关于矿渣微粉烘干立磨配置热风炉综合利用的探讨
水泥 2009-12-04
一、热风炉简介：
在研究与开发热风炉的综合利用问题，我公司在全国大部分矿渣微粉烘干立磨生产线配置高效节能型热风炉之中，其中供热能力大都为25GJ/Hr、55GJ/Hr、70GJ/Hr和100GJ/Hr、135GJ/Hr等各种型号，分别配置不同型号的矿渣微粉烘干立磨，其热风炉的有效容积分别为37NM3、74.98NM3、104.6NM3、149.52NM3、201.8NM3等各种标准炉膛。（以上为标准煤耗，标准状态下炉膛容积、实际炉膛容积，应根据当地煤的发热值及有关其它参数进行修正换算，而实际炉膛容积均比这些参数大许多）。
按耗标煤量来算分别为：850NKg.煤/Hr、1714NKg.煤/Hr、2391NKg.煤/Hr、3229NKg.煤/Hr。
高效节能扩散式喷煤燃烧炉（热风炉国家专利）基本结构如下：
1—煤粉燃烧器；2—燃烧室炉膛；3—第一混合室；4—第二混合室；
5—混合室出渣斗；6—燃烧室出渣斗；7—出渣小车；
在原热风炉生产线之中，如供热能力为70GJ/Hr的热风炉，主要功能是提供合格的风温与风量，通过热风管的输送，约8万的热风量供矿渣微粉立磨，生产约100吨矿渣微粉/每小时。矿渣微粉烘干立磨系统其主要功能是将初水份15%～20%的湿矿渣，烘干至终水份1%以下，以表面积430M2/kg左右的微粉矿渣作为水泥原料中的混合物，作为矿渣微粉生产线来讲，一路为负压生产。整个生产线只有一个对外排放的烟筒，总投资按规模大小0.8亿～2亿人民币不等。就目前各地投资建成的矿渣微粉生产线来讲，其对外排放的废气含尘量全部达到或超过最新国家环保要求。对烘干矿渣来讲，不像水泥回转窑煅烧水泥熟料，只进行一种物理变化（物料脱水反应），产品质量标准简单唯一，而水泥回转窑或其它的化工回转窑，在煅烧物料还要产生严格的化学反应，严格控制各种物料通过煅烧后的化学配比。这样给矿渣微粉生产线的热风炉带来了极大的综合利用空间。
矿渣微粉之中的热风炉，正常的炉膛温度为1150℃±50℃，炉膛出口温度为800±50℃，通过热风管逐级配风后，入立磨温度为300℃左右，出口风温为90℃±3℃左右，排入大气的烟温为露点以上，热风炉负压值为-15Pa～-30 Pa之间，热风炉生产方式由PLC计算机控制，基本上无人值守（保洁工人除外）。
高效节能型扩散式喷煤燃烧炉（热风炉）的功能就是满足立磨所需的热风量，其煤粉燃烬率为99%，炉渣为粉状黄白色物料，其含碳量为1%左右，在矿渣微粉生产线之中，各厂家基本上全部回收到矿渣堆场综合利用了。
二、热风炉焚烧工业或民用垃圾的探索：
我国目前处理城市工业或民用垃圾的办法，大部分在市郊建立大型垃圾处理场，采用方式基本为焚烧和填埋方式。单纯的焚烧垃圾工业炉除产生大量的二恶英等废气之外，还必须增加燃烧系统，所燃烧材料全部为石化能源如天然气、燃料油和原煤，这些燃料产品均为地球上日益减少不可再生的能源材料。
城市工业垃圾和民用垃圾采用填埋方式更不可取，除造成占用了大量的土地资源外，还会由于填埋于地下造成二次地下水资源和土壤的污染，对我国生态影响更大。
因此，对于我国广大的科技人员都是值得关注的大事，同时对于我们也深感责任重大。经我们多年的建设热风炉经验来讲，工业垃圾和民用垃圾可从如下图加入（加料口与加料装置还得工程设计而定）：
1— 工业可燃垃圾输送系统；2—可燃垃圾；3—可燃垃圾入口
其它图示如上图一样，将分类的可燃垃圾由输入口按规定的速度与垃圾重量逐步进入1150℃燃烧室，可立即燃烧成粉状物料进入下渣斗，按规定的时间内进行机械排渣，排渣物进行化学分析合格后，回收于矿渣堆场，达到综合利用的目的。从技术角度来讲，这里有如下几种问题急待解决：
1、工业垃圾与民用垃圾的分类：这点与城市垃圾焚烧炉的原理一样，可燃物占垃圾总量不得少于50％；大块垃圾应通过破碎后，直径小于250mm的块状物，进入炉膛燃烧。垃圾中的黑色金属与有色金属燃烧前进行分类，和燃烧完成后的炉渣分选回收（垃圾中的内夹杂的有色金属在小于1150℃环境中可能溶化成块状，很方便清除）。
