煤质分析对新型干法水泥生产的影响

　　一、煤的发热量及燃烧特性

　　新型干法窑结皮堵塞现象影响了不少水泥厂的运转率，一个重要原因是煤炭燃烧特性与分解炉不匹配。 
                     
　　在分解炉内，煤粉燃烧速率一般都低于碳酸盐分解速率，煤粉燃烧发热速率决定了碳酸盐速率；另外，煤炭燃烧速度决定了煤粉燃烧完全（燃烬）需要的时间，如果煤粉不能在分解炉中燃烬，带到预热器管道中继续燃烧发热造成局部高温，生料熔融后粘附在管道上就产生结皮堵塞。陈全德等人的研究表明，我国分解炉结皮堵塞的一个重要原因是分解炉内煤粉燃烧不完全，这在燃烧速度慢的煤中更明显。所以老新型干法的改造主要内容是扩大分解炉容积、提高煤粉在分解炉内的停留时间。但在分解炉已经建成的条件下，煤粉在分解炉内的停留时间已经确定，这时选择和制备燃烧特性合适的煤粉就显得非常重要了。

　　煤炭燃烧特性就是煤炭的燃烧速度，常用着火指数和燃烬指数衡量，着火快、燃烬率高的煤炭能在分解炉中及时燃烧完全，避免未燃烬的煤粉在预热器系统中继续燃烧造成结皮堵塞；燃烧特性合理的煤粉，还有利于在窑头产生合理的火焰温度和形状，避免熟料烧成不良或结圈发生。

　　水泥厂普遍根据煤炭挥发分（Vad）判断煤炭燃烧特性，但水泥厂常常发现，挥发分相同的煤炭实际燃烧特性差别很大；同一煤炭，不同细度，其燃烧特性差别也很大。根据燃烧学理论，挥发分只是影响燃烧特性的众多因素中的一个，单控制挥发分是不能保证燃烧特性稳定的，而只有保证煤粉燃烧特性的稳定，才能保证煤粉在新型干法回转窑中燃烧的稳定。实践证明，当煤炭发热量低、挥发分低、灰分高、水分大、煤粉粗时都会造成煤粉燃烧速度慢，热力不集中，火焰拉长，熟料烧成不佳，因此燃烧速度特性的科学评价是非常有实践意义的。

　　我们花了4年研制的CT7000型多功能热量仪的最大特点是除测定煤炭发热量之外，还能测定煤炭燃烧特性，专门根据新型干法水泥厂的要求和环境研制，更科学地反映煤炭燃烧特点，帮您及时对入窑煤粉的燃烧特性进行测定。

　　另外，煤炭均以发热量计价，但水泥行业普遍习惯用工业分析结果计算发热量，该方法是80年代国家煤炭科学研究总院北京煤炭化学研究所针对不具备热量仪条件的小厂矿企业研究的经验公式，与国家标准要求的氧弹法测定的发热量有误差，高的可达500×4.18KJ/Kg，在热量仪普及的今天已经落后。而CT7000型多功能热量仪的热量测定功能解决了这一问题。

　　在自动化方面，CT7000型多功能热量仪吸收了国内外最先进煤炭热量仪的优点，实现了不调水温、不称水重，并融合最新的电子技术，自动化程度达到国际先进水平。仪器具有操作方便、容错性强、故障率低的特点，并备有联网接口，方便了水泥厂选择最适合的煤炭。

　　二、硫在新型干法水泥生产中的作用

　　煤中硫含量的波动对新型干法水泥生产影响很大。作为原料，煤灰是熟料的一部分，煤中硫直接影响生料易烧性和熟料强度。 
                     
　　一方面，适量硫的存在有助于改善生料易烧性、改善熟料强度。北京地区的新型干法水泥厂普遍经验发现，熟料中SO3含量在1％左右最佳；但山东、江西等地的新型干法水泥厂技术人员发现熟料中SO3含量升高熟料后期强度下降，看似与北京地区经验矛盾，实质是由于SO3含量升高后导致实际饱和比降低造成的，如果保持有效饱和比不变，生料易烧性和熟料强度都会得到改善。当然，在无旁路放风的情况下，钾、钠、氯、硫不断挥发、冷凝，如果硫和碱反应平衡后还有过剩硫存在，过剩硫在窑中循环也会引起结皮，且结皮主要成分为硫酸钙和硫硅酸钙（2C2S•CaSO4）形成的致密层，很难清除；如果硫碱比太低也会形成以碳酸碱为主的坚硬窑皮。所以，控制生料中SO3是十分重要的。

