可替代燃料在新型干法水泥熟料生產(chǎn)中的研究與應(yīng)用

拓維熙

摘 要：在新的干法水泥熟料生產(chǎn)中，天然氣、煤炭、石油等都是常用的燃料，而隨著人們的環(huán)保意識的不斷提高，對這些燃料生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的廢棄物的處理要求也日益提高。所以，在新型干法水泥熟料生產(chǎn)過程中采用可替代性燃料進(jìn)行處理能有效地達(dá)到環(huán)境保護(hù)的作用。以電石渣、石油焦、鎂渣、銅礦渣在新型干法水泥熟料生產(chǎn)中的應(yīng)用為例進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：可替代燃料；環(huán)境保護(hù)；水泥熟料生產(chǎn)

中圖分類號：TQ172 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）01-0124-03

0 引言

水泥產(chǎn)業(yè)是一種高耗能、高污染的產(chǎn)業(yè)，是一種亟待節(jié)能減排的產(chǎn)業(yè)。大多數(shù)水泥都是以煤為燃料，而煤是不可再生的自然資源。從目前我國整體來說，水泥廠使用的原料基本上以煤為主，使用燃料較為單一。對國外而言，有天然氣、石油、煤炭等多種可供選擇的新型干法水泥熟料。但在我國能源資源有限的情況下，整個水泥行業(yè)的趨勢是尋找可替代燃料進(jìn)行生產(chǎn)，并且這些替代性燃料的采用，不僅節(jié)省了我們國家的自然資源，同時也提供了處理廢物的新途徑。

對于人們?nèi)粘Ｉ钪挟a(chǎn)生的生活垃圾，經(jīng)常使用的處理手段一般是焚燒或填埋。焚燒會導(dǎo)致有毒氣體大量產(chǎn)生，對空氣造成污染。如果在填埋過程中，處理不當(dāng)，也會導(dǎo)致出現(xiàn)污染環(huán)境的現(xiàn)象，嚴(yán)重者甚至破壞水質(zhì)和土壤。因此，尋找一些可代替性燃料應(yīng)用在新型干法水泥熟料生產(chǎn)當(dāng)中，不僅僅減少了對我國自然資源的損耗，也大大保護(hù)了環(huán)境。

1 電石渣部分在新型干法水泥熟料生產(chǎn)中的研究和應(yīng)用

電石渣是電石制造中所產(chǎn)生的廢棄物，而大量廢棄的的電石渣，不僅占用土地資源，還會對土壤和周邊環(huán)境造成污染。因此，如何有效地處理電石渣，是治理環(huán)境保護(hù)中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。采用電石渣部分來進(jìn)行水泥熟料的生產(chǎn)，首先可以利用新干法的規(guī)模優(yōu)勢，對電石渣進(jìn)行大量處理。其次，可以節(jié)省國內(nèi)的自然資源。最后，可以減少二氧化碳在水泥生產(chǎn)中的含量，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的保護(hù)。

實(shí)驗(yàn)表明，用電石渣部分代替其他可燃料應(yīng)用在新型干法水泥熟料生產(chǎn)的過程中，其熟料生產(chǎn)過程中的耗電量和煤炭消耗均有所下降，熟料的質(zhì)量也能夠得到有效的提升。對于企業(yè)而言，也具有一定的經(jīng)濟(jì)效益[1]。對國家而言，可以有效降低環(huán)境污染的程度。

1.1 試驗(yàn)過程

采用的原料是電石渣，電石渣的顆粒級配是用激光粒度分析儀分析出來的，電石渣中含有較多細(xì)微顆粒，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明可得。由于電石渣顆粒較小，在熟料燒制過程中，能有效減少水泥生料磨粉的消耗，提高熱傳導(dǎo)速度。

1.2 電石渣配料對熟料鍛燒、熟料性能有一定的影響

電石渣中含有大量的水，因此，用新型干法水泥生產(chǎn)進(jìn)行制作與應(yīng)用是十分必要的。用電石渣部分來進(jìn)行熟料生產(chǎn)所采用的方法有兩種，第一種是用電石渣來代替石灰石，與其他的原材料進(jìn)行一定的配比之后，加入到生粉當(dāng)中磨制成生料漿，把這些生料漿直接裝入窯內(nèi)，用機(jī)器脫水或者是烘干，完成之后制成熟料。但是這樣的工藝方法較為落后，能耗較高，目前國家已經(jīng)大量關(guān)停此項(xiàng)目生產(chǎn)。第二種，先將電石渣進(jìn)行烘干處理，烘干完成之后，加入生料，然后放入窯內(nèi)燒制成熟料。這種方法能量消耗很低，使用范圍很廣，但必須對生產(chǎn)線進(jìn)行改造，必須增加電石渣的干燥裝置。

