褐煤在非洲某廠熟料煅燒中的應(yīng)用實(shí)踐

宋陽(yáng)[中國(guó)中材國(guó)際工程股份有限公司（南京）

來(lái)源：《水泥工程》

0前言

褐煤又稱柴煤，是煤化程度最低，生成時(shí)間較短的礦產(chǎn)煤。其特點(diǎn)是高水分、高揮發(fā)分、灰分范圍寬、發(fā)熱量低；褐煤還具有密度低、孔隙大、易磨性相對(duì)較差、易風(fēng)化和氧化、易自燃難儲(chǔ)存、著火點(diǎn)低，

由于煤粉水分過(guò)大導(dǎo)致燃燒相對(duì)滯后等特點(diǎn)[1,2]。

在國(guó)內(nèi)新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展前中期，由于褐煤低熱值、高揮發(fā)分、高水分的特性，其原本并不適用于水泥窯煅燒熟料。國(guó)內(nèi)偶有工廠使用褐煤進(jìn)行熟料煅燒，也僅僅使用一些主要指標(biāo)接近煙煤的“老齡褐煤”。如筆者參加工作之初在河北某工廠使用的褐煤，其揮發(fā)分為30%~35%、灰分20%~25%、原煤水分10%~15%、烘干后的煤粉水分為4%~5%、發(fā)熱量為（5000~5500）×4.18 kJ/kg。

隨著水泥技術(shù)的發(fā)展以及國(guó)內(nèi)外水泥企業(yè)對(duì)能源消耗、成本控制等要求不斷提升，另外受制于輸送條件與成本，越來(lái)越多水泥企業(yè)開(kāi)始使用劣質(zhì)褐煤。尤其隨著國(guó)外水泥廠出現(xiàn)天然氣供應(yīng)困難，進(jìn)口煤供應(yīng)量下降，價(jià)格大幅度上漲的背景下。尼日利亞、埃塞俄比亞、緬甸等國(guó)家對(duì)褐煤使用增多。業(yè)內(nèi)對(duì)使用褐煤煅燒水泥熟料的研究也越來(lái)越深入。

非洲某線是由中材國(guó)際總承包的6000t/d生產(chǎn)線，燒成系統(tǒng)為六級(jí)雙系列旋風(fēng)預(yù)熱器、管道式在線分解爐、Ф5.2 m×74 m回轉(zhuǎn)窯，IKN第三代控制流篦式冷卻機(jī)。燒成系統(tǒng)原設(shè)計(jì)主要燃料為天然氣，也考慮采用南非煤，并設(shè)置了相應(yīng)規(guī)模的煤磨。近年來(lái)天然氣量不足，且南非煤價(jià)格飆升，運(yùn)輸問(wèn)題較多，不能保證供應(yīng)，故業(yè)主方將燒成用煤定為當(dāng)?shù)氐暮置骸９P者在該線調(diào)試保產(chǎn)近3年，以下對(duì)褐煤使用中存在的安全問(wèn)題、使用要點(diǎn)及煅燒褐煤時(shí)對(duì)回轉(zhuǎn)窯、預(yù)熱器產(chǎn)生的影響進(jìn)行總結(jié)，供同行參考。

1褐煤的特性和熟料的化學(xué)成分

褐煤的指標(biāo)見(jiàn)表1，采用褐煤時(shí)，熟料的化學(xué)分析、率值和物理參數(shù)見(jiàn)表2。

2生產(chǎn)中出現(xiàn)的安全問(wèn)題、處置方法、注意事項(xiàng)

2.1安全存放

褐煤在堆場(chǎng)堆放的過(guò)程中由于其高水分和高揮發(fā)分的特性非常容易自燃。最短堆放7~10天就可能出現(xiàn)自燃現(xiàn)象。一旦出現(xiàn)自燃會(huì)快速蔓延，自燃點(diǎn)越來(lái)越多，存在較大安全隱患。處置措施：

