图２煤粉挥发分与筛余关系 图３不同燃料在回转窑内各带温度图 燃煤的热值越低，所需燃烧的空气量越多，产生的 表１ 烟煤、褐煤的灰分、挥发分及热值 废气量也多，以窑热耗为３０１０ｋＪ／ｋｇ熟料为基准，计算结 名称 Ａａｄ．％ Ｖａｄ．％ 热值，ｋＪ／ｋｇ煤 果大致是热值为１８８１０ｋＪ／ｋｇ的燃煤，较热值为２２９９０ｋＪ／ 烟煤 ５￣３５ ２５￣３５ ２２０００～３２０００ ｋｇ的燃煤每公斤熟料所需的空气量多０．０１４５ｍ，（标），所 褐煤 ３～１５ ４５—５５ １８０００～２３０００ 产生的废气量多０．０５８０ｍ （标）。这意味着热值越低，产 生的废气量越多，热损失也越大，不利于生产熟料的产 （Ｑ Ｒ＋Ｑｙ ｈ）‘ Ｌ）１０ 量，在一定程度上影响熟料质量。 ｂ ２ 回转窑内燃煤的燃烧特性 式中：ｔｙｒＲ——理论燃烧温度，℃ ２．１煤粉细度 Ｑ， ｎ——熟料窑内燃烧热量，ｋＪ／ｋｇ 煤粉细度越细，则燃烧表面积越大，燃点的温度越 Ｑ ——离窑熟料带走热量，ｋＪ／ｋｇ 低。如果燃煤的挥发分较高，则有利于煤粉燃烧，人窑 ——煤粉的筛余可提高，细度可放粗。 冷却机热回收效率（以小数表示） ＶｆＱ——燃烧中每放出１０００ｋＪ热量时，产生燃气 Ｅ．ＳＬｅｉｎｂｉｓ提出筛余与挥发物含量的关系如图２所 量，１ＴＩ ／１０ ｋＪ 示『２】。从图来看，挥发分含量与筛余值关系大致为： Ｖ Ｑ——燃烧中每放出１０００ｋＪ热量时需要空气 ０．０９ｒａｍ筛筛余值约为其挥发分值的０．５至０．８倍。 量，ｍ０／１０ ｋＪ 近年来，我国燃煤中的煤矸石等成分较多，细度可 ——窑燃烧时空气过剩系数 按图２曲线适当降低些，大致为细度≤去挥发分。 二 ｃｒ——烟气定压比热 ２．２挥发分与燃烧温度的关系 设定：ＶｆＱ￣０．２７９ｍ。／１０ ｋＪ．ＶｋＱ＝０．２６７ｍ ／１０３ｋＪ Ｇ．Ｓｏｉｄｅｌ著文称＿３１：挥发分高且热值低的褐煤在窑内 上式可简化为： 的燃烧温度低于挥发分低且热值高的烟煤，其窑内出现 （Ｑ ｒＲ＋Ｑ ｈ‘ Ｌ）１０ 的高温部位也靠后（图３、表１）。从图上看，挥发分较高 ｍ 面 可 （２） 的褐煤，在同一细度下，和挥发分较低的烟煤相比，在窑 从式（２）可以看出，在一定燃料质量范围内，理论燃 内最大热流位置偏后，同一种煤，颗粒愈粗，其最大热流 烧温度不仅与二次空气回收的熟料离窑带走热有关，且 位置愈偏后。 与窑内燃烧产生热量和熟料回收热之间的热量和燃烧 ２．３火焰温度 烟气生成量成正比，多燃烧煤相应多产生烟气。因而单 理论火焰温度（或燃烧温度）即燃烧时所获得的热 位烟气的热焓量基本不变，在正常燃烧条件下的理论燃 量完全用来加热燃烧中形成的烟气，并不考虑Ｈ：０在高 烧温度也不会有很大变化。 温下的分解和燃烧速度等影响，理论燃烧温度可用下式 但熟料回收热的增加并不增加烟气量，因此，它就 计算『４】＿ 成了提高燃烧温度的主要热源。在水泥回转窑内，烧成 ２０１１／３水泥技术 ８５ 热耗越低，熟料热回收热量占燃烧生成热量的比例就越 大，相应的理论燃烧温度将越高。 灰分高、挥发分高、热值低等特点，属质次的烟煤，尤其 是结晶水高，易出现爆燃。挥发分高则燃点低，燃烧温 预分解窑内燃烧４０％燃料量，其窑内燃料燃烧热为 １２７１．３３ｋＪ／ｋｇ，熟料回收热为６２７．３ｋＪ／ｋｇ，使总热量达到 １８９８．