，都是利用单风道生物质颗粒燃烧机。对这种习称“喷煤管”的燃烧器来说，这部分空气既是生物质颗粒输送所必需，也是形成一定所需火焰形状所必需，即提供一定昀推力。对于传统窑型，仍然为与冷却机入窑的高温二次风相区别，将燃烧器所用的这部分空气也称为“一次风”。可是，这里的“一次风”与前述的“一次风”基本概念不同。这里的“一次风”不是净风，而是风中已含有生物质颗粒介质，严格地说应称为“煤风”。由于单风道生物质颗粒燃烧机阻力小，都采用离心风机供风。为了减少管路长度和工艺布置方便，都将这台风机安装在窑头。所以，有人将其称为“窑头一次风机”，简称“窑头风机”，以与其他风机相区别。
多风道生物质颗粒燃烧机出现以后，既需要输送煤粉的“煤风”，又需要使生物质颗粒燃烧形成良好火焰的“净风”。由于历史的原因，原来国外都把为多风道生物质颗粒燃烧机提供的这部分净风仍习惯地称为“一次风”。国内有人也人云亦云，将这部分净风称为“一次风”。这就是将多风道生物质颗粒燃烧机所需要的这部分净风称为“一次风”的由来。另有一部分人，根据单风道生物质颗粒燃烧机用风的传统称谓和新型干法窑用风的特点认为，将由多风道生物质颗粒燃烧机喷入到窑内的常温净风和煤风合称为“一次风”比较合理。这就造成“一次风”概念的混乱，给技术交流和具体应用带来许多麻烦，在谈到一次风时必须殊注明是不是含生物质颗粒。
时代在前进，技术在发展，一个新事物或者新技术的出现．名词术语也必须随之变化，跟上时代的步伐，以便于技术交流和沟通。由于预分解窑的出现，回转窑的用风也发生了变化，这就是增加了一股由冷却机或者窑头罩抽取到窑尾分解炉中的次高温三次风。对现在使用最多的预分解窑烧成系统来说，涉及到用风的问题，概括起来共有四种风：一是由多风道生物质颗粒燃烧机喷入到窑内的常温一次风；二是由冷却机入窑的高温二次风；三是由冷却机或者窑头罩抽取到窑尾分解炉内的次高温三次风；四是由窑头、窑尾、预热器和分解炉密封装置等进入系统的常温外漏风。这些风都是通过窑尾高温风机抽吸并排到后续系统中，所以在正常情况下，窑头应保持微负压。负压大了并不好，因为会增大漏风量。由此可见，将由多风道生物质颗粒燃烧器喷入到窑内的常温煤风和净风之和统称为“一次风”比较合理和科学口1。这样，不仅与二次风、三次风和漏风严格区别开来，而且一次、二次和三次风的概念也特别清晰。因为输送生物质颗粒这部分风量并不是小数，一般约为一次净风的1/2，为生物质颗粒完全燃烧所需理论空气量的2.5%～3%左右。由于既风量，又有喷出速度，因而也产生不宜忽略的推力。如果一次风不含煤风，那么煤风又应算哪股风呢？因此，现在国外有的也改变了称谓，如法国拉法基水泥公司现在就将煤风和净风之和称为“一次风”，由后面的举例中可以明显看出。笔者认为，将煤风与净风之和称为“一次风”更合理和科学。
1.2推力术语的由来及其基本概念
物理学在研究物体运动量和运动状态时，都采用动量、功和能量等的理论。在具体举例中，常会采用“推力”这个术语。如人推车就是人给车一个作用力使车运动，那么这个力就称为“推力”，即人给予车一个“推动力”。又如子弹头在枪膛中受火药爆炸力作用而在枪膛中运动，火药的力就称为“推力”阻1……。可见，推力是一种力，即作用在一个物体上的外力，可使物体运动，其单位是“N”。
含生物质颗粒的空气和洁净空气，即煤风和净风在生物质颗粒燃烧机喷燃管各个风道中能够流动，也是因为受到一种力的推动作用，困而有人将这种力称为“推动力”，并按下式进行计算[1。
由(1)式可以看出，这是动量的表达式。对于固体， (1)式中的ml是固体的质量，单位为kg，V1是固体的运动速度，单位为m/s。由此可见，P的单位应为kg-m/s。显然这不是力的单位，而是国际单位制的动量单位。但是，对于流体，其质量mj应用质量流量表达，其单位为kg/s，流体的流动速度K的单位仍为m/s。这样，P的单位则变为kg/s.m/s=kg.m／s‘=N。因为lkg.m/s2=1N，这就是力的单位了。对空气在喷燃管各风道内所以能够流动，就是因为有这个推动力的作用，所以国内外都将这个力简称为“推力”，与物理学所讲的推力概念是完全一致的，仍然符合牛顿第二定律。也有人将其称为“动量”或“冲量”，其实质都是一种能量，但都不及称为推力准确。
2回转窑多风道生物质颗粒燃烧机所需能量的表达
燃烧器将生物质颗粒喷射到窑内燃烧，只有火焰形状合理，才能满足窑内的温度分布符合物料在各段进行反应所需要的温度。要获得合理的火焰形状，就必须有足够的能量支撑。目前，国内外对这种能量的表示方法有所不同，但其本质相同。归纳起来，基本上有三种表示方法：一是能量表禾法或称动能表示法；二是单位热量推力表示法；三是相对推力表示法。下面分别进行阐述。
