利用全电石渣烧制水泥熟料的技术要点和难点
水泥 2013-10-21
引言
随着我们国家经济快速发展，资源短缺的的矛盾日益显现。为响应国家调整产业结构，节约资源、改善环境实现资源优化配置提高经济效益，实现可持续发展的政策方针，合理的利用和节约现有宝贵资源显的尤为重要。
而跟随着国家工业的迅猛发展，尤其是化工产业的发展，在其扩大规模和产值的同时也产生了大量的工业废渣（电石渣），既占用了大量的堆积用地，也对环境造成严重污染。为此，回收利用废弃电石渣来烧制水泥熟料，具有非常现实的节能和环保意义，也符合国家循环经济和可持续发展的战略方针。
1 生产线工艺系统简介
烧成系统工艺流程：预热器由单系列两级旋风预热器和TTF型分解炉构成。生料在C2-C1风管处进入预热器，生料自上而下与热气体悬浮换热升温，入分解炉分解Ca(OH)2后，经C2收集后，从窑尾烟室喂入回转窑。入窑物料经回转窑高温煅烧，发生固、液相反应，形成高温熟料。高温熟料出窑入冷却机冷却后送入熟料储存库。
生料除了由C2-C1风管处喂入预热器，另外还有一路生料直接喂入窑尾烟室，达到降低烟室温度，吸收烟室内富集的硫的作用。以减轻窑尾结皮程度。另外为防止有害成分富集导致结皮严重，烧成系统还配置旁路放风系统。
回转窑内煤粉燃烧后，生成的高温废气经烟室从分解炉底部入炉。在分解炉内，煤粉、三次风、预热及分解的生料及回转窑的高温废气，通过旋流和喷腾，实现气料充分混合，完成燃烧、分解。分解炉排出的气料，在C2内气料分离，物料入窑，废气经C1级旋风筒，与 生料悬浮换热后从C1排出，排出的废气与窑头补燃升温后的废气一起入烘干破碎机，作为湿电石渣的烘干热源。高温风机设置于电石渣烘干破碎系统之后，窑尾系统风量与窑头系统风量的匹配由各自废气管道上的电动高温闸板阀来调节。
熟料经篦冷机冷却降温，排出的高温热空气在窑门罩处一部分作为二次风入窑供煤粉燃烧，另一部分作为三次风供分解炉燃烧所用。篦冷机排出的低温热空气一部分作为煤粉制备系统作为烘干热源，其余经旋风筒收集粉尘，再经补燃系统进行二次加热，加热后的窑头废气与窑尾废气一起进入烘干破碎机，用作烘干破的烘干热源。熟料经篦冷机冷却，由链斗输送机送到熟料库。
烘干破碎和废气处理系统工艺流程为：湿电石渣经压滤车间压滤后，滤饼经胶带输送机送至烘干破碎机。（入料水分40~45%，成品水分1~3%），物料在烘干破碎机完成破碎及烘干，烘干热源采用窑尾及窑头废气，并设置补燃热风炉作为不足热量的补充。烘干破碎后物料随热风一起进入旋风筒分离，收集下来的成品送入干电石渣库。出旋风筒的热风进入高温风机，然后由窑尾废气处理收尘器净化后，经尾排风机排入大气。
2 实际生产运行中的要点、难点剖析
下面以某厂一条全电石渣综合利用烧制水泥熟料生产线在试运行期间暴露出的一些问题和难题为例，具体谈谈个人的感受和见解。由于系统工艺布局和原料特性不同。（主要原料干电石渣必须由烘干破碎机生产）而烘干破又串联于废气系统里，在窑没投料生产期间又没有足够的热量提供给烘干破碎。因此我们根据各个阶段实际情况不同，总体把它分为三个阶段来实施，并且针对各阶段不同状态通过不同的操作方法的调整，来实现整个系统的贯通以及使之达到平稳运行。
