水泥工业用燃料-水泥生产工艺

第四节　水泥工业用燃料

水泥工业是消耗大量燃料的工业。燃料按其物理状态不同可分为固体、液体和气体燃料三种。我国水泥工业主要采用固体燃料煅烧水泥熟料。回转窑工厂一般采用烟煤，立窑工厂一般采用无烟煤和焦炭屑。

水泥生产中煅烧水泥熟料用煤可分为正常煤和低质煤两种。低质煤的灰分高，热值低，对窑的煅烧和熟料质量有一定的影响。但我国水泥工作者为了充分利用燃料资源，减少国家运输部门的负担，就地取材，对使用低质煤煅烧水泥熟料积累了不少经验。

我国水泥工作者经过十多年的努力，现已开发设计出不同规模国产化预分解窑燃烧无烟煤的生产工艺及专有设备，现已有近十条预分解窑燃无烟煤生产线，这表明回转窑燃烧无烟煤生产水泥的技术趋已成熟。

一、固体燃料

(一)煤的化学成分

煤的分析方法通常有两种:元素分析和工业分析。元素分析得出煤的主要元素百分数，如碳、氢、氮、氧、硫等。元素分析方法对于精确的进行燃烧计算来说是十分必要的。但工业分析能够更好地反映煤在窑炉中的燃烧状况，且分析手续简单。因此，水泥厂一般只作工业分析。工业分析包括下列项目:水分(W)、挥发分(V)、固定炭(C)、灰分(A)等四项，四项总和为100%。除四项总和以外，还测定硫分，作为单独的百分数提出。煤的热值(发热量)以每千克燃料能放出多少千焦的热量来表示。煤的灰分应该做全分析，包括SiO₂，Al₂O₃，Fe₂O₃，CaO，MgO等化学成分。

挥发分是煤在干馏时分馏出可以燃烧的气体，如甲烷(CH₄)、乙烯(C₂H₄)、一氧化碳(CO)等。挥发分含量多的煤容易燃烧，燃烧速度快，形成的火焰较长。

焦炭是煤中挥发分挥发后剩下的可燃固体(固定炭和灰分的混合物)。灰分是焦炭燃烧后剩下的灰渣，灰分含量多时，会降低煤的发热量。

水分是煤中所含物理与化合水的总和，水分含量多时，会降低煤的发热量。

煤的挥发分和固定炭为煤的可燃成分。

由于煤的开采、运输、储存的条件不同，同类煤的组成往往有较大的波动，特别是其水分与灰分含量。因此表明煤的组成时，必须说明所选用煤的基准，才能确切说明问题。表示煤组成的常用基准有:

收到基——是按煤样送到分析室时的状态进行分析的结果，代号为“ar”。

空气干燥基——是煤样在分析室内按规定条件先经空气干燥后再进行分析所得结果。空气干燥只除去煤的外在水分，但试样中仍含有内在水分。分析基代号为“ad”。

干燥基——是煤的成分按不含任何水分的干燥煤来表示的分析结果，代号为“d”。

干燥无灰基——是煤的成分按不含任何水分和灰分来表示的分析结果，代号为“daf”。

(二)煤的种类

1.无烟煤

无烟煤又称硬煤、白煤。是一种碳化程度较深、可燃基挥发分含量小于10%的煤。其收到基低热值一般为20 934～29 308kJ/kg，结构致密坚硬，有金属光泽，密度较大，含碳高，着火温度高达600～700℃，燃烧火焰短，是水泥立窑的主要燃料。

我国无烟煤资源颇为丰富，4/5的无烟煤资源集中在山西和贵州两省。出产无烟煤较多的大型矿区是阳泉、焦作、京西和晋城等，以上矿区无烟煤总储量约占全国无烟煤资源的93%。此外尚有储量l亿吨左右的中小型无烟煤矿区49个。

我国主要无烟煤矿区的煤质指标的一般范围见表3-10。

表3-10　我国主要无烟煤矿区的煤质成分范围

注:A_d—干燥基灰分;S_d—干燥基含硫量;Q_gr，ad—空气干燥基高位发热量;V_daf—精煤干燥无灰基挥发分。

2.烟煤和褐煤

烟煤是一种碳化程度较深、干燥无灰基挥发分含量为15%～40%的煤。其燃烧火焰较长而多烟，收到基低热值一般为20 934～31 401kJ/kg，结构致密较为坚硬，密度较大，着火温度为400～500℃，燃烧过程中灰渣具有一定黏结性，根据此特性有些烟煤可以炼焦。烟煤是回转窑煅烧水泥的主要燃料。我国烟煤大型矿区有大同、淮南、开滦、平顶山、峰峰等。(www.xing528.com)

