新型干法窯生產(chǎn)電石渣水泥節(jié)能工藝的探討

郝利煒,陳曉東

(北京建筑材料科學(xué)研究總院有限公司，固廢資源化利用與節(jié)能建材國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100041)

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新型干法窯生產(chǎn)電石渣水泥節(jié)能工藝的探討

郝利煒,陳曉東

(北京建筑材料科學(xué)研究總院有限公司，固廢資源化利用與節(jié)能建材國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100041)

本文以高摻量電石渣替代石灰石生產(chǎn)水泥企業(yè)為實(shí)例，結(jié)合生產(chǎn)記錄和能耗統(tǒng)計(jì)，通過對(duì)燒成系統(tǒng)的熱工計(jì)算和熱工標(biāo)定兩種手段，對(duì)工廠現(xiàn)有的電石渣燒成系統(tǒng)和烘干破碎系統(tǒng)進(jìn)行了分析診斷。分析結(jié)果表明，由于補(bǔ)燃爐與水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的工藝銜接缺陷及補(bǔ)燃爐系統(tǒng)漏風(fēng)嚴(yán)重，造成煤耗偏高，本文通過工藝優(yōu)化分析，提出了新的烘干破碎機(jī)取熱工藝技術(shù)方案并成功實(shí)施，可實(shí)現(xiàn)節(jié)約實(shí)物煤5.5kg/t熟料，年節(jié)約原煤4538t，年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益227萬元。該技術(shù)的提出為電石渣生產(chǎn)水泥生產(chǎn)線節(jié)能降耗提供了技術(shù)手段。

電石渣; 新型干法; 節(jié)能; 熱工計(jì)算

1 引 言

電石渣的主要化學(xué)成分為Ca(OH)2，其顆粒微細(xì)，10～50μm的顆粒占 60%～80%，是一種CaO純度較高(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 65%～68%)、化學(xué)成分比較穩(wěn)定的工業(yè)廢渣，可以替代石灰石用做水泥工業(yè)原料。由于濕排電石渣具有水分大、流動(dòng)性差、黏度大、有害成分Cl-質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的特點(diǎn)，處理和有效利用困難[1]。電石渣生產(chǎn)水泥常見的工藝有濕法工藝，半濕法料餅入窯工藝，濕磨干燒工藝，新型預(yù)分解干法生產(chǎn)工藝。從國家的產(chǎn)業(yè)政策、環(huán)保要求、節(jié)能降耗、綜合經(jīng)濟(jì)效益、技術(shù)水平和發(fā)展等諸方面進(jìn)行比較,采用濕法工藝、半濕法料餅入窯工藝、濕磨干燒工藝的生產(chǎn)線能耗高，工藝設(shè)備復(fù)雜，已經(jīng)逐漸被淘汰，新型干法預(yù)分解生產(chǎn)工藝已成為電石渣生產(chǎn)水泥熟料的首選[2-3]。

國內(nèi)有很多條電石渣水泥生產(chǎn)線，但是高摻量電石渣(>70%)替代水泥生產(chǎn)線不多[4]，本文以一家新型干法工藝的2500t/d電石渣水泥生產(chǎn)線作為分析研究對(duì)象。該生產(chǎn)線電石渣替代石灰石>75%，傳統(tǒng)打破了新型干法工藝電石渣生產(chǎn)水泥，電石渣替代石灰石一般不超過 30%的禁區(qū)，解決了新型干法工藝高比例使用電石渣制水泥的理論和實(shí)踐的問題[5]。

由于該廠所用電石渣含水率高達(dá)38%～42%，常用的預(yù)烘干設(shè)備有以下形式: 流態(tài)式烘干機(jī)、立式烘干機(jī)、回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)以及烘干錘式破碎機(jī)[5]。本廠選用了采用了烘干破碎機(jī)并帶有補(bǔ)燃爐的工藝系統(tǒng)。但是對(duì)于該廠電石渣烘干破碎系統(tǒng)而言一直存在能力不足，補(bǔ)燃爐熱效率低等問題，為了客觀的分析該燒成系統(tǒng)和烘干破碎系統(tǒng)，課題組對(duì)該廠進(jìn)行了熱工標(biāo)定，綜合分析了烘干破碎系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合熱工計(jì)算分析結(jié)果，提出了在篦冷機(jī)余風(fēng)與烘干破碎機(jī)之間增加連通管道，短路補(bǔ)燃爐系統(tǒng)，采用窯尾預(yù)熱器的高溫?zé)煔庾鳛楹娓傻臒嵩?，完全取代補(bǔ)燃爐的技術(shù)方案，改造實(shí)施后，取得了較好的運(yùn)行效果。

