高硫无烟煤对熟料煅烧的影响

关注:54发表时间:2016-05-13 00:00:00


(山东网易彩票工业科技有限公司山东,济南250300)摘要:水泥熟料煅烧的热量来源主要是通过煤粉燃烧产生,一般采用固体燃料煅烧水泥熟料,常用的有烟煤、无烟煤和焦炭。随着水泥工业的发展,水泥生产工艺系统不断更新,高硫无烟煤在水泥生成中的应用也不断扩展提高。


一、概况

某公司位于辽宁省境内,主要从事熟料及水泥生产、销售工作。为日产熟料5000t水泥生产线,采用以悬浮预热器和窑外分解技术为核心的新型干法水泥生产工艺,双系列五级预热器、5.0×74m回转窑、①3.8x(7.75+3.5)m风扫式煤磨、CK450生料立磨、第四代德国CP蓖冷机、碾压机加球磨机联合组成的闭式水泥粉磨系统。同时配套装机容量9MW纯低温余热发电机组,综合利用电厂粉煤灰、脱硫石膏等工业废弃物,大量节约资源,减少二氧化碳排放量,保护环境。


二、高硫无烟煤对水泥熟料生产和性能的影响


1.无烟煤

(1)我国煤碳资源十分丰富,目前探明储量超过1886亿吨,各类煤的比例大致为烟煤占70%,无烟煤占16%,褐煤占14%。无烟煤因其燃烧时不冒烟,俗称白煤,是煤化程度最高的煤。

(2)公司进厂无烟煤的特点是空气干燥基状态下,煤工业分析指标中硫成分较高,一般2.80%左右,挥发分含量10%左右,着火速度慢,固定碳含量高,在70%

左右,热值一般6000-6500大卡/Kg,随着研石含量的增加而下降。

(3)在公司100km范围内有大量的煤炭资源,因地制宜,大量利用公司附近的硫成分约3.0%、挥发分约7.0%、热量约6000大卡/Kg左右的无烟煤,实现了资源的合理搭配与充分利用,提高经济效益的同时也也创造了社会效益。

(4)高硫煤能促使熟料液相量过大,由于煤中的高硫带入,在烧结过程中,因为S03的矿化作用,液相提前出现,而且液相量增加,在该情况下,如果生料中Fe-0、A120;含量配路不当,势必导致液相量过大、通风不良,煤粉燃烧不完全,产生还原气氛,结球在所难免,熟料质量降低。

(5)高硫煤能促使熟料C3S含量降低,液相出现提前,C3S形成过快,部分C2S尚未来得及吸收Ca0形成C3S便被包裹在C3S晶体中,导致熟料中C3S含量偏低,同时较高的S03存在,它势必争夺部分Ca0而形成CaS0,使熟料的实际饱和比降低,若配料时再按常规计算,则保证C3S生成的Ca0量就显得相对不足,致使熟料中C3S含量进一步偏低,导致熟料强度的降低。


2.公司原煤指标及化学成分

公司2014年1-3季度进厂无烟煤工业分析及化学分析(表1-2)

表1入磨无烟煤工业分析


表2入窑无烟煤煤灰化学分析(%)


3.煤粉的制备及计量输送

原煤经桥式刮板取料机取料后经皮带送入两个原煤仓,经原煤仓、定量给料机喂入风扫式煤磨系统,在磨内进行烘干与粉磨,粉磨制备系统利用蓖冷机废气作为烘干热源。煤粉由出磨气体带入煤磨动态选粉机,分离出的粗粉返回磨头再次粉磨,细粉随气体进入高浓度煤磨专用袋式除尘器,收集下的煤粉经螺旋输送机送入带有荷重传感器的窑头及分解炉主、次三个煤粉仓中,分别经煤粉秤计量后送往窑头及分解炉燃烧器及脱氧装置。煤磨车间废气由煤磨排风机排入大气。

