劣質(zhì)煤低揮發(fā)分煤在新型干法水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用

　　一 長沙河田1000t/d新建線

　　1.1 工程背景

　　長沙河田白石建材有限公司委托我院建設(shè)1000t/d生產(chǎn)線，于2004年3月31日開工建設(shè)，于2005年3月31日通過100％燒劣質(zhì)煤的3d達標(biāo)考核，至2005年12月熟料最高產(chǎn)量1350t/d，現(xiàn)平均產(chǎn)量1200t/d。

　　1.2主要設(shè)備

　　新建從石灰石破碎到水泥包裝成品出庫整條熟料水泥生產(chǎn)線，地址于原有的立窯老線旁建設(shè)，在充分利用其地形的基礎(chǔ)上，新建線設(shè)計緊湊，工藝線簡單流暢，其主要設(shè)備見表1。

表1   主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

　　1.3主要生產(chǎn)工藝

　　1.3.1原燃料儲存

　　由于生產(chǎn)線采用的石灰石和燃煤來料點較多，成分波動大，生產(chǎn)區(qū)場地的限制，因而對石灰石和燃煤的儲存均采用了預(yù)均化堆棚的形式。預(yù)均化堆棚為密封混凝土方庫，庫頂由多條帶S型卸料小車的皮帶機進行連續(xù)布料。每條皮帶機對應(yīng)一個堆取料區(qū)，物料在此預(yù)均化堆棚可以堆放的高度較高（庫高8m堆高邊坡5m），使石灰石和燃煤的儲存時間都達到設(shè)計及使用要求。取料時對應(yīng)布料的每條皮帶機下設(shè)多個卸料小倉，倉下帶棒條閥，人工控制對閥門的開閉起到橫鋪豎取的作用，從而對物料起到預(yù)均化的目的。此堆棚雖為簡易的預(yù)均化方式，但是卻根據(jù)廠里的實際情況因地制宜，取得了理想的效果。

　　原燃料部分在實施預(yù)均化堆棚的措施下，再加上生料均化庫的成功使用，使得原料和燃料的成分波動在我方的設(shè)計范圍內(nèi)。解決了原燃料段的穩(wěn)定供應(yīng)，從一個方面也保障了劣質(zhì)煤的熟料生產(chǎn)線的達標(biāo)達產(chǎn)。

　　1.3.2 廢氣處理

　　窯尾廢氣處理采用的是電收塵器。出預(yù)熱器廢氣由高溫風(fēng)機送至增濕塔內(nèi)調(diào)質(zhì)降溫后進入電收塵器，經(jīng)電收塵器處理后的廢氣由窯尾排風(fēng)機送入預(yù)熱器框架旁煙囪排放至大氣。出預(yù)熱器的廢氣溫度一般為320～350℃，其廢氣濃度約為80g/Nm3，經(jīng)增濕塔噴水調(diào)質(zhì)降溫后，出口溫度控制在140～150℃，粉塵比電阻下降，收塵效率提高。增濕塔的供回水系統(tǒng)通過自動化可根據(jù)實際的溫度等條件實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)從而控制在設(shè)計的條件范圍內(nèi)。

　　1.3.3 窯尾系統(tǒng)

　　1. 預(yù)熱器

　　本系統(tǒng)中旋風(fēng)預(yù)熱器采用三心、270度抱角的螺旋線蝸殼，力求使氣流從進口緩慢旋轉(zhuǎn)進入筒內(nèi)，氣流平緩旋轉(zhuǎn)過渡以利于降低阻力，同時，該結(jié)構(gòu)使進口偏離內(nèi)筒較遠以利于提高分離效率。預(yù)熱器采用等角度變高度的切角斜蝸殼，進風(fēng)口采用切角形進風(fēng)口，用斜面代替平面，以求減少物料堆積和降低摩擦阻力，而向下傾斜的螺旋線，順應(yīng)了旋風(fēng)筒內(nèi)氣流向下旋轉(zhuǎn)的需要，同時引導(dǎo)已在蝸殼內(nèi)分離的物料，誰氣流沿著平行于蝸殼與筒體交線形成夾角而貼壁面自然下滑，減少了渦流阻力和二次飛揚。

