長期以來，新型干法水泥生產(chǎn)大都使用優(yōu)質(zhì)煙煤進(jìn)行生產(chǎn)，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源持續(xù)緊張，優(yōu)質(zhì)煙煤價格一路攀升，在煙煤價格攀升的同時，其質(zhì)量反呈下降趨勢，而無煙煤由于揮發(fā)份偏低，價格相對便宜，有效利用無煙煤替代部分煙煤進(jìn)行水泥生產(chǎn)，對降低企業(yè)生產(chǎn)成本具有較大作用。
煤的等級分類:
煤一般可分為以下四類：無煙煤、煙煤、次煙煤、褐煤。其中無煙煤又分為：亞無煙煤、無煙煤、半無煙煤三類。煙煤分為：低揮發(fā)份煙煤、中等揮發(fā)份煙煤、高揮發(fā)份煙煤A、高揮發(fā)份煙煤B、高揮發(fā)份煙煤C、煙煤六類。次煙煤分為：次煙煤Ａ、次煙煤B、次煙煤C。褐煤分為：褐煤Ａ、褐煤B。
無煙煤與煙煤的主要區(qū)別在于無煙煤揮發(fā)份較低，由于揮發(fā)份較低，不易著火。
一、煤的燃燒燃燼特征
煤在生物化學(xué)階段的形成條件不同，相同等級，但來源不同的煤，可能會有不同的特征，我國的原煤主要形成在石碳紀(jì)，相對二疊紀(jì)形成的原煤活性要好。我國南方產(chǎn)煤區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其煤質(zhì)也復(fù)雜。
煤粒子的燃燒可以被看成是兩個連續(xù)的反應(yīng)過程。
一是揮發(fā)份的排出和燃燒:煤粒子被加熱，揮發(fā)份排出，揮發(fā)份排出的氣體一般具有較低的著火溫度，極易與周圍的空氣混合并達(dá)到著火溫度迅速燃燒，揮發(fā)份的排出量取決于煤的種類和加熱速度。一般來說，揮發(fā)份的排出和燃燒很快家可以完成，其數(shù)量級小于0.1秒。揮發(fā)份排出后的殘余物質(zhì)近似一種疏松的焦炭粒子。也就是說煙煤和無煙煤在揮發(fā)份排出后都近似一種疏松的焦炭粒子。
二是焦炭粒子的燃燒:焦炭粒子的反應(yīng)速率可受化學(xué)反應(yīng)速率控制（化學(xué)控制）或受邊界層速率控制（擴(kuò)散控制），焦炭粒子的燃燼時間比較長。焦炭粒子的燃燼時間取決于下列因素：
1、粒子的孔隙率（取決于每個品種的優(yōu)劣）
2、焦炭粒子的粒徑 dp
3、氧的分壓 O2%
4、溫度 t
各因素的影響程度取決于反應(yīng)是化學(xué)控制的還是擴(kuò)散控制的，化學(xué)反應(yīng)的速率隨溫度的增加而增加，就焦炭粒子的燃燒溫度來說，當(dāng)溫度上升大約70℃時化學(xué)反應(yīng)速率將提高一倍。邊界層中的擴(kuò)散速率也隨溫度的增加而增加，但速度相對較慢，在高溫范圍內(nèi)，燃燒時擴(kuò)散控制的煙煤和無煙煤的燃燒反應(yīng)速率之間的差異不明顯，在中等溫度控制范圍內(nèi)燃燒時由化學(xué)控制的，兩者之間則存在明顯的差異。
回轉(zhuǎn)窯燃燒器的高溫燃燒是擴(kuò)散控制的，分解爐的中等溫度燃燒則是化學(xué)控制的。
基于以上原理我們分別探討一下無煙煤在窯頭燃燒器及窯尾分解爐的燃燒情況。
二、無煙煤在窯頭燃燒器的使用
新型干法水泥生產(chǎn)線裝備有現(xiàn)代化的燃燒器，現(xiàn)代化的燃燒器配備有適當(dāng)?shù)幕鹧嬲{(diào)節(jié)裝置，可以使無煙煤沒有任何問題地在窯頭進(jìn)行燃燒。