褐煤是挥发分含量较高，碳化程度较浅的一种煤，褐色无光泽。有时可以清楚看出原来木质的痕迹。褐煤有两种:一种为土状褐煤，质地疏松而较软;另一种为暗色褐煤，质地致密而较硬。褐煤的热值为8 374～18 841kJ/kg。褐煤干燥无灰基挥发分可达40%～60%，灰分为20%～40%。褐煤中自然水分含量较大，性质不稳定，易风化或粉碎，且易发生自燃。我国云南等省褐煤储量较丰富。表3-11为烟煤和褐煤工业分析和灰分分析。

表3-11　烟煤和褐煤工业分析及灰分分析

(三)回转窑对燃煤的质量要求

在通常技术条件下，回转窑只能用烟煤作燃料，对烟煤的质量有如下要求。

1.热值

对燃煤的热值要求越高越好，这样可以提高发热能力和煅烧温度，因而可提高熟料产、质量。

2.挥发分

煤的挥发分和固定炭是可燃成分。挥发分高的煤则着火快，火焰长;挥发分低的煤，则不易着火，高温比较集中。为使回转窑火焰长些，一般要求煤的挥发分在22%～32%。

3.灰分

煤的灰分是煤燃烧后残留的灰渣。在水泥生产中，煤灰全部或部分进入熟料中，因而影响熟料的化学成分，须在配料时事先加以考虑。灰分太多，热值低，降低窑的发热能力和降低熟料产、质量。一般要求灰分小于27%。

4.水分

煤粉水分高，使燃烧速度减慢，降低火焰温度。但少量水分存在能促进碳和氧的化合，并且在发火后，能提高火焰的辐射能力，因此煤的干燥不应过分，一般水分控制为1.0%～1.5%。

5.细度

回转窑用煤作燃料时，须将块煤磨成煤粉后再入窑。细度太粗，则燃烧不完全，增加燃料消耗量;煤粉细，燃烧迅速完全。煤的挥发分高，煤粉细度可粗些;煤的挥发分低，煤粉细度要细些。但磨得过细会降低磨机的产量，增加煤磨电耗。煤粉细度一般控制为0.080mm方孔筛，筛余为8%～12%。

(四)回转窑燃无烟煤技术

我国煤炭资源分布很不均匀，在南方地区，烟煤资源很少，需从北方高价购买和长途运输，而南方地区产无烟煤，“回转窑燃无烟煤技术”可使南方各厂充分利用当地资源，降低生产成本，与烟煤比，无烟煤具有如下燃烧特性:

(1)着火温度和燃烬温度高。(2)燃烧速度慢，燃烬时间长。

(3)细度要求高，且细度的变化对燃烧性能的影响比烟煤更敏感。

“回转窑燃无烟煤技术”就是针对无烟煤的燃烧特性，开发了适合于燃无烟煤的煤粉制备系统及烧成系统，并采取相关措施来合理降低无烟煤粉的细度和改善窑、分解炉燃烧环境，以达到预分解窑燃无烟煤生产水泥熟料的目的。

二、液体燃料和气体燃料

采用液体或气体燃料时，由于没有灰分落入熟料中，熟料质量较好，并且容易调节。液体燃料的为重油、渣油。重油的热值为41 323.7kJ/kg左右。煅烧水泥熟料所用重油的杂质含量一般要求:硫分＜3%，水分＜2%，机械杂质＜3%。

泵送重油时，为了降低其黏度，一般需要预热到60～70℃。

气体燃料也称煤气。煤气分为天然煤气和人工煤气两种。水泥工业主要采用天然煤气作为回转窑燃料。天然煤气的热值为33 494.4～37 681.2kJ/Bm³。天然煤气无灰分，不需预热，供气系统简单，操作控制灵便，是一种理想燃料，但火焰亮度不大，辐射能力较低。鞍山红钢水泥厂用焦炉煤气作回转窑燃料，其热值为18 003.2～18 421.9kJ/Bm³。

液体和气体燃料只能用于回转窑，不能用于立窑。