淄博华宇水泥公司评论利用电石渣生产水泥的反思与展望

1、淄博华宇水泥公司评论利用电石渣生产水泥的反思与展望胡生原创 | 2009-12-6 14:56 | 投票关键字:淄博华宇水泥公司评论利用电石渣生产水泥的反思与展望淄博华宇水泥公司评论利用电石渣生产水泥的反思与展望利用电石渣制水泥通常采用“干磨干烧”或“湿磨干烧”工艺,本文通过对两种工艺过程的对比分析,指出各自优缺点,作出评价;并对利用电石渣制水泥的工艺选择,提出一些个人看法与建议。1 电石渣的特性与水泥生产概况电石渣是电石法PVC的生产过程中,电石水解后产生的废渣。电石渣的主要成分是Ca(OH2,其化学成分CaO含量高达70%。从乙炔发生器中排出的电石渣水分高达90%以上,经沉降池浓缩后,水分

2、仍有758 0%,正常流动时的水分在50%以上。电石渣容易造成环境污染,且难以治理,严重制约了电石法PVC工业的发展。电石渣成分均匀,含钙量高,是优质的水泥原料,用来代替石灰石生产水泥是用量最大、利用也最为彻底的方法,解决了化工生产厂家的后顾之忧。利用电石渣生产水泥通常采用“湿磨干烧”或预烘干“干磨干烧”工艺:山东淄博(1200t/d采用“干磨干烧”工艺,在2005年成功运行1年后停产至今,四川德阳(1500t/d、四川乐山(2500t/d这2条生产线也采用“干磨干烧”工艺,并于2008年建成投产,但由于电石渣供应问题没有解决,电石渣的掺入量尚末达到设计要求;此外尚有多条采用“湿磨干烧”工艺的

3、水泥生产线。化工生产厂家通过调整工艺,可以使得新出厂电石渣中Cl-含量达到“干磨干烧”或“湿磨干烧”工艺的要求;而历年积累的电石渣大都存在Cl-超标的问题,只能通过少掺或采用湿法、立窑、中空窑煅烧工艺加以解决,不在本文讨论之列。2008年,国家发展改革委办公厅印发关于鼓励利用电石渣生产水泥有关问题的通知,以下简称通知。通知规定新建电石渣水泥生产线装置必须采用新型干法水泥生产工艺;现有电石渣水泥生产线可以采用“湿磨干烧”生产工艺进行改造1。这个规定有些不妥。2 “干磨干烧”与“湿磨干烧”两种工艺过程的对比分析(1 从原料水分的去除来看,机械脱水无疑是最经济的方式,所以不管是“湿磨干烧”还是“干磨

4、干烧”,都先采用压滤机对原料进行脱水。“湿磨干烧”是将生料浆进行压滤后送入破碎烘干机;“干磨干烧”则是先将电石渣浆压滤后再进行预烘干。由于电石渣颗粒微细,分散度很高,具有多孔状结构,保水性极强,单独脱水的脱水率很低。采用厢式压滤机脱水后,电石渣滤饼水分在35%左右。而压滤生料浆时,由于其它易脱水原料的掺入,其保水性下降,生料滤饼的水分可降至27%。以电石渣干基配比60%、其它原料平均含水率5%计算,“干磨干烧”工艺每吨干基生料带入水为0.6×35÷(100-35+0.4×5÷(100-5=0.344吨,带入水分的99%在预烘干和生料粉磨两个阶段内蒸发;“

5、湿磨干烧”则为27÷(100-27=0.370吨,主要在破碎烘干机内蒸发。由此可见在后续工序利用热能脱水时,“湿磨干烧”比“干磨干烧”多出0.026吨水。利用热能脱水往往是迫不得已才采用的方式,在这一点上,“干磨干烧”略占优势,“湿磨干烧”最为人所诟病的就是除电石渣外的原料要先加水再脱水,其结果是蒸发水量仅仅多出7%。(2 预烘干“干磨干烧”工艺选用回转式烘干机对压滤过的电石渣滤饼进行预烘干,使其水分由35%降至10%左右,这部分烘干热耗达1000kJ/kg-cl,加上烧成热耗3100kJ/kg-cl,合计熟料热耗高达4100k J/kg-cl,与“湿磨干烧”工艺相当,节煤效果并不显

