《石灰产业大讲堂》005期|固体燃料的选择与生产管控要点 - 石灰窑|白灰窑|喷煤石灰窑|燃煤石灰窑|燃气石灰窑|套筒石灰窑|竖炉|布料器|出灰机|除尘|脱硫|脱硝|烧结机|高炉|铸铁机|价格|图纸|设计|设备|技术|工程|-冶金能源之家

二、煤炭基础知识

2.1 煤炭指标介绍

（1）、水分（M ）

煤的水分分为两种，一是内在水分（Minh ，是由植物变成煤时所含的水分；二是外水（Mf ），是在开采、运输等过程中附在煤表面和裂隙中的水分．全水分是煤的外在水分和内在水分总和。一般来讲，煤的变质程度越大，内在水分越低。褐煤、长焰煤内在水分普遍较高，贫煤、无烟煤内在水分较低。

水分的存在对煤的利用极其不利，它不仅浪费了大量的运输资源，而且当煤作为燃料时，煤中水分会成为蒸汽，在蒸发时消耗热量；另外，精煤的水分对炼焦也产生一定的影响。一般水分每增加2% ，发热量降低100kcal/kg（大卡/千克）；冶炼精煤中水分每增加1 % ，结焦时间延长5 －10min .

（2）、灰分（A ）

煤在彻底燃烧后所剩下的残渣称为灰分，灰分分外在灰分和内在灰分。外在灰分是来自顶板和夹研中的岩石碎块，它与采煤方法的合理与否有很大关系。外在灰分通过分选大部分能去掉。内在灰分是成煤的原始植物本身所含的无机物，内在灰分越高，煤的可选性越差。灰是有害物质．动力煤中灰分增加，发热量降低、排渣量增加，煤容易结渣；一般灰分每增加2% ，发热量降低100kcal / kg 左右。冶炼精煤中灰分增加，高炉利用系数降低，焦炭强度下降，石灰石用量增加；灰分每增加1 % ，焦炭强度下降2 % ，高炉生产能就下降3 % ，石灰石用量增加4 % .

（3）、挥发分（V ）

煤在高温和隔绝空气的条件下加热时，所排出的气体和液体状态的产物称为挥发分。挥发分的主要成分为甲烷、氢及其他碳氢化合物等。它是鉴别煤炭类别和质量的重要指标之一。一般来讲，随着煤炭变质程度的增加，煤炭挥发分降低。褐煤、气煤挥发分较高，瘦煤、无烟煤挥发分较低。

（4）、固定碳含量（FC ）

固定碳含量是指除去水分、灰分和挥发分的残留物，它是确定煤炭用途的重要指标。从100减去煤的水分、灰分和挥发分后的差值即煤的固定碳含量。根据使用的计算挥发分的基准，可以计算出干基、干燥无灰基等不同基准的固定碳含量。

（5）、全硫（St）

硫是煤中的有害元素，包括有机硫、无机硫。1%以下才可用于燃料。部分地区要求在0.6和0.8以下，现在常说的环保煤、绿色能源均指硫份较低的煤。常用指标有：空气干燥基全硫(St,ad）、干燥基全硫(St.d)及收到基全硫(St,ar)。

（6）、发热量（Q ）

发热量是指单位质量的煤完全的燃烧时所产生的热量，主要分为高位发热量和低位发热量。煤的高位发热量减去水的汽化热即是低位发热量。发热量国际单位为百万焦耳/千克（MJ/kg），常用单位大卡斤克，换算关系为：1MJ/ kg =239.14kcal / kg 、1J = 0.239gcal 、1cal= 4.18J 。如发热量5500kcaL/ kg , 5500kcal / kg=5500÷239 . 14 = 23MJ/kg。为便于比较，我们在衡量煤炭时消耗时，要把实际使用的不同发热量的煤炭换算成标准煤，标准煤的发热量为29.27MJ/kg （7000kcal/kg）。国内贸易常用发热量标准为收到基低位发热量（Qnet,ar），它反映煤炭的应用效果，但外界因素影响较大，如水分等，因此Qnet,ar 不能反映煤的真实品质。国际贸易通用发热量标准为空气干燥基高位发热量（Qgr,ad），它能较为准确的反映煤的真实品质，不受水分等外界因素影响。在同等水分、灰分等情况下，空气干燥基高位发热量比收到基低位发热量高1.25MJ/kg（300kcal/kg）左右。

（7）、胶质层最大厚度（Y ）

烟煤在加热到一定温度后，所形成的胶质层最大厚度是烟煤胶质层指数测定中利用探针测出的胶质体上、下层面差的最大值。它是煤炭分类的重要标准之一。动力煤胶质层厚度大，容易结焦；冶炼精煤对胶质层厚度有明确要求。

