熟料煅燒燃料的選擇

　　水泥工業(yè)是消耗大量燃料的工業(yè)，目前在燒成階段我國主要使用煤做燃料，水泥廠選用煤的質(zhì)量一直是一個重要的環(huán)節(jié)，煤的好壞直接影響熟料的煅燒，影響水泥的質(zhì)量。
　　（一）、燃料煤的種類
　　固體燃料煤，可用無煙煤、煙煤和褐煤。回轉(zhuǎn)窯一般用煙煤，立窯采用無煙煤或焦煤末。
　　1、無煙煤：無煙煤是一種碳化程度最高，干燥無灰基揮發(fā)分含量小于10%的煤。其收到基低熱值一般為20900～29700kJ/kg（5000～7000kcal/kg）。
　　無煙煤結(jié)構(gòu)致密堅硬，含碳量高，著火溫度為600～700℃，燃燒火焰短，是立窯煅燒熟料的主要燃料。
　　2、煙煤：煙煤是一種碳化程度較高，干燥灰分基揮發(fā)分含量為15-40%的煤。其收到基低熱值一般為20900～31400kJ/kg（5000～7500kcal/kg）。
　　煙煤結(jié)構(gòu)致密，著火溫度為400～500℃，是回轉(zhuǎn)窯煅燒熟料的主要燃料。
　　3、褐煤：褐煤是一種碳化程度較淺的煤，有時可清楚地看出原來的木質(zhì)痕跡。其揮發(fā)分較高，可煤基揮發(fā)分可達40～60%，灰分20～40%，熱值為8374～1884kJ/kg。褐煤中自然水分含量較大，性質(zhì)不穩(wěn)定，易風化或粉碎。
　　(二)、煤的組成及分析
　　煤的分析方法通常有二種：元素分析和工業(yè)分析。
　　1、元素分析法
　　用化學分析方法，分析燃料的主要元素百分數(shù)，即碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）及灰分（A）和水分（M）等。這種分析方法可用于精確地進行燃燒計算。
　　①碳（C）：是燃料中最主要組分，在煤中的含量為55～99%，是固體燃料的主要熱能來源。
　　②氫（H）：是燃料中的一種可燃成分，對燃料的性質(zhì)的影響較大。在煤中有兩種存在形式：一種與碳、硫化合，稱可燃氫；另一種與氧化合，不能參加燃燒。
　　氫含量越多，燃料的揮發(fā)分越高，越容易著火燃燒，燃燒的火焰也越長。在固體煤料中一般不超過4～5%。
　?、垩酰∣）、氮（N）：不參與燃燒，不能放出熱量。固體燃料中含量約為1～3%。
　?、芰颍⊿）：有三種形態(tài)，有機硫化物、金屬硫化物、無機硫化物，前兩種可揮發(fā)并參與燃燒，放出熱量，稱為可燃硫或揮發(fā)硫。硫燃燒后放出熱量，且會形成SO2氣體，對人體有害。污染環(huán)境，腐蝕設(shè)備，影響產(chǎn)品質(zhì)量，是燃料中的有害成分。一般含量在2%以下。
　?、莼曳郑喝剂先紵笫Ｏ碌牟豢扇紵碾s質(zhì)稱為灰分。成分多為硅酸鹽等無機化合物，如S、F、A、C、M等。其中S及A占大多數(shù)。
　　灰分是燃料中的有害成分，灰分越多，燃料品質(zhì)越低。其影響如下：
　　灰分的存在，降低了燃料中可燃成分含量，同時燃燒過程中灰分升溫吸熱，消耗熱量，降低燃料的發(fā)熱量。
　　灰分過高時，熱值低，影響燃料的燃燒速度和燃燒溫度，使燃燒達不到工藝要求，影響熟料的產(chǎn)、質(zhì)量。
　　由于煤灰增加，在燒成溫度下物料液相量增多，粘性增大易結(jié)圈，影響窯系統(tǒng)的通風，增加排風機電耗。
　　煤灰增加，相應地增加煤粉用量，改變工廠的物料平衡，同時會影響煤磨產(chǎn)量，有時需要放寬煤粉細度，這樣容易產(chǎn)生不完全燃燒，出現(xiàn)惡性循環(huán)。