2 熱工標(biāo)定測試

圖1 窯系統(tǒng)熱工標(biāo)定測定點(diǎn)圖Fig.1 The measuring point of thermal technical calibration of kiln system

熱工標(biāo)定是對(duì)水泥生產(chǎn)線能耗進(jìn)行系統(tǒng)分析的常用手段之一。為了全面評(píng)價(jià)該生產(chǎn)線的運(yùn)行情況，對(duì)該廠進(jìn)行了3d熱工標(biāo)定。

2.1 熱工標(biāo)定設(shè)備

TESTO350煙氣分析儀，1904型奧式氣體分析儀，512型微差壓測試儀，青島嶗應(yīng)3012H煙塵采樣儀。

2.2 熱工標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)

GB26281-2010《水泥回轉(zhuǎn)窯熱平衡、熱效率、綜合能耗計(jì)算方法》;GB26282-2010《水泥回轉(zhuǎn)窯熱平衡測定方法》。

2.3 熱工標(biāo)定測定位置

根據(jù)熱工測試標(biāo)準(zhǔn)要求，確定了窯系統(tǒng)工藝流程及測定布置，詳見圖1表1所示。

表1 燒成系統(tǒng)及烘干破碎系統(tǒng)熱工標(biāo)定測點(diǎn)布置

續(xù)表

2.4 結(jié)果與分析

根據(jù)熱工測試數(shù)據(jù)，對(duì)該系統(tǒng)的熱耗進(jìn)行了系統(tǒng)分析。

2.4.1 窯系統(tǒng)關(guān)鍵部位風(fēng)量溫度測定結(jié)果

為了充分評(píng)估窯系統(tǒng)可利用熱源的分布，對(duì)關(guān)鍵部位管道進(jìn)行了溫度測定，結(jié)果如下表2。

表2 窯系統(tǒng)風(fēng)溫測定結(jié)果

為了滿足電石渣的烘干能力，該廠的水泥生產(chǎn)線設(shè)有專門補(bǔ)燃爐，補(bǔ)燃爐月運(yùn)轉(zhuǎn)率為50%，煤耗為2t/h。由表2可以看出，在補(bǔ)燃爐不開時(shí)窯頭余風(fēng)溫度為251 ℃，窯頭余風(fēng)經(jīng)過長距離的管道、并經(jīng)過補(bǔ)燃爐系統(tǒng)之后與預(yù)熱器出口管道匯合，整個(gè)余風(fēng)管道輸送系統(tǒng)及補(bǔ)燃爐系統(tǒng)存在大量漏風(fēng)，出補(bǔ)燃爐后的氣體溫度降為87 ℃，此時(shí)再與預(yù)熱器出口571 ℃高溫?zé)煔饣旌虾?，輸送至烘干破碎機(jī)入口，用于電石渣的烘干。由于烘干破碎機(jī)出口溫度為187 ℃，相當(dāng)于用預(yù)熱器出口煙氣的熱量將87 ℃的低溫氣體加熱至187 ℃，此過程造成了熱量的浪費(fèi)，降低了烘干破碎機(jī)的烘干能力。

2.4.2 物料、熱量平衡表

通過數(shù)據(jù)計(jì)算得出物料平衡表和熱平衡表，結(jié)果見表3，表4。

表3 物料平衡表

表4 熱平衡表

由表4和5可以看出，熟料形成熱為1040.57kJ/kg.cl。窯系統(tǒng)熱效率32.3%，預(yù)熱器出口廢氣帶走熱，占總熱耗的39.25%，成為第一熱量支出項(xiàng)。因此窯尾廢氣成為了烘干破碎機(jī)的主要熱源。

