褐煤在非洲某厂熟料煅烧中的应用实践

褐煤在非洲某厂熟料煅烧中的应用实践

宋阳[中国中材国际工程股份有限公司（南京）

来源：《水泥工程》

0前言

褐煤又称柴煤，是煤化程度最低，生成时间较短的矿产煤。其特点是高水分、高挥发分、灰分范围宽、发热量低；褐煤还具有密度低、孔隙大、易磨性相对较差、易风化和氧化、易自燃难储存、着火点低，

由于煤粉水分过大导致燃烧相对滞后等特点[1,2]。

在国内新型干法水泥生产技术发展前中期，由于褐煤低热值、高挥发分、高水分的特性，其原本并不适用于水泥窑煅烧熟料。国内偶有工厂使用褐煤进行熟料煅烧，也仅仅使用一些主要指标接近烟煤的“老龄褐煤”。如笔者参加工作之初在河北某工厂使用的褐煤，其挥发分为30%~35%、灰分20%~25%、原煤水分10%~15%、烘干后的煤粉水分为4%~5%、发热量为（5000~5500）×4.18 kJ/kg。

随着水泥技术的发展以及国内外水泥企业对能源消耗、成本控制等要求不断提升，另外受制于输送条件与成本，越来越多水泥企业开始使用劣质褐煤。尤其随着国外水泥厂出现天然气供应困难，进口煤供应量下降，价格大幅度上涨的背景下。尼日利亚、埃塞俄比亚、缅甸等国家对褐煤使用增多。业内对使用褐煤煅烧水泥熟料的研究也越来越深入。

非洲某线是由中材国际总承包的6000t/d生产线，烧成系统为六级双系列旋风预热器、管道式在线分解炉、Ф5.2 m×74 m回转窑，IKN第三代控制流篦式冷却机。烧成系统原设计主要燃料为天然气，也考虑采用南非煤，并设置了相应规模的煤磨。近年来天然气量不足，且南非煤价格飙升，运输问题较多，不能保证供应，故业主方将烧成用煤定为当地的褐煤。笔者在该线调试保产近3年，以下对褐煤使用中存在的安全问题、使用要点及煅烧褐煤时对回转窑、预热器产生的影响进行总结，供同行参考。

1褐煤的特性和熟料的化学成分

褐煤的指标见表1，采用褐煤时，熟料的化学分析、率值和物理参数见表2。

2生产中出现的安全问题、处置方法、注意事项

2.1安全存放

褐煤在堆场堆放的过程中由于其高水分和高挥发分的特性非常容易自燃。最短堆放7~10天就可能出现自燃现象。一旦出现自燃会快速蔓延，自燃点越来越多，存在较大安全隐患。处置措施：

（1）遵循先堆先用，用旧堆新的原则，避免煤堆存放超过一周时间。

（2）控制煤堆高度低于6 m，降低煤堆内蓄热，延长煤堆自燃周期。

（3）严控取料机下限位，料堆底部剩余高度严控低于1m以内。严禁底部煤尚未取完，再次堆料。

（4）停窑前期需考虑煤堆场储量，提前制定停窑计划，争取停窑前尽可能少的原煤留在堆场中。

（5）如遇自燃冒烟现象，可以安排专人对取料点进行监管。未发现明火不需要特殊处置，发现明火用消防水管消除明火即可正常取煤并尽快消耗掉自燃的原煤。大的冒烟点可以将水管插入冒烟点的内部少量流水渗入灭火，禁止大水漫灌。大水漫灌后不止容易造成塌堆现象，煤随着水四处流散，存在安全隐患，且水分过高反而更容易增加自燃的风险。

2.2大布袋收尘器和煤粉仓上单体收尘器堵塞

由于褐煤的煤粉水分极高，日常生产中煤粉水分为8%~11%（多为内水，在煤磨内不可能完成烘干），因此煤磨大布袋收尘器和煤粉仓上的单体收尘容易因为结露和板结等原因发生堵塞。一旦堵塞短时间内未发现，将在几个小时内发生堆积自燃现象，烧毁收尘布袋。特别是单体收尘上的监控设施不足，更易发生危险。处置措施：

（1）加强布袋收尘器的壳体外保温，尽可能减少结露现象发生。

（2）加强收尘器壳体的密封和防雨棚，杜绝漏风现象的发生，防止雨水灌入收尘器。

（3）增加料位开关、小收尘器灰斗压力表、小收尘灰斗温度开关、压差开关等监控仪表，以便在中控能够第一时间发现单体收尘存在问题。

（4）加强岗位巡检，并在灰斗处安装一根倾斜的负压管并用丝堵堵死。岗位工可以通过日常巡检中检查回转下料器的温度、利用加装的管道手动检查灰斗负压。如果温度正常没有异常高温或低温，负压正常，那么收尘器运转情况正常。反之需要立即停止收尘风机，打开收尘灰斗检查门进行检查。

