合肥水泥研究設計院于1996年開始對水泥回轉窯無煙煤煅燒技術進行研究開發(fā)，1997年與福建省大田縣水泥廠合作，在該廠日產600t熟料5級旋風預熱器窯生產線上進行了工業(yè)性試驗研究，經過2年多的努力取得了圓滿成功。 

1　研究內容 

　　我國常規(guī)回轉窯燒成系統(tǒng)中所用的燃料一般是煙煤，揮發(fā)分含量20%～35%，由于揮發(fā)分含量較高，煤粉在較低的溫度時開始燃燒，待揮發(fā)分基本燃燒完后固定碳開始燃燒。在回轉窯中煙煤燃燒形成了較長的火焰。無煙煤(揮發(fā)分較低小于10%)燃點較高，反應活性差，在回轉窯內燃燒的特點是煤粉從燃燒器噴嘴噴出一段時間后才開始燃燒，燃燒過程較短，熱力強度非常集中，火焰形狀短而粗。 
　　

研究表明，在回轉窯內，燃燒是由顆粒邊界層的擴散速度控制的。因而燃盡時間與粒徑的平方呈正比。當反應溫度上升時，反應速率將呈指數(shù)關系增加。從上述分析可以看出，若想在為煙煤設計的回轉窯燃燒系統(tǒng)中使用無煙煤，必須使碳粒燃盡的速率小于燃燒粒子在熱流場中運動的速率，才可能獲得穩(wěn)定的燃燒火焰。因此，需解決以下問題: 
　　1)為了盡快點燃無煙煤和縮短燃燒時間，應降低煤粉細度。 
　　2)采取相應措施，提高窯頭燃燒空氣溫度。 
　　3)采取措施，形成穩(wěn)定的火焰。 

1.1　降低煤粉細度 
　　

對于國產600t/d五級旋風預熱器窯生產線煤粉制備設備，一般采用Φ2.2m×4.7m風掃式煤磨，產量6～7t/h，煤粉細度8%～12%(0.08mm孔篩余)。根據(jù)國外的研究成果，無煙煤煤粉細度不能超過揮發(fā)分含量的0.5～0.6倍，若采用常規(guī)方式制備無煙煤，產量將大幅下降，電耗將大幅上升。為此我院根據(jù)該廠擬使用的無煙煤揮發(fā)分很低(揮發(fā)分含量3.67%)和易磨性差等情況，專門研制開發(fā)了無煙煤細磨機，磨機規(guī)格為Φ2.2m×5.8m。該磨機增加了細磨、選粉、分離的能力，減少了倉內過粉磨現(xiàn)象。磨機設有2個研磨倉，一倉采用球形研磨體，主要是承擔破碎和粗磨功能；二倉采用特制的鋼段，主要承擔細磨作用，在一倉和二倉之間采用新型篩分隔倉板，原煤進入一倉粉磨，通過篩分隔倉板時，粗顆粒返回一倉、細顆粒進入二倉。在粉磨過程中從磨頭通入熱風，煤在磨內邊烘干邊粉磨。 

1.2　提高窯頭燃燒空氣溫度 
　　

1)對冷卻機進行改進。窯頭空氣溫度的高低主要取決于冷卻機冷卻效率。與日產600t熟料新型干法窯配套的大多數(shù)是單筒冷卻機，該冷卻機具有投資省、運行可靠、故障率低、冷卻熟料的氣體全部入窯無需余風收塵等優(yōu)點，缺點是受到冷卻效率影響，入窯空氣溫度(二次風溫)較低，不能滿足無煙煤燃燒的需要，因此，必須對其改進。采用新型弧形揚料板，減少冷卻氣流“短路”現(xiàn)象，提高熟料與空氣的換熱面積；對筒內各區(qū)域長度進行優(yōu)化；改進耐火磚區(qū)和高溫揚料區(qū)的材質和布置，提高高溫段熟料冷卻效果；對冷卻機實施變頻無級調速，根據(jù)系統(tǒng)工況調節(jié)轉速，從而達到調整入窯二次風溫的目的。 
　　

2)采用新型燃燒器將一次風量可降到7%，減少了入窯冷空氣量。 

1.3　調整火焰形狀 
　　無煙煤燃燒的特點是火焰較短，熱力集中。我們選擇四通道燃燒器，煤風、旋流風和軸流風的風速依次控制為17～20m/s、170m/s和200m/s左右，中心風、旋流風、軸流風的風壓分別控制在8.5～19kPa。由于內外通道風速、壓力相差較大，使得火焰對高溫二次風的卷吸能力增強，碳粒燃燒完全，煤粉離開燃燒器噴嘴后迅速燃燒，形成的火焰熱流場穩(wěn)定。此外燃燒器外套管超出燃燒器噴嘴，可在其火焰根部產生熱氣流的再循環(huán)，避免空氣過分擴散，使火焰形狀更佳。 

2　應用情況 

　　1998年，該項目進行了無煙煤各項性能試驗，對有關工藝和設備進行了改進，1999年1月，進行點火調試工作，并于當月實現(xiàn)3d達標。燒成系統(tǒng)主機設備規(guī)格見表1，無煙煤工業(yè)分析見表2。 

　　根據(jù)該廠的原料情況，通過原料易磨性試驗確定生料配料率值為:
　　KH=0.90±0.02　n=2.4±0.1　P=1.4±0.1

2.1　煤粉細度控制穩(wěn)定
　　為進一步降低成本，擬采用離廠區(qū)2公里處的無煙煤，該煤揮發(fā)分含量僅有3.6%，易磨性差，根據(jù)要求煤粉細度應控制R₉₀3%～5%以內。實際煤粉細度穩(wěn)定控制在R₉₀2%～3.5%，磨機產量6～6.5t/h，出磨煤粉水分在1%～1.5%。

2.2　入窯空氣溫度得到較大提高
　　在正常情況下，二次風溫達到850℃以上，遇到不正常窯情，可通過調節(jié)冷卻機轉速調節(jié)入窯風溫。

2.3　燃燒器運行可靠
　　在投產初期，由于未能掌握ROTAFLAM燃燒器規(guī)律以及噴嘴火點位置不理想，經常造成“刷磚”掉窯皮，影響了窯運轉率，縮短了耐火磚使用壽命。經燃燒器制造商和院廠技術人員幾個月反復調試摸索，總結出一套控制參數(shù)，保證了燃燒器正常使用。燒成帶窯皮致密、均勻、強度高。

2.4　窯系統(tǒng)各項指標達到設計要求
　　在試生產期間，當月即實現(xiàn)72h達標，從2000年1月至2001年4月，系統(tǒng)運行一直良好，各項指標見表3。

3　結論

　　通過技術改造，在SP窯上用無煙煤代替煙煤煅燒熟料是可行的，根據(jù)大田廠實際運行情況，窯頭溫度控制在800℃以上，可滿足正常煅燒要求。