回转窑燃无烟煤生产水泥工艺技术与装备
2020-05-15
来源:步旅网
万方数据郑启权:回转窑NK无烟煤生产水泥工艺技术与装备[中图分类号]T0172.6[文献标识码]B〔文童编号〕1007-0389 (2002) 06-0005-05回转窑燃无烟煤生产水泥工艺技术与装备郑启权(中材囚际南京水泥!业设i I (af究院.r1.苏Ikl :}21 0029)0前言表1烟煤和无烟煤哈氏易磨性指数煤的种类哈氏指数卜’/份,, 。烟煤相比,无烟煤具有挥发分低、燃烧着火龙岩三德水泥厂无烟煤6日.710温度A、燃烬时间长等特点,因而早期水泥回转窑术安翠屏山无烟煤1自 ‘4 236都无法用其作烧成燃料近10多年来,水泥回转窑 水安漳平汉洋无烟煤59 372(尤其是预分解窑)燃无烟煤生产已成为行业的 术安上京无烟煤,‘“嘴1.18个主攻方向并相继开发出专用分解炉.嫩烧器、煤光化水泥厂用平顶山烟煤阳96250f!粉制备系统等新r艺、新装备。闲外,1988年朝鲜瑞昌水泥厂用准北烟谋祥原水泥厂建成7条3 300 t/d熟料、100%燃无烟煤的生产线,1996年越南清风海防水泥厂也建成1程度差异较大。其粉磨特性差汁较大,见表1条4 000 t/d熟料, 100%燃无烟煤的生产线、 从表1可知,不同矿点的福建产无烟煤,其哈20世纪( ()年代初,南京水泥设计研究院(现氏易磨性指数在50-104之问。差异很大尸因无烟煤中材国际南京水泥工业设计研究院,以卜简称南京的燃烧对细度有特殊的要求,因此在设il或生产中院)就承担了“回转窑燃无烟煤生产水泥”的部级基应根据无烟煤的易磨性试验结果,一1590进行腆机优化设金项目的研究和开发[_作,近10多年来陆续开发计和选型,了新I9干法预分解窑燃无烟煤生产的1_艺技术和12燃烧特性专月1配套装备,并获得了国家发明专利和实用新型无烟煤的燃烧性能” J烟煤有很人4异南京院专利5项.1997年5月,由南京院承担主体设计和对无烟煤的着火、燃烧和燃烬等燃烧性能进行厂大生产调试、引进部分技术和装备的国内首条1001/1量的试验研究以其试验结v表明:燃无烟煤的2 000 t/d熟料生产线在福建省龙岩市 1()无烟煤燃烧起始温度和结束温度均比烟煤三德水泥厂顺利投产,开创了国内大中型水泥厂利高约150 Cc;-200℃,且燃烧速度慢、燃尽时间长川无烟煤生产水泥的先河。1998年8月,南京院承( 2)无烟煤煤粉细度的变化对其燃烧性能的影担了福建水泥股份有限公司"3窑用无烟煤代烟煤响比烟煤大;当煤粉细度变粗时,其燃烧起始温度生产的技术改造工作,完成了煤粉制备、煤粉燃烧和结束温度均高器、蓖冷机和分解炉的技术改造,首次实现了回转( 3)不同产地的无烟煤,其燃烧起始温度和结窑、分解炉燃无烟煤技术装备的国产化,揭开了我束温度从异很大;即使工业分析成分相近的无烟国水泥回转窑燃无烟煤技术的序幕。迄今为正。南煤,其燃烧性能也口f能龙异很大京院开发设计井投产的燃无烟煤回转窑生产线已基于上述原因,燃无烟煤的水泥生产线.必须 有数1(1条,均取得了良好的经济效益对生产用煤进行燃烧性能研究,据此进行系统配置1无烟煤的性能研究和「_艺技术的优化设计及专有装备的开发_1.1粉磨特性2专有技术及其装备 由丁产地和地质形成年代不同,无烟煤的变质 经过长明的试验研究和生产实践,南京院已栩 *1=利号:(I) ZI. 95 23 9425.1; (21刀95 10978.2 继开发出适合丁燃无烟煤的燃烧器系统.