3 優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

根據(jù)以上熱工標(biāo)定的結(jié)果，分析出該生產(chǎn)線的烘干系統(tǒng)，存在熱源浪費(fèi)的現(xiàn)象。為了更好的節(jié)約熱源，對(duì)該條生產(chǎn)線電石渣烘干系統(tǒng)進(jìn)行了的熱平衡理論計(jì)算，通過設(shè)定不同預(yù)熱器出口溫度下，反求出計(jì)算得出該溫度下，電石渣烘干系統(tǒng)理論所需輸入的預(yù)熱器煙氣量，從而為下一步的方案優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

3.1 預(yù)熱器C1出口實(shí)際煙氣量

為了核算窯尾余熱的實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)預(yù)熱器C1出口的煙氣量進(jìn)行了測定，結(jié)果見表5。

表5 預(yù)熱器出口煙氣參數(shù)測定結(jié)果

3.2 不同溫度下預(yù)熱器C1出口理論煙氣量

(a)設(shè)定預(yù)熱器出口溫度為600 ℃，建立電石渣烘干破碎系統(tǒng)的熱平衡，反求出預(yù)熱器出口理論所需風(fēng)量，結(jié)果見表6。

表6 電石渣烘干系統(tǒng)的熱平衡

續(xù)表

(b)設(shè)定預(yù)熱器出口溫度為630 ℃，建立電石渣烘干破碎系統(tǒng)的熱平衡，反求出預(yù)熱器出口理論所需風(fēng)量，結(jié)果見表7。

表7 電石渣烘干系統(tǒng)的熱平衡

在表6，7中根據(jù)電石渣烘干破碎系統(tǒng)熱平衡計(jì)算可以得出，當(dāng)預(yù)熱器出口C1煙氣溫度設(shè)定在600 ℃時(shí)，計(jì)算理論煙氣流量值為208579Nm3/h；當(dāng)預(yù)熱器出口C1起煙氣溫度設(shè)定在630 ℃時(shí)，計(jì)算理論煙氣流量值為194652Nm3/h時(shí)。通過反求分析，該系統(tǒng)預(yù)熱器出口煙氣量設(shè)計(jì)值206744Nm3/h，因此利用預(yù)熱器出口的熱煙氣的熱量完全可以滿足正常生產(chǎn)過程中的電石渣的烘干熱量要求，補(bǔ)燃爐可以完全停用。根據(jù)上述理論分析， 提出了優(yōu)化現(xiàn)有的管道布局，將篦冷機(jī)出風(fēng)管道與烘干破碎機(jī)直接相連，當(dāng)補(bǔ)燃爐停運(yùn)時(shí)，直接短路補(bǔ)燃爐的改造方案，不僅可以減少漏入系統(tǒng)的冷風(fēng)量，還可實(shí)現(xiàn)降低燒成系統(tǒng)的熱耗。

4 改進(jìn)方案實(shí)施效果

改造方案實(shí)施后，由于預(yù)分解系統(tǒng)生產(chǎn)參數(shù)還沒有完全調(diào)整到位，預(yù)熱器出口的風(fēng)溫和風(fēng)量還沒有達(dá)到熱工分析的目標(biāo)值，因此補(bǔ)燃爐系統(tǒng)還沒有徹底離線停運(yùn)，但運(yùn)行天數(shù)已經(jīng)由每月的15d降至8d，運(yùn)行時(shí)間明顯下降，節(jié)約了燒成系統(tǒng)煤耗。該生產(chǎn)線穩(wěn)定運(yùn)行三個(gè)月，得到了以下的運(yùn)行數(shù)據(jù)，詳見表8。

表 8 補(bǔ)燃爐系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)

通過表中數(shù)據(jù)可以看出，短路補(bǔ)燃爐方案實(shí)施后，縮短了窯頭熱煙氣輸送到烘干破的輸送距離，降低了系統(tǒng)漏風(fēng)，保證了熱煙氣的溫度，從而提高了烘干破的烘干能力，改造實(shí)施后，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)約實(shí)物煤耗5.5kg/t熟料。年節(jié)約原煤4538t，年節(jié)約經(jīng)濟(jì)效益227萬元。