第一阶段：烘窑升温低温阶段。此阶段窑系统主要以烘干耐火材料为主要任务，所以必须严格按照耐火材料烘干要求的升温制度，控制升温速度和烘烤时间。而控制升温速度稳定，主要是控制好窑头火焰的稳定性，考虑到窑尾拉风影响窑头火焰稳定性和烟煤的燃点一般550℃--600℃左右（低于这个温度区间煤粉燃烧速度慢黑火头较长火焰不稳定）的实际情况。我们特定在窑尾温度650℃以内，关闭预热器出口废气管道上的高温闸板阀门，开窑尾烟囱 帽自然排风，不利用此时窑尾的废气温度，以保证耐火材料的烘烤质量。所以此时烘干破碎烘湿电石渣需要的所有热量只能由窑中补燃炉提供，在没有窑尾废气主热源的情况下，靠补燃炉提供的热量是有限的，因此，此时烘干破的喂料量不宜过大。经过试运行期间的实践摸索，此阶段最佳控制参数为，烘干破碎进口：负压2000Pa—2200Pa，温度：390℃--410℃之间烘干破碎出口负压2400Pa—2600Pa，温度：170℃--190℃之间，补燃炉进出口阀门全部开启，适当的开启篦冷机后两室风机给补燃炉提供燃烧所需足够的氧气。此时烘干破可投湿电石渣22 t/h。干电石渣成品水分1.5%以下，成品细度10%以下。成品干电石渣基本符合生产要求。
第二阶段：烘窑升温高温阶段，即尾温从650℃起升至950℃--1050℃窑尾开始投料期间。此阶段窑内耐火砖水分已经基本烘干，并且窑内热含量相对比较充足窑头煤粉燃烧比较充分火焰比较稳定。所以此时一方面可以适当的从窑尾拉部分热风以增加预热器内的热含量，更好更快的烘干预热器及各管道内浇注料。另一方面也可以慢慢开启窑尾废气管道上高温闸板阀门，给烘干破碎提供少量热量，做到既节能又环保。但此时需特别注意的是：拉风首要前提是不影响窑头火焰，不影响烘窑升温制度。因为此阶段主要任务还是以烘干耐火材料为主。 通过实践摸索这个阶段我们具体控制参数如下：烘干破碎进口负压2200Pa—2400Pa，温度：400℃--450℃之间，烘干破碎出口负压2600Pa—2800Pa，温度：170℃--190℃之间，预热器出口负压100Pa--200Pa,出口温度200℃--300℃之间，烟囱帽全开。（此时在预热器出口高温闸板阀开度不变的情况下，可以通过调节烟囱帽的和三次风阀门大小来调整稳定窑头火焰控制升温速率）。补燃炉进出口阀门全部开启，篦冷机后两室风机相应增加少量风量给补燃炉供风。此时烘干破可投湿排电石渣产量36t/h。干电石渣成品水分1.5%以下，成品细度10%以下。成品干电石渣符合生产要求。系统运行良好。
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第三阶段：即窑投料运行期间，此阶段因为窑已经投料生产，所以主要热源应转为利用窑尾废气温度为主，故应全部开启窑尾废气高温闸板阀，以高温风机调节来控制窑尾拉风量，并通过调整各控制参数使窑烧成的风、煤、料达到最佳比例，烧出合格的成品孰料。而此时窑产量较低废气温度相对较高，且窑尾所需风量大幅度增加，所以需要通过两个高温闸板阀来调整窑头和窑尾的用风比例。这种系统此时窑头废气阀门担当的是老系统窑头风机的作 用，故在保证窑头负压正常的前提下，应该相应关小窑头废气阀门，让风于窑尾烧成所用。这时候窑尾废气温度较高风量较大，所以也是烘干破碎提产的最佳时期，要充分利用窑尾废气热含，在烘干破碎系统工艺设备稳定的情况下增加破碎湿排电石渣的喂料量。如果此时窑尾废气热含足够，可以停用补燃炉补燃。而在运转后期随着窑系统投料量的增加C1出口废气温度降低和烘干破碎产能的提高，烘湿电石渣所需热含不足的情况下，考虑从新开起补燃炉给烘干破提供不足的热含。在实际生产中我们具体控制参数如下：C1出口：负压1400Pa、温度695℃。分解炉出口：负压620Pa、温度770℃，尾温1030℃, 负压200Pa,窑速2.6pm.窑生料投料量55t/h..头煤给定2.8 t/h，尾煤给定：3.4 t/h。