粉煤灰替代煤矸石生產(chǎn)熟料的應(yīng)用實踐

孫靜敏

我公司5 000t/d水泥熟料生產(chǎn)線于2012年8月建成投產(chǎn)，主要原材料為石灰石、煤矸石、砂巖、鋼渣，技術(shù)改造后產(chǎn)量有所提高。為節(jié)能降耗，節(jié)約成本，根據(jù)粉煤灰的物理和化學(xué)性質(zhì)，我們嘗試用粉煤灰替代煤矸石來生產(chǎn)熟料。

1 采用粉煤灰替代煤矸石前的生產(chǎn)情況

1.1 生料磨運行情況

回轉(zhuǎn)窯料耗按1.61計算，每日所需生料量為10 143t，將入窯生料量設(shè)定在420～430t/h。生料粉磨系統(tǒng)的設(shè)計生產(chǎn)能力為420t/h，實際生產(chǎn)能力與設(shè)計生產(chǎn)能力持平，低于入窯所需生料量。

更換了新型微動翻板閥的回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)，提高了C1出口收塵效率，目前收塵效率≥93%，回轉(zhuǎn)窯回灰量下降，生料磨系統(tǒng)滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)1d，庫位增長量約400t。另外，我公司每周對原料輥磨系統(tǒng)進(jìn)行兩次例行檢查維修，每次約4h。因此，原料磨生產(chǎn)能力有所不足。生料磨的主要設(shè)備見表1。

表1 生料磨的主要設(shè)備

1.2 SO2排放情況

我公司生產(chǎn)初期，SO2排放濃度一直比較高，窯磨同步運轉(zhuǎn)時，SO2排放濃度約80mg/Nm3，原料磨停機(jī)時，SO2排放濃度達(dá)到350mg/Nm3左右，我公司主要使用濃度5%的氨水脫硫，氨水使用量為600～1 500L/h。為了控制硫的排放量，我們對石灰石這一主要硫化物來源進(jìn)行了控制，盡量不采購或少采購高硫石灰石，并對進(jìn)廠石灰石成分進(jìn)行分析，搭配使用。采取措施后，SO2排放初始濃度較停磨時下降約80mg/Nm3，但SO2排放濃度依舊相對較高。

1.3 粉煤灰與煤矸石的成本比較

粉煤灰為我公司附近某電廠工業(yè)廢棄物，長期大量露天堆放，不僅占用土地資源而且污染環(huán)境。經(jīng)協(xié)商，我公司以每噸3元左右的運輸成本直接購入，而煤矸石的進(jìn)廠成本每噸約14元。

2 試生產(chǎn)情況分析

2.1 粉煤灰與煤矸石的性質(zhì)比較

粉煤灰是從電廠煤燃燒后的煙氣中收集下來的細(xì)灰，粉煤灰中含有的硫基本上都是以硫酸鹽形式存在；而煤矸石是采煤和洗煤過程中排放的一種比煤堅硬的黑灰色巖石，其本身含有的硫大部分都是以硫化物的形式存在。粉煤灰與煤矸石的化學(xué)成分分析見表2。

（1）由表2可知，粉煤灰與煤矸石的化學(xué)成分較為接近，因此配料方案變化不大。

表2 粉煤灰與煤矸石的化學(xué)成分分析，%

（2）在物理性能方面，粉煤灰顆粒細(xì)小，與生料細(xì)度非常接近，利于提高磨機(jī)產(chǎn)量。

2.2 試生產(chǎn)情況

（1）為適應(yīng)生產(chǎn)操作，逐步增加粉煤灰代替煤矸石的比例。第一步的粉煤灰代替量為20%，第二步為60%，第三步為100%，每一步的工藝流程不變。經(jīng)過兩個月的試生產(chǎn)，至2021年2月，粉煤灰100%代替了煤矸石生產(chǎn)熟料。出窯熟料的物理性能見表3。

由表3可見，調(diào)整配料方案后，增加粉煤灰替代量對出窯熟料的各項品質(zhì)指標(biāo)影響不大，甚至沒有影響。由此判斷，使用粉煤灰替代煤矸石生產(chǎn)熟料是切實可行的。

表3 出窯熟料的物理性能

（2）在粉煤灰逐步代替煤矸石的過程中，SO2排放濃度也在逐漸降低，最終排放濃度較停磨時下降150～200mg/Nm3。這主要是因為粉煤灰中硫酸鹽在預(yù)熱器C2和C3位置不會揮發(fā)SO2，而煤矸石中的硫化物在預(yù)熱器低溫部位會揮發(fā)大量SO2，造成SO2排放超標(biāo)。通過進(jìn)一步調(diào)整配料及參數(shù)，最終達(dá)到SO2≤30mg/Nm3的超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

（3）粉煤灰顆粒非常細(xì)，摻加粉煤灰后，原材料的易磨性提高。原料輥磨產(chǎn)量由摻加前的420t/h增加至425t/h，滿足了回轉(zhuǎn)窯煅燒生產(chǎn)所需，降低了生產(chǎn)成本。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

（1）摻加粉煤灰配料后，每噸生料綜合電耗降低約0.5kW·h，按年產(chǎn)熟料190萬噸計，年產(chǎn)生料約285萬噸，每年可節(jié)約成本：2 850 000×0.5×0.48（電費單價）=684 000元。

（2）摻加粉煤灰配料后，SO2排放濃度降低，氨水使用量大幅度下降，在合理控制好石灰石搭配情況下，基本停用了氨水脫硫。使用煤矸石時氨水用量按平均約0.7t/h計算，年可節(jié)約脫硫用氨水成本：0.7×24×300（按年運轉(zhuǎn)300d計算）×940（氨水單價）=4 737 600元。

（3）粉煤灰價格低，進(jìn)價3元/t，原煤矸石進(jìn)價14元/t，按生料產(chǎn)量285萬噸，鋁制校正原料配比3%計算，進(jìn)廠采購成本降低：2 850 000×0.03×（14-3）=940 500元。

綜上所述，我公司煤矸石替換成粉煤灰，年可節(jié)約成本約636萬元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。我公司選用的煤矸石基本無發(fā)熱量，本文對煤矸石發(fā)熱量節(jié)約的燃煤費用忽略不計。

4 結(jié)語

利用粉煤灰替代煤矸石生產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料，在保證熟料強(qiáng)度的同時，提高了生料磨產(chǎn)量，降低了SO2排放濃度和脫硫氨水使用量，降低了生產(chǎn)成本，達(dá)到了高產(chǎn)、低耗、環(huán)保的目的。