预分解窑采用无烟煤煅烧熟料技术的发展状况及技术要点

2021-01-06

预分解窑采用无烟煤煅烧熟料的意义

进入新世纪，我国水泥工业进入飞速发展时期，到目前为止，至少有800余条预分解窑水泥生产线在为国家基础建设服役，而这些生产线每年耗费着大量的煤资源。尽管我国煤炭储量丰富，品种齐全，但在全国煤炭储量分布及品种分布上却是不平衡的。从总体上看，我国北方煤炭储量多，南方储量少；从品种上看，南方许多省份的煤炭主要是低挥发分煤。长期以来，为了满足南方地区能源使用的需要，只好北煤南运。

目前，我国生产水泥用煤量占煤炭总供应量的5%，保守估计为1亿吨。在传统的水泥生产工艺中，一般回转窑生产线及新型干法水泥生产线必须使用烟煤，这些烟煤主要来自北方的一些大煤矿。这样，一是增加北方烟煤的消耗量，给我国煤炭工业增加了负担；二是增加了铁路运力，使我国本来就繁重的交通运输工业更加紧张；三是东南沿海地区许多大中型水泥厂弃当地低挥发分无烟煤不用，使煤炭利用率大大降低；四是南方水泥厂大量使用北方产烟煤，由于运费消耗，煤价上扬，水泥生产成本大大提高；五是南方水泥厂为保证水泥连续生产，必须建大的贮煤场来贮煤，这样既增加了水泥厂基建投资和占地面积，也使生产成本提高，工厂经济效益下降。

因此，预分解窑采用无烟煤煅烧熟料技术的的推广和应用，既可增加工厂经济效益，又减轻了交通运输的压力，也合理地利用了燃料，具有很高的技术经济效益和良好的社会效益，并有利于水泥行业的可持续发展，利国利民，意义十分重大。

我国预分解窑采用无烟煤煅烧熟料技术的发展状况

我国水泥生产技术研究设计人员早在20世纪90年代就开始了预分解窑采用无烟煤煅烧熟料技术的研究，从中国建材科研院到三大水泥设计院，都作了大量的科研和工业试验，并将科技成果用于生产实践中。我国预分解窑采用无烟煤煅烧熟料技术的成熟经历了引进、消化、创新、实践、再进行自主创新的过程。直到2004年、2007年才相继对南京院和天津院的该技术进行科学的鉴定。

2004年年初，中材国际南京院研究开发的新型干法窑燃无烟煤技术及应用通过了由中国建材工业协会主持的科技成果鉴定。国家建材工业科技教育委员会主任黄书谋、中国建材工业协会副会长徐永模以及南京工业大学有关教授等一批国内水泥工业知名专家参加了鉴定。专家认为，南京水泥院在国内首先开始新型干法窑燃无烟煤生产水泥熟料的系统研究，通过对煤的品种、结构及其粉磨、燃烧机理的系统研究，解决了无烟煤煤粉制备系统与燃无烟煤的预分解系统、熟料冷却系统、燃烧器系统等的适配性，系统集成完善了预分解窑燃无烟煤生产水泥熟料总体技术。该科研项目为自主创新成果，填补了国内空白，达到了世界先进水平。在水泥预分解窑生产中用无烟煤作燃料，具有显著的经济、社会效益，在我国东南部地区及无烟煤产地具有广阔的应用前景。

2007年夏，中材国际天津院“水泥窑无烟煤煅烧技术研究及应用”科研成果通过了天津市科委主持的成果鉴定。专家们对该研究成果给予了很高的评价，并一致认为：通过煤粉燃烧特性试验确定新型干法窑、炉的热工参数及结构参数，综合采用新型分解炉、大推力的燃烧器及高效充气梁篦冷机等多项技术措施，可确保Vdaf