６ｋＪ／ｋｇ，相当于燃料燃烧热量的０．４９３，每公斤熟料 度低。灰分高，不利于燃烧温度的提高，燃烧的稳定性 差。热值低，则烟气量增大，相应增大烟气热损失，此类 煤对煅烧水泥不利，在一定程度上影响熟料的产质量。 ４燃煤燃烧注意事项 水泥熟料煅烧是一项系统工程，涉及到原燃料性 能、工艺装备性能及生产操作控制状况，而高水分、高灰 产生的烟气量仅０．３５５ｍ ，单位烟气量的热焓量为 ５３４７ｋＪ／ｍ 。此值和热耗５８５２ｋＪ／ｋｇ的湿法窑相比，同一 热值的煤粉所产生的理论燃烧温度高约１．２２９倍。 上述情况说明，理论燃烧温度与熟料生产方式有 关，更与人窑的二次空气温度有关。水泥熟料生产中预 分解窑二次空气温度最高，火焰温度可以说是在二次空 气温度基础上升温的，二次空气温度越高，火焰温度越 高。 分、高挥发分、低热值的燃煤，由于其燃烧温度偏低且产 生的烟气量偏高，烟气内所含的热值偏低，不利于熟料 燃煤，不能孤立地看待，而需从原燃料性能、Ｔ艺装备及 煅烧，影响产质量。若需燃烧高挥发分、低热值质次的 踮 Ｌ 生产操作等各方面系统来解决，使之能够煅烧出合格的 理论燃烧温度表达了火焰温度可能达到的极限 熟料。 ４．１燃料 值，理论燃烧温度越高，火焰温度也越高。作为挥发分 高的烟煤，只有尽量提高入窑的二次空气温度，才能有 利于提高火焰温度。虽然高挥发分、低热值煤燃烧增加 了烟气量，降低了火焰温度，经核算后入窑煤粉的热值 在１８８１０～２００６４ｋＪ／ｋｇ时，且所含结晶水一般＜４％，在生 做好进厂原煤的均化，尽可能使人窑煤粉的热值、 挥发分、灰分、水分、细度保持均匀，避免因燃煤性能波 动影响熟料生产。 在煤粉制备过程中，尽可能将水分（物理水）烘干， 料易烧性合适时，有可能烧出合适的熟料。 ３燃煤性能 减少含水入窑煤粉因水分蒸发降低燃烧温度。 控制煤粉细度，一方面考虑高挥发分燃煤易燃的特 点，另一方面还需考虑燃煤内结晶水（化学水）在烘干 从投产初期５个月进厂的１１０批（平均每周进厂约 二十批次）的原煤性能检测情况见表２。投产初期燃煤 月平均值见表３。 从进厂原煤工业分析来看，原煤水分最高达 ２９．９０％，平均１９．５７％，而原煤中的结晶水Ｍａｄ平均达到 ４．３５％，Ａａｄ平均２１．８９％，Ｖａｄ平均３１．３９％，Ｑｎｅｔ，ａｄ最高 为２２８５５ｋＪ／ｋｇ，最低为１３４６４ｋＪ／ｋｇ，平均为１９００２ｋＪ／ｋｇ。 时，易造成炭颗粒疏松引起快速燃烧形成局部缺氧的还 原燃烧，导致窑内烟气局部还原状况，引起硫酸盐分解， 在窑尾形成低融熔结皮物，影响熟料质量及损坏耐火衬 料等。 ４．２原料 尽可能选用易烧性较好的石灰石质和硅质原料。 上述数据表明，工厂使用的原煤具有水分高、结晶水高、 改善人窑生料的易烧性，在熟料强度等合适的前提 表２进厂原煤工业分析 项目 Ｍ＂．％ ２９．９Ｏ １２，４４ １９．５７ Ａａｄ．％ ３６．４２ ９．９５ ｖａｄ，％ ３８．６８ ２５．９５ ＣｒＧＤ．％ Ｑｎｅｔ，ａｄ，ｋＪ／ｋｇ ２２８５５ ｌ３４６４ 最大值 最小值 平均值 ２１．８９ ３１．３９ 表３投产初期和窑原煤月平均分析 Ｍａｒ．％ Ｍａｄ，％ ４．１７ ２．９８ Ａａｄ，％ ２３．９７ １９．２３ Ｖａｄ，％ ３０．６８ ３２．２８ Ｑｎｅｔ，ａｄ，ｋＪ／ｋｇ １８７３９ １９７５１ ４３．６９ ４３．