煤質(zhì)分析對新型干法水泥生產(chǎn)的影響

　　一、煤的發(fā)熱量及燃燒特性

　　新型干法窯結(jié)皮堵塞現(xiàn)象影響了不少水泥廠的運轉(zhuǎn)率，一個重要原因是煤炭燃燒特性與分解爐不匹配。 
                     
　　在分解爐內(nèi)，煤粉燃燒速率一般都低于碳酸鹽分解速率，煤粉燃燒發(fā)熱速率決定了碳酸鹽速率；另外，煤炭燃燒速度決定了煤粉燃燒完全（燃燼）需要的時間，如果煤粉不能在分解爐中燃燼，帶到預熱器管道中繼續(xù)燃燒發(fā)熱造成局部高溫，生料熔融后粘附在管道上就產(chǎn)生結(jié)皮堵塞。陳全德等人的研究表明，我國分解爐結(jié)皮堵塞的一個重要原因是分解爐內(nèi)煤粉燃燒不完全，這在燃燒速度慢的煤中更明顯。所以老新型干法的改造主要內(nèi)容是擴大分解爐容積、提高煤粉在分解爐內(nèi)的停留時間。但在分解爐已經(jīng)建成的條件下，煤粉在分解爐內(nèi)的停留時間已經(jīng)確定，這時選擇和制備燃燒特性合適的煤粉就顯得非常重要了。

　　煤炭燃燒特性就是煤炭的燃燒速度，常用著火指數(shù)和燃燼指數(shù)衡量，著火快、燃燼率高的煤炭能在分解爐中及時燃燒完全，避免未燃燼的煤粉在預熱器系統(tǒng)中繼續(xù)燃燒造成結(jié)皮堵塞；燃燒特性合理的煤粉，還有利于在窯頭產(chǎn)生合理的火焰溫度和形狀，避免熟料燒成不良或結(jié)圈發(fā)生。

　　水泥廠普遍根據(jù)煤炭揮發(fā)分（Vad）判斷煤炭燃燒特性，但水泥廠常常發(fā)現(xiàn)，揮發(fā)分相同的煤炭實際燃燒特性差別很大；同一煤炭，不同細度，其燃燒特性差別也很大。根據(jù)燃燒學理論，揮發(fā)分只是影響燃燒特性的眾多因素中的一個，單控制揮發(fā)分是不能保證燃燒特性穩(wěn)定的，而只有保證煤粉燃燒特性的穩(wěn)定，才能保證煤粉在新型干法回轉(zhuǎn)窯中燃燒的穩(wěn)定。實踐證明，當煤炭發(fā)熱量低、揮發(fā)分低、灰分高、水分大、煤粉粗時都會造成煤粉燃燒速度慢，熱力不集中，火焰拉長，熟料燒成不佳，因此燃燒速度特性的科學評價是非常有實踐意義的。

　　我們花了4年研制的CT7000型多功能熱量儀的最大特點是除測定煤炭發(fā)熱量之外，還能測定煤炭燃燒特性，專門根據(jù)新型干法水泥廠的要求和環(huán)境研制，更科學地反映煤炭燃燒特點，幫您及時對入窯煤粉的燃燒特性進行測定。

　　另外，煤炭均以發(fā)熱量計價，但水泥行業(yè)普遍習慣用工業(yè)分析結(jié)果計算發(fā)熱量，該方法是80年代國家煤炭科學研究總院北京煤炭化學研究所針對不具備熱量儀條件的小廠礦企業(yè)研究的經(jīng)驗公式，與國家標準要求的氧彈法測定的發(fā)熱量有誤差，高的可達500×4.18KJ/Kg，在熱量儀普及的今天已經(jīng)落后。而CT7000型多功能熱量儀的熱量測定功能解決了這一問題。

　　在自動化方面，CT7000型多功能熱量儀吸收了國內(nèi)外最先進煤炭熱量儀的優(yōu)點，實現(xiàn)了不調(diào)水溫、不稱水重，并融合最新的電子技術，自動化程度達到國際先進水平。儀器具有操作方便、容錯性強、故障率低的特點，并備有聯(lián)網(wǎng)接口，方便了水泥廠選擇最適合的煤炭。

　　二、硫在新型干法水泥生產(chǎn)中的作用

　　煤中硫含量的波動對新型干法水泥生產(chǎn)影響很大。作為原料，煤灰是熟料的一部分，煤中硫直接影響生料易燒性和熟料強度。 
                     
　　一方面，適量硫的存在有助于改善生料易燒性、改善熟料強度。北京地區(qū)的新型干法水泥廠普遍經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，熟料中SO3含量在1％左右最佳；但山東、江西等地的新型干法水泥廠技術人員發(fā)現(xiàn)熟料中SO3含量升高熟料后期強度下降，看似與北京地區(qū)經(jīng)驗矛盾，實質(zhì)是由于SO3含量升高后導致實際飽和比降低造成的，如果保持有效飽和比不變，生料易燒性和熟料強度都會得到改善。當然，在無旁路放風的情況下，鉀、鈉、氯、硫不斷揮發(fā)、冷凝，如果硫和堿反應平衡后還有過剩硫存在，過剩硫在窯中循環(huán)也會引起結(jié)皮，且結(jié)皮主要成分為硫酸鈣和硫硅酸鈣（2C2S•CaSO4）形成的致密層，很難清除；如果硫堿比太低也會形成以碳酸堿為主的堅硬窯皮。所以，控制生料中SO3是十分重要的。

