高硫無煙煤對熟料煅燒的影響

                      作者:譽騰集團 瀏覽: 發表時間:2016-05-13 00:00:00


                      (山東譽騰工業科技有限公司山東,濟南250300)摘要:水泥熟料煅燒的熱量來源主要是通過煤粉燃燒產生,一般采用固體燃料煅燒水泥熟料,常用的有煙煤、無煙煤和焦炭。隨著水泥工業的發展,水泥生產工藝系統不斷更新,高硫無煙煤在水泥生成中的應用也不斷擴展提高。


                      一、概況

                      某公司位于遼寧省境內,主要從事熟料及水泥生產、銷售工作。為日產熟料5000t水泥生產線,采用以懸浮預熱器和窯外分解技術為核心的新型干法水泥生產工藝,雙系列五級預熱器、5.0×74m回轉窯、①3.8x(7.75+3.5)m風掃式煤磨、CK450生料立磨、第四代德國CP蓖冷機、碾壓機加球磨機聯合組成的閉式水泥粉磨系統。同時配套裝機容量9MW純低溫余熱發電機組,綜合利用電廠粉煤灰、脫硫石膏等工業廢棄物,大量節約資源,減少二氧化碳排放量,保護環境。


                      二、高硫無煙煤對水泥熟料生產和性能的影響


                      1.無煙煤

                      (1)我國煤碳資源十分豐富,目前探明儲量超過1886億噸,各類煤的比例大致為煙煤占70%,無煙煤占16%,褐煤占14%。無煙煤因其燃燒時不冒煙,俗稱白煤,是煤化程度***的煤。

                      (2)公司進廠無煙煤的特點是空氣干燥基狀態下,煤工業分析指標中硫成分較高,一般2.80%左右,揮發分含量10%左右,著火速度慢,固定碳含量高,在70%

                      左右,熱值一般6000-6500大卡/Kg,隨著研石含量的增加而下降。

                      (3)在公司100km范圍內有大量的煤炭資源,因地制宜,大量利用公司附近的硫成分約3.0%、揮發分約7.0%、熱量約6000大卡/Kg左右的無煙煤,實現了資源的合理搭配與充分利用,提高經濟效益的同時也也創造了社會效益。

                      (4)高硫煤能促使熟料液相量過大,由于煤中的高硫帶入,在燒結過程中,因為S03的礦化作用,液相提前出現,而且液相量增加,在該情況下,如果生料中Fe-0、A120;含量配路不當,勢必導致液相量過大、通風不良,煤粉燃燒不完全,產生還原氣氛,結球在所難免,熟料質量降低。

                      (5)高硫煤能促使熟料C3S含量降低,液相出現提前,C3S形成過快,部分C2S尚未來得及吸收Ca0形成C3S便被包裹在C3S晶體中,導致熟料中C3S含量偏低,同時較高的S03存在,它勢必爭奪部分Ca0而形成CaS0,使熟料的實際飽和比降低,若配料時再按常規計算,則保證C3S生成的Ca0量就顯得相對不足,致使熟料中C3S含量進一步偏低,導致熟料強度的降低。


                      2.公司原煤指標及化學成分

                      公司2014年1-3季度進廠無煙煤工業分析及化學分析(表1-2)

                      表1入磨無煙煤工業分析


                      表2入窯無煙煤煤灰化學分析(%)


                      3.煤粉的制備及計量輸送

                      原煤經橋式刮板取料機取料后經皮帶送入兩個原煤倉,經原煤倉、定量給料機喂入風掃式煤磨系統,在磨內進行烘干與粉磨,粉磨制備系統利用蓖冷機廢氣作為烘干熱源。煤粉由出磨氣體帶入煤磨動態選粉機,分離出的粗粉返回磨頭再次粉磨,細粉隨氣體進入高濃度煤磨專用袋式除塵器,收集下的煤粉經螺旋輸送機送入帶有荷重傳感器的窯頭及分解爐主、次三個煤粉倉中,分別經煤粉秤計量后送往窯頭及分解爐燃燒器及脫氧裝置。煤磨車間廢氣由煤磨排風機排入大氣。