　　参考国外经验，对挥发性组分的控制范围为：
                      生料中：K2O+Na2O<1%; Cl-<0.015%
                  硫碱比（摩尔比）Q＝SO3/(K2O+0.5Na2O)=0.6-0.8 
                     
　　生料中的SO3主要由煤炭带入，所以测定煤炭中硫含量是必要的。煤中硫测定的标准方法主要有化学分析法和库仑法。化学分析法已经在水泥厂广泛应用，但速度慢、操作复杂；库仑法也是硫含量测定的标准方法，操作省力、速度快，精度与化学法相同，已经在煤炭行业广泛应用。

                     
　　我们研制成功的CTS3000型快速测硫仪，在吸收煤炭行业成功经验的基础上，采用库仑法原理，具有测定速度快的特点，还针对新型干法水泥厂的测定水泥SO3的要求，研究了煤炭硫和水泥硫的测定，并将测定条件固化到程序中，十分适合水泥厂使用。

　　三、煤中水分的研究
　　煤中水分对煤粉燃烧和煤炭发热量计价有严重影响。 
                     
　　含水分高的煤粉不但难于粉磨，在输送、储存过程中容易引起堵塞，影响煤粉的均匀喂料，最终导致窑温的波动；含水分高的煤粉吹入水泥窑时，水分首先蒸发，煤粉颗粒被冷却，导致煤粉滞后起燃，火焰拉长。所以煤粉制备过程中要把煤粉水分控制在1％以下。

　　对于入厂煤，煤炭以发热量计价，水分高低直接影响发热量值高低，如果不能及时、准确检测煤炭的全水分和空气干燥基水分，就会给煤炭计价工作带来混乱。

　　水泥厂普遍习惯用烘箱进行水分测定，但这种传统方法耗时太长，很难适应现代煤质分析控制的速度。而微波水分仪就是传统水分测定的替代方法。

　　 CTD100型微波水分快速测定仪是吸收煤炭行业普遍使用的微波水分法，根据煤种的不同，水分测定只需10－20分钟；还采用微波、光波组合的加热方式，样品受热更均匀，结果十分稳定；根据不同煤炭干燥特点设计了不同程序，解决了无烟煤炸瓶难题，适合于新型干法水泥厂出磨煤粉水分的控制和入厂煤炭水分检验。

　　四、煤炭灰分挥发分对新型干法生产的影响 
                     
　　水泥厂习惯用灰分、挥发分来评价煤炭燃烧特性，实践证明，当煤炭发热量低、挥发分低、灰分高、水分大、煤粉粗时都会造成煤粉燃烧速度慢，热力不集中，火焰拉长；新型干法水泥厂还根据这煤炭灰分进行配方计算，还有不少水泥厂根据工业分析结果进行发热量的计算。

　　水泥厂常用马弗炉、高温炉进行煤炭挥发份、灰份测定，化学分析熔样，SiO2、SO3灼烧，烧失量测定，由于高温炉采用硅炭棒加热，在高温下硅炭棒中的炭会造成局部还原气氛，这会影响测定结果的准确性。因此必须使用马弗炉测定煤炭灰分挥发分。

　　煤炭挥发分测定过程实际上就是煤炭热解过程，由于煤炭在不同温度下热解产率是不同的，所以煤炭挥发份测定对升温制度要求严格，稍一疏忽，结果就不准或要作废。所以水泥厂普遍使用的老式马福炉温控器已经不能满足水泥厂煤炭灰分挥发分测定的需要。

　　我们研制成功对的CTM100型智能灰分、挥发分测定仪，吸收煤炭行业广泛使用的马弗炉程序温控器的优点，还融合了中国矿业大学煤质分析中心20年煤质分析经验，不仅在炉体设计上采用创新的拉门设计，大大方便了操作；还将灰分挥发分等升温制度程序化控制，定时自动转换、定时报警提醒，大大提高了测定精度和化验人员工作效率。