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煤粉 水份对 水泥熟料 生产线 烧成系统 的影响 分析



摘    要： 从煤水份的分类宁波自应力硫铝酸盐水泥低热和中热水泥厂家哪里有、煤内水的脱除条件、煤水份对 烧 成 系统 热 耗 和工 艺 煅 烧 的影 响 以 及高 内 水 煤 的处理方法等方面进行分析，系统地阐述煤内水分偏高对熟料烧成系统的影响。 关键词： 水泥熟料；烧成系统；煤内水；热耗

0   引言

入 窑 煤 粉 的 品 质（水 分 和 细 度）影 响 窑 炉 系 统 的运行 ，实际 生产 中某些 水 泥 熟 料 线 使 用 的 原 煤 内水偏 高，由 于煤 的内水 是 很 难 烘 干 的， 高 内 水 的煤粉 入窑严 重影 响烧成 系 统 热 耗 、 熟 料 质 量 和

系统的 稳定运 行。表 1 为 某 水 泥 熟 料 线 项 目 使 用 的煤样工业分析结果，原煤全水为 25%~35% ，内 水 6.2%~20% ，挥 发 分 38%~40% ， 为 高 水 份、 高

挥发份 煤样。 由于 煤的内 水 是 很 难 烘 干 的， 高 内 水的煤 粉入窑 严重 影响烧 成 系 统 的 稳 定 运 行。 本 文针对 这一问 题， 从多角 度 系 统 地 阐 述 煤 内 水 偏 高对 水 泥 熟 料 生 产 线 烧 成 系 统 的 影 响 。

表 1   某项目煤样工业分析 结果

样品宁波自应力硫铝酸盐水泥低热和中热水泥厂家哪里有

/(kcal/kg)

较 大 值 35   20   3.5   38    -    0.1     5 200      - 较小值 25   6.2 10.2 40   43.6 1.10    6257       - 平均值 30 11.4 8.0 42.5 37.8 0.68    5 645     5 000
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1    原 煤 中 水 份 分类 及 测 定 方 法 [1]

1.1 原煤中水份分类 1.1.1 按照结合状态

原 煤中的 水 份 根 据 其 结 合 状 态 ， 可 以 分 为 游

离态水和化合态水（ 即 结 晶 水） 两大类 。

（ 1 ） 游 离 水 是 以 物 理 吸 附 方 式 或 者 吸 着 方 式

与 煤 结 合 一 起 的 ， 一 定 条 件 下 比 较 容 易 脱 除 ；

（ 2 ） 化 合 水 是 以 化 合 方 式 同 煤 中 的 矿 物 质 结

合的水， 他 是 矿物晶格 的一 部 分，这 部 分水 较 难以

脱除 。 例如 高 岭土 （ Al 2 O 3 .2SiO 2 .2H 2 O ）中的结 晶 水。

1.1.2 游离水按照其存在状态分类

分 为 外 水和 内 水 ， 实 际 工 业 生 产 中 ， 煤 的 工

业分析一 般只测 定游离水（ 即只测 定 外 水和内水）。

（ 1 ） 煤 的 外 水 ： 指 吸 附 在 煤 的 颗 粒 表 面 ， 这

部 分 水 份 不 在 毛 细 孔 中 ， 在 实 际 工 业 分 析 测 定 中 指 的是 分析 煤样 通 过破 碎 一 定 粒 度 后 ， 达 到 空 气 干 燥 状态（ 空 干 基 ） 失去 的 那部 分水。

（ 2 ） 煤 的 内 水 ： 煤 炭 颗 粒 内 部 有 大 量 的 毛 细

管孔 ， 煤中 有部 分 水分 吸附 或 凝 聚 在 这 些 毛 细 孔 中， 即 使煤 样 达到 空 干 基 状 态 下 ， 这 部 份 水 任 然 不能脱 除掉 ， 依然 保留 下来 ， 称 这 部 分 水 为 煤 的 内水。