预热预分( 3) ZL 95 2 39426.X; (4) Z.I. 95 I ;2_879W解系统、 煤粉制备系统、熟料冷却机系统等,仆已在( 5) ZI. 95 1 10977.4多条生产线的应用中获得成功 水0二程2002年第6期5万方数据郑启权回朴窑燃无烟煤生产水泥工艺技术与装备引煤粉制备系统粉制备系统的基础上,将其改进优化并分别开发了根据无烟煤的粉磨特性和分解炉、 窑头燃烧器由两级高效粗粉分离器+高效旋风除尘器+煤磨袋对煤粉制备的不同要求,南京院在系统研究烟煤煤除尘器组成的“磨外循环、两级分离”的无烟煤煤粉}c 11 r`-1煤i-i 711-尘器{贷除尘a一七)粗粉分离器原七某并V奇川粉户淤 夕一一价卞份 、窦分沂粉奋窑头热 . 风 侧 煤磨卜卜 图2一级动态选粉机煤粉制备系统(系统B) 图I两级静态选粉机煤粉制备系统(系统A) 制备系统(见图1,简称系统A)和一级动态选粉机一般川于细度要求不是很高的生产线。无烟煤煤粉制备系统(见图2,简称系统B)J系统A和系统B的应用情况见表20已投产的 其中。系统A操作灵活、调节方便,部分一级 无烟煤煤粉制备系统的实际运行结果及我们对系粗粉分离器的成品与部分细粉分离器成品棍合后统成品颗粒级配的分析,均表明这两套煤磨系统的4本能满足窑头用煤粉质量要求,细粉分离器成品工艺、设备及技术指标均达到了设计及使用要求_可以作为分解炉用煤。这一系统既能保证窑头煤粉2.2窑头煤粉燃烧器细度要求,也能保证分解炉煤粉细度要求,而且有煤粉燃烧器性能的好坏肖接影响烧成系统的 效提高了粗粉分离器的分离效率,大大提高了磨机产量、热耗及其对环境的污染程度南京院通过模粉磨效率,实现了系统的高产低耗。与常规磨机比,'研究和汁算机数值模拟计算,开发了NC系列煤系统A的煤磨台产约可增加2(l'%,而电耗下降约粉燃烧器并已成功用于国内数)一家水泥厂;在此基15%该系统一般用于细度要求较高的生产线础上,又开发出大速差三通道JETFLAM系列煤粉与系统A比,系统B配置了南京院开发设计 燃烧器。该燃烧器利用同向协流大速差原理,刘煤的适合尤烟煤制备的高效动态选粉机(这是本系统粉喷出速度和角度进行了调整,在燃烧器中心形成的关键技术),大大简化了系统配制。该高效动态选负压区,能促进高温二次风与煤粉的充分混合,使粉机适合分选超细粉,且分离效率高达70%,从而煤粉快速升温,达到着火温度并迅速燃烧。这种燃可大大提高磨机生产能力,降低粉磨电耗系统B烧器的特点有:对煤质的适应性强,可燃烧劣质燃的缺陷是难以调节窑头和窑尾的煤粉细度该系统料(包括无烟煤、石油焦等);一次风量少(一般用风表2系统A和系统B的应用情况 量约占理论燃烧空气量的7%--R%);煤粉与一、二次规模厂名—煤挥发谋热值 投产口期煤粉风的混合充分,达到完全燃烧,可降低系统热耗;火 (c-d,)分/%(x4.18kj-kg-')(年一月)制备焰形状调节灵活,能适应窑内熟料股烧的需要等-福建'l 1 450<5.06(洲卜)1999-n3系统AJ ETFLAM系列煤粉燃烧器的断面结构见图南平700<5nsR以卜-65001999-11系统B轴向风喷口 福‘上”52(1(10<5115 600-6 1002001一〔14系统A福建04230n<.5.n5 60n-6 20020川_09系统A福龙养池州)‘()<5砚)5 90f)2001一()7系统B腾辉1〔川。<8硬)气N011-八000系统B新绛1 000<8自S80f)2t010o系统B柳于;12 000<5.0弓8(城卜心弓002001一12系统B图3 JETFLAM系列煤粉燃烧器的断面结构水O 1斑2002IF916 M郑启叔:回转窑?无烟煤生产水泥工艺技术与装备3.这神燃烧器`9传M6烧A的根不区NII足:术川u当煤中挥发分从25'%降到5%时,挥发分初析温度向喷射系统,即轴向风通过分布在喷嘴盘I^I周F.