烘干破碎进口负压2200Pa—2400Pa，温度：400℃--450℃之间，烘干破碎出口负压3000Pa—3200Pa，温度：170℃--190℃之间，此时烘干破可投湿电石渣产量97.2t/h。成品干电石渣质量符合生产要求，系统基本能够平稳运行。 在国内由于此类系统相对还比较少，所以在生产工艺和装备技术上的成熟度，没有以普通石灰石为原料的水泥生产线那么高。我们在试生产期间也出现不少问题和难题。比如：（1）在投补燃炉时炉内结焦比较严重；（2）窑尾结皮和长厚窑皮；（3）电石渣计量设备不稳定；（4）烘干破碎产能较低。对于以上难题我们的工程技术人员也做了一些针对性的处理方案。首先改造补燃炉内燃烧器头部结构，增加出口涡流搅动使煤粉更均匀燃烧。其次增加燃烧室长度目的是让煤粉充分燃烧且燃尽。这样基本可以解决炉内结焦问题；而窑尾结皮和长厚窑皮，经取样成分分析，是由原料和煤里的硫碱和有害成分引起的，故我们利用窑尾料幕，喂少量烟室生料料幕，降低烟室温度以料幕生料固定烟气里硫含量，再通过窑尾旁路放风系统放10%左右的窑尾烟室气体，阻止有害气体成分富集引起的结皮。这样烟室结皮严重情况基本解决，而烟室结皮少了窑内通风相对就顺畅，热工制度稳定，再加上通过三次风阀门的调整，匹配好窑、炉的用风和头尾煤的用量，就完全可以控制好合适的窑皮长度。对于电石渣计量问题，我们经过现场观察、分析是由电石渣的高流动性，和相对物料温度170℃较高，造成对计量设备的冲击导致计量不稳定。故在转子称入口端增加一个变频星形下料器以缓冲物料，减小物料对称体的冲击，其次做好称体的密封，这样就可以很好的解决计量不稳定的问题。
剩下最后一个难题就是烘干破碎产能不足问题。从试运行的期间的状况来看，目前影响 烘干破产能的主要因素是，成团的湿电石渣来料量的不稳定性，料少的时候破碎主电机几乎为空负荷，而瞬时料量一大就容易造成主电机负荷过大超额定电流而跳停，有时甚至可以直接压死破碎机转子，使传动皮带打滑（导致摩擦发热而烧皮带），同时还导致破碎机整体震动大，引起设备保护跳停。针对这种情况，第一：我们通过调整用多台压滤机同时下料，以增加输送皮带上料团的密度来保持喂料的连续性，第二：增加破碎入口拦料棒的道数，使出破碎机的料更均匀。第三：电器控制上，主电机电流超额定电流时，延时5秒联锁跳停湿电石渣的喂料系统，以保护机电设备的安全。通过以上措施的改进实施，效果大有改善，烘干破碎的运转率有所提高，产量也相应增长，使整条生产线能够基本保持低产连续运行。
从总体上来看因为烘干破产量的限制，导致原料磨没有干电石渣配料而使烧成生料不足，从而限制了窑的产量。而窑不运行或低产运行，烘干破又没有足够的热源来烘干电石渣，故在这种系统里窑和烘干破应该视为相辅相成同等重要。通过在系统调试、试运行期间的实际情况来看，我认为配置两级预热器，头尾废气一并作为烘干热源的新型烧成系统，工艺技术还是比较成熟的。窑的产能不是问题。整个系统的瓶颈就在于烘干破碎的产能问题。只要能解决湿电石渣下料的均匀性和稳定性，提高烘干破碎机的产能和运转率的问题，整个系统的产能就能有效的发挥。总的来说我认为，利用全电石渣来烧制水泥熟料的生产工艺技术是比较成熟的。
3 结束语
目前，在我国水泥产能逐渐趋于饱和，市场竞争日益激烈的大环境下，唯有进一步降低制造成本才能立于不败之地。而全部利用废弃电石渣来代替石灰石烧制水泥熟料，可以有效的节约资源和生产原料成本。同时，利用废弃电石渣既减少堆积用地，保护了有限的耕地资源，又减轻了废电石渣对周边环境的污染和上游企业的污染治理成本，所以具有非常良好的经济效益和社会效益。
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