【正文】 是越南國(guó)家水泥公司下屬的工廠，由法國(guó) TechnipCle 公司提供技術(shù)和設(shè)備，建設(shè)了一條燃 100%無(wú)煙煤、 4000 t/d 熟料的完整水泥生產(chǎn)線(xiàn)，其主機(jī)設(shè)備情況見(jiàn)表 5，生產(chǎn)用無(wú)煙煤情況見(jiàn)表 6。設(shè)計(jì)中對(duì)所用的分解爐也經(jīng)過(guò)了改進(jìn)，使之有利于無(wú)煙煤的燃燒，分解爐分解后的入窯物料分解率設(shè)計(jì)值大于 80%。 表 1 朝鮮祥原水泥廠主機(jī)設(shè)備一覽表 1 原 料 磨 : ， 電機(jī)功率 3600kW, 270 t/h； 2 預(yù)熱器分 雙系列 4 級(jí)預(yù)熱器 帶 PYROCLON 分解爐系統(tǒng) , 3300 t/d； 解爐系統(tǒng) : 3 回 轉(zhuǎn) 窯 : ，兩擋支撐， I = %, 3300t/d； 4 水 泥 磨 : ， 電機(jī)功率 5600kW, 165 t/h； 5 煤 磨 : ， 電機(jī)功率 940kW, 30 t/h. 表 2 朝鮮祥原水泥廠煤的工業(yè)分析和生產(chǎn)配料（熟料）率值 LSF: ； SM: ； IM: （ 2）越南海防水泥廠 4000 t/d 熟料生 產(chǎn)線(xiàn) 越南海防水泥廠應(yīng)用日本宇部公司技術(shù)，于 1996 年底建成一條 4000 t/d 熟料、 100%燃無(wú)煙煤的生產(chǎn)線(xiàn)。該廠主機(jī)設(shè)備見(jiàn)表 1（因 2 條生產(chǎn)線(xiàn)主機(jī)設(shè)備相同，故表中僅列出 1條線(xiàn)的主機(jī)設(shè)備），所用煤的工業(yè)分析和生產(chǎn)配料率值見(jiàn)表 2。由于該廠所用原料中堿含量高，生產(chǎn)時(shí)必須旁路 放風(fēng)，在旁路放風(fēng)量達(dá) 40%情況下，熟料燒成熱耗約（ 3511～ 4013） kJ/kg。 1 國(guó)外 100%燃無(wú)煙煤的生產(chǎn)線(xiàn)簡(jiǎn)況 （ 1）朝鮮祥原水泥廠 2 條 3300 t/d 水泥熟料生產(chǎn)線(xiàn) 全部采用德國(guó) KHD 公司技術(shù)和設(shè)備建設(shè)的交鑰匙工程 朝鮮祥原水泥廠 2 條 3300 t/d 水泥熟料生產(chǎn)線(xiàn)是世界上第一家在大型預(yù)分解窯上成功應(yīng)用 100%無(wú) 煙煤生產(chǎn)水泥熟料的生產(chǎn)企業(yè)。由于無(wú)煙煤揮發(fā)分含量低，故其燃燒著火溫度高、燃燼時(shí)間長(zhǎng)，在通常水泥回轉(zhuǎn)窯中較難著火燃燒和燃燼，因而早期水泥回轉(zhuǎn)窯都不采用無(wú)煙煤作為燒成燃料。在傳統(tǒng)的水泥生產(chǎn)工藝中，一般回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線(xiàn)及新型干法水泥生產(chǎn)線(xiàn)必須使用煙煤，這些煙煤主要來(lái)自北方的一些大煤礦。從總體上看，我國(guó)北方煤炭?jī)?chǔ)量多，南方儲(chǔ)量少，而且從品種上看，南方許多省份的煤炭主要是低揮發(fā)分煤。 幾年的實(shí)驗(yàn)室研究，使我們對(duì)無(wú)煙煤性能及粉磨、燃燒特性有了比較深刻的認(rèn)識(shí)，為以后的工業(yè)應(yīng)用研究開(kāi)發(fā)打下了基礎(chǔ)。從表 11 的熱重分析和差熱分析結(jié)果可以清楚看出不同煤種、不同產(chǎn)地煤的燃燒性能。利用熱重分析、差熱分析等手段可以對(duì)煤的著火點(diǎn)、燃燒速率、燃燒結(jié)束溫度等進(jìn)行研究。在日常生產(chǎn)中，經(jīng)常通過(guò)控制出磨煤粉篩余來(lái)控制其細(xì)度，該篩余值的確定，必須充分考慮其粉磨條件 ，才能保證得到合適顆粒級(jí)配的煤粉。其中，在實(shí)驗(yàn)室做的幾種煙煤和無(wú)煙煤的哈 氏易磨性指數(shù)見(jiàn)表 9。煙煤和無(wú)煙煤揮發(fā)分含量不同，其燃點(diǎn)及煤粉正常燃燒所需要的煤粉細(xì)度就不一樣，它們與揮發(fā)分含量的關(guān)系見(jiàn)圖 1（略）。 