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　　1 .無煙煤煤粉制備的意義

　　我國水泥行業(yè)中，回轉(zhuǎn)窯水泥廠熟料煅燒長(zhǎng)期以來均采用煙煤為燃料。由于我國煙煤礦藏分布不均，主要煙煤產(chǎn)地多在北方，而南方諸省則以無煙煤居多，幾乎沒有煙煤資源。北煤南運(yùn)，增加了鐵路等交通部門的壓力，也增加了生產(chǎn)廠的燃料成本，因而加重了企業(yè)的負(fù)擔(dān)。為了對(duì)燃料資源合理利用和降低南方地區(qū)回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)的直接成本，需要解決在煙煤燃料缺乏的地區(qū)開發(fā)回轉(zhuǎn)窯用無煙煤為燃料問題。以福建省為例，當(dāng)?shù)責(zé)o煙煤價(jià)格約 150 元 /噸，而煙煤價(jià)格約為 300 元 /噸。以每噸熟料用實(shí)物煤 150 公斤計(jì)算，用煙煤煅燒噸熟料用煤成本為 45 元， 而用無煙煤只需一半的成本。以一條 600t/d 的熟料生產(chǎn)線計(jì)算，每年僅用燃料成本可減少 405 萬元。既可開拓當(dāng)?shù)責(zé)o煙煤的使用途徑，也可給企業(yè)帶來顯著的效益。

　　眾所周知，在常規(guī)的煙煤煅燒回轉(zhuǎn)窯燒成系統(tǒng)中，所用燃煤的揮發(fā)份一般為 20 ～ 30 %，如揮發(fā)份降低則會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)火困難，燃盡率差，火焰不穩(wěn)定，黑火頭長(zhǎng)，火焰溫度下降。若揮發(fā)份低于 15 %以下采用常規(guī)工藝一般難以點(diǎn)燃，無法生產(chǎn)。這種現(xiàn)象是由煤的燃燒機(jī)理所決定的。當(dāng)煤受熱時(shí)，首先是揮發(fā)份析出，這些揮發(fā)份具有較低的著火點(diǎn)，當(dāng)溫度達(dá)到時(shí)就迅速燃燒，從而點(diǎn)燃煤中的固定碳。固定碳則按以下反應(yīng)生成 CO 2 ： 2C+O 2 → CO 、 C+O 2 → CO 2 、 CO+O 2 → CO 2 。無煙煤由于其揮發(fā)份含量低于 10 %，燃燒時(shí)排出的助燃揮發(fā)氣體少，固定碳的點(diǎn)燃存在困難。而碳粒的燃盡速率與燃燒反應(yīng)中的反應(yīng)溫度成正比，與粒子的粒徑平方成反比。因而必須提高燃燒反應(yīng)空氣溫度和降低燃煤粒徑。我們的研究目的是 解決無煙煤煅燒工藝中煤粉制備的主要技術(shù)問題， 探討如何可靠地、經(jīng)濟(jì)地降低入窯煤粉細(xì)度，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際開發(fā)煤粉制備工藝和裝備，為無煙煤煅燒熟料生產(chǎn)工藝線提供合格的煤粉。

　　2 .常規(guī)煤粉制備工藝和設(shè)備

　　目前國內(nèi)外常用的煤粉制備方法是采用立磨或球磨配雙分離、雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。國內(nèi)煙煤煤粉主要采用普通風(fēng)掃球磨制備，回轉(zhuǎn)窯水泥廠煤磨車間主要生產(chǎn)工藝及煤磨機(jī)系統(tǒng)配置見表 1。

　　3 .煤的粉磨性能及相關(guān)試驗(yàn)

　　關(guān)于煤的易磨性，一般認(rèn)為煤很好磨。 其實(shí)不然。文獻(xiàn) [1] 報(bào)導(dǎo)，煤的粉磨功指數(shù) Wi=16 ～ 30kWh/t, 不僅大大高于石灰石的功指數(shù) Wi=10 ～ 12kWh/t ，也比熟料的功指數(shù) Wi=16 ～ 20kWh/t 高。人們知道生料中摻一些煤能提高產(chǎn)量。實(shí)際上，正如文獻(xiàn)所述，這只是由于摻煤后改善了白生料粉磨中普遍存在的粘球、粘襯板的現(xiàn)象。如果配煤量較多，生料 Wi 值將增大。配煤量愈多 , 煤的易磨性愈差 , 生料電耗愈大。本文認(rèn)為， 是煤的易碎性較好使得人們誤認(rèn)為易磨性好。在煤磨中，盡管多數(shù)情況下入磨煤塊度很大，配球一般最大 Φ 60mm 就能處理，就是因?yàn)槊旱囊姿樾暂^好。