6、著。另外还有一个现象:电石渣滤饼在回转式烘干机内翻滚后,逐渐密实并形成球状,获得一定的强度,需要重新破碎,同“湿磨干烧”先加水再脱水一样,有违反工艺路线之嫌。(3 电石渣成分均匀,只须烘干便可成为优质的水泥钙质原料,现预烘干“干磨干烧”工艺采用立磨对配合料进行最终的烘干兼粉磨,生料产量为75t/h时,立磨本身装机功率为575kW,加上立磨风机900k W,主机功率达1475kW。而在原料中需要粉磨的硅铝质、铁质及其它钙质原料仅占40%,即在30t/h左右,若选用球磨机对这部分物料进行粉磨,则只须选用一台2.4×10m中卸烘干磨便完全可以满足要求,其主机功率仅为570kW。两种方案主机

7、功率差别竟达905kW,产量为45t/h,初水分为10%的粉料的烘干、混合要占用905kW的装机功率,可见采用立磨粉磨以电石渣为主的原料并不节电。随着煤化工行业科学技术的不断进步,电石渣干排技术日益成熟,这为新型干法生产水泥提供了捷径,利用立磨粉磨电石渣生料浪费电能的缺陷将更为突出。“湿磨干烧”采用破碎烘干机对压滤过的生料滤饼进行烘干、破碎,在获得相同生料的情况下,它的主机装机功率为450kW,加上湿法开流磨750kW,合计为1200kW,低于“干磨干烧”。(“湿磨干烧”要多用四台压滤机,主机功率为4×5.5kW;“干磨干烧”则需另加两台烘干机,主机功率为2×110kW,均

8、末计入。在电耗方面,“湿磨干烧”有优势。3 对“干磨干烧”与“湿磨干烧”两种工艺的评价(1 通过上述对比可以发现:在电石渣掺量较大时,“湿磨干烧”工艺的电耗、投资指标均优于“干磨干烧”;其蒸发水量高于“干磨干烧”7%,热耗却不相上下,此中原因出在电石渣预烘干环节。从能量守恒的角度来看:水分蒸发的过程就是吸热的过程,降低热耗的途径有两个,一是降低物料水分,二是提高热交换效率。机械脱水是最经济的方式,它的能力要尽力发挥,在它的能力达到极限之后,就只能在提高热交换效率上多做工作了。回转式烘干机在烘干电石渣滤饼时,其效率显然没有在悬浮状态下效率高。回转式烘干机与破碎烘干机热效率的差异,在热耗上得到了极

9、好的体现。在传统水泥生产中,对于大宗湿物料,20年前水泥界就有共识:当原料水分超过10%或粘性过大时,均应排除干法工艺,否则物料烘干热耗将超过干法生产所能节省的热耗。这个10%即是生料磨所能烘干原料的水分极限,现在普遍采用立式磨,这个数据可提高至12-14%。例如:我国两个设计院在对峨眉水泥厂扩建年产70万吨新生产线的可行性研究中,就曾用全干法烘干工艺与“湿磨干烧”工艺进行对比,在分析中发现:全干法生产每年在熟料烧成热耗上虽比“湿磨干烧”节约标煤7052t,但原料的烘干热耗增加标煤9619t,水泥综合电耗又增加标煤2580t,使其综合能耗高于“湿磨干烧”方案5147t标煤,再加之干法投资高于“

10、湿磨干烧”,其最优方案应选择“湿磨干烧”2可见,仅因“湿磨干烧”熟料烧成热耗指标高于全干法,就认为“湿磨干烧属于中间技术,不宜于广泛采用”是不科学的。我们寻求的应该是项目的整体效益。“湿磨干烧”的缺点在于:因为驱动功率较大,在流程上可视作某级预热器的破碎烘干机必须置于地面,一旦发生积料,必须停窑处理。随着科技的进步,破碎烘干机日趋可靠。如果采用回转式烘干机烘干大宗湿物料,片面追求可靠性,片面追求新型干法,则是工艺的倒退,实非明智之举。(2 当电石渣滤饼掺入量较小,使得入磨原料综合水分控制在12-14%以下,舍弃回转式烘干机,利用立磨能够一步完成烘干兼粉磨时,新型干法的优势就很明显了,此时采用新

