HS—JM3C型煤炭改性剂在立窑水泥煅烧中的应用方案及注意事项

1HS—JMC型煤炭改性剂在水泥煅烧中的应用及注意事项哈尔滨工业大学清洁能源科学与工程研究所杭州本兴节能环保科技有限公司2前言HS—JMC型煤炭改性剂打破了传统的助燃技术理论，而采用当代先进的催化、改性等物理、化学复合技术。其主要由改性剂、催化剂、氧化剂、助燃剂、消烟剂、固硫剂等成份组成，是一种粉粒状物质，将它按煤炭实际重量的0.2%～0.3%比例加入到煤炭当中，能提高煤炭的燃烧温度、燃烧速度，实现催化、改性燃烧，改善煤的燃烧效果，提高煤炭的利用率。水泥熟料的煅烧是通过煤的燃烧来实现的，煤的燃烧状况（发热量大小，加入量多少）直接影响到水泥熟料的煅烧效果。在水泥煅烧中，煤在“改性剂”的作用下，加速强氧化物、催化剂经气化后释放氧和催化剂元素，与生料中释放出来的混合气体产生化学反应，进行离子交换，促使煤炭进行催化、改性燃烧，使生料球内燃和外燃同时进行。燃烧强度的提高和升温速度的加快，给水泥煅烧提供了足够的热能，同时也提高了水泥煅烧热动力，加速热传递，促进质点、固相、气相、液相反应，提高了物质扩散速度和相间反应速度。实践证明，在水泥熟料煅烧中加入HS—JMC型煤炭改性剂，可节煤10%左右，也可提高熟料产量10%左右，也可提高熟料3天、28天强度；而且还能实现急烧快冷，提高熟料质量，改善机立窑的操作；同时具有消烟除尘、固硫，改善大气污染的环保效果。HS-JMC型煤炭改性剂在立窑水泥熟料煅烧过程中发挥了重要作用，取得了很好经济效益和环保效果，是立窑水泥厂近几年在节能降耗、环保方面效果最佳的高新技术产品。受到了应用该产品的水泥厂的一致推崇。为了更好地发挥该产品的作用，进一步加快推广HS—JMC型煤炭改性剂在水泥熟料煅烧中的应用，少走弯路，特编写了应用方案及一些注意事项，以供参考。由于时间仓促，不妥之处请指正。2005年11月3一、前期准备：1、了解生料配料方案，如：石灰石+铁+矿化剂+煤+粘土，其中有用页岩、煤矸石、叶蜡石或各种尾矿等代替粘土的，了解生料和熟料全分析数据，三率值：石灰饱和系数KH、硅酸率n、铝氧率P。2、了解生料配热及煤的配比，煤炭成份分析（发热量、挥发分、灰分等）燃煤是否是两种或以上搭配使用，当地煤炭价格，了解配热控制方法，如烧失量法，氧弹仪或热量仪测定方法等，用以确定节煤率的计算。3、生料磨日产量，每天入窑生料量、熟料台时产量、熟料3天强度，游离钙（fCaO）指标，熟料价格，水泥价格及利润。了解熟料台时产量的计算方法，如：计算加水量折算熟料台时产量，还是有专门的计量仪器仪表，以便计算熟料台时产量的提高率。4、加剂前应上窑了解不加剂料的煅烧情况，窑温，上火速度，龇火现象是否多，偏火、挂边是否时常出现，严不严重等，以便与加剂后对比。二、注意事项：1、对于多窑水泥厂来说，实验期间最好选用单窑对应单磨单生料配料系统，若一配料系统带双生料磨、双窑，应双窑同时做，最好不一窑做一窑不做。2、在没加改性剂前正常生产时，生料磨产量相对入窑生料来说应有15%富余量，以确保满足加剂后熟料台时产量的提高需求，若没有富余量，可考虑不做实验。3、成球系统产量应有15%富余量，以确保满足加剂后熟料台时产量的提高需求，若没有富余量，可考虑不做实验。同时，成球产量增加时应确保成球质量不下降，否则可能严重影响窑上煅烧、熟料质量及改性剂的使用效果。有的窑是扩径窑，2.2扩成2.5或2.5扩成3.0，但只是窑径扩了，而配套设施没变，就可能存在生料磨产量、成球系统产量跟不上煅烧速度，风机风量、风压不够的现象。4、加剂后出磨生料也应进行多库搭配等均化措施后再入窑，确保同正常生产时一样才能充分体现出加剂效果。5、加剂减煤后应尽量保持生料三率值不降低以免影响熟料强度。6、生料加剂开始并入窑后，应随时检查加剂量的准确性，确保加剂量不应减少；随时上窑，多与窑工接触交流，了解窑温、上火速度的变化情况；窑面煅烧情况是否有所改善等，了解熟料产量与不加剂时相比较的变化情况，从熟料外观判断加剂前后熟料4变化情况，每天了解游离钙变化情况。