煤粉性能及其燃烧控制对石灰回转窑结圈的影响.pdf

1、文 章 编 号 ：（）煤 粉 性 能 及 其 燃 烧 控 制 对 石 灰 回 转 窑 结 圈 的 影 响陈 铁 军， 彭 志 坚， 罗 敏， 胡 友 明， 朱 科 良（武 汉 科 技 大 学 ， 武 汉；涟 源 钢 铁 公 司 ， 湖 南 涟 源）摘 要 ： 涟 源 钢 铁 公 司 田 湖 铁 矿 石 灰 石 回 转 窑 结 圈 问 题 ， 严 重 影 响 了 回 转 窑 的 运 转 率 、 石 灰 的 质 量 和产 量 。 本 文 通 过 结 圈 物 的 矿 相 鉴 定 ， 从 煤 的 质 量 、 灰 分 性 能 、 煤 粉 的 燃 烧 过 程 及 燃 烧 的 控 制 等 方 面 ， 阐 述

2、了 这 些 因 素 对 回 转 窑 结 圈 的 影 响 ， 并 提 出 了 相 应 改 进 措 施 。关 键 词 ： 石 灰 回 转 窑 ； 结 圈 ； 煤 粉 性 能 ； 燃 烧 控 制中 图 分 类 号 ：；文 献 标 识 码 ：，（，；，）ABSTRACT：，KEY WORDS：；收 稿 日 期 ：作 者 简 介 ： 陈 铁 军 ， 化 资 学 院 讲 师 ， 中 南 大 学 在 读 博 士 生 。引 言涟 源 钢 铁 公 司 田 湖 铁 矿 石 灰 回 转 窑 是 以 煤 粉 为燃 料 ， 由 于 各 方 面 因 素 的 影 响 自 建 成 投 产 以 来 ， 回 转窑 存 在 很 大

3、 程 度 的 结 圈 现 象 ， 严 重 地 影 响 了 回 转 窑的 运 转 率 和 石 灰 的 产 量 、 质 量 ， 同 时 造 成 大 量 原 材 料和 能 源 的 消 耗 。 因 此 ， 找 出 回 转 窑 结 圈 的 原 因 并 提出 相 应 的 解 决 措 施 ， 十 分 重 要 。回 转 窑 内 结 圈 的 原 因 比 较 复 杂 ， 往 往 是 多 种 因素 共 同 作 用 的 结 果 。 事 实 上 ， 回 转 窑 工 艺 是 一 个 低效 和 高 耗 能 的 生 产 工 艺 ， 虽 然 它 可 以 处 理 多 种 原 料 ，但 对 原 料 的 性 能 是 很 敏 感 的

4、。 特 别 是 以 煤 粉 为 燃 料的 回 转 窑 ， 在 选 择 原 料 和 煤 粉 时 ， 需 要 最 严 格 的 检 测和 控 制 措 施 ； 其 中 煤 粉 的 质 量 及 煤 粉 燃 烧 的 控 制 对结 圈 的 产 生 往 往 影 响 很 大 ， 为 此 我 们 针 对 田 湖 铁 矿提 供 的 煤 粉 进 行 了 专 门 的 分 析 研 究 。煤 质 及 其 影 响 分 析为 了 在 固 态 条 件 下 使 石 灰 石 分 解 ， 需 要 产 生 适当 的 温 度 （! ） ， 并 使 回 转 窑 相 当 长 的 一 段长 度 保 持 这 一 温 度 ， 因 此 好 的 热 传

5、 输 条 件 很 重 要 。由 于 回 转 窑 内 固 相 和 气 相 几 乎 完 全 分 离 ， 大 多 数 气体 从 料 层 上 部 的 自 由 空 间 通 过 ， 使 气 相 到 固 相 的 热传 输 成 为 一 个 缓 慢 的 过 程 。 回 转 窑 中的 热 传输 是 通 过 辐 射 ， 特 别 是 在 煤 粉 燃 烧 的 高 温 处 更 显 突出 。 因 此 ， 喷 吹 煤 的 性 能 和 喷 吹 方 式 对 回 转 窑 的 有效 顺 行 十 分 重 要 。第卷 第期年月矿 冶，!“#煤 质 分 析涟 钢 田 湖 铁 矿 回 转 窑 所 采 用 的 喷 吹 煤 粉 来 自 贵州 某

