對生產(chǎn)中控制煤粉水分含量的看法

　　《水泥》2009年11期《提高煤磨出口溫度對煤磨和煅燒系統(tǒng)的影響》一文，作者介紹了其所在企業(yè)大膽細(xì)致的嘗試，用事實(shí)驗(yàn)證了入窯煤粉所含水分的控制對企業(yè)效益的重要性。聯(lián)系到我國當(dāng)前不少新型干法生產(chǎn)線的習(xí)慣做法，該企業(yè)的實(shí)踐確實(shí)有著重要的啟迪和示范作用。

　　1 當(dāng)前控制煤粉水分存在的問題
　　如果調(diào)查國內(nèi)新型干法線生產(chǎn)熟料所用煤粉的水分含量在1.5%以上，毫不夸張地說，至少會有1/3以上；有的煤粉含水量高達(dá)4%，甚至更高。究其原因，這些企業(yè)的生產(chǎn)管理者會抱怨進(jìn)廠原煤含水太多，而且是內(nèi)水，難以烘干；有的企業(yè)甚至將煤粉水分的測試報告內(nèi)容只限定為外水，否則含水量高得嚇人；更有不少管理者擔(dān)心壓低煤粉水分，會導(dǎo)致煤磨出口廢氣溫度過高，容易造成煤磨系統(tǒng)發(fā)生爆炸或著火等嚴(yán)重事故，因此控制入磨溫度在300℃以內(nèi)，出磨廢氣溫度在70℃以下。確實(shí)也有些企業(yè)正是在發(fā)生了這類事故之后，有意降低入煤磨的熱風(fēng)溫度，以圖安全。

　　煤的內(nèi)在水分指吸附或凝聚在煤顆粒內(nèi)部毛細(xì)孔(<0．1μm)中的水分。在實(shí)際測定中指煤樣達(dá)到空氣干燥狀態(tài)時保留下來的那部分水分。內(nèi)在水分多少與煤的內(nèi)表面積有關(guān)，內(nèi)表面積愈大，內(nèi)在水分愈高。不同變質(zhì)程度煤的內(nèi)表面積不同，變質(zhì)程度愈淺，內(nèi)表面積愈大，其內(nèi)在水分也愈高。的確，內(nèi)在水在常溫下不能失去，但加熱到一定溫度就能逸出，不論是多大的內(nèi)水與外水，只要在檢驗(yàn)時按規(guī)定時間加熱到110℃(按GB212--91規(guī)定，當(dāng)水分大于2%時，還應(yīng)進(jìn)行檢查性干燥，說明此時檢驗(yàn)出的水分含量還可能更多)，其不像結(jié)晶水那樣難以烘干，也就是說，這些水分可以在生產(chǎn)煤粉中烘干出來。

為說明煤粉水分高的嚴(yán)重性，不妨算一筆賬：以自然環(huán)境溫度的液態(tài)水(10℃)入窯后，先被加熱到100℃，再成為l00℃的蒸汽，然后升至1000℃以上的過熱蒸汽，每一步都要消耗大量的熱。粗算一下，如果熟料的實(shí)物煤耗是150kg/t(熱值按22990kJ/kg計算)，煤粉中含有1%的水分，即進(jìn)窯水分是1.5kg，1kg水分要消耗的熱大約為376kJ(10℃水升高到100℃水所用熱)+2253kJ(100℃水的汽化熱)+2508kJ(蒸汽比熱取2.09kJ/(kg·℃)，按升高1200℃計算)=5137kJ。則1.5kg的水分使噸熟料熱耗增加了5137*1.5=7 706kJ，每噸熟料為此多消耗實(shí)物煤7706/22 990=0.335kg。如果煤粉中含水量增加3%時，噸熟料實(shí)物煤耗增加0.335×3=1.005kg，增加比例為1.005/150=0.67%。按熱值為22 990kJ/kg的煤售價為500元/t計算，它將使熟料成本增加0.50元/t。全年生產(chǎn)100萬t熟料，就是50萬元的損失。如果再考慮這些水分嚴(yán)重影響煤粉燃燒速度，從而改變火焰形狀和窯內(nèi)溫度分布，降低熟料產(chǎn)質(zhì)量，則損失更大。由此看出，通過放寬對煤粉水分控制而求安全的做法不僅不應(yīng)提倡，而且應(yīng)當(dāng)盡快改變。

