电石渣替代石灰石新型干法水泥熟料生产技术.doc

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1、电石渣替代石灰石“干磨干烧”新型干法水泥熟料生产技术合肥水泥研究设计院二七年一月1. 前言电石渣是电石法生产乙炔过程中产生的工业废渣，2005年我国电石渣的排放量超过1400万吨，历年积存的电石渣量逾亿吨。随着电石渣的存量和年排放量的增加，长期堆放占用土地资源、污染环境，对电石渣的有效利用日益迫切。近年来有关电石渣的应用技术研究取得一定进展，如代替石灰用于火电厂烟气脱硫、用于生产硅钙板和墙体材料、作为生产涂料的添加剂等, 但所使用的电石渣数量均较小, 难以消化掉历年积存和正在排放的全部电石渣。水泥工业作为大宗原材料基础工业具有消化大量工业废渣的潜力, 采用电石渣替代石灰石生产水泥不仅能大量有效

2、利用电石渣变废为宝, 节约不可再生的石灰石资源, 实现资源综合利用, 促进循环经济发展。而且可以保护环境, 一方面减排，另一方面治理废渣污染。利用一吨电石渣可节省1.28吨石灰石，减少CO2气体排放0.56吨，经济效益和社会效益显著。国内采用电石渣作为钙质原料生产水泥始于上世纪七十年代，当时主要采用传统的湿法长窑生产工艺，之后又出现立窑、立波尔窑，由于这些生产工艺能耗高、产量低、环境差，各项技术经济指标相对落后，不符合国家相关的产业政策等问题，已经自动退出历史舞台。随着技术的发展和节能的需要，后来又出现了滤饼直接入湿法长窑和“湿磨干烧”的预分解窑、“湿磨干烧”的干法长窑（不带预热器和分解炉）以

3、及“干磨干烧”的五级旋风预热器窑等生产工艺。2002年国内首条1000t/d“干磨干烧”新型干法预分解水泥回转窑生产线在皖维高新材料股份成功投产（电石渣掺量15%），2005年国内首条1200t/d电石渣高掺量“干磨干烧”新型干法水泥生产线在山东淄博宝生环保建材顺利投产，使电石渣替代石灰石生产水泥走上了新型干法之路。2. 新型干法“干磨干烧”的技术路线新型干法水泥生产工艺从20世纪50年代兴起，经过几十年的历程不断发展成熟，特别是从20世纪90年代以后新型干法水泥生产在我国有了突飞猛进的发展，其生产规模不断扩大，多条10,000t/d熟料的新型干法水泥生产线正在稳定运行，显示出良好的经济效益和

4、社会效益，预计到2020年新型干法水泥的产量将达到我国水泥总产量的90%甚至更高。 新型干法水泥生产具有三大特点：一是以悬浮预热技术和预分解技术为核心；二是将数控技术应用于原料的破碎和预均化、生料的粉磨和均化、熟料的煅烧及水泥粉磨等生产的全过程；三是使水泥的生产成为高效、优质、节约能源、清洁生产和符合环保要求的现代化绿色产业。直观地想象，水泥成品是一种干粉物料，所以不管制造水泥的原料含水量多大，都应该使它们不断干燥而不是相反，但湿法制备水泥料浆就给部分或全部干料中加入水分。从某种意义上说这是不合理的，但这是早期受技术发展限制的选择。水泥生料制备有干法和湿法之分，湿法生产由于生料容易配制及均化，

5、一度在国内得到较大发展，但湿法生产的致命缺点是热耗高、产量低、熟料早期强度较难提高（特别是采用了GB/T17671-1999水泥检验方法标准及1999系列水泥质量标准后此问题尤为明显）、环境治理难度大。随着原料预均化技术和生料空气搅拌技术的发展和应用，湿法制备料浆的优势已不存在。新型干法水泥生产技术的成熟及其产量高、热耗低、质量稳定可靠，废气易于处理及易于大型化等的良好表现已使其成为水泥工业发展的主流，而传统湿法生产因其工艺落后而被产业政策所限制。在这种情况下，滤饼直接入湿法长窑、湿磨干烧、干磨干烧等各种生产流程应运而生，用以改造传统湿法生产线，并在利用高水分原料生产水泥方面取得一定进展。电石

