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(zhǎng)沙河田1000t/d新建線
1.1 工程背景
長(zhǎng)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(kāi)工建設(shè),于2005年3月31日通過(guò)100%燒劣質(zhì)煤的3d達(dá)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(kù)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(jì)緊湊,工藝線簡(jiǎn)單流暢,其主要設(shè)備見(jiàn)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(chǔ)存
由于生產(chǎn)線采用的石灰石和燃煤來(lái)料點(diǎn)較多,成分波動(dòng)大,生產(chǎn)區(qū)場(chǎng)地的限制,因而對(duì)石灰石和燃煤的儲(chǔ)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(kù),庫(kù)頂由多條帶S型卸料小車(chē)的皮帶機(jī)進(jìn)行連續(xù)布料。每條皮帶機(jī)對(duì)應(yīng)一個(gè)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(kù)高8m堆高邊坡5m),使石灰石和燃煤的儲(chǔ)存時(shí)間都達(dá)到設(shè)計(jì)及使用要求。取料時(shí)對(duì)應(yīng)布料的每條皮帶機(jī)下設(shè)多個(gè)卸料小倉(cāng),倉(cāng)下帶棒條閥,人工控制對(duì)閥門(mén)的開(kāi)閉起到橫鋪豎取的作用,從而對(duì)物料起到預(yù)均化的目的。此堆棚雖為簡(jiǎn)易的預(yù)均化方式,但是卻根據(jù)廠里的實(shí)際情況因地制宜,取得了理想的效果。
原燃料部分在實(shí)施預(yù)均化堆棚的措施下,再加上生料均化庫(kù)的成功使用,使得原料和燃料的成分波動(dòng)在我方的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。解決了原燃料段的穩(wěn)定供應(yīng),從一個(gè)方面也保障了劣質(zhì)煤的熟料生產(chǎn)線的達(dá)標(biāo)達(dá)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(jī)送至增濕塔內(nèi)調(diào)質(zhì)降溫后進(jìn)入電收塵器,經(jīng)電收塵器處理后的廢氣由窯尾排風(fēng)機(jī)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(guò)自動(dòng)化可根據(jù)實(shí)際的溫度等條件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)從而控制在設(shè)計(jì)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(jìn)口緩慢旋轉(zhuǎn)進(jìn)入筒內(nèi),氣流平緩旋轉(zhuǎn)過(guò)渡以利于降低阻力,同時(shí),該結(jié)構(gòu)使進(jìn)口偏離內(nèi)筒較遠(yuǎn)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(jìn)風(fēng)口采用切角形進(jìn)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(shí)引導(dǎo)已在蝸殼內(nèi)分離的物料,誰(shuí)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(yáng)。
各級(jí)間連接管道尺寸和風(fēng)速設(shè)計(jì)合理,進(jìn)口管道取消平煙道,避免管道積料;各級(jí)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(tái),此撒料盒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,壽命比普通板式長(zhǎng),而且撒料效果好,更換方便,價(jià)格低;各級(jí)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(cāng),在煙室及各級(jí)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(jìn)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(jì)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(shí)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(dòng)的調(diào)節(jié)閘板,尤其在試生產(chǎn)的初期,通過(guò)調(diào)節(jié)閘板的開(kāi)度,找到正常生產(chǎn)參數(shù),即可將此縮口尺寸固定下來(lái)。