（1）遵循先堆先用，用舊堆新的原則，避免煤堆存放超過(guò)一周時(shí)間。

（2）控制煤堆高度低于6 m，降低煤堆內(nèi)蓄熱，延長(zhǎng)煤堆自燃周期。

（3）嚴(yán)控取料機(jī)下限位，料堆底部剩余高度嚴(yán)控低于1m以內(nèi)。嚴(yán)禁底部煤尚未取完，再次堆料。

（4）停窯前期需考慮煤堆場(chǎng)儲(chǔ)量，提前制定停窯計(jì)劃，爭(zhēng)取停窯前盡可能少的原煤留在堆場(chǎng)中。

（5）如遇自燃冒煙現(xiàn)象，可以安排專人對(duì)取料點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)管。未發(fā)現(xiàn)明火不需要特殊處置，發(fā)現(xiàn)明火用消防水管消除明火即可正常取煤并盡快消耗掉自燃的原煤。大的冒煙點(diǎn)可以將水管插入冒煙點(diǎn)的內(nèi)部少量流水滲入滅火，禁止大水漫灌。大水漫灌后不止容易造成塌堆現(xiàn)象，煤隨著水四處流散，存在安全隱患，且水分過(guò)高反而更容易增加自燃的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2大布袋收塵器和煤粉倉(cāng)上單體收塵器堵塞

由于褐煤的煤粉水分極高，日常生產(chǎn)中煤粉水分為8%~11%（多為內(nèi)水，在煤磨內(nèi)不可能完成烘干），因此煤磨大布袋收塵器和煤粉倉(cāng)上的單體收塵容易因?yàn)榻Y(jié)露和板結(jié)等原因發(fā)生堵塞。一旦堵塞短時(shí)間內(nèi)未發(fā)現(xiàn)，將在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)發(fā)生堆積自燃現(xiàn)象，燒毀收塵布袋。特別是單體收塵上的監(jiān)控設(shè)施不足，更易發(fā)生危險(xiǎn)。處置措施：

（1）加強(qiáng)布袋收塵器的殼體外保溫，盡可能減少結(jié)露現(xiàn)象發(fā)生。

（2）加強(qiáng)收塵器殼體的密封和防雨棚，杜絕漏風(fēng)現(xiàn)象的發(fā)生，防止雨水灌入收塵器。

（3）增加料位開(kāi)關(guān)、小收塵器灰斗壓力表、小收塵灰斗溫度開(kāi)關(guān)、壓差開(kāi)關(guān)等監(jiān)控儀表，以便在中控能夠第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)單體收塵存在問(wèn)題。

（4）加強(qiáng)崗位巡檢，并在灰斗處安裝一根傾斜的負(fù)壓管并用絲堵堵死。崗位工可以通過(guò)日常巡檢中檢查回轉(zhuǎn)下料器的溫度、利用加裝的管道手動(dòng)檢查灰斗負(fù)壓。如果溫度正常沒(méi)有異常高溫或低溫，負(fù)壓正常，那么收塵器運(yùn)轉(zhuǎn)情況正常。反之需要立即停止收塵風(fēng)機(jī)，打開(kāi)收塵灰斗檢查門(mén)進(jìn)行檢查。

（5）如果發(fā)現(xiàn)小收塵冒黑煙（煤粉）、煤粉倉(cāng)氣體分析儀參數(shù)異常、灰斗溫度異常等任意一種情況，可能已經(jīng)出現(xiàn)了著火。此時(shí)嚴(yán)禁打開(kāi)收塵頂蓋檢查,應(yīng)當(dāng)切斷所有空氣進(jìn)出口，噴灑二氧化碳，并將日常準(zhǔn)備的生料粉、空壓器管、滅火器放置到著火收塵器附近。待溫度和CO有效控制并下降后，小幅度打開(kāi)灰斗門(mén)進(jìn)行觀察，開(kāi)門(mén)過(guò)程中需要小心煤粉可能已經(jīng)高于門(mén)框且?guī)в幸欢骰鸹鹦恰０l(fā)現(xiàn)明火火星后禁止使用水進(jìn)行滅火，防止著火的煤粉隨著水流四處流竄發(fā)生二次事故。應(yīng)當(dāng)使用大量生料粉或滅火器對(duì)明火火星進(jìn)行撲滅，并將生料粉灌入灰斗。待明火火星熄滅后，逐步緩慢的將收塵內(nèi)部的煤粉從灰斗排出，如再次發(fā)現(xiàn)明火火星重復(fù)上述步驟。此處需要注意煤粉外排的過(guò)程中，不能使煤粉大量聚集在收塵平臺(tái)，必須一邊排出一邊清理。通過(guò)上述步驟反復(fù)進(jìn)行，直至收塵灰斗內(nèi)的煤粉全部排出后，立即關(guān)閉灰斗觀察門(mén)，對(duì)整個(gè)收塵器各個(gè)密封節(jié)點(diǎn)用黃泥進(jìn)行再次密封，然后再次噴入二氧化碳，保持各通風(fēng)管道處于完全關(guān)閉狀態(tài)。保持一段時(shí)間后，收塵器溫度會(huì)自然下降至環(huán)境溫度。之后進(jìn)行布收塵器內(nèi)部檢查并布袋更換。在收塵器溫度下降至正常之前嚴(yán)禁開(kāi)頂蓋門(mén)檢查布袋，防止復(fù)燃。處理結(jié)束后必須確保地面清理干凈無(wú)積煤。