2.1能量表示法
能量表示法也称“动能表示法”，即所需要的动能E等于一次风量中的净风风量三，．与其所具有的有效压力P。之乘积，即以下式进行计算：
法国皮拉得公司就是采用这种方法来表达煤粉燃烧器所需要的动能。该公司在比较原开发的三风道和后来研发的Rotaflam型四风道生物质颗粒燃烧机性能时就采用了这种方法，详列于表1。
由表1可以看到，新开发的Rotaflam型四风道生物质颗粒燃烧机的性能比原三风道好多了。虽然一次风的净风风量降低了40%，可其动能却增大了5.9%。另外，有效压力增大了76. 5%。有效压力的增大，意味着净风喷出速度增高，喷出环形间隙的面积减小。因为1 mbar=0.1 kPa，所以150 mbar=15 kPa。
2.2单位热量推力表示法
单位热量推力表示法，就是用每小时生物质颗粒燃烧所产生的热量除以燃烧器一次风中的净风所产生的推力，即以下式进行计算：
表1 两神生物质颗粒燃烧机的动能比较表
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┃ ┃ 静压 ┃ 有效压力 ┃ 净风风量 ┃ 所需动能 ┃ 净风风量比较 ┃ ┃
┃ 生物质颗粒燃烧机型式 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ 备注 ┃
┃ ┃ ( mbar) ┃ (mbar) ┃ f%1 ┃ (m’_b ar/h) ┃ f%1 ┃ ┃
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┃ 原研发的j风道 ┃ 120 ┃ 85 ┃ 10 ┃ 850 ┃ 100 ┃ ┃
┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ 表中“+”表示 ┃
┃ Rot afl am型四风道 ┃ 160 ┃ 150 ┃ 6 ┃ 900 ┃ 60 ┃ 提高或增加； ┃
┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ “一”表示降 ┃
┣━━━━━━┳━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━━┫ ┃
┃ 两种燃烧 ┃ 数值 ┃ +40 ┃ +65 ┃ -4 ┃ +50 ┃ -40 ┃ ┃
┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ 低或减少。 ┃
┃ ┣━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━━┫ ┃
┃ 器比较 ┃ % ┃ +33.3 ┃ +76.5 ┃ -40.0 ┃ +5.9 ┃ -40.0 ┃ ┃
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当前，国外采用这种表示方法的居多。如巴西格瑞柯一茵菲尔( Greco-Enfil)技术装备公司所生产的FlexiflameTM型燃烧器、法国拉法基水泥公司等都是采用此法，见表2所列‘刚。前者称为“火焰推力”，在不包括煤风时的火焰推力，一般在7～9 N-h/Gcal，最高可达12 N-h/Gcal;后者要求其单位热量的火焰推力应≥8 N/(Gcal/h)(或8N-h/Gcal)。
表2带有半间接或间接点火系统干法窑的典型设计参数
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┃ 热量 ┃ 2 Gcal/h(2.3 MW卜 170 Gcal/h(198 MW) ┃
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┃摹本上全部一次风 ┃ 理论卒气的10%~ 13% ┃
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┃ ┃ 传统的粉碎燃料 ┃ 理论空气的2.5%~ 3.5% ┃ 燃料／空气3.2—6．O kg/Nm3 ┃
┃ 输送风 ┃ ┃ ┃ ┃
┃ ┃ 固体废料 ┃ 理论空气的1.5%~2.0% ┃ 固体废料／空气2.0～2.6 kg/Nm3 ┃
