蒙煤在新型干法窯上的應(yīng)用
南方水泥旗下的江蘇新街南方水泥有限公司的5000t/d熟料生產(chǎn)線工藝配置是1*Φ4.8m×74m回轉(zhuǎn)窯;RF5/5000預(yù)熱器,在線NC噴旋管道式分解爐;2*Φ4.6×(9.5+3.5)中卸烘干原料磨;1*ZGM113G煤立磨配備LPM2×7D-OOM汽箱式脈沖式袋收塵;1*NC39325新型推動篦式冷卻機(jī);使用北京某廠生產(chǎn)的NC-15II型三風(fēng)道燃燒器和普通單風(fēng)道燃燒器 配備了一座裝機(jī)為9MW余熱發(fā)電站。
投產(chǎn)后,使用山東、山西等地?zé)熋汉芸鞂?shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)、達(dá)產(chǎn)。2009年初,山東煤價(jià)上漲帶動了山西等地?zé)熋簝r(jià)格過快上漲,到場煤價(jià)最高已經(jīng)接近950元/噸;熟料能耗成本越來越高,為此,公司決定從2009年3月起試用蒙煤(內(nèi)蒙古產(chǎn)煤)進(jìn)行熟料生產(chǎn)。
蒙煤具有價(jià)格低(比同質(zhì)量的其他煤種低50-60元/噸)、低硫份(St.ad =0.5%左右)、熱值高(Qnet,ad5800kcal/kg以上)、貨源充足、煤質(zhì)穩(wěn)定可靠的特點(diǎn);但蒙煤自身也存在著的內(nèi)、外水份高的問題,在使用中給煅燒、煤粉的水分控制、煤磨系統(tǒng)的操作等帶來了一定的負(fù)面影響,也影響到了蒙煤的普及。
為了充分利用好這一豐富的煤炭資源,克服蒙煤自身存在的缺點(diǎn),更好、更廣泛地應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中來,我們經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)、不斷摸索和改進(jìn)使用方法,基本解決了使用中遇到的難題,在生產(chǎn)中取得了很好的效果。熟料實(shí)物煤耗及標(biāo)準(zhǔn)煤耗指標(biāo)一直保持著較高水平;為企業(yè)帶來了較好的經(jīng)濟(jì)效益。
二、不同煤種煤質(zhì)在我公司實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用效果
1 蒙煤和山西、山東煤質(zhì)情況
表1 蒙煤、山東和山西煤煤質(zhì)(優(yōu)質(zhì))分析
類別 |
Mad% |
Aad% |
Vad% |
St.ad% |
Qnet,ad(kcal/kg) | |
蒙煤煙煤(原煤) |
蒙1 |
3.48 |
12.37 |
27.76 |
0.53 |
6414 |
蒙2 |
4.26 |
15.22 |
26.86 |
0.48 |
6029 | |
山西煙煤(原煤) |
晉1 |
1.58 |
19.45 |
31.42 |
0.83 |
6010 |
晉2 |
1.83 |
21.77 |
29.70 |
0.62 |
5804 | |
山東煙煤(原煤) |
魯1 |
1.38 |
19.97 |
30.12 |
0.87 |
6089 |
魯2 |
0.97 |
25.60 |
28.54 |
1.02 |
5652 |
2、不同煤種、相同煤質(zhì)對生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的影響
表2 2009年9月-2010年5月平均結(jié)果
煤種 |
窯產(chǎn)量/ (t/d) |
余熱發(fā)電量(萬度/日) |
實(shí)物煤耗(kg/t) |
標(biāo)準(zhǔn)煤耗(kg/t) |
28d抗壓強(qiáng)度/MPa |
