水泥回轉(zhuǎn)窯無煙煤煅燒技術(shù)的研究開發(fā)與應(yīng)用

合肥水泥研究設(shè)計院于1996年開始對水泥回轉(zhuǎn)窯無煙煤煅燒技術(shù)進行研究開發(fā)，1997年與福建省大田縣水泥廠合作，在該廠日產(chǎn)600t熟料5級旋風(fēng)預(yù)熱器窯生產(chǎn)線上進行了工業(yè)性試驗研究，經(jīng)過2年多的努力取得了圓滿成功。 

1　研究內(nèi)容 

　　我國常規(guī)回轉(zhuǎn)窯燒成系統(tǒng)中所用的燃料一般是煙煤，揮發(fā)分含量20%～35%，由于揮發(fā)分含量較高，煤粉在較低的溫度時開始燃燒，待揮發(fā)分基本燃燒完后固定碳開始燃燒。在回轉(zhuǎn)窯中煙煤燃燒形成了較長的火焰。無煙煤(揮發(fā)分較低小于10%)燃點較高，反應(yīng)活性差，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燃燒的特點是煤粉從燃燒器噴嘴噴出一段時間后才開始燃燒，燃燒過程較短，熱力強度非常集中，火焰形狀短而粗。 
　　

研究表明，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，燃燒是由顆粒邊界層的擴散速度控制的。因而燃盡時間與粒徑的平方呈正比。當(dāng)反應(yīng)溫度上升時，反應(yīng)速率將呈指數(shù)關(guān)系增加。從上述分析可以看出，若想在為煙煤設(shè)計的回轉(zhuǎn)窯燃燒系統(tǒng)中使用無煙煤，必須使碳粒燃盡的速率小于燃燒粒子在熱流場中運動的速率，才可能獲得穩(wěn)定的燃燒火焰。因此，需解決以下問題: 
　　1)為了盡快點燃無煙煤和縮短燃燒時間，應(yīng)降低煤粉細度。 
　　2)采取相應(yīng)措施，提高窯頭燃燒空氣溫度。 
　　3)采取措施，形成穩(wěn)定的火焰。 

1.1　降低煤粉細度 
　　

對于國產(chǎn)600t/d五級旋風(fēng)預(yù)熱器窯生產(chǎn)線煤粉制備設(shè)備，一般采用Φ2.2m×4.7m風(fēng)掃式煤磨，產(chǎn)量6～7t/h，煤粉細度8%～12%(0.08mm孔篩余)。根據(jù)國外的研究成果，無煙煤煤粉細度不能超過揮發(fā)分含量的0.5～0.6倍，若采用常規(guī)方式制備無煙煤，產(chǎn)量將大幅下降，電耗將大幅上升。為此我院根據(jù)該廠擬使用的無煙煤揮發(fā)分很低(揮發(fā)分含量3.67%)和易磨性差等情況，專門研制開發(fā)了無煙煤細磨機，磨機規(guī)格為Φ2.2m×5.8m。該磨機增加了細磨、選粉、分離的能力，減少了倉內(nèi)過粉磨現(xiàn)象。磨機設(shè)有2個研磨倉，一倉采用球形研磨體，主要是承擔(dān)破碎和粗磨功能；二倉采用特制的鋼段，主要承擔(dān)細磨作用，在一倉和二倉之間采用新型篩分隔倉板，原煤進入一倉粉磨，通過篩分隔倉板時，粗顆粒返回一倉、細顆粒進入二倉。在粉磨過程中從磨頭通入熱風(fēng)，煤在磨內(nèi)邊烘干邊粉磨。 