　　煤的灰分還影響熟料的化學成分，若煤的來源多，又未能均化，其灰分的波動必然導致熟料化學成分及質(zhì)量的波動。
　　一般對窯外分解窯，要求煤粉的灰分＜27%。
　?、匏郑∕）：燃料中的水分是指自然水分（不包括化合結(jié)晶水）。一般是機械地混入燃料的非結(jié)合水和吸附在毛細孔中的吸附水。
　　煤粉水分高，使燃燒速度減慢，且汽化時要吸收大量汽化熱，降低火焰溫度。但少量水分的存在能促進碳和氧的化合，并且在發(fā)火后能提高火焰的輻射能力，因此水分一般控制在＜2.0%，最好控制在0.5%～1.0%。
　　2、工業(yè)分析法
　　煤的工業(yè)分析能夠較好地反映煤在窯爐中的燃燒狀態(tài)，而且分析手續(xù)簡單，因而一般只做工業(yè)分析。
　　工業(yè)分析包括對水分（M）、揮發(fā)分（V）、固定炭（C）、灰分（A）的測定，四項總量為100%。在四項量以外還需測定硫分，作為單獨的百分數(shù)提出。對煤的灰分應該作全分析，包括SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO等化學成分以及煤的熱值(發(fā)熱量以每公斤煤能發(fā)出多少千焦的熱量表示，單位為kJ/kg)。
　　分析基準有：
　?、伲盏交?---指工廠實際使用的煤的組成。原稱“應用基”，在各組成的右下角以“ar”表示（原“y”）。
　?、冢諝飧稍锘?---指實驗室所用的空氣干燥煤樣的組成（將煤樣在20℃和相對溫度70%的空氣下連續(xù)干燥1h后質(zhì)量變化不超過0.1%，即可認為達到空氣干燥狀態(tài)，此時煤中的水分與大氣達到平衡），在各組成的右下角以“ad”表示（原f）。
　　空氣干燥狀態(tài)下留存在煤中的水分稱為空氣干燥基水分或內(nèi)在水分Mad，在空氣干燥過程中逸出的水分稱為外在水分Mar,f。收到基水分為總水分，即內(nèi)在水分與外在水分之和
　?、郏稍锘?---指絕對干燥的煤的組成。不受煤在開采、運輸和貯存過程中水分變動的影響，能比較穩(wěn)定地反映成批貯存煤的真實組成，在各組成的右下角以“d”表示（原g）。
　?、埽稍餆o灰基----指假想的無灰無水的煤組成。由于煤的灰分在開采、運輸或洗煤過程中會發(fā)生變化，所以，除去灰分和水分的煤組成，或排除外界條件的影響。在各組成的右下角以“daf”表示（原r） 。
　　(三)、回轉(zhuǎn)窯對燃煤的質(zhì)量要求
　　新型干法水泥生產(chǎn)采用了多風道燃燒器、篦式冷卻機等，提高了二次風溫度，對燃料要求相對較低，用低質(zhì)煤煅燒水泥熟料技術(shù)已成熟。
　　低質(zhì)煤就是指揮發(fā)分Vad＜20%，灰分Aad＞30%，熱值Qnet,ad＜20935kJ/kg的煤，顯然低揮發(fā)分煤、貧煤（半無煙煤）、無煙煤均屬此列。
　　1．熱值：對燃煤的熱值希望愈高愈好，這可以提高發(fā)熱能力的煅燒溫度。熱值較低的煤使煅燒熟料的單位熱耗增加，同時使窯的單位產(chǎn)量降低。一般要求煤的低位發(fā)熱量Qnet,ad ≥ 23000kJ/kg煤。
　　2、揮發(fā)分：煤在隔絕空氣的條件下加熱時，有機質(zhì)分解釋放出氣態(tài)和蒸氣狀物質(zhì)所占質(zhì)量百分率減去水分就是揮發(fā)分。它是碳元素同氫、氧元素組成的有機化合物。
　　煤粉在燃燒過程中，首先是揮發(fā)分從煤粒中析出并在一定的溫度下著火燃燒，隨著揮發(fā)分析出燃燒，在煤粒中形成許多孔隙，煤粒表面的空氣向內(nèi)擴散與煤粒中部的固定碳被點燃，反過來又進一步加快了揮發(fā)分的析出和燃燒。