11、型干法是合适的。若采用干排电石渣,尽管此项技术仍在逐步完善之中,则不论电石渣掺量多少,在现有技术条件下,新型干法几乎是唯一的选择。4 是否有必要追求用电石渣100%替代石灰石?(1 电石渣中的Ca(OH2在平衡分解压力为760mmHg下的分解温度为575,分解吸热1160kJ/kg;而石灰石中的CaCO3的分解温度为894,分解吸热1660kJ/kg。利用电石渣生产水泥,在电石渣掺入量较大时,其烧成热耗应远低于传统熟料,但在实际生产时,节能指标并末达到期望值,主要原因在于电石渣与石灰石化学成份的差异。在电石法PVC的生产过程中,用来生产电石的原料是石灰石和焦碳,品位均很高;钙质在电石水解得到乙

12、炔气的过程中只是作为载体出现,其本身并没有消耗,引入的杂质也极其有限。电石水解的主反应式为:CaC2(电石+2H2OC2H2(乙炔气+Ca(OH2(电石渣。不仅如此,在电石炉内温度高达2000和还原气氛的条件下,原料中的MgO被还原成单质,同K2O、N a2O一道气化后逃逸,其它微量元素则与钙质结合3。在电石和水反应的同时,电石中杂质也参与反应生成Ca(OH2和其它气体,其副反应式为:CaO+ H2O Ca(OH2CaS+ 2H2O Ca(OH2 +H2SCa3N2+ 6H2O 3Ca(OH2 + 2NH3Ca3P2+6H2O 3Ca(OH2 + 2PH3Ca2Si+4H2O 2Ca(OH2

13、+ SiH4Ca3As2+ 6H2O 3Ca(OH2 + 2AsH3以上原因造成电石渣中微量元素特别是MgO的缺失,使得熟料矿物特别是C3S要在更高温度下才能大量形成,烧成带温度要控制在1450以上,增加了熟料烧成热耗。(2 PVC生产与水泥生产的差异决定二者不能始终同步运行,通过对业主的接触,发现他们大都希望在电石渣充足时,能最大限度地掺入电石渣,在化工厂停产检修时,也能用石灰石维持生产。综上所述,笔者认为比较理想的情况是:电石渣替代石灰石能保持在60%80%左右,其余使用低品位矿石,用以补充对水泥生产有利的微量元素。这样在热耗和运转率上都是比较理想的,片面追求100%替代石灰石并不能达到最

14、佳效益。5 “干磨湿烧”工艺简述通过对两种工艺过程的对比分析,笔者提出一种利用电石渣煅烧水泥熟料的新思路,简而言之,就是“干磨湿烧”。“干磨湿烧”的主要特点是:单独粉磨、滤饼直接入分解炉。4(1 除电石渣外的辅助原料经配料后单独粉磨,并可根据原料条件决定是否采用均化措施。(2 针对电石渣滤饼特性,设计新型分解炉。电石渣浆经压滤后,滤饼直接送入分解炉,一步完成烘干、分解;磨细辅助原料经配料后从C2筒上升管道喂入,经预热后由C3筒收集并喂入分解管道,在分解管道与预热器C4筒内完成与电石渣的混合,经C4筒收集后入窑煅烧成水泥熟料。新生态的CaO有更快的反应速率,而在使用回转式烘干机烘干物料时,不仅热效率低,且物料有升温、冷却、入窑再升温的过程,因此电石渣直接入分解炉,可以减少无谓的热量损耗。如果要求电石渣在炉内完成烘干、分解的过程,势必要提高炉内温度,分解炉出口温度也会随之提高,如果没有物料降温,预热器出口废气温度将会很高,这就是不能将混合料直接送入分解炉的原因。6 结束语(1 在现有技术条件下,对于湿排电石渣,当电石渣掺入量大时,采用“湿磨干烧”工艺是合适的;当电石渣掺入量小,立磨能够完成烘干兼粉磨时,采用新型干法是合适的。