1.2　提高窯頭燃燒空氣溫度 
　　

1)對冷卻機進行改進。窯頭空氣溫度的高低主要取決于冷卻機冷卻效率。與日產(chǎn)600t熟料新型干法窯配套的大多數(shù)是單筒冷卻機，該冷卻機具有投資省、運行可靠、故障率低、冷卻熟料的氣體全部入窯無需余風(fēng)收塵等優(yōu)點，缺點是受到冷卻效率影響，入窯空氣溫度(二次風(fēng)溫)較低，不能滿足無煙煤燃燒的需要，因此，必須對其改進。采用新型弧形揚料板，減少冷卻氣流“短路”現(xiàn)象，提高熟料與空氣的換熱面積；對筒內(nèi)各區(qū)域長度進行優(yōu)化；改進耐火磚區(qū)和高溫揚料區(qū)的材質(zhì)和布置，提高高溫段熟料冷卻效果；對冷卻機實施變頻無級調(diào)速，根據(jù)系統(tǒng)工況調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，從而達到調(diào)整入窯二次風(fēng)溫的目的。 
　　

2)采用新型燃燒器將一次風(fēng)量可降到7%，減少了入窯冷空氣量。 

1.3　調(diào)整火焰形狀 
　　無煙煤燃燒的特點是火焰較短，熱力集中。我們選擇四通道燃燒器，煤風(fēng)、旋流風(fēng)和軸流風(fēng)的風(fēng)速依次控制為17～20m/s、170m/s和200m/s左右，中心風(fēng)、旋流風(fēng)、軸流風(fēng)的風(fēng)壓分別控制在8.5～19kPa。由于內(nèi)外通道風(fēng)速、壓力相差較大，使得火焰對高溫二次風(fēng)的卷吸能力增強，碳粒燃燒完全，煤粉離開燃燒器噴嘴后迅速燃燒，形成的火焰熱流場穩(wěn)定。此外燃燒器外套管超出燃燒器噴嘴，可在其火焰根部產(chǎn)生熱氣流的再循環(huán)，避免空氣過分擴散，使火焰形狀更佳。 

2　應(yīng)用情況 

　　1998年，該項目進行了無煙煤各項性能試驗，對有關(guān)工藝和設(shè)備進行了改進，1999年1月，進行點火調(diào)試工作，并于當(dāng)月實現(xiàn)3d達標(biāo)。燒成系統(tǒng)主機設(shè)備規(guī)格見表1，無煙煤工業(yè)分析見表2。 

　　根據(jù)該廠的原料情況，通過原料易磨性試驗確定生料配料率值為:
　　KH=0.90±0.02　n=2.4±0.1　P=1.4±0.1

2.1　煤粉細度控制穩(wěn)定
　　為進一步降低成本，擬采用離廠區(qū)2公里處的無煙煤，該煤揮發(fā)分含量僅有3.6%，易磨性差，根據(jù)要求煤粉細度應(yīng)控制R₉₀3%～5%以內(nèi)。實際煤粉細度穩(wěn)定控制在R₉₀2%～3.5%，磨機產(chǎn)量6～6.5t/h，出磨煤粉水分在1%～1.5%。

2.2　入窯空氣溫度得到較大提高
　　在正常情況下，二次風(fēng)溫達到850℃以上，遇到不正常窯情，可通過調(diào)節(jié)冷卻機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)入窯風(fēng)溫。

2.3　燃燒器運行可靠
　　在投產(chǎn)初期，由于未能掌握ROTAFLAM燃燒器規(guī)律以及噴嘴火點位置不理想，經(jīng)常造成“刷磚”掉窯皮，影響了窯運轉(zhuǎn)率，縮短了耐火磚使用壽命。經(jīng)燃燒器制造商和院廠技術(shù)人員幾個月反復(fù)調(diào)試摸索，總結(jié)出一套控制參數(shù)，保證了燃燒器正常使用。燒成帶窯皮致密、均勻、強度高。

2.4　窯系統(tǒng)各項指標(biāo)達到設(shè)計要求
　　在試生產(chǎn)期間，當(dāng)月即實現(xiàn)72h達標(biāo)，從2000年1月至2001年4月，系統(tǒng)運行一直良好，各項指標(biāo)見表3。

3　結(jié)論

　　通過技術(shù)改造，在SP窯上用無煙煤代替煙煤煅燒熟料是可行的，根據(jù)大田廠實際運行情況，窯頭溫度控制在800℃以上，可滿足正常煅燒要求。