　　與煙煤相比，無煙煤除在燃燒性能方面有著火溫度高，燃燒速度慢，燃盡率差的特點(diǎn)外，在粉磨性能方面也有較為明顯的差別。

　　3.1 粉磨至一定細(xì)度時(shí)所需的時(shí)間

　　無煙煤較之煙煤通常成礦地質(zhì)年代更為久遠(yuǎn)，可以認(rèn)為無煙煤是一種比煙煤晶體化更完整的形態(tài)。因而質(zhì)地變硬，易磨性變差。這與石灰石的情況類似。眾所周知，棲霞灰?guī)r地質(zhì)年代較早，顏色較深 ;黃龍灰?guī)r地質(zhì)年代較晚，顏色較淺。通常棲霞灰?guī)r比黃龍灰?guī)r易磨性差得多。

　　在我們進(jìn)行的大量化驗(yàn)室小磨試驗(yàn)中，無煙煤與煙煤易磨性的差別也得到證實(shí)。用 φ 500×500mm 統(tǒng)一小磨 ,標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配條件下,將煤磨到 0.08mm 篩余 40% 的細(xì)度，我們稱為粗磨;再換用適當(dāng)級(jí)配的小研磨體 , 磨到細(xì)度為 0.08mm 篩余 5% ，我們稱為細(xì)磨。幾種煤的粗磨和細(xì)磨所需的時(shí)間見表 2 。

　　試驗(yàn)表明， 相同 細(xì)度 下 無 煙煤所用的 粉磨 時(shí)間普遍比煙煤長(zhǎng)，也就是說無煙煤的易磨性差于煙煤 ,特 別是細(xì)磨性能更差。同時(shí)表明， 無 煙煤是一種相對(duì)易碎難磨的物料。

　　3.2 不同研磨體對(duì)粉磨效果的影響

　　無煙煤的易碎難磨特性，早在 90 年代初期就引起了我們的注意。當(dāng)時(shí)推行機(jī)立窯節(jié)能技術(shù)改造，其中的一項(xiàng)措施就是料、煤分別制備，以減輕機(jī)立窯的化學(xué)不完全燃燒現(xiàn)象。我們根據(jù)無煙煤的特點(diǎn)，采用具有選擇性粉碎作用的棒磨來制備煤粉，其產(chǎn)品 1mm 通過率大于 90% ，而小于 0.08mm 的細(xì)粉含量極低，粒度組成非常適合機(jī)立窯煅燒的要求。水份小于 5% 時(shí)棒磨的效率很高，在 LJP 水泥廠，一臺(tái)裝機(jī)功率為 55kW 的φ 1.5 × 2.5m 棒磨在調(diào)試時(shí)， 80% 負(fù)荷下產(chǎn)量可達(dá) 13t/h 。

　　無煙煤用于回轉(zhuǎn)窯煅燒，對(duì)煤粉的要求與機(jī)立窯完全不同，必須尋求新的技術(shù)途徑。大量的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果顯示，如采用國內(nèi)常規(guī)方法粉磨無煙煤必將大大增加粉磨電耗，且煤粉細(xì)度難以保證。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，采用適當(dāng)尺寸的小研磨體對(duì)大多數(shù)煙煤和無煙煤的細(xì)磨效果均很好 。福建 DT 水泥廠不同研磨體對(duì) 無煙煤 粉磨效果的影響見表 3 。

　　表3 　DT 水泥廠 無煙煤 粉磨 試驗(yàn)結(jié)果 (0.08mm 篩余， %)

　　從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出小段的細(xì)磨效果明顯優(yōu)于普通鋼球。同時(shí)可見，不同的無煙煤效果也不一樣。此外，可以看出四種無煙煤易磨性最好的是 A ，其余依次為 B 、 C 、 D 。

