5000t/d生产线用电石渣配料的改进
水泥 《水泥》杂志2017年第2期 2017-04-05
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目前利用电石渣代替石灰石生产水泥是其最有效的综合利用途径。常规利用电石渣生产水泥熟料是2500t/d以下的小型回转窑生产线，并且是用3级或4级预热器。BK公司5000t/d生产线用电石渣配料，其回转窑Φ5.0m×74m三档支承，斜度4%，主传动转速（0.35～4）r/min，采用双系列低压损五级窑尾预热器带NST-I型分解炉和RF5/5000五级旋风筒预热器，配置NC42365推动第三代篦式冷却机，为国内最大应用电石渣线。该生产线2014年7月试生产时全部用石灰石配料，熟料产量最高可达6010t/d，2015年随着外掺电石渣配比由10%提升到35%，窑产量显著下降（4500t/d左右），其工艺及设备问题凸现。为此，针对BK公司的工艺特点，对该生产线用电石渣配料进行改进。
1、存在的主要问题
1）电石渣配料秤采用的是手动棒阀，其流量控制非常困难，当冲料时大股料如流水直下，无法确保生料质量的稳定，CaO波动在36.0%~45.0%。电石渣防冲料皮带秤改造十分紧急。
2）电石渣的密度为2.096g/cm3，比表面积720.9m2/kg。电石渣颗粒细微，80%的颗粒在10～15μm范围内，且颗粒均匀，容重比较轻，出预热器的生料回灰量大，C1收尘收集效果差。入窑生料量少，高温风机及原料粉磨系统含尘浓度高，其附属设备负荷加大。
3）生料均化库底科氏力秤多次故障，生料入窑量波动大，修复科氏力秤，并在备用下料口很有必要技改增加1台计量秤。
4）操作不统一，参数控制不合理。电石渣掺量上不去，熟料经常出现黄心料，质量不合格。
5）堵料后清理难度大，锥部负压表防堵料反应太慢，每次堵料的量又较多。
6）窑尾烟室结皮严重，人工清理难度大，作业人员安全风险高。
2、原材料化学分析
原材料化学分析见表1，煤工业分析见表2，原材料湿基配比见表3。
表1 原材料化学分析
表2 煤工业分析
表3 原材料湿基配比
3、CO2气氛下电石渣配料生料和普通水泥生料在预热器系统中的逆反应过程
众所周知：由于预热器系统中C1～C4温度区间为300~800℃，C5及分解炉温度区间为850~920℃，CO2气氛浓度25%~30%，当温度升高到400℃左右电石渣中Ca（OH）2开始脱水发生反应，在C2～C3筒内，生成的CaO迅速吸收烟气中的CO2并与CaO发生反应转化成CaCO3，400~580 ℃之间转化率较快，到730 ℃左右转化的CaCO3又开始分解生成CaO和CO2，同时伴随着强吸热过程，910℃左右分解反应基本完成。当电石渣掺量增加至100％，其转化率接近于118％，并且在700℃的高温区域，CaCO3分解逆反应才能得到完全控制，分解过程得以加速[1]。
每摩尔Ca（OH）2与CaCO3产生的H2O和CO2气体的体积是相等的，因而掺入电石渣后预分解系统出口废气量是不会变化的。由于Ca（OH）2分解是580 ℃在C2～C3筒内，CaCO3分解是910℃在分解炉内，因此，与常规生料相比，掺电石渣的生料通过预分解系统各部位的废气量有较大的变化，且随着电石渣掺量增加，废气成分中水分增加，废气中的水蒸气极容易与大量的Ca（OH）2分解产生的CaO在低温区发生反应，从而增加了物料的黏附性。此外，电石渣脱水产生的水蒸气与窑内有害成分R2O、SO2、Cl等组分发生凝聚而循环富集，预分解系统更容易产生结皮堵塞。
毕金栋等[1]研究结果表明：
1）CO2气氛下，电石渣配料生料和普通水泥生料化学反应过程是不同的；
2）CO2气氛下400~550 ℃温度区域内，电石渣配料生料Ca（OH）2分解同时存在CaCO3的合成，在Ｃ2～Ｃ3筒内存在转化成CaCO3的逆反应；
3）当电石渣掺加量达100%时，生料中Ca（OH）2转化为CaCO3的转化率与普通水泥生料中CaO转化CaCO3的转化率基本一致；
4）电石渣配料通过预分解系统各部位的废气量和废气成分与常规生料不同，但预分解系统出口的废气量不会有较大的变化。
[Page]
4、解决措施
4.1安装一台防冲料皮带秤
设计安装一台电石渣防止冲料的皮带秤（型号B1400×L7500），并增加6道挡料防冲板，同时在皮带秤上方、料仓下部安装2台电动液推杆闸阀进行流量控制，新技改皮带秤投入运行后解决了电石渣的冲料现象，取到了明显的效果。
4.2提高C1旋风筒收尘效率
电石渣配制的生料容重为0.74 t/m3，较纯石灰石磨制的生料轻，导致预热器飞灰多，收尘效果差。解决措施是将两个C1旋风筒内筒各加长500mm，提高收尘效率。
