摘 要：本文針對劣質煤的特點及其對干法水泥廠回轉窯煅燒的影響，介紹了煅燒劣質煤的新型干法水泥廠優化設計及應用實例，闡述了劣質煤煅燒水泥熟料，不僅可以大幅降低水泥生產成本，更具有廣闊的應用前景。
關鍵詞 ：高硫 ;劣質煤;應用
中圖分類號：H152.3 文獻標志碼：A 文章編號：1000-8772(2013)19-0163-02
一、引言
隨著世界能源危機的來臨，眾多水泥企業均面臨煤炭資源供應緊張、價格暴漲的危機和壓力。故而用劣質原煤煅燒水泥熟料成為了水泥界重點研究的課題。本文主要闡述了筆者研究用劣質高硫煤煅燒熟料方面的經驗實例，作一些探討供業內人士參考，求同存異以共勉。
二、項目背景及主要工藝配置
近年來由于原煤市場供應緊張，某公司為了最大限度地節能降耗、降低生產成本，組織技術人員進行考察、調研，通過可行性分析和論證并在1#窯上進行了工業試生產，取得了重大成功和突破，現已推廣使用。下面以1#窯為例進行說明，1#窯的主機設備配置見表1所示。
表1 1#窯的主機設備配置
序號設備名稱規格性能
1預熱器分解爐系統雙系列五級旋風預熱器 / TDF型分解爐￠5600mm
2回轉窯￠4*60M / 三檔支承
3篦冷機TC1164 型
4高溫風機540000m3/h / 7500Pa
5窯頭引風機414000m3/h / 1592Pa
6燃燒器丹麥.斯密史 / Duoflex 型
三、燃料特性
高硫劣質原煤主要來自內蒙古烏達礦區、其質量情況及特性見表2和表3。
由表可知：此煤的揮發份偏低。據有關資料介紹揮發份≥25%煙煤著火溫度一般在500—600℃，易著火且火焰相對穩定;揮發份<25%煙煤著火溫度一般為700—800℃，所以此煤的著火點偏高、起火慢、燃盡率低、燃燒穩定性較差。
表2 煙煤的工業分析
名 稱WyMad / %A ad / %V ad / %FC ad / %QyDW (KJ/Kg )焦渣特性
高硫煤6.312.1232.6520.7844.4520079.272
表3 煙煤化學分析
名 稱SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OSO3SO3控制指標
高硫煤50.7836.645.023.480.830.520.214.80≤6.0%
四、工業試驗方案
根據高硫劣質煤的特性，工業試生產分兩個階段進行。第一階段：高硫劣質原煤和鄂爾多斯優質原煤按1:1搭配使用、預配混合煤;第二階段單獨使用高硫劣質煤煅燒，熟料的三率值控制如下：
KH：0.890±0.02 SM：2.4±0.1 AM：1.6±0.1。
五、生產試驗中出現的問題
當生產試驗過渡到第二階段后窯況開始惡化，窯臺時產量下降，熟料出現生燒料、游離鈣跑高，工藝事故頻發，質量大幅度下滑。其主要問題是：
1.窯尾煙室、分解爐縮口 、五級下料管等結皮嚴重。
2.分解爐時有塌料現象。
3.窯內結蛋頻繁。
六、成因分析與探討
針對上述存在的問題、結合數據分析我們認為：
1.煤的揮發分偏低，灰份較高，導致窯前火焰燃燒速度慢、熱力強度低、火焰不集中，煅燒質量差。
2.由于窯前溫度低，操作上習慣控制較高的尾溫，同時由于分解爐用煤過剩、煤質較差，導致部分未燃盡的煤粒隨煙氣上升進入C5內發生二次燃燒，溫度倒掛導致系統結皮堵料。這一點從現場清捅結皮時看到“明火星”可以得到證實。
3.煤粒燃盡的時間與煤粉的細度、水分、反應溫度、過剩空氣量有較大的關系，在條件相同時理論上劣質煤的燃盡時間大約是普通煙煤的1.5倍。由于煤粉的燃燒速度慢、黑火頭長，部分煤粒被拉到窯后燃燒，易產生局部高溫、煤灰集中沉降，特別是灰分高、硫分高的煤粉液相量大，液相過早出現導致結蛋。