　　各級間連接管道尺寸和風(fēng)速設(shè)計合理，進口管道取消平煙道，避免管道積料；各級預(yù)熱器撒料裝置為盒式撤料器，內(nèi)部用澆筑料打出撒料斜坡，且入出風(fēng)管部分有一撒料臺，此撒料盒結(jié)構(gòu)簡單，壽命比普通板式長，而且撒料效果好，更換方便，價格低；各級內(nèi)筒采用分片掛式內(nèi)筒，便于安裝及檢修；C3C4C5錐體設(shè)置膨脹倉，在煙室及各級下料管適當(dāng)位置設(shè)置空氣炮

　　2. 內(nèi)置爐 

　　內(nèi)置爐為NSF分解爐，由于另使用外掛分解爐，煤噴嘴和三次風(fēng)都未直接進入內(nèi)置爐，而是通入外掛爐內(nèi)。在為保證劣質(zhì)煤的完全燃燒，故設(shè)計上特意增加了NSF爐高度，提高了其有效容積，增大煤粉在爐內(nèi)的停留時間。

　　在爐窯的上升煙道中設(shè)置平衡窯內(nèi)和三次風(fēng)管內(nèi)壓力的縮口，及加一手動的調(diào)節(jié)閘板，尤其在試生產(chǎn)的初期，通過調(diào)節(jié)閘板的開度，找到正常生產(chǎn)參數(shù)，即可將此縮口尺寸固定下來。

　　針對燃用劣質(zhì)煤，本工程采用離線爐和在線爐相結(jié)合的方式（見圖1）。這種方式采用懸浮、噴騰及流化床的形式強化煤粉與空氣的接觸，將之混合充分，且可以延長煤粉在分解爐的停留時間，三次風(fēng)的熱氣流和C4的高溫物料也能夠迅速預(yù)熱煤粉，使其在短時間內(nèi)燃燒。

　　3. 外掛爐

圖1  窯尾系統(tǒng)流程圖

　　本工程的外掛爐為N-MFC的流化床分解爐，其結(jié)構(gòu)在爐筒體的下部裝有流化床，流化床下部設(shè)一個空氣室，設(shè)有進風(fēng)口，流態(tài)化風(fēng)機鼓入高壓風(fēng)，通過噴嘴吹向流化層。三次風(fēng)管以45°切向進入爐下部，加料點位于其上部，從而熱氣流攜帶流化生料向上形成旋流床區(qū)。C4筒卸出生料通過分料閥分成兩部分：一部分喂到出窯的上升煙道，降低窯尾廢氣溫度，使廢氣中堿、硫元素凝聚在生料顆粒上再回到窯內(nèi)，減少在煙道的結(jié)皮。另一部分則喂入N-MFC爐內(nèi)，試生產(chǎn)時可調(diào)節(jié)內(nèi)外生料的比例，正常生產(chǎn)時100％生料投入外掛爐內(nèi)。煤管無特殊燃燒器，由煤管道直接送入，位于爐底與三次風(fēng)口之間，相對位置固定，及料、風(fēng)、煤三者的相對位置合理，從而實現(xiàn)了爐內(nèi)物料、煤粉與氣流的充分混合，從設(shè)計上消除爐內(nèi)壓床的現(xiàn)象。爐體在上、中、下部均設(shè)有測溫、測壓點，通過這三個部分的溫度壓力變化判斷爐內(nèi)煤粉燃燒、物料結(jié)皮等情況，便于生產(chǎn)中及時調(diào)整。分解爐出口為加長的鵝頸管，與內(nèi)分解爐NSF渦殼相連，通過對此段管道的容積的加大也增加了煤粉的燃燒時間。

　　1.3.4 回轉(zhuǎn)窯和熟料冷卻系統(tǒng)

