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    2018-11-12 08:44:56 來(lái)源:水泥人網(wǎng)

    淺談電石渣在干法水泥生產(chǎn)線中的應(yīng)用

      甘肅省金昌市氯堿化工產(chǎn)業(yè)鏈項(xiàng)目主要由金泥集團(tuán)公司40萬(wàn)噸電石、16萬(wàn)噸干法乙炔,金川集團(tuán)公司40萬(wàn)噸離子膜燒堿、30萬(wàn)噸聚氯乙烯(PVC)等項(xiàng)目組成。

      金昌水泥(集團(tuán))有限責(zé)任公司新型干法水泥二廠是金泥集團(tuán)下屬的水泥分廠之一,位于金昌市新材料工業(yè)園區(qū)。2009年5月投產(chǎn),年可生產(chǎn)各類水泥100萬(wàn)噸以上,占到集團(tuán)公司水泥銷售的70%。

      金泥集團(tuán)干法二廠是甘肅省金昌市氯堿產(chǎn)業(yè)鏈上的重要節(jié)點(diǎn)項(xiàng)目,將金川集團(tuán)公司、甘肅金泥化工公司和甘肅金泥干法乙炔公司等金昌市氯堿產(chǎn)業(yè)進(jìn)行有效鏈接,完全利用其排放的電石渣作為石灰質(zhì)原料用于生產(chǎn),并將生產(chǎn)的水泥用于金川公司礦山井下填充,形成循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈。

      一、電石渣固體廢物綜合利用項(xiàng)目

      金泥集團(tuán)公司多年來(lái)致力于打造資源節(jié)約型、環(huán)境友好型企業(yè),秉持固體廢物綜合利用的原則,將甘肅金昌市金川地區(qū)氯堿產(chǎn)業(yè)鏈上游企業(yè)排出的電石渣等固體廢物“吃干榨凈”,做到變廢為寶,徹底消除因電石渣等廢渣排放對(duì)環(huán)境的污染。同時(shí)也達(dá)到調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu),適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)高性能、高質(zhì)量水泥需求的目的,完全符合國(guó)家的產(chǎn)業(yè)政策和環(huán)保政策。

      電石渣是氯堿化工生產(chǎn)PVC的過(guò)程中電石與水在發(fā)生器中發(fā)生反應(yīng),生成乙炔氣體時(shí)產(chǎn)生的廢棄物。利用電石渣生產(chǎn)水泥,可實(shí)現(xiàn)大摻量、無(wú)害化利用電石渣,是電石渣最有效的處理途徑。但利用全部電石渣代替石灰質(zhì)原料生產(chǎn)水泥,和傳統(tǒng)天然石灰質(zhì)原料生產(chǎn)水泥的煅燒控制參數(shù)有很大差別。

      1.電石渣的特性

      1.1電石渣的物理性能

      干法制備乙炔產(chǎn)生的電石渣,水分在4%—12%,根據(jù)其中所含硅、鐵等雜質(zhì)的不同,其密度在1.5—2.0kg/m3,容積密度為0.5—1.0kg/ m3,細(xì)度篩余(0.08mm方孔篩)為9%—18%,呈白色細(xì)粉狀,比表面積為260—350m2/kg。隨著電石渣顆粒變小,其比表面積呈正比例關(guān)系。由于電石渣的主要化學(xué)成分為Ca(OH)2,水分含量低時(shí)呈現(xiàn)吸濕性,含水電石渣具有粘性和保水性,在常溫下晾曬會(huì)產(chǎn)生殼狀保護(hù)層,水分不易蒸發(fā)。

      1.2電石渣的化學(xué)成分

      干法制備乙炔產(chǎn)生的電石渣化學(xué)成分如表1。電石渣的主要化學(xué)成分為CaO,其含量為68%—74%。

      表1:電石渣主要化學(xué)成分

      

     

      2.電石渣的危害

      電石渣的有效成分和主要成分都為氫氧化鈣(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90.1%),同時(shí)還含有氧化硅(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%),氧化鋁(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%),及少量的碳酸鈣、三氧化二鐵、氧化鎂、二氧化鈦、碳渣、硫化鈣等雜質(zhì)。電石渣呈灰色,并伴有刺鼻的氣味。電石渣呈強(qiáng)堿性,數(shù)量龐大,運(yùn)輸成本高,且會(huì)造成二次污染;如果就地堆放,常給對(duì)周邊的環(huán)境造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,比如占用大量的土地堆放、污染堆放場(chǎng)地附近的水資源、容易風(fēng)干起飛灰、形成粉塵對(duì)大氣造成污染等,是我國(guó)清潔生產(chǎn)和資源循環(huán)利用的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

      3.電石渣與石灰石煅燒水泥的區(qū)別

      3.1分解爐溫度的控制

      天然石灰石的主要化學(xué)成分為CaCO3,分解溫度在700℃以上,急劇分解溫度在850℃以上。為了提高物料的分解率,保證入窯物料的易燒性,控制以石灰石作為石灰質(zhì)原料的預(yù)分解系統(tǒng)中分解爐的正常煅燒溫度為850—900℃。

