CN103496863B - 一种富氧强化褐煤煅烧水泥熟料的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一用利用富氧强化褐煤燃烧性能，从而煅烧出优质水泥熟料的生产方法。燃烧器采用四风道，四风道燃烧器中的煤风、旋流风、轴流风作为一次风，一次风采用空气，风量设计为总风量的8%；中心风采用空气，中心风占总风量的1%以下；二、三次风均采用富氧气体，富氧气体的氧气浓度为25%-90%，二次风进入窑头时窑头温度控制在980℃-1020℃之间。本发明利用富氧强化褐煤燃烧性能应用于水泥熟料煅烧，突破了目前水泥熟料生产中不能单独使用褐煤作为燃料的局限性，具有显著的经济效益和环境效益。

Description

一种富氧强化褐煤煅烧水泥熟料的生产方法

技术领域

本发明涉及一种水泥熟料的生产方法，特别涉及一种应用富氧燃烧技术单独利用褐煤煅烧水泥熟料的生产方法。

技术背景

褐煤是一种易燃的化石燃料，全世界褐煤地质储量约为4万亿t，约占全球煤炭储量的40％。据第三次全国煤炭资源调查，我国煤炭资源总量为5.57万亿t，保有储量10032.6亿t，已探明的褐煤保有储量1311.42亿t，约占煤炭保有储量的13％，我国内蒙古东北部地区褐煤的保有储量约占全国75%。由于褐煤碳化程度浅、水分高、灰分大、发热量低等煤质特性限制了其广泛应用，目前褐煤主要用于发电。面对国内日益紧张的煤炭供应和煤炭价格的不断上涨，许多企业试图采用价格相对便宜的褐煤来煅烧水泥熟料。有研究人员做过计算，烟煤价格若为860元/t、褐煤为480元/t,若全部以褐煤代替烟煤来煅烧水泥熟料，每吨熟料煤耗可节省38.2元，对于每天熟料产量为1500t的企业，则每天可降低成本57300元，每月则可节约171万元左右的燃料费，经济效益可观，企业竞争优势十分明显。但由于烟煤燃点、发热量符合煅烧水泥熟料的要求，而褐煤存在发热量低达不到煅烧水泥熟料的要求，燃点低还会引起煤磨时自燃，水分高导致煤粉燃烧滞后、烧成带温度偏低等问题，所以我国现阶段绝大部分水泥厂采用烟煤作为燃料，个别厂家正在尝试使用混煤作为燃料，单纯采用褐煤作为燃料的工程未见报道。

富氧燃烧是指燃料在富氧气氛下充分燃烧，加快燃烧速率、迅速提高热辐射从而增进燃烧效率的一项技术。富氧燃烧技术，对于国内能源日益减少的局面，高效利用富氧燃烧技术对于优化劣质燃料利用价值、减少燃料消耗有着重要意义。

专利CN101407381A中李波文、张自意、李明等人介绍了一种提高水泥窑熟料煅烧温度的富氧燃烧工艺方法及其装置。该专利将供氧装置设置在水泥窑煤粉燃烧火焰处以及水泥窑各个燃烧区域处。专利CN1559953A中高玉宗介绍了一种富氧水泥熟料煅烧工艺。该专利发明在热工反应设备中通入燃料及富氧气体。专利CN101759382A中刘埃林、刘鹏飞、王凌龙等人介绍了一种利用褐煤煅烧水泥熟料的生产方法，主要发明了利用褐煤和烟煤混煤搭配技术进行煅烧水泥熟料的生产工艺。

通过以上专利与本专利的对比总结发现：

1）专利CN101407381A和专利CN1559953A中介绍的富氧应用方式不够详细，本专利将富氧应用于二次风和三次风，富氧应用方式更加明确，而且通过强化褐煤燃烧性能，单独应用于水泥熟料煅烧。

2）专利CN101759382A中介绍的是利用混煤技术来煅烧水泥熟料，燃烧气氛是常规工艺的空气。而本专利介绍的是利用富氧技术强化褐煤燃烧性能进行水泥熟料的煅烧工艺，即单纯利用褐煤进行煅烧水泥熟料。

