翟寶

（中國水泥廠有限公司，江蘇 南京 210034）

0 引言

為減少原煤消耗總量，解決青龍山礦石灰石CaO含量低、資源貧乏、不具備單獨(dú)配料條件等問題，中國水泥廠有限公司組織技術(shù)人員對(duì)南京市周邊新型燃料資源進(jìn)行排查、論證，最終確定石油焦作為新型替代燃料。通過生產(chǎn)實(shí)踐，摸索出一套完整、可靠、經(jīng)濟(jì)的使用經(jīng)驗(yàn)，開創(chuàng)了在海螺水泥股份公司率先使用的先例，最高摻入石油焦比例近50%，為其他單位使用石油焦提供了參考，得到行業(yè)內(nèi)外好評(píng)。

1 石油焦特性

石油焦是原油經(jīng)蒸餾將輕重質(zhì)油分離后，重質(zhì)油再經(jīng)熱裂的過程轉(zhuǎn)化而成的產(chǎn)品。根據(jù)石油焦結(jié)構(gòu)和外觀，其產(chǎn)品分為針狀焦、海綿焦、彈丸焦和粉焦；根據(jù)硫含量的不同，可分為高硫焦和低硫焦。

從外觀上看，石油焦為形狀不規(guī)則、大小不一的黑色塊狀（或顆粒），表面有金屬光澤，顆粒為多孔隙結(jié)構(gòu)，碳元素占比80%以上，其余為氫、氧、氮、硫和金屬元素。密度因品種不同差距較大，一般為0.8 kg/cm3。質(zhì)地較堅(jiān)硬，屬于中等偏難磨，因品種不同易磨性相差較大。價(jià)格依據(jù)硫含量高低定價(jià)，相差甚大。

通過對(duì)成本、配料條件等價(jià)格方面的論證，中國水泥廠有限公司選取揮發(fā)份8%~9%、內(nèi)水0.49%、發(fā)熱量8 740 kcal/kg、全硫3.0%的石油焦作為回轉(zhuǎn)窯新型替代燃料。

2 燒成系統(tǒng)基本配置和燃料替代方案

中國水泥廠有限公司擁有兩條5 000 T/D水泥熟料生產(chǎn)線，配套為天津水泥設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的TDF型分解爐，分別于2004、2005年建成投產(chǎn)，日產(chǎn)量5 700~5 800 t/d，燒成系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備配置見表1。其中，燃燒器采用史密斯DUOFLEX，該燃燒器具有一次風(fēng)量低、靈活調(diào)節(jié)、熱力集中、對(duì)劣質(zhì)燃料適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

表1 燒成系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備配置

結(jié)合現(xiàn)有原煤、鐵質(zhì)材料、石灰石等大宗原燃材料的品質(zhì)、含硫量，制定了具體方案?？刂屏驂A比為1.0~1.2，采購硫含量3.0%的石油焦，摻入比例從5%開始試用，按照使用后回轉(zhuǎn)窯煅燒狀況、出窯熟料質(zhì)量及窯尾廢氣中SO2排放值，綜合考慮成本后再穩(wěn)步提高，以達(dá)到降低原煤消耗量、提高礦山資源利用率的目的。

3 燒成系統(tǒng)基本配置和運(yùn)行狀況

因生產(chǎn)線主要能耗指標(biāo)偏高，中國水泥廠有限公司分別于2016、2017年，委托南京水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造，主要項(xiàng)目有預(yù)熱器分解爐爐容、爐型、撒料板、三次風(fēng)管入爐方式、窯筒體縮口擴(kuò)徑、篦冷機(jī)風(fēng)量風(fēng)壓提高等。經(jīng)過技改，分解爐現(xiàn)爐型為NST-Ⅱ型，頂部設(shè)計(jì)鵝頸管，經(jīng)方形連接管道分兩路入C5旋風(fēng)筒，爐容為1 390 m3，氣體停留時(shí)間3.4 s，延長了燃料在爐內(nèi)停留時(shí)間，有效提高了燃料燃盡率。三次風(fēng)管由單獨(dú)旋切進(jìn)入分解爐錐部，降低了系統(tǒng)阻力、便于爐內(nèi)風(fēng)煤料充分混合，詳見圖1。

圖1 預(yù)熱器分解爐

4 生產(chǎn)實(shí)踐

4.1 使用石油焦作替代燃料后生產(chǎn)基本情況

石油焦進(jìn)廠后，嚴(yán)格按照《大宗原燃燃材料管理辦法》“先檢驗(yàn)、后使用”的原則，進(jìn)行化驗(yàn)分析。進(jìn)廠石油焦工業(yè)分析見表2、化學(xué)分析見表3，石油焦搭配及出窯熟料質(zhì)量情況見表4，使用后回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行主要參數(shù)見表5。