燃燒器的作用不僅僅是輸送和分布煤粉，更主要的是保持火焰的理想長度和合適的氣體流場?；鹧娴拈L度對于新型干法窯來講十分重要，火焰如果過短，煤的潛熱只能在較小體積內(nèi)釋放出來，火焰的溫度就會在局部變得很高，相反，如果火焰長度加長，溫度就會下降。火焰的長度主要靠燃燒器的推動力進(jìn)行控制。
燃燒器的推動力=一次空氣（kg/s）×燃燒器尖端風(fēng)速（m/s）
當(dāng)燃燒器推動力加大時火焰長度縮短。
原煤的種類對火焰的長度并不十分重要，只要求單個煤粒子的燃燼時間小于其在火焰中的停留時間即可。
如果目標(biāo)是讓無煙煤與煙煤保持相同的火焰長度，那么就必須對煤粉的燃燼時間進(jìn)行補(bǔ)償。簡單的做法就是將無煙煤磨得更細(xì)一些。
高溫二次風(fēng)將會快速加熱進(jìn)入燃燒器的煤粉的揮發(fā)分快速排出，煤粉一經(jīng)離開燃燒器端部，焦炭粒子就會點(diǎn)燃，因此冷卻機(jī)的使用效果將對無煙煤的使用產(chǎn)生一定影響。
在回轉(zhuǎn)窯窯頭燃燒器上使用無煙煤需要保證如下條件：
1）煤粉能達(dá)到足夠的符合要求的細(xì)度，以保證燃燒和火焰形成。
2）控制可靠穩(wěn)定的煤粉喂料。
3）燃燒器的一次分必須具有足夠的推動力并可調(diào)節(jié)。
4）燃燒器必須能夠在燃燒帶產(chǎn)生有充分內(nèi)部循環(huán)空氣的火焰，以保證無煙煤盡快點(diǎn)燃。
5）在啟動冷窯或窯況不正常時利用煙煤或燃油輔助燃燒。
三、無煙煤在分解爐的使用
分解爐的作用是在固相懸浮于熱氣體的條件下完成碳酸鹽的分解吸熱反應(yīng)。
CaCO3=CaO+CO2↑
在所提供的熱量不能使生料完全分解的情況下，分解過程可按CO2的分壓達(dá)到某一平衡狀態(tài)考慮。一般來說分解爐的平衡狀態(tài)溫度處于850～900℃范圍。分解爐內(nèi)的溫度分布與下列因素有關(guān)。
1）燃燒成氣相視的放熱速率。
2）由氣相傳給固體生料粉的傳熱速率。
3）生料顆粒分解時的吸熱速率。
與使用煙煤相比，由于無煙煤揮發(fā)份較低，因此需要一個相對較大的分解爐，以期獲得相同的生料分解率和相同的煤粉燃燼程度，或者要求一個較高的操作溫度，或者將無煙煤磨得更細(xì)一些。
當(dāng)三次風(fēng)溫較低時，無煙煤揮發(fā)出來的氣體往往不能產(chǎn)生足夠的熱量使溫度升高。，所以將煤粉直接喂入溫度范圍通常在1000～1200℃的上升煙道廢氣中可確保煤粉燃燒。
另外需要提出的是燃燒速度和燃燼時間還取決于煙氣中的O2含量，用較高的空氣過剩系數(shù)操作分解爐時刻縮短燃燼時間，但通常增大空氣過剩系數(shù)的做法將會增加通過預(yù)熱器的氣體流量。為此將造成較大的壓差和較高的廢氣溫度，從而使窯主排風(fēng)機(jī)的負(fù)荷增大，整個窯系統(tǒng)的單位熱耗也將有所增加。
改變生料喂入方式是相當(dāng)重要的，采用無煙煤操作時，無煙煤與生料粉的混合最好能有適當(dāng)?shù)臏髸r間，以保證無煙煤的點(diǎn)燃，因此對喂入分解爐的生料需要進(jìn)行分級控制，以便使分解爐底部形成一個相對高溫區(qū)。判斷生料在分解爐內(nèi)是否達(dá)到預(yù)期的效果，最好的辦法是檢測入窯生料分解率，如果入窯生料分解率達(dá)到了預(yù)期效果，說明無煙煤在分解爐內(nèi)的燃燒是合適的。