1.3 電石渣應(yīng)用要點(diǎn)

首先，在壓濾過后的電石渣中，通常會將水份控制在40%以下，實(shí)時監(jiān)測水分。其次，對電石渣進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測要設(shè)定一個自動清除的體系，將傳感器與空氣炮進(jìn)行相連接，當(dāng)出現(xiàn)斷料的時候，空氣炮可以自動填滿，達(dá)到清理淤堵的任務(wù)，這樣可以不用設(shè)置專門的人員來進(jìn)行看管[2]。最后，隨著電石渣的不斷加入，原材料中的水分是不斷增加的，為了控制機(jī)器的溫度，應(yīng)該根據(jù)電石渣的水分含量來調(diào)整噴水量，從而做到對溫度的嚴(yán)格把控。

2 石油焦在新型干法水泥熟料生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 石油焦的特性

石油焦是將原油蒸餾后，將重質(zhì)油區(qū)分開，再將這些區(qū)分開后的重質(zhì)油，再進(jìn)行燃燒，形成一種商品的石油焦。根據(jù)石油焦的結(jié)構(gòu)與外形組合的不同，可以分為不同的石油焦。從外形上看，石油焦的形狀不統(tǒng)一，表現(xiàn)出黑色的粒子，有金屬的光澤，粒子均呈多孔結(jié)構(gòu)，其中含碳元素較高。因?yàn)榉N類不同密度，差距比較大，質(zhì)地比較堅(jiān)硬[3]，磨損程度屬于中等較難。但是因?yàn)槠贩N不同，易磨性差異較大。而從碳含量和硫含量的角度來看，石油焦主要表現(xiàn)為硫含量，且價格差異也很大。

2.2 燒成的基本配置和替代方案

采用史密斯系列燃燒器配置水泥熟料和合理的水泥熟料生產(chǎn)線。該燃燒器具有風(fēng)量小、調(diào)整靈活、熱力大、對弱質(zhì)燃料的適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在采用石油焦時，可以根據(jù)目前材料的質(zhì)量和所包含的硫量，制訂出具體的替代方案，尤其是對硫的含量和對硫的堿度進(jìn)行控制。時刻觀察窯內(nèi)煅燒的情況以及出窯后熟料的質(zhì)量，對于窯內(nèi)廢氣二氧化碳的排放含量也要進(jìn)行檢測。綜合考慮之后，再不斷改進(jìn)，以降低原來使用煤炭的消耗量，提高整體的使用效率，從而達(dá)到降低資源消耗、保護(hù)環(huán)境的作用。

2.3 使用石油焦代替燃料的生產(chǎn)情況

在使用前，石油焦必須進(jìn)行檢驗(yàn)。通過化驗(yàn)，對石油焦的搭配比例進(jìn)行分析，分析出窯后熟料的質(zhì)量，并對后回窯的主要參數(shù)進(jìn)行分析。

石油焦的易磨性比原來采用煤炭的差，在兩者按照一定比例搭配使用之后，有所下降。石油焦和煤粉在按照一定比例進(jìn)行研磨的過程中，吐渣量較多，顆粒細(xì)胞較粗的情況出現(xiàn)。由此，需要提高原煤采購的熱值，嚴(yán)格控制入窯煤粉的水含量，降低出磨煤粉的細(xì)度，并且加強(qiáng)對磨噴口環(huán)的清理，壓縮煤粉和石油焦的燃燒時間。

窯內(nèi)系統(tǒng)中結(jié)皮現(xiàn)象增多，特別是窯內(nèi)尾部的煙室，分解爐的縮口等部位出現(xiàn)結(jié)皮的現(xiàn)象最多。因此，應(yīng)該減少硫堿配比，確保兩者之間相對平衡，保證硫化物在熟料中進(jìn)行固化，隨著熟料一塊排出，降低熟料中的硫含量。

預(yù)熱出口處CO含量的增加，需要整治系統(tǒng)漏風(fēng)的情況，要匹配合適的系統(tǒng)風(fēng)量，嚴(yán)格控制系統(tǒng)，避免出現(xiàn)燃燒時系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)溫度過高、堵塞、結(jié)圈等異常情況，甚至出現(xiàn)影響運(yùn)行使用等安全風(fēng)險。