（ 3 ） 煤 中 的 外 水 和 内 水 之 和 即 工 业 分 析 中 煤

的全水分。

1.2 原煤中水分测定方法

煤中水分的 测 定实际 用的 是 间接 测 定 方 法 ， 即将已知 质量的煤样 放在 一定 温 度 下 干 燥至恒 重， 以煤样水分 蒸 发 后 质量 损失计算 煤的水分。

1.2.1 全水（ Mt 或 Mar ）

收 到 煤 样的 全 水 分 是 指 使 用 单 位 收 到 基 状 态 下 煤的水分， 称 为 收到基 水分（ 或 全水分），以 符号

Mar 或 Mt 表 示 。 测 定 方法如下：

（ 1 ） 煤样 粒 度 ： 6mm 左右 （ 收到基 煤样） ； （ 2 ） 试验 温 度 105~110 益 ；

（ 3 ） 通 过 加 热 至 恒 重 ， 根 据 前 后 质 量 差 值 计

算 出 煤中全水 含 量。

1.2.2 内水

在 一定 条件 下 ， 空 气 干 燥 煤 样 在 实 验 室 中 与 周围环境湿 度 基 本 平衡时所含 的水分，以 符号

Mad 表 示 。 测 定 方法如下：

（ 1 ） 煤样 粒 度 ： 0.2mm 左右 （ 空 干 基 煤样） ；


圆园 18 年 20 期

名 称    /% Mt Mad /% Aad /% Vad /% FCad /%    /% St     / （ Qgr,ad kcal/kg)    Qnet,ad

-----------------------------------------------------Page 1-----------------------------------------------------

（ 2 ） 试验 温 度 105~110 益 ；

（ 3 ） 通 过 加 热 至 恒 重 ， 根 据 前 后 质 量 差 值 计

算 出 煤 中 内 水 含 量 。

蒸 汽 几个 状 态 变 化热量 的 吸 收 来 考 虑 。 水 的 物 理

状态 变 化 吸收 热量 详见 表 3 。

表 3 热 量 计 算 物 理 过 程 （ 1kg 水 为 基 准）

2   原 煤 中 水 分 的脱 除

水 60 益 加 热 到

100 益 热耗

（ kJ/kg ）

100 益 水 汽 化 100 益 气 热耗

（ kJ/kg ）

100 益 气 升 温到

1200 益 过 热 气 热耗
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（ kJ/kg ）

总消 耗热量

（ kJ /kg ）

2.1 理论上原煤中外水和内水的脱除条件 2.1.1 外水脱除条件

=1 伊 (100- 60)

伊 4.1816

=1 伊 1200 伊 2.09

原 煤 中 外 水（表 面 水）的 脱 除 一 般 不 需 要 特 定

的 温 度 ， 只 要 破 碎 到 13mm 左 右 ， 常 温 下 ， 接 触

空气 一 段 时 间 ， 即 可 自 然 脱 除 。

2.1.2 内水脱除条件

原 煤 中 内 水（表 面 水）的 脱 除 需 要 特 定 的 温 度

（ 105~110 益 ）， 空 干 基 煤样 破碎到 0.2mm 左右 ， 无

其 他 水 汽进 入 ，干 燥 箱 内 加 热 烘 干 一 段 时 间 ， 即

3.3 不同煤粉水份对热耗的影响

通过理 论 计 算 ， 不 同 入 窑 煤 粉 水 份 对 系 统 热

耗 影 响 ， 及 煤 耗 增 加 量 详 见 表 4 。 理 论 计 算 值 仅

包括 煤粉中 水分 对热耗 的影 响， 没 有 考 虑 入 窑 煤 粉水 分对 火 焰形 状影响 及 窑 内 温 度 分 布 ， 火 焰 形 状影响熟料 煅 烧工 艺 ， 进而 影响系统热耗。

