（ 1 ）沖擊荷 載作用下 紹興余姚新昌嵊州上虞325425525625水泥混凝土路面的沉降時程曲線與沖擊荷載作用曲線類似，先快速到達峰

值，然后再回彈到一個穩定值。紹興余姚新昌嵊州上虞325425525625水泥混凝土路面的 沉降主要源于底基層石灰土 和黃土的變形。紹興余姚新昌嵊州上虞325425525625水泥混 凝土面板的沉降 隨與沖擊荷載作用中心距離的增大 而減小，隨深度的增加亦呈遞減趨勢 。 （ 2 ） 初 始 裂 縫 長 度 的 不 同 主 要 影 響 的 是 面 層 以 下 約 5 倍 水 泥 混 凝 土 面 層 厚 度 范 圍 內 石 灰 土 和 黃 土

的壓縮變形 。隨初始裂縫長度的增大，紹興余姚新昌嵊州上虞325425525625水泥 混凝土路面的破壞程度會逐漸增大 。當裂縫長度與面層厚 度的比超過某一值時，紹興余姚新昌嵊州上虞325425525625水泥 混凝土路面會產生貫穿性的裂縫。

（ 3 ）紹興余姚新昌嵊州上虞325425525625水泥混 凝土路面 最終擴展的裂縫長度和沉降均隨初始裂縫與荷載作用中心距離的增加而減 小 。 初 始 裂 縫 長 度 和 位 置 的 不 同 主 要 影 響 荷 載 作 用 中 心 1m 范 圍 內 水 泥 混 凝 土 面 板 的 沉 降 。


煤粉 水份對 寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山熟料 生產線 燒成系統 的影響 分析



摘    要： 從煤水份的分類、煤內水的脫除條件、煤水份對 燒 成 系統 熱 耗 和工 藝 煅 燒 的影 響 以 及高 內 水 煤 的處理方法等方面進行分析，系統地闡述煤內水分偏高對熟料燒成系統的影響。 關鍵詞： 寧波海螺水泥廠家325.425.525白黑硅酸鹽水泥杭州灣慈溪奉化象山熟料；燒成系統；煤內水；熱耗

0   引言

入 窯 煤 粉 的 品 質（水 分 和 細 度）影 響 窯 爐 系 統 的運行 ，實際 生產 中某些 水 泥 熟 料 線 使 用 的 原 煤 內水偏 高，由 于煤 的內水 是 很 難 烘 干 的， 高 內 水 的煤粉 入窯嚴 重影 響燒成 系 統 熱 耗 、 熟 料 質 量 和

系統的 穩定運 行。表 1 為 某 水 泥 熟 料 線 項 目 使 用 的煤樣工業分析結果，原煤全水為 25%~35% ，內 水 6.2%~20% ，揮 發 分 38%~40% ， 為 高 水 份、 高

揮發份 煤樣。 由于 煤的內 水 是 很 難 烘 干 的， 高 內 水的煤 粉入窯 嚴重 影響燒 成 系 統 的 穩 定 運 行。 本 文針對 這一問 題， 從多角 度 系 統 地 闡 述 煤 內 水 偏 高對 水 泥 熟 料 生 產 線 燒 成 系 統 的 影 響 。

表 1   某項目煤樣工業分析 結果

樣品

/(kcal/kg)

最 大 值 35   20   3.5   38    -    0.1     5 200      - 最小值 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

1    原 煤 中 水 份 分類 及 測 定 方 法 [1]

1.1 原煤中水份分類 1.1.1 按照結合狀態

原 煤中的 水 份 根 據 其 結 合 狀 態 ， 可 以 分 為 游

離態水和化合態水（ 即 結 晶 水） 兩大類 。

（ 1 ） 游 離 水 是 以 物 理 吸 附 方 式 或 者 吸 著 方 式

與 煤 結 合 一 起 的 ， 一 定 條 件 下 比 較 容 易 脫 除 ；

（ 2 ） 化 合 水 是 以 化 合 方 式 同 煤 中 的 礦 物 質 結

合的水， 他 是 礦物晶格 的一 部 分，這 部 分水 較 難以

脫除 。 例如 高 嶺土 （ Al 2 O 3 .2SiO 2 .2H 2 O ）中的結 晶 水。

1.1.2 游離水按照其存在狀態分類

分 為 外 水和 內 水 ， 實 際 工 業 生 產 中 ， 煤 的 工

業分析一 般只測 定游離水（ 即只測 定 外 水和內水）。

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

部 分 水 份 不 在 毛 細 孔 中 ， 在 實 際 工 業 分 析 測 定 中 指 的是 分析 煤樣 通 過破 碎 一 定 粒 度 后 ， 達 到 空 氣 干 燥 狀態（ 空 干 基 ） 失去 的 那部 分水。