蒙煤1 |
6230 |
15.6 |
144 |
105.9 |
56.4 |
蒙煤2 |
6180 |
16.5 |
146 |
107.4 |
55.7 |
山東1 |
6100 |
18..2 |
146 |
107 |
57.5 |
山東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 |
從上表2的對比數(shù)據(jù)來看,蒙煤與其他煤種相比在窯的熟料產(chǎn)量、煤耗方面基本上沒有差別。但是對余熱發(fā)電量和熟料的28天抗壓強(qiáng)度增長有一定影響。究其原因,個人認(rèn)為噴入窯內(nèi)的煤粉受內(nèi)水高的影響造成黑火頭變長,火力強(qiáng)度減弱,生成A礦物的反應(yīng)時間相對縮短造成的。雖然物料通過燒成帶和冷卻帶的時間沒變,但是這種熟料受到煅燒時間不足和煤粉“爆燃”急燒因素的影響導(dǎo)致結(jié)粒不好,熟料黃心、飛砂、致密度下降,熟料質(zhì)量下降。熟料進(jìn)入篦冷機(jī)后出現(xiàn)的揚(yáng)塵量大,窯頭發(fā)混的現(xiàn)象,也影響了發(fā)電效果。
三、技術(shù)改進(jìn)措施
(一)把握原燃材料特性,拓寬選材渠道
為了彌補(bǔ)蒙煤在余熱發(fā)電和熟料后期強(qiáng)度這兩方面不盡人意的缺陷,我們首先從原料入手,掌握原料的實(shí)際狀況。由于該公司使用的石灰石含硫量高(SO3為0.4%)熟料中的SO3含量一直保持在0.95-1.0%之間、R2O含量為0.9%左右,生料和熟料全分析各組分的含量一直低于97.5%;較高的堿和硫等有害成分嚴(yán)重影響了熟料后期強(qiáng)度的增長;而石灰石礦含硫量高的現(xiàn)狀無法改變,我們決定從輔助材料方面進(jìn)行硫含量控制,以保證熟料品質(zhì)合格。
我們先后采取了用鋼渣代替鐵粉、用黑煤矸石代替部分粘土進(jìn)行配料。使用鋼渣的好處除了降低制造成本外,主要是鋼渣經(jīng)過了高溫?zé)峒庸ぃЦ袷艿狡茐?,結(jié)構(gòu)疏松、荷點(diǎn)低,液相產(chǎn)出早,參與熟料生成反應(yīng)速度快、數(shù)量多,可借用它起到“晶種”作用;而使用黑煤矸石則是為了提高原料磨臺時產(chǎn)量保證生料滿足熟料產(chǎn)能的發(fā)揮,利用黑煤矸石殘留的熱值降低分解爐煤粉噴入量,提高窯前溫度和篦冷機(jī)進(jìn)入AQC鍋爐入口風(fēng)溫;摻配黑煤矸石后,窯頭AQC鍋爐入口溫度迅速提高到了430°C以上,解決了窯頭鍋爐蒸汽量不足的問題。這個改變不僅降低熟料成本,更主要是改善了入窯生料的易燒性,通過鋼渣的“晶種”作用形成了熟料“粒核”幫助降低了入窯生料的分解率(由97%下控為93%),減少了尾煤的用量。
根據(jù)進(jìn)廠物料的化學(xué)分析結(jié)果(見表3)我們考慮到將熟料三項(xiàng)率值設(shè)計(jì)為KH=0.930;SM=2.60;IM=1.5(實(shí)際結(jié)果見表4)。為了保證配料方案得到完整實(shí)施,我們對原料組分和種類進(jìn)行了嚴(yán)格的篩選,對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真歸納,現(xiàn)將原料、生熟料分析結(jié)果羅列如下:
改變原料配料組分后不同煤種煤質(zhì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比(2009年9月-2010年5月)
表3 原材料化學(xué)分析結(jié)果
項(xiàng)目 |
燒失量 |
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 |
|
砂巖 |