　　作為工業(yè)性試驗(yàn)， 1998 年我們?cè)?HRB 水泥廠對(duì)φ 2.4 × 9m 煤磨進(jìn)行改造。該磨開流生產(chǎn)，無計(jì)量設(shè)備。原煤烘干后喂入磨內(nèi)，出來即為成品，這種工藝流程國內(nèi)很少。改造前細(xì)度約 18% ，有時(shí)達(dá) 30% ，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量 11 ～ 13t ，喂料皮帶調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速為 200 ～ 220r/min 。廠方改造目標(biāo)是希望把煤粉篩余降下來，以利于窯的煅燒。我們?cè)谀?nèi)增設(shè)篩分隔倉板，調(diào)整倉位和級(jí)配，特別是在細(xì)磨倉采用小研磨體。試驗(yàn)中取得了大量的寶貴數(shù)據(jù)。試驗(yàn)證明，如果工藝參數(shù)選擇得當(dāng)，小研磨體可以象實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)顯示的那樣高效地完成煤的細(xì)磨任務(wù)。經(jīng)過幾次調(diào)整，改造完成后在喂料量不變時(shí)，細(xì)度很容易達(dá)到 5% ;在細(xì)度約 10% 時(shí)，喂料皮帶調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá) 300 r/min ，實(shí)測(cè)喂料皮帶速度比原來提高約 50% 。

　　在取得大量的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和工業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，我們針對(duì)不同的生產(chǎn)線進(jìn)行了無煙煤細(xì)磨機(jī)的研究設(shè)計(jì)，目前已進(jìn)入生產(chǎn)應(yīng)用開發(fā)階段。

　　4 .無煙煤煤粉的制備工藝

　　4.1 新建生產(chǎn)線的煤粉制備工藝

　　我們研究設(shè)計(jì)的無煙煤制備工藝系統(tǒng)首先用于 福建 DT 水泥廠日產(chǎn) 600t 五級(jí)預(yù)熱器窯生產(chǎn)線。

　　DT 水泥廠廠區(qū)附近的無煙煤粉磨性能試驗(yàn)上文已經(jīng)述及，其易磨性在迄今我們所作的試驗(yàn)中是最差的。其工業(yè)分析和煤灰化學(xué)分析結(jié)果見表 4 。選擇 B 煤進(jìn)行不同溫度下?lián)]發(fā)份、點(diǎn)火特性試驗(yàn)，見表 5 、表 6 。

　　表 4 無煙煤工業(yè)分析和煤灰化學(xué)分析 ( % )

表 5 B 煤在不同溫度下的揮發(fā)份標(biāo)定

表 6 B 煤點(diǎn)火性能試驗(yàn)結(jié)果

　　從表 5 、表 6 可見， B 煤的揮發(fā)、點(diǎn)火性能很差。這說明，無煙煤的易磨性、燃燒性能的趨向是基本一致的。由于燃燒煤粉的燃盡時(shí)間與粒徑的平方成正比，因此要求煤粉 0.08mm 篩余小于 3% 。也就是說，隨著煤質(zhì)不同，煤粉細(xì)度要求也不同，對(duì)于粉磨設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)也有待合理選擇。

　　根據(jù) DT 廠無煙煤性能分析試驗(yàn)結(jié)果和以前的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們確定無煙煤細(xì)磨機(jī)的規(guī)格為Φ 2.2 × 5.8m 。該磨機(jī)具有兩個(gè)粉磨倉。第一倉主要用于粗磨，采用的研磨體為鋼球，主要承擔(dān)破碎和粗磨作用。第二倉是細(xì)磨倉，采用的研磨體為特制的鋼段，是煤粉磨細(xì)的關(guān)鍵。原煤在第一倉粉磨后經(jīng)由第一、二倉之間特制的篩分裝置進(jìn)行粗細(xì)分離，分離后細(xì)粉及時(shí)進(jìn)入二倉，粗粉則繼續(xù)留在一倉，這是細(xì)磨倉采用小研磨體的必要條件。

