电石渣配料生产水泥熟料新工艺的开发与应用.doc

电石渣配料生产水泥熟料新工艺的开发与应用1 概述 电石渣是在乙炔气、聚氯乙烯、聚乙烯醇等工业产品生产过程中，电石(CaC2)水解后产生的沉淀物(工业废渣)，主要成分为Ca(OH)2。CaC2(电石)+2H2OC2H2(乙炔气)+Ca(OH)2(电石渣)每吨电石水解后约可产生1.15吨电石渣(干料)，电石渣的堆放不仅占用大量的土地，而且因电石渣易于流失扩散，会污染堆放场地附近的水资源、碱化土地；长时间堆放还可能因风干起灰，污染周边环境。电石渣属难以处理的工业废弃物之一。上世纪七十年代，我国就开始将电石渣用作生产水泥熟料的原料之一。当时，电石渣配料主要采用湿法长窑工艺生产水泥熟料，后来电石渣配料又发展了立窑、半湿法料饼入窑、立波尔窑、五级旋风预热器窑等多种工艺生产水泥熟料，但这些生产工艺的技术经济指标相对落后，而且不符合国家的相关产业政策，不适宜广泛推广。技术相对较先进的电石渣配料、“湿磨干烧”工艺生产新型干法水泥熟料，其熟料烧成热耗超过10004.18 kj/kg，这比同规模、采用通常原料配料生产新型干法水泥熟料高出近30%，即每吨熟料多耗标准煤约30kg。以日产水泥熟料1000吨规模计算，全年多耗标准煤约9000吨。采用电石渣配料、“湿磨干烧”工艺生产新型干法水泥熟料的主要生产工艺过程为：电石渣作为原料之一与其它原料配料后一起入湿法生料磨，磨成综合水分约为43%的生料浆，然后通过机械脱水装置将生料浆脱水成为含水分约25%的料饼，再将料饼送入利用窑尾废气余热烘干的料饼烘干破碎机；破碎、烘干后的物料随气流进入窑尾旋风分离器、两级旋风预热器、在线分解炉，最后进入回转窑煅烧成水泥熟料。实践证明：电石渣配料、“湿磨干烧”工艺生产新型干法水泥熟料，技术上已较为先进、成熟，按该工艺建设并已运行四年半的1000t/d水泥熟料生产线主要缺点是：熟料烧成热耗较高，达10304.18 kj/kg。采用电石渣配料、“干磨干烧”新工艺生产新型干法水泥熟料，有利于进一步降低水泥熟料的烧成热耗，提高企业的经济效益和社会效益。其主要生产工艺过程为：电石渣先通过机械脱水装置脱水成为含水分约35%的电石渣料饼，然后与其它原料经配料一起进入立磨烘干、粉磨；出立磨的生料粉经生料均化库均化后入窑尾四级旋风预热器、半离线分解炉，最后进入回转窑煅烧成水泥熟料。通过对电石渣配料、“湿磨干烧”工艺生产新型干法水泥熟料生产线的深入调查分析，并根据物料的特性做冷态模拟试验，取得了合理参数。在此基础上，开发出了电石渣配料、“干磨干烧”生产新型干法水泥熟料的新工艺，并成功地设计了一条1000t/d水泥熟料生产线，生产线投产后顺利实现达标和年达产，各项技术经济指标都达到了较为先进的水平，属国内首创。2 生产线主要系统介绍2.1 电石渣浆处理系统电石渣是电石水解后产生的废渣，从乙炔发生装置中排出的电石渣水分高达90%以上，经沉降池浓缩后，水分仍有（7580）%，正常流动时的水分在50%以上。电石渣的主要成分是Ca(OH)2，其CaO含量高达60%以上。电石渣中的细颗粒较多，（1050）微米颗粒为80%以上，BT-9300激光粒度分布测定结果如下：电石渣的个数平均粒径：1.89m；重量平均粒径：9.19m；面积平均粒径：5.75m；中位粒径：8.29m；比表面积：947.32m2/kg。根据电石渣的物理性质及化学性质可以看出：电石渣中CaO含量很高，可以说是制造水泥熟料的优质钙质原料；其粒度很细，几乎不需要粉磨即可满足水泥熟料生产的要求。因此，电石渣配料生产水泥熟料首先需要解决的是对电石渣进行脱水和较精确的配料。