的多个圆形喷嘴高速喷出,并从周围吸进速度慢但温将从约350℃升高到约511(1 'C,其着火温度也将升高约200 Y固定炭的燃烧速度;与温度T的关系F' 万方数据度很IN的次风,使燃料快速燃烧其喷嘴截面及出日角度的大小可通过更换喷嘴来调整.以满足锻则遵循阿累尼鸟斯公式(r=ke er), "II&&fl升高约烧1.艺要求。而旋流风则由中部带旋流片的喷嘴喷70 `Y时,11'1定炭燃烧速度将提高约}倍因此在I'll出,口1使煤粉与空气允分棍合,卜1可调节火焰的粗计分解炉时,要在保证炉内小发生烧结的情况下,细和长度;通过史换旋流片可满足熟料烧成及延长尽量提高炉内煤粉着火(X的温度。以利于人炉无烟耐火砖寿命等要求厂此外,该系列燃烧器在其热端煤的着火燃烧无f于何活动部件,故使川寿命较长:(2)分解炉中权气浓度 煤粉燃烧是高温下炭该燃烧器已成为水泥回转窑燃无烟煤理想的 与氧的放热化学反应,且是可逆反应,反应产物及专用设备.且已成功用于多条生产线,见表3运行其「{,间产物均为CC)及CO。根据化学反应浓度积实践表明,该燃烧器着火快,对无烟煤、烟煤均能适规则,要加快炉内煤粉的燃烧反应速度,必须增加应,在二次风温较低或刚开窑点火时,能迅速使烧氧浓度(因加煤量是基本不变的)分解炉采用离线成带达到正常操作水平布置方式,通过三次风管抽吸高温新鲜空气作分解表3 南京开发的新型煤粉燃烧器使用一览炉助燃空气,这样可保持炉内(特别是炉「部)氧分型号 使用厂家规模/(d一)4挥发分八不压较高,而(;OC,)(:分压较低的状况有助于尤烟NC-7 11 A福建"3窑姗N、F5,'V 洲煤的燃烧这一点已在许多生产实践中得到验证N〔-7UA福‘色01、 "2窑绷立波尔 刊(3)空气和煤粉的均匀混合 煤的燃烧反应r1NC-7 [I福;f“4S;)1(3NSP 洲先发生在煤粒表面并形成产物层,其后的燃烧速度NC--,(U 福建"5窑溯NSP 洲既取决于炭粒的化学反应速度,也取决于气体(氧N(卜lon中)ii寺吕厂氧化铝窑。气)通过产物层的扩散速度研究r明:窑头煤粉的N('-5 u福龙界池NSp N(卜51I权星、秀山姗姗朽燃烧速度主要受气体的扩散速度控制;而分解炉内NSP 巧煤粉的燃烧速度主要受碳的化学反).y速度和气体NC-3A南平()I7NSP 朽扩散速度控制。因此.在设计分解炉时应名虑尽徽NC-5 II腾辉、新绛咖NSP 洲使气体和煤粉间保持较高的札I对运动速度,促进气NC-(A柳州水泥厂洲NSp 洲体扩散,加速宁气和煤粉的均匀混合,以加快煤粉N(卜l5 II A铜陵海辉0)(o燃烧、N(',-7 II像鹤公司洲NSNS任,P、11-IS(4)煤粉在炉内的停留时间I煤粉作为分解炉 注:表中NC系列煤粉燃烧器均为JETFLAM系列,南京院为燃料,必须在分解炉内充分燃烬才能产生足够的热保持设备型号的一致性.仍延用NC系列编号)量,满足牛料分解的要求,保证预热器系统的正常运行煤粉颗粒的点燃一燃烧“燃烬过程需要一定时间_无烟煤的燃烧反应速度较慢,其需要的燃烬2.3预热预分解系统时间也较长。研究表明,在相同细度条件(88 p m筛2.3.1无烟煤在分解炉中的燃烧状况余t o%)下,煤挥发分从26%降低到5%时,达到炉 无烟煤在分解炉内的燃烧状况,除受煤粉自身内燃烬的煤粉停留时I'ol要延长1倍以上因此,在的燃烧性能影响外,还受炉内操作温度、氧气浓度、没计燃无烟煤分解炉时,必须考虑延长煤粉在炉内空气和煤粉棍合状况、生料与煤粉的比例及煤粉在停留时间的相关技术措施炉内的停留时问等多因素的影响-(5)分解炉内生料与煤粉的比例 分解炉内生 (1)分解炉操作温度‘,煤粉的燃烧大体分为挥料与煤粉比例越高,生料分解吸热越大,越不利于发分的析出和着火燃烧、固定炭的燃烧两个过程,无烟煤的燃烧。