針對(duì)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(jiàn)圖1)。這種方式采用懸浮、噴騰及流化床的形式強(qiáng)化煤粉與空氣的接觸,將之混合充分,且可以延長(zhǎng)煤粉在分解爐的停留時(shí)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(shí)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(gè)空氣室,設(shè)有進(jìn)風(fēng)口,流態(tài)化風(fēng)機(jī)鼓入高壓風(fēng),通過(guò)噴嘴吹向流化層。三次風(fēng)管以45°切向進(jìn)入爐下部,加料點(diǎn)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(guò)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(shí)可調(diào)節(jié)內(nèi)外生料的比例,正常生產(chǎn)時(shí)100%生料投入外掛爐內(nèi)。煤管無(wú)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(duì)位置固定,及料、風(fēng)、煤三者的相對(duì)位置合理,從而實(shí)現(xiàn)了爐內(nèi)物料、煤粉與氣流的充分混合,從設(shè)計(jì)上消除爐內(nèi)壓床的現(xiàn)象。爐體在上、中、下部均設(shè)有測(cè)溫、測(cè)壓點(diǎn),通過(guò)這三個(gè)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(shí)調(diào)整。分解爐出口為加長(zhǎng)的鵝頸管,與內(nèi)分解爐NSF渦殼相連,通過(guò)對(duì)此段管道的容積的加大也增加了煤粉的燃燒時(shí)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(guó)內(nèi)成熟的第三代篦式冷卻機(jī),出冷卻機(jī)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(diǎn)外,在粉磨性能方面也有較為明顯的差別。由于無(wú)煙煤較之煙煤通常成礦地質(zhì)年代更為久遠(yuǎn),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(bǔ)其燃燒特性的不足。
煤粉制備采用Φ2.6x7.5m風(fēng)掃式煤磨臺(tái)時(shí)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(dòng),進(jìn)廠原煤入庫(kù)后經(jīng)皮帶機(jī)送入煤磨系統(tǒng)的兩個(gè)碎煤倉(cāng),經(jīng)計(jì)量稱計(jì)量后入磨,粉磨后的煤粉隨氣流經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)選粉機(jī),分離出的粗粉回磨繼續(xù)粉磨,細(xì)粉隨氣流進(jìn)袋收塵器,收出的成品由螺旋運(yùn)輸機(jī)送入煤粉倉(cāng)或回磨頭,根據(jù)粉磨情況可隨時(shí)作出調(diào)整。煤粉倉(cāng)的煤粉經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子粉體稱計(jì)量,由一次風(fēng)把煤粉通過(guò)四通道燃燒器吹入窯內(nèi)燃燒。
項(xiàng)目建成后,煤磨系統(tǒng)完全能夠滿足生產(chǎn)需要,動(dòng)態(tài)選粉機(jī)的應(yīng)用使得系統(tǒng)產(chǎn)能有了較好的保障,臺(tái)時(shí)產(chǎn)量達(dá)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?chē)囊淮物L(fēng)非常均勻,火焰沿窯軸向噴射很深,活潑有力,形狀長(zhǎng)短適宜,對(duì)燃燒非常有利,同時(shí)可方便的用調(diào)節(jié)手動(dòng)碟閥來(lái)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(duì)窯的沖刷,窯內(nèi)物料結(jié)粒均勻,有效地保護(hù)了窯皮,也避免了窯的前結(jié)圈。
1.4 運(yùn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
本次工程從開(kāi)工建設(shè)到達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)歷時(shí)一年時(shí)間。在生產(chǎn)調(diào)試階段,由于對(duì)劣質(zhì)煤煅燒工藝的認(rèn)識(shí)不足,各方人員在調(diào)試上走了不少?gòu)澛罚罱K經(jīng)過(guò)建設(shè)方、施工方及我設(shè)計(jì)方的共同努力下,實(shí)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(jiàn)下表。
2.1 工程背景
祥云建材(集團(tuán))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(diǎn)火投產(chǎn)。由于各方面的原因,工廠一直不能達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)。云南瀾滄江開(kāi)發(fā)實(shí)業(yè)公司收購(gòu)該工廠后,委托我院對(duì)生產(chǎn)線燒成段進(jìn)行使用無(wú)煙煤的擴(kuò)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(kāi)窯,于2006年3月燃用100%無(wú)煙煤達(dá)產(chǎn)達(dá)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(jìn)技術(shù),使用100%無(wú)煙煤為燃料,熟料產(chǎn)量達(dá)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(jī)配置
2.2.1 生料配料
由于原設(shè)計(jì)的石灰石預(yù)均化堆場(chǎng)未能實(shí)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(kù)中加入在線射線分析儀,實(shí)時(shí)對(duì)生料配料進(jìn)行調(diào)節(jié)。