2.1.1 电石渣浆的脱水针对电石渣浆的性能以及水泥熟料生产的特点，本课题选择脱水能力较强、料饼水分较低的板框压滤脱水方案。该板框压滤系统的主要工作原理为：含水分（7580）%的电石渣浆经渣浆泵注入带气橡胶隔膜的压滤机各个滤室，当压力升至设定值后，通过流体静压压滤脱掉滤饼颗粒间的游离水分；接着再通入压缩空气保压，通过橡胶隔膜的弧面产生变向剪切压力来改变静压压滤过程中形成的滤饼空隙，破坏滤饼的几何结构，使滤饼水分进一步降低。为了进一步探索合理的工艺参数，给板框压滤机的制造和使用提供借鉴，进行了不同滤室厚度、进浆浓度、过滤压力下的正交试验。通过试验得知：（1）电石渣浆的浓度影响滤饼的最终水分。设置电石渣浆浓缩池进行浓缩是必要的，浓缩后含水量最好小于75%。（2）电石渣浆的过滤压力以0.8 MPa为宜。压力过低则滤饼水分难以控制；压力过大则对板框压滤机的机械制造要求过高。（3）滤室的厚度以30mm为宜。滤饼过厚，水分难以控制；滤饼过薄，产量难以满足要求。根据电石渣浆过滤性能试验结果和生产中的物料平衡要求，压滤机选为XMGZ300/1250型厢式压滤机，过滤面积300m2，过滤总容积4.32m3，滤室的厚度30mm，压滤后滤饼水分设计值为36%。实际运行情况为：电石渣浆经厢式压滤机压滤后，滤饼水分35%。2.1.2 电石渣配料系统通过试验及优化，压滤机的脱水能力已能满足生产要求。为了实现连续生产，采用“机组接力”方式，下道工序的进料量通过卸饼速度来控制。实现连续生产至少需要三台压滤机，即一台在卸料，另一台在进浆压滤，第三台已压滤脱水完毕，处于随时卸料状态。当第一台卸料完毕，第三台立刻启动卸料。如此周而复始地循环，实现连续生产。由于电石渣浆经渣浆池的搅拌储存其成分已较为稳定，另外在控制压滤时间和压滤压力的情况下，料饼的水分经测试波动很小。因此，在这种情况下，预先计量单块料饼的重量，再通过PLC控制拉板时间来控制料饼的掺加块数，即可满足配料要求。实际运行情况为：在多台压滤机组合、通过接力方式实现连续生产的同时，通过对压滤机设置PLC程序控制，调整拉板时间，控制料饼的给料量，并通过特殊加工的双轴搅拌机对料饼进行破碎、稳料，再与其它已预先配合好的混合料按比例配合，实现了较精确的配料，较好地满足了生产要求。22 生料粉磨系统生料粉磨系统一般采用球磨机或立磨系统。考虑到本课题的原料具有高粘湿性，故采用烘干能力很强、热交换和粉磨效率很高的立磨作为生料磨。立磨规格为MLS2619，利用窑尾预热器的废气作为立磨的烘干热源。窑尾废气量为85000Bm3/h，进立磨气体温度为350，立磨产量为85t/h，出磨生料平均水份1%，出磨气体与生料的温度均为90。通过反复计算，为了使出窑尾预热器的废气能够很好地满足作为立磨烘干热源的要求，采用了以下技术措施：（1）窑尾预热器设计为四级，以提高出预热器1#筒的废气温度，即通过提高入立磨的风温来提高立磨的烘干能力。（2）将立磨的分离选粉系统扩大0.5倍，风量比同规模生产线的立磨增加30%；各出口管道增粗，尽量延长物料停留时间、降低气体中的蒸汽压力，从而达到降低蒸发温度、提高蒸发速度的目的。立磨作为一种烘干兼粉磨设备，具有很高的热交换效率。实际运行情况为：经测定，在风环上方1米处，气体温度即可从350下降到（90100）。可见气固体热交换迅速，热气体能及时将热量传给湿物料、避免了出现糊磨的现象。2.3 预热器分解炉系统电石渣配料生产水泥熟料与通常原料配料生产水泥熟料的主要区别在于： （1）电石渣中的Ca(OH)2分解温度不同于石灰石中的CaCO3分解温度。