因此,在分解炉设月时,可采取相关这两个过程都与燃烧环境的温度有关研究表明ul的技术措施。降低炉内生料的浓度,利于炉〕无烟水O 1在2002-t9 6 M万方数据郑启权:回转窑然无烟煤生产术泥工艺技术与装备煤的燃烧,确保人窑生料分解率。目,受原生产线条件限制,分别采用离线型NST-S2.3.2燃无烟w预分解系统的技术特点分解炉和改进型RSP分解炉;福龙春池1 000 t/d近1( la来,南京院对燃无烟煤的预分解系统进熟料生产线、福泥”4窑2 300 c/d和“5窑2()()()t/行r深人的研究,对各种分解炉(MFC.划,RSP型、d熟料生产线,针对所燃用的福建无烟煤燃烧特性喷腾吧及PYR OCLON型等)燃无烟煤技术进行极差的特点,采川厂改进型双喷腾预分解炉系统;了应)It探索。积累了丰富的经验;并相继开发f-柳州鱼峰水泥公司2 000 t/d湿磨干烧熟料生产系列燃无烟煤的预分解系统,可适用于不同燃烧特线、海螺分宜2 500 dd熟料生产线。针对所用无烟性的燃无烟煤回转窑生产线如:福泥“3号窑1煤燃烧特性较优的特点,采川燃无烟煤的NST-I500 /td It产线、南平7(10 t/d熟料生产线等技改项分解炉系统等、见表4表4燃无烟煤预热预分解系统的主要特点及其应用类型离线咭腾型带预燃室型离线双喷腾型在线型预热器级教4级或5级预热器4级或S级预热器4级或5级预热器4级或5级预热器或3级湿磨千烧煤种适应性一般,k,火煤种适应性很好,易S.煤种适应性很好,点火煤种适应性一般,点火较难,系统阻力较高;火,阻力适中;但布笠较难,阻力较高;但布易,系统阻力低:投资技术特点但投资低。布五方便,要求高,投资高.适合置要求适中,投资低,低,布置方便,适合于特All适合于技改项目于特定条件的技改、新布五方便,适合于特定特定条件的技改、新建建项目条件的技改、新建项目项目;#用范围适用于挥发分>R%,燃适用于挥发分>3I. ,燃适用于挥发分》3%,燃适用于挥发分>8%燃烧.性能较好的无烟煤烧性能较好的无烟煤烧性能较好的无烟煤烧性能较好的无烟煤对三次风温的依帕性强,一般要求三依祯不强,一般要求三依赖性强,一般要求三依0性较强,一般要求要求次风温>800℃次风滥>b00℃即可次风温>800弋三次风温)750℃福泥价窑,l 5(N) t/d南平7(10 t/d (720 t/已投Jn的部分福泥"4窑,2 3.110 t/d鱼峰2 000 t/d(2 200生产线及其设(1 680t/d)d),贵州腾辉1 000 t/(2730t/d)t福泥05窑,t/d )磨干烧;分宜海d计规模(实际标2 000 /td (2 150 t/螺2 500 t/d(在建)定产黄d):福龙春池1 000 t/d(l 100 t/d)注:四种炉型对工况的适应性均为好2.3.3燃无烟煤预热预分解系统的运行(2)福泥'3窑生产线一该生产线实施无烟煤迄今。国内投产的燃无烟煤新型干法水泥生产 代烟煤牛产的技线还不是很多,绝大部分是南京院开发设计的,下术改造时,因现场面是几条典jt9生产线的实际运行情况。条件制约,被迫选川 福建三德2 000 t/d熟料生产线。