　　安全生產(chǎn)固然重要，問題是如何不付出這種代價，卻能做到安全生產(chǎn)。

　　2 煤粉磨細(xì)不能緩解水分對燃燒的不利影響
　　有些管理者認(rèn)為，既然煤粉的水分烘干不容易，又易產(chǎn)生危險，不如將煤粉細(xì)度壓低，控制煙煤的80μm篩余在5％以下，以補(bǔ)償水分過多對燃燒速度產(chǎn)生的不利影響。但是，這樣不僅要降低煤磨產(chǎn)量、增加電耗，而且對煤粉的助燃無濟(jì)于事。因?yàn)槊悍壑械膿]發(fā)分只要有明火，即便是在室溫，也可迅速燃燒，其燃燒快慢并不取決于煤粉細(xì)度。煤粉變細(xì)只是增加煤粉中固定碳與空氣接觸的面積與機(jī)會，并利用煤粉中的揮發(fā)分與空氣中的氧燃燒形成的熱，進(jìn)一步為固定碳燃燒創(chuàng)造條件。由于固定碳的燃燒溫度要遠(yuǎn)高于100℃，因此，水先于固定碳受熱蒸發(fā)。極少量的水分遇到熾熱的空氣后，會發(fā)生水煤氣反應(yīng)，即產(chǎn)生氫氣和一氧化碳，它們極易燃燒，所放出的熱遠(yuǎn)大于反應(yīng)所吸收的熱。但當(dāng)煤粉中的水分含量較高時，由于溫度降低則不會發(fā)生水煤氣反應(yīng)，且變成的水蒸氣阻止了固定碳與氧的接觸。此時，磨細(xì)的煤粉只能使水分更易受熱而蒸發(fā)，固定碳的燃燒反而變得更加困難，使煤粉的燃燒速度大大減慢。也就是說，水分含量較高的煤粉磨細(xì)，不但不可能發(fā)揮有利于固定碳燃燒的積極效果，相反，卻起了反作用。這也從另一個角度說明，煤粉的細(xì)度指標(biāo)應(yīng)當(dāng)取決于煤粉中揮發(fā)分含量的大小，即煤中揮發(fā)分含量較高，煤粉細(xì)度可以而且應(yīng)當(dāng)適度放粗，因?yàn)榇藭r揮發(fā)分燃燒后的熱量大，有利于固定碳盡快燃燒。

　　還需要強(qiáng)調(diào)，過細(xì)煤粉在系統(tǒng)中任何位置發(fā)生滯留，對煤磨安全生產(chǎn)帶來的危險性更大，且絲毫不亞于溫度的影響。

　　所以，煤粉中大于l％的水分在窯內(nèi)會干擾煤粉的燃燒，而且不能采用煤粉磨細(xì)的方法克服，唯一正確的途徑是降低煤粉中多余的水分。

　　3 降低煤粉水分含量的方法
　　3.1 不同生產(chǎn)工藝控制煤粉水分的難度
　　1) 磨機(jī)類型
　　風(fēng)掃式球磨所用風(fēng)量較低，如果熱風(fēng)是來自窯系統(tǒng)廢氣，比用熱風(fēng)爐專供熱風(fēng)更為安全。風(fēng)掃式球磨的烘干能力相對于立磨要小得多，理應(yīng)有較高的廢氣溫度。但是，現(xiàn)在的事實(shí)是很多企業(yè)不敢提高其熱風(fēng)使用溫度。立磨與球磨機(jī)相比，所用空氣較多，烘干能力較強(qiáng)，此時控制熱風(fēng)溫度可以偏低。

　　2) 廢氣來源
　　設(shè)計煤磨烘干熱風(fēng)來源時，從減少入磨廢氣中氧含量的角度考慮，有人認(rèn)為利用氧含量較低的窯尾廢氣，比利用篦冷機(jī)廢氣更為安全。但是，無論何種工藝，都要重視廢氣中的粉塵及含量，如果生料粉或熟料粉進(jìn)入煤磨，使煤粉中的灰分含量明顯增加，同樣對燃燒十分不利。相對篦冷機(jī)中的熟料粉塵而言，窯尾廢氣中的生料粉塵除塵要困難得多。因此，目前設(shè)計中應(yīng)用篦冷機(jī)廢氣者更多。

