煤質(zhì)分析對新型干法水泥生產(chǎn)的影響

　　一、煤的發(fā)熱量及燃燒特性

　　新型干法窯結(jié)皮堵塞現(xiàn)象影響了不少水泥廠的運(yùn)轉(zhuǎn)率，一個(gè)重要原因是煤炭燃燒特性與分解爐不匹配。 
                     
　　在分解爐內(nèi)，煤粉燃燒速率一般都低于碳酸鹽分解速率，煤粉燃燒發(fā)熱速率決定了碳酸鹽速率；另外，煤炭燃燒速度決定了煤粉燃燒完全（燃燼）需要的時(shí)間，如果煤粉不能在分解爐中燃燼，帶到預(yù)熱器管道中繼續(xù)燃燒發(fā)熱造成局部高溫，生料熔融后粘附在管道上就產(chǎn)生結(jié)皮堵塞。陳全德等人的研究表明，我國分解爐結(jié)皮堵塞的一個(gè)重要原因是分解爐內(nèi)煤粉燃燒不完全，這在燃燒速度慢的煤中更明顯。所以老新型干法的改造主要內(nèi)容是擴(kuò)大分解爐容積、提高煤粉在分解爐內(nèi)的停留時(shí)間。但在分解爐已經(jīng)建成的條件下，煤粉在分解爐內(nèi)的停留時(shí)間已經(jīng)確定，這時(shí)選擇和制備燃燒特性合適的煤粉就顯得非常重要了。

　　煤炭燃燒特性就是煤炭的燃燒速度，常用著火指數(shù)和燃燼指數(shù)衡量，著火快、燃燼率高的煤炭能在分解爐中及時(shí)燃燒完全，避免未燃燼的煤粉在預(yù)熱器系統(tǒng)中繼續(xù)燃燒造成結(jié)皮堵塞；燃燒特性合理的煤粉，還有利于在窯頭產(chǎn)生合理的火焰溫度和形狀，避免熟料燒成不良或結(jié)圈發(fā)生。

　　水泥廠普遍根據(jù)煤炭揮發(fā)分（Vad）判斷煤炭燃燒特性，但水泥廠常常發(fā)現(xiàn)，揮發(fā)分相同的煤炭實(shí)際燃燒特性差別很大；同一煤炭，不同細(xì)度，其燃燒特性差別也很大。根據(jù)燃燒學(xué)理論，揮發(fā)分只是影響燃燒特性的眾多因素中的一個(gè)，單控制揮發(fā)分是不能保證燃燒特性穩(wěn)定的，而只有保證煤粉燃燒特性的穩(wěn)定，才能保證煤粉在新型干法回轉(zhuǎn)窯中燃燒的穩(wěn)定。實(shí)踐證明，當(dāng)煤炭發(fā)熱量低、揮發(fā)分低、灰分高、水分大、煤粉粗時(shí)都會(huì)造成煤粉燃燒速度慢，熱力不集中，火焰拉長，熟料燒成不佳，因此燃燒速度特性的科學(xué)評價(jià)是非常有實(shí)踐意義的。

　　我們花了4年研制的CT7000型多功能熱量儀的最大特點(diǎn)是除測定煤炭發(fā)熱量之外，還能測定煤炭燃燒特性，專門根據(jù)新型干法水泥廠的要求和環(huán)境研制，更科學(xué)地反映煤炭燃燒特點(diǎn)，幫您及時(shí)對入窯煤粉的燃燒特性進(jìn)行測定。

　　另外，煤炭均以發(fā)熱量計(jì)價(jià)，但水泥行業(yè)普遍習(xí)慣用工業(yè)分析結(jié)果計(jì)算發(fā)熱量，該方法是80年代國家煤炭科學(xué)研究總院北京煤炭化學(xué)研究所針對不具備熱量儀條件的小廠礦企業(yè)研究的經(jīng)驗(yàn)公式，與國家標(biāo)準(zhǔn)要求的氧彈法測定的發(fā)熱量有誤差，高的可達(dá)500×4.18KJ/Kg，在熱量儀普及的今天已經(jīng)落后。而CT7000型多功能熱量儀的熱量測定功能解決了這一問題。

　　在自動(dòng)化方面，CT7000型多功能熱量儀吸收了國內(nèi)外最先進(jìn)煤炭熱量儀的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了不調(diào)水溫、不稱水重，并融合最新的電子技術(shù)，自動(dòng)化程度達(dá)到國際先進(jìn)水平。儀器具有操作方便、容錯(cuò)性強(qiáng)、故障率低的特點(diǎn)，并備有聯(lián)網(wǎng)接口，方便了水泥廠選擇最適合的煤炭。

　　二、硫在新型干法水泥生產(chǎn)中的作用

　　煤中硫含量的波動(dòng)對新型干法水泥生產(chǎn)影響很大。作為原料，煤灰是熟料的一部分，煤中硫直接影響生料易燒性和熟料強(qiáng)度。 
                     
　　一方面，適量硫的存在有助于改善生料易燒性、改善熟料強(qiáng)度。北京地區(qū)的新型干法水泥廠普遍經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，熟料中SO3含量在1％左右最佳；但山東、江西等地的新型干法水泥廠技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)熟料中SO3含量升高熟料后期強(qiáng)度下降，看似與北京地區(qū)經(jīng)驗(yàn)矛盾，實(shí)質(zhì)是由于SO3含量升高后導(dǎo)致實(shí)際飽和比降低造成的，如果保持有效飽和比不變，生料易燒性和熟料強(qiáng)度都會(huì)得到改善。當(dāng)然，在無旁路放風(fēng)的情況下，鉀、鈉、氯、硫不斷揮發(fā)、冷凝，如果硫和堿反應(yīng)平衡后還有過剩硫存在，過剩硫在窯中循環(huán)也會(huì)引起結(jié)皮，且結(jié)皮主要成分為硫酸鈣和硫硅酸鈣（2C2S•CaSO4）形成的致密層，很難清除；如果硫堿比太低也會(huì)形成以碳酸堿為主的堅(jiān)硬窯皮。所以，控制生料中SO3是十分重要的。

