熟料煅烧燃料的选择

水泥 2013-06-08

水泥工业是消耗大量燃料的工业，目前在烧成阶段我国主要使用煤做燃料，水泥厂选用煤的质量一直是一个重要的环节，煤的好坏直接影响熟料的煅烧，影响水泥的质量。

　　水泥工业是消耗大量燃料的工业，目前在烧成阶段我国主要使用煤做燃料，水泥厂选用煤的质量一直是一个重要的环节，煤的好坏直接影响熟料的煅烧，影响水泥的质量。
　　（一）、燃料煤的种类
　　固体燃料煤，可用无烟煤、烟煤和褐煤。回转窑一般用烟煤，立窑采用无烟煤或焦煤末。
　　1、无烟煤：无烟煤是一种碳化程度最高，干燥无灰基挥发分含量小于10%的煤。其收到基低热值一般为20900～29700kJ/kg（5000～7000kcal/kg）。
　　无烟煤结构致密坚硬，含碳量高，着火温度为600～700℃，燃烧火焰短，是立窑煅烧熟料的主要燃料。
　　2、烟煤：烟煤是一种碳化程度较高，干燥灰分基挥发分含量为15-40%的煤。其收到基低热值一般为20900～31400kJ/kg（5000～7500kcal/kg）。
　　烟煤结构致密，着火温度为400～500℃，是回转窑煅烧熟料的主要燃料。
　　3、褐煤：褐煤是一种碳化程度较浅的煤，有时可清楚地看出原来的木质痕迹。其挥发分较高，可煤基挥发分可达40～60%，灰分20～40%，热值为8374～1884kJ/kg。褐煤中自然水分含量较大，性质不稳定，易风化或粉碎。
　　(二)、煤的组成及分析
　　煤的分析方法通常有二种：元素分析和工业分析。
　　1、元素分析法
　　用化学分析方法，分析燃料的主要元素百分数，即碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）及灰分（A）和水分（M）等。这种分析方法可用于精确地进行燃烧计算。
　　①碳（C）：是燃料中最主要组分，在煤中的含量为55～99%，是固体燃料的主要热能来源。
　　②氢（H）：是燃料中的一种可燃成分，对燃料的性质的影响较大。在煤中有两种存在形式：一种与碳、硫化合，称可燃氢；另一种与氧化合，不能参加燃烧。
　　氢含量越多，燃料的挥发分越高，越容易着火燃烧，燃烧的火焰也越长。在固体煤料中一般不超过4～5%。
　　③氧（O）、氮（N）：不参与燃烧，不能放出热量。固体燃料中含量约为1～3%。
　　④硫（S）：有三种形态，有机硫化物、金属硫化物、无机硫化物，前两种可挥发并参与燃烧，放出热量，称为可燃硫或挥发硫。硫燃烧后放出热量，且会形成SO2气体，对人体有害。污染环境，腐蚀设备，影响产品质量，是燃料中的有害成分。一般含量在2%以下。
　　⑤灰分：燃料燃烧后剩下的不可燃烧的杂质称为灰分。成分多为硅酸盐等无机化合物，如S、F、A、C、M等。其中S及A占大多数。
　　灰分是燃料中的有害成分，灰分越多，燃料品质越低。其影响如下：
　　灰分的存在，降低了燃料中可燃成分含量，同时燃烧过程中灰分升温吸热，消耗热量，降低燃料的发热量。
　　灰分过高时，热值低，影响燃料的燃烧速度和燃烧温度，使燃烧达不到工艺要求，影响熟料的产、质量。
　　由于煤灰增加，在烧成温度下物料液相量增多，粘性增大易结圈，影响窑系统的通风，增加排风机电耗。
　　煤灰增加，相应地增加煤粉用量，改变工厂的物料平衡，同时会影响煤磨产量，有时需要放宽煤粉细度，这样容易产生不完全燃烧，出现恶性循环。
　　煤的灰分还影响熟料的化学成分，若煤的来源多，又未能均化，其灰分的波动必然导致熟料化学成分及质量的波动。
　　一般对窑外分解窑，要求煤粉的灰分＜27%。
　　⑥水分（M）：燃料中的水分是指自然水分（不包括化合结晶水）。一般是机械地混入燃料的非结合水和吸附在毛细孔中的吸附水。
　　煤粉水分高，使燃烧速度减慢，且汽化时要吸收大量汽化热，降低火焰温度。但少量水分的存在能促进碳和氧的化合，并且在发火后能提高火焰的辐射能力，因此水分一般控制在＜2.0%，最好控制在0.5%～1.0%。
　　2、工业分析法
　　煤的工业分析能够较好地反映煤在窑炉中的燃烧状态，而且分析手续简单，因而一般只做工业分析。
　　工业分析包括对水分（M）、挥发分（V）、固定炭（C）、灰分（A）的测定，四项总量为100%。在四项量以外还需测定硫分，作为单独的百分数提出。对煤的灰分应该作全分析，包括SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO等化学成分以及煤的热值(发热量以每公斤煤能发出多少千焦的热量表示，单位为kJ/kg)。
　　分析基准有：
　　①．收到基----指工厂实际使用的煤的组成。原称“应用基”，在各组成的右下角以“ar”表示（原“y”）。
　　②．空气干燥基----指实验室所用的空气干燥煤样的组成（将煤样在20℃和相对温度70%的空气下连续干燥1h后质量变化不超过0.1%，即可认为达到空气干燥状态，此时煤中的水分与大气达到平衡），在各组成的右下角以“ad”表示（原f）。
　　空气干燥状态下留存在煤中的水分称为空气干燥基水分或内在水分Mad，在空气干燥过程中逸出的水分称为外在水分Mar,f。收到基水分为总水分，即内在水分与外在水分之和
　　③．干燥基----指绝对干燥的煤的组成。不受煤在开采、运输和贮存过程中水分变动的影响，能比较稳定地反映成批贮存煤的真实组成，在各组成的右下角以“d”表示（原g）。
　　④．干燥无灰基----指假想的无灰无水的煤组成。由于煤的灰分在开采、运输或洗煤过程中会发生变化，所以，除去灰分和水分的煤组成，或排除外界条件的影响。在各组成的右下角以“daf”表示（原r）。
　　(三)、回转窑对燃煤的质量要求
　　新型干法水泥生产采用了多风道燃烧器、篦式冷却机等，提高了二次风温度，对燃料要求相对较低，用低质煤煅烧水泥熟料技术已成熟。
　　低质煤就是指挥发分Vad＜20%，灰分Aad＞30%，热值Qnet,ad＜20935kJ/kg的煤，显然低挥发分煤、贫煤（半无烟煤）、无烟煤均属此列。
　　1．热值：对燃煤的热值希望愈高愈好，这可以提高发热能力的煅烧温度。热值较低的煤使煅烧熟料的单位热耗增加，同时使窑的单位产量降低。一般要求煤的低位发热量Qnet,ad ≥ 23000kJ/kg煤。
　　2、挥发分：煤在隔绝空气的条件下加热时，有机质分解释放出气态和蒸气状物质所占质量百分率减去水分就是挥发分。它是碳元素同氢、氧元素组成的有机化合物。
　　煤粉在燃烧过程中，首先是挥发分从煤粒中析出并在一定的温度下着火燃烧，随着挥发分析出燃烧，在煤粒中形成许多孔隙，煤粒表面的空气向内扩散与煤粒中部的固定碳被点燃，反过来又进一步加快了挥发分的析出和燃烧。
　　3．灰分：见前介绍
　　4．水分：见前介绍
　　煤的挥发分和固定炭是可燃成分。挥发分低的煤，着火温度高，窑内会出现较长的黑火头，高温带比较集中。一般要求煤的挥发分≤35%。当煤的挥发分不恰当时，应该采用配煤的方法，用高挥发分和低挥发分的煤搭配使用。
　　煤的着火温度随挥发分增加而降低，挥发份含量高的煤着火早，而且使煤的发热过程持续较长的距离，因此火焰长。挥发分低的煤，绝大部分的热能在很短的距离内部能被释放出来，这样使火焰集中火焰短，有时会出现局部高温现象。
　　挥发分对煤粉的燃尽也有直接影响，一般挥发分较高的煤形成的焦炭疏松多孔，它的化学反应也较强。
　　5．细度：回转窑用烟煤作燃料时，须将块煤磨成煤粉再行入窑。