表 4 不同煤粉水份对热耗的影响

可 脱 除 。

2.2 实际煤磨生产中煤外水和内水的脱除情况

煤粉水份

熟料热耗

增加 量
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/ （ kJ/t.cl ）

热耗 增加 量 水 蒸气 含 量

/ （ kcal/kg.cl ） / （ Nm 3 /kg.cl ）

（ 1 ） 入 磨 原 煤 水 分 近 乎 以 收 到 基 状 态 进 入 煤

磨 ， 其 中 水 分 包 括 外 水 和 内 水 以 及 结 晶 水 。

（ 2 ） 原 煤 水 分 脱 除 粒 度 条 件 一 般 煤 磨 是 可 以

满足 的（ 粒 度 越 细， 与 烘干热 气 体 接 触 面 积越 大 ，表 面 水 越 容易脱除 ）， 但 是高水分原煤， 特别 是高内 水原煤 为 什么 难以 脱除 ？ 原 因 有 二 ： 一 是 风 温 条

件 。 出 磨 风 温 一 般 在 70 益 ， 该 温 度 不 满 足 煤 内 水 脱 除 的 理 论 温 度 105~110 益 ， 但 如 果 提 高 出 磨 风

温 ， 可 能 引 起 爆 炸 事 故 ； 二 是 磨 内 湿 度 环 境 条 件 。 高 水 分 的 原 煤 进 入 煤 磨 系 统， 与 入 磨 热 风 通 过 热 交换 ， 在 磨 内 形 成 大 量的 水 蒸 气 ， 虽 然 磨 内 温 度

** 110 益 ， 但 煤粉 还 是 会 吸附 磨 内水 蒸气 水 ； 表

面 水（ 外 水）的 脱除 相 对 容易 ， 但 内水 脱除较 困 难。

3   煤 内 水 对 热 耗的 影 响

3.1 计算前提条件

表 2 为热 耗 计 算 前 提 条 件 ， 烧 成 热 耗 设 计 值 为 730kcal/kg.cl ，入窑煤粉热 值 为 5 000kcal/kg 。

表 2 计算前提条件

煤粉 温 度 / 益   煤热 值 Qnet,ad/ （ kcal/kg ）   烧成热耗 / （ kcal/kg.cl ）

60           5 000              730
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3.2 水的物理变化吸收热量

煤 内水对 系统 热 耗 的 影 响 ， 主 要 从 水 温 度 升 高，水 由 液 态 转 化 为 气 态，水 由 气 态 升 温 到 过 热

1.0       1.5       7 195      1.721      0.00182 2.0       2.9      14 391      3.441      0.00363 3.0       4.4      21 586      5.162     0.00545 7.0       10.2      50 367      12.045     0.01272 15.0      21.9      107 929     25.810     0.02725 20.0      29.2      143 905     34.414     0.03634

7.0% 与 3.0% 15% 与 3.0% 20% 与 3.0%

通过 表 4 可以 看出 ， 若 入窑煤粉水分为 7.0% ， 相 比 入窑煤粉水分 3.0% 情况 ，系统热耗 增 加 6.9kcal/kg.cl ； 若 入 窑 煤 水 分 达 到 15.0% ， 则 热 耗 进 一 步 增 加 至 20.6 kcal/kg.cl ； 当 达 到 20.0% 入 窑煤水分 时 ，系统 热耗 增 加近 30 kcal/kg.cl 。以 上

仅 是 理 论 计 算 值 ， 没 有 考虑 水 分 对 煤 粉 燃 烧 速 度 影响 ，煤粉 水分 过 高， 给 熟料 煅 烧 带 来 不 利 因 素 远 不 止 热耗 增加 这一 方面 。

4   煤 内 水 对 熟 料 煅 烧 工 艺的 影 响 [2]

4.1 对低位热值影响

煤粉中的水分对煤的 低 位 热 值 影响 比较 大 ， 煤中的水分 含 量 越 高，煤 粉 的 燃 烧 状 况 越 不 稳 定 ， 导致燃 烧 温 度高 低 不 断 变 化。