　　在風(fēng)掃磨中，煤粉產(chǎn)質(zhì)量受粉磨能力和烘干能力的制約。傳統(tǒng)煤磨中煙煤煤粉不必磨得很細(xì)，烘干能力往往是主要矛盾，因此煤磨大多是短而粗，即長(zhǎng)徑比較小，能通入大量熱風(fēng)。無煙煤水份一般較煙煤低，而細(xì)度要求細(xì)， 易磨性又差 ,粉 磨能力是主要矛盾，應(yīng)選擇較大的長(zhǎng)徑比。

　　傳統(tǒng)煤磨在停磨檢查時(shí)?？煽吹侥?nèi)兩邊有很多煤粉而中間風(fēng)掃得很干凈，這說明熱風(fēng)在磨內(nèi)穿空而過，分布嚴(yán)重不均。我們?cè)谶M(jìn)風(fēng)處設(shè)計(jì)了均風(fēng)裝置，使熱風(fēng)在整個(gè)斷面上分布 , 這也相當(dāng)于提高了磨機(jī)的烘干能力，所以不設(shè)烘干倉。實(shí)際使用中制備出的煤粉水份、細(xì)度都符合煅燒的要求。

　　此外，我們改進(jìn)了密封，減少了漏風(fēng);改進(jìn)了進(jìn)料結(jié)構(gòu)，使小球不易在進(jìn)料斗處堆積，使熱風(fēng)能順利入磨。

　　在粉磨系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由于當(dāng)時(shí)條件所限 , 仍然沿用了傳統(tǒng)的粗粉分離器，其分離效率低，回粉細(xì)度小于 20% 。系統(tǒng)中其它主要設(shè)備包括旋風(fēng)式細(xì)粉分離器、循環(huán)風(fēng)機(jī)、袋式受塵器、排風(fēng)機(jī)等。

　　該系統(tǒng)于 1999 年初投入正常生產(chǎn)。開始階段 A 煤和 B 煤搭配使用，后來全部使用低揮發(fā)份的 B 煤，這在全國是第一家。系統(tǒng)產(chǎn)量基本穩(wěn)定在 7.5 ～ 8t/h ，最高可達(dá) 9t/h 。煤粉細(xì)度 2 ～ 3% ，水份 1 ～ 1.5% 。該磨仍未達(dá)最大能力，主機(jī)電流僅 380A (額定電流 500A )。

　　3 年來的生產(chǎn)實(shí)踐表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)便，制備出的煤粉完全可以滿足回轉(zhuǎn)窯煅燒的要求，系統(tǒng)的粉塵也可達(dá)標(biāo)排放。隨后為 1000t/d 新型干法生產(chǎn)線配套的Φ 2.4 × 6.5m 無煙煤細(xì)磨機(jī)也于 2001 年 11 月在湖南 YS 水泥廠投產(chǎn)， 煤 粉細(xì)度控制為 3 ～ 5% 。在裝載量為額定裝載量 2/3 時(shí)，產(chǎn)量已達(dá) 10t/h 。預(yù)計(jì)滿負(fù)荷粉磨無煙煤時(shí)，按現(xiàn)有細(xì)度不變，產(chǎn)量可達(dá) 13t/h 以上。

　　4.2 原有煤粉制備系統(tǒng)的在線改造

　　用無煙煤作燃料在許多廠已不斷得到應(yīng)用。這些廠原有的煤粉制備系統(tǒng)制備的煤粉細(xì)度一般為 0.08mm 篩余 10 ～ 12% ，有的達(dá)到 16% 。要使其達(dá)到無煙煤煅燒的要求，必須對(duì)原有煤粉制備系統(tǒng)進(jìn)行改造。

　　以湖南 DJ 水泥廠為例，該廠有 3 臺(tái)濕法華新窯，各有一套煤粉制備系統(tǒng)且可以互相串用。煤粉制備系統(tǒng)流程如圖 1 。煤磨規(guī)格為Φ 2.5 × 3.9 m ，有效內(nèi)徑為 2.5 m ，有效長(zhǎng)度為 3.9m ，裝球量為 25t ，電機(jī)功率 320kW 。煙煤入磨水份約 12% ，煤粉細(xì)度平均約 13% ，產(chǎn)量約 10t/h 。在對(duì)無煙煤進(jìn)行易磨性試驗(yàn)和其它有關(guān)試驗(yàn)、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)了解和研究后，我們確定采用以下技術(shù)措施：

