對無煙煤在新型干法窯上燃燒技術(shù)的討論

　隨著無煙煤在回轉(zhuǎn)窯，尤其是新型干法窯上成功使用，人們再不為它能否著火，能否燃燼而擔(dān)心，越來越多的位于無煙煤產(chǎn)區(qū)的水泥廠急于技術(shù)改造以圖摒棄昂貴的煙煤。三德水泥公司Φ4m×47m2000t/d生產(chǎn)線是國內(nèi)第一條全部使用無煙煤的新型干法工藝線，深受國內(nèi)水泥界的關(guān)注。三年來的無煙煤使用過程也是不斷認(rèn)識、不斷改進、不斷完善的過程，現(xiàn)將經(jīng)驗與體會介紹給同行，以供參考。  

1　對無煙煤特性的整體認(rèn)識 

　　本文闡述的無煙煤是指揮發(fā)分很低(<5%)，固定碳含量較高(>70%)，灰分不高(15%左右)，因而熱值較高的煤。它有兩大特點:著火溫度高，開始燃燒速度慢；而一旦燃燒后發(fā)熱量較大。對這種煤的認(rèn)識往往會有以下的片面性: 
　　
1)過多的強調(diào)和考慮如何處理著火溫度高、不易點燃的難度，如設(shè)計中考慮煤粉磨細(xì)，提高助燃空氣溫度，確保空氣中的氧氣濃度，延長煤粉在設(shè)備中的滯留時間等等。但對熱值較高，一旦著火會造成局部溫度過高的問題考慮不足，如:燒成帶及窯門罩的溫度過高而使該部位設(shè)備壽命太短，燒成帶進口耐火磚實際運轉(zhuǎn)周期才3個月左右，而且火焰集中在燒成帶的幾米范圍內(nèi)?？傊路鹬灰鉀Q著火和燃燼問題就過了關(guān)，忽視了解決局部高溫的重要性。  
　　
2)從煤粉燃燒性能這一角度出發(fā)，著火點高、燃燒速度慢就是缺點，熱值高就是優(yōu)點，這是無可爭議的。但從綜合設(shè)計考慮，缺點也有優(yōu)勢，優(yōu)點也會成危害。比如:煤不易燃對于儲存煤粉，防止爆炸是極好的一面，電除塵器較安全，可考慮是否還需要按煙煤的通用設(shè)計配置一氧化碳報警及二氧化碳的滅火系統(tǒng)；停窯后，煤粉倉可以儲存相當(dāng)數(shù)量的煤粉，而不必?fù)?dān)心其發(fā)生自燃，煤磨熱風(fēng)爐也可能不常用。反之，熱值高本來可降低煤耗和成本，但如處理不當(dāng)，火焰過于集中，就會造成上面所述的弊病。 
　　
3)在重視燃料的工業(yè)分析結(jié)果時，也不應(yīng)忽略其物理性能，比如無煙煤的磨蝕性較高，導(dǎo)致風(fēng)機風(fēng)葉以及進口風(fēng)門磨損很快，幾乎每年要更換一套，這是使用煙煤時少有的情況。再如，現(xiàn)在煤磨電除塵器上的瓷瓶非常易碎，不知是否與無煙煤的性能有關(guān)。 
4)人們在評價煤質(zhì)時，往往看熱值高低，揮發(fā)分、灰分含量多少，而不看其均勻程度。豈不知原煤畢竟是天然礦產(chǎn)，不是制造的產(chǎn)品，大多煤礦供應(yīng)商也不愿搭配開采。因此評定煤的質(zhì)量好壞，最首要應(yīng)該是看其穩(wěn)定程度，穩(wěn)定的煤才是優(yōu)質(zhì)的煤。有時熱值很高或灰分很低，都會使設(shè)計和操作難以處理。應(yīng)該說無煙煤的使用成功使得燃料的選擇性更廣了，但是成分不穩(wěn)定的煤不能保持工藝穩(wěn)定。因此設(shè)計中是否建煤均化堆場，倒是應(yīng)該慎之又慎。 

2　設(shè)計中針對無煙煤特性所采取的對策與效果 

KHD公司根據(jù)其在國外其它地區(qū)設(shè)計無煙煤生產(chǎn)線的經(jīng)驗，在設(shè)計此生產(chǎn)線時，采取一些措施，經(jīng)實踐檢驗其中有些是成功的，有些則沒有效果，有些雖思路正確，但還存在問題有待改進。 