4.煤粉中的硫含量偏高，在物料分解反應過程中煤粉燃燒時所生成的SO2與堿性氧化物作用生成硫酸鹽。在還原氣氛下，部分硫酸鹽分解再次生成SO2與堿性氧化物反應生成復合硫酸鹽，從而形成硫的內循環，未被分解的硫酸鹽從熟料中帶出，過剩的硫則與氧化鈣反應生成易揮發分解的無水石膏。煤粉中的硫分越高則意味著在循環過程中過剩的硫越多，則硫的揮發量也愈多，越易形成結皮、導致堵料、結大蛋等工藝事故的發生。理論上硫堿比越大、硫的揮發系數也愈高。同時硫的揮發系數隨窯內氧氣含量的降低而增加。當煤粉燃燒不完全時，還原氣氛越加劇，越易揮發。窯尾煙室結皮化學成分見表4。
5.煤粉的燃燒速度慢，在爐內燃燒不均勻、氣固三維流場波動大易導致局部氣固分離“斷路”而產生塌料;同時為了強化窯內通風，系統拉風偏大也易引發小股塌料。
表4 煙室結皮的化學成分
名 稱SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OSO3Cl-S/Rloss
煙室結皮13.594.382.4748.491.504.450.7418.720.6224.891.70
七、采取的技術措施
1.降低硫的揮發。具體措施為：通過調節三次風閘板(向下閘入15mm)，強化窯內通風，保證燃燒動力，抑制還原氣氛。
2.提高煤粉的制備質量，降低煤粉的細度，保證煤粉的燃燒效率和燃盡率。過程煤粉的細度按照煤粉的揮發份來控制出磨煤粉的篩余細度，參照公式如下： K≤(0.9-0.001Aad)*(4+0.5Vad)。
3.調整配料方案，提高熟料的KH：0.910±0.02煅燒，提高料子的耐火性。
4.增加出磨生料的分散度，控制出磨生料0.08 mm篩余細度小于15.0%。
5.在分解爐五級下料管、縮口膨脹節下、窯尾煙室斜坡等結皮嚴重的部位加裝空氣炮，定時循環清吹(每間隔5分鐘清吹一次)。
6.在結皮嚴重的部位采用抗結皮700NH-10澆注料。
7.降低熟料中硫堿比≤0.6，減少過剩硫的循環結皮。
8.提高窯速、實現“薄料快轉”。
9.通過自動均化布煤、延長煤堆長度、增加布煤層數來提高煤粉質量的均勻性和穩定性。
通過采取有效措施窯況好轉，生產日趨正常。具體調整前后各項參數及質量指標對照見表5。
表5 技術指標對照表
對比項出磨生料細度出磨生料KH值硫堿比窯 速分解率28d熟料強度
調整前≤12.0%KH：0.890±0.020.823.2 r/min≤95%≥56.5
調整后≤15.0%KH：0.910±0.020.453.8 r/min≤90%≥56.8
八、 效益分析
1.經濟效益顯著
用高硫煤煅燒熟料易燒性得到明顯的改善，窯臺時產量平均提高1.5t/h;同時燒成標煤耗相對下降了3.5Kg/t ，若熟料產能按450萬噸/年計算，則平均每年可節約原煤1.6萬噸、相當于節約資金1120萬元多，若四條生產線全部用高硫煤代替普通煙煤煅燒熟料，則每噸高硫煤購進價格比普通煙煤低250元/噸，相當于年節約資金12500萬元. 經濟指標見表6。
表6 經濟指標對照表
項 目原煤價格 / 元/噸窯臺時產量 /
噸/小時燒成標煤耗 /千克/噸
用普通煙煤700118112.2
用高硫煤450119.5108.7
2.社會效益顯著
用高硫煤煅燒熟料環保性好，符合國家節能減排、資源綜合利用的稅收優惠政策。
九、生產結論
通過采取必要的技術措施和工藝調整，高硫劣質煤煅燒熟料成為該公司節能減排的一大亮點，取得了良好的社會效益和經濟效益。
用高硫劣質煤煅燒生產水泥熟料利于生態建設和可持續發展，是切實可行的節能降耗、變廢為寶的推廣項目。
