5000t/d生產線用電石渣配料的改進

  目前利用電石渣代替石灰石生產水泥是其最有效的綜合利用途徑。常規(guī)利用電石渣生產水泥熟料是2500t/d以下的小型回轉窯生產線，并且是用3級或4級預熱器。BK公司5000t/d生產線用電石渣配料，其回轉窯Φ5.0m×74m三檔支承，斜度4%，主傳動轉速（0.35～4）r/min，采用雙系列低壓損五級窯尾預熱器帶NST-I型分解爐和RF5/5000五級旋風筒預熱器，配置NC42365推動第三代篦式冷卻機，為國內最大應用電石渣線。該生產線2014年7月試生產時全部用石灰石配料，熟料產量最高可達6010t/d，2015年隨著外摻電石渣配比由10%提升到35%，窯產量顯著下降（4500t/d左右），其工藝及設備問題凸現。為此，針對BK公司的工藝特點，對該生產線用電石渣配料進行改進。

  1、存在的主要問題

  1）電石渣配料秤采用的是手動棒閥，其流量控制非常困難，當沖料時大股料如流水直下，無法確保生料質量的穩(wěn)定，CaO波動在36.0%~45.0%。電石渣防沖料皮帶秤改造十分緊急。

  2）電石渣的密度為2.096g/cm³，比表面積720.9m²/kg。電石渣顆粒細微，80%的顆粒在10～15μm范圍內，且顆粒均勻，容重比較輕，出預熱器的生料回灰量大，C1收塵收集效果差。入窯生料量少，高溫風機及原料粉磨系統(tǒng)含塵濃度高，其附屬設備負荷加大。

  3）生料均化庫底科氏力秤多次故障，生料入窯量波動大，修復科氏力秤，并在備用下料口很有必要技改增加1臺計量秤。

  4）操作不統(tǒng)一，參數控制不合理。電石渣摻量上不去，熟料經常出現黃心料，質量不合格。

  5）堵料后清理難度大，錐部負壓表防堵料反應太慢，每次堵料的量又較多。

  6）窯尾煙室結皮嚴重，人工清理難度大，作業(yè)人員安全風險高。

  2、原材料化學分析

  原材料化學分析見表1，煤工業(yè)分析見表2，原材料濕基配比見表3。

表1 原材料化學分析

表2 煤工業(yè)分析

表3 原材料濕基配比

  3、CO₂氣氛下電石渣配料生料和普通水泥生料在預熱器系統(tǒng)中的逆反應過程

  眾所周知：由于預熱器系統(tǒng)中C1～C4溫度區(qū)間為300~800℃，C5及分解爐溫度區(qū)間為850~920℃，CO₂氣氛濃度25%~30%，當溫度升高到400℃左右電石渣中Ca（OH）₂開始脫水發(fā)生反應，在C2～C3筒內，生成的CaO迅速吸收煙氣中的CO₂并與CaO發(fā)生反應轉化成CaCO₃，400~580 ℃之間轉化率較快，到730 ℃左右轉化的CaCO₃又開始分解生成CaO和CO₂，同時伴隨著強吸熱過程，910℃左右分解反應基本完成。當電石渣摻量增加至100％，其轉化率接近于118％，并且在700℃的高溫區(qū)域，CaCO₃分解逆反應才能得到完全控制，分解過程得以加速[1]。

  每摩爾Ca（OH）₂與CaCO₃產生的H₂O和CO₂氣體的體積是相等的，因而摻入電石渣后預分解系統(tǒng)出口廢氣量是不會變化的。由于Ca（OH）₂分解是580 ℃在C2～C3筒內，CaCO₃分解是910℃在分解爐內，因此，與常規(guī)生料相比，摻電石渣的生料通過預分解系統(tǒng)各部位的廢氣量有較大的變化，且隨著電石渣摻量增加，廢氣成分中水分增加，廢氣中的水蒸氣極容易與大量的Ca（OH）₂分解產生的CaO在低溫區(qū)發(fā)生反應，從而增加了物料的黏附性。此外，電石渣脫水產生的水蒸氣與窯內有害成分R₂O、SO₂、Cl等組分發(fā)生凝聚而循環(huán)富集，預分解系統(tǒng)更容易產生結皮堵塞。

  畢金棟等[1]研究結果表明：

  1）CO₂氣氛下，電石渣配料生料和普通水泥生料化學反應過程是不同的；

  2）CO₂氣氛下400~550 ℃溫度區(qū)域內，電石渣配料生料Ca（OH）₂分解同時存在CaCO₃的合成，在Ｃ2～Ｃ3筒內存在轉化成CaCO3的逆反應；

  3）當電石渣摻加量達100%時，生料中Ca（OH）₂轉化為CaCO₃的轉化率與普通水泥生料中CaO轉化CaCO₃的轉化率基本一致；

  4）電石渣配料通過預分解系統(tǒng)各部位的廢氣量和廢氣成分與常規(guī)生料不同，但預分解系統(tǒng)出口的廢氣量不會有較大的變化。

  4、解決措施

  4.1安裝一臺防沖料皮帶秤

  設計安裝一臺電石渣防止沖料的皮帶秤（型號B1400×L7500），并增加6道擋料防沖板，同時在皮帶秤上方、料倉下部安裝2臺電動液推桿閘閥進行流量控制，新技改皮帶秤投入運行后解決了電石渣的沖料現象，取到了明顯的效果。