　　參考國外經(jīng)驗(yàn)，對揮發(fā)性組分的控制范圍為：
                      生料中：K2O+Na2O<1%; Cl-<0.015%
                  硫堿比（摩爾比）Q＝SO3/(K2O+0.5Na2O)=0.6-0.8 
                     
　　生料中的SO3主要由煤炭帶入，所以測定煤炭中硫含量是必要的。煤中硫測定的標(biāo)準(zhǔn)方法主要有化學(xué)分析法和庫侖法。化學(xué)分析法已經(jīng)在水泥廠廣泛應(yīng)用，但速度慢、操作復(fù)雜；庫侖法也是硫含量測定的標(biāo)準(zhǔn)方法，操作省力、速度快，精度與化學(xué)法相同，已經(jīng)在煤炭行業(yè)廣泛應(yīng)用。

                     
　　我們研制成功的CTS3000型快速測硫儀，在吸收煤炭行業(yè)成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用庫侖法原理，具有測定速度快的特點(diǎn)，還針對新型干法水泥廠的測定水泥SO3的要求，研究了煤炭硫和水泥硫的測定，并將測定條件固化到程序中，十分適合水泥廠使用。

　　三、煤中水分的研究
　　煤中水分對煤粉燃燒和煤炭發(fā)熱量計(jì)價(jià)有嚴(yán)重影響。 
                     
　　含水分高的煤粉不但難于粉磨，在輸送、儲存過程中容易引起堵塞，影響煤粉的均勻喂料，最終導(dǎo)致窯溫的波動(dòng)；含水分高的煤粉吹入水泥窯時(shí)，水分首先蒸發(fā)，煤粉顆粒被冷卻，導(dǎo)致煤粉滯后起燃，火焰拉長。所以煤粉制備過程中要把煤粉水分控制在1％以下。

　　對于入廠煤，煤炭以發(fā)熱量計(jì)價(jià)，水分高低直接影響發(fā)熱量值高低，如果不能及時(shí)、準(zhǔn)確檢測煤炭的全水分和空氣干燥基水分，就會(huì)給煤炭計(jì)價(jià)工作帶來混亂。

　　水泥廠普遍習(xí)慣用烘箱進(jìn)行水分測定，但這種傳統(tǒng)方法耗時(shí)太長，很難適應(yīng)現(xiàn)代煤質(zhì)分析控制的速度。而微波水分儀就是傳統(tǒng)水分測定的替代方法。

　　 CTD100型微波水分快速測定儀是吸收煤炭行業(yè)普遍使用的微波水分法，根據(jù)煤種的不同，水分測定只需10－20分鐘；還采用微波、光波組合的加熱方式，樣品受熱更均勻，結(jié)果十分穩(wěn)定；根據(jù)不同煤炭干燥特點(diǎn)設(shè)計(jì)了不同程序，解決了無煙煤炸瓶難題，適合于新型干法水泥廠出磨煤粉水分的控制和入廠煤炭水分檢驗(yàn)。

　　四、煤炭灰分揮發(fā)分對新型干法生產(chǎn)的影響 
                     
　　水泥廠習(xí)慣用灰分、揮發(fā)分來評價(jià)煤炭燃燒特性，實(shí)踐證明，當(dāng)煤炭發(fā)熱量低、揮發(fā)分低、灰分高、水分大、煤粉粗時(shí)都會(huì)造成煤粉燃燒速度慢，熱力不集中，火焰拉長；新型干法水泥廠還根據(jù)這煤炭灰分進(jìn)行配方計(jì)算，還有不少水泥廠根據(jù)工業(yè)分析結(jié)果進(jìn)行發(fā)熱量的計(jì)算。

　　水泥廠常用馬弗爐、高溫爐進(jìn)行煤炭揮發(fā)份、灰份測定，化學(xué)分析熔樣，SiO2、SO3灼燒，燒失量測定，由于高溫爐采用硅炭棒加熱，在高溫下硅炭棒中的炭會(huì)造成局部還原氣氛，這會(huì)影響測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此必須使用馬弗爐測定煤炭灰分揮發(fā)分。

　　煤炭揮發(fā)分測定過程實(shí)際上就是煤炭熱解過程，由于煤炭在不同溫度下熱解產(chǎn)率是不同的，所以煤炭揮發(fā)份測定對升溫制度要求嚴(yán)格，稍一疏忽，結(jié)果就不準(zhǔn)或要作廢。所以水泥廠普遍使用的老式馬福爐溫控器已經(jīng)不能滿足水泥廠煤炭灰分揮發(fā)分測定的需要。

　　我們研制成功對的CTM100型智能灰分、揮發(fā)分測定儀，吸收煤炭行業(yè)廣泛使用的馬弗爐程序溫控器的優(yōu)點(diǎn)，還融合了中國礦業(yè)大學(xué)煤質(zhì)分析中心20年煤質(zhì)分析經(jīng)驗(yàn)，不僅在爐體設(shè)計(jì)上采用創(chuàng)新的拉門設(shè)計(jì)，大大方便了操作；還將灰分揮發(fā)分等升溫制度程序化控制，定時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換、定時(shí)報(bào)警提醒，大大提高了測定精度和化驗(yàn)人員工作效率。