摘要：低熱值、劣質燃料在水泥生產中的使用會產生熟料煅燒困難、窯系統運行不穩定以及能耗上升等問題。如何使用低熱值和劣質燃料，降低生產成本，保持窯系統穩定運行并保證熟料產、質量是很多水泥企業需要解決的問題。該文根據相關實踐，在技術改造、設備選用、工藝參數調整、過程控制等方面進行了探討，提出了相應方法。

  1 前 言

  燃料質量不僅影響水泥熟料煅燒的產量、質量，而且直接關系到水泥生產成本的高低。當前水泥產能快速發展，能源緊缺問題日益突出，煤炭價格逐年上漲，充分利用新型干法分解窯爐技術利用低熱值、劣質燃料是水泥工業面臨的重要課題之一。

  低熱值、劣質燃料具有高灰份、低揮發份、固定碳含量低、燃點高、燃燒速度慢等特點，在水泥生產中的使用會產生熟料煅燒困難、窯系統運行不穩定以及能耗上升等問題。如何使用低熱值和劣質燃料，降低生產成本，保持窯系統穩定運行并保證熟料產、質量是很多水泥企業需要解決的問題。本文根據南方水泥的相關實踐，在技術改造、設備選用、工藝參數調整、過程控制等方面進行探討，提出如下具體方法。

  2 采用風掃磨進行粉磨，降低煤粉細度

  煤粉的燃盡時間正比于顆粒直徑的二次方，煤粉燃燒時，煤粉細度越小，煤粉比表面積越大，煤粉與空氣中氧氣的接觸面積也越大，可降低燃點，燃燒也就更容易。在使用低熱值和劣質煤時，降低煤粉細度尤為關鍵（建議控制在≤2%）。低熱值和劣質煤灰分高（＞35%），矸石含量大，易磨性差，若采用立輥磨進行粉磨，吐渣現象嚴重，很難達到所需細度，而采用風掃磨（管磨）則能保證細度達到要求。選用風掃磨時要充分考慮煤磨的能力，現代化大型風掃煤磨由于系統簡單，技術可靠，運轉率高，配合高效選粉機調節靈活方便等優點被普遍采用，而且規格日趨大型化，此也是針對粉磨低熱值劣質及無煙煤的要求。風掃煤磨系統烘干能力一定要和粉磨能力相匹配，即根據原煤易磨性和水份增縮粉磨倉和烘干倉長度，否則將制約系統產量，在原煤水份大的情況下，盡量提高入磨溫度和出磨溫度，出磨溫度控制在75～80℃。

  3 提高二、三次風溫，保證煤粉燃燒起火溫度

  煤粉燃燒時，煤粉周圍的空氣溫度越高，煤粉燃燒越容易。新型干法窯外分解窯爐煤粉主要分入窯頭和分解爐內燃燒，窯頭和分解爐的助燃空氣和空氣溫度均由篦冷機的二、三次風提供，而二、三次風溫的高低直接影響煤粉燃燒的速度和燃燼率。決定二、三次風溫高低的關鍵是篦冷機冷卻的熱交換效率，重視篦冷機的操作，增加篦冷機熱端料層厚度，控制各段篦下壓力，保證篦冷機風機風門開度合理，加風先加高溫段風量，后加低溫段風量（減風則相反），在降低出篦冷機熟料溫度的同時提高二、三次風溫。一般要求出篦冷機的二次風溫在1100～1200℃，三次風溫≥950℃較為合理。篦冷機的技改一定要和窯爐系統結合起來考慮。目前新型步進式模塊化篦床加中置輥式破碎機的篦冷機系統，較好地解決了二、三次風溫的問題。