预分解窑采用无烟煤煅烧熟料技术的应用状况

上文已经说到预分解窑采用无烟煤煅烧熟料技术是在边研究开发、边使用的过程中成熟起来的。这里简单介绍一下该技术在国内外的应用状况。

1、国外

（1）朝鲜祥原水泥厂2条3300 t/d水泥熟料生产线全部采用德国KHD公司技术和设备建设的交钥匙工程，是世界上第一家在大型预分解窑上成功应用100%无烟煤生产水泥熟料的生产企业。该厂于 1988年建成投产，年产硅酸盐水泥达180万吨，且水泥质量稳定（相当于我国525#水泥标准）。

（2）越南海防水泥厂4000 t/d熟料生产线应用日本宇部公司技术，于1996年底建成一条4000 t/d熟料、100%燃无烟煤的生产线。该厂煤磨是经过专门设计的立磨，其粉磨产品细度达到90μm筛筛余小于4%，粉磨的成品煤粉由防爆袋除尘器收集后储于一个100 m3的煤粉仓内，经2套Pfister秤，分别送到窑头和分解炉燃烧器，入窑、炉燃烧。分解炉用三次风从熟料冷却机上抽取，为平衡窑炉阻力，在分解炉混合室与窑尾上升烟道联接处均装有调节阀门。设计中对所用的分解炉也经过了改进，使之有利于无烟煤的燃烧，分解炉分解后的入窑物料分解率设计值大于80%。

（3）越南But Son水泥厂4000 t/d熟料生产线位于越南河内西南方向60 km。But Son水泥厂是越南国家水泥公司下属的工厂，由法国Technip-Cle公司提供技术和设备，建设了一条燃100%无烟煤、4000 t/d熟料的完整水泥生产线，该系统中分解炉不仅正常生产时100%燃无烟煤，且可燃无烟煤直接点火。

（4）越南晨星水泥厂该厂是用日本神户技术，于1999年4月份建成投产的，采用DD型分解炉，分解炉规格为Ф6.6m×29m，燃用无烟煤的挥发分为8.8%。

2 国内

（1）第一条生产线是福建三德水泥厂2000t/d熟料的预分解窑生产线，在时间上该厂开建时间仅次于朝鲜祥原水泥厂的2条生产线，几乎与越南海防水泥厂同时建成，由南京院负责设计和生产调试的。该厂采用德国KHD公司技术和设备，全部采用当地产无烟煤（无烟煤工业分析参数见表7）作燃料煅烧水泥，于1997年4月份点火试生产。

（2）采用南京院自行研究开发的技术和设备，进行老线改造燃100%无烟煤生产水泥的有2个厂4条生产线，并均在2000年及其以前投产，它们是福建水泥股份有限公司和福建南平水泥股份有限公司；进行新线建设的有福建龙岩福龙水泥厂1000 t/d熟料预分解窑生产线、广东大明1000 t/d熟料预分解窑生产线、浙江诸暨1000 t/d熟料预分解窑生产线等。

（3）天津院1998年6月于河南省七里岗水泥厂进行了挥发分为9%～11％的低挥发分煤及挥发分为5%～8％的无烟煤煅烧工程实践及试验，取得成功并经优化改进后将无烟煤煅烧技术应用于老挝万荣720 t/d生产线，在此基础上，2002年国产化的100％煅烧无烟煤技术在龙岩合丰1000 t/d生产线上投入运行，2003年世界上规模最大的100％煅烧无烟煤5000 t/d生产线于广东塔牌投产运行。迄今为止，天津院有限公司设计采用无烟煤煅烧的生产线近30条，其投产的规模包括720 t/d、1000 t/d、2500 t/d、3200 t/d到5000 t/d等，实际运行状况良好。

（4）成都院涉足无烟煤煅烧熟料技术也比较早，其100%无烟煤煅烧熟料技术成功应用在预分解窑上是2005年建成的广东清远广英水泥有限公司2500t/d熟料水泥生产线。其100%无烟煤煅烧熟料技术是该院根据无烟煤在预分解窑烧成系统的燃烧特性展开系统的实验和研究后，对烧成系统的工艺和设备进行了针对性的优化设计，形成了与之配套的技术和装备。