4.3生料均化库下改用转子秤
经考察金隅水泥，在生料均化库底备用下料口改用1台生料转子计量秤，替代科氏力秤。该秤是用全新的计量控制技术，针对每个转子格进行物料计算，在下料前已预知每个转子格内的物料重，并针对每个转子格进行转速及动流量阀预给料的双调整，从而实现精确平稳的物料流和计量的准确度，保证了入窑生料量的稳定。
4.4生产工艺控制参数优化
针对电石渣的特性和窑炉系统有害成分富集造成系统易堵塞的问题，不断摸索和总结了低温煅烧、电石渣不同掺量和有害成分情况下的不同操作方法。
4.4.1篦式冷却机
1）第一段篦床, 料层厚度控制在600～800mm,各室压力如下:F1:7500～8500Pa，F2:7000～8000Pa，F3：5000～8000Pa。
2）第二段篦床，料层厚度控制在300～350mm，各室压力如下:F5:3000～4500Pa，F8:2500～4000Pa。
3）入窑二次风温＞1000 ℃,出冷却机熟料温度 ＜120 ℃，篦板温度＜80 ℃，篦冷机各室气体温度＜60 ℃,余风排气温度＜230 ℃，破碎机轴承温度＜60 ℃。
4.4.2冷却机余风系统
温度：除尘器进口～250 ℃，余风风机进口～250 ℃；压力：除尘器进口：0～-4.9kPa，余风风机进口：0～ -11.76kPa。
4.4.3预热器及分解炉
1）生料：80μm筛筛余12%～18%，水分＜0.5%，0.2mm筛筛余＜2.0%；KH±0.020合格率75%，n±0.1合格率80%，P±0.1合格率90％；煤粉：80μm筛筛余＜4.0%，水分<2.0%； 入窑生料分解率90%～98%。
2)温度：C1出口＜330℃，C2进口520℃，C3进口635℃，C4进口725℃，C5进口825℃；窑尾烟室1050~1100℃，分解炉出口870～890℃，入分解炉三次风>850℃，C5入窑物料850℃。
3)压力：分解炉出口 -800～-1200Pa，入分解炉三次风管-100～-600Pa；窑尾烟室-100～-300Pa，C5锥体-1500～-2000Pa，C4锥体-2000～-3000Pa，C3锥体-2400～-4000Pa，C2锥体-2800～-4900Pa，C1出口-3800～-5000Pa，C2进口-3000～-4200Pa，C3进口-2500～-3600Pa，C4进口-2000～-3000Pa，C5进口-800～-1600Pa。
4)废气成分：CO＜0.5%(CO≥1.5%时报警并报告)，O2＜3.93%。
4.4.4回转窑
1）物料：熟料升重1150～1300g/L，f-CaO＜1.5%；煤粉细度同分解炉。
2）温度：窑筒体表面温度＜350℃，窑尾烟气温度1050～1100℃，生料入窑温度850℃；窑头二次风温≥1000 ℃，窑头熟料温度1350℃。
3）压力(负压)：窑头+50～－100Pa，窑尾-100～-300Pa。
4）窑速0.5～3.8r/min,辅传0.12r/min。
4.5其他改造
1）针对CO2气氛下电石渣配料生料在预热器系统中因逆反应过程而容易产生结皮堵塞现象，经2015年12月冬季大修时技术改造，在C1进料管处制作安装三通阀及下料管，当高掺电石渣时就直接下料到C2进料管，物料进入C2与C3连通上升管道到C2筒内，这样就减缓了电石渣在C2～C3筒内发生凝聚而循环富集，减少预分解系统的结皮堵塞。当不掺用电石渣时就按原设计到C1筒内；大修时在各级锥部加装2~4台空气炮，在C4、C5下料管上方与锥部300mm处加装一只负压表，做到及时发现，以减少堵料量。
2）对篦冷机风室、预热器系统进行漏风治理。对系统各温度、压力点进行校对优化，并更换煤管旋流器，改善火焰发散状态。
3）窑尾缩口尺寸偏小，入窑生料二次飞扬富集也容易造成结皮。解决措施是在大修时增加了2台空气炮，优化了C5壳体局部和烟室斜坡角度的尺寸。
5、改进效果
1）熟料质量稳定，熟料的3 d抗压强度平均33.5 MPa，28 d抗压强度平均56.0 MPa，质量稳定性也得到了明显改善。生料和熟料化学成分分别见表4和表5。
表4 生料的化学成分
表5 熟料的化学成分、率值及矿物组成
2）通过追溯根源及解决措施的实施，电石渣掺量可达到50%~70%，窑产量最高可达到5850t/d，超设计能力17%，熟料标准煤耗96.7kg/t。
3)经过冬季大修的技术改造后，预热器系统产生结皮堵塞现象，由每月6~7次减少到2个月才堵塞1次，减轻了员工清堵的高风险劳动强度，提高了回转窑的有效运行效率。
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