（5）如果发现小收尘冒黑烟（煤粉）、煤粉仓气体分析仪参数异常、灰斗温度异常等任意一种情况，可能已经出现了着火。此时严禁打开收尘顶盖检查,应当切断所有空气进出口，喷洒二氧化碳，并将日常准备的生料粉、空压器管、灭火器放置到着火收尘器附近。待温度和CO有效控制并下降后，小幅度打开灰斗门进行观察，开门过程中需要小心煤粉可能已经高于门框且带有一定明火火星。发现明火火星后禁止使用水进行灭火，防止着火的煤粉随着水流四处流窜发生二次事故。应当使用大量生料粉或灭火器对明火火星进行扑灭，并将生料粉灌入灰斗。待明火火星熄灭后，逐步缓慢的将收尘内部的煤粉从灰斗排出，如再次发现明火火星重复上述步骤。此处需要注意煤粉外排的过程中，不能使煤粉大量聚集在收尘平台，必须一边排出一边清理。通过上述步骤反复进行，直至收尘灰斗内的煤粉全部排出后，立即关闭灰斗观察门，对整个收尘器各个密封节点用黄泥进行再次密封，然后再次喷入二氧化碳，保持各通风管道处于完全关闭状态。保持一段时间后，收尘器温度会自然下降至环境温度。之后进行布收尘器内部检查并布袋更换。在收尘器温度下降至正常之前严禁开顶盖门检查布袋，防止复燃。处理结束后必须确保地面清理干净无积煤。

2.3使用褐煤生产时平衡剧烈波动和安全操作

由于褐煤的高挥发分、高水分、灰分和热值的高波动性的特性，因此在使用褐煤的过程中需要注意一些平衡波动和安全操作的注意事项。

（1）在使用褐煤过程中需至少分4个及以上的煤堆和2个及以上的原煤仓，并使用侧式刮板取料机。需确保其中两个煤堆始终存放的品质较好的原煤。根据经验需存放低位热值大于4 300×4.18 kJ/kg，灰分小于15%。另外两堆好坏煤混合堆放，这部分原煤通常灰分大于18%，热值（3000~4000）×4.18 kJ/kg。在使用中，两个原煤仓分别进两种不同的煤，并按照好坏煤比例1∶9进行搭配。如果出现煤质突然变差，入窑生料与熟料的LSF差值突然变大，逐步提高好煤的比例降低差煤的比例，以此来平衡生料与熟料的LSF差值确保窑况和熟料质量。如果极端情况下不能掺差煤。例如：某次由于煤矿表层土未剥离干净，原煤热值从4000×4.18 kJ/kg骤降到2 100×4.18 kJ/kg，灰分从16%上升至60%，生熟料LSF从正常的5~6的差值，骤然上升到30的差值。碰到此类极端情况，存有优质煤堆和调用一部分天然气，可以确保顺利度过该煤质剧烈波动期，并将熟料质量波动和窑况波动降低到最小。

（2）使用褐煤时，由于褐煤内水很高，而内水不可能在短时间内靠煤磨温度烘干剥离。因此不必过分追求煤粉水分，需严格控制煤磨出磨温度。以该现场为例，煤粉水分通常控制在8%~11%。在大布袋出口氧含量低于12%的情况下（窑尾取风），出磨温度常规控制63℃以内，最高不大于65℃。同时需要注意，通常褐煤燃点为270℃以内，为安全考虑，在生产中入磨温度最大控制200℃以内。如果入磨温度达到200℃,出磨温度仍偏低，需要放弃水分控制，或采用换堆，改变喂煤比例的方式进行水分控制。由于煤粉水分过高，需严格控制煤粉仓位不能太高，否则很容易导致下煤不畅或下料管结皮堵塞，下煤量降低。新仓可按照一半仓位控制，待仓壁经过一段时间磨擦光滑后，可按照2/3仓位进行控制。2.4其他需要重点注意的安全事项

由于褐煤的易燃特性，其设备的各项安全保护装置需要更加严密合理，以及一些独特的保护装置需要加以应用。主要要点如下：

（1）煤粉螺旋输送机需要增加防爆泄压装置。目前使用的煤粉螺旋输送机基本为全密封状态，而褐煤本身具有易燃和高水分易堆积堵塞的特点。一旦螺旋输送机内部出现着火的情况非常难以发现并容易引发爆炸事故。类似案例已经在多家水泥厂发生过。因此使用褐煤的过程中可以为螺旋输送机上顶盖增加防爆泄压阀和保护罩，在不增加成本的同时大幅度降低螺旋输送机爆炸风险。