4.2 对燃烧温度的影响

在 燃 烧 过 程 中 ， 煤 中 的 水 分 蒸 发 会 吸 收 很 多

圆园 18 年 16 卷

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=167         2 253

=2508       4 928

/%     煤粉中水份 宁波自应力硫铝酸盐水泥低热和中热水泥厂家哪里有/(kg/t.cl)

热耗 差        5.8     28 781.1     6.9     0.0073

热耗 差       17.5     86 343.2     20.6     0.0218

热耗 差       24.8    122 319.5     29.3     0.0309

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（ DEVELOPMENT GUIDE TO BUILDING MATERIALS ）

的热量 ，使煤 粉的 燃 烧 温 度 急 剧 下 降 。 水 在 吸 热 蒸 发 气 化 时 ， 体积 会 大 幅 增加 ， 蒸 发 产 生 的 大 量 的水 汽 笼罩 在 煤的 周围 ， 阻碍 新 鲜 空 气 进 入 燃 烧 区 ， 造 成 煤 粉 的 不 完 全 燃 烧。 实 际 生 产 中 ， 煤 粉 中水分对 火焰 温 度的影响 要 远远 大 于 灰 分的影响。

4.3 对窑系统影响

原 煤的水 分 含 量 高 ， 实 际 生 产 运 行 中 难 于 烘

150

130

110

90

5

15

10

干粉 磨 、 输送 及 储 存 ； 含 水量 高 的 煤 粉 在 使 用 过 程 中， 会 影响 煤粉 秤 的 均 匀喂 料 ， 水 分 高 还 会 造 成煤粉 不 完 全 燃 烧 ，烧成 温 度 降 低 ， 导 致 窑 内 温 度 波动 ，窑 况 不 稳 ； 含 水 量 较 高 的 煤 粉 燃 烧 速 率 慢 ， 燃 烬 度 较 差 ， 会 导 致 煤 粉 在 窑 内 的 燃 烧 滞 后 ， 窑 内 燃 烧 器 的 火 焰 相 对 拉 长 ， 火 力 不 集 中 ， 抗 来 料的 波 动性 差 ； 使 用 含 水 高的 煤 粉， 煤 中 水 分 的 蒸 发 会 导 致 窑 内 水 蒸 气 含 量 增 大 ， 影 响 窑 内 差 压 ， 导致 窑 况 不 稳 。

5   实 际 生 产 中 对煤 高 内 水 的 处 理 方 法 （ 1 ） 首 先 ， 条 件 允 许 的 话 ， 对 进 厂 高 水 分 原

煤 与 低 水分原 煤 进 行 搭配 使用 ， 以 降 低 入 窑 煤 粉 水分 ；

（ 2 ） 针对这 种 高水份、高挥发份的煤样，煤 磨

烘干 取 风 建议选择 窑 尾取 风 （窑 尾 烘干 风相 对窑 头

取 风 中的 O 2 含 量 要 低 ），以 适应 烘干煤样 所需 的 温

度 条件 ， 又防止 由于 温 度偏高 造 成 爆炸 等 风 险 。

（ 3 ） 关 于 煤 磨 粉 磨 工 艺 ， 首 先 要 改 善 磨 机 系

统内的 热 交换 能 力 ， 提 高 烘干 用 废 气 的 温 度 ， 防

[3]

过 查阅 DLT5145- 2002 《 火 力 发 电厂制 粉系统 设 计

计算 技术规 定 》 及 与 煤 磨设 备厂家 交 流 ，煤粉水分

控制 范 围 一 般 为 Mpc= （ 0.5~1.0 ） Mad [4] 。 即 当 煤内水 为 20% 时 ， 出磨 水分一 般 控制 值 为 10%~20% ，内 水 在 煤 磨 系统 中很 难 脱除 。 图 1 为 煤 中 全 水 分 和 出磨 气 体 温 度 对 出 磨 煤粉 水分 影 响。 由 图 1 可 以 看 出 ， 当 Mt=20% ， 出 磨 气 体 温 度 控 制 在 90 益 ， 煤粉水分 在 6.5% 左右 。 （ 备 注 ： Mad 为 空气 干 燥基 煤内水 ； Mt 为煤全水 ； Mpc 为 出磨 煤粉水分。 ） （ 4 ） 由 于 煤 粉 水 分 较 高 ， 所 以 在 窑 点 火 时 ，