该厂生用离线式NS丁一S产用无烟煤的其挥发分约.3'%-5,灰分约15%其分解炉,规格为预分新系统为引进洪华的PYROTOP系统,其中03.24 mx30 m(见分解炉规格为()1.7 m/02.12 m/0248mx60m图5),由于只有四(见图4),人窑物料分解率洲%左右该系统实际级旋风预热器、该运行状况良好,能适应燃无烟煤生产PI类预热预分解系图4 Pyroclon-Pyrotop分解炉8 水NC,汽2002 IF* 6M万方数据郑启权:回转窑燃无烟谋生产水泥工艺技术与装备尹升\\ n统缎烧挥发分为3',Y-5%的炉底温度,提高了燃料燃烬率,但系统阻力较.高.福福建无烟煤时。其运行状龙春池的生产实践农明,该系统能很好地适应燃川自扣况不是很理想C口前该系挥发分为3%--5%,灰分约15%的福建无烟煤,口前下抵料.统锻烧挥发分约87%的混系统产、质量稳定因此,该类系统可适用)'-锻烧挥发分很低、燃烧特性很差的福建无烟煤入窑合煤。系统运行状况良好。鉴 n气位三次风具有较大的超产能力,综(5)柳州鱼峰2 000 t/d湿磨1几烧熟料生产图5 NSL'-S分解炉合运行效杭最佳线、海螺分宜2 5001/d熟料生产线该2条牛产线(3)福建南平700 da因生产用无烟煤的燃烧特性较优,因此南京院采1日熟料生产线‘)月无烟煤代烟煤生产的技改工程中,了在NST-1分解炉基础上改进的喷腾分解炉该采it]了RSP改进型分解炉生产川无烟煤挥发分系统F (.有流程简单、操作方便、系统阻力低和运行为3%-5%,灰分约15%。该预分解系统燃无烟煤状稳定可靠等优点「其中柳州厂取得了当月点火、当况良好m,技改后,系统产质量都有所提高月达标、当月超产的好成绩、( 4)福龙存池1 000 t/d熟料生产线、福泥04窑2 300 t/d熟料生产线、福泥”5窑2 000 t/d熟料3结语生产线。卜述生产线均采用了在NST-S分解炉墓我国煤炭资源分布极不均匀,特别是我国广大 础上改进的双喷腾分解炉(见图6)、生料分别进人南方地区,烟煤资源很少,需从北方高价购买和长上卜分解炉,减少了下分解炉中的生料量、提高了途运输,而当地及其附近地区产无烟煤价低且热值高南京院研究开发的、并已趋成熟的‘回转窑燃无烟煤生产水泥”新技术,使南方各厂实现了充分利用’1下地资源、降低牛产成木、提高企业效益的最大建设效益参考文献窑尾庆气三次风t季尚行预分解窑燃无烟煤生产水泥技术及共应用水泥图6煤无烟煤NST一5分解炉工程,2002 (5)(编辑:小寒)(收稿日期:2002-11一‘ )2)(1)随着我国经济的发展,投资多元化的格局 (4)环境保护和高效利用资源将成为新一批将更明显,水泥厂建设的资金来源会更宽阔、这会大中型新型干法水泥生产线建设必须面临和解决有利于我国水泥f_业“上大改小”政策的实施-的重要问题,这关系到行业的可持续发展,也关系(2)由于技术的成熟和资金的保证, 我国新型到我们的生存环境干法水泥生产线的建设高潮将继续;而且,在下一阶段的建设中,主流规模将是2 000 t/d-5 000 /td参考文献熟料生产线‘我国大型水泥企业集团可望在短时问I曾学敏历史教训位得注意结构调整仍禽努力—内进人世界10强之列2002年上半年水泥工业经济运行分析中CQ水泥,}0112(H) (3)综合比较我国新型于法水泥生产技术和2季尚行预分解窑燃无烟煤生产水泥熟料技术及其应用世界先进技术水平不难发现在技术开发、工艺配水泥工程,2002(5)置、生产操作、自动化控制、经营管理等各方面的差3孔学标,潘炯,殷东良,等江西水泥厂低温余热发电工程距正在缩小;目前最大的差距是一些大型机械设备设计方案术泥工程,2000(6)的制造加工和材质选用及其加工技术,这也是我们(编辑:小寒)(收稿日期:2002- I1-20 )实现大型生产线国产化的技术难点一下阶段的建设中,将研究开发大型设备的材料和制造加L_问题水A,泥2002 If* 6 M