6、渣是电石水解产生的废渣，其主要成分是Ca(OH)2，CaO含量高达65-70%，PH值13，电石渣中的细颗粒较多，10-50微米颗粒为60-80%，生产过程中多以浆体排出，从乙炔发生塔中排出的电石渣浆水分高达90%以上，温度80，经沉降池浓缩后，水分仍有75-80%，能正常流动时的水分在60%以上1.15kg（干基）。电石渣浆及其配制的水泥生料浆粘度大、流动性及过滤性能较差，合适的过滤设备是压滤机。湿法生产用电石渣浆制备的水泥料浆水分一般为64%左右，为制得合格的料浆，有时还需要加入一定量的清水。 由于滤饼直接入湿法长窑及湿磨干烧方案制备生料需先加水后脱水，工艺路线曲折，湿料处理量大，劳动条件

7、差；由于滤饼较难输送和储存且定量喂料十分困难，将连续运转的熟料烧成系统置于缓存能力较差，间断工作的压滤系统之后，系统稳定性差，运转效率低，这也可能是湿磨干烧系统预热器、分解炉频繁结皮堵塞的原因之一。对于滤饼直接入湿法长窑而言，由于其换热方式为传导及辐射，换热效率低，烧成热耗较高也是不争的事实。而新型干法“干磨干烧”生产系统只需要对湿物料进行脱水、不完全干燥及储存，然后进入正常的干法生产流程，湿料处理量少；生料均化库位于熟料烧成系统之前，喂料稳定，系统运行稳定，并可充分发挥现代新型干法系统的主流生料磨立式磨通风量大，物料在悬浮状态下对流换热，烘干能力强的优点，做到优质、高产、低耗、环保。从现代化

8、水泥生产的观点来看，利用电石渣作为钙质原料生产水泥新型干法“干磨干烧”是发展方向。目前，电石渣替代石灰石“干磨干烧”新型干法水泥熟料生产系统按其电石渣掺量的不同，有如下两种流程:直接入磨工艺见图-1（皖维型）, 电石渣掺量约15%;预烘干入磨工艺见图-2（宝生型），电石渣可实现高掺量,目前达60%(替代80%石灰石)。图-1: 新型干法直接入磨工艺的流程（皖维型）图-2: 新型干法预烘干入磨工艺的流程（宝生型）随着技术的发展和使用原料种类及配比的不同，必然还会演变出不同的工艺过程，但根据已有的电石渣替代石灰石“干磨干烧”新型干法水泥生产线的实际运行情况可以断定，这种生产线可以采用电石渣100%

9、的替代石灰石，而且从CaCO3和Ca(OH)2分解的角度考察这一过程，对节约能源、提高产量更为有利。常规水泥的钙质原料一般采用以CaCO3为主要成分的矿物，CaCO3的分解温度为820左右，烧失量44%，而Ca(OH)2的分解温度为580左右，烧失量24.32%，再者Ca(OH)2分解所需热量也较少。如果采用以Ca(OH)2为主要成分的工业废渣作为水泥原料，一方面生料分解温度降低，物料加热、分解所需热量随之减少；另一方面，生料烧失量减少导致熟料料耗减少，即获得相同产量的熟料所消耗的生料量减少;系统废气量相应减少, 从粉磨、烧成电耗、烧成热耗及通风动力诸方面均会有效地降低熟料能耗，这一点已经得到

10、生产实践的证实。长期以来，采用电石渣作为水泥的钙质原料未能在新型干法水泥窑上运用，一方面是受技术发展的限制，另一方面也有人们对于电石渣掺加后预分解系统是否能够正常运行存在疑虑。在电石渣的形成过程中，引起预分解系统结皮堵塞的有害成分K2O、Na2O、SO3及Cl-会在从石灰石到电石渣的历程中熔融、挥发、溶解，其含量也比普通水泥原料要低（除非在此过程中受到污染或富集,如Cl-）；其次，电石渣经化学过程粉碎而成，颗粒较细，表面能较高，更容易凝聚；加上Ca(OH)2受热分解后形成水汽，由此可能引起的结皮、堵塞也增加这方面的担忧。 中国建材集团合肥水泥研究设计院一直致力于使用各种废渣生产水泥的综合技术与

