李 強(qiáng) 張金鐲 隋善耘 李付新 潘 政 廉 鋒 劉志強(qiáng)

(平邑中聯(lián)水泥有限公司，山東 臨沂 273300)

引言

煤矸石是采煤和洗煤過程中排放的固體廢物，是我國目前工業(yè)固體廢棄物中數(shù)量最大的一種，也是礦區(qū)環(huán)境污染和生態(tài)惡化的主要原因之一。由于煤矸石具有一定的發(fā)熱量，并且部分品種的煤矸石化學(xué)成分符合水泥熟料生產(chǎn)企業(yè)對鋁質(zhì)校正材料的要求，因此近年來新型干法水泥企業(yè)利用煤矸石進(jìn)行生料配料的嘗試逐漸增多，通過對這些企業(yè)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，煤矸石配料容易出現(xiàn)生料磨臺時(shí)降低、SO2排放超標(biāo)、預(yù)熱器結(jié)皮加重等問題。平邑中聯(lián)水泥有限公司(以下稱公司)在實(shí)踐中總結(jié)和吸取行業(yè)先行者的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，于2019年10月開始使用低硫黑煤矸石配料，效果良好，現(xiàn)將研究和實(shí)踐情況向同行分享。

1 研究實(shí)踐的背景

1.1 工藝設(shè)備條件

公司現(xiàn)有一條日產(chǎn)4 500t的新型干法水泥熟料生產(chǎn)線，回轉(zhuǎn)窯規(guī)格為Φ4.8m*72m，帶五級雙系列旋風(fēng)預(yù)熱器和噴旋式在線分解爐，配套有9MW余熱發(fā)電系統(tǒng)，原料粉磨為2臺規(guī)格為Φ4.6m×(10+3.5)m的烘干中卸式生料磨系統(tǒng)。預(yù)熱器系統(tǒng)及窯尾鍋爐安裝有38臺亞音頻清灰裝置。

1.2 面臨的技術(shù)難題

公司原有的配料方案為石灰石、石英砂選礦污泥、鐵礦選礦污泥，鋁質(zhì)材料四組分配料，其中鋁質(zhì)材料為粉煤灰和燃煤爐渣搭配使用。一方面，近年來粉煤灰價(jià)格飆升，供求矛盾日益加劇，導(dǎo)致出現(xiàn)不少劣質(zhì)粉煤灰，控制難度非常大，使用粉煤灰配料的生料質(zhì)量波動較大；另一方面，燃煤爐渣水分可達(dá)22%～26%，尤其是去年公司在石灰石生產(chǎn)均化過程中使用了噴淋降塵的方案，導(dǎo)致生料磨入磨水分驟升至4.5%左右，粉煤灰緊缺時(shí)，單獨(dú)使用燃煤爐渣配料生料磨臺時(shí)比使用粉煤灰配料平均降低20t/h，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)生料產(chǎn)量低于窯系統(tǒng)喂料量的現(xiàn)象，導(dǎo)致生料均化庫庫位低于有效均化庫位，入窯生料率值波動大，嚴(yán)重降低了燒成系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2 煤矸石配料的難點(diǎn)研究和對策

為解決公司生料配料的被動局面，公司化驗(yàn)室開始研究使用煤矸石作為鋁質(zhì)校正原料的方案。通過向相關(guān)企業(yè)同行學(xué)習(xí)調(diào)研，以及查閱相關(guān)資料，總結(jié)出使用煤矸石配料的難點(diǎn)和對策。

2.1 易引起窯尾SO2排放超標(biāo)

相關(guān)文獻(xiàn)顯示：新型干法水泥生產(chǎn)過程中的SO2排放與燃料帶入的硫和硫酸鹽在預(yù)熱器和窯之間的循環(huán)沒有太大關(guān)系，而與原料中硫化物和亞硫酸鹽的量密切相關(guān)[1]。生料組分中的硫除了硫酸鹽外，主要以硫化物和亞硫酸鹽形式存在。硫化物氧化和亞硫酸鹽分解產(chǎn)生的SO2在通過上級旋風(fēng)筒時(shí)會被部分吸收，其余則隨廢氣一道從預(yù)熱器排出。如果廢氣用于烘干原料，則SO2在原料磨中進(jìn)一步被吸收。但在溫度低于600℃的情況下，CaCO3對SO2的吸收效率要遠(yuǎn)低于CaO。上面兩級預(yù)熱器中CaCO3分解率較低，且僅有少量CaO被煙氣從高溫部分帶去，吸收效率很低[2]。因此控制SO2排放量主要從控制原料的硫含量入手。