　　回轉(zhuǎn)窯采用的是Φ3.3×50m三檔支承窯，生產(chǎn)能力：1200t/d。窯頭罩采用大窯頭罩方式，三次從窯頭罩引出，熟料冷卻采用國內(nèi)成熟的第三代篦式冷卻機，出冷卻機熟料溫度低，冷卻效果較好，因而提高了入窯的二次風(fēng)溫，有利于劣質(zhì)煤的煅燒。

　　1.3.5 煤粉制備

　　煤的粉磨功指數(shù)Wi=16~30KW/t ，但低揮發(fā)分煤除在燃燒性能方面有著火溫度高，燃燒速度慢、燃盡率差的特點外，在粉磨性能方面也有較為明顯的差別。由于無煙煤較之煙煤通常成礦地質(zhì)年代更為久遠，因而質(zhì)地變硬，易磨性變差。因此，必須盡可能地降低低揮發(fā)分煤地煤粉細(xì)度（篩余值）和水分以彌補其燃燒特性的不足。   

　　煤粉制備采用Φ2.6x7.5m風(fēng)掃式煤磨臺時產(chǎn)量12t/h,煤粉細(xì)度＜1-3%（0.08mm標(biāo)準(zhǔn)篩篩余），出磨物料濕度＜1%?？紤]到原煤的波動,進廠原煤入庫后經(jīng)皮帶機送入煤磨系統(tǒng)的兩個碎煤倉,經(jīng)計量稱計量后入磨，粉磨后的煤粉隨氣流經(jīng)過動態(tài)選粉機，分離出的粗粉回磨繼續(xù)粉磨，細(xì)粉隨氣流進袋收塵器，收出的成品由螺旋運輸機送入煤粉倉或回磨頭,根據(jù)粉磨情況可隨時作出調(diào)整。煤粉倉的煤粉經(jīng)過轉(zhuǎn)子粉體稱計量，由一次風(fēng)把煤粉通過四通道燃燒器吹入窯內(nèi)燃燒。

　　項目建成后，煤磨系統(tǒng)完全能夠滿足生產(chǎn)需要,動態(tài)選粉機的應(yīng)用使得系統(tǒng)產(chǎn)能有了較好的保障，臺時產(chǎn)量達到10t/h,煤粉細(xì)度＜1-3%（0.08mm標(biāo)準(zhǔn)篩篩余），出磨物料濕度＜1%。

　　1.3.6窯頭燃燒器

　　窯頭采用四通道燃燒器，可使燃料周圍的一次風(fēng)非常均勻，火焰沿窯軸向噴射很深，活潑有力，形狀長短適宜，對燃燒非常有利，同時可方便的用調(diào)節(jié)手動碟閥來調(diào)節(jié)風(fēng)的比例，以改變火焰的形狀。

　　隨著煤質(zhì)的不斷下降，煤粉水分和細(xì)度也很不穩(wěn)定，但四通道煤粉燃燒器卻均能適應(yīng)，滿足窯物料煅燒的需要，而且可以最大限度的降低NOX的生成量。由于四通道煤粉燃燒器更易控制火焰形態(tài)，避免了對窯的沖刷，窯內(nèi)物料結(jié)粒均勻，有效地保護了窯皮，也避免了窯的前結(jié)圈。

　　1.4 運行技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

　　本次工程從開工建設(shè)到達標(biāo)達產(chǎn)歷時一年時間。在生產(chǎn)調(diào)試階段，由于對劣質(zhì)煤煅燒工藝的認(rèn)識不足，各方人員在調(diào)試上走了不少彎路，最終經(jīng)過建設(shè)方、施工方及我設(shè)計方的共同努力下，實現(xiàn)完全燃用劣質(zhì)煤，窯產(chǎn)量穩(wěn)定在1200t/d。各投產(chǎn)后的數(shù)據(jù)見下表。

