回转窑无烟煤煤粉制备系统的研究

本文研究解决无烟煤煅烧工艺中煤粉制备的主要技术问题，探讨如何降低入窑煤粉细度，开发煤粉制备工艺和装备，为熟料煅烧提供合格的煤粉。  

1　常规煤粉制备工艺和设备 

　　目前国内外常用的煤粉制备方法是采用立磨或球磨配双分离、双风机系统。国内主要采用普通风扫球磨制备，回转窑水泥厂煤磨车间主要生产工艺及煤磨机系统配置见表1。  

2　无烟煤的粉磨性能及相关试验 

　　 
2.1　粉磨至一定细度时所需的时间 
　　
无烟煤较烟煤通常成矿地质年代更为久远，可以认为无烟煤是一种比烟煤晶体化更完整的形态。因而质地变硬，易磨性变差。用Φ500mm×500mm试验小磨，标准级配条件下，将烟煤和无烟煤粗磨到0.08mm筛筛余40%的细度；再换用适当级配的小研磨体，磨细到0.08mm筛筛余5%，几种煤的粗磨和细磨所需的时间见表2。

  

试验表明，相同细度下无烟煤所用的粉磨时间普遍比烟煤长，也就是说无烟煤的易磨性差于烟煤，特别是细磨性能更差。 
2.2　不同研磨体对粉磨效果的影响 
　　
无烟煤具有易碎难磨的特性，早在90年代初期推行机立窑节能技术改造时，其中的一项措施就是料、煤分别制备，以减轻机立窑的化学不完全燃烧现象。我们根据无烟煤的特点，采用具有选择性粉碎作用的棒磨来制备煤粉，其产品1mm通过率大于90%，而小于0.08mm的细粉含量极低，粒度组成非常适合机立窑煅烧的要求。水分小于5%时棒磨的效率很高，在LJP水泥厂，1台装机功率为55kW的Φ1.5m×2.5m棒磨在调试时，80%负荷下产量可达13t/h。 
　　
无烟煤用于回转窑煅烧，对煤粉的要求与机立窑完全不同，必须寻求新的技术途径。大量的实验室试验结果显示，如采用国内常规方法粉磨无烟煤必将大大增加粉磨电耗，且煤粉细度难以保证。同时发现，采用适当尺寸的小研磨体对大多数烟煤和无烟煤的细磨效果均很好。福建DT水泥厂用不同研磨体对无烟煤的粉磨效果(见表3)证明了这一点。同时可见，不同的无烟煤效果也不一样。表3中4种无烟煤易磨性最好的是A，其余依次为B、C、D。

  
1998年在HRB水泥厂对Φ2.4m×9m煤磨进行改造。该磨开流生产，无计量设备。改造前筛余值约18%，有时达30%，台时产量11～13t/h，喂料皮带调速电动机的转速控制器显示值为200～220r/min。为了把煤粉筛余降下来，以利于窑的煅烧。在磨内增设筛分隔仓板，调整仓位和级配，特别是在细磨仓采用小研磨体。试验证明，如果工艺参数选择得当，小研磨体同样可以完成煤的细磨任务。经过几次调整，改造后在喂料量不变时，筛余值可达到5%；在筛余值约10%时，皮带调速电动机的转速控制器显示值可达300r/min，比原来提高约50%。 

3　无烟煤煤粉的制备工艺 

　　 
3.1　新建生产线的煤粉制备工艺 
　　
我们研究设计的无烟煤制备工艺系统首先用于福建DT水泥厂日产600t五级预热器窑生产线。 
　　
DT水泥厂的无烟煤粉磨性能试验见表3，其工业分析和煤灰化学分析结果见表4。

