浅谈劣质煤在新型干法水泥厂上的应用
水泥 2010-04-26
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一、前言
水泥厂熟料煅烧使用燃料主要有煤和油。我国原油比较紧张，水泥厂熟料煅烧使用燃料基本上全部是煤。水泥厂是用煤大户，早期，我国水泥回转窑熟料煅烧使用的燃料主要是高热值（≥5500kcal/kg）、高挥发份（≥25%）的优质烟煤。但我国煤炭储量的地区分布很不均匀，大量的优质煤炭集中在华北、西北及中南的部分地区，而工业较发达的南方及沿海地区储量相对有限，且大多为劣质煤。若能利用劣质煤（指无烟煤、贫煤及褐煤）代替优质烟煤煅烧水泥熟料，可大大降低水泥成本，提高水泥厂的经济效益。如今，水泥厂竟争越来越激烈，为了降低水泥成本，越来越多的水泥厂希望使用劣质煤煅烧水泥熟料。
二、劣质煤对水泥厂窑煅烧的影响
1、由于煤质差,造成相当部分煤粉未完全燃烧,未燃烧的煤粉进入五号筒及窑尾二次燃烧,形成还原气氛及局部高温,造成下料管及C4、C5锥部结皮堵塞。
2、劣质煤中的有害成分在C3、C4、C5筒易富集，形成结皮。
3、高灰分、低热值的煤，易引起烧成带温度低，飞沙料增多，熟料产、质量下降。
4、高灰分、低热值的煤，易产生灰分沉积及窑内液相量的过早出现，引起窑内结圈，结蛋，磨蚀耐火砖，影响窑内通风和窑的运行。
三、劣质煤煅烧的干法水泥厂优化设计
1、采用高细高产管磨制备煤粉
劣质煤不论是高灰份、低热值的烟煤还是低挥发分的贫煤、无烟煤，用于煅烧回转窑水泥熟料，首先要解决煤粉细度问题。煤粉细度对着火温度和燃烧时间影响很大，提高煤粉细度，也就是增加煤粉中固定炭的比表面积，可使其与空气接触面积增大，有利于提高煤粉燃烧速度。
目前，我国煅烧劣质煤的水泥厂大部分采用高细管磨粉磨原煤。该磨机采用先进的技术，增加了细磨、选粉、分离的能力，减少了仓内过粉磨现象。磨机设有两个研磨仓，一仓采用球形研磨体，主要承担破碎和粗磨功能，二仓采用特制的钢锻，主要承担细磨的作用，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，细粒进入二仓。在粉磨过程中，从窑头抽入热风，煤在磨内边烘干边粉磨，制备出满足煅烧要求的煤粉。
采用高细管磨粉磨原煤，煤粉细度可达到80µm筛余2-5%，通过控制进磨风温，出磨煤份水份小于1.5%。生产实践证明，该煤粉细度完全能满足劣质煤煅烧熟料的要求。
2、采用新型燃烧器
煤粉燃烧器与窑系统产量、质量、热耗、耐火砖使用寿命密切相关，是回转窑煅烧水泥熟料的关键设备之一。
烧劣质煤要求燃烧器一次风温尽量低，这样可增加入窑二次风的比例，燃烧器的推力要大，以提高煤粉与高温二次风的混合程度。
目前，烧劣质煤的强涡流型多通道燃烧，采用大速差原理，在燃烧器出口区域造成负压回流区，可使窑已着火的高温烟气及高温二次风卷吸到燃烧器喷口，与温度较低的一次风和煤粉混合；采用浓缩燃烧技术，提高煤粉浓度，减少温度较低的一次空气吸热量，充分利用具有较高温度的二次风，达到降低煤粉气流着火所需热量的目的。
这种燃烧器具有以下特点：对煤质适应性强，可燃烧劣质煤；一次风量少，一般用风量约占理论燃烧空气量的7-8%；煤粉与一、二次风混合充分，达到完全燃烧降低系统热耗；火焰形状调节灵活，能适应窑内熟料煅烧的需要；风翅及外风喷嘴更换方便，可适应煤质的大幅度变化。
3、采用高效篦式冷却机
采用劣质煤煅烧水泥熟料，回转窑和分解炉要求有较高温度的二、三次风温，以利于煤粉燃烧。
充气梁高效篦式冷却机具有以下优点：熟料冷却效果好，出篦式冷却机熟料温度小于60℃+环境温度；热回收效率高，达到74%；冷却风量小，冷却用风小于2.0Nm3/kg.cl。较普通篦式冷却机可大幅提高二、三次风温。
4、采用先进的予热分解系统
煤粉在分解炉内燃烧，除受煤粉自身特性影响外，还与分解炉内温度、氧气浓度、煤粉在分解炉内停留时间、煤粉与空气的混合程度等有关。
部分离线型分解炉，可使初期燃烧区有较高的氧浓度和燃烧温度，煤的燃烧效率高，较大的分解炉炉容，可降低炉内燃烧热力强度，延长煤粉的停留时间，提高整体燃烧效率。
HC-R系列予分解系统，就是采用带予燃室的半离线型分解炉。它有以下特点：
