劣質煤低揮發(fā)分煤在新型干法水泥生產中的應用

　　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1000t/d生產線，于2004年3月31日開工建設，于2005年3月31日通過100％燒劣質煤的3d達標考核，至2005年12月熟料最高產量1350t/d，現平均產量1200t/d。

　　1.2主要設備

　　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線，地址于原有的立窯老線旁建設，在充分利用其地形的基礎上，新建線設計緊湊，工藝線簡單流暢，其主要設備見表1。

表1   主要設備技術參數

　　1.3主要生產工藝

　　1.3.1原燃料儲存

　　由于生產線采用的石灰石和燃煤來料點較多，成分波動大，生產區(qū)場地的限制，因而對石灰石和燃煤的儲存均采用了預均化堆棚的形式。預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。每條皮帶機對應一個堆取料區(qū)，物料在此預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計及使用要求。取料時對應布料的每條皮帶機下設多個卸料小倉，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，從而對物料起到預均化的目的。此堆棚雖為簡易的預均化方式，但是卻根據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計范圍內。解決了原燃料段的穩(wěn)定供應，從一個方面也保障了劣質煤的熟料生產線的達標達產。

　　1.3.2 廢氣處理

　　窯尾廢氣處理采用的是電收塵器。出預熱器廢氣由高溫風機送至增濕塔內調質降溫后進入電收塵器，經電收塵器處理后的廢氣由窯尾排風機送入預熱器框架旁煙囪排放至大氣。出預熱器的廢氣溫度一般為320～350℃，其廢氣濃度約為80g/Nm3，經增濕塔噴水調質降溫后，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)通過自動化可根據實際的溫度等條件實現自動調節(jié)從而控制在設計的條件范圍內。

　　1.3.3 窯尾系統(tǒng)

　　1. 預熱器

　　本系統(tǒng)中旋風預熱器采用三心、270度抱角的螺旋線蝸殼，力求使氣流從進口緩慢旋轉進入筒內，氣流平緩旋轉過渡以利于降低阻力，同時，該結構使進口偏離內筒較遠以利于提高分離效率。預熱器采用等角度變高度的切角斜蝸殼，進風口采用切角形進風口，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，順應了旋風筒內氣流向下旋轉的需要，同時引導已在蝸殼內分離的物料，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速設計合理，進口管道取消平煙道，避免管道積料；各級預熱器撒料裝置為盒式撤料器，內部用澆筑料打出撒料斜坡，且入出風管部分有一撒料臺，此撒料盒結構簡單，壽命比普通板式長，而且撒料效果好，更換方便，價格低；各級內筒采用分片掛式內筒，便于安裝及檢修；C3C4C5錐體設置膨脹倉，在煙室及各級下料管適當位置設置空氣炮

　　2. 內置爐 

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

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

　　針對燃用劣質煤，本工程采用離線爐和在線爐相結合的方式（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，三次風的熱氣流和C4的高溫物料也能夠迅速預熱煤粉，使其在短時間內燃燒。

　　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，其結構在爐筒體的下部裝有流化床，流化床下部設一個空氣室，設有進風口，流態(tài)化風機鼓入高壓風，通過噴嘴吹向流化層。三次風管以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，減少在煙道的結皮。另一部分則喂入N-MFC爐內，試生產時可調節(jié)內外生料的比例，正常生產時100％生料投入外掛爐內。煤管無特殊燃燒器，由煤管道直接送入，位于爐底與三次風口之間，相對位置固定，及料、風、煤三者的相對位置合理，從而實現了爐內物料、煤粉與氣流的充分混合，從設計上消除爐內壓床的現象。爐體在上、中、下部均設有測溫、測壓點，通過這三個部分的溫度壓力變化判斷爐內煤粉燃燒、物料結皮等情況，便于生產中及時調整。分解爐出口為加長的鵝頸管，與內分解爐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 回轉窯和熟料冷卻系統(tǒng)

　　回轉窯采用的是Φ3.3×50m三檔支承窯，生產能力：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溫，有利于劣質煤的煅燒。

　　1.3.5 煤粉制備

　　煤的粉磨功指數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年代更為久遠，因而質地變硬，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風掃式煤磨臺時產量12t/h,煤粉細度＜1-3%（0.08mm標準篩篩余），出磨物料濕度＜1%?？紤]到原煤的波動,進廠原煤入庫后經皮帶機送入煤磨系統(tǒng)的兩個碎煤倉,經計量稱計量后入磨，粉磨后的煤粉隨氣流經過動態(tài)選粉機，分離出的粗粉回磨繼續(xù)粉磨，細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,根據粉磨情況可隨時作出調整。煤粉倉的煤粉經過轉子粉體稱計量，由一次風把煤粉通過四通道燃燒器吹入窯內燃燒。

