蒙煤在新型干法窑上的应用

　　一、概述
　　南方水泥旗下的江苏新街南方水泥有限公司的5000t/d熟料生产线工艺配置是1*Φ4.8m×74m回转窑；RF5/5000预热器，在线NC喷旋管道式分解炉；2*Φ4.6×（9.5+3.5）中卸烘干原料磨；1*ZGM113G煤立磨配备LPM2×7D-OOM汽箱式脉冲式袋收尘；1*NC39325新型推动篦式冷却机；使用北京某厂生产的NC-15II型三风道燃烧器和普通单风道燃烧器　配备了一座装机为9MW余热发电站。

　　投产后，使用山东、山西等地烟煤很快实现了达标、达产。2009年初，山东煤价上涨带动了山西等地烟煤价格过快上涨，到场煤价最高已经接近950元/吨；熟料能耗成本越来越高，为此，公司决定从2009年3月起试用蒙煤（内蒙古产煤）进行熟料生产。

　　蒙煤具有价格低（比同质量的其他煤种低50-60元/吨）、低硫份(St.ad =0.5%左右)、热值高（Q_net,ad5800kcal/kg以上)、货源充足、煤质稳定可靠的特点；但蒙煤自身也存在着的内、外水份高的问题，在使用中给煅烧、煤粉的水分控制、煤磨系统的操作等带来了一定的负面影响，也影响到了蒙煤的普及。

　　为了充分利用好这一丰富的煤炭资源，克服蒙煤自身存在的缺点，更好、更广泛地应用到实际生产中来，我们经过反复试验、不断摸索和改进使用方法，基本解决了使用中遇到的难题，在生产中取得了很好的效果。熟料实物煤耗及标准煤耗指标一直保持着较高水平；为企业带来了较好的经济效益。

　　二、不同煤种煤质在我公司实际生产中的应用效果
　　1 蒙煤和山西、山东煤质情况
　　

表1 蒙煤、山东和山西煤煤质（优质）分析

类别		Mad%	Aad%	Vad%	St.ad%	Qnet,ad(kcal/kg)
蒙煤烟煤(原煤)	蒙1	3.48	12.37	27.76	0.53	6414
	蒙2	4.26	15.22	26.86	0.48	6029
山西烟煤(原煤)	晋1	1.58	19.45	31.42	0.83	6010
	晋2	1.83	21.77	29.70	0.62	5804
山东烟煤(原煤)	鲁1	1.38	19.97	30.12	0.87	6089
	鲁2	0.97	25.60	28.54	1.02	5652

　    2、不同煤种、相同煤质对生产技术经济指标的影响

  表2　2009年9月-2010年5月平均结果

煤种	窑产量/ (t/d)	余热发电量(万度/日)	实物煤耗(kg/t)	标准煤耗(kg/t)	28d抗压强度/MPa
蒙煤1	6230	15.6	144	105.9	56.4
蒙煤2	6180	16.5	146	107.4	55.7
山东1	6100	18..2	146	107	57.5
山东2	6200	18.6	145	107.7	57.0
山西1	6200	19.9	145	106.4	57.9
山西2	6300	20.2	146	107.6	57.1

　　从上表2的对比数据来看，蒙煤与其他煤种相比在窑的熟料产量、煤耗方面基本上没有差别。但是对余热发电量和熟料的28天抗压强度增长有一定影响。究其原因，个人认为喷入窑内的煤粉受内水高的影响造成黑火头变长，火力强度减弱，生成A矿物的反应时间相对缩短造成的。虽然物料通过烧成带和冷却带的时间没变，但是这种熟料受到煅烧时间不足和煤粉“爆燃”急烧因素的影响导致结粒不好，熟料黄心、飞砂、致密度下降，熟料质量下降。熟料进入篦冷机后出现的扬尘量大，窑头发混的现象，也影响了发电效果。