5 結(jié) 論

(1)利用熱工標(biāo)定手段,對(duì)該條生產(chǎn)線進(jìn)行能耗評(píng)估，結(jié)果表明該燒成系統(tǒng)窯頭余熱入補(bǔ)燃爐至烘干破碎系統(tǒng)的設(shè)計(jì)存在不合理性，造成實(shí)際運(yùn)行過程中漏風(fēng)過大；

(2)利用熱工計(jì)算，建立電石渣烘干破碎系統(tǒng)的熱平衡，通過分析可以看出，通過合理的優(yōu)化管道，利用余熱可以滿足電石渣烘干系統(tǒng)的生產(chǎn)需求，從而達(dá)到降低系統(tǒng)煤耗的目的；

(3)本文通過工藝優(yōu)化改進(jìn)，提出了新的烘干破碎系統(tǒng)取熱工藝技術(shù)方案和工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)約實(shí)物煤5.5kg/t熟料，年節(jié)約原煤4538t，年節(jié)約經(jīng)濟(jì)效益227萬元。未來隨著窯尾預(yù)熱分解系統(tǒng)工藝參數(shù)的進(jìn)一步調(diào)整，煤耗還可以進(jìn)一步降低；

(4)該生產(chǎn)線是采用的是高摻量電石渣替代石灰石生產(chǎn)線，通過對(duì)該廠電石渣烘干系統(tǒng)的工藝優(yōu)化，大大降低了水泥熟料能耗。該廠電石渣烘干破碎系統(tǒng)取熱工藝的優(yōu)化為電石渣生產(chǎn)水泥生產(chǎn)線節(jié)能降耗提供了技術(shù)手段。

[1] 田之文，肖其中,唐根華.采用電石渣生產(chǎn)水泥熟料的新型干法預(yù)分解工藝[J].中國氯堿,2007,(8):39-41.

[2] 吳銘生，滕海波.電石渣代替石灰石生產(chǎn)水泥熟料的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].水泥技術(shù),2011,(4):40-41.

[3] 汪 泳.新型干法電石渣生產(chǎn)水泥熟料工藝的淺析[J].四川水泥,2015,(5):1-2.

[4] 曹輝輝.用電石渣配料生產(chǎn)水泥熟料的工藝設(shè)備優(yōu)化[J].四川水泥,2014,(1):120-124.

[5] 衛(wèi) 耕.電石渣生產(chǎn)熟料的研究與實(shí)踐[J].中國水泥,2009,(6)：64-68.

[6] 丁奇生.高摻電石渣煅燒水泥熟料新型干法工藝的研究[J].建材發(fā)展導(dǎo)向,2007,(6):33-36.

Discussion on the Production Technology of Cement Using Carbide Slag as Material in a New Dry Process Kiln

HAO Li-wei,CHEN Xiao-dong

(StateKeyLaboratoryofSolidWasteReuseforBuildingMaterials,BeijingBuildingMaterialsAcademyofScienceResearch,Beijing100041,China)

Inthispaper,acemententerpriseusingcarbideslagassubstitutematerialforlimestonewasselectedtoconducttheanalysisanddiagnosisofburningsystemanddrier-crushersystem.Combinedwiththeproductionrecordsandenergyconsumptionstatistics,boththethermaltechnicalcalculationandthermaltechnicalcalibrationwereperformedontheburningsystem.Theresultsrevealedthatthehighmoisturecontentofcarbideslag,thebridgingdefectbetweencomplementarycombustionfurnaceandcementmanufacturesystemandthesevereairleakageofComplementarycombustionfurnaceledtoarelativehighcoalconsumption.Aftertheoptimizationofprocessandtechnologicalparameters,thenewtechnologicalinnovationschemewasproposedandsuccessfullyimplemented.Thistechnologycanrealizethecoalconsumptionof5.5kgpertonclinker,therawcoalreductionof4538tperyear,andeconomicbenefitof2.27millionyuanperyear.Thisoptimizationprocessprovidesakindofnewenergyconservationtechniquesforcarbideslagcementproductionline.

carbideslag;newdryprocess;energyconservation;thermalconditioncalibration

郝利煒(1980-)，女，研究生，工程師.主要從事水泥窯、固廢協(xié)同處置方面的研究.

TQ

A

1001-1625(2016)12-4297-06