煤粒全部燃燼所需的時(shí)間叫煤的燃燼時(shí)間，煤的燃燼時(shí)間主要是炭粒子燃燼所需的時(shí)間。 B．焦炭粒子的燃燒： 揮發(fā)分的燃燒，使環(huán)境溫度很快提高，達(dá)到炭粒著火溫度，此時(shí)炭粒子與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（燃燒反應(yīng)），化學(xué)反應(yīng)工式 略。但是，正是這些大量的實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究成果及其工作經(jīng)驗(yàn)，為南京院后來(lái)進(jìn)行這一技術(shù)開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。此時(shí)，朝鮮祥原水泥廠 2 條 3300t/d燃無(wú)煙煤水泥熟料生產(chǎn)線(xiàn)已投產(chǎn)正常運(yùn)行，南京院通過(guò)實(shí)地考察及已掌握的情況，與業(yè)主研究商量，提出了該 2020t/d 熟料預(yù)分解窯生產(chǎn)線(xiàn)采用燃當(dāng)?shù)禺a(chǎn)無(wú)煙煤的技術(shù)方案并獲得業(yè)主確認(rèn)而付諸實(shí)施。 1998 年 8 月起，南京院又先后完成了福建水泥股份有限公司 1 窯，福建南平水泥股份有限公司 5窯利用無(wú)煙煤代替煙煤生產(chǎn)水泥的技術(shù)改造，為該兩公司創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益，首次實(shí)現(xiàn)了回轉(zhuǎn)窯、分解爐燃無(wú)煙煤技術(shù)裝備的國(guó)產(chǎn)化，揭開(kāi)了我國(guó)水泥企業(yè)采用無(wú)煙煤技術(shù)的序幕。 南京院在預(yù)分解窯燃無(wú)煙煤生產(chǎn)水泥 技術(shù)領(lǐng)域的研究開(kāi)發(fā)工作 早在 20 世紀(jì) 80 年代中期，南京院對(duì)回轉(zhuǎn)窯燃無(wú)煙煤生產(chǎn)水泥熟料技術(shù)就開(kāi)始關(guān)注， 90年代初開(kāi)始，對(duì)新型干法預(yù)分解窯燃無(wú)煙煤技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)?？傮w概括，南京院對(duì)燃無(wú)煙煤生產(chǎn)水泥技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)工作可以分為三個(gè)階段，介紹如下。期間，南京院 水泥回轉(zhuǎn)窯煅燒低揮發(fā)分煤生產(chǎn)水泥 這一課題進(jìn)行了正式立項(xiàng)，并開(kāi)始有步驟的試驗(yàn)、研究和開(kāi)發(fā)。 通過(guò) 研究，對(duì)無(wú)煙煤煤粒子的燃燒，從機(jī)理上分析認(rèn)為，可粗略地看成是兩個(gè)連續(xù)交錯(cuò)的反應(yīng)過(guò)程： A．揮發(fā)分的揮發(fā)和燃燒 ：煤粒在加熱過(guò)程中，揮發(fā)分（主要是煤碳中含的可燃?xì)怏w）在較低溫度時(shí)即可析出并很快與周?chē)目諝饣旌?，在約 (400~500)℃ 左右著火燃燒。煤顆粒在空氣中燃燒反應(yīng)時(shí)，顆粒表面和氧氣接觸首先反應(yīng)，在顆粒表面形成 CO、 CO2 產(chǎn)物層（氣化區(qū)），且向外面空氣中擴(kuò)散，外面的氧氣則必須通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入產(chǎn)物層，與產(chǎn)物層中的 CO 繼續(xù)反應(yīng)生成 CO2，或穿過(guò)產(chǎn)物層到煤粒表面與碳反應(yīng)，生成 CO 和 CO2。在高溫條件下，化學(xué)反應(yīng)速度較快，氣體的擴(kuò)散速度相對(duì)較慢，炭粒的燃燒化 學(xué)反應(yīng)速率受氣體的擴(kuò)散速度控制；在溫度相對(duì)較低條件下，化學(xué)反應(yīng)速度較慢，炭粒的燃燒反應(yīng)速率則受化學(xué)反應(yīng)控制。