  4 熱分解系統改造，保證煤粉和物料停留時間

  低熱值和劣質煤易燃性差，燃燒和燃盡需用時間比正常煙煤要長，控制不當容易出現煤粉在分解爐內燃燒不盡，部分煤粉到五級筒內再燃燒的現象，導致五級筒和分解爐溫度倒掛，分解爐縮口和C4筒下料閥的結皮積料和塌料現象，直接影響預熱器系統的安全（尤其是2006年前的生產線分解爐容積較小，物料在爐內停留時間只有不到3秒），因此，要對預熱器分解系統進行必要改造。

  系統改造措施有：窯尾各級下料管撒料裝置改造，提高窯尾預熱器的換熱效率，降低C1筒的出口溫度。下料管也需做相應調整，并對C4筒入爐物料分料進行必要改造。通過延伸分解爐上升管道或分解爐擴徑，增加分解爐有效容積，調整分解爐煤粉燃燒器位置（下移），達到提高分解爐的氣體停留時間（4.5秒以上為宜）和分解爐主燃燒區內的燃燒溫度，縮短煤粉的燃盡時間，確保分解爐內煤粉完全燃燒，提高入窯物料的分解率。

  系統的密封堵漏也必須重視。系統漏風致冷風摻入，首先造成預熱器系統溫度、風速和分離效率降低，總用風量加大，被迫采取提高高溫風機轉速來滿足窯內正常煅燒，從而使高溫風機負荷增大、電耗增加；其次是減少了由篦冷機進入窯內的二次風量；篦冷機的漏風則降低了二、三次風溫，使窯頭煤粉不完全燃燒或火焰變長，造成窯內結圈、結蛋，篦冷機堆“雪人”等。

  系統漏風點除窯門罩、窯頭、窯尾密封及篦冷機檢查門、檢修門外，還有預熱器各級下料翻板閥的內漏風及各級檢修門、孔等部位。

  使用低熱值煤時，必須保證風煤混合充分，窯尾的O2含量要控制適當偏高，C1筒出口的O2含量較使用正常煙煤時高1%，約在5～6%，保證氧化氣氛，減少或避免還原氣氛對熟料煅燒及產質量的影響。C1～C4出口溫度在滿足物料分解換熱狀況下偏低控制，防止結皮產生。C5出口溫度控制在＜900℃，比使用煙煤時高10～20℃。

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  5 選擇大推力窯頭燃燒器   保證火焰形狀控制符合煅燒要求

  現代新型干法窯外分解系統窯頭采用多通道煤粉燃燒器，這種燃燒器需要兩種風：一種是煤風，用于煤粉輸送；另一種是凈風，用于控制調節火焰形狀和強度，為煤粉燃燒提供足夠的動量或推力。凈風按照在煤風的外面和內部又可以分為內風和外風。煤鳳和凈風風之和稱為一次風。

  理想的煤粉燃燒器，要能產生足夠高的火焰溫度，火焰溫度穩定，保證風煤混合均勻，燃燒完全，減少CO生成，降低一次風量，最關鍵是能方便地調節火焰形狀符合熟料煅燒需要。

  新型大推力燃燒器能利用內軸流風和內旋流風二者的風速和風壓調節配合，形成由煤粉燃燒器里圈噴射出來的氣體形成不同的旋轉速度和擴散的角度，便于根據煤質的變化情況對火焰的長度和形狀進行無級調整，得到需要的火焰形狀，調節可以利用內軸流風和內旋流風的閥門大小改變風壓進行調整，也可以通過改變內軸流風的開度大小和內旋流風的縫隙大小來改變風速調整，火焰形狀大小可以在煤質變化時保持窯內煅燒需要的形狀。同時還可以對外軸流風的風量和風壓進行調整來保證火焰形狀符合要求。

  所以要適應低熱值和劣質煤燃燒應該采用低一次風量大推力的新型窯頭燃燒器，更換窯頭一次風機，提高一次風機風壓。一次風率（煤風＋凈風）以小于7%為宜，其中煤風約占30%，凈風約占70%。