2、节约煤耗：可燃垃圾的发热值有多大，一般燃烧前无法计算，但现场燃烧后，根据矿渣立磨要求即可确定。我们的燃煤量要减多少，一般来讲，我们的实际供应配置立磨的热风炉都比理论供热能力（修正值）还要大30％左右，有很大的富余能力。如这样可以做到一举两得即垃圾污染物被处理了，业主方可节约大量的煤耗。
3、炉渣处理：焚烧工业或民用垃圾后，产生的炉渣量比以前出渣量要增加许多，这有可能增加了业主方的工作量，对于产能达到1小时100余吨～200吨的大型矿渣立磨烘干生产线来讲，其产品质量影响是微乎其微的。但对于炉渣中的金属物件必须分选后另行处理，不得进入立磨系统。如武汉亚东水泥有限公司有两条这样矿渣生产线配置的热风炉，已经做了好几年的工业试验，焚烧本厂内可燃性工业或民用垃圾，在本厂内全部消化掉。绝无“三废”排出厂外，真正做到环境友好型无“三废”污染的工业生产厂。
4、垃圾分选与堆放：垃圾的分选与来源进厂后，垃圾的堆放问题也是一个非常主要的问题。业主方在委托设计部进行工业设计时，完全没有考虑到垃圾处理系统的设计，对于业主方也没有必要去做这项工作。我们希望各地政府部门带头协调土地、城建规划、环保、财政、税务、银行等各方面的关系，统一安排，给予各项优惠政策。让业主方受到实惠。同时要大力宣传和提高我国公民对于工业与民用垃圾的分选堆放的环保意识。否则，这项环保节能工程仍只能停留在纸面上。
综上所述，热风炉焚烧工业垃圾及民用垃圾的可行性是明显的，但是要用此热风炉完全取代专用垃圾焚烧炉是不可行的，就像用水泥熟料回转窑完全取代专用垃圾焚烧炉一样的道理。各地的矿渣微粉生产线配置应根据各地的具体情况因地制宜，通过技术改造吃掉部分当地工业垃圾或民用垃圾。做到利国利民，创建环境友好型社会。
三、热风炉以及热风管热水、热气的综合利用：
在实际建造的矿渣微粉生产线上的热风炉都比原设计要求的热风炉供热能力要大许多。即富余能力要大30%~50%，因此，在热风炉出口的热风管上设置盘形水管，制造热水或热气取走一部分热能，产生的热水或热气供应业主方的职工洗澡与取暖之用，可大大减轻业主方的主体投资成本，特别是在北方的供热能力在55 GT/Hr以上的大型热风炉矿渣微粉生产线特别适用。示意图如下：热水（热气）及工业民用垃圾综合利用热风炉示意图
在配置70GT/Hr~135 GT/Hr的大型热风炉，几乎相当配置了一台65GT/Hr的蒸汽（暖水）锅炉，所产生热水足已供应全厂的热水与取暖之用。而加上焚烧工业或民用垃圾所产生的热能把这部分的余热能转换成电能与当地或本厂电网合并输入和输出，余热发电就要求设计部门与电力部门予留适当的地方，以便今后上余热发电机组，或同时投资一并设计完成。
四、结论：
矿渣微粉生产线所产出产品的原料是钢铁厂高炉所产生的废渣，是综合再利用的好项目，而该生产线将这些高炉的矿渣经过烘干与研磨加工成合格细度的矿渣微粉送入水泥厂或商品混凝土站与水泥熟料粉按适当的比例均匀混合成合格的矿渣水泥。
作为该生产线，如能建议综合节能环保生产线，做出一个生产示范厂，为全国乃至国外都起到一个推广作用。这在当今地球能源紧张与逐步枯竭的情况下，对我国环保节能工作都会产生一个巨大的经济效益与社会效益。
作者：吕复（1980.2-）工程师，武汉理工大学，计算机专业，长期从事工业窑炉热工自动化控制设计与生产。
吕元（1977年2月—）澳大利亚昆士兰理工大学，MBA、高级经济师
吕宜德（1947年—）高级热工工程师、总工程师，长期从事工业炉窑设计、制造与生产。
参考文献：1、童志权 工业废气净化与利用
2、牛学坤 环境污染治理技术与设备
3、何坚 污染防治技术
4、范从振 锅炉原理
5、韩昭论 燃料及燃烧
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