　　2.1 工程背景

　　祥云建材（集團）有限責(zé)任公司1000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線于2001年底建成點火投產(chǎn)。由于各方面的原因，工廠一直不能達標(biāo)達產(chǎn)。云南瀾滄江開發(fā)實業(yè)公司收購該工廠后，委托我院對生產(chǎn)線燒成段進行使用無煙煤的擴能改造，并滿足制成中熱水泥的熟料要求。工廠于2005年9月15日停窯改造，2006年1月25日改造完成開窯，于2006年3月燃用100％無煙煤達產(chǎn)達標(biāo)，且完全滿足制成中熱水泥的熟料要求。

　　2.2 技改原則及內(nèi)容

　　要求采用成熟可靠的先進技術(shù)，使用100％無煙煤為燃料，熟料產(chǎn)量達到1300t/d，且施工周期短，充分利用原有的建筑物和設(shè)備以降低投資。

表5 技改前后部分主機配置

　　2.2.1 生料配料

　　由于原設(shè)計的石灰石預(yù)均化堆場未能實際使用，為保證技改后生產(chǎn)原料供應(yīng)的穩(wěn)定，在生料配料庫中加入在線射線分析儀，實時對生料配料進行調(diào)節(jié)。

　　2.2.2 回轉(zhuǎn)窯改造

　　更換回轉(zhuǎn)窯主減速機大小齒輪，速比i＝30.794改為i＝26.8，從而將窯速提高到4.0r/min降低負(fù)荷，從而為系統(tǒng)擴能創(chuàng)造條件。

　　2.2.3 預(yù)熱器

　　經(jīng)過我方工藝核算（見表6），原五級旋風(fēng)筒系統(tǒng)可以滿足無煙煤燃燒及提產(chǎn)的要求，對系統(tǒng)中部分部位進行了改造。

表6 預(yù)熱器工藝核算參數(shù)表

　　為增加C1筒收塵效率，增加了其內(nèi)筒的高度，在進口處增設(shè)導(dǎo)流裝置。

　　更新了鎖風(fēng)閥，此種鎖風(fēng)閥為外支撐雙軸承式單層鎖風(fēng)閥，閥板活動靈活，考慮其長期受高溫生料沖刷情況下，閥板采用耐熱鋼，且打上澆筑料。

　　窯尾縮口原尺寸1140X1140mm在1300t/d下風(fēng)速為34.87m/s偏高，將其改為1200mmX1200mm，且加上閘板，便于生產(chǎn)中對窯內(nèi)的壓力進行方便的調(diào)節(jié)。此處下料管上翻板閥的位置太高，將其下移到離撒料盒2.5m處。

　　C4原下料分為2部分，原分料閥為手動閥，現(xiàn)改為執(zhí)行器接入中控。下到窯尾縮口出的料管保留，而另一部分分到內(nèi)爐現(xiàn)改為下到外掛爐內(nèi)。下料管以60°穿過預(yù)熱器各樓層，在其中段樓層面處設(shè)一翻板閥。原內(nèi)分解爐的噴煤管道取消，改到外掛爐底部分兩處噴入。

　　由于使用無煙煤，在預(yù)熱器的部分下料管及錐體處增設(shè)了空氣炮。

　　2.2.4 分解爐

　　在同一規(guī)格的系統(tǒng)配置下，想大幅度提產(chǎn)，可以提高入窯物料的分解率，另需應(yīng)用無煙煤的正常煅燒熟料，在河田廠的設(shè)計及投產(chǎn)的基礎(chǔ)上，我方仍使用加外掛N-MFC爐的方式（見圖2，工藝參數(shù)見表7）。此爐型為獨立的的框架結(jié)構(gòu)，土建上不與原有預(yù)熱器框架發(fā)生影響，土建投資低，而且在建設(shè)前期原系統(tǒng)仍可以正常生產(chǎn)，當(dāng)兩個系統(tǒng)接口安裝時才需停窯改造，從而大大縮短施工生產(chǎn)投產(chǎn)時間。

