100%使用无烟煤在窑外分解窑煅烧应注意的问题

1　煅烧应注意事项

1.1　无烟煤的煤质和粉磨要求

1.1.1　使用煤质稳定且灰分低热值高的无烟煤
现将我厂生产有代表性的1999年1月～2000年5月的煤粉情况统计于表1和表2中。

我厂无烟煤原质量好且基本稳定在表1修正值范围，因而未设预均化堆场，生产工况还算基本稳定。后大量使用不同矿点的小煤窑煤炭，其质量不稳定(热值高低起伏大)且变化频繁。例如，1999年8月基本上是一班一种煤质，热值波动最大1672kJ/kg，引起窑工况的大波动，使操作困难、窑喂料量降低、熟料质量下降、设备破坏加快，严重影响生产。因此设计时配套原煤预均化堆场以保证无烟煤的煤质稳定是非常必要的。

1.1.2　无烟煤的粉磨要求和粉磨特性
　　

KHD公司要求我厂煤粉细度为窑用R_0.09≤5.0%、分解炉用R_0.09≤3.0%。由于我们使用的是80μm筛且缺少使用无烟煤的经验，故试生产时控制煤粉细度为窑用R_0.08≤5.0%、分解炉用R_0.08≤3.0%。实际生产中很难长期稳定达到此控制目标(1999年1月～2000年5月平均细度R_0.08为6.6%)。经过对各种细度煤煅烧情况的观察，笔者认为:分解炉煤除非细度级配很合理否则应尽可能细；窑头煤据窑型可在R_0.08<10%内适当选用。
　　

无烟煤易磨性差(磨蚀性强)、静电效果强，实际生产中使用的热风温度较高，而原煤水分较低(一般<8%)，且无烟煤的固定碳含量高，使细煤粉活性较高，因此当系统出现过粉磨时细煤粉易带静电，产生糊球，导致研磨能力下降。
　　

我厂煤磨平均台时产量在12～18t/h(其设计能力18t/h)，所幸实际使用少于12　t/h，尚能满足生产，因此设备选型也要注意。

1.2　有关设备选型或使用注意事项

1.2.1　回转窑
　　

生产实践表明:相对Φ4m×43m窑而言，当窑头煤粉细度R_0.08≤7%时窑可行；当窑头煤粉细度R_0.08<10%时最好将窑酌情加长，因为这种细度煤粉颗粒级配较差不易燃烧(升温时在窑头工业电视里通常可见到大量粗煤粉火星坠落；在投料过程中因为二次风温低使烧成带后移，导致尾温有时达1250℃)；正常运行时控制窑用R_0.08≤8.0%对47m窑是完全可行的，偶尔出现R_0.08为8.0%～10%也不大影响生产(不过二次风温低时影响较大)。

1.2.2　分解炉
　　

我公司使用KHD公司的PYROTOP型离线式管道分解炉，据南京化工大学1998年12月的标定结果，分解炉出口气体中没有CO，但分解炉出口煤粉燃尽度为76%，可见分解炉内煤粉存在机械不完全燃烧。近几年生产中有时发现五级筒出口有严重温度倒挂现象且内筒寿命较短。这是因为分解炉用煤粉有时出现一些稍粗颗粒造成的。现随操作的完善和煤粉细度的合理控制，机械不完全燃烧现象已较少发生。

1.2.3　三风道喷煤管
　　

燃烧器为PYROJET三风道喷煤管，型号HPJ/190K。KHD公司给我厂配的外风(喷射风)速度较小(为170m/s)，内风也一样，因此我们曾一度使用表3中第2种方法，但火焰过短。据资料介绍，该喷煤管原是为适应低热值燃料(甚至16747kJ/kg的低质煤)而开发的，火焰短且稳定。我厂最初送给KHD公司检验的煤热值仅为20088kJ/kg，灰分达39%，但实际使用的是灰分低、热值高的无烟煤，这种煤的使用无疑使火焰变得更短、烧成带火力过分集中。因此还应据煤质情况控制内外风量。

注：由于无法测定实际内外风速度，在此只能用风压来说明，内外风风压范围均在0～16.5kPa。
　　

后又标定出所供煤管的一次风量过大(达15%)，于是使用表3中后几种方法，并把喷煤管一次风机风阀开度控制在60%(因为设计一次风量为8%)。但使用第3和第4种方法显然有点频繁，且内外风不匹配。
　　

最后我们摸索出第5种方法(也是烧出后面总结的高强度熟料最匹配的1种):即关小一次风机风阀到60%，稳定1∶1或45∶55的内外风，稳定煤管位置，通过相对稳定生产操作适应不同工况。对窑筒体扫描仪有关记录跟踪发现:在1个生产周期里，生产操作相对稳定(指合理应对各种变化)，整个烧成带除窑口几个位置窑皮时掉时补外其它基本不变，只有过渡带前后变化较大。在随后几个周期结果相类似，只是有时有后窑皮微隆起但不会成圈。可见，这种使用方法是相对合理的。