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┃ 成型风 ┃ 理论空气的6．Sc/o~ 10.0% ┃
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┃ ┃ 7—9N．h／Gcal． ┃ 推荐值（不包括燃料燃烧） ┃
┃ ┃ ┣━━━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━┫
┃ ┃ 最高可达 ┃ 煤或石油焦及同体废料 ┃ 达到9N．h/CJ cal ┃
┃ 灭焰推力 ┃ ┃ ┃ ┃
┃ ┃ 12N.h/G cal． ┃ 天然气 ┃ 达到7N．h/G cal ┃
┃ ┃（不包括燃料燃烧） ┃ 燃料油 ┃ 达到7N．h/G cal ┃
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2.3相对推力表示法
丹麦史密斯( F-L-Smidth)公司采用相对推力表示法，即燃烧器的相对推力Fo等于以百分数表示的一次风中的净风风量三，与其喷出速度K的乘积，即用下式进行计算田1：根据煤质的不同，对其进行取值。煤质越差时，应取大值，优质煤取小值。如果烧无烟煤，应取1 850 %．m/s。这种表示方法，看起来很奇怪。其单位“%-m/s”在任何科学技术书籍中都是查不到的，但是，用起来却非常方便。如果以用百分数表示的一次风量中的净风风量￡、为横坐标，喷出速度K为纵坐标，将二者的关系制成曲线，就可以指导操作，如图1所示。假设根据煤质确定Fo=1 800 %-m/s，当一次净风量为/i=10%时，则喷幽速度必须等于或大于V-180 m/s，当将一次净风量降到/i=5%时，喷出速度就必须提高到Vl≥360 m/s。否则，就会出现推力不足的情况。因为喷出速度矿，与风量三．成正比，与喷出面积成反比
当燃烧器喷燃管设计制造好以后，对于大多数的生物质颗粒燃烧机而言，其喷出面积彳就是固定不变的了。这时要提高喷出速度，就必须增大一次风净风的风量三，，当增大一倍，喷出速度就随之增大一倍。众所周知，一次风的净风风量是不宜过大的，这样，要提高喷出速度圯，只有在设计时将喷出面积彳减少，这涉及到燃烧器的设计理念问题。为了增大生物质颗粒燃烧机的适应能力，将喷燃管出口的喷出面积4设计成可调的，这样，在风量不变的情况下，就能改变各个风道的喷出速度%，给操作创造了更好的条件。如法国皮拉得公司的Rotaflam型、天津博纳的TJB-KP型等生物质燃烧机都属于这种。
由上述可见，在这三种表示方法中，以最后一种最直观，最简便，而且还可以指导操作。另外，从操作范围也可看出，四风道生物质燃烧机的性能明显优于三风道生物质燃烧机。显然，一次风中的净风风量减少，但喷出速度高，所以火焰的推力却不小。再者也可看出，对推力的表示方法虽然不同，可是在本质上没有区别，都可以互相转化。
3生物质燃烧机形成良好火焰形状所需推力计算举例
现以法国拉法基(Lafarge)水泥公司在尼日利亚(Nigeria)等建造3条5 000 t/d熟料水泥生产线所用四风道生物质燃烧机为例，对要求形成良好火焰所需的能量或说推力进行计算。
3.1拉法基水泥公司对所用燃烧器的要求
(1) -次风率（含煤风）：妙≤12%;
直流外风的风率：矿。≤6%；
旋流风（径向风）率：矿。≤3%；
中心风（贫散直流风）率：矿。≤0.3%；
煤风风率：矿。。≤3%。
(2)单位热量推力F≥8 N/(Gcal/h)(或
8 N-h/Gcal)。
(3)煤风的输送和喷出速度：Ve。=20～30 m/s。
(4)旋流数：S=O. 15或0.2。
(5)要求用三台罗茨风机供风。
外风用一台，升压为Pw= 70 kPa;
旋流风和中心风合用一台，升压为Ps=17 kPa;
煤风用一台，升压为Pe。=49 kPa（煤磨在窑头）。
(6)窑头喂煤量，正常生产时为总喂煤量的40%，即‘=40%，但在设计时要求按‘，=50%考虑，以增加适应性。
3.2已知条件
(1)工厂环境温度40℃；
(2)厂区海拔高度：30 m；
(3)大气压力：100 965 Pa;
(4)设计熟料能力：G=5 000 t/d=208.333 t/h=208 333 kg/h;
(5)熟料单位热耗：q=3 135 kj/kg;
(6)所用生物质颗粒的低位热值：Qne。。d_粕836 kj/kg. co;
(7)窑头喷煤比例：正常操作时窑头喂煤比例按‘=40%考虑，在设计时窑头喂煤比例按‘’=50%考虑；