2.2.2 回轉(zhuǎn)窯改造
更換回轉(zhuǎn)窯主減速機(jī)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(kuò)能創(chuàng)造條件。
2.2.3 預(yù)熱器
經(jīng)過(guò)我方工藝核算(見(jiàn)表6),原五級(jí)旋風(fēng)筒系統(tǒng)可以滿足無(wú)煙煤燃燒及提產(chǎn)的要求,對(duì)系統(tǒng)中部分部位進(jìn)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(jìn)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(dòng)靈活,考慮其長(zhǎng)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(duì)窯內(nèi)的壓力進(jìn)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(dòng)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(guò)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(wú)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(wú)煙煤的正常煅燒熟料,在河田廠的設(shè)計(jì)及投產(chǎn)的基礎(chǔ)上,我方仍使用加外掛N-MFC爐的方式(見(jiàn)圖2,工藝參數(shù)見(jiàn)表7)。此爐型為獨(dú)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(gè)系統(tǒng)接口安裝時(shí)才需停窯改造,從而大大縮短施工生產(chǎn)投產(chǎn)時(shí)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(guò)結(jié)構(gòu)上的許可后,也通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)與之相連接。與原內(nèi)爐的接口處,尺寸通過(guò)澆筑料對(duì)其進(jìn)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(duì)稱分兩處進(jìn)入分解爐,取消原進(jìn)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(jìn)口。
2.2.6 窯頭對(duì)原有的單筒冷卻機(jī)進(jìn)行拆除,在原有的土建基礎(chǔ)上立篦冷機(jī)基礎(chǔ),節(jié)省了投資。新加篦冷機(jī),需余風(fēng)收塵系統(tǒng),本次技改設(shè)計(jì)的為電收塵器,適當(dāng)?shù)脑龃罅耸諌m風(fēng)量,在生產(chǎn)運(yùn)行及操作方面有一定優(yōu)勢(shì)。篦冷機(jī)長(zhǎng)度比單筒冷卻機(jī)短,因而在其下部增設(shè)一臺(tái)熟料槽式輸送機(jī)接到原有的熟料輸送設(shè)備上。
窯頭拆除原有一次風(fēng)機(jī)和三通道燃燒器,新增羅茨風(fēng)機(jī)和四通道燃燒器。燃燒器采用了NH四通道燃燒器。其尾部進(jìn)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(wèn)題;不對(duì)稱出風(fēng)防止煤粉未燃盡前沉落,強(qiáng)化傳熱、燃燒燃盡過(guò)程,特別適合無(wú)煙煤;新型倒焰罩避免窯中有害氣體對(duì)燃燒器頭部的腐蝕,有效延長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的燃燒,焰強(qiáng)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(dá)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(chǔ)存庫(kù)下增加兩臺(tái)皮帶計(jì)量稱,從而可以根據(jù)原煤的波動(dòng)作出不同煤種的配比調(diào)整,達(dá)到較好的粉磨效果。將原有粗粉分離器改為動(dòng)態(tài)選粉機(jī),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(jí)配,從而使系統(tǒng)在高產(chǎn)的同時(shí)提高粉磨細(xì)度,以達(dá)到無(wú)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(kāi)窯僅歷時(shí)4個(gè)月時(shí)間,而僅經(jīng)過(guò)一周時(shí)間即達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn),實(shí)現(xiàn)100%燃用無(wú)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(jiàn)下表。
三 小結(jié)
通過(guò)河田劣質(zhì)煤煅燒再到祥云100%無(wú)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?jī)?yōu)質(zhì),生產(chǎn)投資成本低,這對(duì)于我國(guó)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(shí)現(xiàn)水泥行業(yè)的低耗高產(chǎn),提供了一個(gè)有效的途徑。
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