　　三、技术改进措施
　　（一）把握原燃材料特性，拓宽选材渠道
　　为了弥补蒙煤在余热发电和熟料后期强度这两方面不尽人意的缺陷，我们首先从原料入手，掌握原料的实际状况。由于该公司使用的石灰石含硫量高（SO₃为0.4%）熟料中的SO₃含量一直保持在0.95-1.0%之间、R₂O含量为0.9%左右，生料和熟料全分析各组分的含量一直低于97.5%；较高的碱和硫等有害成分严重影响了熟料后期强度的增长；而石灰石矿含硫量高的现状无法改变，我们决定从辅助材料方面进行硫含量控制，以保证熟料品质合格。

　　我们先后采取了用钢渣代替铁粉、用黑煤矸石代替部分粘土进行配料。使用钢渣的好处除了降低制造成本外，主要是钢渣经过了高温热加工，晶格受到破坏，结构疏松、荷点低，液相产出早，参与熟料生成反应速度快、数量多，可借用它起到“晶种”作用；而使用黑煤矸石则是为了提高原料磨台时产量保证生料满足熟料产能的发挥，利用黑煤矸石残留的热值降低分解炉煤粉喷入量，提高窑前温度和篦冷机进入AQC锅炉入口风温；掺配黑煤矸石后，窑头AQC锅炉入口温度迅速提高到了430°C以上，解决了窑头锅炉蒸汽量不足的问题。这个改变不仅降低熟料成本，更主要是改善了入窑生料的易烧性，通过钢渣的“晶种”作用形成了熟料“粒核”帮助降低了入窑生料的分解率（由97%下控为93%），减少了尾煤的用量。

 　　根据进厂物料的化学分析结果（见表3）我们考虑到将熟料三项率值设计为KH=0.930;SM=2.60;IM=1.5（实际结果见表4）。为了保证配料方案得到完整实施，我们对原料组分和种类进行了严格的筛选，对生产数据进行认真归纳，现将原料、生熟料分析结果罗列如下：

改变原料配料组分后不同煤种煤质的技术经济指标对比（2009年9月-2010年5月）

表3　原材料化学分析结果           

项目	烧失量	SiO2	Ai2O3	Fe2O3	CaO	MgO	∑	SO3	水分-	R2O
石灰石	38.4	9.12	0.59	0.37	48.65	0.62	97.75	0.34	2.0
粘土	8.23	63.72	14.04	6.95	2.40	1.17	96.51	/	9.0
砂岩	2.81	76.72	8.06	7.93	1.2	0.37	97.09	/	12.4
煤矸石	14.73	52.02	18.49	5.12	1.54	0.92	92.82	0.54	5.5	1.55
钢渣(本地)	/	9.66	2.31	33.22	40.84	9.95	96.08		2.0
钢渣（宝钢）	/	10.32	2.97	35.21	38.76	9.32	96.58		2.2

　　采用同质的蒙煤和山西煤进行熟料生产后的生熟料化学分析结果如下：

表4 生料熟料全分析结果

项目	烧失量	SiO2	Ai2O3	Fe2O3	CaO	MgO	∑	KH	SM	IM
生料（蒙煤方案）	34.56	13.43	3.12	2.14	43.52	1.17	97.24	0.996	2.56	1.46
熟料（蒙煤方案	0.06	21.46	4.88	3.39	65.48	1.91	97.17	0.937	2.60	1.44
生料（晋煤方案）	34.24	13.30	3.14	2.08	43.20	1.14	97.09	1.002	2.55	1.51
熟料（晋煤方案）	0.12	21.03	5.19	3.21	65.31	2.01	96.79	0.94	2.51	1.62

　　此方案熟料物料检验结果：

　　蒙煤方案3天抗压强度：33.3Mpa           28天抗压强度：57.4Mpa
　　晋煤方案3天抗压强度：34.3Mpa           28天抗压强度：58.0Mpa