７３ １９８５５ ｌ９５１６ ５．１５ １６．９６ １８．７０ １７．Ｏ３ １９．３７ ２０．１５ ２０．４４ ２ｌ－２９ ２１．５８ １７－３１ ３１．０１ ３１．４５ ３０ ６ ３０．９５ ３０．６１ ４．３８ ４．Ｏ１ ３．６０ ９．００ ４３．８５ ８３．８７ １８８６９ １８９４８ ４３．０８ １８３８０ ８６ ＣＥＭＥ Ｔ ｌ、ＥＣＨ Ｊ＼ｌ０Ｌ０ＧＹ ３／２０ ｌ ｌ 下，适当降低石灰饱和系数、硅酸率的率值，在粉磨装备 产能允许的前提下，合理地降低Ｓｉ０２、ＣａＣ０３等矿物的细 度。 ５生产实践 ５．１煤粉制备 生产过程中，由于原煤的批次变化，带来较大的性 能变化，通过均化尽可能保持性能均匀，在投产的前六 个月内，月平均灰分控制在２１％±４％，挥发分控制在 ３０．６１％～３２．２８％，热值控制在１８３９２～１９８５５ｋＪ／ｋｇ煤。与 做好原料的均化，避免生料率值波动造成高的熟料 煅烧温度而燃料热值低、灰分挥发分低，燃烧时产生的 低燃烧温度出现欠烧的状况。 ４．３装备 此同时，尽可能烘干原煤的附着水，保持低水分煤粉人 选用高性能的篦冷机，提高入窑的二次空气温度， 相应提高窑内燃煤的燃烧温度。 选用高冲力的燃烧器，在燃烧过程中，尽可能多卷 吸二次空气量，减少一次空气用量，以提高煤粉的燃烧 温度。 窑，同时控制煤粉细度，保持筛余低于１５％。 ５．２原料选择 投产初期，采用ＳｉＯｚ含量高达９３．８４％的硅石，此类 硅石不易磨，且不易烧，以至于出现生料筛余高达 １８．１０％。为尽量降低游离氧化钙，生产中ｆＣａＯ控制在＜ ０．６０％，但熟料中Ｃ３Ｓ含量仅为４５．１９％，Ｃ２Ｓ高达３６．０３％， ２８ｄ强度仅为５２ＭＰａ。在生产过程中，虽然尽量将生料 尽量减少烧成工艺装备系统的漏风量，避免漏风降 低火焰和烟气温度。 ４．４操作 尽量控制低氧含量，避免窑内烟气出现还原气氛， 磨细，在熟料煅烧中适当地提高ｆＣａＯ的数值，但熟料强 度仅提高至～５３ＭＰａ。为改善生料易烧性，将硅石改为 避免硫酸盐分解产生的ＳＯｚ在窑尾形成低熔融物结皮、 结圈及预热器系统堵塞、坍料等事故。 合理控制游离氧化钙，在熟料煅烧合格的前提下， ＳｉＯｚ含量６６％～６９％的硅砂，此类硅砂易磨且易烧性较 好，生料细度也易控制，筛余控制在１０％以内。虽然所 含碱含量超过ｌ％，在一定程度上影响熟料强度，但所生 产的熟料中，Ｃ３ｓ含量增至５４％以上，ｃｚｓ降至２４％以下， 适当提高ｆＣａＯ数值，相应降低熟料煅烧温度。 表４熟料化学成分、矿物组成、率值及强度 熟料化学成分，％ 时间 ＳｉＯ２ Ａｌ２Ｏ３ Ｆｅ２０３ ４．８８ ５．４９ ５．４６ ２．９６ ３．１４ ３．１ １ ３．３６ ３．３７ ３．２９ ３．５０ ＋ ｆＣａＯ ０．５９ １．７５ ２．７２ ２．００ １．７２ １．４３ Ｉ．４１ ｊ熟料率值 ＳＭ ３．２１ ２．５２ ２．４９ ２．４５ ２．４７ ２．５３ ２．４６ ｊ渣Ｍ １．６５ １．７ｌ １．７３ １．６７ １．６４ １．６５ １．５Ｉ 熟料矿物组成，％ Ｃ３ ４５．１９ ５４．８２ ５５．Ｏ０ ５０．３７ ５４．９０ ５４．９４ ５５．９４ 抗压强度，ＭＰａ ３ｄ １８．２ ２８．８ ２８．５ ２８．０ ２９．５ ３０．１ ３０．７ ＣａＯ ６４．３６ ６５．９４ ６６．４２ ６５．８７ ６６．