2018-11-12 08:44:56 來源:水泥人網

淺談電石渣在幹法水泥生産線中的應用

  甘肅省金昌市氯堿化工産業鏈項目主要由金泥集團公司40萬噸電石、16萬噸幹法乙炔,金川集團公司40萬噸離子膜燒堿、30萬噸聚氯乙烯(PVC)等項目組成。

  金昌水泥(集團)有限責任公司新型幹法水泥二廠是金泥集團下屬的水泥分廠之一,位于金昌市新材料工業園區。2009年5月投産,年可生産各類水泥100萬噸以上,占到集團公司水泥銷售的70%。

  金泥集團幹法二廠是甘肅省金昌市氯堿産業鏈上的重要節點項目,將金川集團公司、甘肅金泥化工公司和甘肅金泥幹法乙炔公司等金昌市氯堿産業進行有效鏈接,完全利用其排放的電石渣作爲石灰質原料用于生産,並將生産的水泥用于金川公司礦山井下填充,形成循環經濟産業鏈。

  一、電石渣固體廢物綜合利用項目

  金泥集團公司多年來致力于打造資源節約型、環境友好型企業,秉持固體廢物綜合利用的原則,將甘肅金昌市金川地區氯堿産業鏈上遊企業排出的電石渣等固體廢物“吃幹榨淨”,做到變廢爲寶,徹底消除因電石渣等廢渣排放對環境的汙染。同時也達到調整産品結構,適應市場對高性能、高質量水泥需求的目的,完全符合國家的産業政策和環保政策。

  電石渣是氯堿化工生産PVC的過程中電石與水在發生器中發生反應,生成乙炔氣體時産生的廢棄物。利用電石渣生産水泥,可實現大摻量、無害化利用電石渣,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原料生産水泥,和傳統天然石灰質原料生産水泥的煅燒控制參數有很大差別。

  1.電石渣的特性

  1.1電石渣的物理性能

  幹法制備乙炔産生的電石渣,水分在4%—12%,根據其中所含硅、鐵等雜質的不同,其密度在1.5—2.0kg/m3,容積密度爲0.5—1.0kg/ m3,細度篩余(0.08mm方孔篩)爲9%—18%,呈白色細粉狀,比表面積爲260—350m2/kg。隨著電石渣顆粒變小,其比表面積呈正比例關系。由于電石渣的主要化學成分爲Ca(OH)2,水分含量低時呈現吸濕性,含水電石渣具有粘性和保水性,在常溫下晾曬會産生殼狀保護層,水分不易蒸發。

  1.2電石渣的化學成分

  幹法制備乙炔産生的電石渣化學成分如表1。電石渣的主要化學成分爲CaO,其含量爲68%—74%。

  表1:電石渣主要化學成分

  

 

  2.電石渣的危害

  電石渣的有效成分和主要成分都爲氫氧化鈣(質量分數爲90.1%),同時還含有氧化硅(質量分數爲3.5%),氧化鋁(質量分數爲2.5%),及少量的碳酸鈣、三氧化二鐵、氧化鎂、二氧化钛、碳渣、硫化鈣等雜質。電石渣呈灰色,並伴有刺鼻的氣味。電石渣呈強堿性,數量龐大,運輸成本高,且會造成二次汙染;如果就地堆放,常給對周邊的環境造成嚴重的環境汙染,比如占用大量的土地堆放、汙染堆放場地附近的水資源、容易風幹起飛灰、形成粉塵對大氣造成汙染等,是我國清潔生産和資源循環利用的重點和難點。

  3.電石渣與石灰石煅燒水泥的區別

  3.1分解爐溫度的控制

  天然石灰石的主要化學成分爲CaCO3,分解溫度在700℃以上,急劇分解溫度在850℃以上。爲了提高物料的分解率,保證入窯物料的易燒性,控制以石灰石作爲石灰質原料的預分解系統中分解爐的正常煅燒溫度爲850—900℃。

  電石渣的主要化學成分爲Ca(OH)2,在預熱器中的反應是Ca(OH)2脫去結合水生成CaO的過程。Ca(OH)2的分解溫度在500℃以上就可以分解,在650℃以上可以實現大量分解。

  電石渣中的CaO含量在68%以上,遠高于石灰石中氧化鈣的含量,屬于生産水泥的優質石灰質原料,具備生産高等級電石渣水泥熟料的能力。電石渣和石灰石在窯尾預熱器和分解爐的反應過程不同,相關研究人員的熱分析結果顯示,電石渣中Ca(OH)2和石灰石中CaCO3分解熱耗分別爲72.253kJ/mol和142.933kJ/mol,熱力學計算氫氧化鈣和碳酸鈣的理論分解熱耗分別爲101.625kJ/mol和166.232kJ/mol。以上兩種結果顯示,單位質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,遠低于單位質量的石灰石中的CaCO3分解生成CaO的熱耗,電石渣在預分解系統實際熱耗爲1350—1450kJ/kg。