（2）系统内死角和水平区域消除需重点关注。通常煤粉制备和输送系统死角须严格禁止，而进行褐煤粉磨的过程中要求更为严格。例如：螺旋输送机两端必须加装反向清扫叶片，如果没有该叶片，则必须将两端突出的死角用生料粉填满；螺旋输送机下面的闸板阀距离铰刀壳体下部距离要尽可能小，防止阀门关闭后时间偏长导致内部积煤过多自燃；煤磨入口热风管位置的水平管道需加装排灰斗定期排放管道内可能堆积原煤，并按周期严格检查煤磨排渣情况，严禁过多排渣滞留在煤磨排渣灰斗内。

（3）褐煤着火通常很难通过二氧化碳灭火系统一次灭掉，很可能出现复燃。因此如果计划长期使用褐煤，应当配置二氧化碳在线制备充气系统，以及该系统可随时开停二氧化碳注入灭火。常用的一次性二氧化碳气罐组，不能很好的满足褐煤的需要并且成本非常高昂。

2.5褐煤煅烧对窑系统和熟料质量的影响

（1）对耐火砖的影响。窑头使用褐煤或者褐煤加天然气进行熟料煅烧时，由于褐煤煤粉内水含量高，且为了安全考虑，煤粉细度控制偏粗，抵消了高挥发分带来的火焰快速燃烧的效果，因此窑内窑皮主要分布在窑口5~22m的位置，该情况就造成了窑内下过渡带偏长，该区域没有窑皮但是熟料已经烧结，因此磨损较快。后来将该区域的镁铝尖晶石砖更换为镁铁尖晶石砖，增加该区域挂窑皮的可能性，该区域的耐火砖使用时间从9个月上升至12个月。超过了该区域耐火砖6个月的质保寿命。降低了停窑修补该区域耐火砖频率，有效提高了设备运转率。

（2）由于褐煤的峰值温度较低，容易造成烧成带温度略显不足，飞砂料偏大的情况。因此低热值褐煤低的使用难点主要来自窑头，通过参数和配料调整，可以将飞砂料有效控制在要求范围内，熟料立升重可以稳定在1300±50g/L左右。

（3）热值不足对熟料产量和质量的影响。通过多次实验证明，在生料条件相对较好时，如果篦冷机运行状态良好、回转窑采用中大推力燃烧器，煤粉低位热值大于3 800×4.18 kJ/kg时，单独使用褐煤，可以满足窑系统达产运行和游离钙控制。热值进一步降低，窑尾由于煤粉秤量程的限制需要增加天然气等其他燃料来源，而窑内用煤也需要天然气进行热量补偿。煤热值保持在（4 000~4 500）×4.18 kJ/kg时，对窑系统产质量影响有限，窑系统可以达到设计产量的运行并且保证熟料质量合格稳定，年综合合格率达到98%以上。当然，相较优质烟煤来说，褐煤煅烧还是会对熟料产量产生一定的影响。

（4）对熟料强度的影响。该生产基地一共5条6 000 t/d级生产线，对比老生产线纯天然气煅烧，使用褐煤煅烧对熟料强度未发现明显影响。通过配料优化、过程优化、管理优化。褐煤煅烧熟料2d抗压强度（欧洲标准）和28 d抗压强度均明显优于老线。2d强度可以达到26~30MPa，28d强度可以达到58~63MPa，完全满足业主配料需求。

（5）褐煤对熟料热耗的影响。使用褐煤煅烧熟料，系统需要的氧含量较烟煤明显偏大，通常C1出口氧含量需要控制在3%~4%，分解炉出口和烟室需要控制在2%~2.5%左右。无法像优质烟煤一样控制C1氧含量达到1%~2%。一旦氧含量过低就容易导致系统结皮、分解炉温度和C6温度出现倒挂、窑况持续恶化等情况。由于单位废气量增加，而C1出口废气温度的增加，因此使用褐煤比优质烟煤单位热耗较高。该生产线采用6级预热器配置，熟料单位热耗可以稳定在（680~700）×4.18 kJ/kg。

2.6烧成系统操作结果

生产线采用褐煤煅烧时，一般采用窑头全部用褐煤或补充一点天然气，窑尾采用天然气与褐煤混烧。生料投料量约420 t/h，熟料产量约6 000 t/d。

3结语

在该生产线调试初期，出现过两次煤磨系统着火。分别为煤粉螺旋输送机内煤粉堆积自燃，煤粉仓单体收尘积灰着火。通过一系列整改后，连续两年半直至项目结束，煤磨系统再未发生过着火事故。通过提升精细化管理，堆场自燃现象也得到解决。全线运转情况良好，熟料产质量情况优良。只要日常管理得当，设计和设备配型合理，热值大于3 800×4.18 kJ/kg原煤的褐煤具备单独使用煅烧优质熟料的能力。而更差的劣质褐煤搭配部分天然气或优质烟煤混合使用也具备煅烧优质熟料的可能性。

（本文来源网络，若涉及版权问题，请作者来电或来函联系！）