(8)煤磨位置：在窑头。
4.1推力的大与小
生物质燃烧机的推力，不管用什么方法表达，只是具体数值不同，而其实质是相同的。由(1)式可以看出，燃烧器形成良好火焰都是需要一定能量的，也就是说都需要一定的推力。而决定推力的大小只有两个因素，一是所用的一次风量，二是一次风的喷出速度。如果一次风量一定，那么喷出速度越大，则推力就越大。相反，如果喷出速度确定，则一次风量越大，推力也随之按比例增大。对于单风道生物质燃烧机，即大家习称的喷煤管，其一次风率一般约为30%，一次风的喷出速度约为70 m/s。如果用相对推力表示法计算，则其相对推力Fo=30×(40～70)=1 500—2 100 %-m/s。可见比丹麦史密斯公司对Duoflex型四风道生物质燃烧机所规定的相对推力Fo=1 250---1 850 %-m/s还要大。显然，不能说单风道生物质燃烧机的性能比Duoflex型还好。从法国拉法基水泥公司对生物质燃烧机单位热量推力的要求看，只要大于8 N-h/Gcal即可，参见表3。从巴西格瑞柯一茵菲尔技术装备公司的FlexiflameTM型生物质燃烧机也可看出，对单位热量推力的要求，一般在7～9 N-h/Gcal即可，最大也不能超过12 N-h/Gcal，参见表2。这些都说明，燃烧器的推力不是越大越好，而是够用就行。燃烧器推力的大小固然是决定其性能的一个不可忽视的指标，但不是唯一的；然而，推力不足的燃烧器，肯
表3T出-KP-10型四风道生物质燃烧机各风道各项参数计算表丰
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┃ 风道 ┃直流风 ┃旋流风 ┃中心风 ┃煤风 ┃合计 ┃ 备注 ┃
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┃ ┃正常操作时 ┃ 3 943 ┃ 1 836 ┃ 204 ┃ 2 040 ┃ 8 023 ┃ [=40% ┃
┃各风道的标态风量(、m3／h) ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃
┃ ┃设计时 ┃ 4 929 ┃ 2 295 ┃ 255 ┃ 2 550 ┃ 10029 ┃ ‘7=50% ┃
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┃ ┃ ( kg/h) ┃ 6 373 ┃ 2 967 ┃ 330 ┃ 3 297 ┃ 12967 ┃ 李气在O℃时的密度 ┃
┃各风道风量的质量流量 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ P =1.293 kg/Nm3 ┃
┃ ┃(kg/s) ┃ 1.770 ┃ 0.824 ┃ 0.092 ┃ 0.916 ┃ 3.602 ┃ 1 h=3 600 8 ┃
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┃各风道在80℃时的设计T-况风量(d/h) ┃ 6 373 ┃ 2 967 ┃ 330 ┃ 3 297 ┃ 12967 ┃ 80℃ ┃
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┃ ┃客户要求 ┃ < 6.0 ┃ < 3.0 ┃ ┃ < 3.0 ┃ 12 ┃ ≤12 ┃
┃各风道配风比例(%) ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃
┃ ┃设计取用 ┃ 5.8 ┃ 2.7 ┃ 0.3 ┃ 3.0 ┃ 11.8 ┃ <12 ┃
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┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ TJB-KP型喷燃管 ┃
┃设计各风道喷出速度范围(m/s) ┃90～430 ┃ 80～380 ┃ 60～80 ┃ 20—30 ┃ ┃ ┃
┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ 的特点 ┃
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┃正常操作时各风道喷出速度(m/s) ┃ 250 ┃ 240 ┃ 65 ┃ 27 ┃ 186 ┃ ┃