7、不同品种燃煤对煅烧的影响---立窑高温带厚度取决于煤的燃烧速度，而煤的燃烧速度与煤的挥发分高低、煤灰熔点及熟料高温熔体粘度高低等性能有关。不同煤种挥发分、固定碳含量及发热量有很大差别，其燃烧速度相差亦很大。当煤品种发生改变时，不能只考虑发热量，灰分可能对熟料质量的影响更大，应引起足够的重视。山西阳泉煤，其挥发分一般在9%～13%，固定碳60%～65%，发热量25080kJ/kg以上。但由于该煤燃烧速度过快，用其煅烧时往往造成立窑底火薄，生产不稳定，产量较低，质量不稳定。机立窑使用这类煤生产，除配料上适当降低饱和系数、增加熔剂物以提高熟料高温熔体粘度、使底火层变厚外，还应考虑到这类煤挥发分较高，热损失较大，故熟料烧成热耗应取高些。福建漳平的含石墨性质煤，其挥发分一般在5%以下，固定碳65%～75%，发热量28500kJ/kg。由于该煤燃点高，燃烧速度极慢，用它烧制水泥往往造成上火速度慢，底火拉深，有时甚至出现卸红料现象，产量不高且熟料质量不理想。对福建漳平地区而言，当地煤较山西阳泉煤具有煤运距短，各项费用较低的优势。为降低生产成本，笔者在机立窑上使用这类煤进行一段探索后，认为常规的配煤量，除采用高饱和比高铁的配料方案，以提高料球的上火速度外，还必须尽可能采用浅暗火全风操作，减少化学不完全燃烧的热损失，避免通风不良产生还原气体。福建龙岩的煤，一般挥发分在4%～8%，固定碳63%～68%，发热量约在21000kJ/kg～24000kJ/kg，用其烧制水泥熟料，在配料配煤上要求不高，适应范围广，常规的配料配煤、操作习惯能满足工艺要求，用它所生产的料球上火速度适中，底火层约70cm～100cm，且非常稳定，在输送条件允许下，一般可全风操作，所以立窑产量高，熟料质量好。另外，由于煤种类不同，煤灰熔点也不同，它对立窑煅烧关系亦十分密切，煤灰中Fe2O3、MgO、CaO含量越高,煤灰熔点越低，生料出现液相温度越低，熟料烧结温度越宽。经实践总结，比较理想的立窑用煤应为：挥发分为5%～10%；发热量20000kJ/kg～25000kJ/kg;具有低的煤灰熔点和粘度,且煤灰Fe2O3含量应大于10%,SO3含量应大于2%。三、确定加剂方法（实验期间）：1、有加剂设备：根据生料磨台时产量和配煤比计算出每分钟用煤量X吨，按煤重的0.2%加剂，即加剂量为0.2%X吨（每分钟），调整加剂装置，使每分钟出剂量为0.2%X5吨，若生料配料用煤矸石代粘土，加剂比例应为0.25%，加剂量每分钟即应为0.25%X吨。加剂装置应安装在配料系统皮带上方，出剂口尽可能接近皮带，以免使改性剂散落在皮带外侧。2、人工加剂：加剂量计算方法同1，取一容器，使计算出半分钟的加剂量装满此容器，在生料皮带上半分钟撒一次，尽可能连续撒匀，并应做到总量控制，例如，若15分钟应加2公斤，最好进行分袋包装，2公斤一袋，在15分钟内2公斤应全部加完。四、减煤方法：在原配煤基础上先减5%，然后根据窑上窑温情况逐步减煤，如先减3%，然后再减2%等，直至达到最佳值，每减一次最好运行2天。加剂料最好在窑上煅烧操作正常、窑情稳定时入窑。对于使用改性剂来说，燃煤挥发分在5%～10%为最佳。五、煅烧操作要求及如何判断减多少煤（配热）适当：1、实验期间最好聘任一富有经验的窑工。凭其经验可判断窑温是否适当及上火速度的快慢。目前国内机立窑配热一般在900～1000kcal/kg熟料，先进的在800kcal/kg熟料左右，高的超过1000kcal/kg熟料。2、首先要保证煅烧操作正确、稳定、连续，才能准确判定配热是否适当。（1）、确保一定厚度的湿料层，一般控制在50～70cm较合适。湿料层过薄时升温速度快，料球收缩应力大，开裂、炸球的几率加大，在明火或浅暗火操作时，露火苗的部位常常可以看到干燥开裂的现象，同时有爆破声。湿料层过厚，总的通风阻力加大易造成窑面通风不均。（2）、合适的烧成带（底火）即合适的底火温度、厚度、位置底火平均温度为1000～1450～1300℃。