四、無煙煤的具體使用
雙峰海螺水泥有限公司無煙煤使用攻關(guān)，在經(jīng)歷多次反復(fù)后終于成功地在窯頭燃燒器及窯尾分解爐使用無煙煤，使無煙煤的使用量超過原煤總量的一半。由于雙峰公司當(dāng)?shù)責(zé)熋嘿|(zhì)量較差，熟料產(chǎn)質(zhì)量一直難以提升，通過搭配使用當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)無煙煤，熟料的產(chǎn)質(zhì)量得到了提高。
在使用無煙煤時主要采取了以下成功做法：
1）合理制定無煙煤采購指標(biāo)。
分析認(rèn)為無煙煤不易著火，因此采購無煙煤時應(yīng)盡量提高無煙煤的熱值，以彌補(bǔ)其揮發(fā)份不足的缺陷。
由于無煙煤質(zhì)量相對較好，無煙煤單位發(fā)熱量高，也有利于其在窯頭燃燒器及窯尾分解爐的盡快點(diǎn)燃，快速燃燼。
2）控制合理的煤粉細(xì)度。
在全部使用無煙煤時，煤粉細(xì)度與煙煤相比要降低。
3）合理調(diào)節(jié)窯頭燃燒器，加大一次風(fēng)推動力，控制火焰形狀，保證無煙煤快速燃燼。
4）做好煤料對口工作，防止因原煤轉(zhuǎn)換造成產(chǎn)品質(zhì)量波動。
5）由于無煙煤易磨性往往差于煙煤，合理控制原煤水分，有利于磨機(jī)產(chǎn)量穩(wěn)定。
既然無煙煤采取一定的措施能夠與煙煤幾乎一樣燃燒，那么我們在采購原煤時就應(yīng)遵循以下原則保證使企業(yè)獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。
1）購原煤首先考慮發(fā)熱量的大小，花最少的錢獲得最大的發(fā)熱量。
2）其次注意揮發(fā)份對窯適應(yīng)性的影響，保證可以獲得適當(dāng)?shù)幕鹧?，也就是說工藝是否適合。
3）考慮硫的影響，然后合理地將這些原煤分配到不同的工廠。
煤的等級分類:
煤一般可分為以下四類：無煙煤、煙煤、次煙煤、褐煤。其中無煙煤又分為：亞無煙煤、無煙煤、半無煙煤三類。煙煤分為：低揮發(fā)份煙煤、中等揮發(fā)份煙煤、高揮發(fā)份煙煤A、高揮發(fā)份煙煤B、高揮發(fā)份煙煤C、煙煤六類。次煙煤分為：次煙煤Ａ、次煙煤B、次煙煤C。褐煤分為：褐煤Ａ、褐煤B。
無煙煤與煙煤的主要區(qū)別在于無煙煤揮發(fā)份較低，由于揮發(fā)份較低，不易著火。
一、煤的燃燒燃燼特征
煤在生物化學(xué)階段的形成條件不同，相同等級，但來源不同的煤，可能會有不同的特征，我國的原煤主要形成在石碳紀(jì)，相對二疊紀(jì)形成的原煤活性要好。我國南方產(chǎn)煤區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其煤質(zhì)也復(fù)雜。
煤粒子的燃燒可以被看成是兩個連續(xù)的反應(yīng)過程。
一是揮發(fā)份的排出和燃燒:煤粒子被加熱，揮發(fā)份排出，揮發(fā)份排出的氣體一般具有較低的著火溫度，極易與周圍的空氣混合并達(dá)到著火溫度迅速燃燒，揮發(fā)份的排出量取決于煤的種類和加熱速度。一般來說，揮發(fā)份的排出和燃燒很快家可以完成，其數(shù)量級小于0.1秒。揮發(fā)份排出后的殘余物質(zhì)近似一種疏松的焦炭粒子。也就是說煙煤和無煙煤在揮發(fā)份排出后都近似一種疏松的焦炭粒子。