11、装备的开发研究，并在成功采用电石渣替代石灰石“干磨干烧”工艺生产水泥方面不断取得突破性进展。安徽省皖维高新材料股份1000t/d水泥熟料“干磨干烧”生产线(18万吨/年）废渣处理环保技改工程获2005年度建材行业优秀工程设计一等奖，山东省淄博宝生环保建材电石渣替代石灰石1200t/d“干磨干烧”新型干法水泥生产线获2006年度建材行业优秀工程咨询成果一等奖，全国优秀工程咨询成果二等奖。相信在不久的将来，在电石渣替代石灰石“干磨干烧”工艺生产水泥工艺方面还会有更大突破。3. 新型干法“干磨干烧”的技术关键和设备特点 电石渣浆的脱水电石渣浆水份大，颗粒细，水吸附力强，过滤性能差，故需选择脱水能力较

12、强、料饼水分较低的厢式压滤机。将水分75-80%的电石渣浆经渣浆泵注入压滤机，由于滤布阻挡，渣浆实现固液分离，随着浆体的不断注入，先期进入的固体也成为过滤介质的一部分，滤饼不断填充、密实，过滤阻力不断提高，当压力升高到一定程度，在浆体静压的作用下滤饼颗粒间的游离水分受压脱离，再通入压缩空气，一方面吹出压滤机中心区的料浆，另一方面采用压缩空气保压进一步降低滤饼水分。如果采用带隔膜的厢式压滤机，隔膜充气后发生膨胀产生挤压力及弧面产生变向剪切力，破坏滤饼的几何结构，还可使滤饼水分再度降低。3.2 电石渣滤饼的预烘干在水泥生产过程中，首先需要以熟料成分为目标，将原料按一定的比例配合后入生料磨制成生料粉

13、。电石渣浆采用机械脱水后滤饼水分一般在28-35%，这给输送、储存和准确配料带来困难，因此需要对滤饼进行预烘干。电石渣滤饼初始水分高、粘结性强，干燥后细度大、容重小、易飞扬，烘干尾气湿含量高、易结露、腐蚀性强，因此烘干过程难度非常大。我们采用回转筒式烘干机配套高浓度、抗结露、防腐蚀袋式除尘器及高效沸腾炉等技术装备对滤饼进行预烘干，并解决了下列技术难题：1、滤饼输送、喂料过程中的粘连、堵塞。2、滤饼烘干过程中水分蒸发速率慢、烘干效率低。3、烘干废气高浓、高湿、腐蚀性强，对收尘设备及其过滤介质的粘堵、清灰困难和腐蚀。4、利用电石炉可燃废气燃烧作为烘干热源。预烘干后电石渣水分约为15%，为松散的颗粒

14、状及粉状物质，容重约600kg/m3，已能保证在输送、储存过程中不会发生粘堵并能准确配料。 原料烘干及粉磨立式磨采用厚料床粉磨原理，物料受碾压、剪切、冲击等多种作用，粉磨方式合理。磨内物料在悬浮状态下对流换热，烘干速度快，且热气流能及时将磨细的物料及时带走，避免了过粉磨现象，因此粉磨效率高，电耗低，已成为水泥工业粉磨技术的发展潮流。同时，由于其通风能力强，可采用低风温、大风量操作，预热器废气可大部分入磨，余热利用率高，综合水分15%的物料能在立式磨中同时完成烘干兼粉磨过程，特别适用于粉磨水份较高的物料。此外，立式磨还具有系统流程简单，占地面积少，可露天布置，土建费用低等优点。采用电石渣、硅铝质

15、原料、石灰石、铁质校正性原料配料，有一部分原料需要研磨。根据入磨物料综合水分为15%的要求，针对电石渣配比高时生料须研磨的物料比例小而须烘干的水分大的特性，通过原料易磨性及磨蚀性实验，采用了新研制的粉磨烘干高电石渣掺量生料的专用立磨，并利用窑尾废气作为烘干热源。3.4 预分解系统预分解系统是新型干法水泥生产的主要标志。水泥生产从生料到熟料要经过干燥、预热、分解、熟料形成、熟料冷却等物理化学过程。新型干法水泥生产工艺将干燥、预热、分解诸过程移到旋风预热器和分解炉中进行。在该系统中燃烧、换热在可实现隔热保温的静止设备中以气固两相强对流方式在悬浮状态下进行，热效率高，既减轻了回转窑的热负荷，又充分利