      電石渣的主要化學(xué)成分為Ca(OH)2,在預(yù)熱器中的反應(yīng)是Ca(OH)2脫去結(jié)合水生成CaO的過(guò)程。Ca(OH)2的分解溫度在500℃以上就可以分解,在650℃以上可以實(shí)現(xiàn)大量分解。

      電石渣中的CaO含量在68%以上,遠(yuǎn)高于石灰石中氧化鈣的含量,屬于生產(chǎn)水泥的優(yōu)質(zhì)石灰質(zhì)原料,具備生產(chǎn)高等級(jí)電石渣水泥熟料的能力。電石渣和石灰石在窯尾預(yù)熱器和分解爐的反應(yīng)過(guò)程不同,相關(guān)研究人員的熱分析結(jié)果顯示,電石渣中Ca(OH)2和石灰石中CaCO3分解熱耗分別為72.253kJ/mol和142.933kJ/mol,熱力學(xué)計(jì)算氫氧化鈣和碳酸鈣的理論分解熱耗分別為101.625kJ/mol和166.232kJ/mol。以上兩種結(jié)果顯示,單位質(zhì)量的電石渣的分解熱即電石渣中Ca(OH)2分解生成CaO的熱耗,遠(yuǎn)低于單位質(zhì)量的石灰石中的CaCO3分解生成CaO的熱耗,電石渣在預(yù)分解系統(tǒng)實(shí)際熱耗為1350—1450kJ/kg。

      這就為金泥集團(tuán)公司干法二廠的燒成煅燒帶來(lái)了困難,如何保證石灰石反應(yīng)充分而電石渣又不反應(yīng)過(guò)量,分解爐溫度控制成為困擾窯系統(tǒng)穩(wěn)定煅燒的一大難題。如何解決系統(tǒng)內(nèi)供熱和需熱的平衡問(wèn)題。經(jīng)過(guò)該廠的不斷摸索,預(yù)分解系統(tǒng)與窯頭的用煤比例由以前純石灰石的頭煤35%,尾煤65%,逐漸調(diào)整為現(xiàn)在的頭煤45%,尾煤55%,減少了預(yù)熱器的供熱,增加了窯內(nèi)供熱,平衡了系統(tǒng)內(nèi)供熱和需熱的問(wèn)題,穩(wěn)定了系統(tǒng)煅燒。

      4.電石渣制水泥較石灰石制水泥的優(yōu)勢(shì)分析

      由于電石渣的化學(xué)成分與石灰石基本相同,理論上完全可以利用電石渣生產(chǎn)水泥。利用電石渣替代石灰石生產(chǎn)水泥這一工藝具有明顯的增產(chǎn)節(jié)能效果。

      4.1 CaO含量高達(dá)70%左右,改善了生料的易燒性;

      4.2 電石渣中的Ca(OH)2分解溫度比石灰石中的CaCO3分解溫度低很多,燒成熱耗較低;

      4.3 利用電石渣減少石灰石用量,不僅節(jié)約了不可再生資源石灰石的用量,滿足了水泥生產(chǎn)的原料需求,而且還解決了多年來(lái)因廢渣污染無(wú)法處理帶來(lái)的難題,使廢物資源得到利用,并且改善了生態(tài)環(huán)境;

      4.4 傳統(tǒng)水泥工業(yè)不僅資源和能源消耗巨大,而且對(duì)環(huán)境也造成了嚴(yán)重污染。水泥生產(chǎn)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生破壞的根本原因在于,必須采用石灰石、燃料等不可再生資源和能源,經(jīng)歷破碎、粉磨、煅燒、再破碎和再粉磨等過(guò)程,因而在上述過(guò)程中不可避免會(huì)消耗資源、能源、排出廢氣、產(chǎn)生粉塵等污染物。傳統(tǒng)水泥企業(yè)排放污染物主要為粉塵和煙塵、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等,而使用電石渣作為主要原料生產(chǎn)水泥后,各項(xiàng)污染物排放值明顯下降;

      4.5電石渣制水泥相比石灰石制水泥能耗降低、成本減少。就我廠目前使用的原燃材料價(jià)格情況,如表2所示:

      

     

      3.5.1 電石渣的用量每增加1.0%,石灰石用量降低0.85%,砂巖用量增加0.15%,每月我廠生產(chǎn)生料按10萬(wàn)噸計(jì)算,可節(jié)約成本42萬(wàn)左右;

      3.5.2 當(dāng)電石渣用量<20%時(shí),原煤(頭煤+尾煤)用量未發(fā)生變化;當(dāng)電石渣用量在20%—30%之間時(shí),頭煤用量從6.2降低至5.8,尾煤用量從8.2降低至7.6;

      3.5.3 使用石灰石為原料制水泥時(shí),噸熟料實(shí)物煤耗達(dá)到133公斤/噸;使用量在20%—30%之間的電石渣時(shí),噸熟料實(shí)物煤耗達(dá)到119公斤/噸,每噸熟料可節(jié)約原煤14公斤,每月可節(jié)約原煤成本50萬(wàn)左右。