6、 地 ， 煤 的 工 业 分 析 结 果 （） 如 下 （ 下 标表 示空 气 干 燥 基 ，表 示 干 燥 无 灰 基 ；、分 别 表 示水 分 和 挥 发 分 ） ：其 发 热 值 为（） 。 一般 回 转 窑 对 煤 的 质 量 要 求 是 干 燥 基 灰 分!， 严 格 的 要 求 在以 下 ， 干 燥 基 挥 发 分! ， 固 定 碳越 高 越 好 ， 全 硫越 低 越好 。 田 湖 铁 矿 所 使 用 煤 粉 ， 挥 发 分 偏 低 、 灰 分 偏 高 。煤 灰 成 分 及 熔 融 性 如 表所 示 。表#煤 灰 分 组 成 与 熔 融 性灰 分 成 分 灰 分 的 熔 融 性 （

7、!）（!）（!）（!） 、（!） 、（!） 各 代 表 灰 分 的 变 形 温 度 、 软 化 温 度 、 滴 落 温 度 。!“!煤 质 及 燃 烧 的 影 响 分 析煤 粉 的 燃 烧 是 一 个 复 杂 的 物 理 化 学 过 程 。 回 转窑 煤 粉 的 燃 烧 过 程 通 常 是 ： 煤 粉 随 空 气 经 喷 煤 嘴 喷入 窑 内 后 ， 借 助 窑 内 的 高 温 ， 依 次 进 行 煤 粉 的 干 燥 、预 热 、 逸 出 挥 发 分 并 燃 烧 、 焦 炭 粒 子 的 燃 烧 等 过 程 。为 控 制 煤 粉 的 燃 烧 过 程 ， 燃 烧 所 需 的 空 气 分 为 两 部

8、分 送 入 ， 称 为 一 次 空 气 （ 一 次 风 ） 和 二 次 空 气 （ 二 次风 ） 。 一 次 空 气 的 作 用 是 输 送 煤 粉 和 供 给 挥 发 分 燃烧 所 需 的 氧 量 ； 二 次 空 气 的 作 用 是 供 给 燃 烧 完 全（ 炭 粒 的 燃 烧 ） 所 需 的 氧 量 。 煤 粉 、 空 气 自 喷 煤 嘴 喷出 后 ， 在 窑 内 经 历 干 燥 、 预 热 ， 通 过 逸 出 挥 发 分 的 阶段 形 成 了 黑 火 头 。 黑 火 头 末 端 着 火 燃 烧 ， 形 成 火 焰 ，如 图所 示 。 其 中 挥 发 分 的 燃 烧 是 迅 速 的 ， 而

9、 炭 粒的 燃 烧 相 对 来 说 要 缓 慢 得 多 ， 其 速 度 受 炭 粒 周 围 氧浓 度 的 影 响 。图#窑 内 煤 粉 燃 烧 的 火 焰 示 意 图从 煤 粉 的 燃 烧 过 程 中 可 以 看 出 ， 煤 粉 质 量 与 煤粉 的 燃 烧 控 制 对 窑 内 的 热 状 况 都 有 很 大 的 影 响 。 从窑 内 煅 烧 的 角 度 看 ， 一 方 面 要 求 煅 烧 的 温 度 要 达 到石 灰 石 完 全 分 解 的 要 求 ， 同 时 要 求 物 料 在 高 温 下 停留 足 够 的 时 间 ， 故 要 求 煤 粉 要 形 成 一 定 高 温 的 火 焰 ，并 要

10、求 火 焰 要 有 一 定 的 长 度 ； 另 一 方 面 ， 火 焰 的 温度 过 高 或 是 火 焰 的 位 置 不 合 适 ， 将 会 造 成 窑 内 物 料的 局 部 高 温 ， 某 些 低 熔 点 的 物 料 由 此 可 能 产 生 部 分液 相 ， 导 致 结 圈 产 生 。由 煤 的 工 业 分 析 数 据 可 以 看 出 ， 田 湖 铁 矿 所 用煤 粉 挥 发 分 的 含 量 偏 低 ， 这 样 导 致 燃 烧 着 火 缓 慢 而黑 火 头 过 长 ， 这 种 现 象 在 窑 头 看 火 处 可 以 明 显 看 到 。黑 火 头 过 长 ， 将 使 高 温 部 分 火 焰 变

11、 短 ， 燃 烧 不 充 分 ，常 规 煤 粉 用 量 时 窑 内 温 度 较 低 ， 出 现 生 烧 ， 而 生 产 中为 了 物 料 煅 烧 完 全 ， 经 常 增 加 煤 粉 的 用 量 。 这 样 一方 面 增 加 了 煤 耗 ， 更 为 重 要 的 是 ， 这 样 操 作 在 很 大 程度 上 可 能 造 成 局 部 高 温 ， 使 物 料 中 液 相 量 增 多 而 导致 结 圈 。另 外 ， 从 煤 灰 分 的 角 度 分 析 ， 煤 的 灰 分 含 量 基 本能 达 到 要 求 ； 从 灰 分 的 熔 融 性 来 看 ， 也 可 满 足 生 产要 求 的 （ 生 产 一 般 要

