高硫煤矸石配料对熟料生产的影响及措施

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表5 42.5等级高抗硫酸盐硅酸盐水泥主要性能指标对比
表4
熟料化学成分及强度统计
中图分类号：TQ172.4 文献标识码：B 文章编号：1008-0473(2019)03-0062-03 DOI 编码：10.16008/ki.1008-0473.2019.03.012
高硫煤矸石配料对熟料生产的影响及措施
伍定坤
冀东水泥铜川有限公司，陕西 铜川 727100
摘 要 在生料中加入煤矸石进行配料生产，能实现降低生产成本的目的，不仅提高了企业的经济效益，还解决了煤矸石作为固废对环境的危害。

但须通过工艺改进，增加脱硫设施、操作优化等措施，在一定程度上可以有效地消除煤矸石中硫对熟料煅烧系统稳定运行的不良影响。

关键词 生料配料 高硫煤矸石 SO 2 结皮 排放
0 引言
水泥行业是高耗能行业，能源消耗占到水泥熟料成本的65%。

其中，煤炭消耗占到水泥熟料成本的50%～55%。

国务院办公厅印发的《能源发展战略行动计划（2014～2020年）》，其中主要任务之一便是优化能源结构、降低煤炭消费比重，计划要求控制重点地区、重点领域煤炭消费总量，推进减量替代，压减煤炭消费，到2020年，全国煤炭消
费比重降至62%以内。

在能源使用上，计划指出，对高耗能和产能过剩行业实行能源消费总量控制的强约束政策，其他产业按先进能效标准实行强约束，现有产能能效要限期达标，新增产能必须符合国内先进能效标准。

近年来由于煤炭价格不断攀升，水泥成本受熟料成本的影响增加较大，因此节能降耗成了水泥行业的主旋律。

参考文献
[1] GB748-2005, 抗硫酸盐硅酸盐水泥[S].
[2] 丁奇生, 唐根华, 陆树标.电石渣替代石灰石生产水泥熟料
的新工艺[J]. 新世纪水泥导报,2007(1):10-14.
（收稿日期：2019-01-20）
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料，成本最高的是燃煤炉渣方案，26.49元/t熟料。

虽然煤泥和煤矸石配料成本相差不大，但是由于煤泥中水分过高，加之我公司黏土采用矿山剥离土，
水分相对较大，在生产过程中频繁出现生料磨入磨溜子堵塞的情况，每次清理需要较长时间，造成生料库位低，回转窑减料，甚至生料库空，停窑待料。

我们决定选取煤矸石进行配料试验。

但相关研究与实践已经指出，煤矸石配料的技术难点有二：（1）煤矸石中含煤量的波动，易造成生料中含煤量的不稳定；（2）预热器结皮严重，窑系统热工恶化[1]。

这是我们必须面对的。

2 煤矸石硫含量偏高带来的影响
2018年5月中旬我们开始在生料配料中添加3%～4.5%的煤矸石，采用石灰石、铜渣、砂岩、黏土、煤矸石的四组分配料。

生产中，我们遇到的最大问题是预热器系统的结皮和SO 2的排放问题。

2.1 预热器系统的结皮2.1.1 结皮的发生
7月6日白班，我公司D线窑由于C 5A下料管堵塞，被迫止料熄火，检查发现下料管入烟室几乎堵死，有效内径Φ700 mm的下料管由于结皮只剩5塞，属于结皮性堵塞。

检查B列，情况同A列一样几乎堵死。

在生产过程中我们发现烟室结皮较加入煤矸石配料使用前趋于严重，之前每班清理烟室结皮一次，结皮少，而且偏薄，多为松散物料，生料配料中加入煤矸石后，烟室结皮出现每两小时清理一次的情况，而且厚而硬。

2.1.2 机理分析
当原、燃料中的钾、钠、氯、硫含量高时，大量的碱便会从烧成带挥发出来进入气相。

碱在气相中与氯和二氧化硫等发生反应，随气流至预分解系统，温度降低后，以硫酸盐或氯化物的形态冷凝在原料上。

在K 2SO 4+Na 2SO 4+CaSO 4混合物中，在较低温度下（800 ℃左右）即可出现熔融相，形成固体颗粒的固结。

原、燃料中的有害元素在发生反应的过程中，由于多次挥发，循环富集，加剧了在高温时挥发、在低温时凝聚的过程。

这些凝聚下来的物料粘附在预热器、分解炉及联接管道内形成结皮，若处理不及时，继续循环粘附，将导致预分解系统结皮堵塞，不仅使能耗上升，结皮严重造成堵塞时，不得不被迫停窑处理。

表2 有热值物质工业分析
在生料配料中加入有热值可燃物，不仅可以大大降低系统的煤耗，还可以对工业固废加以利用，解决固体废弃物传统堆存方式对生态环境影响的问题，同时可以享受国家综合资源退税优惠政策，是一举三得的好事情。