（ 2 ） 煤 的 內 水 ： 煤 炭 顆 粒 內 部 有 大 量 的 毛 細

管孔 ， 煤中 有部 分 水分 吸附 或 凝 聚 在 這 些 毛 細 孔 中， 即 使煤 樣 達到 空 干 基 狀 態 下 ， 這 部 份 水 任 然 不能脫 除掉 ， 依然 保留 下來 ， 稱 這 部 分 水 為 煤 的 內水。

（ 3 ） 煤 中 的 外 水 和 內 水 之 和 即 工 業 分 析 中 煤

的全水分。

1.2 原煤中水分測定方法

煤中水分的 測 定實際 用的 是 間接 測 定 方 法 ， 即將已知 質量的煤樣 放在 一定 溫 度 下 干 燥至恒 重， 以煤樣水分 蒸 發 后 質量 損失計算 煤的水分。

1.2.1 全水（ Mt 或 Mar ）

收 到 煤 樣的 全 水 分 是 指 使 用 單 位 收 到 基 狀 態 下 煤的水分， 稱 為 收到基 水分（ 或 全水分），以 符號

Mar 或 Mt 表 示 。 測 定 方法如下：

（ 1 ） 煤樣 粒 度 ： 6mm 左右 （ 收到基 煤樣） ； （ 2 ） 試驗 溫 度 105~110 益 ；

（ 3 ） 通 過 加 熱 至 恒 重 ， 根 據 前 后 質 量 差 值 計

算 出 煤中全水 含 量。

1.2.2 內水

在 一定 條件 下 ， 空 氣 干 燥 煤 樣 在 實 驗 室 中 與 周圍環境濕 度 基 本 平衡時所含 的水分，以 符號

Mad 表 示 。 測 定 方法如下：

（ 1 ） 煤樣 粒 度 ： 0.2mm 左右 （ 空 干 基 煤樣） ；

13

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圓園 18 年 20 期

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

-----------------------------------------------------Page 1-----------------------------------------------------

（ 2 ） 試驗 溫 度 105~110 益 ；

（ 3 ） 通 過 加 熱 至 恒 重 ， 根 據 前 后 質 量 差 值 計

算 出 煤 中 內 水 含 量 。

蒸 汽 幾個 狀 態 變 化熱量 的 吸 收 來 考 慮 。 水 的 物 理

狀態 變 化 吸收 熱量 詳見 表 3 。

表 3 熱 量 計 算 物 理 過 程 （ 1kg 水 為 基 準）

2   原 煤 中 水 分 的脫 除

水 60 益 加 熱 到

100 益 熱耗

（ kJ/kg ）

100 益 水 汽 化 100 益 氣 熱耗

（ kJ/kg ）

100 益 氣 升 溫到

1200 益 過 熱 氣 熱耗

（ kJ/kg ）

總消 耗熱量

（ kJ /kg ）

2.1 理論上原煤中外水和內水的脫除條件 2.1.1 外水脫除條件

=1 伊 (100- 60)

伊 4.1816

=1 伊 1200 伊 2.09

原 煤 中 外 水（表 面 水）的 脫 除 一 般 不 需 要 特 定

的 溫 度 ， 只 要 破 碎 到 13mm 左 右 ， 常 溫 下 ， 接 觸

空氣 一 段 時 間 ， 即 可 自 然 脫 除 。

2.1.2 內水脫除條件

原 煤 中 內 水（表 面 水）的 脫 除 需 要 特 定 的 溫 度

（ 105~110 益 ）， 空 干 基 煤樣 破碎到 0.2mm 左右 ， 無

其 他 水 汽進 入 ，干 燥 箱 內 加 熱 烘 干 一 段 時 間 ， 即

3.3 不同煤粉水份對熱耗的影響

通過理 論 計 算 ， 不 同 入 窯 煤 粉 水 份 對 系 統 熱

耗 影 響 ， 及 煤 耗 增 加 量 詳 見 表 4 。 理 論 計 算 值 僅

包括 煤粉中 水分 對熱耗 的影 響， 沒 有 考 慮 入 窯 煤 粉水 分對 火 焰形 狀影響 及 窯 內 溫 度 分 布 ， 火 焰 形 狀影響熟料 煅 燒工 藝 ， 進而 影響系統熱耗。

