摘要:
本文研究解決無煙煤煅燒工藝中煤粉制備的主要技術問題，探討如何降低入窯煤粉細度，開發煤粉制備工藝和裝備，為熟料煅燒提供合格的煤粉。
1 常規煤粉制備工藝和設備
目前國內外常用的煤粉制備方法是采用立磨或球磨配雙分離、雙風機系統。國內主要采用普通風掃球磨制備，回轉窯水泥廠煤磨車間主要生產工藝及煤磨機系統配置見表1。
2 無煙煤的粉磨性能及相關試驗
2.1 粉磨至一定細度時所需的時間
無煙煤較煙煤通常成礦地質年代更為久遠，可以認為無煙煤是一種比煙煤晶體化更完整的形態。因而質地變硬，易磨性變差。用Φ500mm×500mm試驗小磨，標準級配條件下，將煙煤和無煙煤粗磨到0.08mm篩篩余40%的細度；再換用適當級配的小研磨體，磨細到0.08mm篩篩余5%，幾種煤的粗磨和細磨所需的時間見表2。
試驗表明，相同細度下無煙煤所用的粉磨時間普遍比煙煤長，也就是說無煙煤的易磨性差于煙煤，特別是細磨性能更差。
2.2 不同研磨體對粉磨效果的影響
無煙煤具有易碎難磨的特性，早在90年代初期推行機立窯節能技術改造時，其中的一項措施就是料、煤分別制備，以減輕機立窯的化學不完全燃燒現象。我們根據無煙煤的特點，采用具有選擇性粉碎作用的棒磨來制備煤粉，其產品1mm通過率大于90%，而小于0.08mm的細粉含量極低，粒度組成非常適合機立窯煅燒的要求。水分小于5%時棒磨的效率很高，在LJP水泥廠，1臺裝機功率為55kW的Φ1.5m×2.5m棒磨在調試時，80%負荷下產量可達13t/h。
無煙煤用于回轉窯煅燒，對煤粉的要求與機立窯完全不同，必須尋求新的技術途徑。大量的實驗室試驗結果顯示，如采用國內常規方法粉磨無煙煤必將大大增加粉磨電耗，且煤粉細度難以保證。同時發現，采用適當尺寸的小研磨體對大多數煙煤和無煙煤的細磨效果均很好。福建DT水泥廠用不同研磨體對無煙煤的粉磨效果(見表3)證明了這一點。同時可見，不同的無煙煤效果也不一樣。表3中4種無煙煤易磨性最好的是A，其余依次為B、C、D。
1998年在HRB水泥廠對Φ2.4m×9m煤磨進行改造。該磨開流生產，無計量設備。改造前篩余值約18%，有時達30%，臺時產量11～13t/h，喂料皮帶調速電動機的轉速控制器顯示值為200～220r/min。為了把煤粉篩余降下來，以利于窯的煅燒。在磨內增設篩分隔倉板，調整倉位和級配，特別是在細磨倉采用小研磨體。試驗證明，如果工藝參數選擇得當，小研磨體同樣可以完成煤的細磨任務。經過幾次調整，改造后在喂料量不變時，篩余值可達到5%；在篩余值約10%時，皮帶調速電動機的轉速控制器顯示值可達300r/min，比原來提高約50%。
3 無煙煤煤粉的制備工藝
3.1 新建生產線的煤粉制備工藝
我們研究設計的無煙煤制備工藝系統首先用于福建DT水泥廠日產600t五級預熱器窯生產線。
DT水泥廠的無煙煤粉磨性能試驗見表3，其工業分析和煤灰化學分析結果見表4。
從表5、表6可見，B煤的揮發、點火性能很差。這說明，無煙煤的易磨性、燃燒性能的趨向是基本一致的。由于煤粉的燃盡時間與粒徑的平方成正比，因此要求煤粉0.08mm篩余小于3%。也就是說，隨著煤質不同，煤粉細度要求也不同，對于粉磨設備結構和工藝參數也有待合理選擇。
根據DT廠無煙煤性能分析試驗結果和以前的試驗數據，確定無煙煤細磨機的規格為Φ2.2m×5.8m。該磨機有2個倉，粗磨倉采用的研磨體為鋼球，細磨倉采用的研磨體為特制的鋼段，是煤粉細磨的關鍵。原煤在第一倉粉磨后經由第一、二倉之間的篩分裝置，分離后的細粉進入二倉，粗粉則繼續留在一倉。
在風掃磨中，煤粉產質量受粉磨能力和烘干能力的制約。傳統煤磨中煙煤煤粉不必磨得很細，烘干能力往往是主要矛盾，因此煤磨長徑比較小，能通入大量熱風。無煙煤水分一般較煙煤低，而細度要求細，易磨性又差，粉磨能力是主要矛盾，應選擇較大的長徑比。