  
从表5、表6可见，B煤的挥发、点火性能很差。这说明，无烟煤的易磨性、燃烧性能的趋向是基本一致的。由于煤粉的燃尽时间与粒径的平方成正比，因此要求煤粉0.08mm筛余小于3%。也就是说，随着煤质不同，煤粉细度要求也不同，对于粉磨设备结构和工艺参数也有待合理选择。 
　　
根据DT厂无烟煤性能分析试验结果和以前的试验数据，确定无烟煤细磨机的规格为Φ2.2m×5.8m。该磨机有2个仓，粗磨仓采用的研磨体为钢球，细磨仓采用的研磨体为特制的钢段，是煤粉细磨的关键。原煤在第一仓粉磨后经由第一、二仓之间的筛分装置，分离后的细粉进入二仓，粗粉则继续留在一仓。 
　　
在风扫磨中，煤粉产质量受粉磨能力和烘干能力的制约。传统煤磨中烟煤煤粉不必磨得很细，烘干能力往往是主要矛盾，因此煤磨长径比较小，能通入大量热风。无烟煤水分一般较烟煤低，而细度要求细，易磨性又差，粉磨能力是主要矛盾，应选择较大的长径比。 
　　
传统煤磨在停磨检查时常可看到磨内两边有很多煤粉而中间风扫得很干净，说明热风在磨内穿空而过，分布严重不均。为此在进风处设计了均风装置，使热风在整个断面上分布，这也相当于提高了磨机的烘干能力，所以不设烘干仓。实际使用中制备出的煤粉水分、细度都符合煅烧的要求。 
　　
此外，还改进了密封装置，减少了漏风；改进了进料结构，使小球不易在进料斗处堆积，使热风能顺利入磨。 
　　
在粉磨系统设计中，由于当时条件所限，仍然沿用了传统的粗粉分离器，其分离效率低，回粉细度<20%。其它主要设备包括旋风式细粉分离器、循环风机、袋式除尘器和排风机等。 
　　
该系统于1999年初投入正常生产。开始阶段A煤和B煤搭配使用，后来全部使用低挥发分的B煤，系统产量基本稳定在7.5～8t/h，最高可达9t/h。煤粉细度2%～3%，水分1%～1.5%。该磨仍未达最大能力，主机电流仅380A(额定电流500A)。 
　　
3年来的生产实践表明，该系统运行稳定可靠，操作简便，制备出的煤粉完全可以满足回转窑煅烧的要求，系统的粉尘也可达标排放。 
　　
随后为1000t/d新型干法生产线配套的Φ2.4m×6.5m无烟煤细磨机也于2001年11月在湖南YS水泥厂投产，煤粉细度控制为3%～5%。在达到额定装载量2/3时，产量已达10t/h。 
3.2　原有煤粉制备系统的在线改造 
　　
以湖南DJ水泥厂为例，该厂有3台湿法华新窑，各有1套煤粉制备系统且可以互相串用。煤粉制备系统流程如图1。

 

煤磨规格为Φ2.5m×3.9m，装球量为25t，电动机功率320kW。烟煤入磨水分约12%，煤粉筛余值平均约13%，产量约10t/h。在对无烟煤进行易磨性试验和其它有关试验、对系统进行详细了解和研究后，我们确定采用以下技术措施: 
　　
1)工艺流程改造。如图2所示，取消了原循环风机和循环风管，弃用旋风筒，代之以高浓度煤磨袋式除尘器，废气全部经除尘器由系统内唯一的排风机排入大气。使流程大为简化，操作更加方便。

 

2)磨内改造。采用新型分级衬板，提高粉磨效率，降低平均球径。既不降低磨机有效容积，又不会形成使煤粉易于留存的死角，还能使研磨体沿轴向合理分级，使大球多聚集于进料端。采用小球加强细磨能力，结合小磨试验结果，设计出最佳级配。 
　　
3)采用高效选粉机。用CMS-30煤磨选粉机代替Φ2.5m粗粉分离器，提高了分离效率，减轻了磨机负担。同时使煤粉细度控制变得方便、稳定。 
　　
改造完成后，在无烟煤占60%、烟煤占40%、原煤水分约11%的情况下，产量可达13t/h以上，煤粉细度为5%，水分<1.5%。目前该厂停了1台煤磨，仅用2台煤磨供应3台窑用的煤粉还有富余。 

4　结论 

　　回转窑水泥厂因地制宜采用廉价的无烟煤或劣质煤来煅烧熟料，有显著的经济效益和社会效益。其关键技术之一是煤粉制备工艺及设备。无烟煤具有燃烧性能差和易磨性差的特点，在相同的粉磨细度下，无烟煤所需的粉磨时间大于烟煤；而采用小研磨体在多数情况下可有效地提高粉磨效率。通过研究，开发了适合不同情况的无烟煤煤粉制备工艺和装备。对于老厂在线改造，可通过理顺工艺流程、磨内改造、采用高效分离器等措施来满足要求；对于新建生产线，则采用无烟煤细磨机更为合理，选用前需对煤的各种性能进行全面了解，才能取得最佳效果。Φ2.2m×5.8m无烟煤细磨机可以为600t/d、700t/d生产线配套，Φ2.4m×6.5m磨机可为1000～1500t/d新型干法生产线配套。 
　　
在水分低于10%情况下，这种煤磨也非常适合于粉磨烟煤，可大幅度降低电耗，并且细度稳定。Φ2.2m×5.8m煤磨配华新窑或1000t/d新型干法线还有富余，Φ2.4m×6.5m煤磨可配1500～2000t/d新型干法线。