二是焦炭粒子的燃燒:焦炭粒子的反應(yīng)速率可受化學(xué)反應(yīng)速率控制（化學(xué)控制）或受邊界層速率控制（擴(kuò)散控制），焦炭粒子的燃燼時間比較長。焦炭粒子的燃燼時間取決于下列因素：
1、粒子的孔隙率（取決于每個品種的優(yōu)劣）
2、焦炭粒子的粒徑 dp
3、氧的分壓 O2%
4、溫度 t
各因素的影響程度取決于反應(yīng)是化學(xué)控制的還是擴(kuò)散控制的，化學(xué)反應(yīng)的速率隨溫度的增加而增加，就焦炭粒子的燃燒溫度來說，當(dāng)溫度上升大約70℃時化學(xué)反應(yīng)速率將提高一倍。邊界層中的擴(kuò)散速率也隨溫度的增加而增加，但速度相對較慢，在高溫范圍內(nèi)，燃燒時擴(kuò)散控制的煙煤和無煙煤的燃燒反應(yīng)速率之間的差異不明顯，在中等溫度控制范圍內(nèi)燃燒時由化學(xué)控制的，兩者之間則存在明顯的差異。
回轉(zhuǎn)窯燃燒器的高溫燃燒是擴(kuò)散控制的，分解爐的中等溫度燃燒則是化學(xué)控制的。
基于以上原理我們分別探討一下無煙煤在窯頭燃燒器及窯尾分解爐的燃燒情況。
二、無煙煤在窯頭燃燒器的使用
新型干法水泥生產(chǎn)線裝備有現(xiàn)代化的燃燒器，現(xiàn)代化的燃燒器配備有適當(dāng)?shù)幕鹧嬲{(diào)節(jié)裝置，可以使無煙煤沒有任何問題地在窯頭進(jìn)行燃燒。
燃燒器的作用不僅僅是輸送和分布煤粉，更主要的是保持火焰的理想長度和合適的氣體流場?；鹧娴拈L度對于新型干法窯來講十分重要，火焰如果過短，煤的潛熱只能在較小體積內(nèi)釋放出來，火焰的溫度就會在局部變得很高，相反，如果火焰長度加長，溫度就會下降。火焰的長度主要靠燃燒器的推動力進(jìn)行控制。
燃燒器的推動力=一次空氣（kg/s）×燃燒器尖端風(fēng)速（m/s）
當(dāng)燃燒器推動力加大時火焰長度縮短。
原煤的種類對火焰的長度并不十分重要，只要求單個煤粒子的燃燼時間小于其在火焰中的停留時間即可。
如果目標(biāo)是讓無煙煤與煙煤保持相同的火焰長度，那么就必須對煤粉的燃燼時間進(jìn)行補(bǔ)償。簡單的做法就是將無煙煤磨得更細(xì)一些。
高溫二次風(fēng)將會快速加熱進(jìn)入燃燒器的煤粉的揮發(fā)分快速排出，煤粉一經(jīng)離開燃燒器端部，焦炭粒子就會點(diǎn)燃，因此冷卻機(jī)的使用效果將對無煙煤的使用產(chǎn)生一定影響。
在回轉(zhuǎn)窯窯頭燃燒器上使用無煙煤需要保證如下條件：
1）煤粉能達(dá)到足夠的符合要求的細(xì)度，以保證燃燒和火焰形成。
2）控制可靠穩(wěn)定的煤粉喂料。
3）燃燒器的一次分必須具有足夠的推動力并可調(diào)節(jié)。
4）燃燒器必須能夠在燃燒帶產(chǎn)生有充分內(nèi)部循環(huán)空氣的火焰，以保證無煙煤盡快點(diǎn)燃。
5）在啟動冷窯或窯況不正常時利用煙煤或燃油輔助燃燒。
三、無煙煤在分解爐的使用
分解爐的作用是在固相懸浮于熱氣體的條件下完成碳酸鹽的分解吸熱反應(yīng)。
CaCO3=CaO+CO2↑
在所提供的熱量不能使生料完全分解的情況下，分解過程可按CO2的分壓達(dá)到某一平衡狀態(tài)考慮。一般來說分解爐的平衡狀態(tài)溫度處于850～900℃范圍。分解爐內(nèi)的溫度分布與下列因素有關(guān)。