粉尘排放浓度≤30mg/m3。


4.煤灰掺入熟料的分析

燃尽的煤粉将以煤灰的形式沉落到窑内的物料中烧成熟料,是熟料中无法脱离的一种组分,因此,煤灰也是水泥生产生料配料的一种原料。故煤灰的化学、物理性质会对水泥熟料的般烧和矿物组成产生一定的影响,当生料成分不变,而煤质突然改变时产生的影响更加明显。同时因该无烟煤硫成分较高,一般在2.8%

左右,投产初期窑尾系统结皮、堵寨严重,且捅堵困难,造成窑系统出现小股塌料,导致出窑熟料f-Ca0偏高,甚至出现跑生料等严重工序质量事故,因而造成停窑等严重影响公司生产经营,导致出窑熟料强度低且颜色差。


三、措施:

根据质量指标检验数据的统计和分析,结合公司周边原料成分,通过优化配料方案,调整生产工艺参数及生产管理等工作,最终实现优质高效的目标。

1.做好燃煤的采购质量控制,在采购合同中加强附着水份的控制<8%,燃料水分每增加1%,热耗增加1.03大卡(每千克熟料),尤其对硫、挥发分、发热量等指标以加权平均值进行结算,稳定燃料质量波动,减少热工参数的波动。

2.加强进厂煤的堆放管理,根据化验结果接配进料和多点、多层移动堆料,进行充分均化。

3.控制出磨媒粉水分≤1.0%,产品细度为80um筛筛余≤1.5%,保证输送的顺畅和燃烧的快速与充分。

4.控制出磨生料水分(1.0%,生料中物料水分每增加0.1%,热耗增加1.2大卡(每千克熟料),80um方孔筛筛余518%,入窑生料分解率在90-95%,既能很好地减轻窑负荷,提高产能,也能保证适合的液相量,有利于熟料矿物的形成,避免窑内常结圈、长厚窑皮、结蛋等工艺事故。

5.加强原燃材料市场调研和化学成分分析,不断优化配料方案,提供易烧性好的生料。

6.调整和优化工艺操作参数,提高设备的运转率,实现系统的优质高产。

7.保证合理的窑通风,控制窑尾废气中0-浓度在3%左右,避免产生过多的CO造成还原气氛,影响熟料的颜色和强度。

8.生料配料时将碱含量约3.5%的页岩掺入7%进行生料粉磨,控制硫碱比1.20-

1.40%,避免造成硫成分的富集和循环,控制窑皮、堵塞等工艺事故发生。

针对以上有效措施的实施,取得了明显的效果,从而保证了系统的连续稳定运转,实现了优质高产,从而降低了生产运行成本,增加了经济效益(表3、表4是2014年第1、2、3季度熟料化学分析和物料检验数据)。

表32014年第一、二、三季度出窑熟料化学成分


表4 2014年第一、二、三季度出窑熟料物理指标


四、效果

1.控制熟料硫碱比在1.20-1.40%,减少硫酸盐结圈、结皮堵寨现象,系统结皮捅堵困难得到解决。控制熟料三率值为KH-0.92±0.02,SM=2.30±0.10,IM-1.50

±0.10。熟料矿物组成合理,易磨性较好。

2.出窑熟料结粒均匀,颜色青黑,f-Ca0在0.80%左右,质量指标得到有效控制,系统实现长时间连续稳定运行,出窑熟料日产量达到5500吨以上,降低了单位时间内的生产成本。

5.熟料强度得到明显提升,3天强度由27.4兆帕逐渐提高到33.5兆帕,28天强度由54.4兆帕逐渐提高到58.7兆帕,水泥混合材添加量增加,同品种等级的水泥熟料掺加量减少,出磨水泥颗粒级配得到调整和改善,水泥质量均匀稳定,煤耗、电耗有效降低,创造了很好的经济效益与社会效益。