  4.2提高C1旋風筒收塵效率

  電石渣配制的生料容重為0.74 t/m³，較純石灰石磨制的生料輕，導致預熱器飛灰多，收塵效果差。解決措施是將兩個C1旋風筒內筒各加長500mm，提高收塵效率。

  4.3生料均化庫下改用轉子秤

  經考察金隅水泥，在生料均化庫底備用下料口改用1臺生料轉子計量秤，替代科氏力秤。該秤是用全新的計量控制技術，針對每個轉子格進行物料計算，在下料前已預知每個轉子格內的物料重，并針對每個轉子格進行轉速及動流量閥預給料的雙調整，從而實現精確平穩(wěn)的物料流和計量的準確度，保證了入窯生料量的穩(wěn)定。

  4.4生產工藝控制參數優(yōu)化

  針對電石渣的特性和窯爐系統(tǒng)有害成分富集造成系統(tǒng)易堵塞的問題，不斷摸索和總結了低溫煅燒、電石渣不同摻量和有害成分情況下的不同操作方法。

  4.4.1篦式冷卻機

  1）第一段篦床, 料層厚度控制在600～800mm,各室壓力如下:F1:7500～8500Pa，F2:7000～8000Pa，F3：5000～8000Pa。

  2）第二段篦床，料層厚度控制在300～350mm，各室壓力如下:F5:3000～4500Pa，F8:2500～4000Pa。

  3）入窯二次風溫＞1000 ℃,出冷卻機熟料溫度 ＜120 ℃，篦板溫度＜80 ℃，篦冷機各室氣體溫度＜60 ℃,余風排氣溫度＜230 ℃，破碎機軸承溫度＜60 ℃。

  4.4.2冷卻機余風系統(tǒng)

  溫度：除塵器進口～250 ℃，余風風機進口～250 ℃；壓力：除塵器進口：0～-4.9kPa，余風風機進口：0～ -11.76kPa。

  4.4.3預熱器及分解爐

  1）生料：80μm篩篩余12%～18%，水分＜0.5%，0.2mm篩篩余＜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篩篩余＜4.0%，水分<2.0%； 入窯生料分解率90%～98%。

  2)溫度：C1出口＜330℃，C2進口520℃，C3進口635℃，C4進口725℃，C5進口825℃；窯尾煙室1050~1100℃，分解爐出口870～890℃，入分解爐三次風>850℃，C5入窯物料850℃。

  3)壓力：分解爐出口 -800～-1200Pa，入分解爐三次風管-100～-600Pa；窯尾煙室-100～-300Pa，C5錐體-1500～-2000Pa，C4錐體-2000～-3000Pa，C3錐體-2400～-4000Pa，C2錐體-2800～-4900Pa，C1出口-3800～-5000Pa，C2進口-3000～-4200Pa，C3進口-2500～-3600Pa，C4進口-2000～-3000Pa，C5進口-800～-1600Pa。

  4)廢氣成分：CO＜0.5%(CO≥1.5%時報警并報告)，O₂＜3.93%。

 4.4.4回轉窯

  1）物料：熟料升重1150～1300g/L，f-CaO＜1.5%；煤粉細度同分解爐。

  2）溫度：窯筒體表面溫度＜350℃，窯尾煙氣溫度1050～1100℃，生料入窯溫度850℃；窯頭二次風溫≥1000 ℃，窯頭熟料溫度1350℃。

  3）壓力(負壓)：窯頭+50～－100Pa，窯尾-100～-300Pa。

  4）窯速0.5～3.8r/min,輔傳0.12r/min。

  4.5其他改造

  1）針對CO₂氣氛下電石渣配料生料在預熱器系統(tǒng)中因逆反應過程而容易產生結皮堵塞現象，經2015年12月冬季大修時技術改造，在C1進料管處制作安裝三通閥及下料管，當高摻電石渣時就直接下料到C2進料管，物料進入C2與C3連通上升管道到C2筒內，這樣就減緩了電石渣在C2～C3筒內發(fā)生凝聚而循環(huán)富集，減少預分解系統(tǒng)的結皮堵塞。當不摻用電石渣時就按原設計到C1筒內；大修時在各級錐部加裝2~4臺空氣炮，在C4、C5下料管上方與錐部300mm處加裝一只負壓表，做到及時發(fā)現，以減少堵料量。

  2）對篦冷機風室、預熱器系統(tǒng)進行漏風治理。對系統(tǒng)各溫度、壓力點進行校對優(yōu)化，并更換煤管旋流器，改善火焰發(fā)散狀態(tài)。

  3）窯尾縮口尺寸偏小，入窯生料二次飛揚富集也容易造成結皮。解決措施是在大修時增加了2臺空氣炮，優(yōu)化了C5殼體局部和煙室斜坡角度的尺寸。

5、改進效果

  1）熟料質量穩(wěn)定，熟料的3 d抗壓強度平均33.5 MPa，28 d抗壓強度平均56.0 MPa，質量穩(wěn)定性也得到了明顯改善。生料和熟料化學成分分別見表4和表5。

表4 生料的化學成分 

表5 熟料的化學成分、率值及礦物組成

  2）通過追溯根源及解決措施的實施，電石渣摻量可達到50%~70%，窯產量最高可達到5850t/d，超設計能力17%，熟料標準煤耗96.7kg/t。

  3)經過冬季大修的技術改造后，預熱器系統(tǒng)產生結皮堵塞現象，由每月6~7次減少到2個月才堵塞1次，減輕了員工清堵的高風險勞動強度，提高了回轉窯的有效運行效率。