郝利煒,陳曉東

(北京建筑材料科學研究總院有限公司，固廢資源化利用與節(jié)能建材國家重點實驗室，北京 100041)

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新型干法窯生產(chǎn)電石渣水泥節(jié)能工藝的探討

郝利煒,陳曉東

(北京建筑材料科學研究總院有限公司，固廢資源化利用與節(jié)能建材國家重點實驗室，北京 100041)

本文以高摻量電石渣替代石灰石生產(chǎn)水泥企業(yè)為實例，結(jié)合生產(chǎn)記錄和能耗統(tǒng)計，通過對燒成系統(tǒng)的熱工計算和熱工標定兩種手段，對工廠現(xiàn)有的電石渣燒成系統(tǒng)和烘干破碎系統(tǒng)進行了分析診斷。分析結(jié)果表明，由于補燃爐與水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的工藝銜接缺陷及補燃爐系統(tǒng)漏風嚴重，造成煤耗偏高，本文通過工藝優(yōu)化分析，提出了新的烘干破碎機取熱工藝技術(shù)方案并成功實施，可實現(xiàn)節(jié)約實物煤5.5kg/t熟料，年節(jié)約原煤4538t，年創(chuàng)造經(jīng)濟效益227萬元。該技術(shù)的提出為電石渣生產(chǎn)水泥生產(chǎn)線節(jié)能降耗提供了技術(shù)手段。

電石渣; 新型干法; 節(jié)能; 熱工計算

1 引 言

電石渣的主要化學成分為Ca(OH)2，其顆粒微細，10～50μm的顆粒占 60%～80%，是一種CaO純度較高(質(zhì)量分數(shù)為 65%～68%)、化學成分比較穩(wěn)定的工業(yè)廢渣，可以替代石灰石用做水泥工業(yè)原料。由于濕排電石渣具有水分大、流動性差、黏度大、有害成分Cl-質(zhì)量分數(shù)高的特點，處理和有效利用困難[1]。電石渣生產(chǎn)水泥常見的工藝有濕法工藝，半濕法料餅入窯工藝，濕磨干燒工藝，新型預分解干法生產(chǎn)工藝。從國家的產(chǎn)業(yè)政策、環(huán)保要求、節(jié)能降耗、綜合經(jīng)濟效益、技術(shù)水平和發(fā)展等諸方面進行比較,采用濕法工藝、半濕法料餅入窯工藝、濕磨干燒工藝的生產(chǎn)線能耗高，工藝設備復雜，已經(jīng)逐漸被淘汰，新型干法預分解生產(chǎn)工藝已成為電石渣生產(chǎn)水泥熟料的首選[2-3]。

國內(nèi)有很多條電石渣水泥生產(chǎn)線，但是高摻量電石渣(>70%)替代水泥生產(chǎn)線不多[4]，本文以一家新型干法工藝的2500t/d電石渣水泥生產(chǎn)線作為分析研究對象。該生產(chǎn)線電石渣替代石灰石>75%，傳統(tǒng)打破了新型干法工藝電石渣生產(chǎn)水泥，電石渣替代石灰石一般不超過 30%的禁區(qū)，解決了新型干法工藝高比例使用電石渣制水泥的理論和實踐的問題[5]。

由于該廠所用電石渣含水率高達38%～42%，常用的預烘干設備有以下形式: 流態(tài)式烘干機、立式烘干機、回轉(zhuǎn)式烘干機以及烘干錘式破碎機[5]。本廠選用了采用了烘干破碎機并帶有補燃爐的工藝系統(tǒng)。但是對于該廠電石渣烘干破碎系統(tǒng)而言一直存在能力不足，補燃爐熱效率低等問題，為了客觀的分析該燒成系統(tǒng)和烘干破碎系統(tǒng)，課題組對該廠進行了熱工標定，綜合分析了烘干破碎系統(tǒng)的優(yōu)缺點，并結(jié)合熱工計算分析結(jié)果，提出了在篦冷機余風與烘干破碎機之間增加連通管道，短路補燃爐系統(tǒng)，采用窯尾預熱器的高溫煙氣作為烘干的熱源，完全取代補燃爐的技術(shù)方案，改造實施后，取得了較好的運行效果。

2 熱工標定測試

圖1 窯系統(tǒng)熱工標定測定點圖Fig.1 The measuring point of thermal technical calibration of kiln system

