回轉(zhuǎn)窯無煙煤煤粉制備系統(tǒng)的研究

本文研究解決無煙煤煅燒工藝中煤粉制備的主要技術(shù)問題，探討如何降低入窯煤粉細(xì)度，開發(fā)煤粉制備工藝和裝備，為熟料煅燒提供合格的煤粉。  

1　常規(guī)煤粉制備工藝和設(shè)備 

　　目前國內(nèi)外常用的煤粉制備方法是采用立磨或球磨配雙分離、雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。國內(nèi)主要采用普通風(fēng)掃球磨制備，回轉(zhuǎn)窯水泥廠煤磨車間主要生產(chǎn)工藝及煤磨機(jī)系統(tǒng)配置見表1。  

2　無煙煤的粉磨性能及相關(guān)試驗(yàn) 

　　 
2.1　粉磨至一定細(xì)度時(shí)所需的時(shí)間 
　　
無煙煤較煙煤通常成礦地質(zhì)年代更為久遠(yuǎn)，可以認(rèn)為無煙煤是一種比煙煤晶體化更完整的形態(tài)。因而質(zhì)地變硬，易磨性變差。用Φ500mm×500mm試驗(yàn)小磨，標(biāo)準(zhǔn)級配條件下，將煙煤和無煙煤粗磨到0.08mm篩篩余40%的細(xì)度；再換用適當(dāng)級配的小研磨體，磨細(xì)到0.08mm篩篩余5%，幾種煤的粗磨和細(xì)磨所需的時(shí)間見表2。

  

試驗(yàn)表明，相同細(xì)度下無煙煤所用的粉磨時(shí)間普遍比煙煤長，也就是說無煙煤的易磨性差于煙煤，特別是細(xì)磨性能更差。 
2.2　不同研磨體對粉磨效果的影響 
　　
無煙煤具有易碎難磨的特性，早在90年代初期推行機(jī)立窯節(jié)能技術(shù)改造時(shí)，其中的一項(xiàng)措施就是料、煤分別制備，以減輕機(jī)立窯的化學(xué)不完全燃燒現(xiàn)象。我們根據(jù)無煙煤的特點(diǎn)，采用具有選擇性粉碎作用的棒磨來制備煤粉，其產(chǎn)品1mm通過率大于90%，而小于0.08mm的細(xì)粉含量極低，粒度組成非常適合機(jī)立窯煅燒的要求。水分小于5%時(shí)棒磨的效率很高，在LJP水泥廠，1臺(tái)裝機(jī)功率為55kW的Φ1.5m×2.5m棒磨在調(diào)試時(shí)，80%負(fù)荷下產(chǎn)量可達(dá)13t/h。 
　　
無煙煤用于回轉(zhuǎn)窯煅燒，對煤粉的要求與機(jī)立窯完全不同，必須尋求新的技術(shù)途徑。大量的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果顯示，如采用國內(nèi)常規(guī)方法粉磨無煙煤必將大大增加粉磨電耗，且煤粉細(xì)度難以保證。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，采用適當(dāng)尺寸的小研磨體對大多數(shù)煙煤和無煙煤的細(xì)磨效果均很好。福建DT水泥廠用不同研磨體對無煙煤的粉磨效果(見表3)證明了這一點(diǎn)。同時(shí)可見，不同的無煙煤效果也不一樣。表3中4種無煙煤易磨性最好的是A，其余依次為B、C、D。

  
1998年在HRB水泥廠對Φ2.4m×9m煤磨進(jìn)行改造。該磨開流生產(chǎn)，無計(jì)量設(shè)備。改造前篩余值約18%，有時(shí)達(dá)30%，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量11～13t/h，喂料皮帶調(diào)速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制器顯示值為200～220r/min。為了把煤粉篩余降下來，以利于窯的煅燒。在磨內(nèi)增設(shè)篩分隔倉板，調(diào)整倉位和級配，特別是在細(xì)磨倉采用小研磨體。試驗(yàn)證明，如果工藝參數(shù)選擇得當(dāng)，小研磨體同樣可以完成煤的細(xì)磨任務(wù)。經(jīng)過幾次調(diào)整，改造后在喂料量不變時(shí)，篩余值可達(dá)到5%；在篩余值約10%時(shí)，皮帶調(diào)速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制器顯示值可達(dá)300r/min，比原來提高約50%。 