　　項目建成后，煤磨系統(tǒng)完全能夠滿足生產需要,動態(tài)選粉機的應用使得系統(tǒng)產能有了較好的保障，臺時產量達到10t/h,煤粉細度＜1-3%（0.08mm標準篩篩余），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，同時可方便的用調節(jié)手動碟閥來調節(jié)風的比例，以改變火焰的形狀。

　　隨著煤質的不斷下降，煤粉水分和細度也很不穩(wěn)定，但四通道煤粉燃燒器卻均能適應，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，窯內物料結粒均勻，有效地保護了窯皮，也避免了窯的前結圈。

　　1.4 運行技術經濟指標

　　本次工程從開工建設到達標達產歷時一年時間。在生產調試階段，由于對劣質煤煅燒工藝的認識不足，各方人員在調試上走了不少彎路，最終經過建設方、施工方及我設計方的共同努力下，實現完全燃用劣質煤，窯產量穩(wěn)定在1200t/d。各投產后的數據見下表。

　　2.1 工程背景

　　祥云建材（集團）有限責任公司1000t/d新型干法水泥生產線于2001年底建成點火投產。由于各方面的原因，工廠一直不能達標達產。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％無煙煤達產達標，且完全滿足制成中熱水泥的熟料要求。

　　2.2 技改原則及內容

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

表5 技改前后部分主機配置

　　2.2.1 生料配料

　　由于原設計的石灰石預均化堆場未能實際使用，為保證技改后生產原料供應的穩(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節(jié)。

　　2.2.2 回轉窯改造

　　更換回轉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降低負荷，從而為系統(tǒng)擴能創(chuàng)造條件。

　　2.2.3 預熱器

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

表6 預熱器工藝核算參數表

　　為增加C1筒收塵效率，增加了其內筒的高度，在進口處增設導流裝置。

　　更新了鎖風閥，此種鎖風閥為外支撐雙軸承式單層鎖風閥，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下風速為34.87m/s偏高，將其改為1200mmX1200mm，且加上閘板，便于生產中對窯內的壓力進行方便的調節(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，而另一部分分到內爐現改為下到外掛爐內。下料管以60°穿過預熱器各樓層，在其中段樓層面處設一翻板閥。原內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，在預熱器的部分下料管及錐體處增設了空氣炮。

　　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，可以提高入窯物料的分解率，另需應用無煙煤的正常煅燒熟料，在河田廠的設計及投產的基礎上，我方仍使用加外掛N-MFC爐的方式（見圖2，工藝參數見表7）。此爐型為獨立的的框架結構，土建上不與原有預熱器框架發(fā)生影響，土建投資低，而且在建設前期原系統(tǒng)仍可以正常生產，當兩個系統(tǒng)接口安裝時才需停窯改造，從而大大縮短施工生產投產時間。

圖2 分解爐布置圖

　　N-MFC爐頂出口鵝頸管支撐在原預熱器框架上連接，由于原框架為鋼結構，在通過結構上的許可后，也通過鋼結構與之相連接。與原內爐的接口處，尺寸通過澆筑料對其進行適當的調整。

表7 分解爐有關參數

　　2.2.5 窯中三次風管改造為Φ1570mm（有效內徑），在靠近窯尾處接風管對稱分兩處進入分解爐，取消原進入內分解爐的三次風接口，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，在原有的土建基礎上立篦冷機基礎，節(jié)省了投資。新加篦冷機，需余風收塵系統(tǒng)，本次技改設計的為電收塵器，適當的增大了收塵風量，在生產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，因而在其下部增設一臺熟料槽式輸送機接到原有的熟料輸送設備上。

　　窯頭拆除原有一次風機和三通道燃燒器，新增羅茨風機和四通道燃燒器。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，實現高強度的燃燒，焰強勁有力，結構合理，調節(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粒及f-CaO的吸收，從而達到提高水泥熟料質量的目的。

　　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，從而可以根據原煤的波動作出不同煤種的配比調整，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粉分離器的循環(huán)風道，調整磨內鋼球級配，從而使系統(tǒng)在高產的同時提高粉磨細度，以達到無煙煤的燃燒要求。

　　2.3 建設效果

　　本次工程從停窯改造到改造完成開窯僅歷時4個月時間，而僅經過一周時間即達標達產，實現100％燃用無煙煤，窯產量提產到1300t/d，制成中熱水泥完全滿足各方面指標。各投產后的數據見下表。

　　三 小結 

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