熱工標定是對水泥生產(chǎn)線能耗進行系統(tǒng)分析的常用手段之一。為了全面評價該生產(chǎn)線的運行情況，對該廠進行了3d熱工標定。

2.1 熱工標定設備

TESTO350煙氣分析儀，1904型奧式氣體分析儀，512型微差壓測試儀，青島嶗應3012H煙塵采樣儀。

2.2 熱工標定標準

GB26281-2010《水泥回轉(zhuǎn)窯熱平衡、熱效率、綜合能耗計算方法》;GB26282-2010《水泥回轉(zhuǎn)窯熱平衡測定方法》。

2.3 熱工標定測定位置

根據(jù)熱工測試標準要求，確定了窯系統(tǒng)工藝流程及測定布置，詳見圖1表1所示。

表1 燒成系統(tǒng)及烘干破碎系統(tǒng)熱工標定測點布置

續(xù)表

2.4 結(jié)果與分析

根據(jù)熱工測試數(shù)據(jù)，對該系統(tǒng)的熱耗進行了系統(tǒng)分析。

2.4.1 窯系統(tǒng)關(guān)鍵部位風量溫度測定結(jié)果

為了充分評估窯系統(tǒng)可利用熱源的分布，對關(guān)鍵部位管道進行了溫度測定，結(jié)果如下表2。

表2 窯系統(tǒng)風溫測定結(jié)果

為了滿足電石渣的烘干能力，該廠的水泥生產(chǎn)線設有專門補燃爐，補燃爐月運轉(zhuǎn)率為50%，煤耗為2t/h。由表2可以看出，在補燃爐不開時窯頭余風溫度為251 ℃，窯頭余風經(jīng)過長距離的管道、并經(jīng)過補燃爐系統(tǒng)之后與預熱器出口管道匯合，整個余風管道輸送系統(tǒng)及補燃爐系統(tǒng)存在大量漏風，出補燃爐后的氣體溫度降為87 ℃，此時再與預熱器出口571 ℃高溫煙氣混合后，輸送至烘干破碎機入口，用于電石渣的烘干。由于烘干破碎機出口溫度為187 ℃，相當于用預熱器出口煙氣的熱量將87 ℃的低溫氣體加熱至187 ℃，此過程造成了熱量的浪費，降低了烘干破碎機的烘干能力。

2.4.2 物料、熱量平衡表

通過數(shù)據(jù)計算得出物料平衡表和熱平衡表，結(jié)果見表3，表4。

表3 物料平衡表

表4 熱平衡表

由表4和5可以看出，熟料形成熱為1040.57kJ/kg.cl。窯系統(tǒng)熱效率32.3%，預熱器出口廢氣帶走熱，占總熱耗的39.25%，成為第一熱量支出項。因此窯尾廢氣成為了烘干破碎機的主要熱源。

3 優(yōu)化方案設計

根據(jù)以上熱工標定的結(jié)果，分析出該生產(chǎn)線的烘干系統(tǒng)，存在熱源浪費的現(xiàn)象。為了更好的節(jié)約熱源，對該條生產(chǎn)線電石渣烘干系統(tǒng)進行了的熱平衡理論計算，通過設定不同預熱器出口溫度下，反求出計算得出該溫度下，電石渣烘干系統(tǒng)理論所需輸入的預熱器煙氣量，從而為下一步的方案優(yōu)化設計提供理論依據(jù)。

3.1 預熱器C1出口實際煙氣量

為了核算窯尾余熱的實際運行情況，對預熱器C1出口的煙氣量進行了測定，結(jié)果見表5。

表5 預熱器出口煙氣參數(shù)測定結(jié)果

3.2 不同溫度下預熱器C1出口理論煙氣量

(a)設定預熱器出口溫度為600 ℃，建立電石渣烘干破碎系統(tǒng)的熱平衡，反求出預熱器出口理論所需風量，結(jié)果見表6。

表6 電石渣烘干系統(tǒng)的熱平衡

續(xù)表

(b)設定預熱器出口溫度為630 ℃，建立電石渣烘干破碎系統(tǒng)的熱平衡，反求出預熱器出口理論所需風量，結(jié)果見表7。

表7 電石渣烘干系統(tǒng)的熱平衡

在表6，7中根據(jù)電石渣烘干破碎系統(tǒng)熱平衡計算可以得出，當預熱器出口C1煙氣溫度設定在600 ℃時，計算理論煙氣流量值為208579Nm3/h；當預熱器出口C1起煙氣溫度設定在630 ℃時，計算理論煙氣流量值為194652Nm3/h時。通過反求分析，該系統(tǒng)預熱器出口煙氣量設計值206744Nm3/h，因此利用預熱器出口的熱煙氣的熱量完全可以滿足正常生產(chǎn)過程中的電石渣的烘干熱量要求，補燃爐可以完全停用。根據(jù)上述理論分析， 提出了優(yōu)化現(xiàn)有的管道布局，將篦冷機出風管道與烘干破碎機直接相連，當補燃爐停運時，直接短路補燃爐的改造方案，不僅可以減少漏入系統(tǒng)的冷風量，還可實現(xiàn)降低燒成系統(tǒng)的熱耗。

4 改進方案實施效果

改造方案實施后，由于預分解系統(tǒng)生產(chǎn)參數(shù)還沒有完全調(diào)整到位，預熱器出口的風溫和風量還沒有達到熱工分析的目標值，因此補燃爐系統(tǒng)還沒有徹底離線停運，但運行天數(shù)已經(jīng)由每月的15d降至8d，運行時間明顯下降，節(jié)約了燒成系統(tǒng)煤耗。該生產(chǎn)線穩(wěn)定運行三個月，得到了以下的運行數(shù)據(jù)，詳見表8。