发明内容

为了解决褐煤燃点低、水分高、挥发分高、灰分高等性能缺陷所导致的燃烧不充分、火焰温度低和污染物排放浓度高等问题，使其燃点、发热量达到符合煅烧水泥熟料的要求，本发明提出了利用富氧条件在单位时间内加快煤粉燃烧速率、强化褐煤的燃烧性能从而使得褐煤的单位时间发热量达到煅烧水泥熟料工艺要求，将富氧燃烧技术应用于褐煤燃烧中，突破了传统水泥熟料生产中不能单独使用褐煤作为燃料的、无法充分利用劣质煤的局限性。

本发明单独以褐煤为燃料应用在煅烧水泥熟料工艺中，利用富氧条件可以强化褐煤燃烧性能，从而煅烧出优质水泥熟料，具体而言，本发明采用了以下步骤来实现富氧强化褐煤煅烧水泥熟料：

(1)对原煤依次进行破碎、热风烘干、煤磨、热风烘干，磨成细度为80μm以下的煤粉，200目方孔筛筛余率在10%以下，水分含量控制在10%—15%之间；

(2）将步骤1中磨好的煤粉送入煤粉仓，通过罗茨风机将煤粉分别送进回转窑和分解炉内燃烧；

(3)将工业纯氧和空气在混气室内均匀混合得到富氧气体，富氧气体中氧气浓度为25%—90%，所述富氧气体通过鼓风机进入篦冷机内换热，换热后的富氧气体分别作为二次风和三次风进入回转窑和分解炉中；

(4)采用四风道燃烧器作为喷燃设备，四风道由内向外鼓吹的风依次为中心风、旋流风、煤风和轴流风。将其中的煤风、旋流风、轴流风定义为一次风，一次风采用空气，风量设计为总风量的8%；中心风采用空气，中心风量不超过总风量的1%；二、三次风均采用富氧气体，二次风进入窑头时窑头温度控制在980℃—1020℃之间；

(5)水泥生料配好后依次通过五级旋风筒、分解炉进行预热和部分分解，再从回转窑窑尾进入，分解炉内燃烧火焰温度达到900℃；

(6)水泥生料在回转窑内完成分解并达到烧成目的，回转窑内烧成带最低温度达到1450℃—1530℃；

(7)烧成的料粉从回转窑窑头进入篦冷机后冷却、破碎成优质水泥熟料。

其中，采用本发明的方法时，步骤1中的原煤全部为褐煤，即单纯使用褐煤作为燃料。

其中，优选的是，富氧气体中氧气浓度在25%—90%之间。

本发明中采用富氧强化褐煤煅烧水泥熟料的优势主要体现为：

一、二次风占总风量的90%左右，二次风能够产生强烈的扰动作用，用富氧气体做二次风，可使燃料燃烧速率迅速增大，单位时间发热量也会随之增加，火焰温度得以提高，同时用富氧气体做二次风还能够降低系统热耗；

二、三次风采用富氧气体可使得分解炉内燃料燃烧速率迅速增大，单位时间发热量也会随之增加，火焰温度得以提高；

三、在煅烧水泥熟料过程中，回转窑内火焰向物料传热的主要方式是辐射传热。由于在富氧燃烧条件下，助燃气体中氧气含量上升，氮气含量下降，从而使得烟气排放量下降，烟气所带走的热量必然减少，由此物料获得了更多的热量，并且氮气的辐射传热能力很低，而二氧化碳和水蒸气都具有良好的辐射传热性能，所以传热效率可以大幅提高。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

为了验证褐煤燃烧特性在富氧条件下得以明显改善，本发明选用具有代表性的四种褐煤和两种烟煤做为样本，首先进行发热量实验，结果表明褐煤发热量均低于烟煤。再通过热重实验检测不同氧浓度下煤样的燃烧特性，以氧气和氮气做为助燃气体，氧气含量分别为21%、30%、40%、50%、60%，从实验结果可知随着氧气含量的增加，煤样燃烧速率加快，燃烧稳定性增强，着火点降低，燃烧反应集中到较短时间内进行。将发热量实验和热重实验的数据综合，可以看出来：富氧气氛可以加快褐煤在单位时间内热量的释放，即增加了褐煤的单位时间发热量；当助燃气体中氧气含量达到30%及以上时，褐煤单位时间发热量高于烟煤空气燃烧时的单位时间发热量。这就说明在富氧条件下褐煤燃烧可以符合煅烧水泥熟料的要求，能够代替烟煤煅烧出优质水泥熟料。单位时间发热量数据见表1。