16、用了回转窑尾气余热，使回转窑的规格大大减小，表面散热损失明显降低。因此新型干法生产的熟料热耗约为传统回转窑的一半甚至更低。采用电石渣替代石灰石制备的水泥生料具有如下特点：1、化学成分不同，引起生料分解温度及在预分解系统中的分解部位、分解产生的废气量发生改变，进而导致预分解系统中温度及风量分布发生改变；2、化学成分不同，分解所需热量降低，使得在总体降低熟料形成热的同时，熟料烧成热量的分布也发生了变化，回转窑和分解炉的用煤比例改变，同样需要系统设备进行相应调整；3、化学成分不同，也使废气的组成发生变化，水蒸汽的含量大大提高，需要从生料制备和熟料烧成过程整体考虑，以排除由此对于预分解系统及废气处理系

17、统稳定运行所造成不良的影响；4、电石渣颗粒较细，黏附性强，以及可能含有有害成分，会导致预分解系统结皮堵塞，需要选择合适的结构和材料加以避免；5、电石渣颗粒细，密度小，粉尘收集困难，对旋风预热器的结构形式也提出了更高的要求。根据电石渣原料的特点，在已有成果及经验的基础上开发热效率高、系统阻力低、分离效率及有效体积分布合理、具有显著防堵塞防结皮功能的新型预分解系统。预热器采用低阻型旋风筒结构、2704R等高变角大蜗壳、分片组合内筒，局部设偏锥、膨胀腔、撒料板，气料连接管道注意减少折拐，讲究平滑过渡、加强系统清堵吹扫装置；分解炉采用旋流、喷腾、悬浮原理，使燃料有充分的燃烧时间，物料与燃料充分混合，在

18、炉内有较长的停留时间，燃料在较低温度的SC室大量燃烧，全炉系统没有产生局部高温的条件，以减少系统结皮堵塞现象；另外在预分解系统中的关键部位采用特殊的衬料，防止物料的黏附、堆积。 用系统工程的方法解决问题 电石渣替代石灰石“干磨干烧”新型干法水泥熟料生产工艺是一个多子项联合的新创系统，除了要进行各单项技术及装备的研究开发，各子项的合理匹配尤为重要，采用多种技术措施联合解决生产中出现的棘手问题是工作的重点之一。1、结合工艺过程，采用过滤、烘干、窑磨联动，三步分离、共同分担的方式，配套加热、保温、防腐等技术措施，解决高水分电石渣的处理过程中除尘系统结露、糊料、设备寿命短等问题，保证了系统的稳定运行，

19、提高了生产效率；2、合理配置燃烧、通风系统，满足使用电石渣生料使该生产系统发生的变化；3、按照新型干法水泥回转窑保证生料化学成分稳定、喂料量稳定、煤质稳定、喂煤量稳定和设备运转稳定，从而保证烧成系统热工制度稳定“五稳保一稳”的要求，配置生产系统，做到优质、高产、低耗。4. 新型干法“干磨干烧”生产线实例4.1 皖维高新材料股份电石渣替代石灰石1000t/d生产线该工程于2001年12月开工建设，2002年12月建成投产，2003年1月达标，已年达产，显示采用电石渣替代石灰石“干磨干烧”水泥生产工艺取得成功。该生产线采用电石渣压滤、滤饼参与生料配料、立式磨烘干兼粉磨、四级旋风预热器带增强型RSP

20、分解炉预分解系统等技术及装备，完成了直接利用湿排电石渣采用型新“干磨干烧”工艺生产水泥熟料的有益尝试。但该生产线受立式磨最高只能烘干综合水分58MPa，熟料f-CaO及升重合格率均大于85%，熟料烧成热耗760/kg，电石渣烘干热耗2404.18kJ/kg，水泥综合电耗96kWh/t, 实现了持续稳定生产，达到了国内领先水平，具有较好的经济效益，社会效益和环境效益，为水泥工业采用电石渣替代石灰石生产新型干法水泥熟料提供了新的示范。2、该生产线每年可以消耗电石渣30万吨（干基），全年可以节约35万吨优质石灰石资源并少向大气中排放15万吨CO2。对促进循环经济发展，保护环境，实现可持续发展战略具有

