对生产中控制煤粉水分含量的看法

　　《水泥》2009年11期《提高煤磨出口温度对煤磨和煅烧系统的影响》一文，作者介绍了其所在企业大胆细致的尝试，用事实验证了入窑煤粉所含水分的控制对企业效益的重要性。联系到我国当前不少新型干法生产线的习惯做法，该企业的实践确实有着重要的启迪和示范作用。

　　1 当前控制煤粉水分存在的问题
　　如果调查国内新型干法线生产熟料所用煤粉的水分含量在1.5%以上，毫不夸张地说，至少会有1/3以上；有的煤粉含水量高达4%，甚至更高。究其原因，这些企业的生产管理者会抱怨进厂原煤含水太多，而且是内水，难以烘干；有的企业甚至将煤粉水分的测试报告内容只限定为外水，否则含水量高得吓人；更有不少管理者担心压低煤粉水分，会导致煤磨出口废气温度过高，容易造成煤磨系统发生爆炸或着火等严重事故，因此控制入磨温度在300℃以内，出磨废气温度在70℃以下。确实也有些企业正是在发生了这类事故之后，有意降低入煤磨的热风温度，以图安全。

　　煤的内在水分指吸附或凝聚在煤颗粒内部毛细孔(<0．1μm)中的水分。在实际测定中指煤样达到空气干燥状态时保留下来的那部分水分。内在水分多少与煤的内表面积有关，内表面积愈大，内在水分愈高。不同变质程度煤的内表面积不同，变质程度愈浅，内表面积愈大，其内在水分也愈高。的确，内在水在常温下不能失去，但加热到一定温度就能逸出，不论是多大的内水与外水，只要在检验时按规定时间加热到110℃(按GB212--91规定，当水分大于2%时，还应进行检查性干燥，说明此时检验出的水分含量还可能更多)，其不像结晶水那样难以烘干，也就是说，这些水分可以在生产煤粉中烘干出来。

为说明煤粉水分高的严重性，不妨算一笔账：以自然环境温度的液态水(10℃)入窑后，先被加热到100℃，再成为l00℃的蒸汽，然后升至1000℃以上的过热蒸汽，每一步都要消耗大量的热。粗算一下，如果熟料的实物煤耗是150kg/t(热值按22990kJ/kg计算)，煤粉中含有1%的水分，即进窑水分是1.5kg，1kg水分要消耗的热大约为376kJ(10℃水升高到100℃水所用热)+2253kJ(100℃水的汽化热)+2508kJ(蒸汽比热取2.09kJ/(kg·℃)，按升高1200℃计算)=5137kJ。则1.5kg的水分使吨熟料热耗增加了5137*1.5=7 706kJ，每吨熟料为此多消耗实物煤7706/22 990=0.335kg。如果煤粉中含水量增加3%时，吨熟料实物煤耗增加0.335×3=1.005kg，增加比例为1.005/150=0.67%。按热值为22 990kJ/kg的煤售价为500元/t计算，它将使熟料成本增加0.50元/t。全年生产100万t熟料，就是50万元的损失。如果再考虑这些水分严重影响煤粉燃烧速度，从而改变火焰形状和窑内温度分布，降低熟料产质量，则损失更大。由此看出，通过放宽对煤粉水分控制而求安全的做法不仅不应提倡，而且应当尽快改变。

　　安全生产固然重要，问题是如何不付出这种代价，却能做到安全生产。

　　2 煤粉磨细不能缓解水分对燃烧的不利影响
　　有些管理者认为，既然煤粉的水分烘干不容易，又易产生危险，不如将煤粉细度压低，控制烟煤的80μm筛余在5％以下，以补偿水分过多对燃烧速度产生的不利影响。但是，这样不仅要降低煤磨产量、增加电耗，而且对煤粉的助燃无济于事。因为煤粉中的挥发分只要有明火，即便是在室温，也可迅速燃烧，其燃烧快慢并不取决于煤粉细度。煤粉变细只是增加煤粉中固定碳与空气接触的面积与机会，并利用煤粉中的挥发分与空气中的氧燃烧形成的热，进一步为固定碳燃烧创造条件。由于固定碳的燃烧温度要远高于100℃，因此，水先于固定碳受热蒸发。极少量的水分遇到炽热的空气后，会发生水煤气反应，即产生氢气和一氧化碳，它们极易燃烧，所放出的热远大于反应所吸收的热。但当煤粉中的水分含量较高时，由于温度降低则不会发生水煤气反应，且变成的水蒸气阻止了固定碳与氧的接触。此时，磨细的煤粉只能使水分更易受热而蒸发，固定碳的燃烧反而变得更加困难，使煤粉的燃烧速度大大减慢。也就是说，水分含量较高的煤粉磨细，不但不可能发挥有利于固定碳燃烧的积极效果，相反，却起了反作用。这也从另一个角度说明，煤粉的细度指标应当取决于煤粉中挥发分含量的大小，即煤中挥发分含量较高，煤粉细度可以而且应当适度放粗，因为此时挥发分燃烧后的热量大，有利于固定碳尽快燃烧。

