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1、 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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、.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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、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2-3500mm2#筒 4800mm3#、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SC3200mm ,MC4800mm。 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
13、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
14、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
15、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 了成功属国内首创。由于采用“干磨干烧”新工艺生产新型干法水泥熟料而且生料制备采 用烘干、粉磨效率很高的立磨系统故节能降耗效果较明显。在实际生产中与较先进的电 石渣配料、“湿磨干烧”工艺生产新型干法水泥熟料相比降低熟料烧成热耗约895kj/kg折 合每吨熟料节约标煤约30kg