本文就高硫煤矸石在水泥熟料生产中的应用实践进行介绍。

1 选取煤矸石进行配料试验的原因分析
我公司处在煤炭开采区，当地煤泥、煤矸石、燃煤炉渣等可燃原料资源丰富，为我们在生料配料中加入可燃物料提供了条件。

本地各种可燃物成分和热值分别见表1、表2。

通过对生料配料中加入带有热值物料的配料方案比较，计算配料成本：煤矸石方案成本最优，
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光滑。

同时在距离出料口1.5 m处增加空气炮，定时喷吹，清理结皮。

烟室改造示意见图1。

图1 烟室改造
在平时生产过程中，根据喂料量变化对翻板阀重锤及时调整，并利用检修对翻板阀上下周围损伤浇注料进行恢复，减少内外漏风防止下料管结皮。

通过以上处理措施，下料管结皮有所减少，下料管堵塞现象得到了有效控制。

2.2 SO 2排放
2.1.1 生料磨停机后SO 2排放的控制
高硫可燃物进入预热器后，硫在高温下与氧气反应生成SO 2。

SO
2随着废气进入生料磨，窑尾SO 2排放浓度为0～10 mg/m 3。

这是SO 2与生料磨中石灰石（CaCO 3）反应的结果。

在生料粉磨过程中，尽管较低温度会降低脱硫反应速率，但参与反应的物料拥有巨大的反应面积、较长的停留时间，同时水蒸气也会促进脱硫反应进行。

立磨中硫的脱除效果是很可观的。

但是生料磨停止运行后SO 2气体浓度会急剧上升，SO 2排放浓度达到70～120 mg/m 3，如果不采取措施，SO 2排放浓度甚至达到200～300 mg/m 3。

7月份我公司D线窑因为防止SO 2超标减料运行9次，其中7月9日白班SO 2排放浓度最高达到698 mg/m 3，被迫止料。

这种现象在很多公司也发生过[2]。

为保证烟气排放浓度达标，生料磨就需要连续运行，根据生料库库位平衡的需要，此时生料磨的喂料量降低，无法满负荷运行，造成吨生料粉磨提入口加入，随生料粉进入预热器系统，在C 2、C 3上升烟道中经撒料板分散后与出口废气中SO 2反应，反应方程式：Ca(OH)2+SO 2=CaSO 3/CaSO 4+H 2O，铰刀秤量程为0～5 t/h，生料磨停机前20 min开启铰刀秤喂料量控制在1～1.5 t/h，停磨后SO 2排放浓度可以控制到10～30 mg/m 3。

加入Ca(OH)2后生产成本会有所增加，但是考虑到只在停磨时加入，平均每天停磨1 h，Ca(OH)2成本600元，增加熟料成本0.11元/t。

同时在停磨期间，增湿塔开启喷水，预热器中逃逸的CaO与水反应生成Ca(OH)2在增湿塔中吸收SO 2，因此我们要求停磨前10 min开启增湿塔水泵，可以吸收部分SO 2，起到控制减少SO 2排放的作用。

2.1.2 生料磨运行期间SO 2排放升高的问题
生料磨运转中，我们也多次出现SO 2排放突然之间大幅上升的情况。

分析发现，每次出现这种情况时分解炉用煤量都在大幅增加。

燃料大幅增加，氧气不足，产生CO。

系统存在还原反应时CaSO 4会被CO还原，还原反应如下：
CaSO 4(s)+CO(g)14CaS(s)+CO 2(g)
CaSO 4(s)+CO(g)CaO(s)+CO 2(g)+SO 2(g)
对此，我们要求操作人员杜绝燃料大幅增加的操作。

当窑况受燃料变化或者物料变化，分解炉温度下降需要大幅增加尾煤用量时，我们采取减料手段，以适应当时的燃料用量，避免氧气不足系统产生还原气氛造成的SO 2排放超标。

3 结束语
在生料中加入煤矸石进行配料生产，能实现降低生产成本的目的，不仅提高了企业的经济效益，还解决了煤矸石作为固废对环境的危害。

但须通过工艺改进，增加脱硫设施、操作优化等措施，在一定程度上可以有效地消除煤矸石中硫对熟料煅烧系统稳定运行的不良影响。

参考文献
[1] 方达, 吴铭清, 邹磊, 等. 煤矸石综合利用概况及其在水泥 生料配料中的应用[J].新世纪水泥导报, 2018(1): 61-64.[2] 程庆光, 张建华, 吴红良. 生料磨停机后窑尾烟气SO 2超标 排放问题的解决[J].新世纪水泥导报, 2017(4).29-30.
（收稿日期：2019-01-10）
2019年第3期 新世纪水泥导报 。