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 |
鋼渣(本地) |
/ |
9.66 |
2.31 |
33.22 |
40.84 |
9.95 |
96.08 |
|
2.0 |
|
鋼渣(寶鋼) |
/ |
10.32 |
2.97 |
35.21 |
38.76 |
9.32 |
96.58 |
|
2.2 |
|
采用同質(zhì)的蒙煤和山西煤進(jìn)行熟料生產(chǎn)后的生熟料化學(xué)分析結(jié)果如下:
表4 生料熟料全分析結(jié)果
項(xiàng)目 |
燒失量 |
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(晉煤方案) |
34.24 |
13.30 |
3.14 |
2.08 |
43.20 |
1.14 |
97.09 |
1.002 |
2.55 |
1.51 |
熟料(晉煤方案) |
0.12 |
21.03 |
5.19 |
3.21 |
65.31 |
2.01 |
96.79 |
0.94 |
2.51 |
1.62 |
此方案熟料物料檢驗(yàn)結(jié)果:
蒙煤方案3天抗壓強(qiáng)度:33.3Mpa 28天抗壓強(qiáng)度:57.4Mpa
晉煤方案3天抗壓強(qiáng)度:34.3Mpa 28天抗壓強(qiáng)度:58.0Mpa
兩種方案的結(jié)果基本接近。三天強(qiáng)度較高,后期強(qiáng)度值也達(dá)到了預(yù)期指標(biāo)。
表5 蒙煤在不同原料配料中工業(yè)試驗(yàn)對比情況
對比項(xiàng)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) |
備 注 |
原料磨產(chǎn)量A(平均)T/H |
225 |
215 |
220 |
中卸磨 |
原料磨產(chǎn)量B(平均)T/H |
235 |
210 |
230 |
中卸磨 |
熟料產(chǎn)量(平均)T/D |
6298 |
6055 / 5961 / 6122. |
6207 / 6344 |
|
發(fā)電量(平均)Kwh/D |
18724 |
152888 / 166073 /172961 |
184968 / 190320 |
|
實(shí)物煤耗(平均)Kg/t |
145 |
148 |
147 |
|
標(biāo)準(zhǔn)煤耗(平均)Kg/t |
106.7 |
108.9-111 |
107.4 |
|
熟料綜合電耗kwh/t |
63.98 |
64.94 / 66.97 / 66.34 |
64.61 / 65.1 |
原料磨為閉路中卸磨 |
熟料3天強(qiáng)度(Mpa) |
33.1 |
32.2 |
32.8 |
|
熟料28天強(qiáng)度(Mpa) |
55.7 |
55.3 |
56.2 |
|
綜合評價(jià) |
生料易磨;產(chǎn)量高;電耗低 發(fā)電好;C4、C5錐部及下料管結(jié)皮嚴(yán)重 |
入磨水分大,產(chǎn)量低; 勉強(qiáng)維持窯需求,發(fā)電差; 堵料造成配料困難 |
發(fā)電、產(chǎn)量高;電耗較低;煤耗低 不堵料,綜合情況較好 |
|
從表5中可以看出,在穩(wěn)定熟料產(chǎn)量(6200T/D)的前提下,采用不同的硅質(zhì)校正原料對發(fā)電量影響比較明顯,蒙煤在全粘土配料的方案中表現(xiàn)較差。但是摻加煤矸石后,無論是全部采用煤矸石還是部分摻配都對發(fā)電量有較大的提升,日均發(fā)電量達(dá)到了18萬度以上。因此,我們確定采用粘土摻配煤矸石(3:1)這種方案進(jìn)行生產(chǎn)。
(二)找準(zhǔn)問題的關(guān)鍵,有針對性地進(jìn)行相關(guān)調(diào)控
