煤質(zhì)分析對(duì)新型干法水泥生產(chǎn)的影響

  煤在新型干法水泥生產(chǎn)中兼具燃料與原料的作用。作為燃料,煤為分解爐內(nèi)碳酸鹽分解和回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熟料燒成提供熱源;作為原料,煤灰沉落、混合在生料中成為熟料一部分。

  煤粉燃燒技術(shù)發(fā)展迅猛,常規(guī)燃燒問題已經(jīng)解決,目前研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向污染控制方面,國內(nèi)著名的煤燃燒研究單位有華中科技大學(xué)、浙江大學(xué)、東南大學(xué)、清華大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)。由于這些單位的研究針對(duì)工業(yè)鍋爐的煤粉燃燒,成果不能直接應(yīng)用于解決水泥工業(yè)中煤粉燃燒,但他們的成果仍然可以借鑒,下面我分別就煤的發(fā)熱量及燃燒特性、硫含量、水分、灰分揮發(fā)分等對(duì)新型干法水泥生產(chǎn)的影響做一些簡(jiǎn)要分析。

  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(píng)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?jī)x的最大特點(diǎn)是除測(cè)定煤炭發(fā)熱量之外,還能測(cè)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(duì)入窯煤粉的燃燒特性進(jìn)行測(cè)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(duì)不具備熱量?jī)x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(cè)定的發(fā)熱量有誤差,高的可達(dá)500×4.18KJ/Kg,在熱量?jī)x普及的今天已經(jīng)落后。而CT7000型多功能熱量?jī)x的熱量測(cè)定功能解決了這一問題。

  在自動(dòng)化方面,CT7000型多功能熱量?jī)x吸收了國內(nèi)外最先進(jìn)煤炭熱量?jī)x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(duì)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(duì)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(cè)定煤炭中硫含量是必要的。煤中硫測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)定速度快的特點(diǎn),還針對(duì)新型干法水泥廠的測(cè)定水泥SO3的要求,研究了煤炭硫和水泥硫的測(cè)定,并將測(cè)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(duì)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(chǔ)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(duì)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(cè)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(cè)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(cè)定的替代方法。

   CTD100型微波水分快速測(cè)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(cè)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(duì)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(píng)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(cè)定,化學(xué)分析熔樣,SiO2、SO3灼燒,燒失量測(cè)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(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此必須使用馬弗爐測(cè)定煤炭灰分揮發(fā)分。

  煤炭揮發(fā)分測(cè)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(cè)定對(duì)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(cè)定的需要。

  我們研制成功對(duì)的CTM100型智能灰分、揮發(fā)分測(cè)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(cè)定精度和化驗(yàn)人員工作效率。

  煤炭是一門古老而復(fù)雜的科學(xué),水泥工業(yè)中的煤燃燒研究還很不深入,我們對(duì)煤炭發(fā)熱量、燃燒特性、硫含量、灰分、揮發(fā)分、水分等對(duì)新型干法水泥生產(chǎn)的影響的研究尚在初步階段,我們相信隨著研究的不斷深入,跨學(xué)科交叉的成果定會(huì)為新型干法回轉(zhuǎn)窯優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。

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