2.2 窯尾及預(yù)熱器溫度不好控制，易造成預(yù)熱器結(jié)皮堵塞

相關(guān)文獻(xiàn)表明，多數(shù)煤矸石在400℃開始分解失重，450～480℃燃燒放熱，700℃可燃燒完全[3-4]，正對應(yīng)預(yù)熱器2級到4級的溫度區(qū)間，可造成預(yù)熱器及窯尾溫度偏高，熱工制度異于常態(tài)，操作不當(dāng)易引起預(yù)熱器結(jié)皮堵塞，因此需要調(diào)整燒成工藝方案，降低尾煤用量，控制系統(tǒng)溫度，煤矸石發(fā)熱量應(yīng)控制在在200～400KCal/Kg之間，不宜過高，同時(shí)我公司預(yù)熱器和窯尾鍋爐安裝有38臺亞音頻清結(jié)皮裝置，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對預(yù)熱器結(jié)皮有改善作用。

2.3 煤矸石硬度不穩(wěn)定，易導(dǎo)致生料磨臺時(shí)波動，影響工藝穩(wěn)定性

煤矸石按來源可劃分為掘進(jìn)矸石和洗選矸石兩大類。掘進(jìn)矸石即通常所稱的“白矸”,它主要是由煤礦巷道掘進(jìn)中產(chǎn)生的大量巖石組成。洗選矸石是由工作面采出的夾矸及小量頂?shù)装鍘r石，經(jīng)洗煤廠洗選分離后排出，通常稱為“黑矸”?！昂陧贰敝饕怯捕容^低的粘土巖或泥灰?guī)r；而“白矸”巖性較復(fù)雜，一般硬度較高，沒有或只有很低的發(fā)熱量。因此應(yīng)選用洗選的黑煤矸石作為鋁質(zhì)材料，同時(shí)加強(qiáng)原料驗(yàn)收，保證黑煤矸石中不混雜白矸石或其他雜質(zhì)。

3 煤矸石配料實(shí)踐

3.1 原燃材料

通過對周邊區(qū)域的樣品分析，最終確定以周邊區(qū)域某礦洗選的低硫黑煤矸石進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，原燃材料的分析數(shù)據(jù)如表1和表2所示。

表1 原材料及煤灰化學(xué)分析(%)

表2 原煤與低硫黑煤矸石工業(yè)分析

3.2 配料方案

生料配料使用石灰石、石英砂選礦污泥、鐵礦選礦污泥，鋁質(zhì)材料四組分配料，其中方案1和方案2是試驗(yàn)開始前三個月以內(nèi)的正常生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值，方案3以低硫黑煤矸石作為鋁質(zhì)材料，并控制原燃材料產(chǎn)地、品質(zhì)、均化方案與前兩種方案相同，同時(shí)控制熟料的目標(biāo)率值相同。具體實(shí)踐分析數(shù)據(jù)(平均值)如下。

表3 配料方案及生料主要質(zhì)量指標(biāo)

表4 不同配料方案系統(tǒng)參數(shù)對比

表5 不同配料方案窯尾SO2排放數(shù)據(jù)對比

表6 不同配料方案熟料質(zhì)量對比

3.3 分析

從實(shí)踐結(jié)果的對比分析數(shù)據(jù)(表3～表6)可以看出。

(1)洗選的低硫黑煤矸石水分較低，易磨性較好，生料磨臺時(shí)與使用粉煤灰的方案1相比幾乎沒有差異，與使用燃煤爐渣的方案2相比可提升20t/h。

(2)方案3的生料細(xì)度合格率較前兩種方案也有大幅提高，這是由于粉煤灰計(jì)量秤(科里奧利秤)的穩(wěn)定性比皮帶秤低得多，在加上粉煤灰本身質(zhì)量波動就大，使用粉煤灰時(shí)不論是細(xì)度還是率值指標(biāo)合格率都是最低的，而燃煤爐渣由于水分較大的原因，生料系統(tǒng)波動大，會對生料細(xì)度有一定影響。

(3)使用低硫黑煤矸石可降低標(biāo)煤耗降低0.5%左右，同時(shí)余熱發(fā)電量提升3%左右。

(4)在原料磨為球磨機(jī)的條件下，如果低硫黑煤矸石作為鋁質(zhì)材料，當(dāng)控制其全硫含量在0.30%以下時(shí)，不會造成窯尾煙氣的SO2排放濃度偏高。

(5)使用低硫黑煤矸石配料，熟料的游離鈣低于其他兩個方案，合格率指標(biāo)也較高，熟料的28d強(qiáng)度亦較高。

4 結(jié) 論

使用低硫黑煤矸石作為鋁質(zhì)材料進(jìn)行生料配料，方案可行。方案實(shí)施過程中應(yīng)控制煤矸石的全硫含量和發(fā)熱量，并應(yīng)選用硬度較低的洗選黑煤矸；應(yīng)減少尾煤用量，控制預(yù)熱器溫度，以防止結(jié)皮堵塞，建議在預(yù)熱器安裝自動清結(jié)皮裝置。低硫黑煤矸石配料可提高生料磨臺時(shí)和生料細(xì)度合格率，降低系統(tǒng)煤耗，提高余熱發(fā)電量。同時(shí)還有助于改善熟料燒成質(zhì)量，提高熟料28d強(qiáng)度。