对无烟煤在新型干法窑上燃烧技术的讨论

　随着无烟煤在回转窑，尤其是新型干法窑上成功使用，人们再不为它能否着火，能否燃烬而担心，越来越多的位于无烟煤产区的水泥厂急于技术改造以图摒弃昂贵的烟煤。三德水泥公司Φ4m×47m2000t/d生产线是国内第一条全部使用无烟煤的新型干法工艺线，深受国内水泥界的关注。三年来的无烟煤使用过程也是不断认识、不断改进、不断完善的过程，现将经验与体会介绍给同行，以供参考。  

1　对无烟煤特性的整体认识 

　　本文阐述的无烟煤是指挥发分很低(<5%)，固定碳含量较高(>70%)，灰分不高(15%左右)，因而热值较高的煤。它有两大特点:着火温度高，开始燃烧速度慢；而一旦燃烧后发热量较大。对这种煤的认识往往会有以下的片面性: 
　　
1)过多的强调和考虑如何处理着火温度高、不易点燃的难度，如设计中考虑煤粉磨细，提高助燃空气温度，确保空气中的氧气浓度，延长煤粉在设备中的滞留时间等等。但对热值较高，一旦着火会造成局部温度过高的问题考虑不足，如:烧成带及窑门罩的温度过高而使该部位设备寿命太短，烧成带进口耐火砖实际运转周期才3个月左右，而且火焰集中在烧成带的几米范围内。总之，仿佛只要解决着火和燃烬问题就过了关，忽视了解决局部高温的重要性。  
　　
2)从煤粉燃烧性能这一角度出发，着火点高、燃烧速度慢就是缺点，热值高就是优点，这是无可争议的。但从综合设计考虑，缺点也有优势，优点也会成危害。比如:煤不易燃对于储存煤粉，防止爆炸是极好的一面，电除尘器较安全，可考虑是否还需要按烟煤的通用设计配置一氧化碳报警及二氧化碳的灭火系统；停窑后，煤粉仓可以储存相当数量的煤粉，而不必担心其发生自燃，煤磨热风炉也可能不常用。反之，热值高本来可降低煤耗和成本，但如处理不当，火焰过于集中，就会造成上面所述的弊病。 
　　
3)在重视燃料的工业分析结果时，也不应忽略其物理性能，比如无烟煤的磨蚀性较高，导致风机风叶以及进口风门磨损很快，几乎每年要更换一套，这是使用烟煤时少有的情况。再如，现在煤磨电除尘器上的瓷瓶非常易碎，不知是否与无烟煤的性能有关。 
4)人们在评价煤质时，往往看热值高低，挥发分、灰分含量多少，而不看其均匀程度。岂不知原煤毕竟是天然矿产，不是制造的产品，大多煤矿供应商也不愿搭配开采。因此评定煤的质量好坏，最首要应该是看其稳定程度，稳定的煤才是优质的煤。有时热值很高或灰分很低，都会使设计和操作难以处理。应该说无烟煤的使用成功使得燃料的选择性更广了，但是成分不稳定的煤不能保持工艺稳定。因此设计中是否建煤均化堆场，倒是应该慎之又慎。 

2　设计中针对无烟煤特性所采取的对策与效果 

KHD公司根据其在国外其它地区设计无烟煤生产线的经验，在设计此生产线时，采取一些措施，经实践检验其中有些是成功的，有些则没有效果，有些虽思路正确，但还存在问题有待改进。 

2.1　成功的经验 
　　
1)煤磨系统设置两级选粉，根据窑炉的燃烧实际需要，控制不同的细度。分解炉为80μm筛筛余3%以下，窑头5%以下，这种措施为提高无烟煤的燃烬率创造必要的先决条件。 
　　
2)管道式分解炉，在其顶部设有pyrotop型旋风器，使粗粒煤粉及生料均能分离出来，再循环回主分解炉入口端。该措施延长了生料分解时间及煤粉燃烧时间，为煤粉燃烬及物料分解均给予了充足的可能。 
　　
3)选用热效率高达76%的空气梁篦冷机，使入窑的二次风温及入分解炉的三次风温分别达到1100℃和920℃左右，为解决无烟煤燃点高的问题创造了极为有利的条件。 