（8）、粘结指数（G ）

在规定条件下以烟煤在加热后粘结专用无烟煤的能力，它是煤炭分类的重要标准之一，是冶炼精煤的重要指标。粘结指数越高，结焦性越强。

（9）、煤灰熔融性温度（灰熔点）

在规定条件下得到的随加热温度而变化的煤灰熔融性变形温度（DT）、软化温度（ST）、半球温度（HT）、流动温度（FT），常用软化温度（ST）来表示。灰熔融性温度越高，煤灰不容易结渣。因锅炉设计不同，对灰熔融性温度要求也不一样。煤灰熔融性温度的高低，直接关系到煤作为燃料和气化原料时的性能，煤灰熔融性温度低，煤灰容易结渣，增加了排渣的难度，尤其是固态排渣的锅炉和移动床的气化炉，煤灰熔融性温度要求较高。

三、石灰生产常用固体燃料的应用要点

石灰生产常用的固体燃料有煤和焦炭两种，以及焦丁、兰炭、石油焦等其它相关繁衍的固体燃料。的它们的主要成分包括固定碳、灰分、挥发分和水分等主要指标。

3.1、竖窑用固体燃料的要求

在我国，无烟煤的储量大、煤源多，其特性具有化学活性好。固定碳含量高；低灰、低硫；发热量大，且有着良好的热稳定性。目前，由于市场上焦炭紧缺。价格一再上涨，所以，一些石灰生产厂纷纷采用无烟煤代替焦炭煅烧石灰石。从而达到降低石灰生产成本，提高经济效益的目的。

对无烟煤主要成份的要求：

（1）、固定碳量＞73%。含量越高越好。

（2）、挥发分含量＜7%，只有在高温下挥发分才能确保在窑内充分燃烧。反之如果在低温预热带挥发氧气供应不足，随同密气排出。

（3）、灰分含量20%。越低越好。

（4）、灰分熔点>1350℃

（5）、硫含<1%

（6）、磷含量<0.05%

（7）、发热值25953千焦/公斤。

（8）、物理机械强度：升温中不爆裂。

3.2、无烟煤代替焦炭生产的注意事项：

与焦炭相比，采用无烟煤生产时应注意以下几个方面:

（1）、无烟煤挥发分含量较多，灰分高，且含煤矸石。

（2）、无烟煤固定碳含量及发热值都比焦炭低，无烟煤挥发份高，其组成中有可燃成分，无烟煤煤挥发物所带走的热损失比焦炭高。

（3）、无烟煤灰份组成常变化，有时易熔，有时难熔，易熔灰份与石灰石中的杂质易结瘤，造成烧操作上的困难。

（4）、无烟煤较难燃烧且阻力大。

（5）、窑气和出灰温度偏高，烧带不如焦炭集中，所以灰温较高，出灰量要减少10-15%。

（6）、无烟煤燃烧后灰烬大部份会混到生成的石灰中去，使石灰杂质含量增加。

（7）、无烟煤着火较快，而整个烧燃进展中燃烧率比焦炭慢。

由于上述几个主要问题而影响无烟煤用于石灰 生产，同时在生产中要重点管控以下影响因素：

燃料粒径影响

不同粒径的无烟块煤，其在立窑中的燃烧时间不同，细粒无烟煤的比表面积大，则燃烧也快。粒径过小无烟煤进人立窑后立即在预热部分就烧完，造成大量热量损失，石灰石得不到完全分解，使石灰生烧增加；还会造成立窑透气性差、通风不良，使气相阻力增加，鼓风压力相应加大，电耗也随之增加；而粒径过大，无烟煤往往来不及燃

烧完全就同石灰一起卸出，造成物料冷却不下来，出灰温度升高，石灰生过烧比例偏大。因此，采用无烟煤煅烧石灰石最关键的就是合理控制无烟煤的粒径。

一般地，无烟煤粒径应根据石灰石粒度的大小作相应变化，经验数据为燃料粒径是石料粒径的二分之一比较合理。比如煅烧冶金石灰时常用的40-80mm石料理想的燃料直径为20-40mm。窑径比较大的窑型可以放宽至10-30mm粒径。当石灰石粒度为75～150 mm时，无烟煤粒径应为30～50 mm，当石灰粒度为100 ～250 mm时，无烟煤应为50～70 mm。

配煤率影响

配煤率取决于无烟煤中固定碳含量的大小和煅烧温度的高低，从理论上计算配煤率，还应考虑无烟煤的热值、石灰石的分解热以及立窑的热损失等情况。在实际操作，根据煅烧温度和石灰的质量来判断，若配煤率过高，则窑气中CO浓度偏低,过烧量增加且易导致结瘤事故;而配煤率过低，则会使石灰生烧。所以，无烟煤固定碳含量在

80％～85％时，配煤率应控制在（100:7.2）～（100:8.5）。

煅烧温度影响

无烟煤燃烧可分为：

1）、完全燃烧即生成CO₂，放出热量为25953--33488千焦/公斤碳。

2）、不完全燃烧即生成CO，放出热量一般为10256千焦/公斤碳。

显然，在石灰生产中应该是进行完全燃烧的反应，才能充分发挥燃料的作用，其条件取决于氧气供应是否充足。但是氧气又来自空气之中，过大供应空气就会使大量不必要气体被加热，导致石灰石分解热量的减少。因此，最佳反应条件取决于风量、配比，温度的合理选择。

