石油焦替代煤炭在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用

韓韶輝，劉冀強(qiáng)，焦敬璽

（河北金隅鼎鑫水泥有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引 言

我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，大量工業(yè)廢棄物隨之不斷產(chǎn)生，其中一部分屬于可燃廢棄物。而在傳統(tǒng)的水泥工業(yè)生產(chǎn)中，熟料燒成系統(tǒng)要消耗大量燃料煤炭；近幾年來，政府對(duì)水泥企業(yè)燃煤用量進(jìn)行限制，為了提前有效應(yīng)對(duì)，使用工業(yè)廢棄物石油焦替代煤炭，不僅可以有效降低煤炭用量，還能為水泥企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供有力保障。

經(jīng)過查閱相關(guān)資料，石油焦作為水泥窯煅燒的替代燃料早就在許多水泥廠得到應(yīng)用，國(guó)外十多年前就有100%使用石油焦做燃料的新型干法水泥生產(chǎn)線。本文從對(duì)石油焦作為替代燃料的市場(chǎng)調(diào)研、政策、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)可行性等方面進(jìn)行了闡述；科學(xué)謀劃，按計(jì)劃進(jìn)行了“石油焦替代部分燃料煤炭”用于水泥生產(chǎn)的工業(yè)試驗(yàn)，為爭(zhēng)取政府經(jīng)濟(jì)政策做準(zhǔn)備。通過上下通力配合、周密組織，穩(wěn)定完成了搭配石油焦粉磨、使用石油焦煅燒等技術(shù)環(huán)節(jié)；驗(yàn)證了石油焦作為替代燃料的技術(shù)可行性；為應(yīng)對(duì)政府對(duì)燃煤用量控制提供生產(chǎn)保障，同時(shí)取得較大社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益；實(shí)現(xiàn)了年節(jié)約 15 % 原煤的可行性。

1 工業(yè)試驗(yàn)

1.1 政策保證

石油焦替代煤炭在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用，就此問題，咨詢了政府相關(guān)部門，并進(jìn)行了具體溝通，經(jīng)確認(rèn)石油焦做燃料替代煤炭在節(jié)能和環(huán)保政策上均是允許的。

1.2 石油焦替代煤炭摻加比例

此次工業(yè)試驗(yàn)分四組，石油焦分別以10.0%、15.0%、20.0%、25.0%摻入煤粉中，進(jìn)入煤磨進(jìn)行粉磨，在回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)完成煅燒。

1.3 工業(yè)試驗(yàn)期限

為將來在各生產(chǎn)線上大規(guī)模使用石油焦提供依據(jù)，本次工業(yè)試驗(yàn)在一條生產(chǎn)線上進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)間為12d左右。

1.4 技術(shù)要求

由于石油焦揮發(fā)份遠(yuǎn)低于煤炭，且堆積密度比燃煤低15%左右，在石油焦與煤炭混合粉磨時(shí)，因?yàn)閮煞N燃料的密度不一致，一次風(fēng)吹起過程中會(huì)將較輕的燃料首先帶走，這樣細(xì)度不合格的石油焦就會(huì)按照成品被選粉機(jī)選出。根據(jù)燃料的揮發(fā)份含量，單獨(dú)使用石油焦時(shí)細(xì)度要求 80μm 篩余≤3.0%、煤炭 80μm篩余9.0%±3.0%。因此混合粉磨時(shí)要根據(jù)摻量將燃料的細(xì)度控制得更細(xì)一些。

石油焦起燃慢，著火點(diǎn)較煤炭高100℃～200℃，且燃燒時(shí)對(duì)氧含量要求較高，否則燃燒速度會(huì)受影響，很容易會(huì)造成五級(jí)下料管、煙室溫度高或產(chǎn)生窯尾結(jié)圈等現(xiàn)象，所以在使用石油焦煅燒時(shí)需要格外注意做相應(yīng)調(diào)整。

因此，石油焦與煤炭混合粉磨時(shí)，需在生產(chǎn)控制和工藝操作上嚴(yán)格把關(guān)，逐步實(shí)現(xiàn)石油焦作為水泥窯的替代燃料在工藝技術(shù)上的可行性。

2 進(jìn)廠數(shù)據(jù)檢測(cè)

2.1 石油焦數(shù)據(jù)檢測(cè)

2017年4月份，進(jìn)廠石油焦三批，檢測(cè)灰分平均為1.55 %，而揮發(fā)份僅 10.59 %，但全硫和收到基低位熱值較高，分別達(dá)到 3.48 %、31.18 kJ/kg，具體檢測(cè)結(jié)果見表1、2。