预分解窑采用无烟煤煅烧熟料的技术要点

（1） 煤质和细度

无烟煤的质量按灰分含量划分。灰分不同，对燃烧的影响也不一样。应尽可能用灰分低的煤，最好能定点供应，并设置预均化堆场。这是因为灰分低的比灰分高的无烟煤有以下优点：发热值高，燃烧速度快，燃尽时间短；虽然单位质量的煤燃烧后的烟气量高，但由于热耗低，总的烟气量反而低；由于煤灰量小，对配料稳定性影响小；窑内结圈几率减少；虽然单价高，但由于总量低，加上运输、储存、粉磨的费用，其总费用反而低。

细度对无烟煤燃烧是至关重要的。合理地提高煤粉细度可以弥补因挥发分低带来的燃烧差异。回转窑内燃烧是扩散控制过程，煤粉燃尽的时间正比于颗粒直径的二次方，而分解炉内燃烧是化学过程占主导地位，燃尽时间正比于颗粒直径，所以增加细度对前者影响大于对后者的影响。用无烟煤作燃料，不同的设备和煤质对无烟煤的细度要求不同，但通常要求窑用无烟煤细度（R0.08）≤5%，分解炉用无烟煤细度（R0.08）≤3%。

（2）分解炉的形式与结构

在煤种、煤质、细度确定的情况下，煤粉在分解炉内的燃尽度与O2含量、煤粉滞留时间和操作温度相关。而分解炉的型式和结构与O2含量和煤粉滞留时间相关。按窑气入炉与否，分解炉可分为在线式和离线式两种。两种型式的分解炉各有优缺点。由于无烟煤燃烧着火温度高，燃烧速度慢，燃尽时间长，因此在选择分解炉型式时，首要考虑的是哪种分解炉对无烟煤燃烧有利。窑气入炉虽然能在一定范围提高入炉空气温度，但降低了氧浓度，从而提高了燃料的着火温度，同时燃料须靠与氧气化合才能释放热量，窑气入炉氧含量降低，燃料发热能力将大大降低，氧含量下降，CO2增加，又会影响燃料的燃烧速度。此外，窑气入炉时，窑气中20%的CO2混入新鲜空气，使生料开始分解的温度提高，分解率降低。因此，采用无烟煤作燃料，最好选用离线式分解炉。但设计时，应考虑窑和分解炉两股气体的平衡以及分解炉可能出现的塌料的迅速排料问题。

为了延长无烟煤在分解炉内滞留时间，可增大容积、高度，采用合理结构，增加喷腾和旋涡效应，从而增大固/气滞留时间比。我国几大设计院均拥有成熟的烧成设备。

（3）窑用燃烧器

选择合适的窑用燃烧器对无烟煤燃烧更为重要。国产燃烧器专业生产厂家在燃烧器烧无烟煤方面作了大量的研究和实践，比较成熟的有天津博纳和武汉理工大学的燃烧器。在提高了燃尽度方面，这类燃烧器已经表现出良好的性能优势。华新水泥(昭通)有限公司4000t/d熟料燃无烟煤生产线是国内首条高海拔(2150m以上)地区的大型生产线。针对高海拔低气压及无烟煤的燃烧特点，该生产线煅烧系统就采用了武汉理工大学的OCUS回转窑用燃烧器，可以延长物料在炉内停留时间的中间缩口的喷腾型分解炉，和窑头、窑尾PFISTER喂煤秤系统。投运后，该线煤粉燃烧充分，熟料热耗低，系统运行稳定，熟料质量优良。

（4）篦冷机和二、三次风温

二、三次风温的提高，意味着热耗降低，窑系统的废气量减少，相应减轻了预热器高温风机的负荷；煤粉的燃烧速度加快，燃尽时间缩短，这对无烟煤燃烧是重要的。要提高二、三次风温，必须配备高效率的篦冷机。国产第三代篦冷机在正常操作时，二次风温1050℃左右，三次风温在900℃左右，显然对无烟煤燃烧是非常有利的，也是很关键的。