煤矸石代粘土質原料在預分解窯上的應用

　　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。某預分解窯廠針對煤矸石的這種特性，利用煤矸石和粘土質原料的化學成分相近并能釋放一定的熱量的特性，用其代替粘土質原料和部分燃料在預分解窯上生產(chǎn)水泥熟料。下面著重就利用煤矸石代替粘土質原料在預分解窯上煅燒水泥熟料的實踐體會進行分析總結。

　　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?；诤侠砝觅Y源、節(jié)能降耗的目的，某1000t/d預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，對煤矸石進行了預均化處理,首先對煤矸石堆放點質量情況分布的調查，反復進行化學分析、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皮

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

　　（1）為盡可能地避免預熱器結皮堵塞，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。

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

　?。?）嚴格控制進廠原煤的質量均齊穩(wěn)定，加強原煤的預均化措施，要根據(jù)原煤的熱值和灰分產(chǎn)率及時調整生料質量控制標準，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)結圈等不正常工況。

　?。?）為了避免有害成分的循環(huán)富集，減輕預熱器和窯系統(tǒng)結皮、結圈的可能，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)結圈等將發(fā)揮重要作用，作為回轉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預分解窯上煅燒水泥熟料的相關控制參數(shù)見表2。

　　表2煤矸石配料相關控制參數(shù)及熟料煤耗和強度

　　2、煤矸石配料的效果

　　（1）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，難燒的結晶二氧化硅少，生料的易燒性好，燒成反應速度快。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。

　?。?）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、結束語

　　通過在1000t/d預分解窯上利用煤矸石代替粘土質原料進行生料配料，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用前景與實際意義。