新型干法水泥厂煤粉粒径分级燃烧方法研究

新型干法水泥厂煤粉粒径分级燃烧方法研究煤炭作为我国的主要能源资源，其清洁高效利用对减少燃煤环境污染、节约煤炭资源具有重要意义。本论文从煤的燃烧过程、煤中矿物质分布、煤粉燃烧特性等方面，对粒径尺寸和矿物质分布、煤粉燃烧特性之间规律等方面国内外研究现状进行了综述。针对目前煤炭主要利用途径——煤粉燃烧，研究了工业粉煤过程中矿物在煤粉中分布影响规律、煤粉中矿物随粒径的分布规律及其对燃烧特性的影响，以期为煤粉分级燃烧方法在新型干法水泥厂的工业应用提供基础数据，为有效利用劣质煤资源、实现煤粉高效燃烧利用提供理论指导。本文首先研究了工业单煤煤粉中矿物质分布。试验采集的河南新乡同力水泥厂（HN）、山西西城水泥厂（SX）和江苏南京中国水泥厂（JS）三个水泥厂煤粉样品是不同变质程度的烟煤，三个出磨煤粉都呈现出灰分随密度级别的增加呈递增，随着粒度增加而降低的规律。煤样的产率分布整体分布状态呈哑铃型，矿物质和有机质分离程度较高。基于煤粉浮沉试验和激光粒度分析试验结果，通过数学计算过程的推导，得到了煤粉中各粒级产率、灰分和挥发分的计算公式。该数学模型的建立为研究煤粉组成的分布提供了理论支持。对于工业现场混煤煤粉的研究表明：所采集广西华宏水泥有限公司（HH）、广西华润水泥有限公司（HR）、江西万年青水泥有限公司（WNQ）、山西威顿水泥有限公司（WD）和安徽海螺（狄港）水泥有限公司（DG）的混煤煤粉与单煤工业煤粉类似，都呈现出灰分随着粒度增加而降低的规律。确定合适的分级粒度，经分级可以得到高质量的低灰煤粉。煤粉中整体呈现出高密度级煤样产率随着粒度增大而逐渐降低的趋势，说明随着粒度增大外在矿物含量越来越少，灰分随粒度的变化是由高密度级煤样主导的。本文还研究了磨煤过程和混煤对煤粉中矿物质分布规律的影响。试验采集的安徽皖北矿务局烟煤(WB)、江西萍乡无烟煤(PX)和山西大同烟煤(DT)煤样灰分都呈现出随粒度增大而增加的趋势，贵州六盘水无烟煤(LP)煤样各个粒度级别的灰分变化不大，且与原煤样的灰分相近。同一煤样粉磨到不同细度，其灰分—粒度曲线变化趋势一致。同一煤样用不同粉磨方式制备的煤粉，其粒度与灰分的变化因煤样而异，粉磨方式对煤粉中矿物质随粒度的分布具有较大影响。利用振动磨研究了混煤对矿物质分布的影响，以5:5混配的WB与DT、WB与LP、WB与云南小龙潭褐煤（LT）混煤制备15%筛余细度煤粉，对混煤各密度级的工业分析结果表明不同煤种混配导致产率随密度的变化不同。各混煤的灰分都随着密度增加而逐渐增加，而挥发分都随着密度增加而逐渐降低。WB与DT、WB与LP混煤各密度级煤粉的平均粒度都随着密度增加先减小后增大。混煤对燃烧特性影响规律的研究表明：在相同实验条件、掺混比例情况下，烟煤和无烟煤掺混，先磨后混煤粉除了着火性能不如先混后磨外，其他燃烧特性指标都好于先混后磨，先磨后混掺混方式的综合燃烧性能好于先混后磨掺混方式；烟煤和烟煤掺混，两种掺混方式混煤各项着火特性、燃烧特性相近；烟煤和褐煤掺混，先磨后混混煤燃烧性能稍好于先混后磨混煤。烟煤和无烟煤混煤的燃烧受掺混方式的影响最明显。无论哪种掺混方式混煤，燃烧反应性能烟煤和褐煤掺混最好，烟煤和无烟煤掺混最差，烟煤和烟煤掺混居中。先磨后混掺混方式混煤燃烧性能受煤种影响较明显。用热重分析法研究了烟煤和无烟煤各筛分粒径煤粉的燃烧特性。对不同筛分粒径煤粉样品的热重曲线、着火温度、燃烬温度、最大失重速率及其对应温度Tmax、转化率和转化速率随温度变化曲线进行了分析对比。在相同实验条件下，烟煤煤粉随着筛分粒径的减小，燃烧的热重曲线向低温区移动。煤粉的着火、燃烬性能、燃烧稳定性、燃烧反应活性等整体燃烧性能都得到改善，并且粒径越小这种改善越明显。无烟煤筛分粒径中只有小粒径煤粉的燃烧热重曲线向低温区移动明显。筛分粒径越小，煤粉的着火