所以，煅烧温度是石灰石进行分解反应的重要条件，也是影响烟煤用于石灰生产的关键因素。温度越高则分解反应越快，通常采用提高温度的手段来增加石灰的产量。但是烧温度的提高要有一定的限度，否则会严重影响产品质量，使过烧石灰量增加，甚至会融结成瘤块，给操作带来严重困难。如果温度太低，石灰石的分解反应缓慢会产生大量生烧。根据实际经验，910－1200C的范围内为最佳烧温度。

在实际生产中，提高煅烧温度不但可以提高立窑的日生产能力，而且煅烧温度越高，CaCO₃分解反应面（即：已生成的CaO与未分解的CaCO₃之间的分解面）向内部移动的速度也越快。当煅烧温度由1050℃ 升高到1150℃时，分解面移动速度增加一倍；当温度继续升高到1200℃ 时，分解面移动速度将增加两倍。因此，适当提高煅烧温度可以增大传热系数，缩短煅烧时间，但根据无烟煤的特性，温度也不宜过高，一般最高不超过1150℃。

风量影响

无烟煤窑必须走大风旺烧的路线。风量大燃料周围的风速就快，包裹在燃料表面的气膜更新速度快气膜层薄，从而提高了燃烧速度。保持窑内气速还便于将石灰石分解出来的二氧化碳及时带走，使反应向正方向进行。另外只有在空气充足的情况下燃料才能充分燃烧，释放出全部热量，C+O₂=CO₂+359.4 kJ/mol。从而提高烧温度和生产能力。而空气不足时 2C+O₂=2CO+219 kJ/mol，不但增加了窑气一氧化碳浓度，还减少了燃烧热，降低了燃烧速度、烧温度和生产能力，还会造成灰生烧、下火等操作事故，引起窑况混乱。因此无烟煤窑必须要时刻确保空气的略过剩，过剩系数不能小于 1.05。没有极特殊情况不能大减风，即便是在处理烧区上移时，也不要大减风，可以通过短时间增加上石量等方法来控制顶温恢复烧区,要时刻保证让烧区内的燃料始终处在大火旺烧的状态，这样不但提高生产能力，对降低煤耗，稳定窑况起到至关重要的作用。

四、无烟煤生产石灰的生产管控要点

无烟煤是一种天然矿物质，受产地、地质结构、形成条件、加工储运等多方面的因素的影响，其内在和外在质量变化较大，给稳定窑况和优化指标带来很大困难。尤其是在同时使用不同产地的无烟煤时尤为突出，其发热、机械强度、热裂坏性、粒度、含煤研石量等条件随时都有可能发生变化，给稳定窑况带来很大困难。这也是无烟煤窑生产操作中最难掌控的关键点。

而且，石灰窑本身是一个十分精细、敏感和抽象的操作单元，又鉴于无烟煤质量波动较大、较频繁，燃烧和反应速度较慢，操作弹性小，对风量使用比较敏感生产过程中影响环节较多等因素，当窑况发生变化时给判断诱因和恢复窑况带来较大困难。其中灰生烧、灰温高、下火是白煤窑经常出现的问题。为了尽量降低这些不利因素的影响，可以采用以下方法:

首先，从源头入手，先知先入：

在保证采购质量的前提下，生产操作和管理人员必须对所使用的燃料有清楚的了解，经常到货场和窑前查看燃料质量的变化情况，结合无烟煤的各项分析数据，在第一时间及时合理的对煤比进行调整，只有这时的调节才是最超前和最有效的调节，能够达到事半功倍的效果。如果等原料进窑，窑况发生变化后再去调整，既费时又费力，还会增加消耗，影响窑的正常生产。

同时，采用无烟煤生产石灰时，在生产中应掌握好下列三个关系：

（1）、分解区域移动速度和温度的关系；

（2）、在不同温度下，石石的烧时间与粒度的关系；

（3）、煅烧烧区域的温度与密内鼓风压力的关系；

预防窑内出现问题及处理办法

（1）、煅烧带出现上移：必须增加上压，集中火力;适当增加出灰量及投料量，达到降低石灰高度。

（2）、煅烧带出现下移：应该减少出灰量，增加风量，集中火层，减少上压，适当调整配比。

（3）、煅烧带出现拉长：必须调整燃料的粒度，缩小粒度范围。

（4）、煅烧带出现缩短：必须提高配比适当增加风量，密切注意窑气分析，尽快恢复正常生产后，再把配比降下来，就可以按正常配比进行生产。

（5）、窑内衬砖出现熔化：降低配比，增加出灰量，如果窑体粘附物料时，应该及时处理。

（6）、窑内出现瘤块：应增加投入物料量和提高出灰量，把窑壁上瘤块压下来但必须防止出灰过快，形成空洞,猛烈塌落，严重破坏衬砖。

（7）、窑内出现单边燃烧：应把石层控制高度调高，投料时做到能冲击窑内棚料，使空气分布均匀。