傳統煤磨在停磨檢查時�？煽吹侥葍蛇呌泻芏嗝悍鄱虚g風掃得很干凈，說明熱風在磨內穿空而過，分布嚴重不均。為此在進風處設計了均風裝置，使熱風在整個斷面上分布，這也相當于提高了磨機的烘干能力，所以不設烘干倉。實際使用中制備出的煤粉水分、細度都符合煅燒的要求。
此外，還改進了密封裝置，減少了漏風；改進了進料結構，使小球不易在進料斗處堆積，使熱風能順利入磨。
在粉磨系統設計中，由于當時條件所限，仍然沿用了傳統的粗粉分離器，其分離效率低，回粉細度<20%。其它主要設備包括旋風式細粉分離器、循環風機、袋式除塵器和排風機等。
該系統于1999年初投入正常生產。開始階段A煤和B煤搭配使用，后來全部使用低揮發分的B煤，系統產量基本穩定在7.5～8t/h，最高可達9t/h。煤粉細度2%～3%，水分1%～1.5%。該磨仍未達最大能力，主機電流僅380A(額定電流500A)。
3年來的生產實踐表明，該系統運行穩定可靠，操作簡便，制備出的煤粉完全可以滿足回轉窯煅燒的要求，系統的粉塵也可達標排放。
隨后為1000t/d新型干法生產線配套的Φ2.4m×6.5m無煙煤細磨機也于2001年11月在湖南YS水泥廠投產，煤粉細度控制為3%～5%。在達到額定裝載量2/3時，產量已達10t/h。
3.2 原有煤粉制備系統的在線改造
以湖南DJ水泥廠為例，該廠有3臺濕法窯，各有1套煤粉制備系統且可以互相串用。煤粉制備系統流程如圖1。
煤磨規格為Φ2.5m×3.9m，裝球量為25t，電動機功率320kW。煙煤入磨水分約12%，煤粉篩余值平均約13%，產量約10t/h。在對無煙煤進行易磨性試驗和其它有關試驗、對系統進行詳細了解和研究后，我們確定采用以下技術措施:
1)工藝流程改造。如圖2所示，取消了原循環風機和循環風管，棄用旋風筒，代之以高濃度煤磨袋式除塵器，廢氣全部經除塵器由系統內唯一的排風機排入大氣。使流程大為簡化，操作更加方便。
2)磨內改造。采用新型分級襯板，提高粉磨效率，降低平均球徑。既不降低磨機有效容積，又不會形成使煤粉易于留存的死角，還能使研磨體沿軸向合理分級，使大球多聚集于進料端。采用小球加強細磨能力，結合小磨試驗結果，設計出最佳級配。
3)采用高效選粉機。用CMS-30煤磨選粉機代替Φ2.5m粗粉分離器，提高了分離效率，減輕了磨機負擔。同時使煤粉細度控制變得方便、穩定。
改造完成后，在無煙煤占60%、煙煤占40%、原煤水分約11%的情況下，產量可達13t/h以上，煤粉細度為5%，水分<1.5%。目前該廠停了1臺煤磨，僅用2臺煤磨供應3臺窯用的煤粉還有富余。
4 結論
回轉窯水泥廠因地制宜采用廉價的無煙煤或劣質煤來煅燒熟料，有顯著的經濟效益和社會效益。其關鍵技術之一是煤粉制備工藝及設備。無煙煤具有燃燒性能差和易磨性差的特點，在相同的粉磨細度下，無煙煤所需的粉磨時間大于煙煤；而采用小研磨體在多數情況下可有效地提高粉磨效率。通過研究，開發了適合不同情況的無煙煤煤粉制備工藝和裝備。對于老廠在線改造，可通過理順工藝流程、磨內改造、采用高效分離器等措施來滿足要求；對于新建生產線，則采用無煙煤細磨機更為合理，選用前需對煤的各種性能進行全面了解，才能取得最佳效果。Φ2.2m×5.8m無煙煤細磨機可以為600t/d、700t/d生產線配套，Φ2.4m×6.5m磨機可為1000～1500t/d新型干法生產線配套。
在水分低于10%情況下，這種煤磨也非常適合于粉磨煙煤，可大幅度降低電耗，并且細度穩定。Φ2.2m×5.8m煤磨配窯或1000t/d新型干法線還有富余，Φ2.4m×6.5m煤磨可配1500～2000t/d新型干法線。