表2 石油焦工業(yè)分析

表3 石油焦化學(xué)分析

從表4看出，搭配比例由10%提高至45%期間,入窯煤粉硫含量平均值為1.12%，熟料3 d、28 d強(qiáng)度基本持平，f-cao合格率93.66%，標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝結(jié)時(shí)間正常。

表4 石油焦搭配及出窯熟料質(zhì)量情況（3#窯）

從表5看出，使用石油焦期間回轉(zhuǎn)窯臺(tái)產(chǎn)、C1出口負(fù)壓及溫度、二次風(fēng)溫等關(guān)鍵參數(shù)等未發(fā)生明顯變化，主要運(yùn)行參數(shù)正常。

表5 石油焦使用后回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行主要參數(shù)

4.2 使用石油焦后遇到的問題

（1）易磨性較原煤差，煤立磨臺(tái)時(shí)產(chǎn)量略微下降。根據(jù)使用方案，結(jié)合窯系統(tǒng)煅燒情況，搭配比例按照5.0%、10%、15%逐步增加至45%，隨著摻入比例的增加，出現(xiàn)了煤磨吐渣量增多、臺(tái)產(chǎn)下降及細(xì)度跑粗等情況。

（2）窯系統(tǒng)結(jié)皮增多，熟料中SO3含量增加。摻入比例達(dá)到40%左右時(shí)，入窯煤粉硫含量為1.4%，揮發(fā)份降至20%，窯尾煙室、分解爐縮口等部位結(jié)皮增多，熟料中SO3含量提高0.2%左右。

（3）預(yù)熱器出口CO含量略微增加。受石油焦揮發(fā)份較煙煤低、細(xì)度偏粗、搭配不均勻及窯系統(tǒng)結(jié)皮等情況制約，運(yùn)行中預(yù)熱器出口CO含量在0.1%~0.15%波動(dòng)。

（4）因石油焦揮發(fā)份較低，燃盡時(shí)間長，所需燃燒空氣量增加，導(dǎo)致NOX排放值增加，用于脫氮氨水消耗上升。

5 解決措施

（1）對(duì)煤立磨噴口環(huán)清理、加高擋料環(huán)，煤粉細(xì)度穩(wěn)定在4%~6%，縮短煤粉和石油焦的燃盡時(shí)間。

（2）控制生料K+、Na+含量在合適范圍，促使硫堿比相對(duì)平衡，使硫化物固化在熟料中一起排出，降低系統(tǒng)硫含量。

（3）因石油焦揮發(fā)份較煙煤低，燃燒特性接近無煙煤，煅燒過程中，調(diào)節(jié)燃燒器內(nèi)外流開度、截面積，降低一次風(fēng)量，提高出口壓力，使原煤和石油焦混合均勻、火焰高溫區(qū)集中。

（4）提高原煤采購熱值、揮發(fā)份，嚴(yán)格控制入窯煤粉內(nèi)水，降低出磨煤粉細(xì)度，建議參照天津院無煙煤煤粉細(xì)度經(jīng)驗(yàn)公式R=V/2-(0.5-1.0)控制。

（5）石油焦燃盡時(shí)間長，分解爐內(nèi)高溫區(qū)發(fā)生變化以后，將原SNCR系統(tǒng)噴槍位置調(diào)整到C5旋風(fēng)筒中部，有效控制了NOX排放值，降低了氨水消耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

（6）整治系統(tǒng)漏風(fēng)，匹配合適的系統(tǒng)風(fēng)量，二三次風(fēng)比例嚴(yán)格控制系統(tǒng)CO含量小于0.1%以內(nèi)，避免不完全燃燒致使系統(tǒng)出現(xiàn)局部高溫，結(jié)皮堵塞、結(jié)圈及等異常情況，從而引起的安全運(yùn)行等風(fēng)險(xiǎn)。

（7）穩(wěn)定下料、下煤系統(tǒng)，統(tǒng)一操作思想，嚴(yán)格按照“系統(tǒng)用風(fēng)用煤量，降低分解爐出口和C5溜管溫度、減少窯頭煤使用”的控制思想，經(jīng)過近一段時(shí)間的實(shí)踐，窯尾溫度明顯下降，有效減少了結(jié)皮、結(jié)圈等不良現(xiàn)象。

6 結(jié)語

經(jīng)過摸索與實(shí)踐，石油焦摻入比例45%期間水泥回轉(zhuǎn)窯窯工況參數(shù)良好、出窯熟料質(zhì)量穩(wěn)定，煤電耗等關(guān)鍵指標(biāo)逐步優(yōu)化、未產(chǎn)生新的污染物，彌補(bǔ)了礦山石灰石品位低的缺陷，更積累了使用經(jīng)驗(yàn)。由此可見，使用石油焦作為替代燃料應(yīng)用在水泥窯是完全可行的，有效應(yīng)對(duì)了控煤等因素制約，在性價(jià)比合適條件下，使用比例完全能夠提高甚至達(dá)到100%，將會(huì)為水泥行業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。