1）燃燒成氣相視的放熱速率。
2）由氣相傳給固體生料粉的傳熱速率。
3）生料顆粒分解時的吸熱速率。
與使用煙煤相比，由于無煙煤揮發(fā)份較低，因此需要一個相對較大的分解爐，以期獲得相同的生料分解率和相同的煤粉燃燼程度，或者要求一個較高的操作溫度，或者將無煙煤磨得更細(xì)一些。
當(dāng)三次風(fēng)溫較低時，無煙煤揮發(fā)出來的氣體往往不能產(chǎn)生足夠的熱量使溫度升高。，所以將煤粉直接喂入溫度范圍通常在1000～1200℃的上升煙道廢氣中可確保煤粉燃燒。
另外需要提出的是燃燒速度和燃燼時間還取決于煙氣中的O2含量，用較高的空氣過剩系數(shù)操作分解爐時刻縮短燃燼時間，但通常增大空氣過剩系數(shù)的做法將會增加通過預(yù)熱器的氣體流量。為此將造成較大的壓差和較高的廢氣溫度，從而使窯主排風(fēng)機(jī)的負(fù)荷增大，整個窯系統(tǒng)的單位熱耗也將有所增加。
改變生料喂入方式是相當(dāng)重要的，采用無煙煤操作時，無煙煤與生料粉的混合最好能有適當(dāng)?shù)臏髸r間，以保證無煙煤的點(diǎn)燃，因此對喂入分解爐的生料需要進(jìn)行分級控制，以便使分解爐底部形成一個相對高溫區(qū)。判斷生料在分解爐內(nèi)是否達(dá)到預(yù)期的效果，最好的辦法是檢測入窯生料分解率，如果入窯生料分解率達(dá)到了預(yù)期效果，說明無煙煤在分解爐內(nèi)的燃燒是合適的。
四、無煙煤的具體使用
雙峰海螺水泥有限公司無煙煤使用攻關(guān)，在經(jīng)歷多次反復(fù)后終于成功地在窯頭燃燒器及窯尾分解爐使用無煙煤，使無煙煤的使用量超過原煤總量的一半。由于雙峰公司當(dāng)?shù)責(zé)熋嘿|(zhì)量較差，熟料產(chǎn)質(zhì)量一直難以提升，通過搭配使用當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)無煙煤，熟料的產(chǎn)質(zhì)量得到了提高。
在使用無煙煤時主要采取了以下成功做法：
1）合理制定無煙煤采購指標(biāo)。
分析認(rèn)為無煙煤不易著火，因此采購無煙煤時應(yīng)盡量提高無煙煤的熱值，以彌補(bǔ)其揮發(fā)份不足的缺陷。
由于無煙煤質(zhì)量相對較好，無煙煤單位發(fā)熱量高，也有利于其在窯頭燃燒器及窯尾分解爐的盡快點(diǎn)燃，快速燃燼。
2）控制合理的煤粉細(xì)度。
在全部使用無煙煤時，煤粉細(xì)度與煙煤相比要降低。
3）合理調(diào)節(jié)窯頭燃燒器，加大一次風(fēng)推動力，控制火焰形狀，保證無煙煤快速燃燼。
4）做好煤料對口工作，防止因原煤轉(zhuǎn)換造成產(chǎn)品質(zhì)量波動。
5）由于無煙煤易磨性往往差于煙煤，合理控制原煤水分，有利于磨機(jī)產(chǎn)量穩(wěn)定。
既然無煙煤采取一定的措施能夠與煙煤幾乎一樣燃燒，那么我們在采購原煤時就應(yīng)遵循以下原則保證使企業(yè)獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。
1）購原煤首先考慮發(fā)熱量的大小，花最少的錢獲得最大的發(fā)熱量。
2）其次注意揮發(fā)份對窯適應(yīng)性的影響，保證可以獲得適當(dāng)?shù)幕鹧?，也就是說工藝是否適合。
3）考慮硫的影響，然后合理地將這些原煤分配到不同的工廠。