其它影響因素與煤粉燃燼時(shí)間的關(guān)系大體見(jiàn)表 8。激光粒度儀測(cè)得的不同粉磨條件下粉磨的煤粉顆粒級(jí)配關(guān)系見(jiàn)表 10。因此，為了適應(yīng)窯頭、分解爐對(duì)煤粉細(xì)度的不同要求，需要對(duì)煤粉制備系統(tǒng)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)不同煤種燃燒性能的試驗(yàn)對(duì)比，可以確定煤粉著火點(diǎn)、適宜細(xì)度，從而指導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 表 11 煤的熱重分析和差熱分析結(jié)果 樣 品 差熱分析結(jié)果 /℃ 熱重分析結(jié)果 /℃ 起始溫度 結(jié)束溫度 起始溫度 結(jié)束溫度 A 廠無(wú)煙煤 A 545 820 615 805 A 廠無(wú)煙煤 B 555 815 630 820 A 廠無(wú)煙煤 C 563 834 623 810 A 廠 無(wú)煙煤 D 568 839 631 840 B 廠煤粉倉(cāng)煤 (煙煤 ) 430 630 415 600 B 廠電收塵灰斗煤 (煙煤） 420 620 410 590 B 廠煤磨循環(huán)粗粉 (煙煤 ) 430 650 440 625 C 廠無(wú)煙煤 510 680 525 685 C 廠預(yù)分解窯用煙煤 410 647 405 605 煙煤 A 435 685 430 645 煙煤 B 470 650 415 610 表 11 表明，無(wú)煙煤起始燃燒溫度和結(jié)束燃燒溫度 均比煙煤高；同時(shí)煤粉細(xì)度粗時(shí)，煤粉起始燃燒溫度和結(jié)束燃燒溫度也高；不同產(chǎn)地的無(wú)煙煤燃燒起始和結(jié)束溫度也不同。 燃無(wú)煙煤技術(shù)介紹（一） 季尚行南京水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院（南京， 210029） 0 前言 我們國(guó)家生產(chǎn)水泥以燃煤為主。長(zhǎng)期以來(lái)，為了滿(mǎn)足南方地區(qū)能源使用的需要，我國(guó)的總體格局是北煤南運(yùn)。這樣，一是增加北方煙煤的消耗量，給我國(guó)煤炭工業(yè)增加了負(fù)擔(dān)；二是增加了鐵路運(yùn)力，使我國(guó)本來(lái)就繁重的交通運(yùn)輸工業(yè)更加緊張；三是從國(guó)家整體上講，對(duì)煤炭未能做到物盡其用，近年來(lái)東南沿海地區(qū)相繼新建或改造的許多大中型水泥廠，棄當(dāng)?shù)氐蛽]發(fā)分無(wú)煙煤不用，而大量使用外購(gòu)的煙 煤或優(yōu)質(zhì)煤生產(chǎn)水泥，使煤炭利用率大大降低；四是南方水泥廠大量使用北方產(chǎn)煙煤，由于運(yùn)費(fèi)消耗，煤價(jià)上揚(yáng)，水泥生產(chǎn)成本大大提高；此外，由于交通運(yùn)輸緊張，為保證水泥連續(xù)生產(chǎn)，水泥工廠必須建大的貯煤場(chǎng)來(lái)貯煤，這樣既增加了水泥廠基建投資和占地面積，也使生產(chǎn)成本提高，工廠經(jīng)濟(jì)效益下降。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及降低水泥生產(chǎn)成本的要求，新能源的開(kāi)發(fā)與利用已成為水泥行業(yè)又一個(gè)主要研究方向，并取得了可喜的成績(jī)。該廠于 1988 年建成投產(chǎn)，年產(chǎn)硅酸鹽水泥達(dá) 180 萬(wàn) t，且水泥質(zhì)量穩(wěn)定（相當(dāng)于我國(guó) 525水泥標(biāo)準(zhǔn)）。此外，工廠每年還可從旁路放風(fēng)中回收（ 5～ 8）萬(wàn)t 鉀肥產(chǎn)品供農(nóng)業(yè)用。據(jù)我們?cè)谠搹S考察時(shí)了解的情況，此生產(chǎn)線(xiàn)正常生產(chǎn)時(shí)，分解爐內(nèi)溫度為（ 850～ 900） ℃ ，入窯物料分解率約 90%左右，窯尾溫度約（ 1100～ 1160） ℃ ，抽風(fēng)口三次 風(fēng)溫可達(dá)（ 950～ 1000） ℃ ，全年窯運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間約 300 d左右。