　　两种方案的结果基本接近。三天强度较高，后期强度值也达到了预期指标。

 表5 蒙煤在不同原料配料中工业试验对比情况    

对比项目	全煤矸石配料(方案1)	全粘土配料 (方案2)	煤矸石：粘土=1:3配料(方案3)	备  注
原料磨产量A（平均）T/H	225	215	220	中卸磨
原料磨产量B（平均）T/H	235	210	230	中卸磨
熟料产量（平均）T/D	6298	6055 / 5961 / 6122.	6207 / 6344
发电量（平均）Kwh/D	18724	152888 / 166073 /172961	184968 / 190320
实物煤耗（平均）Kg/t	145	148	147
标准煤耗（平均）Kg/t	106.7	108.9-111	107.4
熟料综合电耗kwh/t	63.98	64.94 / 66.97 / 66.34	64.61 / 65.1	原料磨为闭路中卸磨
熟料3天强度（Mpa）	33.1	32.2	32.8
熟料28天强度（Mpa）	55.7	55.3	56.2
综合评价	生料易磨；产量高；电耗低 发电好；C4、C5锥部及下料管结皮严重	入磨水分大，产量低； 勉强维持窑需求，发电差； 堵料造成配料困难	发电、产量高；电耗较低；煤耗低 不堵料，综合情况较好

　　从表5中可以看出，在稳定熟料产量（6200T/D）的前提下，采用不同的硅质校正原料对发电量影响比较明显，蒙煤在全粘土配料的方案中表现较差。但是掺加煤矸石后，无论是全部采用煤矸石还是部分掺配都对发电量有较大的提升，日均发电量达到了18万度以上。因此，我们确定采用粘土掺配煤矸石（3:1）这种方案进行生产。

　　（二）找准问题的关键，有针对性地进行相关调控
　　1)解决蒙煤外水烘干问题
　　出磨煤粉的水分难以控制。蒙煤的全水一般都是在16-18%之间，煤粉内水分一般都在4.8-5.9%之间，甚至还有7%的结果出现。外水一般为12-13%之间；控制出磨煤粉外水分的最直接的方法就是提高入磨风温，这对煤磨收尘系统来说是个考验。既要尽量降低煤粉水分，又要兼顾系统安全。煤磨的出口温度不宜过高（受袋除尘器滤袋及煤粉制备系统防火安全考虑），水分烘干受到限制，影响了磨机的产能发挥。

　　2)解决煤粉迟燃带来的问题。
　　由于煤粉水分大导致火焰黑火头长，烧成带后移1-2米，熟料C₃S形成时间短，不利于A矿的形成和发育。煤粉喷入窑内后，在出喷煤管后500mm会出现“爆燃”现象，对熟料颗粒外表面造成急烧。二次风温比使用其它煤种要求的温度(1050±50) ℃低50℃左右；据有关技术资料中介绍：煤粉中保持1.0%～1.5%的水分可以促进燃烧，但过量的水分却阻碍煤粉燃烧。煤粉水分每增加1.0%，火焰温度约降低10～20℃，煤粉水分对火焰温度的影响比灰分约大一倍。根据这一现状，我们只能在燃烧器位置和内外风使用上做文章，调整内外风阀的开度，移动燃烧器的位置进行适应。

　　3）解决煤磨袋收尘通风和收尘问题
　　由于蒙煤的外水较高，出磨烟气中湿度大，煤磨收尘系统阻力增大；加大煤磨系统的排风量，袋式收尘器出口负压要达到8000-8500Pa进出口压差达到1000-1500Pa这一负压差值要比使用山西、山东的煤要高出900-1200Pa; 才能发挥煤磨的产能，袋收尘容易出现“糊袋”问题；

　　我们采取了如下措施进行调整
　　1)降低进厂原煤水分，减轻生产负担，为降低出磨煤粉水分创造条件。进厂原煤的验收标准中对全水指标提出了明确的要求，蒙煤进厂外水控制标准为<10%,超标部分按超标百分比数值予以扣除。