０３ ６５．９２ ６５．６７ 荟耋异０ １．１５ ０．８９ ０．９３ ０．７５ ０．７０ ０．８０ ０．７２ ＫＨ Ｋｆｒ ０．８３０ ０．９００ ０．９８３ ０．８９０ ０．９１９ ０．９０１ ０．９１７ — ０．８９９ ０．８９１ ０．８７０ ０．８８９ ０．８８７ ０．８９３ Ｇ渴 ３６．０３ ２１．９ ２０．１３ ２４．８７ ２１．１０ ２１．４８ ２Ｏ．０９ Ａ Ｃ４ＡＦ ７．１７ ９．０３ ９．０８ ９．１５ ８．７５ ８．７７ ８．０７ ８．９４ ９．７４ ９．６４ １０．２１ １０．２４ ９．９９ １０．２５ ２８ｄ ５２．０ ５３．３ ５３．３ ５２．９ ５５．５ ５５．６ 一 ２００８—１２ ２５．Ｏ０ ２００９一Ｏ１ ２２．０６ ２００９—０２ ２１．４６ ２００９—０３ ２１．９０ ５．５９ ２００９—０４ ２１．７６ ５．４５ ２００９—０５ ２１．９１ ５．４０ ２００９—０６ ２１．７０ ５．２９ 表５近期水泥熟料矿物组成、率值及强度 生产日期 ＳＭ ２０１０－０３－０４ ２．３８ 熟料率值 ＡＭ １．５９ １．５９ 重擒 鬣鞭 ０．８３５ ０．８８４ 抗折强度，ＭＰａ Ｃ４Ａ １１．０７ １０．９１ ５．９ ６．０ 抗压强度，ｍ，嚣 ３ｄ ３２．０ ３３．２ ＫＨ ｏ．８６９ Ｏ．９１６ ｅ３Ｓ ４３．１２ ５４．２２ ５５．２ｌ ５２．９Ｏ Ｉ ｃ ３１．８１ ２１．８７ ｜｜。ＣｉＡ ９．１４ ９．Ｏ２ 霭 ８．６ ８．６ ２８ｄ ６０－８ ５９．９ ２０１Ｏ一０３－０５ ２０１０—０３－０６ ２０１Ｏ一０３－０７ ２．３６ ２＿３５ ２．３０ １．５６ １．６０ ｏ．９２３ ｏ．９０５ ０．８９０ ０．８８０ ２０．４６ ２２．５５ １８．４８ ８．７６ ９＿３Ｏ ７．９９ １０．９４ １１．０７ ｌ１．２８ ５．５ ５．８ ５．８ ８．５ ８．８ ８．６ ２９．８ ３１－３ ３２．２ ３１．０ ３０．３ ２９．７ ３０．２ ３１．３ ３１．８ ３０．４ ５８．６ ５８．８ ５７．０ ５７．５ ５９ ５７．８ ５７．９ ６０．９ ５９．３ ５９．２ ２０１Ｏ一０３—０８ ２０１０－０３－０９ ２－３６ ２．２７ １．４５ １．５８ ｏ．９３８ ｏ．９４６ ０．９００ ０．９０１ ５７．０８ ５６．３８ ４７＿３５ ５３．４６ ４９．５６ ４６．９０ ５３．１４ ４９．５３ １８．０９ ２８－３ ２２．４４ ２７．７４ ２９．８４ ２２．９７ ２６．７４ ８．９６ ８．６４ ７．２２ ７．９６ ８．６７ ８．４２ ８．４０ １０．９７ ６．１ ５．８ ５．９ ５．７ ６．２ ６．１ ８．６ ８．７ ８．３ ８．７ ９．０ ８．７ ２０１Ｏ—Ｏ３—１Ｏ ２Ｏｌ０—０３－１ １ ２０１０—０３－ｌ２ ２０ｌ０－０３—１３ ２０１Ｏ一０３—１４ ２０１０—０３－１５ ２．４５ ２．４８ ２．４５ ２．５０ ２．４０ ２．４６ １．５６ １－３７ ｏ．８７９ ｏ．９２２ ０．８５３ Ｏ．８８１ Ｏ．８６１ ０．８４８ ０．８７９ Ｏ．８６１ １０．８２ １１．３４ １１．３４ １．４５ １．５６ １．５１ ｏ．８８３ ｏ．８７２ ｏ．９０２ １Ｏ．８２ １１．１３ １．５２ ０．８８５ １０．９７ ５．７ ８．５ ２０１１／３水泥技术 ８７