　　工藝流程改造。如圖 2 所示，取消了原循環(huán)風(fēng)機(jī)和循環(huán)風(fēng)管，棄用旋風(fēng)筒，代之以高濃度煤磨袋式收塵器，廢氣全部經(jīng)收塵器由系統(tǒng)內(nèi)唯一的排風(fēng)機(jī)排入大氣。使流程大為簡(jiǎn)化，操作更加方便。

　　磨內(nèi)改造。采用新型襯板，提高粉磨效率。既不降低磨機(jī)有效容積，又不會(huì)形成使煤粉易于留存的死角，還能使研磨體沿軸向合理分級(jí)，使大球多聚集于進(jìn)料端。

　　合理的研磨體級(jí)配。由于襯板的分級(jí)作用，平均球徑可以降低，采用小球加強(qiáng)細(xì)磨能力，結(jié)合小磨試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)出最佳級(jí)配。

　　采用高效分離器。用 CMS-30 煤磨選粉機(jī)代替Φ 2.5m 粗粉分離器，提高了分離效率，減輕了磨機(jī)負(fù)擔(dān)。同時(shí)使細(xì)度控制變得方便，煤粉細(xì)度更加穩(wěn)定。

　　改造完成后，在無煙煤占 60% 、煙煤占 40% ，原煤水份約 11% 的情況下，產(chǎn)量可達(dá) 13t/h 以上，煤粉細(xì)度為 5% ，水份小于 1.5% 。當(dāng)時(shí)有煤磨檢修，一臺(tái)磨供兩臺(tái)窯只略為緊張?，F(xiàn)在該廠停了一臺(tái)煤磨，僅用兩臺(tái)煤磨供應(yīng)三臺(tái)窯用的煤粉還有富余。

　　圖 1 DJ 水泥廠煤磨系統(tǒng)改造前工藝流程 圖 2 DJ 水泥廠煤磨系統(tǒng)改造　　后工藝流程

　　5 .小結(jié)

　　回轉(zhuǎn)窯水泥廠因地制宜采用廉價(jià)的無煙煤或劣質(zhì)煤來煅燒熟料，有 顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。其關(guān)鍵技術(shù)之一是煤粉制備工藝及設(shè)備。本文的研究對(duì)無煙煤和劣質(zhì)煤的利用具有現(xiàn)實(shí)意義。 無煙煤具有 燃燒性能差和易磨性差的特點(diǎn)，在相同的粉磨細(xì)度下，無煙煤所需的粉磨時(shí)間大于煙煤;而采用小研磨體在多數(shù)情況下可有效地提高粉磨效率。通過研究，開發(fā)了適合不同情況的 無煙煤 煤粉制備工藝和裝備。對(duì)于老廠在線改造，可通過理順工藝流程、磨內(nèi)改造、采用高效分離器等措施來滿足要求;對(duì)于新建生產(chǎn)線，則采用新型 無煙煤細(xì)磨機(jī)更為合理 。 Φ 2.2 × 5.8m 無煙煤細(xì)磨機(jī)可以為 600t/d 、 700t/d 生產(chǎn)線配套，Φ 2.4 × 6.5m 磨機(jī)可為 1000 ～ 1500t/d 新型干法生產(chǎn)線配套。

　　在水份低于 10% 的情況下，這種煤磨也非常適合于粉磨煙煤，可大幅度降低電耗，并且細(xì)度穩(wěn)定。Φ 2.2 × 5.8m 煤磨配華新窯或 1000t/d 新型干法線還有富余，Φ 2.4 × 6.5m 煤磨可配 1500t/d ～ 2000t/d 新型干法線。

　　應(yīng)當(dāng)指出，這種煤磨技術(shù)含量較高，其倉位和級(jí)配及篩分結(jié)構(gòu)等參數(shù)要根據(jù)不同煤的性能進(jìn)行調(diào)整，并非一成不變。因此在選用前要由專業(yè)技術(shù)人員對(duì)煤的各種性能進(jìn)行全面了解，才能取得最佳效果。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 羅帆：水泥原料易磨性的影響及其改善 . 《水泥》， 1998 年第 10 期