　　參考國外經(jīng)驗，對揮發(fā)性組分的控制范圍為：
                      生料中：K2O+Na2O<1%; Cl-<0.015%
                  硫堿比（摩爾比）Q＝SO3/(K2O+0.5Na2O)=0.6-0.8 
                     
　　生料中的SO3主要由煤炭帶入，所以測定煤炭中硫含量是必要的。煤中硫測定的標準方法主要有化學分析法和庫侖法?；瘜W分析法已經(jīng)在水泥廠廣泛應用，但速度慢、操作復雜；庫侖法也是硫含量測定的標準方法，操作省力、速度快，精度與化學法相同，已經(jīng)在煤炭行業(yè)廣泛應用。

                     
　　我們研制成功的CTS3000型快速測硫儀，在吸收煤炭行業(yè)成功經(jīng)驗的基礎上，采用庫侖法原理，具有測定速度快的特點，還針對新型干法水泥廠的測定水泥SO3的要求，研究了煤炭硫和水泥硫的測定，并將測定條件固化到程序中，十分適合水泥廠使用。

　　三、煤中水分的研究
　　煤中水分對煤粉燃燒和煤炭發(fā)熱量計價有嚴重影響。 
                     
　　含水分高的煤粉不但難于粉磨，在輸送、儲存過程中容易引起堵塞，影響煤粉的均勻喂料，最終導致窯溫的波動；含水分高的煤粉吹入水泥窯時，水分首先蒸發(fā)，煤粉顆粒被冷卻，導致煤粉滯后起燃，火焰拉長。所以煤粉制備過程中要把煤粉水分控制在1％以下。

　　對于入廠煤，煤炭以發(fā)熱量計價，水分高低直接影響發(fā)熱量值高低，如果不能及時、準確檢測煤炭的全水分和空氣干燥基水分，就會給煤炭計價工作帶來混亂。

　　水泥廠普遍習慣用烘箱進行水分測定，但這種傳統(tǒng)方法耗時太長，很難適應現(xiàn)代煤質(zhì)分析控制的速度。而微波水分儀就是傳統(tǒng)水分測定的替代方法。

　　 CTD100型微波水分快速測定儀是吸收煤炭行業(yè)普遍使用的微波水分法，根據(jù)煤種的不同，水分測定只需10－20分鐘；還采用微波、光波組合的加熱方式，樣品受熱更均勻，結(jié)果十分穩(wěn)定；根據(jù)不同煤炭干燥特點設計了不同程序，解決了無煙煤炸瓶難題，適合于新型干法水泥廠出磨煤粉水分的控制和入廠煤炭水分檢驗。

　　四、煤炭灰分揮發(fā)分對新型干法生產(chǎn)的影響 
                     
　　水泥廠習慣用灰分、揮發(fā)分來評價煤炭燃燒特性，實踐證明，當煤炭發(fā)熱量低、揮發(fā)分低、灰分高、水分大、煤粉粗時都會造成煤粉燃燒速度慢，熱力不集中，火焰拉長；新型干法水泥廠還根據(jù)這煤炭灰分進行配方計算，還有不少水泥廠根據(jù)工業(yè)分析結(jié)果進行發(fā)熱量的計算。

　　水泥廠常用馬弗爐、高溫爐進行煤炭揮發(fā)份、灰份測定，化學分析熔樣，SiO2、SO3灼燒，燒失量測定，由于高溫爐采用硅炭棒加熱，在高溫下硅炭棒中的炭會造成局部還原氣氛，這會影響測定結(jié)果的準確性。因此必須使用馬弗爐測定煤炭灰分揮發(fā)分。

　　煤炭揮發(fā)分測定過程實際上就是煤炭熱解過程，由于煤炭在不同溫度下熱解產(chǎn)率是不同的，所以煤炭揮發(fā)份測定對升溫制度要求嚴格，稍一疏忽，結(jié)果就不準或要作廢。所以水泥廠普遍使用的老式馬福爐溫控器已經(jīng)不能滿足水泥廠煤炭灰分揮發(fā)分測定的需要。

　　我們研制成功對的CTM100型智能灰分、揮發(fā)分測定儀，吸收煤炭行業(yè)廣泛使用的馬弗爐程序溫控器的優(yōu)點，還融合了中國礦業(yè)大學煤質(zhì)分析中心20年煤質(zhì)分析經(jīng)驗，不僅在爐體設計上采用創(chuàng)新的拉門設計，大大方便了操作；還將灰分揮發(fā)分等升溫制度程序化控制，定時自動轉(zhuǎn)換、定時報警提醒，大大提高了測定精度和化驗人員工作效率。