3　無煙煤煤粉的制備工藝 

　　 
3.1　新建生產(chǎn)線的煤粉制備工藝 
　　
我們研究設(shè)計(jì)的無煙煤制備工藝系統(tǒng)首先用于福建DT水泥廠日產(chǎn)600t五級預(yù)熱器窯生產(chǎn)線。 
　　
DT水泥廠的無煙煤粉磨性能試驗(yàn)見表3，其工業(yè)分析和煤灰化學(xué)分析結(jié)果見表4。

  
從表5、表6可見，B煤的揮發(fā)、點(diǎn)火性能很差。這說明，無煙煤的易磨性、燃燒性能的趨向是基本一致的。由于煤粉的燃盡時(shí)間與粒徑的平方成正比，因此要求煤粉0.08mm篩余小于3%。也就是說，隨著煤質(zhì)不同，煤粉細(xì)度要求也不同，對于粉磨設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)也有待合理選擇。 
　　
根據(jù)DT廠無煙煤性能分析試驗(yàn)結(jié)果和以前的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定無煙煤細(xì)磨機(jī)的規(guī)格為Φ2.2m×5.8m。該磨機(jī)有2個(gè)倉，粗磨倉采用的研磨體為鋼球，細(xì)磨倉采用的研磨體為特制的鋼段，是煤粉細(xì)磨的關(guān)鍵。原煤在第一倉粉磨后經(jīng)由第一、二倉之間的篩分裝置，分離后的細(xì)粉進(jìn)入二倉，粗粉則繼續(xù)留在一倉。 
　　
在風(fēng)掃磨中，煤粉產(chǎn)質(zhì)量受粉磨能力和烘干能力的制約。傳統(tǒng)煤磨中煙煤煤粉不必磨得很細(xì)，烘干能力往往是主要矛盾，因此煤磨長徑比較小，能通入大量熱風(fēng)。無煙煤水分一般較煙煤低，而細(xì)度要求細(xì)，易磨性又差，粉磨能力是主要矛盾，應(yīng)選擇較大的長徑比。 
　　
傳統(tǒng)煤磨在停磨檢查時(shí)?？煽吹侥?nèi)兩邊有很多煤粉而中間風(fēng)掃得很干凈，說明熱風(fēng)在磨內(nèi)穿空而過，分布嚴(yán)重不均。為此在進(jìn)風(fēng)處設(shè)計(jì)了均風(fēng)裝置，使熱風(fēng)在整個(gè)斷面上分布，這也相當(dāng)于提高了磨機(jī)的烘干能力，所以不設(shè)烘干倉。實(shí)際使用中制備出的煤粉水分、細(xì)度都符合煅燒的要求。 
　　
此外，還改進(jìn)了密封裝置，減少了漏風(fēng)；改進(jìn)了進(jìn)料結(jié)構(gòu)，使小球不易在進(jìn)料斗處堆積，使熱風(fēng)能順利入磨。 
　　
在粉磨系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由于當(dāng)時(shí)條件所限，仍然沿用了傳統(tǒng)的粗粉分離器，其分離效率低，回粉細(xì)度<20%。其它主要設(shè)備包括旋風(fēng)式細(xì)粉分離器、循環(huán)風(fēng)機(jī)、袋式除塵器和排風(fēng)機(jī)等。 
　　
該系統(tǒng)于1999年初投入正常生產(chǎn)。開始階段A煤和B煤搭配使用，后來全部使用低揮發(fā)分的B煤，系統(tǒng)產(chǎn)量基本穩(wěn)定在7.5～8t/h，最高可達(dá)9t/h。煤粉細(xì)度2%～3%，水分1%～1.5%。該磨仍未達(dá)最大能力，主機(jī)電流僅380A(額定電流500A)。 
　　
3年來的生產(chǎn)實(shí)踐表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作簡便，制備出的煤粉完全可以滿足回轉(zhuǎn)窯煅燒的要求，系統(tǒng)的粉塵也可達(dá)標(biāo)排放。 
　　
隨后為1000t/d新型干法生產(chǎn)線配套的Φ2.4m×6.5m無煙煤細(xì)磨機(jī)也于2001年11月在湖南YS水泥廠投產(chǎn)，煤粉細(xì)度控制為3%～5%。在達(dá)到額定裝載量2/3時(shí)，產(chǎn)量已達(dá)10t/h。 
3.2　原有煤粉制備系統(tǒng)的在線改造 
　　
以湖南DJ水泥廠為例，該廠有3臺(tái)濕法華新窯，各有1套煤粉制備系統(tǒng)且可以互相串用。煤粉制備系統(tǒng)流程如圖1。