2.2　没有效果的设施 
　　
1)原设计在三次风管前端(窑头沉降室前)加设一喷油装置，其目的是在最初投料时提高三次风温，但实践证明效果不佳，最后拆除。不如在分解炉入口处加设喷油装置更有效。 
　　
2)生料入预热器前，增设了两路阀，分别去二级和三级出口，其目的是为防止三级出口温度过高，让部分生料直接入二级预热器，但该部分物料预热时间会缩短，温度会下降。实际操作也无作用，现已基本不用。 
　　
3)原三次风管末端有电动阀门控制，当分解炉有塌料或熟料粉被拉过来过多时以排料用，但由于电动阀门控制无法与塌料等情况同步，改造为重锤翻板阀后就避免了此处的堵料。 
2.3　思路正确但尚须改进完善的地方 
　　
1)窑炉分列，即分解炉为离线式，窑废气不进入分解炉，以确保分解炉内的煤粉是用含氧量高的纯三次风管来的热风，也有利于碳酸盐的分解不受废气中CO2分压高的影响。这是有利于无烟煤燃烬及提高生料分解率的得力措施。但它需要炉系列与窑系列风量控制平衡，尤其是窑系列易结皮的情况下，这种平衡还成为动态的。因此实践中控制起来非常困难，常常刚点窑时，因窑上升烟道结皮清理得比较干净，此时窑系统阻力小，风从这里走得多，分解炉系统的风量就小，于是入分解炉的生料不能完全被风托起，因此在三次风管尾部就会被生料堵死，为了不堵，在此处增设了卸灰阀，生料从此处排出；而随运转时间的推移，窑烟道的结皮越来越严重，阻力变大，因此分解炉风量变大，不但不会再有生料落下排出，而且会将熟料顺着三次风管带到卸灰阀处漏出。这种先跑白料，后跑黑料的循环往复，带来了如下危害:①刚点窑时，为避免跑生料过多，只好向窑系列多分料，造成窑内负荷过大，常常跑出游离钙很高的熟料，使熟料质量不稳定；②跑料多，不但污染环境，而且带走大量热量，又漏入冷风提高热耗，也不利于无烟煤在分解炉内的燃烧。除窑尾上升管道结皮影响窑炉风量平衡的因素之外，还有如下情况不能忽略，如:窑、炉两系列的管径大小可以在摸准各系统阻力情况下给予合理的修改，只是修改中要防止结皮堵塞的可能；窑内结圈也是增大窑系列阻力的因素，因此避免窑结圈也有利于两系列的风量平衡(Φ4m窑完全可以避免结圈)；后窑口密封板的损坏，上升烟道人为处理结皮时打开捅灰孔等均可降低窑系列的阻力，同理，三次风管后闸板等处的漏风也会减少炉系列的阻力，这些偶然因素一旦发生，均会影响窑、炉风量平衡。 
　　
2)由四级预热器至分解炉前增设两路阀，让出四级的物料根据情况可向窑尾上升烟道分至一部分，这本是控制窑炉平衡的重要手段，也可根据情况适当降低窑上升烟道的温度，避免或减少结皮。但由于两路阀与四级出口之间的管道太短(仅1m左右)，分料的大小不仅受阀门开度的控制，还常受到风量、料量变化影响。操作过程中，纵使两路阀不动，但通向窑、炉的料流会忽大忽小。因为物料经旋风筒旋流而下，旋下的角度方向是受旋风速度左右的，如管道延长到足以使旋下物料的运动只受管道方向所约束，此问题就会迎刃而解。但原设计者考虑在四级底部增设一导流缩口，以约束经两路阀时的物料。该方案一直未予实行，估计是担心此导流缩口高温变形后，可能使四级预热器堵塞。 
　　
3)三风道煤管的选用是为了能控制调节火焰形状、位置，但实际选用的煤管未根据无烟煤的特性，设计口径过大，为了保持一定的出口风速，一次风量不得不加大，使其占总风量的比例高达16.5%，这对挥发分不足5%的无烟煤而言显然是过高了，而且结圈也频繁，也由于口径过大，内、外风的调节也不敏感，使火焰形状改变不了短粗的弊病，使烧成带变短，火焰过分集中，烧成带局部窑衬很快烧坏，进口砖寿命才3个月左右，窑门罩及窑口铁砖也都在半年内修补或更换。 

3　修改对策及效果 

　　 
3.1　解决窑炉风量平衡的措施 
　　
一般设想都是用闸阀、闸板等措施随时调节，尤其是这种平衡处于动态时更应如此。但由于该处温度过高，设定的闸板不是烧坏，就是被结皮卡死，原KHD公司设计时只在三次风管末端设置了一可调闸板，但在窑点火时，此闸板全部提起，窑的阻力仍大大低于三次风管的阻力，也可以说三次风道的阻力设计偏大了。为了解决这个问题，我们采取如下措施: 
　　1)对窑、炉分别进五级预热器的管道截面进行修正。 
　　2)在窑上升烟道上使用抗结皮浇注料，以保证不结皮、少结皮，且结皮后不再增厚，使烟道内径在运行过程中保持常数。 
　　3)增加三次风管横截面积，改变砖型，使用有隔热性能的耐碱复合砖(且热端净空直径应更大，冷端更小)。 
　　4)运行过程中当窑烟道有结皮时，可启用三次风管闸板调节开度，平衡到不让熟料细粉被带出来。 
　　5)在上述措施逐渐实施的过程中，在停窑期间，窑尾垂直烟道的结皮不要清理得太干净，可以缩短甚至取消点窑初期因窑系统阻力小，三次风管卸灰阀跑白料的情况。但如清理太少，烟道有易堵塞的危险。 

3.2　重新选用四风道煤管 
　　
1)减少了出风口断面，在出口风速不降低的情况下能极大地减少一次风量占总进窑风量的比例，为降低热耗创造有利条件，同时避免了窑内结圈。 
　　
2)内、外风量的调节灵敏度提高，使火焰形状能按要求控制，配合窑筒体温度扫描装置保护了窑皮，火点位置也能合理变动，避免了高温区过分集中，确保窑运转周期延至9个月以上(外风风速提高1.78倍，换言之，若保持风速相同，风量可为原风量的1/2.78。 

3.3　延长四级出口翻板阀至两路阀的管路的思路 
　　
延长四级出口翻板阀至两路阀的管路，使物料在过翻板阀之前已有一段距离可以规范其运动方向，不再受旋流运动大小的影响，两路阀的控料作用得到完全的发挥(尚未改造)。 

4　窑运行参数 

　　经过实施上述主要措施，窑的各项经济指标明显得到改善，见表1。