表1多个地区褐煤、烟煤在不同氧浓度助燃气氛下燃烧时的单位时间发热量

实施例1

1.首先对原煤进行破碎、热风烘干、煤磨、热风烘干，制成细度为80μm以下的煤粉，200目方孔筛筛余率在10%以下，水分含量控制在10%—15%之间；

2.将步骤1中磨好的煤粉送入煤粉仓，通过罗茨风机将煤粉分别送进回转窑和分解炉内燃烧；

3.将工业纯氧和空气在混气室内均匀混合得到富氧气体，富氧气体中氧气浓度达到36%。富氧气体通过鼓风机进入篦冷机内换热，换热后的富氧气体分别作为二次风和三次风进入回转窑和分解炉中；

4.本发明应用四风道燃烧器作为喷燃设备。四风道由内向外鼓吹的风依次为中心风、旋流风、煤风和轴流风。将其中的煤风、旋流风、轴流风定义为一次风，一次风采用空气，风量设计为总风量的8%；中心风采用空气，中心风量不超过总风量的1%；二、三次风均采用富氧气体，二次风进入窑头时窑头温度控制在980℃—1020℃之间；富氧气体氧含量为35.1%，即回转窑内工艺设计总氧气量（一次风和二次风之和）为34%

5.生料配好后依次通过五级旋风筒、分解炉进行预热和部分分解，再从回转窑窑尾进入。分解炉内燃烧火焰温度达到900℃；

6.生料在回转窑内完成分解并达到烧成目的。回转窑内烧成带最低温度达到1450℃—1530℃；

7.烧成的料粉从回转窑窑头进入篦冷机后冷却、破碎成优质水泥熟料。

实施例2

1.首先对原煤进行破碎、热风烘干、煤磨、热风烘干，制成细度为80μm以下的煤粉，200目方孔筛筛余率在10%以下，水分含量控制在10%—15%之间；

2.将步骤1中磨好的煤粉送入煤粉仓，通过罗茨风机将煤粉分别送进回转窑和分解炉内燃烧；

3.将工业纯氧和空气在混气室内均匀混合得到富氧气体，富氧气体中氧气浓度达到40%。富氧气体通过鼓风机进入篦冷机内换热，换热后的富氧气体分别作为二次风和三次风进入回转窑和分解炉中；

4.本发明应用四风道燃烧器作为喷燃设备。四风道由内向外鼓吹的风依次为中心风、旋流风、煤风和轴流风。将其中的煤风、旋流风、轴流风定义为一次风，一次风采用空气，风量设计为总风量的8%；中心风采用空气，中心风量不超过总风量的1%；二、三次风均采用富氧气体，二次风进入窑头时窑头温度控制在980℃—1020℃之间；富氧气体氧含量为37.2%，回转窑内工艺设计总氧气量（一次风和二次风之和）为36%；

5.生料配好后依次通过五级旋风筒、分解炉进行预热和部分分解，再从回转窑窑尾进入。分解炉内燃烧火焰温度达到900℃；

6.生料在回转窑内完成分解并达到烧成目的。回转窑内烧成带最低温度达到1450℃—1530℃；

7.烧成的料粉从回转窑窑头进入篦冷机后冷却、破碎成优质水泥熟料。

实施例3

1.首先对原煤进行破碎、热风烘干、煤磨、热风烘干，制成细度为80μm以下的煤粉，200目方孔筛筛余率在10%以下，水分含量控制在10%—15%之间；

2.将步骤1中磨好的煤粉送入煤粉仓，通过罗茨风机将煤粉分别送进回转窑和分解炉内燃烧；

3.将工业纯氧和空气在混气室内均匀混合得到富氧气体，富氧气体中氧气浓度达到50%。富氧气体通过鼓风机进入篦冷机内换热，换热后的富氧气体分别作为二次风和三次风进入回转窑和分解炉中；

4.本发明应用四风道燃烧器作为喷燃设备。四风道由内向外鼓吹的风依次为中心风、旋流风、煤风和轴流风。将其中的煤风、旋流风、轴流风定义为一次风，一次风采用空气，风量设计为总风量的8%；中心风采用空气，中心风量不超过总风量的1%；二、三次风均采用富氧气体，二次风进入窑头时窑头温度控制在980℃—1020℃之间；富氧气体氧含量为39.4%，回转窑内工艺设计总氧气量（一次风和二次风之和）为38%；