表1 進(jìn)廠石油焦檢測(cè)結(jié)果

表2 石油焦灰分化學(xué)分析結(jié)果（%）

2.2 用于搭配的煤炭數(shù)據(jù)檢測(cè)（表3）

表3 進(jìn)廠煤炭工業(yè)分析及化學(xué)分析結(jié)果

3 方案實(shí)施

經(jīng)此次技術(shù)攻關(guān)小組成員反復(fù)討論研究，充分考慮操作可行性和對(duì)產(chǎn)、質(zhì)量的影響，結(jié)合工藝操作的細(xì)節(jié)要求，石油焦分別以10.0%、15.0%、20.0%、25.0%摻入煤粉中，石油焦替代部分煤炭具體實(shí)施如下。

3.1 出磨煤粉

試驗(yàn)開始時(shí)，加大取樣和檢驗(yàn)頻次，煤磨工藝操作要充分考慮石油焦和煤炭的質(zhì)量差異，各比例摻加階段試驗(yàn)3d，見表4。

從表4可見：石油焦摻量在10.0%時(shí)，出磨煤粉灰分較未使用石油焦前降低0.45%，發(fā)熱量升高約500kJ/kg；隨著石油焦摻加比例的不斷增加，灰分階梯狀降低，發(fā)熱量則相應(yīng)升高；通過工藝操作結(jié)合兩種燃料的物理差異，及時(shí)有效調(diào)整用風(fēng)、溫度等工藝參數(shù)，保證了細(xì)度等指標(biāo)未出現(xiàn)明顯波動(dòng)；其它檢測(cè)項(xiàng)目未見明顯變化。

3.2 篩余物分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證石油焦和煤的易磨性差異，試驗(yàn)安排對(duì)出磨煤粉0.08mm和0.045mm篩上和篩下物分別進(jìn)行煤工業(yè)分析檢測(cè)，以確定石油焦和煤炭的粉磨情況，見表5。

從表5數(shù)據(jù)可見：0.08篩上灰分低、熱值高，比較接近石油焦質(zhì)量指標(biāo)；0.08篩下和0.045篩下基本持平，質(zhì)量相當(dāng)，可以初步判斷石油焦易磨性差于原煤。

3.3 出窯熟料質(zhì)量

窯系統(tǒng)使用摻有石油焦的煤粉進(jìn)行煅燒熟料，化驗(yàn)室為確保質(zhì)量控制的有效性，每30min對(duì)出窯熟料進(jìn)行取樣，檢測(cè)f-CaO、熒光分析和物理檢驗(yàn)，見表6。

石油焦摻量在10.0%和15.0%時(shí)，熟料質(zhì)量穩(wěn)定，3d、28d強(qiáng)度均完成較好，摻加到20.0%以后，熟料強(qiáng)度降低比較明顯，但未對(duì)標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝結(jié)時(shí)間等其它物理指標(biāo)造成影響。

表4 摻加石油焦后出磨煤粉檢測(cè)數(shù)據(jù)

表5 出磨煤粉篩上和篩下工業(yè)分析結(jié)果

表6 出窯熟料取樣檢驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論及方向

（1）工藝操作方面。控制石油焦細(xì)度在合適范圍內(nèi)，入窯生料成分和喂料量要穩(wěn)定；避免燒成帶溫度過高，提高二次風(fēng)和三次風(fēng)溫度，降低窯尾煙室溫度；控制窯內(nèi)氣氛，避免窯尾結(jié)皮，提高窯速，薄料快燒。

（2）石油焦易磨性正如資料所述，差于原煤；與混合粉磨時(shí)間，注意煤磨系統(tǒng)工藝調(diào)整，保證細(xì)度合適。

（3）摻加15.0%石油焦替代煤炭，通過煅燒，熟料各指標(biāo)均可以滿足要求，用量增加時(shí)會(huì)影響強(qiáng)度。通過本次工業(yè)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了年節(jié)約15.0%煤炭的技術(shù)可行性。但從資料查閱，石油焦的比例可以增加，需進(jìn)一步從質(zhì)量控制和工藝調(diào)整方面，研究討論，逐步驗(yàn)證。

石油焦替代原煤在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用，不僅可以提質(zhì)、挖潛、增效，同時(shí)也可以更好保護(hù)綠水青山、保護(hù)自然資源，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。