石油焦揮發(fā)性低，燃燒時間過長，需要燃燒較多的空氣量，容易造成脫氮氨等消耗上升，有害氣體排放量增加。而且，分解爐內(nèi)的高溫區(qū)會因燃燒時間過長而發(fā)生變化。把噴槍的位置調(diào)到旋風(fēng)筒的中間位置，既能有效降低尾氣排放，又能減少氨氣消耗，為企業(yè)節(jié)省生產(chǎn)成本。

對原煤、石油焦混合比例、溫度集中、煤下料穩(wěn)定、統(tǒng)一的運(yùn)行方式進(jìn)行嚴(yán)格控制，可以降低分解爐出口的溫度，減少廢氣排放。通過調(diào)整燃燒器內(nèi)外開流截面大小，可降低風(fēng)量，提高出口壓力。經(jīng)實(shí)踐表明，結(jié)皮、結(jié)圈等現(xiàn)象也隨之降低。

3 鎂渣在新型干法水泥熟料生產(chǎn)中的研究和應(yīng)用

3.1 生產(chǎn)試驗(yàn)及效果

鎂渣的化學(xué)成分中有多種礦物，如鐵酸鹽、鋁酸鹽等，這些礦物的水硬性能很好，故將部分鎂渣摻入生料中。鎂渣在加入生料過程中具有誘導(dǎo)結(jié)晶的作用，其性能類似于水泥熟料。鎂渣是經(jīng)過高溫煅燒后產(chǎn)生的廢渣，在降低煤耗使用的同時，還能使燒制溫度大量降低，加速熟料的生成[4]，并能不斷增加投料量，使窯內(nèi)熟料產(chǎn)量在同等熱量使用條件下不斷增加。同時，摻入鎂渣后，鹽砂配比降低。因此完全停用銅渣可使企業(yè)生產(chǎn)成本大幅降低[5]。

3.2 在工藝中存在的問題以及解決辦法

鎂渣本身成粉末狀，水分較大，經(jīng)過磨損之后水分較高，導(dǎo)致在生料研磨時產(chǎn)量有所下降。而鎂渣在下料和運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，因?yàn)樗州^大，容易粘連在皮帶輸送裝備上，會出現(xiàn)下料不順暢或者是堵塞的情況。為了解決這些問題，應(yīng)該嚴(yán)格控制鎂渣的水分。

3.3 使用要點(diǎn)

在選擇鎂渣時，一定要選擇規(guī)模較大的、采用旋窯工藝的金屬鎂的企業(yè)，要求鎂渣的質(zhì)量穩(wěn)定。而在使用鎂渣配料時，因?yàn)槭炝先菀兹紵瑫霈F(xiàn)結(jié)皮、結(jié)圈等情況，所以在質(zhì)檢時一定要嚴(yán)格進(jìn)行把控。回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燒制操作過程中，要注意降低分解爐出口的溫度，防止出現(xiàn)結(jié)皮、結(jié)圈現(xiàn)象。

3.4 取得的經(jīng)濟(jì)效益

摻入鎂渣在降低企業(yè)生產(chǎn)成本的同時，也降低原料的配比，減少了使用原料的種類。且鎂渣摻入后能提高熟料的易燒性，使產(chǎn)量穩(wěn)定，熟料質(zhì)量也隨之提高，混合材料的參加量也得到了提高，水泥生產(chǎn)成本也隨之降低。鎂渣的綜合利用，也可以享受國家稅收政策的減免，有政策上的優(yōu)惠，比如免稅或者是減稅，還可以改善社會效益好的環(huán)境污染問題。此外，鎂渣的綜合利用還可以增加水泥產(chǎn)品品種、優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，為開拓市場、發(fā)展企業(yè)做出貢獻(xiàn)。

4 銅礦渣在新型干法水泥熟料生產(chǎn)中的研究和應(yīng)用

目前，我國銅冶煉的產(chǎn)量在迅速增加，這產(chǎn)生了大量的銅礦渣，而這些銅礦渣容易引發(fā)重金屬的污染，對于資源也形成巨大的浪費(fèi)。銅礦渣中包含有很多的有價金屬，能夠在低溫下進(jìn)行煅燒，有幫助融化的效果。所以，將銅礦渣作為水泥的原料配比，從而實(shí)現(xiàn)資源有效利用，并且達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