2.3使用褐煤生產(chǎn)時(shí)平衡劇烈波動(dòng)和安全操作

由于褐煤的高揮發(fā)分、高水分、灰分和熱值的高波動(dòng)性的特性，因此在使用褐煤的過(guò)程中需要注意一些平衡波動(dòng)和安全操作的注意事項(xiàng)。

（1）在使用褐煤過(guò)程中需至少分4個(gè)及以上的煤堆和2個(gè)及以上的原煤倉(cāng)，并使用側(cè)式刮板取料機(jī)。需確保其中兩個(gè)煤堆始終存放的品質(zhì)較好的原煤。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)需存放低位熱值大于4 300×4.18 kJ/kg，灰分小于15%。另外兩堆好壞煤混合堆放，這部分原煤通常灰分大于18%，熱值（3000~4000）×4.18 kJ/kg。在使用中，兩個(gè)原煤倉(cāng)分別進(jìn)兩種不同的煤，并按照好壞煤比例1∶9進(jìn)行搭配。如果出現(xiàn)煤質(zhì)突然變差，入窯生料與熟料的LSF差值突然變大，逐步提高好煤的比例降低差煤的比例，以此來(lái)平衡生料與熟料的LSF差值確保窯況和熟料質(zhì)量。如果極端情況下不能摻差煤。例如：某次由于煤礦表層土未剝離干凈，原煤熱值從4000×4.18 kJ/kg驟降到2 100×4.18 kJ/kg，灰分從16%上升至60%，生熟料LSF從正常的5~6的差值，驟然上升到30的差值。碰到此類極端情況，存有優(yōu)質(zhì)煤堆和調(diào)用一部分天然氣，可以確保順利度過(guò)該煤質(zhì)劇烈波動(dòng)期，并將熟料質(zhì)量波動(dòng)和窯況波動(dòng)降低到最小。

（2）使用褐煤時(shí)，由于褐煤內(nèi)水很高，而內(nèi)水不可能在短時(shí)間內(nèi)靠煤磨溫度烘干剝離。因此不必過(guò)分追求煤粉水分，需嚴(yán)格控制煤磨出磨溫度。以該現(xiàn)場(chǎng)為例，煤粉水分通常控制在8%~11%。在大布袋出口氧含量低于12%的情況下（窯尾取風(fēng)），出磨溫度常規(guī)控制63℃以內(nèi)，最高不大于65℃。同時(shí)需要注意，通常褐煤燃點(diǎn)為270℃以內(nèi)，為安全考慮，在生產(chǎn)中入磨溫度最大控制200℃以內(nèi)。如果入磨溫度達(dá)到200℃,出磨溫度仍偏低，需要放棄水分控制，或采用換堆，改變喂煤比例的方式進(jìn)行水分控制。由于煤粉水分過(guò)高，需嚴(yán)格控制煤粉倉(cāng)位不能太高，否則很容易導(dǎo)致下煤不暢或下料管結(jié)皮堵塞，下煤量降低。新倉(cāng)可按照一半倉(cāng)位控制，待倉(cāng)壁經(jīng)過(guò)一段時(shí)間磨擦光滑后，可按照2/3倉(cāng)位進(jìn)行控制。2.4其他需要重點(diǎn)注意的安全事項(xiàng)