适当 增加升 温 时 间 ， 确 保 窑内煤粉 有较 多的 燃 烧 时 间 ， 提 供 窑内 充 足 的热 负荷 ， 之后 再逐 步 的 投 料。

（ 5 ） 由 于 煤 粉 水 分 较 高 ， 实 际 生 产 中 可 以 尝

15

70

50

0 5 10

Mpc/% （ 出磨 煤粉水分）

图 1   煤中全水分和出磨气体温度对 出磨煤粉水分影响

试增 大 燃 烧 器 一 次 风 压 、 增加 旋 流 风 比 例 ， 控 制 火焰 长 度， 确 保 煤粉 在 烧成 带 的 充 分 燃 烧。

6   结语

（ 1 ） 原 煤 水 分 脱 除 粒 度 条 件 一 般 煤 磨 是 可 以

满足 的， 但 是高 水分原 煤水分 由 于 受 到 风 温 条 件 限 制 及 磨 内 湿 度 环 境 条 件 限 制 表 面 水（ 外 水）的 脱 除 相 对 容易 ， 但 内水 脱除较 困 难。

（ 2 ） 入 窑 煤 粉 水 份 对 烧 成 系 统 热 耗 影 响 较 为 严 重 ， 通 过 计 算 当 达 到 20.0% 入 窑 煤 水 分 时 ， 系 统热耗 增加近 30 kcal/kg.cl ； 煤 粉 水分 过 高， 给 熟

料 煅 烧 带 来不 利 因 素远 不 止 热耗 增加 这一 方面 。

（ 3 ） 煤 粉 中 的 水 分 对 煤 的 低 位 热 值 影 响 比 较

大 ， 煤中的 水分 蒸 发 会 吸收 很 多 的 热 量 ， 使 煤 粉 的 燃 烧 温 度 急剧 下 降 ； 煤粉水 分 蒸 发 产 生 的 大 量 的 水 汽 笼 罩 在 煤 的 周 围 ， 阻 碍 新 鲜 空 气 进 入 燃 烧 区 ， 造 成煤粉 不 完 全 燃 烧，窑内烧成 带 温 度 降低 ； 含 水 量 较 高 的煤 粉 燃 烧 速率 慢 ， 会 导 致 窑 内 燃 烧 器 的 火焰相 对 拉 长 ， 火 力 不 集 中， 抗 来 料 的 波 动 性 差 ； 使 用宁波自应力硫铝酸盐水泥低热和中热水泥厂家哪里有 含 水 高 的 煤 粉， 煤 中 水 分 的 蒸 发 会 导 致 窑 内 水 水 蒸 气 含 量 增 大 ， 影 响 窑 内 差 压 ， 导 致 窑 况 不 稳。

（ 4 ） 实 际 生 产 中 对 煤 高 内 水 的 处 理 方 法 可 以

从煤 的 搭配 使用 ，煤 磨 烘干 取 风 工 艺 ， 改 善 磨 机 系统内的热 交换 能 力 ， 提 高烘干用 废 气 的 温 度 ， 防止 磨 内 漏 风 ， 较 大 限 度的 控制 出磨 煤粉水 分 ， 并 结 合 相 关 理 论 曲 线， 合 理 控 制 出 磨 风 温 ， 保 证 煤粉水份 在 合 理 范 围 。

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止 磨 内 漏 风 ， 较 大 限 度 地 控 制 出 磨 煤 粉 水 分