4.1 實(shí)驗(yàn)過程

銅礦渣堿度較低，熔點(diǎn)較低，具有強(qiáng)酸性，呈玻璃狀，顆粒較小，結(jié)構(gòu)比較緊密，硬度較大，呈黑色。銅礦渣中含有大量的鐵礦物，包含多種有價金屬和少量貴金屬。

從銅礦渣的差熱分析可以看到，當(dāng)溫度上升時，有明顯的一個吸熱峰。這個時候，銅礦渣中的硫化物就會進(jìn)行分解。而在水泥熟料的燒制過程中，銅礦渣在較低溫度下產(chǎn)生的溶液，會導(dǎo)致熟料高溫液出現(xiàn)，溫度降低，從而促進(jìn)煅燒。銅礦渣當(dāng)中微量金屬元素的存在，能夠改善生料的易燃燒性，在熟料燒制的過程中起到良好的礦化效果，從而能夠達(dá)到節(jié)能的目的。

4.2 銅礦渣的實(shí)際運(yùn)用

在用銅礦渣來代替原材料之后，熟料的質(zhì)量較好，爐內(nèi)煅燒效果較好，沒有飛沙，不出現(xiàn)淤堵、結(jié)皮等情況。同時熟料的煤消耗降低，抗壓能力提高，電量的耗損也有效下降，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

在采用銅礦渣配備之后，由于銅礦渣中熔點(diǎn)較低，造成礦物質(zhì)較多。要及時對配套的方案和窯內(nèi)的燒制進(jìn)行調(diào)配，可以適當(dāng)降低窯內(nèi)的溫度，大大提升熟料的質(zhì)量，使回轉(zhuǎn)窯的窯內(nèi)窯皮平整，不出現(xiàn)結(jié)厚窯皮的現(xiàn)象。

所以，采用銅礦渣作為原材料，可以鍛造出較為合格的水泥熟料。但是銅礦渣中氧化鋁的含量比較低，所以應(yīng)該選擇氧化鋁較高含量的鋁質(zhì)校正原料。銅礦渣對水泥熟料的燒制和礦物的形成具有良好的推動作用，能夠改善水泥生料的燃燒性。而在燃燒過程中能夠降低熟料所帶來的煤炭消耗，使回轉(zhuǎn)窯實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的提升，也能明顯改善水泥熟料的物理學(xué)性能，整體提高熟料的質(zhì)量。

5 不同燃料在新型干法水泥生產(chǎn)中應(yīng)用的不同

由于水泥熟料新型干法生產(chǎn)線的不同和燃料來源的限制，所以在不同地區(qū)采用的燃料也各不相同。新型干法水泥的生產(chǎn)線，對于燃料的適應(yīng)性較強(qiáng)，可以采用不同的燃料生產(chǎn)出合格的水泥熟料。是在具體操作過程中，不同的燃料所采用的制作工藝也各不相同，對于窯內(nèi)的溫度以及設(shè)備均有著不同的需求。所以，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，要仔細(xì)研究不同燃料之間的配比變化，從而保證水泥熟料的質(zhì)量。由于工藝的流程的不同，根據(jù)物質(zhì)的形態(tài)進(jìn)行對比，有的需要在入窯前先經(jīng)過破碎機(jī)進(jìn)行破碎，然后通過輸送帶，送入研磨，研磨成一定細(xì)度的粉狀，這樣方便進(jìn)入窯內(nèi)充分燃燒，但是整個過程需要的設(shè)備較多，流程較為復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高。而有一些則是直接送入窯內(nèi)，操作流程較為簡單，也具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，但是控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，難以操作。

不同燃料對于熟料的質(zhì)量影響也各不相同，由于操作人員的水平各不相同，爐內(nèi)溫度的不均勻或者是未燃燒完全被帶入熟料中，也會給熟料的質(zhì)量穩(wěn)定控制增加難度。

通過使用這些可替代性燃料，可以降低采煤對環(huán)境的影響，減少了CO2的排放，避免了因?yàn)榉贌龔U棄物產(chǎn)生的大量有毒氣體，也避免了填埋廢料對土地的污染，最大程度地回收廢料，直接用于熟料的生產(chǎn)，對我國可持續(xù)發(fā)展道路提供了有力幫助。

6 結(jié)語

利用新型干法水泥塑料生產(chǎn)，可以有效地減少自然資源的使用，同時也可以有效地解決生活廢物問題。隨著人們對環(huán)境保護(hù)的認(rèn)識的提高，我國對環(huán)境保護(hù)的需求也日益嚴(yán)厲。

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