21、一定意义。3、设计中采用最新研发的烘干机强化蒸发装置，烘干机高浓度、抗结露、防腐蚀袋式除尘器，HRM1900/2200立式烘干磨，RBH5/1300型预分解系统等最新技术及装备，为工业废渣的资源化利用开辟了新的道路。4、该生产线的顺利投产，结束了有关采用新型干法窑能否高比例使用电石渣生产水泥的学术争论，在理论上和实践上取得了一定进展，为新型干法水泥生产线的发展开创了新领域，在建材行业和化工行业引起巨大反响。5. 新型干法“干磨干烧”生产技术推广5.1 新型干法“干磨干烧”生产技术的推广前景看好电石渣替代石灰石新型干法“干磨干烧”水泥生产工艺的成功实践为当前最先进的水泥生产技术和废渣综合利用项目

22、的联合发展开辟了广阔的空间，在建材行业和化工行业引起巨大反响，也使该技术的推广走上快车道。到目前为止,合肥院承担的电石渣替代石灰石新型干法“干磨干烧” 水泥生产线已投运达产的三条,在施工建设的二条, 在进行施工图设计的二条, 在进行可研立项的四条。另外有天津天化集团、浙江巨化集团、甘肃金昌水泥公司、平顶山煤机联合化工、天山水泥集团等10多家企业到我院咨询、参观，进行前期调研，有的已达成合作意向。电石渣替代石灰石新型干法“干磨干烧” 水泥生产线合肥院承担的主要项目统计表序号 工 程 名 称工 程 概 况年利用电石渣(干基)1皖维公司1000t/d生产线技改工程2003年投产达标,年达产6万吨2皖

23、维公司6000t/d生产线技改工程2005年投产、达标25万吨3淄博宝生环保建材1200t/d生产线2005年投产、达标2000年年达产30万吨4云南南磷集团1000t/d干法窑外分解生产线在施工建设18万吨5四川德阳金八角1600 t/d干法窑外分解生产线在施工建设42万吨6贵州水晶有机化工（集团）电石渣综合利用2500t/d熟料干法窑外分解生产线施工图设计33万吨7四川永祥树脂2500t/d熟料干法窑外分解生产线施工图设计60万吨,一期30万吨8青海石油管理局PVC项目电石渣综合利用（2000t/d干法窑外分解生产线）可行性研究36万吨9陕西天桥化工电石渣综合利用（2500t/d干法窑外分

24、解生产线）可行性研究65万吨10河南奇能化工电石渣综合利用(2500t/d熟料干法窑外分解生产线)可行性研究60万吨,一期30万吨11云天化天聚化工电石渣综合利用(2000t/d熟料干法窑外分解生产线)可行性研究45万吨12湖南省湘维电石渣综合利用(1200t/d干法窑外分解生产线)初步设计商务洽谈25万吨,干排电石渣5.2 新型干法“干磨干烧”生产技术推广中的几个问题水泥工业作为大宗原材料基础工业，在消化工业废渣方面具有的天独厚的条件，期待这一成果尽快得到推广，但在工作中也发现一些问题。 1、电石渣替代的比例与用量电石渣替代的比例与用量存在两个概念，将化工生产过程产生的电石渣通过生产水泥全部

25、消化和100%采用电石渣替代石灰石。前者无可置疑，而后者为多数化工企业所关注。按照目前的生产实例，生料中电石渣掺量达到（干基）60%（电石渣替代石灰石量达到80%）。从水泥生产系统的长期安全运行考虑，适当使用石灰石，对于生产组织及其机动性有益，但有些化工企业不便获得石灰石，消化电石渣是其生产水泥的唯一目的，要求采用电石渣100%替代石灰石。经过近来的生产实践，从系统运行状况和理论分析可以断定完全可行，我院也在积极创造条件，组织生产试验。2、化工企业和水泥企业的规模匹配问题按照水泥工业的产业政策，新建项目一般要求规模达到2000t/d水泥熟料以上，若要采用电石渣100%替代石灰石，年消耗干基电石