5.生料配好后依次通过五级旋风筒、分解炉进行预热和部分分解，再从回转窑窑尾进入。分解炉内燃烧火焰温度达到900℃；

6.生料在回转窑内完成分解并达到烧成目的。回转窑内烧成带最低温度达到1450℃—1530℃；

7.烧成的料粉从回转窑窑头进入篦冷机后冷却、破碎成优质水泥熟料。

实施例4

1.首先对原煤进行破碎、热风烘干、煤磨、热风烘干，制成细度为80μm以下的煤粉，200目方孔筛筛余率在10%以下，水分含量控制在10%—15%之间；

2.将步骤1中磨好的煤粉送入煤粉仓，通过罗茨风机将煤粉分别送进回转窑和分解炉内燃烧；

3.将工业纯氧和空气在混气室内均匀混合得到富氧气体，富氧气体中氧气浓度达到60%。富氧气体通过鼓风机进入篦冷机内换热，换热后的富氧气体分别作为二次风和三次风进入回转窑和分解炉中；

4.本发明应用四风道燃烧器作为喷燃设备。四风道由内向外鼓吹的风依次为中心风、旋流风、煤风和轴流风。将其中的煤风、旋流风、轴流风定义为一次风，一次风采用空气，风量设计为总风量的8%；中心风采用空气，中心风量不超过总风量的1%；二、三次风均采用富氧气体，二次风进入窑头时窑头温度控制在980℃—1020℃之间；富氧气体氧含量为41.6%，回转窑内工艺设计总氧气量（一次风和二次风之和）为40%；

5.生料配好后依次通过五级旋风筒、分解炉进行预热和部分分解，再从回转窑窑尾进入。分解炉内燃烧火焰温度达到900℃；

6.生料在回转窑内完成分解并达到烧成目的。回转窑内烧成带最低温度达到1450℃—1530℃；

7.烧成的料粉从回转窑窑头进入篦冷机后冷却、破碎成优质水泥熟料。

本发明具体技术方案不限于以上例举的实施例，还可根据生产现场原煤和生料品质调整工艺。

Claims (3)

1.一种富氧强化褐煤煅烧水泥熟料的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对原煤依次进行破碎、热风烘干、煤磨、热风烘干，制得细度为80μm以下的煤粉，200目方孔筛筛余率质量分数在10％以下，水分质量分数控制在10％—15％之间；

(2)将步骤1中磨好的煤粉送入煤粉仓，通过罗茨风机将煤粉分别送进回转窑和分解炉内燃烧；

(3)采用深冷空分法制得纯氧；将工业纯氧和空气在混气室内均匀混合得到富氧气体，富氧气体主要由氧气和氮气组成，其中氧气体积浓度为25％—90％，所述富氧气体通过鼓风机进入篦冷机内换热，换热后的富氧气体分别作为二次风和三次风进入回转窑和分解炉中；

(4)燃烧器采用四风道，四风道由内向外鼓吹的风依次为中心风、旋流风、煤风和轴流风；将其中的煤风、旋流风、轴流风定义为一次风，一次风采用空气，风量设计为总风量体积分数的8％，中心风采用空气，中心风量不超过总风量的1％；二、三次风均采用富氧气体，二次风进入窑头时窑头温度控制在980℃—1020℃之间；

(5)水泥生料配好后依次通过五级旋风筒、分解炉进行预热和分解，再从回转窑窑尾进入窑内，分解炉内燃烧火焰温度达到900℃；

(6)水泥生料在回转窑内完成分解并烧成，回转窑内烧成带最低温度达到1450℃—1530℃；

(7)烧成的料粉从回转窑窑头进入篦冷机后冷却、破碎成优质水泥熟料。

2.根据权利要求1中所述的富氧强化褐煤煅烧水泥熟料的生产方法，其特征在于，其原煤全部为褐煤。

3.根据权利要求1中所述的富氧强化褐煤煅烧水泥熟料的生产方法，其特征在于，二次风、三次风均采用富氧气体，富氧气体中氧气浓度在25％—90％之间。