                      粉塵排放濃度≤30mg/m3。


                      4.煤灰摻入熟料的分析

                      燃盡的煤粉將以煤灰的形式沉落到窯內的物料中燒成熟料,是熟料中無法脫離的一種組分,因此,煤灰也是水泥生產生料配料的一種原料。故煤灰的化學、物理性質會對水泥熟料的般燒和礦物組成產生一定的影響,當生料成分不變,而煤質突然改變時產生的影響更加明顯。同時因該無煙煤硫成分較高,一般在2.8%

                      左右,投產初期窯尾系統結皮、堵寨嚴重,且捅堵困難,造成窯系統出現小股塌料,導致出窯熟料f-Ca0偏高,甚至出現跑生料等嚴重工序質量事故,因而造成停窯等嚴重影響公司生產經營,導致出窯熟料強度低且顏色差。


                      三、措施:

                      根據質量指標檢驗數據的統計和分析,結合公司周邊原料成分,通過優化配料方案,調整生產工藝參數及生產管理等工作,最終實現優質高效的目標。

                      1.做好燃煤的采購質量控制,在采購合同中加強附著水份的控制<8%,燃料水分每增加1%,熱耗增加1.03大卡(每千克熟料),尤其對硫、揮發分、發熱量等指標以加權平均值進行結算,穩定燃料質量波動,減少熱工參數的波動。

                      2.加強進廠煤的堆放管理,根據化驗結果接配進料和多點、多層移動堆料,進行充分均化。

                      3.控制出磨媒粉水分≤1.0%,產品細度為80um篩篩余≤1.5%,保證輸送的順暢和燃燒的快速與充分。

                      4.控制出磨生料水分(1.0%,生料中物料水分每增加0.1%,熱耗增加1.2大卡(每千克熟料),80um方孔篩篩余518%,入窯生料分解率在90-95%,既能很好地減輕窯負荷,提高產能,也能保證適合的液相量,有利于熟料礦物的形成,避免窯內常結圈、長厚窯皮、結蛋等工藝事故。

                      5.加強原燃材料市場調研和化學成分分析,不斷優化配料方案,提供易燒性好的生料。

                      6.調整和優化工藝操作參數,提高設備的運轉率,實現系統的優質高產。

                      7.保證合理的窯通風,控制窯尾廢氣中0-濃度在3%左右,避免產生過多的CO造成還原氣氛,影響熟料的顏色和強度。

                      8.生料配料時將堿含量約3.5%的頁巖摻入7%進行生料粉磨,控制硫堿比1.20-

                      1.40%,避免造成硫成分的富集和循環,控制窯皮、堵塞等工藝事故發生。

                      針對以上有效措施的實施,取得了明顯的效果,從而保證了系統的連續穩定運轉,實現了優質高產,從而降低了生產運行成本,增加了經濟效益(表3、表4是2014年第1、2、3季度熟料化學分析和物料檢驗數據)。

                      表32014年***、二、三季度出窯熟料化學成分


                      表4 2014年***、二、三季度出窯熟料物理指標


                      四、效果

                      1.控制熟料硫堿比在1.20-1.40%,減少硫酸鹽結圈、結皮堵寨現象,系統結皮捅堵困難得到解決??刂剖炝先手禐镵H-0.92±0.02,SM=2.30±0.10,IM-1.50

                      ±0.10。熟料礦物組成合理,易磨性較好。

                      2.出窯熟料結粒均勻,顏色青黑,f-Ca0在0.80%左右,質量指標得到有效控制,系統實現長時間連續穩定運行,出窯熟料日產量達到5500噸以上,降低了單位時間內的生產成本。

                      5.熟料強度得到明顯提升,3天強度由27.4兆帕逐漸提高到33.5兆帕,28天強度由54.4兆帕逐漸提高到58.7兆帕,水泥混合材添加量增加,同品種等級的水泥熟料摻加量減少,出磨水泥顆粒級配得到調整和改善,水泥質量均勻穩定,煤耗、電耗有效降低,創造了很好的經濟效益與社會效益。