由于褐煤的易燃特性，其設(shè)備的各項(xiàng)安全保護(hù)裝置需要更加嚴(yán)密合理，以及一些獨(dú)特的保護(hù)裝置需要加以應(yīng)用。主要要點(diǎn)如下：

（1）煤粉螺旋輸送機(jī)需要增加防爆泄壓裝置。目前使用的煤粉螺旋輸送機(jī)基本為全密封狀態(tài)，而褐煤本身具有易燃和高水分易堆積堵塞的特點(diǎn)。一旦螺旋輸送機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)著火的情況非常難以發(fā)現(xiàn)并容易引發(fā)爆炸事故。類似案例已經(jīng)在多家水泥廠發(fā)生過(guò)。因此使用褐煤的過(guò)程中可以為螺旋輸送機(jī)上頂蓋增加防爆泄壓閥和保護(hù)罩，在不增加成本的同時(shí)大幅度降低螺旋輸送機(jī)爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

（2）系統(tǒng)內(nèi)死角和水平區(qū)域消除需重點(diǎn)關(guān)注。通常煤粉制備和輸送系統(tǒng)死角須嚴(yán)格禁止，而進(jìn)行褐煤粉磨的過(guò)程中要求更為嚴(yán)格。例如：螺旋輸送機(jī)兩端必須加裝反向清掃葉片，如果沒(méi)有該葉片，則必須將兩端突出的死角用生料粉填滿；螺旋輸送機(jī)下面的閘板閥距離鉸刀殼體下部距離要盡可能小，防止閥門(mén)關(guān)閉后時(shí)間偏長(zhǎng)導(dǎo)致內(nèi)部積煤過(guò)多自燃；煤磨入口熱風(fēng)管位置的水平管道需加裝排灰斗定期排放管道內(nèi)可能堆積原煤，并按周期嚴(yán)格檢查煤磨排渣情況，嚴(yán)禁過(guò)多排渣滯留在煤磨排渣灰斗內(nèi)。

（3）褐煤著火通常很難通過(guò)二氧化碳滅火系統(tǒng)一次滅掉，很可能出現(xiàn)復(fù)燃。因此如果計(jì)劃長(zhǎng)期使用褐煤，應(yīng)當(dāng)配置二氧化碳在線制備充氣系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)可隨時(shí)開(kāi)停二氧化碳注入滅火。常用的一次性二氧化碳?xì)夤藿M，不能很好的滿足褐煤的需要并且成本非常高昂。

2.5褐煤煅燒對(duì)窯系統(tǒng)和熟料質(zhì)量的影響

（1）對(duì)耐火磚的影響。窯頭使用褐煤或者褐煤加天然氣進(jìn)行熟料煅燒時(shí)，由于褐煤煤粉內(nèi)水含量高，且為了安全考慮，煤粉細(xì)度控制偏粗，抵消了高揮發(fā)分帶來(lái)的火焰快速燃燒的效果，因此窯內(nèi)窯皮主要分布在窯口5~22m的位置，該情況就造成了窯內(nèi)下過(guò)渡帶偏長(zhǎng)，該區(qū)域沒(méi)有窯皮但是熟料已經(jīng)燒結(jié)，因此磨損較快。后來(lái)將該區(qū)域的鎂鋁尖晶石磚更換為鎂鐵尖晶石磚，增加該區(qū)域掛窯皮的可能性，該區(qū)域的耐火磚使用時(shí)間從9個(gè)月上升至12個(gè)月。超過(guò)了該區(qū)域耐火磚6個(gè)月的質(zhì)保壽命。降低了停窯修補(bǔ)該區(qū)域耐火磚頻率，有效提高了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率。

（2）由于褐煤的峰值溫度較低，容易造成燒成帶溫度略顯不足，飛砂料偏大的情況。因此低熱值褐煤低的使用難點(diǎn)主要來(lái)自窯頭，通過(guò)參數(shù)和配料調(diào)整，可以將飛砂料有效控制在要求范圍內(nèi)，熟料立升重可以穩(wěn)定在1300±50g/L左右。