底火厚度一般控制在0.5～0.7M。合适的底火位置应是：底火的底波动在扩大角与立窑直筒部分相交界处，若扩大口的高度为1.6M，底火的底应在1.6M上下，如图所示。正确地判断底火：煅烧操作的正确，主要集中在正确稳定好底火。而要稳定好底火，首先要会正确判断底火。只有对底火判断正确，才能根据情况采取合适的措施，稳定好底火。目前仪表化程度和操作者素质都不够高，加上资金限制等因素，目前判断底火的办法多数还是操作者直接观察，同时还要结合操作者的实践经验。现将主要的判断方法介绍如下：6①、插钎子探底火通常用直径为16mm左右的钎子，沿着窑周围在窑内两肋区及中心部位任选点将钎子插入，直至硬底（即已烧结的熟料层），烧1～2分钟（煅烧时间随钎子的粗细而异）后抽出钎子，钎子上从有料层痕迹至钎子烧红部分作为底火位置。当底火底部波动在扩大口底附近时，为底火深度正常；如果钎子插入很深，超过扩大口底或钎子触不到硬底，而只烧红很短一段，说明底火过深；如钎子插入很浅（小于扩大口底）则底火过浅。如图中的F段为底火深度，即指从料面到底火底的距离。A段钢钎有湿印的一段，为湿料层，B段颜色发白并有干料印的为预烧层，E为预热带，C段是钢钎烧红段，为高温层厚度。插钎探火还可判断窑温。钎子抽出后，从钎头量起，烧红长度在0.5米以上，并且钎子略带白亮色，即表明烧成带温度正常。钎子插下去感到发柔粘，拔出的钎子裹附一层炽白色熔剂物料，甚至钎子烧断，则表明温度太高；拔出的钎子红里发暗，表明温度太低；红一节暗一节，红黑交错，各段颜色不一样，或者窑断面各点温度差大，窑内各点底火温度不一样，说明窑内高温带火力不集中，底火不均匀，甚至有底火层隔断现象。有时插钎触及硬底，咔嚓咔嚓响，钎子烧不红，是由于物料渐近冷固，这是通风良好的正常现象。插钎探火，目前是较准确的办法，一般每班要探四次，平均2小时一次。②、观察烟气立窑窑面散发出的烟气，主要是由水蒸气、CO2、CO、N2等组成。因此从窑面散发出的烟气量的多少、速度、和颜色间接地反映了窑内的化学反应速度、温度高低及窑内通风情况。正常时窑面散发出的烟气上升轻快有力，白色水蒸气略带青色。当窑面逸出浓白烟气，上升缓慢无力，说明底火过深，湿料层过厚；而如果逸出青色烟气，上升有力，消失快，说明预热带短，底火上移；整个窑面不是均匀冒出烟气，烟色异常，则说明窑内底火深浅不一。一般还原气氛严重时，烟气颜色略带棕黄色。③、看龇出的料球从窑内龇出的料球颜色，也可判断窑内底火情况；窑温适宜时，料球烧结良好、有块状且可击碎，龇出料球辉黄带白或火球亮红色、不塌边、不严重粘边，说明窑温正常；炽白炫眼，则窑温高，配煤过多易结大块，影响窑内通风，产生还原气氛，形成过烧、7死烧；暗红色，则窑温低，窑温低则液相少，料发散，底火不硬不稳，欠烧料乃至生烧料增多。当出现塌边时，多半是液相总量或配煤偏低，底火层相对松散，物料与窑壁粘结力差，落窑时较脆弱的底火层就容易塌边，处理不当还会再现转着圈塌边的现象，但也有因操作方法不当，用风、加卸料和用煤量掌握不好，窑面明火或半明火时间过长，某区域散热过大而塌边。调整塌边引起的慢口底火时，没有兼顾快口，待慢口底火上移后，快口又因散热过大而塌边，从而形成新的快慢口，这种反复性塌边容易使看火工误认为配煤偏低，并误导化验室加大配煤量，从而使窑内还原气氛加浓，供氧不足，不完全燃烧加重，慢口物料因严重缺氧上火更慢，大量的风力集中在快口，更加速了快口的塌边，使窑情更加恶化。有时底火深也会龇出暗红火料球。④、观察料面通过观察窑面物料干湿情况，可判断底火深度，物料较干处底火较浅；物料较湿处底火较深，当各处干湿不一致时，说明底火深浅不均匀。⑤、观察热工仪表利用窑上安装的风量、风压表、鼓风机电流表、热电偶温度计和废气温度计，判断立窑煅烧情况，经常观察、摸索煅烧正常时的仪表读数范围和变化规律。当底火温度、位置、通风阻力和用煤量变化时，在这些仪表上都有所反映，可以帮助判断煅烧情况，进一步掌握立窑的煅烧规律