泥说 | 混煤对NSP窑烧成能耗的影响

柒国联军 2021-09-16

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双碳目标背景下，水泥行业如何减少能耗和合理、因地制宜的利用能源，是一个迫在眉睫的问题；其中，低品位燃料的高效使用是当前解决这一难题的途径之一。虽然低品位燃料虽然目前尚无严格的定义，但是通常情况下，低品位燃料大都具有低挥发分、低发热量、高水分、高灰分或高硫分等明显特点（说人话就是：不符合水泥烧成用煤的检测要求）；这些燃料在着火、稳燃、燃尽方面存在一系列技术上的难题，通常被认为是不宜采用的。今天我们暂不讨论低品位煤炭的应用，谈谈水泥企业目前应用比例较高的混煤。

混煤燃烧在我国一定比例的水泥企业被广泛使用。很多水泥企业所使用的煤从配煤场采购，各种指标均都满足检测指标要求；虽然热值、灰分及挥发份等指标均相对稳定，但是燃烧特性波动很大、烧成煤耗高，窑工况不稳定并同时造成熟料质量波动打，给生产部门造成很大被动和困惑。

（一）先说说混煤的定义：

混煤(Mixed Coal),一般粒度0mm到50mm;是人为将若干种不同种类、不同性质的煤（或者是其它燃料种类）按照一定比例掺配加工而成的混合煤质燃料。它虽然具有其组分煤的某些特征，但其综合性能已有所改变，实际上是人为加工而成的一种新的“煤种”。(区别于原煤，Raw Coal)

（二）混煤符合水泥烧成用煤的检测要求，但是不一定符合熟料烧成工艺要求：

一种煤是否适合熟料烧成与它的可燃性有很大关系。通常影响原煤可燃性的技术指标：水分（M）、灰分（A）、挥发分（V）、固定碳（FC）、发热量(Q)、全硫（St）、胶质层最大厚度(Y)、粘结指数(G)、煤灰熔融性温度 (灰溶点)、哈氏可磨指数(HGI)、吾氏流动度(ddpm)、烟煤奥亚膨胀度(B)、焦渣特征(CRC)、干燥无灰基氢含量(H)、氧指数(OI)、着火点、燃烧速度等多项。

水泥企业日常进厂煤控制技术指标：一般只有水分、灰分、挥发份、固定碳、发热量、全硫St这几项。也就是说，有一半以上的与煤炭燃烧有关的技术指标处于失控状态。对某一种煤来讲，即使日常控制的各项技术指标都符合检测要求，它也不一定燃烧特性就好（或者换句话说，这种煤即使满足企业检测要求，也不一定符合熟料烧成要求：这是热力学和动力学两个层面的问题）。

不同煤炭种类的水分差异较大：煤的水分有内水和外水之分，内水是由植物变成煤时所含的水分，外水是在开采运输等过程中附在煤表面和裂隙中的水分。一般来讲，煤的变质程度越大内水就越低，褐煤、长焰煤的内水普遍较高，贫煤、无烟煤的内水一般较低。就现有的煤粉制备工艺来讲，内水是很难被烘干出来。水分的存在对煤粉的燃烧是极其不利的，它不仅浪费了大量的运输资源，而且当煤作为燃料时，煤中的水分会成为蒸汽，在蒸发时还要消耗热量。理论上，对6000kcal/kg的原煤，环境温度为25℃时，煤的水分每增加1 % ，发热量降低约80kcal/kg；实际上，水分的增加势必影响到煤粉的着火点和燃烧速度，影响到火力的集中度，其综合影响力约在100~150kcal/kg左右，这与经验中的感觉相符。

（三）混煤对熟料烧成工况及能耗的影响

煤的使用上，最忌讳可燃性相差大的煤炭配用；在NSP窑系统中，混煤对分解炉运行的影响相对较小，但是对回转窑内熟料烧成影响尤其明显（实际上，由于回转窑作为NSP窑系统的主反应器，由于窑内化学反应过程特性及需求特性：随熟料矿物不同阶段需要，窑既分阶段满足不同矿物形成对热量、反应温度要求，又需要满足反应时间要求）。这一点国内外专家已有很多试验和论文，结论一致。RHI Magnesita在替代燃料试验中发现，燃烧特性差别大的燃料混合使用，窑内会出现多段窑皮，也就是说，窑内出现几个烧成带，这虽是个极端的例子，但也证明多种煤炭混合使用的副作用。下图是混合煤与不同煤炭种类的TG曲线对比，也证实上述结论。

图1 混合煤与不同煤炭种类的TG曲线对比

实践表明，对于燃烧特性差别大的多种煤，无论如何在粉磨、均化工艺过程中强化混合，其燃烧特性还是各行其是、无法均一的。另外一个问题，或者也是可能的解释是：煤炭易磨性关联粉磨细度，进而与煤粉可燃性有着很强的相关性。可燃性好的煤一般都好磨，“先混后磨”工艺把需要放粗的煤给磨细了，可燃性更好；可燃性差的煤一般都难磨，“先混后磨”工艺却把需要磨细的煤给磨粗了，可燃性更差。