浅析无烟煤在新型干法水泥生产线上的应用

水泥 2010-02-02

文章简要介绍了无烟煤的燃烧、控制及其在新型干法水泥生产线上的实际应用。

　　我国生产水泥以燃煤为主。近年来，我国新建和改造了许多水泥新型干法窑，使水泥生产对煤的需求量大大增加。然而，尽管我国煤炭储量丰富，品种齐全，但在全国煤炭储量分布及品种分布上，却是不平衡的。许多地区的煤炭主要是无烟煤。为使这些地区能用当地产的无烟煤或者有效利用无烟煤替代部分烟煤生产水泥，来增加工厂经济效益，减轻交通运输的压力，且合理地利用燃料，对降低企业生产成本具有较大作用。

　　无烟煤与烟煤的主要区别在于无烟煤挥发份较低。由于挥发份较低，不易着火。
　　1 煤的燃烧燃烬特征
　　煤在生物化学阶段的形成条件不同，相同等级，但来源不同的煤，可能会有不同的特征，我国的原煤主要形成在石碳纪，相对二叠纪形成的原煤活性要好。我国南方产煤区地质结构复杂，其煤质也复杂。

　　煤粒子的燃烧可以被看成是两个连续的反应过程。

　　1.1 挥发份的排出和燃烧。煤粒子被加热，挥发份排出，挥发份排出的气体一般具有较低的着火温度，极易与周围的空气混合并达到着火温度迅速燃烧，挥发份的排出量取决于煤的种类和加热速度。一般来说，挥发份的排出和燃烧很快就可以完成，其数量级<0.1s。挥发份排出后的残余物质近似一种疏松的焦炭粒子。也就是说烟煤和无烟煤在挥发份排出后都近似一种疏松的焦炭粒子。

　　1.2 焦炭粒子的燃烧。
　　焦炭粒子的反应速率可受化学反应速率控制（化学控制）或受边界层速率控制（扩散控制），焦炭粒子的燃烬时间比较长。焦炭粒子的燃烬时间取决于下列因素：①粒子的孔隙率（取决于每个品种的优劣）；②焦炭粒子的粒径dp；③氧的分压O2%；④温度t。

　　各因素的影响程度取决于反应是化学控制的还是扩散控制的，化学反应的速率随温度的增加而增加，就焦炭粒子的燃烧温度来说，当温度上升大约70℃时化学反应速率将提高一倍。边界层中的扩散速率也随温度的增加而增加，但速度相对较慢，在高温范围内，燃烧时扩散控制的烟煤和无烟煤的燃烧反应速率之间的差异不

　　明显，在中等温度控制范围内燃烧时由化学控制的，两者之间则存在明显的差异。

　　回转窑燃烧器的高温燃烧是扩散控制的，分解炉的中等温度燃烧则是化学控制的。

　　基于以上原理我们分别探讨一下无烟煤在窑头燃烧器及窑尾分解炉的燃烧情况。

　　2 无烟煤在窑头燃烧器的使用
　　新型干法水泥生产线装备有现代化的燃烧器，现代化的燃烧器配备有适当的火焰调节装置，可以使无烟煤没有任何问题地在窑头进行燃烧。

　　燃烧器的作用不仅仅是输送和分布煤粉，更主要的是保持火焰的理想长度和合适的气体流场。火焰的长度对于新型干法窑来讲十分重要，火焰如果过短，煤的潜热只能在较小体积内释放出来，火焰的温度就会在局部变得很高，相反，如果火焰长度加长，温度就会下降。火焰的长度主要靠燃烧器的推动力进行控制。

　　燃烧器的推动力=一次空气（kg/s）×燃烧器尖端风速（m/s）
　　当燃烧器推动力加大时火焰长度缩短。

　　原煤的种类对火焰的长度并不十分重要，只要求单个煤粒子的燃烬时间小于其在火焰中的停留时间即可。

　　如果目标是让无烟煤与烟煤保持相同的火焰长度，那么就必须对煤粉的燃烬时间进行补偿。简单的做法就是将无烟煤磨得更细一些。

　　3 无烟煤在分解炉的使用
　　分解炉的作用是在固相悬浮于热气体的条件下完成碳酸盐的分解吸热反应。

　　在所提供的热量不能使生料完全分解的情况下，分解过程可按CO₂的分压达到某一平衡状态考虑。一般来说分解炉的平衡状态温度处于850～900℃范围。

　　与使用烟煤相比，由于无烟煤挥发份较低，因此需要一个相对较大的分解炉，以期获得相同的生料分解率和相同的煤粉燃烬程度，或者要求一个较高的操作温度，或者将无烟煤磨得更细一些。

　　当三次风温较低时，无烟煤挥发出来的气体往往不能产生足够的热量使温度升高。所以将煤粉直接喂入温度范围通常在1000～1200℃的上升烟道废气中可确保煤粉燃烧。

　　4 无烟煤的具体使用
　　在使用无烟煤时主要采取了以下成功做法：

　　4.1 合理制定无烟煤采购指标。分析认为无烟煤不易着火，因此采购无烟煤时应尽量提高无烟煤的热值，以弥补其挥发份不足的缺陷。
　　4.2 控制合理的煤粉细度。
　　4.3 合理调节窑头燃烧器，加大一次风推动力，控制火焰形状，保证无烟煤快速燃烬。
　　4.4 做好煤料对口工作，防止因原煤转换造成产品质量波动。
　　4.5 由于无烟煤易磨性往往差于烟煤，合理控制原煤水分，有利于磨机产量稳定。

［参考文献］
［1］水泥用无烟煤标准样［S］.

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