  這就爲金泥集團公司幹法二廠的燒成煅燒帶來了困難,如何保證石灰石反應充分而電石渣又不反應過量,分解爐溫度控制成爲困擾窯系統穩定煅燒的一大難題。如何解決系統內供熱和需熱的平衡問題。經過該廠的不斷摸索,預分解系統與窯頭的用煤比例由以前純石灰石的頭煤35%,尾煤65%,逐漸調整爲現在的頭煤45%,尾煤55%,減少了預熱器的供熱,增加了窯內供熱,平衡了系統內供熱和需熱的問題,穩定了系統煅燒。

  4.電石渣制水泥較石灰石制水泥的優勢分析

  由于電石渣的化學成分與石灰石基本相同,理論上完全可以利用電石渣生産水泥。利用電石渣替代石灰石生産水泥這一工藝具有明顯的增産節能效果。

  4.1 CaO含量高達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,不僅節約了不可再生資源石灰石的用量,滿足了水泥生産的原料需求,而且還解決了多年來因廢渣汙染無法處理帶來的難題,使廢物資源得到利用,並且改善了生態環境;

  4.4 傳統水泥工業不僅資源和能源消耗巨大,而且對環境也造成了嚴重汙染。水泥生産對環境産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,經曆破碎、粉磨、煅燒、再破碎和再粉磨等過程,因而在上述過程中不可避免會消耗資源、能源、排出廢氣、産生粉塵等汙染物。傳統水泥企業排放汙染物主要爲粉塵和煙塵、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等,而使用電石渣作爲主要原料生産水泥後,各項汙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%,砂岩用量增加0.15%,每月我廠生産生料按10萬噸計算,可節約成本42萬左右;

  3.5.2 當電石渣用量<20%時,原煤(頭煤+尾煤)用量未發生變化;當電石渣用量在20%—30%之間時,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 使用石灰石爲原料制水泥時,噸熟料實物煤耗達到133公斤/噸;使用量在20%—30%之間的電石渣時,噸熟料實物煤耗達到119公斤/噸,每噸熟料可節約原煤14公斤,每月可節約原煤成本50萬左右。

  綜上所述,利用電石渣煅燒水泥熟料,我廠根據電石渣的化學、物理性能先期在小磨實驗中嘗試成功後才投入到實際生産當中,投入到生産後發現原煤、和石灰石都有不同程度的降低,不僅變廢爲寶,節約了大量不可再生的原煤、石灰石資源,降低了水泥生産成本,減少了溫室氣體排放,根據目前的生産情況來看每年可節約生産成本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程中的熱耗、電耗,具有良好的經濟效益、社會效益與環境效益。

  5.電石渣水泥熟料

  以電石渣爲主要原料煅燒所得熟料化學成分見表3,礦物組成見表4,熟料物理性能見表5。

  

 

  

 

  

 

  水泥各項指標滿足GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》生産標准,重金屬等指標符合國家標准GB 30760-2014《水泥窯協同處置固體廢棄物技術規範》。

  二、 實際生産中遇到的困難及解決辦法

  1.電石渣使用給生産、設備帶來的困難

  1.1在電石渣使用過程中,使用量低于20%對預熱器系統及窯內煅燒影響不大,使用量超過20%後窯尾系統、預熱器內物料有發粘現象,容易造成設備故障,並且出磨生料質量波動大,影響熟料煅燒質量。

  1.2 由于上遊企業電石渣供應量不斷加大,生料原入磨斜槽輸送能力有限,只能滿足20%左右的輸送量,給生産帶來了困難。

  1.3 由于電石渣是輕質物料,在生産過程中容易出現分離現象。

  2.解決辦法

  2.1 在生産中通過反複的試驗,並根據上遊企業的電石渣供量,電石渣使用量從10%逐步提高到30%,在相關人員的摸索和探討中逐步調整頭尾煤的使用量及配料方案,並結合我廠工藝設計和系統的運行情況,經過一段時間的摸索發現,電石渣使用量達到20%-30%時,系統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、各級預熱器結皮嚴重的情況,保證熟料的正常煅燒和系統的正常運行。

  2.2 爲解決電石渣供應量加大,我廠設備不能滿足生産需求的問題,廠部積極組織人員對生料入磨斜槽進行了改造,將原有φ300mm*22m的斜槽改爲φ400mm*22m的斜槽,增大輸送能力完全達到生産需要。

  2.3爲緩解生料分層現象,對均化庫位進行了調整,盡量保證低庫位運行,給入庫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轉率。

  三、結語

  水泥行業是電石渣無害化、大摻量、無殘留、資源化處理的最好途徑,電石渣生産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低于石灰石的分解熱,煤耗大幅降低,生産成本降低。而且電石渣分解排放的是水,而石灰石分解排放的産物爲CO2,會産生溫室氣體。因此采用電石渣生産水泥,可實現低碳排放、低熱耗。同時,高氧化鈣含量的電石渣爲生産高等級水泥提供了可靠保障。

  金泥集團公司幹法二廠作爲甘肅省金昌市氯堿産業鏈的末端企業,完全消化上遊企業排出的電石渣等固體廢物,實現了廢物的再次整合利用,爲甘肅省金昌市氯堿産業鏈作出了應有的貢獻。

  文/甘肅金昌水泥 薛希海 阮黎明

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