      綜上所述,利用電石渣煅燒水泥熟料,我廠根據(jù)電石渣的化學(xué)、物理性能先期在小磨實(shí)驗(yàn)中嘗試成功后才投入到實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中,投入到生產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)原煤、和石灰石都有不同程度的降低,不僅變廢為寶,節(jié)約了大量不可再生的原煤、石灰石資源,降低了水泥生產(chǎn)成本,減少了溫室氣體排放,根據(jù)目前的生產(chǎn)情況來(lái)看每年可節(jié)約生產(chǎn)成本10000元左右。而且電石渣水泥熟料形成熱較低,容易粉磨,有利于降低熟料煅燒過(guò)程中的熱耗、電耗,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益與環(huán)境效益。

      5.電石渣水泥熟料

      以電石渣為主要原料煅燒所得熟料化學(xué)成分見(jiàn)表3,礦物組成見(jiàn)表4,熟料物理性能見(jiàn)表5。

      

     

      

     

      

     

      水泥各項(xiàng)指標(biāo)滿足GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn),重金屬等指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 30760-2014《水泥窯協(xié)同處置固體廢棄物技術(shù)規(guī)范》。

      二、 實(shí)際生產(chǎn)中遇到的困難及解決辦法

      1.電石渣使用給生產(chǎn)、設(shè)備帶來(lái)的困難

      1.1在電石渣使用過(guò)程中,使用量低于20%對(duì)預(yù)熱器系統(tǒng)及窯內(nèi)煅燒影響不大,使用量超過(guò)20%后窯尾系統(tǒng)、預(yù)熱器內(nèi)物料有發(fā)粘現(xiàn)象,容易造成設(shè)備故障,并且出磨生料質(zhì)量波動(dòng)大,影響熟料煅燒質(zhì)量。

      1.2 由于上游企業(yè)電石渣供應(yīng)量不斷加大,生料原入磨斜槽輸送能力有限,只能滿足20%左右的輸送量,給生產(chǎn)帶來(lái)了困難。

      1.3 由于電石渣是輕質(zhì)物料,在生產(chǎn)過(guò)程中容易出現(xiàn)分離現(xiàn)象。

      2.解決辦法

      2.1 在生產(chǎn)中通過(guò)反復(fù)的試驗(yàn),并根據(jù)上游企業(yè)的電石渣供量,電石渣使用量從10%逐步提高到30%,在相關(guān)人員的摸索和探討中逐步調(diào)整頭尾煤的使用量及配料方案,并結(jié)合我廠工藝設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的運(yùn)行情況,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的摸索發(fā)現(xiàn),電石渣使用量達(dá)到20%-30%時(shí),系統(tǒng)需要的熱量明顯降低,在頭煤用量不變的情況下,尾煤用量明顯降低,頭、尾煤用量比例可控制在45%、55%,完全緩解窯尾系統(tǒng)、各級(jí)預(yù)熱器結(jié)皮嚴(yán)重的情況,保證熟料的正常煅燒和系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

      2.2 為解決電石渣供應(yīng)量加大,我廠設(shè)備不能滿足生產(chǎn)需求的問(wèn)題,廠部積極組織人員對(duì)生料入磨斜槽進(jìn)行了改造,將原有φ300mm*22m的斜槽改為φ400mm*22m的斜槽,增大輸送能力完全達(dá)到生產(chǎn)需要。

      2.3為緩解生料分層現(xiàn)象,對(duì)均化庫(kù)位進(jìn)行了調(diào)整,盡量保證低庫(kù)位運(yùn)行,給入庫(kù)生料粉的均勻布料提供合理空間,有效的保證了生料磨的運(yùn)轉(zhuǎn)率。

      三、結(jié)語(yǔ)

      水泥行業(yè)是電石渣無(wú)害化、大摻量、無(wú)殘留、資源化處理的最好途徑,電石渣生產(chǎn)水泥是電石渣清潔處理的最佳途徑。由于電石渣的分解熱遠(yuǎn)低于石灰石的分解熱,煤耗大幅降低,生產(chǎn)成本降低。而且電石渣分解排放的是水,而石灰石分解排放的產(chǎn)物為CO2,會(huì)產(chǎn)生溫室氣體。因此采用電石渣生產(chǎn)水泥,可實(shí)現(xiàn)低碳排放、低熱耗。同時(shí),高氧化鈣含量的電石渣為生產(chǎn)高等級(jí)水泥提供了可靠保障。

      金泥集團(tuán)公司干法二廠作為甘肅省金昌市氯堿產(chǎn)業(yè)鏈的末端企業(yè),完全消化上游企業(yè)排出的電石渣等固體廢物,實(shí)現(xiàn)了廢物的再次整合利用,為甘肅省金昌市氯堿產(chǎn)業(yè)鏈作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

      文/甘肅金昌水泥 薛希海 阮黎明

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