摘 要：使用低挥发分、高灰分、低热值的劣质煤进行水泥窑煅烧，系统操作控制参数和正常燃煤煅烧有很大区别，采用与之不合适的工艺控制措施、对劣质煤的认识不足、分解炉尾煤布局不合理、窑头燃烧器与劣质煤不适应等因素，造成窑内长厚窑皮、结圈、窑尾严重漏料，严重影响回转窑系统的稳定运行。通过对窑尾预分解系统进行技术改造、更换窑头燃烧器，重新优化分解炉风煤料布局，调整熟料三率值等措施，解决了劣质煤在水泥窑应用中存在的问题，极大提高了窑系统的稳定运行，实现了系统的高效稳定运行，降低了熟料的生产成本。

关键词：劣质煤；窑内结圈；窑尾漏料；技术改造

0 引言

YD公司有一条2500t/d的熟料生产线，于2010年建成投产，窑尾预分解系统采用单系列5级旋风预热器+在线分解炉，配套4.0m×60m回转窑，三代篦冷机，由于生产成本控制原因，使用燃煤品质较差，挥发分低、灰分高、热值低的劣质煤进行熟料煅烧，水泥窑系统运行效果较差，窑内频繁长厚窑皮(见图1)、结圈、窑尾漏料(见图2)，以至于频繁停窑进行处理，熟料产质量均较差，熟料平均产量2650t/d，烧成标准煤耗112.5kg/t.cl，同时叠加C₁出口温度偏高，高达330℃，阻力偏大，C₁出口负压高达650OPa。我公司针对YD公司运行情况以及诉求，进行相应调研、分析，采取相应的技术改造和工艺控制措施以解决YD公司存在的问题。

图2 窑内结圈以及窑尾漏料情况

01 原因分析

(1)对劣质煤的特性认识不足，劣质煤本身燃烧特性与正常优质煤有很大区别，劣质煤灰分高，挥发分低，热值低(见表1)等，制约着煤粉的燃烧，同时劣质煤燃烧速度慢，煤粉后燃，起燃温度较高等不利于煅烧的因素较多。

(2)熟料三率值控制不合理，硅率偏低，液相偏高，高达28%(见表2)，导致入窑物料过黏，在窑内长厚窑皮，结圈。

(3)现有窑头燃烧器与使用劣质煤质不相适应，现有燃烧器进风口端是四通道，燃烧器端面出口端，内风与外风合并由一个通道出去，与三通道燃烧器端面类似(见图3)；推力偏低，外风风压偏低，内风旋流角度偏小，见表3。

图3 燃烧器端面对比

(4)分解炉+鹅颈管容积偏小，530m³(分解炉)+290m³(鹅颈管)=820m³，炉容容积偏小，煤粉、物料停留时间偏低，经倒推计算约4.5s，劣质煤煤粉燃烧速度偏慢，不利于劣质煤的燃烧，现有炉型与劣质煤不相适应。

(5)篦冷机冷却做功效果较差，YD公司篦冷机是第三代篦冷机，二次风温1050℃居多，二次风温偏低，不利于劣质煤的燃烧，导致窑头燃烧器黑火头偏长；出篦冷机熟料温度可达180℃

(6)其他生产运行情况

①C₁出口温度偏高，高达330℃。

②C₁出口负压偏高，高达6500Pa。

02 技术改造和工艺控制措施

(1)增加分解炉+鹅颈管等容积，延长劣质煤粉在炉内的停留时间，改善劣质煤燃烧环境。拆除现有分解炉，分解炉直径由5.2m改为5.8m，底部出空间作低氮燃烧还原区用。拟拆除现有鹅颈管，鹅颈管直径由3.7m改为4.5m，技改后，分解炉(650m³)+鹅颈管(960m³)的有效容积达到1610m³，比改造之前分解炉(530m³)+鹅颈管(290m³)=820m³增加790m³，增加近一倍。当熟料产量3400t/d时，分解炉+鹅颈管内气体停留时间约为7.5s，较改造前4.5s增加3.0s。对劣质煤粉燃烧、CaCO₃分解、气固换热等将有明显的改善作用。

(2)更换窑头燃烧器，使用大推力、大旋流燃烧器参数见表3，图3。

(3)第三代篦冷机更换为第四代步进式冷却机。整体拆除原有篦冷机，采用合肥院第四代步进式冷却机(见图4)，破碎机采用中置辊破，加强熟料冷却，篦床面积81.4m²。

图4 第四代步进式冷却机一、二段及中置辊破

(4)调整熟料三率值，将液相量降至25%。根据窑运行情况以及窑筒体窑皮情况，熟料三率值控制偏易烧，液相大量提前出现，提高熟料硅率，降低铝氧率，适当降低熟料的液相量，减少窑内结皮可能性。

(5)对预热器进行降阻改造。

①调整C₂～C₅各级旋风筒进口型式，调整气流进入方式，降低系统阻力，见图5。

②对C₄、C₅进行扩径，现有C₄、C₅上升管直径设计偏小.气流风速过快，停留时间短，拟对C₄、C₅上升管进行扩大改造。

(6)合理布置分解炉底部风煤料的匹配。针对YD公司劣质煤的情况，为保证劣质煤粉燃烧的充分，布置原则：劣质煤接近三次风，利于劣质煤的快速燃烧，避免后燃；三次风管从分解炉锥部切入分解炉；煤管布置三路，三次风管上部布置一根，以此为基准，逆时针40°、130°布置第二、三根煤管；C₄来料在三根煤管对侧，偏上，及时与接触高温的三次风后燃烧的劣质煤，避免局部高温导致结皮，见图6。

图6 分解炉底部风煤料的布置情况

(7)其他配套设备情况

①回转窑规格为4.0m×60m，斜度为4%，设计转速0.41～4.07r/min。本次改造使最高转速达到4.6r/min，以便满足熟料产量提至3400t/d需要。

②高温风机风量为54800m³/h，压头7000Pa，满足3400t/d熟料产量需要。

03 改造效果

YD公司通过技术改造以及生产调试之后，生产趋于正常，在劣质煤没有改善情况下，回转窑再没发生结圈、窑尾漏料现象，熟料产质量均有较大提升，熟料日产量稳定在3400t/d，C₁出口温度有较大幅度下降，见表4，实现了在烧劣质煤情况下，窑系统的高效、优质、高产。

表4 技改前后窑系统运行参数以及技术指标对比

04 结束语

通过YD公司煅烧劣质煤的技术改造，单独使用劣质煤煅烧水泥熟料是切实可行的。针对劣质煤挥发分低、灰分大、热值低、燃烧速度慢等特性，针对性地设计窑头燃烧器，通过窑尾分解炉风煤料的合理匹配，精心设计和优化工艺控制，不仅可以降低劣质煤对回转窑煅烧的影响，而且能扬长避短，发挥实现水泥工厂的节能、降耗、优质、高产、增效，增加水泥企业在市场中的竞争力。

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作者：李慧琴，焦国徽
单位：博爱金隅水泥有限公司，合肥水泥研究设计院有限公司