（3）熱值不足對(duì)熟料產(chǎn)量和質(zhì)量的影響。通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)證明，在生料條件相對(duì)較好時(shí)，如果篦冷機(jī)運(yùn)行狀態(tài)良好、回轉(zhuǎn)窯采用中大推力燃燒器，煤粉低位熱值大于3 800×4.18 kJ/kg時(shí)，單獨(dú)使用褐煤，可以滿足窯系統(tǒng)達(dá)產(chǎn)運(yùn)行和游離鈣控制。熱值進(jìn)一步降低，窯尾由于煤粉秤量程的限制需要增加天然氣等其他燃料來(lái)源，而窯內(nèi)用煤也需要天然氣進(jìn)行熱量補(bǔ)償。煤熱值保持在（4 000~4 500）×4.18 kJ/kg時(shí)，對(duì)窯系統(tǒng)產(chǎn)質(zhì)量影響有限，窯系統(tǒng)可以達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)量的運(yùn)行并且保證熟料質(zhì)量合格穩(wěn)定，年綜合合格率達(dá)到98%以上。當(dāng)然，相較優(yōu)質(zhì)煙煤來(lái)說(shuō)，褐煤煅燒還是會(huì)對(duì)熟料產(chǎn)量產(chǎn)生一定的影響。

（4）對(duì)熟料強(qiáng)度的影響。該生產(chǎn)基地一共5條6 000 t/d級(jí)生產(chǎn)線，對(duì)比老生產(chǎn)線純天然氣煅燒，使用褐煤煅燒對(duì)熟料強(qiáng)度未發(fā)現(xiàn)明顯影響。通過(guò)配料優(yōu)化、過(guò)程優(yōu)化、管理優(yōu)化。褐煤煅燒熟料2d抗壓強(qiáng)度（歐洲標(biāo)準(zhǔn)）和28 d抗壓強(qiáng)度均明顯優(yōu)于老線。2d強(qiáng)度可以達(dá)到26~30MPa，28d強(qiáng)度可以達(dá)到58~63MPa，完全滿足業(yè)主配料需求。

（5）褐煤對(duì)熟料熱耗的影響。使用褐煤煅燒熟料，系統(tǒng)需要的氧含量較煙煤明顯偏大，通常C1出口氧含量需要控制在3%~4%，分解爐出口和煙室需要控制在2%~2.5%左右。無(wú)法像優(yōu)質(zhì)煙煤一樣控制C1氧含量達(dá)到1%~2%。一旦氧含量過(guò)低就容易導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)皮、分解爐溫度和C6溫度出現(xiàn)倒掛、窯況持續(xù)惡化等情況。由于單位廢氣量增加，而C1出口廢氣溫度的增加，因此使用褐煤比優(yōu)質(zhì)煙煤?jiǎn)挝粺岷妮^高。該生產(chǎn)線采用6級(jí)預(yù)熱器配置，熟料單位熱耗可以穩(wěn)定在（680~700）×4.18 kJ/kg。

2.6燒成系統(tǒng)操作結(jié)果

生產(chǎn)線采用褐煤煅燒時(shí)，一般采用窯頭全部用褐煤或補(bǔ)充一點(diǎn)天然氣，窯尾采用天然氣與褐煤混燒。生料投料量約420 t/h，熟料產(chǎn)量約6 000 t/d。

3結(jié)語(yǔ)

在該生產(chǎn)線調(diào)試初期，出現(xiàn)過(guò)兩次煤磨系統(tǒng)著火。分別為煤粉螺旋輸送機(jī)內(nèi)煤粉堆積自燃，煤粉倉(cāng)單體收塵積灰著火。通過(guò)一系列整改后，連續(xù)兩年半直至項(xiàng)目結(jié)束，煤磨系統(tǒng)再未發(fā)生過(guò)著火事故。通過(guò)提升精細(xì)化管理，堆場(chǎng)自燃現(xiàn)象也得到解決。全線運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好，熟料產(chǎn)質(zhì)量情況優(yōu)良。只要日常管理得當(dāng)，設(shè)計(jì)和設(shè)備配型合理，熱值大于3 800×4.18 kJ/kg原煤的褐煤具備單獨(dú)使用煅燒優(yōu)質(zhì)熟料的能力。而更差的劣質(zhì)褐煤搭配部分天然氣或優(yōu)質(zhì)煙煤混合使用也具備煅燒優(yōu)質(zhì)熟料的可能性。

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