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(jì)院于1996年開始對水泥回轉(zhuǎn)窯無煙煤煅燒技術(shù)進(jìn)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(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)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(shí)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(diǎn)較高,反應(yīng)活性差,在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燃燒的特點(diǎn)是煤粉從燃燒器噴嘴噴出一段時(shí)間后才開始燃燒,燃燒過程較短,熱力強(qiáng)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(kuò)散速度控制的。因而燃盡時(shí)間與粒徑的平方呈正比。當(dāng)反應(yīng)溫度上升時(shí),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(jì)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(yùn)動(dòng)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(diǎn)燃無煙煤和縮短燃燒時(shí)間,應(yīng)降低煤粉細(xì)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(xì)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(xì)度8%~12%(0.08mm孔篩余)。根據(jù)國外的研究成果,無煙煤煤粉細(xì)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(xì)磨機(jī),磨機(jī)規(guī)格為Φ2.2m×5.8m。該磨機(jī)增加了細(xì)磨、選粉、分離的能力,減少了倉內(nèi)過粉磨現(xiàn)象。磨機(jī)設(shè)有2個(gè)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(xì)磨作用,在一倉和二倉之間采用新型篩分隔倉板,原煤進(jìn)入一倉粉磨,通過篩分隔倉板時(shí),粗顆粒返回一倉、細(xì)顆粒進(jìn)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(jī)進(jìn)行改進(jìn)。窯頭空氣溫度的高低主要取決于冷卻機(jī)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(jī),該冷卻機(jī)具有投資省、運(yùn)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(diǎn),缺點(diǎn)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(jìn)。采用新型弧形揚(yáng)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(jìn)行優(yōu)化;改進(jìn)耐火磚區(qū)和高溫?fù)P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(jī)實(shí)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(dá)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(diǎn)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(qiáng),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?jǐn)U散,使火焰形狀更佳。 

2 應(yīng)用情況 

  1998年,該項(xiàng)目進(jìn)行了無煙煤各項(xiàng)性能試驗(yàn),對有關(guān)工藝和設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn),1999年1月,進(jìn)行點(diǎn)火調(diào)試工作,并于當(dāng)月實(shí)現(xiàn)3d達(dá)標(biāo)。燒成系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備規(guī)格見表1,無煙煤工業(yè)分析見表2。 

表1 主機(jī)設(shè)備規(guī)格

序號

設(shè)備名稱

規(guī)格

1

回轉(zhuǎn)窯

Φ3.2m×52m

2

預(yù)熱器

五級

3

增濕塔

Φ5m×26m

4

單筒冷卻機(jī)

Φ3.2m×36m

5

燃燒器

四通道(ROTAFLAM)

6

煤磨

Φ2.2m×5.8m 功率280kW

7

電除塵器

CDPK55/3

8

高溫風(fēng)機(jī)

W6-39-3No20.5

表2 無煙煤工業(yè)分析

Mad

Aad

Vad

FCad

Qnet.ar/(kJ/kg)

0.67

20.89

3.67

74.73

26052

  根據(jù)該廠的原料情況,通過原料易磨性試驗(yàn)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(xì)度控制穩(wěn)定
  為進(jìn)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(xì)度應(yīng)控制R903%~5%以內(nèi)。實(shí)際煤粉細(xì)度穩(wěn)定控制在R902%~3.5%,磨機(jī)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(dá)到850℃以上,遇到不正常窯情,可通過調(diào)節(jié)冷卻機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)入窯風(fēng)溫。

2.3 燃燒器運(yùn)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(diǎn)位置不理想,經(jīng)常造成“刷磚”掉窯皮,影響了窯運(yùn)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(gè)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(qiáng)度高。

2.4 窯系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求
  在試生產(chǎn)期間,當(dāng)月即實(shí)現(xiàn)72h達(dá)標(biāo),從2000年1月至2001年4月,系統(tǒng)運(yùn)行一直良好,各項(xiàng)指標(biāo)見表3。

表3 生產(chǎn)線主要技術(shù)指標(biāo)

時(shí)間

產(chǎn)量
/(t/d)

熟料標(biāo)號
/MPa

熟料熱耗
/(kJ/kg)

fCaO
/%

72h(達(dá)標(biāo)考核)

621

57.9

3786

1.69

2000-01~2001-04(實(shí)際生產(chǎn))

606

64.3

3743

<1.50

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(shí)際運(yùn)行情況,窯頭溫度控制在800℃以上,可滿足正常煅燒要求。

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