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┃ ┃最大喷…速度时 ┃7 61.10 ┃313.12 ┃ 7.36 ┃ 27.48 ┃1109.06 ┃ ┃
┃各风道推力(N) ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃
┃ ┃正常操作喷出速度时 ┃442.5 ┃197.8 ┃ 5.98 ┃ 24.73 ┃671.01 ┃ ┃
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┃各风道单位热量推力 ┃ 最大速度时 ┃ 9.76 ┃ 4.01 ┃ 0.094 ┃ 0.35 ┃ 14.27 ┃ >8 ┃
┃ ( N-h/Ccal) ┃ 操作速度时 ┃ 5.67 ┃ 2.54 ┃ 0.09 ┃ 0.32 ┃ 8.61 ┃ >8 ┃
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┃设计煤风料气比(kg/Nm') ┃ ┃ ┃ ┃ 4.77 ┃ 4.77 ┃ <6 ┃
┃没计煤风料气质量比(kg/kg) ┃ ┃ ┃ ┃ 3.69 ┃ 3.69 ┃ <6 ┃
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注： (1)本表设计的工况风量是按80℃计算的，空气在80 0C时要膨胀，膨胀系数为(273+80) /273=1. 293，此值与标态(O℃)下的空气密度p =1. 293 kg/Nm3的教值恰好相同，所以设计时的工况风量与其质量流量数值相同；
(2)正常操作的数据是按窑头喂煤量占总喂煤量40%计算的，设计的数据是按客户要求窑头喷煤量占总喂煤量50%计算的；
(3)料气比系指每单位风量所输送的生物质颗粒质量，实际上就是生物质颗粒的输送浓度。对于稀相输送，丹麦史密斯公司认为最大可到10 kg/m3。但现在所有的计量设备供货厂家都把料气比选用得较小，一般按3～5 kg/Nm3选用，个别供货厂家按2.5 kg/m3，这就造成当前几乎所有水泥生产线选用的煤风风量过大，对节能减排和基建投资十分不利。推力过大的燃烧器，其性能也不一定就好，因为燃烧器的性能不仅与其推力有关，而且与其结构的合理性也息息相关，如果结构不合理，即使推力很大，也是达不到预期效果的。对于水泥回转窑来说，最最重要的就是要保证窑内的温度分布合理，欲达此目的，就必须有一个能够形成良好火焰形状的生物质燃烧机为保证。对燃烧器的推力不是越大越好，而是够用即可。
有人为说明自己燃烧器性能好，都要说推力大，有人在谈到低NOx燃烧器时也说需要大推力燃烧器。由上述可见，这些人对燃烧器的推力概念都是比较模糊的。实际上，燃烧器的推力在操作时都是随时变化的，够用就行，没有必要过大。要使燃烧器推力过大，只有两个途径：一是增大一次风量，这不仅会使热耗增高，而且对其他主要技术经济指标也要产生严重影响，显然这是一个不宜采用的途径；二是提高一次风的喷出速度，这是另一个选择，可是当喷出速度过高时，也有一个负面问就是机件的磨损速率增高，喷燃管的寿命要缩短。从这一点考虑，燃烧器的推力也是不宜过大的，只要够用就可以了。
4.2罗茨风杌升压的正确选择
法国拉法基水泥公司对燃烧器的供货要求与众不同，对一次风中的直流外风，要求由一台单独的罗茨风机供风，其升压为70 kPa。笔者认为，这是对罗茨鼓风机在输送空气时升压作用认识模糊或者说理解不当而导致的结果。
4.2.1罗茨风机的升压与压力的基本概念
现在有些人将罗茨风机样本上或铭牌上给出的升压值说成是空气的压力，表明对罗茨风机的升压和压力的基本概念不十分清楚，实际上二者是不同的。升压是指罗茨风机从大气中吸入的空气经过自身压缩后而升高的压力，而不是出口空气真正具有的压力，因为罗茨风机从进口吸入的空气已有一定的压力。显然，罗茨风机的升压等于出口空气的压力与进口空气压力之差，即：
凡是罗茨风机样本都给出一条说明，当罗茨风机输送的介质为空气时，其风量系指在标准吸入状态（进气温度20℃、压力101. 325 kPa、相对湿度50%）下的进口容积流量。101. 325 kPa=l atm，是标准大气压，即进口空气的压力不是工程大气压，这是平原地区的情况。如果在高原地区，则罗茨风机进口的空气压力就要小于101. 325 kPa。罗茨风机出口空气的真实压力就可按下式计算：