表 4 不同煤粉水份對熱耗的影響

可 脫 除 。

2.2 實際煤磨生產中煤外水和內水的脫除情況

煤粉水份

熟料熱耗

增加 量

/ （ kJ/t.cl ）

熱耗 增加 量 水 蒸氣 含 量

/ （ kcal/kg.cl ） / （ Nm 3 /kg.cl ）

（ 1 ） 入 磨 原 煤 水 分 近 乎 以 收 到 基 狀 態 進 入 煤

磨 ， 其 中 水 分 包 括 外 水 和 內 水 以 及 結 晶 水 。

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

滿足 的（ 粒 度 越 細， 與 烘干熱 氣 體 接 觸 面 積越 大 ，表 面 水 越 容易脫除 ）， 但 是高水分原煤， 特別 是高內 水原煤 為 什么 難以 脫除 ？ 原 因 有 二 ： 一 是 風 溫 條

件 。 出 磨 風 溫 一 般 在 70 益 ， 該 溫 度 不 滿 足 煤 內 水 脫 除 的 理 論 溫 度 105~110 益 ， 但 如 果 提 高 出 磨 風

溫 ， 可 能 引 起 爆 炸 事 故 ； 二 是 磨 內 濕 度

（ 1 ）沖擊荷 載作用下 紹興余姚新昌嵊州上虞325425525625水泥混凝土路面的沉降時程曲線與沖擊荷載作用曲線類似，先快速到達峰

值，然后再回彈到一個穩定值。紹興余姚新昌嵊州上虞325425525625水泥混凝土路面的 沉降主要源于底基層石灰土 和黃土的變形。紹興余姚新昌嵊州上虞325425525625水泥混 凝土面板的沉降 隨與沖擊荷載作用中心距離的增大 而減小，隨深度的增加亦呈遞減趨勢 。 （ 2 ） 初 始 裂 縫 長 度 的 不 同 主 要 影 響 的 是 面 層 以 下 約 5 倍 水 泥 混 凝 土 面 層 厚 度 范 圍 內 石 灰 土 和 黃 土

的壓縮變形 。隨初始裂縫長度的增大，紹興余姚新昌嵊州上虞325425525625水泥 混凝土路面的破壞程度會逐漸增大 。當裂縫長度與面層厚 度的比超過某一值時，紹興余姚新昌嵊州上虞325425525625水泥 混凝土路面會產生貫穿性的裂縫。

（ 3 ）紹興余姚新昌嵊州上虞325425525625水泥混 凝土路面 最終擴展的裂縫長度和沉降均隨初始裂縫與荷載作用中心距離的增加而減 小 。 初 始 裂 縫 長 度 和 位 置 的 不 同 主 要 影 響 荷 載 作 用 中 心 1m 范 圍 內 水 泥 混 凝 土 面 板 的 沉 降 。
環 境 條 件 。 高 水 分 的 原 煤 進 入 煤 磨 系 統， 與 入 磨 熱 風 通 過 熱 交換 ， 在 磨 內 形 成 大 量的 水 蒸 氣 ， 雖 然 磨 內 溫 度

高于 110 益 ， 但 煤粉 還 是 會 吸附 磨 內水 蒸氣 水 ； 表

面 水（ 外 水）的 脫除 相 對 容易 ， 但 內水 脫除較 困 難。

3   煤 內 水 對 熱 耗的 影 響

3.1 計算前提條件

表 2 為熱 耗 計 算 前 提 條 件 ， 燒 成 熱 耗 設 計 值 為 730kcal/kg.cl ，入窯煤粉熱 值 為 5 000kcal/kg 。

表 2 計算前提條件

煤粉 溫 度 / 益   煤熱 值 Qnet,ad/ （ kcal/kg ）   燒成熱耗 / （ kcal/kg.cl ）

60           5 000              730

3.2 水的物理變化吸收熱量

煤 內水對 系統 熱 耗 的 影 響 ， 主 要 從 水 溫 度 升 高，水 由 液 態 轉 化 為 氣 態，水 由 氣 態 升 溫 到 過 熱

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% 與 3.0% 15% 與 3.0% 20% 與 3.0%