五、高硫煤的使用体会

1.控制高硫煤均化:一般高硫煤成分及热值波动较大,对于进厂的高硫煤尽量采用同一供应煤矿点或尽量少的煤矿点,且实行预均化,采用平铺直取法入库,减少配料难度,提高热工制度的稳定性。

2.确定适宜的配料方案

(1)配料方案必须与般烧温度一致。液相量太少或者出现太迟是无烟煤煅烧熟料产生飞沙料的主要原因。其一石灰石质量越好,易烧性越差,即不易选择过高的饱和比。其二生料中Alzo;含量的提高有利于提高液相的粘度和表面张力,即提高铝率有利于改善熟料结粒。

(2)在用高硫煤煅烧水泥熟料时,要保证有足够的C35生成量,在配料时须比常规配料的Cao量要高些。为保证适宜的熟料饱和比和硅率,A1:0,的降低或升高始终有一个限度,通过逐渐降低或提高出窑熟料中Fes0)含量来改善物料的烧结范围,提高熟料硅酸盐矿物的总体含量。在调整配料方案期间,密切关注物料的变化和操作参数的变化,以便及时作相应的调整。

3.选择合适的硫碱比

熟料硫碱比高,即熟料中的硫酸盐饱和度高,三氧化硫相对过剩,硫酸盐饱和度过高导致降低液相粘度和表面张力,液相粘度会随硫酸碱增加而成反比下降,粘度和表面张力的降低,会使熟料颗粒结构疏松,物料在窑内滚动时难以形成较大的颗粒,从而容易产生飞砂料。

4.入窑分解率不易过高

(1)现有的分解炉设计,一般考虑分解率在92%-95%,长窑内的烧成工艺不适合过高的分解率。当入窑分解率达到97%-98%时,窑的长径比应该缩短到7-8,而不是现在的15左右。

(2)分解率高:一是缩短了物料入窑后的进一步分解,如果现有烧成制度不变,就会在液相烧成带生成大晶格的C25,此类C25和f-Cao很难结合,物料也难结粒,继而进入高温烧成带后,生成大品格的c35,此类矿物不易成球,易生成飞沙料。二是缩短了熟料的整体烧成时间,如果现有的窑内温度分布不变,烧成的熟料不能及时地出窑快速冷却,“从1250℃开始到出窑冷却前,C3S会缓慢地分解为C2s和f-Ca0”,“β型C25会粉化转型为r型C25”,“熟料中的方镁石会结晶析出”,如果强制拉长火焰,延长烧成时间,就会降低新生Cao的活性,增加烧成能耗,过长的烧成带也会增加大品格的生成,形成难磨的飞砂料。

5.适量的高镁高硫能起相互共融作用:熟料煅烧中氧化镁的存在能够明显缓解硫对C3S矿物形成的抑制作用(氧化镁掺量为%时,效果最好),抑制了S0,和A1*

的结合作用对C3S形成的阻碍作用,有利于A矿形成,降低C3S的形成温度并促进C3S的形成,般烧温度的升高有利于氧化镁的固溶:通过综合分析可知,当采用的高硫煤硫含量低于4.0%时,对熟料烧成的影响较小,烧成的熟料质量较好,当破含量大于5%时,将使熟料中阿利特矿物含量明显减小,熟料质量下降。

6.确定合理的热工参数,稳定热工制度:在窑操作上,严格控制烟室温度,使其不致过高,提高窑快转率,稳定热工制度,在保证熟料fCa0合格的情况下,适当快窑,避免因慢窑而结球。在保证入窑分解率的前提下,降低分解炉温度。通过一段时间的实践总结,窑热工参数控制目标为:入窑分解率控制在90%~95%,分解炉出口温度控制在840~860℃,并适当减少窑头煤用量,避免窑内由于煤粉燃烧不充分而产生的还原气氛,使窑系统保持在低温般烧状态,缓解高硫煤造成的烧成范围变窄、操作困难的状况,同时也减轻窑内长长厚窑皮、结球的几率。


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