 

煤磨規(guī)格為Φ2.5m×3.9m，裝球量為25t，電動(dòng)機(jī)功率320kW。煙煤入磨水分約12%，煤粉篩余值平均約13%，產(chǎn)量約10t/h。在對無煙煤進(jìn)行易磨性試驗(yàn)和其它有關(guān)試驗(yàn)、對系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)了解和研究后，我們確定采用以下技術(shù)措施: 
　　
1)工藝流程改造。如圖2所示，取消了原循環(huán)風(fēng)機(jī)和循環(huán)風(fēng)管，棄用旋風(fēng)筒，代之以高濃度煤磨袋式除塵器，廢氣全部經(jīng)除塵器由系統(tǒng)內(nèi)唯一的排風(fēng)機(jī)排入大氣。使流程大為簡化，操作更加方便。

 

2)磨內(nèi)改造。采用新型分級襯板，提高粉磨效率，降低平均球徑。既不降低磨機(jī)有效容積，又不會(huì)形成使煤粉易于留存的死角，還能使研磨體沿軸向合理分級，使大球多聚集于進(jìn)料端。采用小球加強(qiáng)細(xì)磨能力，結(jié)合小磨試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)出最佳級配。 
　　
3)采用高效選粉機(jī)。用CMS-30煤磨選粉機(jī)代替Φ2.5m粗粉分離器，提高了分離效率，減輕了磨機(jī)負(fù)擔(dān)。同時(shí)使煤粉細(xì)度控制變得方便、穩(wěn)定。 
　　
改造完成后，在無煙煤占60%、煙煤占40%、原煤水分約11%的情況下，產(chǎn)量可達(dá)13t/h以上，煤粉細(xì)度為5%，水分<1.5%。目前該廠停了1臺(tái)煤磨，僅用2臺(tái)煤磨供應(yīng)3臺(tái)窯用的煤粉還有富余。 

4　結(jié)論 

　　回轉(zhuǎn)窯水泥廠因地制宜采用廉價(jià)的無煙煤或劣質(zhì)煤來煅燒熟料，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。其關(guān)鍵技術(shù)之一是煤粉制備工藝及設(shè)備。無煙煤具有燃燒性能差和易磨性差的特點(diǎn)，在相同的粉磨細(xì)度下，無煙煤所需的粉磨時(shí)間大于煙煤；而采用小研磨體在多數(shù)情況下可有效地提高粉磨效率。通過研究，開發(fā)了適合不同情況的無煙煤煤粉制備工藝和裝備。對于老廠在線改造，可通過理順工藝流程、磨內(nèi)改造、采用高效分離器等措施來滿足要求；對于新建生產(chǎn)線，則采用無煙煤細(xì)磨機(jī)更為合理，選用前需對煤的各種性能進(jìn)行全面了解，才能取得最佳效果。Φ2.2m×5.8m無煙煤細(xì)磨機(jī)可以為600t/d、700t/d生產(chǎn)線配套，Φ2.4m×6.5m磨機(jī)可為1000～1500t/d新型干法生產(chǎn)線配套。 
　　
在水分低于10%情況下，這種煤磨也非常適合于粉磨煙煤，可大幅度降低電耗，并且細(xì)度穩(wěn)定。Φ2.2m×5.8m煤磨配華新窯或1000t/d新型干法線還有富余，Φ2.4m×6.5m煤磨可配1500～2000t/d新型干法線。