1)解決蒙煤外水烘干問題
出磨煤粉的水分難以控制。蒙煤的全水一般都是在16-18%之間,煤粉內(nèi)水分一般都在4.8-5.9%之間,甚至還有7%的結(jié)果出現(xiàn)。外水一般為12-13%之間;控制出磨煤粉外水分的最直接的方法就是提高入磨風(fēng)溫,這對煤磨收塵系統(tǒng)來說是個考驗(yàn)。既要盡量降低煤粉水分,又要兼顧系統(tǒng)安全。煤磨的出口溫度不宜過高(受袋除塵器濾袋及煤粉制備系統(tǒng)防火安全考慮),水分烘干受到限制,影響了磨機(jī)的產(chǎn)能發(fā)揮。
2)解決煤粉遲燃帶來的問題。
由于煤粉水分大導(dǎo)致火焰黑火頭長,燒成帶后移1-2米,熟料C3S形成時間短,不利于A礦的形成和發(fā)育。煤粉噴入窯內(nèi)后,在出噴煤管后500mm會出現(xiàn)“爆燃”現(xiàn)象,對熟料顆粒外表面造成急燒。二次風(fēng)溫比使用其它煤種要求的溫度(1050±50) ℃低50℃左右;據(jù)有關(guān)技術(shù)資料中介紹:煤粉中保持1.0%~1.5%的水分可以促進(jìn)燃燒,但過量的水分卻阻礙煤粉燃燒。煤粉水分每增加1.0%,火焰溫度約降低10~20℃,煤粉水分對火焰溫度的影響比灰分約大一倍。根據(jù)這一現(xiàn)狀,我們只能在燃燒器位置和內(nèi)外風(fēng)使用上做文章,調(diào)整內(nèi)外風(fēng)閥的開度,移動燃燒器的位置進(jìn)行適應(yīng)。
3)解決煤磨袋收塵通風(fēng)和收塵問題
由于蒙煤的外水較高,出磨煙氣中濕度大,煤磨收塵系統(tǒng)阻力增大;加大煤磨系統(tǒng)的排風(fēng)量,袋式收塵器出口負(fù)壓要達(dá)到8000-8500Pa進(jìn)出口壓差達(dá)到1000-1500Pa這一負(fù)壓差值要比使用山西、山東的煤要高出900-1200Pa; 才能發(fā)揮煤磨的產(chǎn)能,袋收塵容易出現(xiàn)“糊袋”問題;
我們采取了如下措施進(jìn)行調(diào)整
1)降低進(jìn)廠原煤水分,減輕生產(chǎn)負(fù)擔(dān),為降低出磨煤粉水分創(chuàng)造條件。進(jìn)廠原煤的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中對全水指標(biāo)提出了明確的要求,蒙煤進(jìn)廠外水控制標(biāo)準(zhǔn)為<10%,超標(biāo)部分按超標(biāo)百分比數(shù)值予以扣除。
2) 合理制定質(zhì)量控制指標(biāo),優(yōu)化煤磨操作工藝參數(shù),強(qiáng)化系統(tǒng)通風(fēng),降低入窯煤粉細(xì)度和水分
控制煤粉細(xì)度來彌補(bǔ)高水分對火焰燃燒速度帶來的影響;以往可根據(jù)煤的揮發(fā)份高低和煤質(zhì)的好壞對出磨煤粉的細(xì)度進(jìn)行靈活調(diào)整,現(xiàn)在必須更加嚴(yán)格地控制煤粉細(xì)度(細(xì)度指標(biāo)<8%)。提高入磨溫度由240℃提高至330-340℃左右,出磨溫度由60℃提高至65-70℃并嚴(yán)格限制高溫。增大系統(tǒng)排風(fēng),設(shè)定煤磨進(jìn)風(fēng)負(fù)壓為710—760Pa;出口負(fù)壓為6000-6500 Pa;袋收塵出口負(fù)壓為7900-8500 Pa;袋收塵濾袋采用防火、防靜電、防粘附材質(zhì);氣動振打間隔由60秒/次改為45秒/次,氣缸壓力由4.5Kg/cm2調(diào)至6Kg/cm2強(qiáng)化振打功能。
3) 調(diào)整篦冷機(jī)一、二、三段篦速,穩(wěn)定二段篦床料層厚度(500-600mm)