2.1　成功的經(jīng)驗 
　　
1)煤磨系統(tǒng)設(shè)置兩級選粉，根據(jù)窯爐的燃燒實際需要，控制不同的細(xì)度。分解爐為80μm篩篩余3%以下，窯頭5%以下，這種措施為提高無煙煤的燃燼率創(chuàng)造必要的先決條件。 
　　
2)管道式分解爐，在其頂部設(shè)有pyrotop型旋風(fēng)器，使粗粒煤粉及生料均能分離出來，再循環(huán)回主分解爐入口端。該措施延長了生料分解時間及煤粉燃燒時間，為煤粉燃燼及物料分解均給予了充足的可能。 
　　
3)選用熱效率高達76%的空氣梁篦冷機，使入窯的二次風(fēng)溫及入分解爐的三次風(fēng)溫分別達到1100℃和920℃左右，為解決無煙煤燃點高的問題創(chuàng)造了極為有利的條件。 

2.2　沒有效果的設(shè)施 
　　
1)原設(shè)計在三次風(fēng)管前端(窯頭沉降室前)加設(shè)一噴油裝置，其目的是在最初投料時提高三次風(fēng)溫，但實踐證明效果不佳，最后拆除。不如在分解爐入口處加設(shè)噴油裝置更有效。 
　　
2)生料入預(yù)熱器前，增設(shè)了兩路閥，分別去二級和三級出口，其目的是為防止三級出口溫度過高，讓部分生料直接入二級預(yù)熱器，但該部分物料預(yù)熱時間會縮短，溫度會下降。實際操作也無作用，現(xiàn)已基本不用。 
　　
3)原三次風(fēng)管末端有電動閥門控制，當(dāng)分解爐有塌料或熟料粉被拉過來過多時以排料用，但由于電動閥門控制無法與塌料等情況同步，改造為重錘翻板閥后就避免了此處的堵料。 
2.3　思路正確但尚須改進完善的地方 
　　
1)窯爐分列，即分解爐為離線式，窯廢氣不進入分解爐，以確保分解爐內(nèi)的煤粉是用含氧量高的純?nèi)物L(fēng)管來的熱風(fēng)，也有利于碳酸鹽的分解不受廢氣中CO2分壓高的影響。這是有利于無煙煤燃燼及提高生料分解率的得力措施。但它需要爐系列與窯系列風(fēng)量控制平衡，尤其是窯系列易結(jié)皮的情況下，這種平衡還成為動態(tài)的。因此實踐中控制起來非常困難，常常剛點窯時，因窯上升煙道結(jié)皮清理得比較干凈，此時窯系統(tǒng)阻力小，風(fēng)從這里走得多，分解爐系統(tǒng)的風(fēng)量就小，于是入分解爐的生料不能完全被風(fēng)托起，因此在三次風(fēng)管尾部就會被生料堵死，為了不堵，在此處增設(shè)了卸灰閥，生料從此處排出；而隨運轉(zhuǎn)時間的推移，窯煙道的結(jié)皮越來越嚴(yán)重，阻力變大，因此分解爐風(fēng)量變大，不但不會再有生料落下排出，而且會將熟料順著三次風(fēng)管帶到卸灰閥處漏出。這種先跑白料，后跑黑料的循環(huán)往復(fù)，帶來了如下危害:①剛點窯時，為避免跑生料過多，只好向窯系列多分料，造成窯內(nèi)負(fù)荷過大，常常跑出游離鈣很高的熟料，使熟料質(zhì)量不穩(wěn)定；②跑料多，不但污染環(huán)境，而且?guī)ё叽罅繜崃?，又漏入冷風(fēng)提高熱耗，也不利于無煙煤在分解爐內(nèi)的燃燒。除窯尾上升管道結(jié)皮影響窯爐風(fēng)量平衡的因素之外，還有如下情況不能忽略，如:窯、爐兩系列的管徑大小可以在摸準(zhǔn)各系統(tǒng)阻力情況下給予合理的修改，只是修改中要防止結(jié)皮堵塞的可能；窯內(nèi)結(jié)圈也是增大窯系列阻力的因素，因此避免窯結(jié)圈也有利于兩系列的風(fēng)量平衡(Φ4m窯完全可以避免結(jié)圈)；后窯口密封板的損壞，上升煙道人為處理結(jié)皮時打開捅灰孔等均可降低窯系列的阻力，同理，三次風(fēng)管后閘板等處的漏風(fēng)也會減少爐系列的阻力，這些偶然因素一旦發(fā)生，均會影響窯、爐風(fēng)量平衡。 
　　
2)由四級預(yù)熱器至分解爐前增設(shè)兩路閥，讓出四級的物料根據(jù)情況可向窯尾上升煙道分至一部分，這本是控制窯爐平衡的重要手段，也可根據(jù)情況適當(dāng)降低窯上升煙道的溫度，避免或減少結(jié)皮。但由于兩路閥與四級出口之間的管道太短(僅1m左右)，分料的大小不僅受閥門開度的控制，還常受到風(fēng)量、料量變化影響。操作過程中，縱使兩路閥不動，但通向窯、爐的料流會忽大忽小。因為物料經(jīng)旋風(fēng)筒旋流而下，旋下的角度方向是受旋風(fēng)速度左右的，如管道延長到足以使旋下物料的運動只受管道方向所約束，此問題就會迎刃而解。但原設(shè)計者考慮在四級底部增設(shè)一導(dǎo)流縮口，以約束經(jīng)兩路閥時的物料。該方案一直未予實行，估計是擔(dān)心此導(dǎo)流縮口高溫變形后，可能使四級預(yù)熱器堵塞。 
　　
3)三風(fēng)道煤管的選用是為了能控制調(diào)節(jié)火焰形狀、位置，但實際選用的煤管未根據(jù)無煙煤的特性，設(shè)計口徑過大，為了保持一定的出口風(fēng)速，一次風(fēng)量不得不加大，使其占總風(fēng)量的比例高達16.5%，這對揮發(fā)分不足5%的無煙煤而言顯然是過高了，而且結(jié)圈也頻繁，也由于口徑過大，內(nèi)、外風(fēng)的調(diào)節(jié)也不敏感，使火焰形狀改變不了短粗的弊病，使燒成帶變短，火焰過分集中，燒成帶局部窯襯很快燒壞，進口磚壽命才3個月左右，窯門罩及窯口鐵磚也都在半年內(nèi)修補或更換。 