　　3．灰分：見前介紹
　　4．水分：見前介紹
　　煤的揮發(fā)分和固定炭是可燃成分。揮發(fā)分低的煤，著火溫度高，窯內(nèi)會出現(xiàn)較長的黑火頭，高溫帶比較集中。一般要求煤的揮發(fā)分≤35%。當煤的揮發(fā)分不恰當時，應該采用配煤的方法，用高揮發(fā)分和低揮發(fā)分的煤搭配使用。
　　煤的著火溫度隨揮發(fā)分增加而降低，揮發(fā)份含量高的煤著火早，而且使煤的發(fā)熱過程持續(xù)較長的距離，因此火焰長。揮發(fā)分低的煤，絕大部分的熱能在很短的距離內(nèi)部能被釋放出來，這樣使火焰集中火焰短，有時會出現(xiàn)局部高溫現(xiàn)象。
　　揮發(fā)分對煤粉的燃盡也有直接影響，一般揮發(fā)分較高的煤形成的焦炭疏松多孔，它的化學反應也較強。
　　5．細度：回轉(zhuǎn)窯用煙煤作燃料時，須將塊煤磨成煤粉再行入窯。

      煤粉細度太粗，則燃燒不完全，增加燃料消耗；同時，煤粉太粗，則煤灰落在熟料表面，使熟料成分不均勻，因此會降低熟料的質(zhì)量；而且燃燒不完全的煤粉落入熟料時由于氧氣不足，不能繼續(xù)燃燒，形成還原焰，使熟料中Fe2O3還原成FeO，造成黃心料，黃皮料。因此，煤粉細度最好控制在88um，篩余小于15%。若煙煤揮發(fā)分≤15%，則煤粉細度應控制在6.0%以下。但煤粉磨得過細，既增加能耗，又容易引起煤粉自燃和爆炸。
　　對正常運轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)窯，在燃燒溫度和系統(tǒng)通風量基本穩(wěn)定的情況下，煤粉的燃燒速度與煤粉的細度、灰分、揮發(fā)分和水分含量有關(guān)。一般水泥廠水分控制在1.0%以下，這時揮發(fā)分含量越高，細度越細，煤粉就越容易燃燒。
　　當水泥廠選定某礦點的原煤作燒成用煤時，揮發(fā)分、灰分基本固定，只有改變煤粉細度才能滿足煅燒工藝要求。
　　為何要用無煙煤？
　　我國幅員遼闊，煤炭儲量及品種分布極不平衡。煙煤主要分布在我國北方地區(qū)，廣大南方地區(qū)埋藏著以低揮發(fā)分為主的無煙煤。
　　在傳統(tǒng)的水泥生產(chǎn)工藝中，回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線必須使用煙煤，這些煙煤主要來自北方的一些大煤礦，影響：
　　一是增加北方煙煤的消耗量；
　　二是增加了鐵路運力；
　　三是對煤炭未能做到物盡其用，使煤炭的利用率大大降低；
　　四是南方水泥廠大量使用北方產(chǎn)煙煤，由于運費消耗，煤價上揚，水泥生產(chǎn)成本大大提高，且由于交通運輸緊張，為保證水泥連續(xù)生產(chǎn)，水泥工廠必須建大的貯煤場來貯煤，既增加了水泥廠基建投資和占地面積，也使生產(chǎn)成本提高，影響工廠經(jīng)濟效益。若能就地取材，用當?shù)氐蛽]發(fā)份的無煙煤作燃料，既可減少基建投資降低生產(chǎn)成本，又可減輕運輸壓力，合理利用煤炭資源。
　　為何要用無煙煤？
　　經(jīng)測算，在福建地區(qū)，根據(jù)煤的來源不同，用無煙煤比外購煤每噸熟料可降低成本25～40元，如果按日產(chǎn)2000噸熟料計算，僅燃料一項每年就可增加凈利潤1500萬～2400多萬元。
　　現(xiàn)福建地區(qū)普遍采用揮發(fā)分在3-5%的無煙煤，也能正常生產(chǎn)。
　　立窯一般使用無煙煤，因立窯煅燒時，煤中的揮發(fā)分在預熱帶會逸出，并被廢氣帶走，故一般使用無煙煤更為有利。