针对电石渣配料生产水泥熟料的特殊性，差热分析法对电石渣的脱水试验表明：电石渣中含有较多毛细水和结晶水，分解温度较低，电石渣中的Ca(OH)2分解温度约为580，而石灰石中的CaCO3分解温度约为750。（2）电石渣中的 Ca(OH)2分解吸热与石灰石中的CaCO3分解吸热不同。前者分解吸热约为1160kj/kg，而后者约为1660kj/kg。（3）电石渣颗粒较细，脱水较早，在温度较高的旋风筒和分解炉的锥部易于产生堵塞，不利于连续稳定生产。因此，电石渣配料生产水泥熟料时，必须充分考虑预热器、分解炉的结构。电石渣的掺入量越大，对预热器、分解炉的结构设计影响也越大。预热器是预分解系统的重要组成部分，其作用是物料热交换和料气分离。选用低阻型、高分离效率的新型四级旋风预热器，1#筒2-3500mm，2#筒4800mm，3#、4#筒5200mm。1#筒出口负压控制在4500Pa以下。分解炉是构成预分解系统的关键设备，由于本课题采用电石渣配料生产水泥熟料，生料性能较为独特，因而选用半离线的RSP改进型“喷旋式”分解炉，SC：3200mm ,MC：4800mm。RSP改进型“喷旋式”分解炉具有以下特点：（1） 燃料燃烧速度快、燃烧完全燃料在纯净的高温（800左右）三次风中经预燃室（SB室）形成稳定的火焰，在旋涡燃烧室（SC室）迅速燃烧，在混合室（MC室）与窑尾高温气体（1000左右）混合、喷腾，进一步燃尽。燃料燃烧条件好，燃料在炉内滞留时间长，燃烧稳定、充分。（2） 入窑生料分解率高生料被高温三次风带入分解炉SB室，在SC室与燃料混合燃烧，迅速升温、吸热分解，在MC室下部与来自窑尾的高温烟气混合、喷腾、缓慢上升，进一步吸热、分解。生料在炉内停留时间长，局部气体温度相对较低，分解充分的CaO易烧性较好，有利于降低窑的热负荷，提高熟料产量。（3） 结皮堵塞现象少 由于旋流的作用，生料在SC室形成高速旋转贴壁效应保护炉壁，不致高温火焰直接辐射，烧损衬料；衬料表面光滑、洁净，内壁不易粘结物料。同时，生料吸收大量的热量，一方面CaCO3及时吸热分解，生料表面温度低，熔化量少，另一方面可有效地降低炉内温度（900左右），避免燃料和生料中的有害成分大量挥发，降少结皮堵塞的可能。 高速运行的较低温度的带料炉气直冲缩口下部，生料在缩口处被高速（2535m/s）喷腾的高温窑尾气体（1000左右）托起，与之混合，产生喷腾、冲刷、吸热分解，又可降低该处气体温度，局部高温现象缓解。加之燃料不在此处燃烧，能有效防止和破坏缩口处形成结皮。 燃料燃烧条件好，在炉内滞留时间长、燃烧完全、充分，在下一级旋风筒内燃烧量少，不会形成局部高温，减少了锥体部位结皮的可能。燃料在较低温度的SC室大量燃烧，全炉没有产生局部高温的条件，因而系统结皮堵塞现象少。3 主要技术经济指标电石渣配料、“干磨干烧”生产新型干法水泥熟料的新工艺是先进、可靠的，采用该种新型生产工艺的1000 t/d新型干法水泥熟料生产线已经成功运行了两年多时间，达到了良好的技术经济指标：熟料平均产量1104t/d，熟料28天平均抗压强度58.44MPa，熟料平均烧成热耗8164.18 kj/kg，熟料平均电耗63 kWh/t，均达到并优于设计指标。4 结 语电石渣配料生产水泥熟料，不仅减少了电石渣对环境的污染，而且因水泥熟料生产中减少了石灰石矿山资源的消耗，从而减少了对大气有温室效应的CO2气体的排放，因此具有较好的经济效益、社会效益和环境效益。利用电石渣配料、采用“干磨干烧”新工艺生产新型干法水泥熟料，是一次有益的尝试，取得了成