通過 表 4 可以 看出 ， 若 入窯煤粉水分為 7.0% ， 相 比 入窯煤粉水分 3.0% 情況 ，系統熱耗 增 加 6.9kcal/kg.cl ； 若 入 窯 煤 水 分 達 到 15.0% ， 則 熱 耗 進 一 步 增 加 至 20.6 kcal/kg.cl ； 當 達 到 20.0% 入 窯煤水分 時 ，系統 熱耗 增 加近 30 kcal/kg.cl 。以 上

僅 是 理 論 計 算 值 ， 沒 有 考慮 水 分 對 煤 粉 燃 燒 速 度 影響 ，煤粉 水分 過 高， 給 熟料 煅 燒 帶 來 不 利 因 素 遠 不 止 熱耗 增加 這一 方面 。

4   煤 內 水 對 熟 料 煅 燒 工 藝的 影 響 [2]

4.1 對低位熱值影響

煤粉中的水分對煤的 低 位 熱 值 影響 比較 大 ， 煤中的水分 含 量 越 高，煤 粉 的 燃 燒 狀 況 越 不 穩 定 ， 導致燃 燒 溫 度高 低 不 斷 變 化。

4.2 對燃燒溫度的影響

在 燃 燒 過 程 中 ， 煤 中 的 水 分 蒸 發 會 吸 收 很 多

圓園 18 年 16 卷

14

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=167         2 253

=2508       4 928

/%     煤粉中水份 /(kg/t.cl)

熱耗 差        5.8     28 781.1     6.9     0.0073

熱耗 差       17.5     86 343.2     20.6     0.0218

熱耗 差       24.8    122 319.5     29.3     0.0309

-----------------------------------------------------Page 2-----------------------------------------------------

（ DEVELOPMENT GUIDE TO BUILDING MATERIALS ）

的熱量 ，使煤 粉的 燃 燒 溫 度 急 劇 下 降 。 水 在 吸 熱 蒸 發 氣 化 時 ， 體積 會 大 幅 增加 ， 蒸 發 產 生 的 大 量 的水 汽 籠罩 在 煤的 周圍 ， 阻礙 新 鮮 空 氣 進 入 燃 燒 區 ， 造 成 煤 粉 的 不 完 全 燃 燒。 實 際 生 產 中 ， 煤 粉 中水分對 火焰 溫 度的影響 要 遠遠 大 于 灰 分的影響。

4.3 對窯系統影響

原 煤的水 分 含 量 高 ， 實 際 生 產 運 行 中 難 于 烘

150

130

110

90

5

15

10

干粉 磨 、 輸送 及 儲 存 ； 含 水量 高 的 煤 粉 在 使 用 過 程 中， 會 影響 煤粉 秤 的 均 勻喂 料 ， 水 分 高 還 會 造 成煤粉 不 完 全 燃 燒 ，燒成 溫 度 降 低 ， 導 致 窯 內 溫 度 波動 ，窯 況 不 穩 ； 含 水 量 較 高 的 煤 粉 燃 燒 速 率 慢 ， 燃 燼 度 較 差 ， 會 導 致 煤 粉 在 窯 內 的 燃 燒 滯 后 ， 窯 內 燃 燒 器 的 火 焰 相 對 拉 長 ， 火 力 不 集 中 ， 抗 來 料的 波 動性 差 ； 使 用 含 水 高的 煤 粉， 煤 中 水 分 的 蒸 發 會 導 致 窯 內 水 蒸 氣 含 量 增 大 ， 影 響 窯 內 差 壓 ， 導致 窯 況 不 穩 。

5   實 際 生 產 中 對煤 高 內 水 的 處 理 方 法 （ 1 ） 首 先 ， 條 件 允 許 的 話 ， 對 進 廠 高 水 分 原

煤 與 低 水分原 煤 進 行 搭配 使用 ， 以 降 低 入 窯 煤 粉 水分 ；

（ 2 ） 針對這 種 高水份、高揮發份的煤樣，煤 磨

烘干 取 風 建議選擇 窯 尾取 風 （窯 尾 烘干 風相 對窯 頭

取 風 中的 O 2 含 量 要 低 ），以 適應 烘干煤樣 所需 的 溫

度 條件 ， 又防止 由于 溫 度偏高 造 成 爆炸 等 風 險 。

（ 3 ） 關 于 煤 磨 粉 磨 工 藝 ， 首 先 要 改 善 磨 機 系

統內的 熱 交換 能 力 ， 提 高 烘干 用 廢 氣 的 溫 度 ， 防

[3]