圖2 分解爐布置圖

　　N-MFC爐頂出口鵝頸管支撐在原預(yù)熱器框架上連接，由于原框架為鋼結(jié)構(gòu)，在通過結(jié)構(gòu)上的許可后，也通過鋼結(jié)構(gòu)與之相連接。與原內(nèi)爐的接口處，尺寸通過澆筑料對其進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

表7 分解爐有關(guān)參數(shù)

　　2.2.5 窯中三次風(fēng)管改造為Φ1570mm（有效內(nèi)徑），在靠近窯尾處接風(fēng)管對稱分兩處進入分解爐，取消原進入內(nèi)分解爐的三次風(fēng)接口，已改為外掛N-MFC爐鵝頸管進口。

　　2.2.6 窯頭對原有的單筒冷卻機進行拆除，在原有的土建基礎(chǔ)上立篦冷機基礎(chǔ)，節(jié)省了投資。新加篦冷機，需余風(fēng)收塵系統(tǒng)，本次技改設(shè)計的為電收塵器，適當(dāng)?shù)脑龃罅耸諌m風(fēng)量，在生產(chǎn)運行及操作方面有一定優(yōu)勢。篦冷機長度比單筒冷卻機短，因而在其下部增設(shè)一臺熟料槽式輸送機接到原有的熟料輸送設(shè)備上。

　　窯頭拆除原有一次風(fēng)機和三通道燃燒器，新增羅茨風(fēng)機和四通道燃燒器。燃燒器采用了NH四通道燃燒器。其尾部進風(fēng)系統(tǒng)可免貼瓷片,徹底解決了煤粉通道入口的磨損問題；不對稱出風(fēng)防止煤粉未燃盡前沉落,強化傳熱、燃燒燃盡過程，特別適合無煙煤；新型倒焰罩避免窯中有害氣體對燃燒器頭部的腐蝕，有效延長燃燒器的使用壽命；且一次風(fēng)用量低，占燃燒空氣量的10%以下；燃燒效率高，消除了不完全燃燒，實現(xiàn)高強度的燃燒，焰強勁有力，結(jié)構(gòu)合理，調(diào)節(jié)便捷，火焰形狀可滿足各種窯工況的需要，有利于水泥熟料的結(jié)粒及f-CaO的吸收，從而達到提高水泥熟料質(zhì)量的目的。

　　2.2.7 煤粉制備系統(tǒng)改造

　　在Φ6X9m原煤儲存庫下增加兩臺皮帶計量稱，從而可以根據(jù)原煤的波動作出不同煤種的配比調(diào)整，達到較好的粉磨效果。將原有粗粉分離器改為動態(tài)選粉機，取消粗粉分離器及細(xì)粉分離器的循環(huán)風(fēng)道，調(diào)整磨內(nèi)鋼球級配，從而使系統(tǒng)在高產(chǎn)的同時提高粉磨細(xì)度，以達到無煙煤的燃燒要求。

　　2.3 建設(shè)效果

　　本次工程從停窯改造到改造完成開窯僅歷時4個月時間，而僅經(jīng)過一周時間即達標(biāo)達產(chǎn)，實現(xiàn)100％燃用無煙煤，窯產(chǎn)量提產(chǎn)到1300t/d，制成中熱水泥完全滿足各方面指標(biāo)。各投產(chǎn)后的數(shù)據(jù)見下表。

　　三 小結(jié) 

　　通過河田劣質(zhì)煤煅燒再到祥云100％無煙煤的煅燒成功，表明我院在低揮發(fā)分煤及劣質(zhì)煤煅燒水泥熟料技術(shù)上的成熟可靠，其產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)質(zhì)，生產(chǎn)投資成本低，這對于我國缺乏煙煤資源的地區(qū)，如何利用當(dāng)?shù)責(zé)o煙煤及劣質(zhì)煤煅燒水泥熟料提供優(yōu)質(zhì)水泥，實現(xiàn)水泥行業(yè)的低耗高產(chǎn)，提供了一個有效的途徑。