表 8 補燃爐系統(tǒng)運行參數(shù)

通過表中數(shù)據(jù)可以看出，短路補燃爐方案實施后，縮短了窯頭熱煙氣輸送到烘干破的輸送距離，降低了系統(tǒng)漏風，保證了熱煙氣的溫度，從而提高了烘干破的烘干能力，改造實施后，經(jīng)統(tǒng)計，實現(xiàn)節(jié)約實物煤耗5.5kg/t熟料。年節(jié)約原煤4538t，年節(jié)約經(jīng)濟效益227萬元。

5 結(jié) 論

(1)利用熱工標定手段,對該條生產(chǎn)線進行能耗評估，結(jié)果表明該燒成系統(tǒng)窯頭余熱入補燃爐至烘干破碎系統(tǒng)的設計存在不合理性，造成實際運行過程中漏風過大；

(2)利用熱工計算，建立電石渣烘干破碎系統(tǒng)的熱平衡，通過分析可以看出，通過合理的優(yōu)化管道，利用余熱可以滿足電石渣烘干系統(tǒng)的生產(chǎn)需求，從而達到降低系統(tǒng)煤耗的目的；

(3)本文通過工藝優(yōu)化改進，提出了新的烘干破碎系統(tǒng)取熱工藝技術(shù)方案和工藝參數(shù)，實現(xiàn)節(jié)約實物煤5.5kg/t熟料，年節(jié)約原煤4538t，年節(jié)約經(jīng)濟效益227萬元。未來隨著窯尾預熱分解系統(tǒng)工藝參數(shù)的進一步調(diào)整，煤耗還可以進一步降低；

(4)該生產(chǎn)線是采用的是高摻量電石渣替代石灰石生產(chǎn)線，通過對該廠電石渣烘干系統(tǒng)的工藝優(yōu)化，大大降低了水泥熟料能耗。該廠電石渣烘干破碎系統(tǒng)取熱工藝的優(yōu)化為電石渣生產(chǎn)水泥生產(chǎn)線節(jié)能降耗提供了技術(shù)手段。

[1] 田之文，肖其中,唐根華.采用電石渣生產(chǎn)水泥熟料的新型干法預分解工藝[J].中國氯堿,2007,(8):39-41.

[2] 吳銘生，滕海波.電石渣代替石灰石生產(chǎn)水泥熟料的技術(shù)經(jīng)濟分析[J].水泥技術(shù),2011,(4):40-41.

[3] 汪 泳.新型干法電石渣生產(chǎn)水泥熟料工藝的淺析[J].四川水泥,2015,(5):1-2.

[4] 曹輝輝.用電石渣配料生產(chǎn)水泥熟料的工藝設備優(yōu)化[J].四川水泥,2014,(1):120-124.

[5] 衛(wèi) 耕.電石渣生產(chǎn)熟料的研究與實踐[J].中國水泥,2009,(6)：64-68.

[6] 丁奇生.高摻電石渣煅燒水泥熟料新型干法工藝的研究[J].建材發(fā)展導向,2007,(6):33-36.

Discussion on the Production Technology of Cement Using Carbide Slag as Material in a New Dry Process Kiln

HAO Li-wei,CHEN Xiao-dong

(StateKeyLaboratoryofSolidWasteReuseforBuildingMaterials,BeijingBuildingMaterialsAcademyofScienceResearch,Beijing100041,China)

Inthispaper,acemententerpriseusingcarbideslagassubstitutematerialforlimestonewasselectedtoconducttheanalysisanddiagnosisofburningsystemanddrier-crushersystem.Combinedwiththeproductionrecordsandenergyconsumptionstatistics,boththethermaltechnicalcalculationandthermaltechnicalcalibrationwereperformedontheburningsystem.Theresultsrevealedthatthehighmoisturecontentofcarbideslag,thebridgingdefectbetweencomplementarycombustionfurnaceandcementmanufacturesystemandthesevereairleakageofComplementarycombustionfurnaceledtoarelativehighcoalconsumption.Aftertheoptimizationofprocessandtechnologicalparameters,thenewtechnologicalinnovationschemewasproposedandsuccessfullyimplemented.Thistechnologycanrealizethecoalconsumptionof5.5kgpertonclinker,therawcoalreductionof4538tperyear,andeconomicbenefitof2.27millionyuanperyear.Thisoptimizationprocessprovidesakindofnewenergyconservationtechniquesforcarbideslagcementproductionline.

carbideslag;newdryprocess;energyconservation;thermalconditioncalibration

郝利煒(1980-)，女，研究生，工程師.主要從事水泥窯、固廢協(xié)同處置方面的研究.

TQ

A

1001-1625(2016)12-4297-06