　　还需要强调，过细煤粉在系统中任何位置发生滞留，对煤磨安全生产带来的危险性更大，且丝毫不亚于温度的影响。

　　所以，煤粉中大于l％的水分在窑内会干扰煤粉的燃烧，而且不能采用煤粉磨细的方法克服，唯一正确的途径是降低煤粉中多余的水分。

　　3 降低煤粉水分含量的方法
　　3.1 不同生产工艺控制煤粉水分的难度
　　1) 磨机类型
　　风扫式球磨所用风量较低，如果热风是来自窑系统废气，比用热风炉专供热风更为安全。风扫式球磨的烘干能力相对于立磨要小得多，理应有较高的废气温度。但是，现在的事实是很多企业不敢提高其热风使用温度。立磨与球磨机相比，所用空气较多，烘干能力较强，此时控制热风温度可以偏低。

　　2) 废气来源
　　设计煤磨烘干热风来源时，从减少入磨废气中氧含量的角度考虑，有人认为利用氧含量较低的窑尾废气，比利用篦冷机废气更为安全。但是，无论何种工艺，都要重视废气中的粉尘及含量，如果生料粉或熟料粉进入煤磨，使煤粉中的灰分含量明显增加，同样对燃烧十分不利。相对篦冷机中的熟料粉尘而言，窑尾废气中的生料粉尘除尘要困难得多。因此，目前设计中应用篦冷机废气者更多。

　　3.2 降低煤粉水分含量的具体做法
　　1) 改善磨机系统内的热交换能力
　　对于用篦冷机废气及独设热风炉的系统，提高烘干温度并不困难，但必须加大磨机内原煤与热空气的热交换能力，否则，煤磨的废气出口温度以及煤粉入仓的储存温度都要相应提高l0℃左右，而煤粉水分并未降低多少。

　　球磨机应带有烘干仓，并在设计选型阶段，根据原煤水分含量确定烘干仓的长度，其中的扬料板要有合理角度与结构，为热风与原煤充分热交换创造条件。

　　对于立磨，则应注意不要在排渣口漏入冷风，因其不利于热风在磨内的均匀分布。如果不漏风会有煤粒落在此处的话，则是喷口环风速在此处不足的反映，可以通过调整喷口环来防止这种现象的出现。

　　2) 提高烘干用废气的温度
　　文献[1]介绍的方法，说明只要做好防止煤粉燃爆的措施，燃爆是完全可以避免的。

　　首先，应该明确煤粉燃爆的发生必须同时具备三个条件：有足够的氧气、温度以及有明火存在，三者缺一不可。很多企业只重视第二个条件，将烘干用气体温度控制很低。其实，在满足工艺要求的条件下，尽量减少用风，不仅节能，而且也符合减小氧气的防燃爆措施，但更重要的是不要让系统有明火出现。

　　3) 加强管理
　　严格管理原煤堆场，不准有任何垃圾，包括烟头、纸屑等低燃点物质混入；堆场应该有一定的储量，以保证使用原煤的质量能合理搭配；如需要储量较高时，更要有严防自燃的措施，表面应该用胶泥封死，不要进空气。

　　煤粉仓内壁要光滑，避免有煤粉黏挂。目前下锥部一般已按煤粉秤制造商要求用镜面不锈钢做衬板，但上部以及与之相连的圆筒下部，最好也用不锈钢做衬板。使用烟煤时，停窑前需将煤粉仓用空，如果紧急临时停窑，仓内仍存有煤粉时，应当用C0₂气瓶，自上而下向仓内喷入CO₂气体；仓内煤粉中部应有测温元件并设置下限报警温度。

　　煤磨系统包括除尘器集灰斗壁及进出口管道，都不能有煤粉存留的死角，易黏挂煤粉的仓侧面可装电磁振动器，有些死角在焊上扒钉后用浇注料抹平。为此，调试前可喂入生料粉试车，在排风机停后检查系统内不得有料粉存在。

　　必须设置测试、报警及安全系统：电除尘器设有废气C0、O₂含量分析仪，煤粉仓设有温度监测及CO分析仪，以便向操作人员提供最有效的信息；设置防爆阀及CO₂自动灭火装置等安全保障设施，一旦发生燃爆现象时，能将影响降到最低。

　　3.3 进厂原煤质量的控制与搭配均匀
　　原煤供应紧张或资金缺乏时，如果进厂原煤质量不稳，含水量忽高忽低，进入磨机的废气温度就要随之调整，但每次的调整可能不够及时准确，会为煤粉的燃爆埋下隐患。因此，在购置原煤时不能只为节约采购资金而不管质量的波动和生产成本的增加。

　　总之，只要认真采取措施，凡是因为煤粉含水量高而导致熟料热耗提高的重大影响因素，完全可以解决和排除，企业效益必将会有较大幅度的提高。