　　2） 合理制定质量控制指标，优化煤磨操作工艺参数，强化系统通风，降低入窑煤粉细度和水分
　　控制煤粉细度来弥补高水分对火焰燃烧速度带来的影响；以往可根据煤的挥发份高低和煤质的好坏对出磨煤粉的细度进行灵活调整，现在必须更加严格地控制煤粉细度（细度指标<8%）。提高入磨温度由240℃提高至330-340℃左右，出磨温度由60℃提高至65-70℃并严格限制高温。增大系统排风，设定煤磨进风负压为710—760Pa;出口负压为6000-6500 Pa；袋收尘出口负压为7900-8500 Pa；袋收尘滤袋采用防火、防静电、防粘附材质；气动振打间隔由60秒/次改为45秒/次，气缸压力由4.5Kg/cm²调至6Kg/cm²强化振打功能。

　　3） 调整篦冷机一、二、三段篦速，稳定二段篦床料层厚度（500-600mm）
　　采用煤矸石配料后，熟料黏性增大。随着二次风温的提高，一段篦床上的熟料温度上升，一段卸料阻力增大。因此，一段篦速由13HZ调整为15HZ，篦床压力调整为6-7Mpa;二段篦速调整为13 HZ，篦床压力调整为10 Mpa;三段篦速调整为17 HZ，篦床压力为9 Mpa;二段料层厚度保持在500-600mm左右，以维持稳定的AQC锅炉入口温度和较高的热能利用率。

　　4)调整燃烧器位置，热态下将燃烧器调整离窑口150-200mm处。燃烧器外风阀门开度适当关小（70-80%）内风阀门开度保持100%；一次风压保持在25KPa左右不变，根据煤质外风调整在70%～80%之间，煤风管端部与外风管喷嘴端部平齐，即将一次风截面积调至最小，一次风量最小，加大高温二次风的用量，提高煤粉的燃烧速度和烧成带温度。这与使用山西、山东低内水的煤种调整方向截然相反；目的是使烧成带延长并前移，有利于提高二次风温（1050°C以上）。

　　5）增加三次风量，减少入窑的二次风量。

　　6）开设分解炉出口弯管清灰孔和操作平台；

　　在分解炉出口弯管拱形最高点的管道横截面位置，在管道中轴线偏下200mm处对开2个清灰孔门；当中控室判断弯管上可能存在较多集料的时候，通知现场岗位人员及时进行清理，防止塌料的问题出现，保持窑系统稳定用风。

　　四、 其他情况说明
　　由于我公司石灰石矿SO₃含量、其他原料中带入熟料中的R₂0含量偏高，导致熟料中的有害成分较多（熟料中的SO₃为0.95-1.0%之间、碱含量为0.9%左右），影响了熟料的后期强度的增长；硫的成分在熟料烧成过程中形成的硫铝酸钙对早期强度有贡献，但对后期强度提高有较大影响；在生产中尽量减少其他原材料带入有害成分，对熟料内在质量的提高有很大帮助。

　　据调查，蒙煤的年使用量已经慢慢逼近山西等地的烟煤用量，成为第二大煤种。水泥、电力行业都在探索用好蒙煤这一资源的方法。

　　对水泥行业来说，普及蒙煤还有一段路要走。蒙煤与无烟煤在新型干法生产线推广和应用的经历应该是一样的，都必须在工艺和操作上进行一定的改造和调整才能发挥出自身的优势。很多企业不敢放手使用蒙煤主要还是过多地考虑了它的负面影响，随着生产技术水平的提高，相信越来越多的企业开始尝试利用这一优质资源。

　　目前，许多新型干法窑企业都在试用烟煤+无烟煤进行熟料煅烧，这与本文介绍的情况基本一致。更多的企业考虑成本因素采用掺配蒙煤的做法，以便兼顾成本与其他经济技术指标的关系。我在这里强调一点，解决好煤料对口和系统控制问题，蒙煤就可以代替其他烟煤在水泥生产中发挥越来越大的作用。

 

 

　　参阅资料：
　　1 《影响回转窑煅烧效果的因素分析》    作者：齐俊华  杨旭  丁振宇
　　2 《高水份煤在窑外分解窑上的应用》    作者：郑占峰