該生產(chǎn)線(xiàn)主機(jī)設(shè)備見(jiàn)表 3，窯生產(chǎn)操作參數(shù)見(jiàn)表 4，所用無(wú)煙煤的工業(yè)分析見(jiàn)表 6。窯頭和分解爐全部燃無(wú)煙煤的情況下，系統(tǒng)能穩(wěn)定生產(chǎn)。 據(jù)介紹，該系統(tǒng)中分解爐不僅正常生產(chǎn)時(shí) 100%燃無(wú)煙煤，且可燃無(wú)煙煤直接點(diǎn)火。 表 5 越南 But Son 水泥廠主機(jī)設(shè)備一覽表 1 原 料 磨： 立磨，電機(jī)功率 3000kW， 320 t/h， 供貨； 2 預(yù) 熱 器 分解爐系統(tǒng)： 雙系列 5 級(jí)預(yù)熱器， RSP 分解爐系統(tǒng)（雙燃燒室）， 4000 t/d，TechnipCle 供貨； 3 回 轉(zhuǎn) 窯： m m，三擋支撐， 4000 t/d， TechnipCle 供貨； 4 水 泥 磨： CKP 立磨預(yù)粉磨，電機(jī)功率 1600kW， ，電機(jī)功率5900 kW,OSEPA 選粉 機(jī)， 240 t/h。該廠采用德國(guó)KHD 公司技術(shù)和設(shè)備，全部采用當(dāng)?shù)禺a(chǎn)無(wú)煙煤（無(wú)煙煤工業(yè)分析參數(shù)見(jiàn)表 7）作燃料煅燒水泥，于 1997 年 4 月份點(diǎn)火試生產(chǎn)。 1998 年，該公司首先委托南京院對(duì)其 3 窯進(jìn)行燃無(wú)煙煤的技術(shù)改造開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，該項(xiàng)目于 1999 年實(shí)施改造并投運(yùn)成功。 二是福建南平水泥股份有限公司。這表明， 預(yù)分解窯燃無(wú)煙煤生產(chǎn)水泥 技術(shù)在我國(guó)會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。 KHD 公司針對(duì)影響無(wú)煙煤燃燒的各項(xiàng)因素，研究出的各種專(zhuān)門(mén)技術(shù)和設(shè)備，能有效解決無(wú)煙煤的粉磨和燃燒問(wèn)題，特別是在許多關(guān)鍵部分，考慮周密，有其獨(dú)到之處，整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)采用了諸多新技術(shù)。由于這些國(guó)外公司操作人員及當(dāng)時(shí)國(guó)外公司駐廠技術(shù)人員對(duì)燃無(wú)煙煤技術(shù)掌握得并不深，操作經(jīng) 驗(yàn)也不是很豐富，在投產(chǎn)初期的一段時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)不能完全燃燒無(wú)煙煤，只能靠輔助燃油生產(chǎn)，消耗燃油數(shù)百?lài)?，給工廠帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)支出，且窯產(chǎn)量很低，各項(xiàng)參數(shù)很不正常，還造成設(shè)備故障等種種狀況。點(diǎn)火后經(jīng)必要的烘窯和系統(tǒng)調(diào)整后，很快停止燃油，完全投入燃 100%無(wú)煙煤運(yùn)行，并逐步調(diào)整系統(tǒng)工藝和設(shè)備狀況，使產(chǎn)量逐步提高，在 3 個(gè)月內(nèi)順利實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)達(dá)標(biāo)，其生產(chǎn)操作參數(shù)見(jiàn)表 13。 C2 出口溫度 : 469℃ 。 C4 出口溫度 : 793℃ 。此外，在生產(chǎn)調(diào)試和對(duì)國(guó)外技術(shù)及設(shè)備進(jìn)行考核中，對(duì)能促進(jìn)無(wú)煙煤燃燒速度、有利于燃無(wú)煙煤生產(chǎn)的技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行了驗(yàn)證，使一些原來(lái)考慮欠周或理論與實(shí)際不符的技術(shù)問(wèn)題得到了暴露。