                      五、高硫煤的使用體會

                      1.控制高硫煤均化:一般高硫煤成分及熱值波動較大,對于進廠的高硫煤盡量采用同一供應煤礦點或盡量少的煤礦點,且實行預均化,采用平鋪直取法入庫,減少配料難度,提高熱工制度的穩定性。

                      2.確定適宜的配料方案

                      (1)配料方案必須與般燒溫度一致。液相量太少或者出現太遲是無煙煤煅燒熟料產生飛沙料的主要原因。其一石灰石質量越好,易燒性越差,即不易選擇過高的飽和比。其二生料中Alzo;含量的提高有利于提高液相的粘度和表面張力,即提高鋁率有利于改善熟料結粒。

                      (2)在用高硫煤煅燒水泥熟料時,要保證有足夠的C35生成量,在配料時須比常規配料的Cao量要高些。為保證適宜的熟料飽和比和硅率,A1:0,的降低或升高始終有一個限度,通過逐漸降低或提高出窯熟料中Fes0)含量來改善物料的燒結范圍,提高熟料硅酸鹽礦物的總體含量。在調整配料方案期間,密切關注物料的變化和操作參數的變化,以便及時作相應的調整。

                      3.選擇合適的硫堿比

                      熟料硫堿比高,即熟料中的硫酸鹽飽和度高,三氧化硫相對過剩,硫酸鹽飽和度過高導致降低液相粘度和表面張力,液相粘度會隨硫酸堿增加而成反比下降,粘度和表面張力的降低,會使熟料顆粒結構疏松,物料在窯內滾動時難以形成較大的顆粒,從而容易產生飛砂料。

                      4.入窯分解率不易過高

                      (1)現有的分解爐設計,一般考慮分解率在92%-95%,長窯內的燒成工藝不適合過高的分解率。當入窯分解率達到97%-98%時,窯的長徑比應該縮短到7-8,而不是現在的15左右。

                      (2)分解率高:一是縮短了物料入窯后的進一步分解,如果現有燒成制度不變,就會在液相燒成帶生成大晶格的C25,此類C25和f-Cao很難結合,物料也難結粒,繼而進入高溫燒成帶后,生成大品格的c35,此類礦物不易成球,易生成飛沙料。二是縮短了熟料的整體燒成時間,如果現有的窯內溫度分布不變,燒成的熟料不能及時地出窯快速冷卻,“從1250℃開始到出窯冷卻前,C3S會緩慢地分解為C2s和f-Ca0”,“β型C25會粉化轉型為r型C25”,“熟料中的方鎂石會結晶析出”,如果強制拉長火焰,延長燒成時間,就會降低新生Cao的活性,增加燒成能耗,過長的燒成帶也會增加大品格的生成,形成難磨的飛砂料。

                      5.適量的高鎂高硫能起相互共融作用:熟料煅燒中氧化鎂的存在能夠明顯緩解硫對C3S礦物形成的抑制作用(氧化鎂摻量為%時,效果***),抑制了S0,和A1*

                      的結合作用對C3S形成的阻礙作用,有利于A礦形成,降低C3S的形成溫度并促進C3S的形成,般燒溫度的升高有利于氧化鎂的固溶:通過綜合分析可知,當采用的高硫煤硫含量低于4.0%時,對熟料燒成的影響較小,燒成的熟料質量較好,當破含量大于5%時,將使熟料中阿利特礦物含量明顯減小,熟料質量下降。

                      6.確定合理的熱工參數,穩定熱工制度:在窯操作上,嚴格控制煙室溫度,使其不致過高,提高窯快轉率,穩定熱工制度,在保證熟料fCa0合格的情況下,適當快窯,避免因慢窯而結球。在保證入窯分解率的前提下,降低分解爐溫度。通過一段時間的實踐總結,窯熱工參數控制目標為:入窯分解率控制在90%~95%,分解爐出口溫度控制在840~860℃,并適當減少窯頭煤用量,避免窯內由于煤粉燃燒不充分而產生的還原氣氛,使窯系統保持在低溫般燒狀態,緩解高硫煤造成的燒成范圍變窄、操作困難的狀況,同時也減輕窯內長長厚窯皮、結球的幾率。



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