煤矸石代粘土質(zhì)原料在預(yù)分解窯上的應(yīng)用

　　前言

　　煤矸石是采煤和洗煤過程中所排出的固體廢棄物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低，比煤堅硬的黑灰色巖石，具有低發(fā)熱量，一般為3000×4.18kj/kg左右，其主要化學成分為SiO₂：50％～60％，Al₂O₃：15％～25％，與粘土的化學成分相似。某預(yù)分解窯廠針對煤矸石的這種特性，利用煤矸石和粘土質(zhì)原料的化學成分相近并能釋放一定的熱量的特性，用其代替粘土質(zhì)原料和部分燃料在預(yù)分解窯上生產(chǎn)水泥熟料。下面著重就利用煤矸石代替粘土質(zhì)原料在預(yù)分解窯上煅燒水泥熟料的實踐體會進行分析總結(jié)。

　　1、用煤矸石代粘土配料試燒水泥熟料

　　煤矸石配料比粘土配料的生料活化能降低了許多，可提高生料的預(yù)燒溫度，且煤矸石中的可燃物也有利于硅酸鹽等礦物的熔解和形成，此外煤矸石配的生料表面能高，硅鋁等酸性氧化物易于吸收氧化鈣，可加速硅酸鈣等礦物的形成。基于合理利用資源、節(jié)能降耗的目的，某1000t/d預(yù)分解窯廠對煤矸石代粘土試燒水泥熟料進行了嘗試。

　　1.1對煤矸石的預(yù)均化處理

　　煤矸石成分波動，可能會引起生料成分波動，影響燒成熟料的質(zhì)量；發(fā)熱量的波動既影響成分，又影響操作。為此，對煤矸石進行了預(yù)均化處理,首先對煤矸石堆放點質(zhì)量情況分布的調(diào)查，反復(fù)進行化學分析、堆放時間等綜合分析。其次將進廠煤矸石，一層層的平鋪堆高初步混合，配料使用時豎取，經(jīng)破碎機破碎，皮帶運輸機、提升機送入預(yù)均化庫，使煤矸石充分混合，經(jīng)多點下料，皮帶機輸送入煤矸石配料庫，待配料使用，此時煤矸石化學成分已達到相對穩(wěn)定。煤矸石均化前后其SiO₂波動情況見表1。

　　表1   均化前后煤矸石SiO₂波動情況

　　1.2重視發(fā)熱量的影響

　　煤矸石既是燃料又是原料，因為煤矸石有一定的發(fā)熱量，在分解爐及窯內(nèi)燃燒可以起到提高生料溫度加強預(yù)燒的作用。如果燃燒不完全，產(chǎn)生還原氣氛，反而對煅燒起不良影響。為此，要求在不過分降低燒成溫度和拉長火焰的情況下，適當加大風量，提高空氣過剩系數(shù)，以保證入窯生料中的可燃物盡量發(fā)揮作用。

　　1.3防止煤矸石鍛燒中的結(jié)皮

　　該公司采用煤矸石代粘土配料在預(yù)分解窯上進行了試燒，通過試燒，預(yù)熱器有經(jīng)常結(jié)皮堵塞的現(xiàn)象，窯內(nèi)結(jié)圈、結(jié)球厲害，生產(chǎn)不能正常進行，致使產(chǎn)質(zhì)量大幅下滑，經(jīng)過認真總結(jié)分析，決定從以下方面著手進行解決。

　?。?）為盡可能地避免預(yù)熱器結(jié)皮堵塞，適當降低C1出口溫度為300℃，降低分解爐出口溫度為840－850℃，降低入窯物料分解率為80％～85％，降低窯尾煙室溫度為950－1000℃。經(jīng)過摸索確定分解爐用煤占窯爐總用煤量的60.5%比較適宜。

　　（2）關(guān)于窯速的控制，窯速要提起來，要根據(jù)窯投料量和窯內(nèi)煅燒狀況及時調(diào)整窯速，避免厚料層操作，采用薄料快轉(zhuǎn)的煅燒方法進行水泥熟料的煅燒，從而盡可能地避免結(jié)圈、結(jié)球，窯速由3.6rpm提高到3.9rpm。

　?。?）嚴格控制進廠原煤的質(zhì)量均齊穩(wěn)定，加強原煤的預(yù)均化措施，要根據(jù)原煤的熱值和灰分產(chǎn)率及時調(diào)整生料質(zhì)量控制標準，保證配料方案中有盡可能多的C₃S含量和適量的f-CaO含量，將熟料f-CaO控制目標放寬到一定尺度，即1.0≤f-CaO≤2.5，經(jīng)試驗證明這樣不會影響熟料的安定性，控制熟料中適量的f-CaO含量可以避免因追求較低的f-CaO含量而過分提高窯內(nèi)溫度，減少配煤過剩的可能，從而避免大量煤灰不均勻摻入熟料中造成窯內(nèi)結(jié)圈等不正常工況。

　　（4）為了避免有害成分的循環(huán)富集，減輕預(yù)熱器和窯系統(tǒng)結(jié)皮、結(jié)圈的可能，將含高堿、高硫、高氯的窯尾收塵回灰，作為混合材摻入水泥中，而不摻入原料或生料中，對緩解窯內(nèi)結(jié)圈等將發(fā)揮重要作用，作為回轉(zhuǎn)窯的窯灰也是水泥混合材的一種，其性能介于活性混合材與非活性混合材之間，是可以用作水泥混合材的，但摻量不宜過大，一般控制在5%左右，采用煤矸石配料在1000t/d預(yù)分解窯上煅燒水泥熟料的相關(guān)控制參數(shù)見表2。

　　表2煤矸石配料相關(guān)控制參數(shù)及熟料煤耗和強度

　　2、煤矸石配料的效果

　?。?）由于煤矸石具有助磨作用，故能改善生料易磨性，提高生料產(chǎn)量，降低生料磨電耗。該廠生料磨為CRM2650立式磨，主電機功率900kw，采用煤矸石配料前生料產(chǎn)量為100t/h，采用煤矸石配料后產(chǎn)量提高到120t/h，一噸生料可節(jié)約1.5度電，立磨運行時間一天按20小時，一月按25天計算，一個月可節(jié)約90000度電。

　?。?）能改善生料的易燒性，由于煤矸石含砂量比粘土或頁巖的含砂量少，難燒的結(jié)晶二氧化硅少，生料的易燒性好，燒成反應(yīng)速度快。其次，煤矸石中含有部分活性碳，燃燒時，從內(nèi)部加熱使其礦物中的硅和鋁迅速加熱活化。

　　（3）由于煤矸石具有一定的發(fā)熱量，故采用煤矸石配料生產(chǎn)水泥熟料，降低了水泥煤耗和生產(chǎn)成本。未采用煤矸石配料前熟料標煤耗為110kg/t，采用煤矸石配料后熟料標煤耗為97kg/t，熟料實際產(chǎn)量為1200t/d，一月按25天計算，一個月可節(jié)約390t標煤。

　?。?）減少環(huán)境污染。

　　3、結(jié)束語

　　通過在1000t/d預(yù)分解窯上利用煤矸石代替粘土質(zhì)原料進行生料配料，煅燒水泥熟料的實踐說明，只要方法得當、措施得力，是切實可行的。采用煤矸石代粘土配料，經(jīng)測算年消耗煤矸石50000噸左右，其熱值按3000kj/kg計算，年可節(jié)標煤5000噸左右。不僅可以改善生態(tài)環(huán)境，符合社會可持續(xù)發(fā)展原則，而且具有廣闊的市場應(yīng)用前景與實際意義。