12、 求 灰 分 的 熔 点 高 于） 。但 是 ， 目 前 现 场 的 生 产 情 况 是 ， 燃 烧 带 的 温 度 高 达! ， 即 意 味 着 煤 粉 用 量 比 一 般 的 石 灰 回转 窑 要 大 ， 而 且 煤 灰 分 的 成 分 中 （ 表）、的含 量 都 相 当 高 ， 灰 分 导 致 液 相 生 成 的 机 会 增 加 ， 从 而使 结 圈 加 速 。 为 证 实 这 一 点 ， 我 们 对 结 圈 物 进 行 了矿 相 研 究 。结 圈 物 矿 相 研 究为 了 充 分 了 解 窑 内 结 圈 物 的 形 成 过 程 ， 我 们 对结 圈 物 进 行 了 矿 相 研 究 。

13、矿 相 研 究 的 两 个 结 圈 物 试样 ， 分 别 称 之 为、（ 见 图） 。 对 于 结 圈物 ， 矿 相 组 成 以 游 离 氧 化 钙 为 主 ， 其 次 为 硅 酸 三 钙 ，局 部 可 见 硅 酸 二 钙 ， 黏 结 相 为 玻 璃 相 ， 也 就 说 明 结 圈物 的 形 成 主 要 是 由 于 窑 内 部 分 低 熔 点 的 物 质 生 成 的少 量 液 相 ， 然 后 液 相 把 粉 状 （ 或 碎 块 ） 石 灰 以 及 耐 火砖 黏 结 在 一 块 而 形 成 瘤 块 ， 液 相 冷 却 由 于 结 晶 不 够完 整 而 形 成 玻 璃 相 。为 了 探 求 哪 些

14、 物 质 在 窑 内 率 先 生 成 液 相 ， 我 们对 结 圈 物 的 不 同 区 域 进 行 了 电 子 探 针 元 素 分 析 。在 黏 结 相 的 部 位 探 取 了 几 个 点 ， 然 后 进 行 了 能谱 分 析 及 元 素 分 析 ， 图是 其 中 的 两 个 点 。 结 果 表 明 ： 矿 冶图!结圈物矿相图探点处的主要元素为、，可以估计此处的矿物质是、等，而这些矿物质除外，其他的熔点都较低，很容易在窑内局部生成液相，从而导致回转窑结圈。元素! ! ! ! ! ! 元素! ! ! ! ! ! 图“电子探针能谱分析图研究发现，玻璃相中主要的元素是、。从化学分析知，、的主要来源是

15、煤的灰分和矿泥，因此可以确定结圈物的形成原因是由于煤的灰分与矿泥中的、与形成低熔点矿物质，在窑内高温下率先形成液相黏结在窑衬上，然后与矿泥、煤灰以及碎石灰黏结成块。燃烧控制对结圈影响分析回转窑煤粉的燃烧，除了对煤质有一定要求外，煤粉的燃烧控制也很重要。燃烧的控制主要包括：煤粉的添加量的控制和燃烧空气量及压力的控制。田湖铁矿回转窑喂煤系统由煤粉仓来料，采用螺旋喂料机供给，再由风机直接送煤进入回转窑内。使用螺旋给料机，料量控制的准确性是非常有限的。由于煤粉水分的波动，煤量也会经常波动。煤量的不稳致使窑头出现脉冲火焰，风煤燃烧不平稳，时常出现不完全燃烧、火焰还原现象。同时，燃烧不完全又导致窑头热量散

16、失而使煤量增大，带入窑的部分煤以及窑头喷入还没有烧透的煤在窑内沉降，因没有足够的燃点温度，随物料混合时间停留长，加上温度变化大，局部高温形成液相，此时回转窑结圈就不可避免。为了保证燃料完全燃烧，获得合适的燃烧温度，应控制进入回转窑的总空气量及一、二次空气的比例。从理论上讲，一次空气的用量应根据煤粉挥发分的多少而定，一次空气量约占总风量的!，一次空气的速度一般要求在! ，以保证火焰有一定的长度。二次空气的作用是为炭粒的燃烧供氧，使煤粉燃烧速度加快，燃烧完全、充分。二次空气速度增加，与煤粉及一次空气混合物相对速度减小，从而使火焰变长。二次空气的量及流速，陈铁军等：煤粉性能及其燃烧控制对石灰回转窑结