采用煤矸石配料后,熟料黏性增大。隨著二次風(fēng)溫的提高,一段篦床上的熟料溫度上升,一段卸料阻力增大。因此,一段篦速由13HZ調(diào)整為15HZ,篦床壓力調(diào)整為6-7Mpa;二段篦速調(diào)整為13 HZ,篦床壓力調(diào)整為10 Mpa;三段篦速調(diào)整為17 HZ,篦床壓力為9 Mpa;二段料層厚度保持在500-600mm左右,以維持穩(wěn)定的AQC鍋爐入口溫度和較高的熱能利用率。
4)調(diào)整燃燒器位置,熱態(tài)下將燃燒器調(diào)整離窯口150-200mm處。燃燒器外風(fēng)閥門開度適當(dāng)關(guān)?。?0-80%)內(nèi)風(fēng)閥門開度保持100%;一次風(fēng)壓保持在25KPa左右不變,根據(jù)煤質(zhì)外風(fēng)調(diào)整在70%~80%之間,煤風(fēng)管端部與外風(fēng)管噴嘴端部平齊,即將一次風(fēng)截面積調(diào)至最小,一次風(fēng)量最小,加大高溫二次風(fēng)的用量,提高煤粉的燃燒速度和燒成帶溫度。這與使用山西、山東低內(nèi)水的煤種調(diào)整方向截然相反;目的是使燒成帶延長并前移,有利于提高二次風(fēng)溫(1050°C以上)。
5)增加三次風(fēng)量,減少入窯的二次風(fēng)量。
6)開設(shè)分解爐出口彎管清灰孔和操作平臺;
在分解爐出口彎管拱形最高點(diǎn)的管道橫截面位置,在管道中軸線偏下200mm處對開2個清灰孔門;當(dāng)中控室判斷彎管上可能存在較多集料的時候,通知現(xiàn)場崗位人員及時進(jìn)行清理,防止塌料的問題出現(xiàn),保持窯系統(tǒng)穩(wěn)定用風(fēng)。
四、 其他情況說明
由于我公司石灰石礦SO3含量、其他原料中帶入熟料中的R20含量偏高,導(dǎo)致熟料中的有害成分較多(熟料中的SO3為0.95-1.0%之間、堿含量為0.9%左右),影響了熟料的后期強(qiáng)度的增長;硫的成分在熟料燒成過程中形成的硫鋁酸鈣對早期強(qiáng)度有貢獻(xiàn),但對后期強(qiáng)度提高有較大影響;在生產(chǎn)中盡量減少其他原材料帶入有害成分,對熟料內(nèi)在質(zhì)量的提高有很大幫助。
據(jù)調(diào)查,蒙煤的年使用量已經(jīng)慢慢逼近山西等地的煙煤用量,成為第二大煤種。水泥、電力行業(yè)都在探索用好蒙煤這一資源的方法。
對水泥行業(yè)來說,普及蒙煤還有一段路要走。蒙煤與無煙煤在新型干法生產(chǎn)線推廣和應(yīng)用的經(jīng)歷應(yīng)該是一樣的,都必須在工藝和操作上進(jìn)行一定的改造和調(diào)整才能發(fā)揮出自身的優(yōu)勢。很多企業(yè)不敢放手使用蒙煤主要還是過多地考慮了它的負(fù)面影響,隨著生產(chǎn)技術(shù)水平的提高,相信越來越多的企業(yè)開始嘗試?yán)眠@一優(yōu)質(zhì)資源。
目前,許多新型干法窯企業(yè)都在試用煙煤+無煙煤進(jìn)行熟料煅燒,這與本文介紹的情況基本一致。更多的企業(yè)考慮成本因素采用摻配蒙煤的做法,以便兼顧成本與其他經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的關(guān)系。我在這里強(qiáng)調(diào)一點(diǎn),解決好煤料對口和系統(tǒng)控制問題,蒙煤就可以代替其他煙煤在水泥生產(chǎn)中發(fā)揮越來越大的作用。
參閱資料:
1 《影響回轉(zhuǎn)窯煅燒效果的因素分析》 作者:齊俊華 楊旭 丁振宇
2 《高水份煤在窯外分解窯上的應(yīng)用》 作者:鄭占峰
編輯:
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