26、渣约60万吨，这就要求化工企业具有一定规模，或部分采用其他石灰质原料生产水泥。当然，各部门的政策协调也是一种选择。3、跨行业联合将是消化工业废渣的出路水泥工业实行规模化、集约化生产是取得较好经济效益的有效途径，新型干法水泥生产技术是大型化的必由之路，消化电石渣应该倡导跨行业区域联合的经营模式，充分发挥各行业的优势共同发展，避免低水平重复建设。4、国家政策的更多支持水泥属限制发展的产业, 利用电石渣生产水泥的企业希望在立项审批、土地使用、资金和信贷等诸多方面得到国家政策的支持。5、电石渣的清洁输送有的企业将电石渣经过浓缩、压滤、敞车输送到水泥厂后，加水淘泥、配制湿法水泥料浆、再压滤、滤饼入湿法长

27、窑加热干燥的工艺过程，不仅工艺反复，消耗资源，而且污染环境。实现电石渣替代石灰石生产水泥的集约化，电石渣的清洁输送是一项重要的任务。电石渣的清洁输送和水资源的循环利用一并考虑，对于较近距离，采用渣浆、清水管道往复输送；对于较远距离，采用电石渣就地压滤、烘干、罐车密闭运输。6、有害成分Cl-含量有些氯碱化工企业在电石消解过程中添加次氯酸钠，电石渣浆经压滤后的废水未经完全净化循环使用, 使Cl-不断循环富积, 导致排放的电石渣中Cl-含量很高, 达到0.11%。这将对预分解系统的稳定运行产生严重影响,另一方面Cl-也可能在熟料中富积使水泥中Cl-含量超标, 即将执行的国家新标准要求水泥中Cl-%。

28、新型干法工艺可以通过采取放风措施减少Cl-的循环富积, 但增加投资和能耗, 也使系统复杂。在与氯碱化工企业交流中了解到,有技术手段除去废水中的Cl-使排放的电石渣中Cl-含量达到0.03%或更低,但也要增加设施投资和处理费用。这有一个协调问题,应该说使排放的电石渣中Cl-含量降下来是更好的选择。6. 电石渣替代石灰石“干磨干烧”生产技术的深化 利用电石渣为原料生产水泥熟料具有广阔的发展前景，同时也有一些问题有待深化研究，以使这项工艺更完善，取得更好的经济效益和社会效益。6.1 工艺过程的优化、精简及系列化目前采用电石渣替代石灰石生产熟料依据原料电石渣在原料中配比的高低，出现了“皖维型”和“宝生

29、型”两种模式。对于采用更高掺量乃至电石渣100%代替石灰石生产水泥熟料，应还有比“宝生型”模式更简洁、有效的工艺系统，以充分发挥新型干法水泥生产技术的优势。6.2 优化生料预热分解系统，进一步挖掘节能潜力电石渣生料的化学成分变化要求水泥熟料烧成系统进行必要调整，如何进一步探索电石渣生料煅烧的热工过程, 挖掘系统节能潜力值得深入探讨。6.3 烘干系统的优化及其大型化“宝生型”模式烘干电石渣，烘干系统生产负荷很大，目前采用的回转筒式烘干机物料停留时间长，效率较低，占地面积大，有许多值得改进的地方；探索一种更高效的烘干设备去而代之，也值得研究。6.4 适应电石渣干排的变化目前化工行业正在开发电石渣干

30、排(含水分10%)技术，工业性试验取得重大进展, 这也是电石消解工艺的发展趋势, 电石渣干排将为新型干法干磨干烧工艺处理电石渣提供捷径。值得注意的是电石渣干排技术一旦成熟势必用于现有乙炔发生工艺的改造, 因此对电石渣替代石灰石生产水泥技术的研究和开发须具有先进性和前瞻性,以免今后对已投产的生产线进行改造。6.5 高氢氧化钙质工业废渣制造水泥熟料关键技术的深化我院已建立“高氢氧化钙质工业废渣制造水泥熟料关键技术研究”课题, 总结成功经验, 优化工艺方案和设备配置, 使电石渣等高氢氧化钙质工业废渣替代石灰石“干磨干烧”生产工艺技术更加完善, 为发展循环经济、建设节约型社会、保护环境作出贡献。希望该课题的研究得到有关方面的大力支持。