煤粉细度太粗，则燃烧不完全，增加燃料消耗；同时，煤粉太粗，则煤灰落在熟料表面，使熟料成分不均匀，因此会降低熟料的质量；而且燃烧不完全的煤粉落入熟料时由于氧气不足，不能继续燃烧，形成还原焰，使熟料中Fe2O3还原成FeO，造成黄心料，黄皮料。因此，煤粉细度最好控制在88um，筛余小于15%。若烟煤挥发分≤15%，则煤粉细度应控制在6.0%以下。但煤粉磨得过细，既增加能耗，又容易引起煤粉自燃和爆炸。
　　对正常运转的回转窑，在燃烧温度和系统通风量基本稳定的情况下，煤粉的燃烧速度与煤粉的细度、灰分、挥发分和水分含量有关。一般水泥厂水分控制在1.0%以下，这时挥发分含量越高，细度越细，煤粉就越容易燃烧。
　　当水泥厂选定某矿点的原煤作烧成用煤时，挥发分、灰分基本固定，只有改变煤粉细度才能满足煅烧工艺要求。
　　为何要用无烟煤？
　　我国幅员辽阔，煤炭储量及品种分布极不平衡。烟煤主要分布在我国北方地区，广大南方地区埋藏着以低挥发分为主的无烟煤。
　　在传统的水泥生产工艺中，回转窑生产线必须使用烟煤，这些烟煤主要来自北方的一些大煤矿，影响：
　　一是增加北方烟煤的消耗量；
　　二是增加了铁路运力；
　　三是对煤炭未能做到物尽其用，使煤炭的利用率大大降低；
　　四是南方水泥厂大量使用北方产烟煤，由于运费消耗，煤价上扬，水泥生产成本大大提高，且由于交通运输紧张，为保证水泥连续生产，水泥工厂必须建大的贮煤场来贮煤，既增加了水泥厂基建投资和占地面积，也使生产成本提高，影响工厂经济效益。若能就地取材，用当地低挥发份的无烟煤作燃料，既可减少基建投资降低生产成本，又可减轻运输压力，合理利用煤炭资源。
　　为何要用无烟煤？
　　经测算，在福建地区，根据煤的来源不同，用无烟煤比外购煤每吨熟料可降低成本25～40元，如果按日产2000吨熟料计算，仅燃料一项每年就可增加净利润1500万～2400多万元。
　　现福建地区普遍采用挥发分在3-5%的无烟煤，也能正常生产。
　　立窑一般使用无烟煤，因立窑煅烧时，煤中的挥发分在预热带会逸出，并被废气带走，故一般使用无烟煤更为有利。