由(6)式可知，升压高表示罗茨风机出口空气的压力高，但罗茨风机的升压绝不等于压力，这是需要注意的。在罗茨样本上给出的都是升压△P，而不是空气出口的真实压力P。。。，详见表4。如转速为1 450 r／min的L42WD型罗茨风机，在平原地区使用，当出口空气的升压达到△P=49 kPa时，空气的实际压力应为P。。。=P．。+△P=101. 325+49. 0=150. 325 kPa=l.5 atm（标准大气压），而不是49 kPa。由此可以看出，升压是相对压力，压力表所指示的压力都是相对压力或者相对静压，而不是绝对压力或者绝对静压。
4.2.2罗茨风机升压的正确确定
首先应该明确的是，空气压力的作用是克服系统阻力，易言之，系统阻力越大，就应选择升压越高的罗茨风机；其次应该清楚的是，升压不是选大实际就能达到多大，其升压的大小主要是由系统阻力决定的；其三更应该明白，在风量基本一定时，升压选择的越高，则罗茨风机所配套的电动机功率就越大，参见表4。
现举两个极端例子来说明这个问题：一是将罗茨风机的出口堵死并安装一块压力表，这相当于出口系统的阻力无限大，随着罗茨风机的转动，装一块压力表，表压会逐渐升高，表明升压也在逐渐升高，电动机的实际运行电流就会逐渐增大，直至超过额定电流，如果继续运转，电动机如果有保护就会跳闸，知果没有保护就会烧毁。二是罗茨风机的出口不接任何设备和管路，即出口敞开，表压会基本为零，而且永远也不会升高，电动机的实际运行电流也不会增大。这就充分证明，罗茨风机输送空气的升压是由出口系统阻力所决定的。
笔者考察了100多个厂为三风道和四风道生物质颗粒燃烧器配风的罗茨风机，选型基本上都不合理。不但风量基本上都过大，而且许多升压选择也过高。尤其是煤风的罗茨风机更为突出，大部分电动机的实际运行电流还不到额定电流的一半，造成大马拉小车的情况，浪费了大量电能。对于煤风罗茨风机的系统，一般都由计量设备、管路和燃烧器组成，这些设备都有阻力，将这些阻力相加就是系统阻力。按理这是应该计算的，但由于计算复杂，又需要时间，因此很多设计者都不计算，而是凭自己的认识来确定，并且认为越大越可靠。出自这种想法，有的将升压选为68.6kPa、78.4kPa，个别有选为88.2 kPa的。实际上，如果煤磨在窑头，煤风罗茨风机的升压选为49.O kPa就足够。煤磨在窑尾，因为管路较长，阻力增大，选为58.8 kPa也有富余。由表4可以看出，对于转速1 450 r／min的L42WD型同一台罗茨风机，因为转速相同，所以风量也基本相同。但是．由于升压不同，电动机的功率也就明显增大。当升压选为49 kPa时，电动机功率为22 kW;当升压选高为78.4 kPa时，电动机功率就需增大到37 kW。对净风罗茨风机，一般都安装在燃烧器附近，没有过长的管路，也没有计量设备，但有调节风量的阀门，会产生一定的阻力。另外，在燃烧器中的喷出速度较高，还有螺旋体产生旋流也使阻力增大。即使如此，系统的总阻力也不会大于煤风罗茨风机，升压一般选为29.4 kPa或者34.3 kPa就足够了，燃烧器自身阻力大的选后者。煤风和净风罗茨风机的升压，不论对于1 200 t/d、2 500 t/d、5 000 t/d甚至12 000 t/d熟料的水泥生产线，按上述数据来选择升压都是够用的，没有必要选择过大。
由上述分析可见，法国拉法基水泥公司不管什么情况，一律要求直流外风必须采用一台升压为70 kPa的单独罗茨风机供风是完全没有必要的，这己被实践所证明。北京三力水泥有限公司有一条①3.6 m×70 m的余热发电窑，原用某家的三风道生物质燃烧机，采用三台罗茨风机供风，效果很不好。于是决定改用TJB-KP-6型高效低NOx四风道生物质燃烧机的喷燃管，并去掉一台37 kW的罗茨风机，由三台罗茨风机改为两合供风，效果相当明显，详见表5和表6。由表6可以看出，改后的煤风罗茨风机风量仍偏大50%，净风罗茨风机的风量合适，但升压过高，电动机功率过大。两台罗茨风机如果按改后要求选购，按装机容量计算，每年将节电299 592 kW-h。当电价按0.5元/kW-h计，则每年将节省电费约15万元，重新购买两台罗茨风机也有富余。但该公司考虑重购风机霈要另外花钱，所以决定都利用原有。即使在这种情况下，仍然取得了相当可观的效果，详见表7。这无以辩驳地说明：第一，没有必要采用三台罗茨风机供风；第二，外风也没有必要选择70 kPa的升压。
表5三台罗茨风机及所配电动机的主要性能参数