  6  加強過程控制與操作

  要保證低熱值煤的正常使用，加強過程控制與操作很有必要，應從如下幾點著手改進：

  （1）加強原煤的均化，低熱值和劣質煤普遍存在礦點多，來源雜等情況，為此，減少煤質波動顯得尤為重要，水泥企業應采用煤預均化堆場。

  （2）調整窯頭、分解爐（即頭、尾）煤的比例，適當提高頭煤用量和適當減少尾煤用量，在穩定控制煤粉細度的前提下使頭煤快速充分燃燒，消除窯內還原氣氛，提高窯前清晰度，加快分解爐煤粉燃燒。同時合理控制入分解爐上下分料比例，逐步增加下部分料，防止溫度過高產生結皮，保證分解爐的熱工制度穩定。

  （3）注意調整燃燒器各參數

  當二次風溫達到1100℃以上及低熱值和劣質煤煤粉的細度很細時，頭煤比例增加易出現黑火頭過短，燒成帶縮短，窯前筒體溫度升高等現象，此時燃燒器內旋流風適當變小，強化外軸流風，控制火焰形狀，提高火焰溫度，消除頭煤增加后煤粉燃燒不完全現象。燃燒器定位適當，以防止煤粉過細存在爆燃情況而造成窯前3～7米處溫度偏高，導致主窯皮不穩定和損壞耐火磚。

  （4）生料控制和配料方案

  煤料對口是熟料煅燒的基礎，在使用低熱值和劣質煤時，生料細度要適當降低，主要控制0.2mm篩余＜1%，同時熟料三率值控制在：KH：0.90～0.92；SM：2.6～2.7；IM：1.5±0.1；從而確保窯況穩定和熟料產質量、熱耗處于正常水平。石灰石最好采用預均化堆場進行均化，以保證生料成分均勻。

  （5）耐火材料的改進

  低熱值和劣質煤在燃燒中因細度細，窯頭易形成集中火焰和爆燃，使燒成帶縮短，主窯皮不穩定，因此燒成帶應適當減少鎂磚長度，過渡帶稍長，應選用抗熱震穩定性好，抗炸裂、抗剝落的剛玉磚替代。

  7 案例介紹

  筆者公司一條2500t/d熟料線，于2005年10月投產，一直使用煙煤，標準煤耗、熟料綜合電耗等經濟技術指標不甚理想，為降低燒成熱耗，降低生產成本，提高企業競爭能力，經前期充分調研論證，于2012年4月份針對使用低熱值煤對該線燒成系統進行了節能優化改造，主要改造內容如下:

  （1）煤磨由立磨改為管磨；

  （2）分解爐擴容，鵝頸管加長，總容積增加 800 立方米；

  （3）篦冷機高溫段增加擋墻，前面四臺充氣梁風機加大，確保穩定厚料層，提高二、三次風溫；

  （4）新建了Φ80米石灰石預均化堆場及堆取料機；

  （5）改進原煤堆場堆取料機；

  （6）窯內應用新型低導熱磚；

  （7）加強了分解爐的保溫；

  （8）窯頭應用大推力燃燒器；

  （9）優化自動化及控制系統；

  改造后系統運行穩定，不但克服了原煤雜、熱值低（小于5000大卡）的不利因素，而且各項技術指標均超過設計指標，實現了百分之百使用低熱值無煙煤；熟料標煤耗由改造前的119kg/t下降到108kg/t以下；熟料28天抗壓強度由59MPa提高到61.5MPa；熟料綜合電耗由61.5kWh/t下降到58.5kWh/t；為企業創造了可觀的經濟效益。

  8 結束語

  隨著能源資源的逐漸減少和環境污染的日益加劇，如何高效利用低熱值和劣質燃料，降低對優質煤炭的依賴度，已是水泥工業必須面對的課題。實踐證明，只要對關鍵環節進行合理改造，通過科學控制和規范操作，現代新型干法窯完全能夠使用低熱值和劣質燃料進行熟料煅燒，保證優質低耗高產。