1）燃料从予燃室顶部通过喷煤管进入，煤粉分散好，从喷煤管鼓入的新鲜空气作为分解炉的助燃空气，可提高炉内氧气浓度，降低CO、CO2浓度，有利于劣质煤的燃烧。
2）分解炉炉容大，炉内截面风速低，煤粉在炉内停留时间长，以保证煤粉在分解炉内燃尽度和生料的分解率。
3）分解炉混合室中部设置缩口，炉内生料形成二次喷腾，从而加速生料与气流的搅拌过程，在较低的过剩空气下，能使燃料完全燃烧。
4）为了预防煤粉在分解炉内燃烧不完全，加长分解炉至五号筒之间的风管，提高煤粉的燃尽率。
5、适当提高窑尾主排风机的风量
燃烧高灰分、低热值的煤，比燃烧优质煤理论所需空气量大。窑尾主排风机排风量需相应增大。
四、劣质煤煅烧的干法水泥厂应用实例
我院设计的湖南长沙印山台水泥有限公司两条2500t/d水泥熟料生产线,采用劣质煤煅烧技术，分别于2005年7月30号和2007年8月10号点火投料，都是实现当月达产，日平均熟料产量稳定在2750-2950吨。
07年1-6月份一号线煤的工业分析（平均值）见表1：
表1 煤的工业分析(%)
|
Aad |
Vad |
f-Cad |
Qnet.ad(kcal/kg) |
|
35.38 |
20.14 |
44.48 |
4872 |
该生产线设计时，考虑到使用劣质煤煅烧水泥熟料，采用了高细煤磨、高效冷却机、带予燃炉的予热分解系统。
部分主机设备见表2 。
表2 部分主机设备
|
编号 |
设备名称 规格型号 技术性能 |
台数 |
备注 |
|
1 |
回转窑：φ4×60m ，i=3.5% |
台 |
1 |
|
主传动转数：0.41∽4.07r/min |
|
| |
|
1M1 |
主电动机：ZSN4-355-092，1P44 |
台 |
1 |
|
2 |
篦冷机 |
台 |
1 |
|
产量：2800~3000t/d； |
|
| |
|
入料温度：1370℃；出料温度：65+环境温度； |
|
| |
|
3 |
MFB3090风扫煤磨：φ3.0×(6.5+2.5m) |
台 |
1 |
|
产量：qm=18～20t/h；最大进料粒度：＜25mm； |
|
| |
|
3M |
主电动机：YRKK560-8，P=630KW， v=10000V，n=742rpm |
台 |
1 |
|
4 |
煤磨动态选粉机 |
台 |
1 |
|
处理风量：48000～55000m3/h；产量：21～30吨 |
|
| |
|
4M |
立轴电机：Y200L-4；功率：P=30kW |
台 |
1 |
|
5 |
高温风机：W6-2×29№33.5F，qv=520000m3/h，P=9100Pa |
台 |
1 |
|
气体温度:200~250℃，短时最高450 ℃ |
|
| |
|
5M |
主电机YKK710-6，10kV，IP44，1800kW |
台 |
1 |
烧成系统主要操作参数见表3
表3 烧成系统主要操作参数
|
名称 |
主要参数 |
名称 |
主要参数 |
|
熟料产量（t/h） |
115~123 |
三次风阀开度(%) |
70~80 |
|
回转窑转数(r/min) |
3.8~3.9 |
予燃室出口温度(℃) |
870~890 |
|
窑头煤(t/h) |
5.0~6.0 |
分解炉出口温度(℃) |
850~870 |
|
窑尾煤(t/h) |
8~10 |
C5出口温度(℃) |
840~860 |
|
窑尾烟室温度(℃) |
950~1025 |
C1出口温度(℃) |
330~350 |
|
窑尾烟室压力(℃) |
-80~-120 |
C1出口压力(Pa) |
-5000~-5800 |
|
三次风温度(℃) |
900~960 |
f-CaO(%) |
0.3~1.0 |
五、结论
采用劣质煤煅烧水泥熟料，设计中，要充分考虑到劣质煤的燃烧特性，选用合适的煤磨、篦冷机、予热分解系统、风机等相关设备，通过加强管理和优化操作，采用劣质煤，可以煅烧出优质、高产的水泥熟料。劣质煤煅烧水泥熟料,可充分利用当地的燃料资源，降低水泥厂生产成本，具有广阔的应用前景。
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