　　3.2 降低煤粉水分含量的具體做法
　　1) 改善磨機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的熱交換能力
　　對于用篦冷機(jī)廢氣及獨(dú)設(shè)熱風(fēng)爐的系統(tǒng)，提高烘干溫度并不困難，但必須加大磨機(jī)內(nèi)原煤與熱空氣的熱交換能力，否則，煤磨的廢氣出口溫度以及煤粉入倉的儲存溫度都要相應(yīng)提高l0℃左右，而煤粉水分并未降低多少。

　　球磨機(jī)應(yīng)帶有烘干倉，并在設(shè)計選型階段，根據(jù)原煤水分含量確定烘干倉的長度，其中的揚(yáng)料板要有合理角度與結(jié)構(gòu)，為熱風(fēng)與原煤充分熱交換創(chuàng)造條件。

　　對于立磨，則應(yīng)注意不要在排渣口漏入冷風(fēng)，因其不利于熱風(fēng)在磨內(nèi)的均勻分布。如果不漏風(fēng)會有煤粒落在此處的話，則是噴口環(huán)風(fēng)速在此處不足的反映，可以通過調(diào)整噴口環(huán)來防止這種現(xiàn)象的出現(xiàn)。

　　2) 提高烘干用廢氣的溫度
　　文獻(xiàn)[1]介紹的方法，說明只要做好防止煤粉燃爆的措施，燃爆是完全可以避免的。

　　首先，應(yīng)該明確煤粉燃爆的發(fā)生必須同時具備三個條件：有足夠的氧氣、溫度以及有明火存在，三者缺一不可。很多企業(yè)只重視第二個條件，將烘干用氣體溫度控制很低。其實(shí)，在滿足工藝要求的條件下，盡量減少用風(fēng)，不僅節(jié)能，而且也符合減小氧氣的防燃爆措施，但更重要的是不要讓系統(tǒng)有明火出現(xiàn)。

　　3) 加強(qiáng)管理
　　嚴(yán)格管理原煤堆場，不準(zhǔn)有任何垃圾，包括煙頭、紙屑等低燃點(diǎn)物質(zhì)混入；堆場應(yīng)該有一定的儲量，以保證使用原煤的質(zhì)量能合理搭配；如需要儲量較高時，更要有嚴(yán)防自燃的措施，表面應(yīng)該用膠泥封死，不要進(jìn)空氣。

　　煤粉倉內(nèi)壁要光滑，避免有煤粉黏掛。目前下錐部一般已按煤粉秤制造商要求用鏡面不銹鋼做襯板，但上部以及與之相連的圓筒下部，最好也用不銹鋼做襯板。使用煙煤時，停窯前需將煤粉倉用空，如果緊急臨時停窯，倉內(nèi)仍存有煤粉時，應(yīng)當(dāng)用C0₂氣瓶，自上而下向倉內(nèi)噴入CO₂氣體；倉內(nèi)煤粉中部應(yīng)有測溫元件并設(shè)置下限報警溫度。

　　煤磨系統(tǒng)包括除塵器集灰斗壁及進(jìn)出口管道，都不能有煤粉存留的死角，易黏掛煤粉的倉側(cè)面可裝電磁振動器，有些死角在焊上扒釘后用澆注料抹平。為此，調(diào)試前可喂入生料粉試車，在排風(fēng)機(jī)停后檢查系統(tǒng)內(nèi)不得有料粉存在。

　　必須設(shè)置測試、報警及安全系統(tǒng)：電除塵器設(shè)有廢氣C0、O₂含量分析儀，煤粉倉設(shè)有溫度監(jiān)測及CO分析儀，以便向操作人員提供最有效的信息；設(shè)置防爆閥及CO₂自動滅火裝置等安全保障設(shè)施，一旦發(fā)生燃爆現(xiàn)象時，能將影響降到最低。

　　3.3 進(jìn)廠原煤質(zhì)量的控制與搭配均勻
　　原煤供應(yīng)緊張或資金缺乏時，如果進(jìn)廠原煤質(zhì)量不穩(wěn)，含水量忽高忽低，進(jìn)入磨機(jī)的廢氣溫度就要隨之調(diào)整，但每次的調(diào)整可能不夠及時準(zhǔn)確，會為煤粉的燃爆埋下隱患。因此，在購置原煤時不能只為節(jié)約采購資金而不管質(zhì)量的波動和生產(chǎn)成本的增加。

　　總之，只要認(rèn)真采取措施，凡是因?yàn)槊悍酆扛叨鴮?dǎo)致熟料熱耗提高的重大影響因素，完全可以解決和排除，企業(yè)效益必將會有較大幅度的提高。