17、圈的影响主 要 靠 窑 内 负 压 所 产 生 的 抽 力 而 定 。 从 田 湖 铁 矿 的现 场 生 产 情 况 来 看 ， 一 次 空 气 的 控 制 问 题 不 大 ， 但 二次 空 气 由 于 窑 内 负 压 太 小 ， 流 速 过 低 ， 一 方 面 使 火 焰变 短 ， 同 时 也 使 窑 内 传 热 速 率 下 降 ， 不 利 于 煅 烧 。结 圈 的 影 响 因 素 与 控 制 措 施综 合 以 上 分 析 研 究 ， 可 以 发 现 结 圈 的 影 响 因 素为 ：煤 的 灰 分 含 量 偏 高 ， 灰 分 熔 点 虽 然 较 高 ， 但 灰分 中、的 高 含 量 使 之

18、容 易 与形 成 低 熔点 的 矿 物 质 ， 从 而 导 致 液 相 的 生 成 ， 进 而 使 回 转 窑 结圈 。煤 粉 的 挥 发 分 偏 低 ， 导 致 燃 烧 着 火 缓 慢 而 黑火 头 过 长 ， 使 高 温 部 分 火 焰 变 短 ， 燃 烧 不 充 分 ， 窑 内温 度 低 ； 为 了 煅 烧 完 全 ， 生 产 中 有 可 能 增 加 煤 粉 的用 量 ， 一 定 程 度 上 造 成 高 温 部 分 聚 集 ， 使 物 料 液 相 量增 多 而 易 结 圈 。煤 粉 的 喷 加 量 控 制 不 准 确 ， 将 造成 窑 内 燃 烧 的 不 稳 定 ， 局 部 过 热 导

19、致 结 圈 。窑 内负 压 太 低 ， 使 得 煤 粉 燃 烧 的 二 次 空 气 量 及 流 速 不 够 ，使 高 温 区 集 中 ， 局 部 生 成 液 相 而 导 致 结 圈 。为 确 保 回 转 窑 长 期 连 续 稳 定 操 作 ， 实 现 窑 况 的顺 行 ， 我 们 对 于 田 湖 铁 矿 回 转 窑 的 结 圈 问 题 ， 重 点 放在 预 防 方 面 。 总 体 来 说 ， 采 取 以 下 几 项 措 施 ：（） 严 格 控 制 石 灰 石 原 料 及 煤 粉 的 入 厂 质 量 ；（） 增 加 热 矿 筛 ， 减 少 入 窑 粉 末 量 ；（） 适 当 提 高 回 转 窑

20、的 转 速 ， 增 加 传 热 效 率 ， 实现 “ 薄 料 快 烧 ” ， 使 物 料 在 较 低 的 温 度 可 以 得 到 很 好的 燃 烧 ；（） 增 加 二 次 进 风 量 ， 使 窑 内 煅 烧 带 拉 长 ， 减 少局 部 的 高 温 聚 集 ；（） 降 低 喷 煤 量 ， 使 窑 内 煅 烧 温 度 降 低 到以 下 ；（） 提 高 一 次 鼓 风 量 ， 增 加 煤 粉 的 燃 烧 供 氧 ， 同时 使 火 焰 拉 长 ， 减 少 局 部 高 温 。现 场 实 施 上 述 措 施 之 后 对 避 免 石 灰 回 转 窑 结 圈问 题 取 得 了 明 显 的 效 果 。参 考

21、文 献 ： 叶 匡 吾回 转 窑 结 圈 的 防 止 与 消 除 烧 结 球 团 ，（） ： 肖 业 俭水 泥 回 转 窑 结 圈 问 题 的 初 步 探 讨 冶 金 矿 山设 计 与 建 设 ，（） ： 孙 学 信 ， 陈 建 原煤 粉 燃 烧 物 理 化 学 基 础 武 汉 ： 华中 理 工 大 学 出 版 社 ，!（ 上 接 第页 ）表 明 其 晶 体 结 构 未 发 生 变 化 。 结 合 该 样 品 未 焙 烧 的， 可 知 本 合 成 工 艺 能 低 温 合 成 出具有 良 好 固 溶 峰 的 氧 化 铈 ， 且 所 合 成 的 氧 化 铈 结 构 具有 较 好 的 热 稳 定 性

