水泥回转窑无烟煤煅烧技术的研究开发与应用
水泥 2007-05-30
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合肥水泥研究设计院于1996年开始对水泥回转窑无烟煤煅烧技术进行研究开发，1997年与福建省大田县水泥厂合作，在该厂日产600t熟料5级旋风预热器窑生产线上进行了工业性试验研究，经过2年多的努力取得了圆满成功。
1 研究内容
我国常规回转窑烧成系统中所用的燃料一般是烟煤，挥发分含量20%～35%，由于挥发分含量较高，煤粉在较低的温度时开始燃烧，待挥发分基本燃烧完后固定碳开始燃烧。在回转窑中烟煤燃烧形成了较长的火焰。无烟煤(挥发分较低小于10%)燃点较高，反应活性差，在回转窑内燃烧的特点是煤粉从燃烧器喷嘴喷出一段时间后才开始燃烧，燃烧过程较短，热力强度非常集中，火焰形状短而粗。
研究表明，在回转窑内，燃烧是由颗粒边界层的扩散速度控制的。因而燃尽时间与粒径的平方呈正比。当反应温度上升时，反应速率将呈指数关系增加。从上述分析可以看出，若想在为烟煤设计的回转窑燃烧系统中使用无烟煤，必须使碳粒燃尽的速率小于燃烧粒子在热流场中运动的速率，才可能获得稳定的燃烧火焰。因此，需解决以下问题:
1)为了尽快点燃无烟煤和缩短燃烧时间，应降低煤粉细度。
2)采取相应措施，提高窑头燃烧空气温度。
3)采取措施，形成稳定的火焰。
1.1 降低煤粉细度
对于国产600t/d五级旋风预热器窑生产线煤粉制备设备，一般采用Φ2.2m×4.7m风扫式煤磨，产量6～7t/h，煤粉细度8%～12%(0.08mm孔筛余)。根据国外的研究成果，无烟煤煤粉细度不能超过挥发分含量的0.5～0.6倍，若采用常规方式制备无烟煤，产量将大幅下降，电耗将大幅上升。为此我院根据该厂拟使用的无烟煤挥发分很低(挥发分含量3.67%)和易磨性差等情况，专门研制开发了无烟煤细磨机，磨机规格为Φ2.2m×5.8m。该磨机增加了细磨、选粉、分离的能力，减少了仓内过粉磨现象。磨机设有2个研磨仓，一仓采用球形研磨体，主要是承担破碎和粗磨功能；二仓采用特制的钢段，主要承担细磨作用，在一仓和二仓之间采用新型筛分隔仓板，原煤进入一仓粉磨，通过筛分隔仓板时，粗颗粒返回一仓、细颗粒进入二仓。在粉磨过程中从磨头通入热风，煤在磨内边烘干边粉磨。
1.2 提高窑头燃烧空气温度
1)对冷却机进行改进。窑头空气温度的高低主要取决于冷却机冷却效率。与日产600t熟料新型干法窑配套的大多数是单筒冷却机，该冷却机具有投资省、运行可靠、故障率低、冷却熟料的气体全部入窑无需余风收尘等优点，缺点是受到冷却效率影响，入窑空气温度(二次风温)较低，不能满足无烟煤燃烧的需要，因此，必须对其改进。采用新型弧形扬料板，减少冷却气流“短路”现象，提高熟料与空气的换热面积；对筒内各区域长度进行优化；改进耐火砖区和高温扬料区的材质和布置，提高高温段熟料冷却效果；对冷却机实施变频无级调速，根据系统工况调节转速，从而达到调整入窑二次风温的目的。
2)采用新型燃烧器将一次风量可降到7%，减少了入窑冷空气量。
1.3 调整火焰形状
无烟煤燃烧的特点是火焰较短，热力集中。我们选择四通道燃烧器，煤风、旋流风和轴流风的风速依次控制为17～20m/s、170m/s和200m/s左右，中心风、旋流风、轴流风的风压分别控制在8.5～19kPa。由于内外通道风速、压力相差较大，使得火焰对高温二次风的卷吸能力增强，碳粒燃烧完全，煤粉离开燃烧器喷嘴后迅速燃烧，形成的火焰热流场稳定。此外燃烧器外套管超出燃烧器喷嘴，可在其火焰根部产生热气流的再循环，避免空气过分扩散，使火焰形状更佳。
2 应用情况
1998年，该项目进行了无烟煤各项性能试验，对有关工艺和设备进行了改进，1999年1月，进行点火调试工作，并于当月实现3d达标。烧成系统主机设备规格见表1，无烟煤工业分析见表2。
|
序号 |
设备名称 |
规格 |
|
1 |
回转窑 |
Φ3.2m×52m |
|
2 |
预热器 |
五级 |
|
3 |
增湿塔 |
Φ5m×26m |
|
4 |
单筒冷却机 |
Φ3.2m×36m |
|
5 |
燃烧器 |
四通道(ROTAFLAM) |
|
6 |
煤磨 |
Φ2.2m×5.8m 功率280kW |
|
7 |
电除尘器 |
CDPK55/3 |
|
8 |
高温风机 |
W6－39－3No20.5 |
|
Mad |
Aad |
Vad |
FCad |
Qnet.ar/(kJ/kg) |
|
0.67 |
20.89 |
3.67 |
74.73 |
26052 |
根据该厂的原料情况，通过原料易磨性试验确定生料配料率值为:
KH=0.90±0.02 n=2.4±0.1 P=1.4±0.1
2.1 煤粉细度控制稳定
为进一步降低成本，拟采用离厂区2公里处的无烟煤，该煤挥发分含量仅有3.6%，易磨性差，根据要求煤粉细度应控制R903%～5%以内。实际煤粉细度稳定控制在R902%～3.5%，磨机产量6～6.5t/h，出磨煤粉水分在1%～1.5%。
2.2 入窑空气温度得到较大提高
在正常情况下，二次风温达到850℃以上，遇到不正常窑情，可通过调节冷却机转速调节入窑风温。
2.3 燃烧器运行可靠
在投产初期，由于未能掌握ROTAFLAM燃烧器规律以及喷嘴火点位置不理想，经常造成“刷砖”掉窑皮，影响了窑运转率，缩短了耐火砖使用寿命。经燃烧器制造商和院厂技术人员几个月反复调试摸索，总结出一套控制参数，保证了燃烧器正常使用。烧成带窑皮致密、均匀、强度高。
2.4 窑系统各项指标达到设计要求
在试生产期间，当月即实现72h达标，从2000年1月至2001年4月，系统运行一直良好，各项指标见表3。
|
时间 |
产量 |
熟料标号 |
熟料热耗 |
fCaO |
|
72h(达标考核) |
621 |
57.9 |
3786 |
1.69 |
|
2000－01～2001－04(实际生产) |
606 |
64.3 |
3743 |
<1.50 |
3 结论
通过技术改造，在SP窑上用无烟煤代替烟煤煅烧熟料是可行的，根据大田厂实际运行情况，窑头温度控制在800℃以上，可满足正常煅烧要求。
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