通過(guò)這近 2 年的工作，南京院對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用認(rèn)識(shí)上有了質(zhì)的飛躍，實(shí)踐上有了零的突破。 KHD公司派出部分調(diào)試人員短時(shí)間內(nèi)不能適應(yīng)該生產(chǎn)技術(shù)就是一個(gè)佐證。 （ 3）煤粉制備系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究（包括工藝流程性能，專(zhuān)用輸送、 選分、計(jì)量、粉磨設(shè)備，控制系統(tǒng)等的開(kāi)發(fā)研究）。 其中主要開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用設(shè)備，在此作一概要的介紹。為提高粉磨效率，南京院又開(kāi)發(fā)了煤 磨 磨外循環(huán) 系統(tǒng)，可配合上述煤粉制備系統(tǒng)使用，操作靈活、調(diào)節(jié)方便，既能保證窯頭煤粉細(xì)度小于5%，也能保證分解爐煤粉細(xì)度小于 3%。南京院通過(guò)模型研究和計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬計(jì)算，在已成功 用于國(guó)內(nèi)幾十家水泥廠的 NC 系列煤粉燃燒器基礎(chǔ)上，又開(kāi)發(fā)出了大速差的三通道JETFLAM 系列煤粉燃燒器（結(jié)構(gòu)原理圖略）。在這種新型煤粉燃燒器中，軸向風(fēng)的噴射速度很高，能從周?chē)M(jìn)速度慢但溫度很高的二次風(fēng)，使燃料快速燃燒；且裝在噴嘴盤(pán)上的噴嘴出口角度及噴嘴截面可通過(guò)更換噴嘴來(lái)調(diào)節(jié)，以滿(mǎn)足煅燒工藝要求；其旋流風(fēng)由中部帶旋流片噴嘴噴出，可使煤粉與空氣充分混合，并調(diào)節(jié)火焰的粗細(xì)和長(zhǎng)短，還可以通過(guò)更換旋流片以滿(mǎn)足熟料燒成、延長(zhǎng)火磚壽命等要求。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果證明，該系列燃燒器已成為燃無(wú)煙煤生產(chǎn)水泥技術(shù)中十分理想的專(zhuān)用設(shè)備。由于無(wú)煙煤中揮發(fā)分含量很低，故著火溫度較高，煤粒燃燒較慢。在分解爐內(nèi)，可認(rèn)為加入煤量是基本不變的，為了加速反應(yīng)，則必須增加氧氣的濃度，降低反應(yīng)環(huán)境中 CO 及 CO2 濃度。如果擴(kuò)散速度較慢，煤粒上包裹的反應(yīng)產(chǎn)物層較厚或濃度較大，阻礙了氧與炭粒的進(jìn)一步接觸，會(huì)使反應(yīng)減慢。 ④ 煤粉在分解爐內(nèi)的停留時(shí)間 煤粉作為分解爐的燃料，必須在分解爐內(nèi)充分燃燼，才能產(chǎn)生足夠的熱量，滿(mǎn)足生料分解的要求；并保證最低一級(jí)旋風(fēng)筒內(nèi)不至溫度太高和預(yù)熱器系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，在燃無(wú)煙煤分解爐的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮適當(dāng)延長(zhǎng)煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間，以保證煤粉在分解爐內(nèi)能充分燃燼。在預(yù)分解系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用五級(jí)預(yù)熱器，并將入爐生料喂入分解爐適當(dāng)部位，可加快無(wú)煙煤的燃燒速度，提高其燃燼率。 ① PYROCLONRP 分解爐 PYROCLONRP 分解爐是洪堡公司推出的分解爐 (結(jié)構(gòu)圖略 )。朝鮮祥原水泥廠 2 條3300t/d 熟料窯外預(yù)分解窯生產(chǎn)線(xiàn)，其燒成系統(tǒng)就采用了帶 PY