22、 。 样 品 的表 明 ， 颗 粒 为 均匀 纳 米 结 构 氧 化 铈 产 物 。结 论水 热 合 成 试 验 表 明 ： 氨 水 和反 应 体 系中 ， 随 反 应 时 间 的 增 加 ，衍 射 肩 峰 变 窄 、 晶 体 逐渐 长 大 ，、固 溶 峰 消 失 ， 生 成 相 对 独 立 的、晶 体 峰 ，性 能 降 低 。 一 定 的 反 应物 摩 尔 配 比 ， 在、 水 热 反 应， 可 获 得 结 晶 较好 的 纳 米 级 氧 化 铈 ， 粒 度 在 之 间 ， 比 表 面积 高 达， 具 有 较 强 的 内 比 表 面 积 和 良 好的 催 化 活 性 。模 板 剂 诱 导 沉

23、淀 试 验 表 明 ： 以 硝 酸 铈 为 稀 土 氧化 物 原 料 、（）为 沉 淀 剂 、为 模 板 剂 ， 采用 模 板 剂 诱 导 均 相 沉 淀 法 ， 适 当 反 应 物 浓 度 下 、 经 过的 沉 淀 反 应 ， 可 获 得 具 有、固 溶 峰 的纯 净 纳 米 结 构 氧 化 铈 ， 样 品 比 表 面 积 可 达， 具 有 良 好 的 催 化 性 能 。表 明 ， 样 品 为 的 氧 化 铈 球 形 颗 粒 。水 热 法 和 模 板 剂 诱 导 沉 淀 法 ， 在 适 当 的 反 应 条件 下 ， 均 可 获 得 纳 米 结 构 相 的 氧 化 铈 ， 均 具 有 较 好

24、的催 化 性 能 ， 模 板 剂 诱 导 沉 淀 法 较 水 热 法 所 获 得 氧 化铈 颗 粒 均 匀 、 细 小 ， 且 内 比 表 面 积 高 。参 考 文 献 ：，（，），（） ：，（） ： 香 山 科 学 会 议 资 料稀 土 催 化 材 料 在 能 源 环 境 中 的 若 干科 学 问 题 矿 冶煤粉性能及其燃烧控制对石灰回转窑结圈的影响作者： 陈铁军， 彭志坚， 罗敏， 胡友明， 朱科良作者单位： 陈铁军,彭志坚(武汉科技大学,武汉,430081)， 罗敏,胡友明,朱科良(涟源钢铁公司,湖南涟源,417009)刊名： 矿冶英文刊名： MINING AND METALLURGY年

25、，卷(期)： 2003,12(4)被引用次数： 1次参考文献(3条)1.孙学信;陈建原 煤粉燃烧物理化学基础 19912.肖业俭 水泥回转窑结圈问题的初步探讨 1999(01)3.叶匡吾 回转窑结圈的防止与消除 1998(06)本文读者也读过(10条)1. 文志军.张正文.李勇波.饶发明.邹明金.WEN Zhi-jun.ZHANG Zheng-wen.LI Yong-bo.RAO Fa-ming.ZOU Ming-jin 武钢乌龙泉矿石灰回转窑结圈形成的机理及防治措施期刊论文-钢铁研究2005,33(6)2. 陈汉宏.宋桂萍.Chen Hanhong.Song Guiping 活性石灰回转窑结

26、圈原因分析及处理方法期刊论文-耐火与石灰2007,32(1)3. 孙贻公 用GJH混合燃烧器在石灰回转窑上掺烧高炉煤气的设计研究期刊论文-冶金能源2000,19(2)4. 李绍林.Li Shaolin 回转窑生产与安全解析期刊论文-耐火与石灰2010,35(2)5. 胥勋国 提高活性石灰回转窑衬砖寿命的探索与实践期刊论文-四川冶金2003,25(2)6. 彭志坚.陈铁军.胡友明.罗敏.阳仁贵 原料性能对石灰回转窑煅烧及结圈影响的研究期刊论文-钢铁研究2003,31(3)7. 许波.王路.李临.Xu Bo.WangLu.Li Lin PLC在石灰回转窑上的应用期刊论文-耐火与石灰2007,32(4)8. 陈汉宏 石灰回转窑耐火砖损坏原因及其处理办法会议论文-20089. 杨彬.李海山 承揽氧化球团与石灰回转窑生产线总承包工程的认识与实践会议论文-200810. 陈铁军.彭志坚.罗敏 涟钢石灰回转窑结圈形成的机理及防止措施期刊论文-矿产保护与利用2004(1)引证文献(1条)1.谷红宇.何朋.梅书霞.谢峻林 回转窑内煤粉燃烧的数值模拟期刊论文-建材世界 2009(4)本文链接：http:/