3　修改對策及效果 

　　 
3.1　解決窯爐風(fēng)量平衡的措施 
　　
一般設(shè)想都是用閘閥、閘板等措施隨時調(diào)節(jié)，尤其是這種平衡處于動態(tài)時更應(yīng)如此。但由于該處溫度過高，設(shè)定的閘板不是燒壞，就是被結(jié)皮卡死，原KHD公司設(shè)計時只在三次風(fēng)管末端設(shè)置了一可調(diào)閘板，但在窯點火時，此閘板全部提起，窯的阻力仍大大低于三次風(fēng)管的阻力，也可以說三次風(fēng)道的阻力設(shè)計偏大了。為了解決這個問題，我們采取如下措施: 
　　1)對窯、爐分別進五級預(yù)熱器的管道截面進行修正。 
　　2)在窯上升煙道上使用抗結(jié)皮澆注料，以保證不結(jié)皮、少結(jié)皮，且結(jié)皮后不再增厚，使煙道內(nèi)徑在運行過程中保持常數(shù)。 
　　3)增加三次風(fēng)管橫截面積，改變磚型，使用有隔熱性能的耐堿復(fù)合磚(且熱端凈空直徑應(yīng)更大，冷端更小)。 
　　4)運行過程中當(dāng)窯煙道有結(jié)皮時，可啟用三次風(fēng)管閘板調(diào)節(jié)開度，平衡到不讓熟料細(xì)粉被帶出來。 
　　5)在上述措施逐漸實施的過程中，在停窯期間，窯尾垂直煙道的結(jié)皮不要清理得太干凈，可以縮短甚至取消點窯初期因窯系統(tǒng)阻力小，三次風(fēng)管卸灰閥跑白料的情況。但如清理太少，煙道有易堵塞的危險。 

3.2　重新選用四風(fēng)道煤管 
　　
1)減少了出風(fēng)口斷面，在出口風(fēng)速不降低的情況下能極大地減少一次風(fēng)量占總進窯風(fēng)量的比例，為降低熱耗創(chuàng)造有利條件，同時避免了窯內(nèi)結(jié)圈。 
　　
2)內(nèi)、外風(fēng)量的調(diào)節(jié)靈敏度提高，使火焰形狀能按要求控制，配合窯筒體溫度掃描裝置保護了窯皮，火點位置也能合理變動，避免了高溫區(qū)過分集中，確保窯運轉(zhuǎn)周期延至9個月以上(外風(fēng)風(fēng)速提高1.78倍，換言之，若保持風(fēng)速相同，風(fēng)量可為原風(fēng)量的1/2.78。 

3.3　延長四級出口翻板閥至兩路閥的管路的思路 
　　
延長四級出口翻板閥至兩路閥的管路，使物料在過翻板閥之前已有一段距離可以規(guī)范其運動方向，不再受旋流運動大小的影響，兩路閥的控料作用得到完全的發(fā)揮(尚未改造)。 

4　窯運行參數(shù) 

　　經(jīng)過實施上述主要措施，窯的各項經(jīng)濟指標(biāo)明顯得到改善，見表1。