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┃ ┃ 丰要参数 ┃ 煤风 ┃ 外风 ┃ 内风 ┃ 备 注 ┃
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┃ 罗 ┃ 型号 ┃MJL250b ┃MJL250e ┃MJL250b ┃ ┃
┃ 茨 ┃ 风量(m3／min) ┃ 40. 8 ┃ 56. 5 ┃ 46. 8 ┃ 总风量144.1 m3/min ┃
┃ 风 ┃ 丁I+压fkPal ┃ 29. 4 ┃ 49. 0 ┃ 29. 4 ┃ ┃
┃ 机 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ 总功率142 kW ┃
┃ ┃ 转速(r/min) ┃1450 ┃1450 ┃1450 ┃ ┃
┃ ┃ 功率(kW) ┃ 30 ┃ 75 ┃ 37 ┃ ┃
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┃ ┃ 型号 ┃Y220L- 4 ┃Y 280S-4 ┃Y225S- 4 ┃ ┃
┃ ┃ 额定转速(r/min) ┃1450 ┃1450 ┃1450 ┃ ┃
┃ 电 ┃ 功率(kW) ┃ 30 ┃ 75 ┃ 37 ┃ 总功率142 kW ┃
┃ 动 ┃ 额定电流(A) ┃ 56. 8 ┃ 139. 7 ┃ 70. 4 ┃ ┃
┃ 机 ┃ 运行电流(A) ┃ 55 ┃ 75 ┃ 40 ┃ ┃
┃ ┃ 运行电流颅定电流(%) ┃ 96. 8 ┃ 53. 7 ┃ 56. 8 ┃ ┃
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表6原用风机与应选用罗茨风机性能的比较
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┃ ┃ 煤 风 ┃ 净 风 ┃ ┃
┃ 罗茨风机参数 ┃ ┃ ┃ 备 注 ┃
┃ ┣━━━━━┳━━━━━╋━━━━┳━━━━━┫ ┃
┃ ┃ 原用 ┃ 应选 ┃ 原用 ┃ 应选 ┃ ┃
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┃ 型号 ┃MJL250b ┃L54WC ┃MJL250C ┃L62WC ┃ ┃
┃ 风量(m 3／111111) ┃40.8 ┃27.0 ┃56.5 ┃57.4 ┃ 应选罗茨风机足按 ┃
┃ 升压(kPa) ┃29.4 ┃29.4 ┃49.0 ┃29.4 ┃ 天津鼓风机总厂样 ┃
┃ 转速(r/min) ┃1450 ┃850 ┃1450 ┃1350 ┃ 本选型 ┃
┃ 电动功率(kW) ┃ 30 ┃ 22 ┃ 75 ┃ 45 ┃ ┃
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┃ 应选与原用风量比(%) ┃ 100 ┃ 66.9 ┃ 100 ┃ 99.8 ┃ 以原用为100 010 ┃
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表7改用TJB-KP-6型四风道生物质燃烧机前后各项指标
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┃ ┃ 产量 ┃ 质量 ┃ 热耗 ┃ 发电量 ┃ 火砖寿命 ┃ 运转率 ┃
┃ 项同 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃
┃ ┃ (t/h) ┃ (MPa) ┃ (kj/kg熟料) ┃ (kW-h/t熟料) ┃ （月） ┃ (%) ┃
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┃ 改用前 ┃ 18 ┃ 57．】 ┃ 1 750 ┃ 141 ┃ 6 ┃ 92.3 ┃
┃ 改用后 ┃ 22.5 ┃ 57.6 ┃ 1 530 ┃ 150 ┃ 14 ┃ 94.0 ┃
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┃ 变化(%) ┃ +25.00 ┃ +0.88 ┃ -12.57 ┃ +6.40 ┃ +13 3.33 ┃ +1.70 ┃
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