過 查閱 DLT5145- 2002 《 火 力 發 電廠制 粉系統 設 計

計算 技術規 定 》 及 與 煤 磨設 備廠家 交 流 ，煤粉水分

控制 范 圍 一 般 為 Mpc= （ 0.5~1.0 ） Mad [4] 。 即 當 煤內水 為 20% 時 ， 出磨 水分一 般 控制 值 為 10%~20% ，內 水 在 煤 磨 系統 中很 難 脫除 。 圖 1 為 煤 中 全 水 分 和 出磨 氣 體 溫 度 對 出 磨 煤粉 水分 影 響。 由 圖 1 可 以 看 出 ， 當 Mt=20% ， 出 磨 氣 體 溫 度 控 制 在 90 益 ， 煤粉水分 在 6.5% 左右 。 （ 備 注 ： Mad 為 空氣 干 燥基 煤內水 ； Mt 為煤全水 ； Mpc 為 出磨 煤粉水分。 ） （ 4 ） 由 于 煤 粉 水 分 較 高 ， 所 以 在 窯 點 火 時 ，

適當 增加升 溫 時 間 ， 確 保 窯內煤粉 有較 多的 燃 燒 時 間 ， 提 供 窯內 充 足 的熱 負荷 ， 之后 再逐 步 的 投 料。

（ 5 ） 由 于 煤 粉 水 分 較 高 ， 實 際 生 產 中 可 以 嘗

15

70

50

0 5 10

Mpc/% （ 出磨 煤粉水分）

圖 1   煤中全水分和出磨氣體溫度對 出磨煤粉水分影響

試增 大 燃 燒 器 一 次 風 壓 、 增加 旋 流 風 比 例 ， 控 制 火焰 長 度， 確 保 煤粉 在 燒成 帶 的 充 分 燃 燒。

6   結語

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

滿足 的， 但 是高 水分原 煤水分 由 于 受 到 風 溫 條 件 限 制 及 磨 內 濕 度 環 境 條 件 限 制 表 面 水（ 外 水）的 脫 除 相 對 容易 ， 但 內水 脫除較 困 難。

（ 2 ） 入 窯 煤 粉 水 份 對 燒 成 系 統 熱 耗 影 響 較 為 嚴 重 ， 通 過 計 算 當 達 到 20.0% 入 窯 煤 水 分 時 ， 系 統熱耗 增加近 30 kcal/kg.cl ； 煤 粉 水分 過 高， 給 熟

料 煅 燒 帶 來不 利 因 素遠 不 止 熱耗 增加 這一 方面 。

（ 3 ） 煤 粉 中 的 水 分 對 煤 的 低 位 熱 值 影 響 比 較

大 ， 煤中的 水分 蒸 發 會 吸收 很 多 的 熱 量 ， 使 煤 粉 的 燃 燒 溫 度 急劇 下 降 ； 煤粉水 分 蒸 發 產 生 的 大 量 的 水 汽 籠 罩 在 煤 的 周 圍 ， 阻 礙 新 鮮 空 氣 進 入 燃 燒 區 ， 造 成煤粉 不 完 全 燃 燒，窯內燒成 帶 溫 度 降低 ； 含 水 量 較 高 的煤 粉 燃 燒 速率 慢 ， 會 導 致 窯 內 燃 燒 器 的 火焰相 對 拉 長 ， 火 力 不 集 中， 抗 來 料 的 波 動 性 差 ； 使 用 含 水 高 的 煤 粉， 煤 中 水 分 的 蒸 發 會 導 致 窯 內 水 水 蒸 氣 含 量 增 大 ， 影 響 窯 內 差 壓 ， 導 致 窯 況 不 穩。

（ 4 ） 實 際 生 產 中 對 煤 高 內 水 的 處 理 方 法 可 以

從煤 的 搭配 使用 ，煤 磨 烘干 取 風 工 藝 ， 改 善 磨 機 系統內的熱 交換 能 力 ， 提 高烘干用 廢 氣 的 溫 度 ， 防止 磨 內 漏 風 ， 最 大 限 度的 控制 出磨 煤粉水 分 ， 并 結 合 相 關 理 論 曲 線， 合 理 控 制 出 磨 風 溫 ， 保 證 煤粉水份 在 合 理 范 圍 。