1.2.4　燃油装置
　　

由于无烟煤着火温度高，在点火升温到投料初期和工况波动期及二、三次风温欠佳时，需烧柴油。窑头是Pillard公司的MY67型油燃烧器，能力250～1000kg/h，此燃烧器设在三风道煤管中心。点火升温过程可分烧柴油(尾温常温～600℃)和油煤混烧(尾温600℃到投料后二次风温约800℃)2个阶段。当有足够且相对稳定的二次风温(或据火焰黑火头情况而定)时方可断去柴油，实现无烟煤的独立燃烧。
　　

窑升温过程的用油量大，一般至少要用24h约15～20t油。由于油远比煤贵，因此应提早油煤混烧。应注意:1)利用油明火温度提早喂煤燃烧，即不以尾温为参考，以油火焰温度为参考，因为油火焰温度高可使少量无烟煤着火燃烧；2)喂煤计量秤和一次风量调节要灵活匹配，最小量约0.1t/h为宜(我厂窑头最小喂煤能力0.5t/h，太大有上飘现象)，且能以约0.1t/h量逐步调节，特别计量要稳而不宜大波动(波动过大易熄火)，并随火焰情况而酌情减油，加煤减油的比例以煤被油火焰渗透的程度而定(原则上以黑火头短近似于无，且火焰活泼不下飘为宜)；3)升温过程注重窑前温度，也是为后面投料时不熄火作的铺垫，因此，拉风不宜太大以窑头有微负压及废气有适量O₂为宜；4)建议窑升温用煤粉磨细些或在分解炉煤粉输送线上分一路入窑，因为颗粒细容易稳定火焰，反之，易熄火。
　　

我厂一般到油量最大(此时尾温约500～600℃)时才喂煤混烧。如果能达到上述条件，完全可更早进行油煤混烧。
　　

在分解炉煤次燃烧器下方(以煤喂入后能遇到火焰为宜)安装了1个S₃型简易燃油喷枪，由于此位置离煤燃烧器近，因此用火焰的明火高温可促使次燃烧器煤粉的燃烧，再由此引燃主燃烧器煤粉，达到分解炉煤粉燃烧的目的。利用油的明火效果和热料助燃的效果可使分解炉快速喂煤升温并快速投料。投料运行后，当三次风温达约600℃时，便可断油并退出油枪。生产经验证明，该油枪带来的明火效果在实际生产中的作用是很大的。

1.2.5　高温风机能力要有富余
　　

我厂高温风机富余能力不大，所配电动机刚好够用。窑工况正常时，虽喂料可达130～135t/h(生料料耗1.52～1.55)，电动机转速可提高到900～910r/min，电流约在770～790A，但此时风机已是满负荷运行(98%～100%)；而工况异常时，系统阻力增加，往往显得排风不足，窑头出现正压。且这样满负荷使用，风机有时易出现较大振动，并因此影响生产。
　　

正常生产时，喂料量通常接近最大而高温风机能力也已达最大，因此在相对稳定的生产操作中其火焰长短也相对稳定；又因无烟煤燃尽时间较长，煤灰及未烧尽的粗颗粒煤往往落在窑烧成带末端，从而改变物料成分并提前出现液相，最终结后圈。如果高温风机能力有富余，就可通过拉风改变窑内氧含量以影响粉煤燃尽时间及调节火焰长度，从而使煤灰及未烧尽粗煤粉颗粒的落点不时变动，防止结后圈。
　　

实际生产中煤粉细度并不能100%控制合格，即使筛余合格也难免有或多或少的粗颗粒。正常生产中往往因此而出现废气量突然增加，却因拉风不足影响工况、降低喂料量等。
　　

虽然我厂熟料产量可达2000t/d，但风机已近极限，正常生产中一旦工况异常(如结皮结圈等)，只能降低产量改变其它操作参数，从而破坏工况稳定。

2　使用无烟煤煅烧的生料配比

　　曾有观点认为回转窑烧无烟煤的工况条件差、操作困难、熟料质量受影响。这观点不能说完全错误。毕竟投料运行到转入正常运行的过程时工况条件差、操作也较麻烦，会出现一些次熟料，但这些次熟料有专门的贮库，且投料到有稳定的860～960℃的三次风温需要4～8h，这期间的合格熟料(指fCaO<2.0%)强度是比正常生产时低些，但量少，不影响整体熟料强度。事实上，我们的熟料月平均28d强度均在65MPa以上。
　　

对工况较稳定、燃烧条件适中、操作平衡的生产日进行跟踪统计，发现熟料结粒均齐细小(结粒以黄豆大小为主、结实致密不黄心、暗黑有光泽或暗灰无光泽)；fCaO约在1.0%±0.3%，升重在1325±50g/L；抗压强度R₃≥34MPa或R₂₈≥67MPa(暗黑有光泽的强度较高、暗灰无光泽的强度次之)。通过总结发现这些生产日主要在1998年12月后，此之前的熟料不但强度较低且不稳定。这与配料和煅烧均有关系。
　　

在此把生产较正常的1999年4月～2000年5月间R₃≥34MPa和R₂₈≥67MPa所有生产日(68个与86个)熟料情况分别列表4和表5，把R₃≥34MPa且R₂₈≥67MPa的生产日(45个)又挑出列于表6。由于篇幅问题，表中原始生产日略去，只留下平均值、最大值与最小值等作为参考。