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催化强燃技术在立窑煅烧高标号水泥熟料中的应用

技术交流

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催化强燃技术在立窑煅烧高标号水泥熟料中的应用

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技术交流
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2009/08/06
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  摘要:在相当时期内,水泥生产技术的改进多着重在设备、配料、成球、通风等方面,而对燃烧过程这一方面研究较少。近期,国内外科技人员对此关注逐渐增加,并从大量科学实验中发现:只需提高煅烧的升温速度(而不是煅烧温度),就可以显著影响水泥熟料的烧成;通过急剧增温,可以使生料的预热、分解、固相反应和固液体反应,部分或基本重叠,降低反应活化能,节能降耗,提高水泥熟料质量,从而提出了快速煅烧的新理念。然而,这一新理念如何应用于实践,目前多从研制新的煅烧方式与燃烧设备入手,而催化强燃技术可以在现有生产设备与工艺上实现快速煅烧的科研成果。

  一、引言:

  随着水泥产业结构的调整,立窑水泥面临的形势越来越严峻,虽然用立窑煅烧水泥熟料,具有投资少、能耗低、原材料品质要求较宽等优点,但也存在着污染大、水泥质量不稳定、难以生产高标号水泥等缺点,因此,旋窑水泥将逐步扩大市场份额,一部分立窑水泥企业将遭淘汰,已是必然趋势。立窑水泥企业要想生存下去,只有走技术创新的路,通过引入高新技术,改变传统的、粗放的生产工艺,充分扬长避短,降低污染、降低能耗、提高产品质量。本文介绍的催化强燃技术就是可以达到上述目标的有效手段之一,下面就此作一个简要介绍,供有兴趣的企业参考。

  二、快速煅烧:

  众所周知,燃煤燃烧是水泥熟料形成的必要条件之一,但是对它的认识也仅此而已,在相当时期内,水泥生产技术的改进多着重在设备、配料、成球、通风等方面,而对燃烧过程这一方面研究较少。近期,国内外科技人员对此关注逐渐增加,并从大量科学实验中发现:只需提高煅烧的升温速度(而不是煅烧温度),就可以显著影响水泥熟料的烧成;通过急剧增温,可以使生料的预热、分解、固相反应和固液体反应,部分或基本重叠,降低反应活化能,节能降耗,提高水泥熟料质量,从而提出了快速煅烧的新理念。然而,这一新理念如何应用于实践,目前多从研制新的煅烧方式与燃烧设备入手,对于在现有立窑生产设备与工艺中如何应用,尚未见相关报道。

  催化强燃技术就是可以在现有生产设备与工艺上实现快速煅烧的科研成果。

  三、技术简介:

  催化强燃技术是将特制的催化强燃剂(简称"快煤粉")掺入燃煤中,再与其他水泥原料配制成黑生料,然后入窑 煅烧成水泥熟料的技术,因此应用此项技术不需对现有设备、工艺进行改造,不需增加投资,简便易行。

  此项技术已在安徽、江苏、河北、河南、广西等省二十余家水泥厂试用,经过了连续生产应用验证,取得了如下综合效果:

  1、提高立窑产量10-20%,个别厂增幅达30%以上(详见本文"实例")。

  2、节煤 15-20%:缺煤地区可以停用外运优质煤,全部利用当地16000KJ/kg左右低热值煤、或挥发分小于4%的难燃煤、或含硫3%左右的高硫煤,熟料产量、质量不降反升。

  3、部分或全部取消萤石复合矿化剂,减少环境污染。

  4、提高水泥熟料质量,可在原有强度指标基础上提高3-8Mpa,在其他生产条件配套情况下,可以稳定生产525#水泥。

  四、作用特点:

  催化强燃技术的催化作用主要表现在提高燃烧速度与燃烧强度的同时,还能促使物料化学反应充分、迅速,其效果是综合性的,因而明显区别于一般燃煤助燃剂与水泥矿化剂。 1、 快煤粉有别于一般助燃剂:水泥熟料煅烧不同于一般燃烧过程。首先就在于它要求燃烧物质尽可能在烧成带集中、充分释放热量,维持煅烧反应所需之温度,使熟料矿物发育成熟,而进入冷却带时迅速冷却,使形成物不退化分解,此即常说的"急烧快冷",快煤粉就充分显示了这一特点:其次,一级燃烧的目的是释放热能,而对燃尽后的物质没有特定要求,而水泥熟料煅烧既是一个燃烧过程,又是一个水泥熟料物理化学反应过程,其最终目的是形成达到质量指标的产品,因此快煤粉不同于一般助燃剂,就在于必须充分考虑到其组分对水泥熟料质量的有益作用。 2、 快煤粉有别于复合矿化剂:复合矿化剂的主要作用是通过降低熟料煅烧中液相出现温度与粘度,加速固相溶解和固液相反应,从而达到节能降耗,降低 f-Ca0的目的,为此,复合矿化剂已在全国普及推广,然而在实践中也逐步暴露出复合矿化剂的-些缺点:如矿物晶格发育不充分、凝结时间不正常、物料易出现"铁壳黄心"、氟化物对大气的污染等。催化强燃技术是采用催化同步燃烧方式以高温煅烧,兼顾助熔、矿化,使熟料矿物晶格发育充分、料球烧得透、酥脆、易磨性好,同时快煤粉中的有效组分还对熟料冷却中矿物分解转化产生阻断作用,从而提高熟料质量与产量。

  综上所述,催化强燃技术是以催化为主要作用,其"快煤粉"具有中药剂"君臣使佐"的配伍特点,其有效组分各司其责,又协同配合,在反应过程的不同阶段,充分发挥其综合效应,使水泥熟料煅烧的全过程都处于"佳化"状态。

  五、应用实例:

  1、 安徽某水泥厂,年生产能力23万吨,当地蕴藏大量低热值煤,无法应用,必须购入山西优质无烟煤,两者热值相差5000-7000KJ/kg,售价相差130-150元/吨。过去工厂也曾作过掺烧低热值煤试验,但只要掺比超过煤量10%,熟料产量与质量就要大幅度降低。1997年在当地政府支持下,在该厂Φ2.5×10m力窑试用,经过连续三个月生产应用,实现了100%用当地低热值煤取代优质煤,而且熟料产量、质量还有了明显增长,

  其经济效益十分可观,经厂方初步测算,仅购煤成本一项,全年即可节约300万元左右。

  2、 河南某水泥有限公司,年生产能力24万吨,生产425#水泥。希望能通过应用催化强燃技术,提高熟料3天强度,以便增大混合材掺量,降低生产成本,同时通过降低煤耗与矿化剂掺量,充抵掺加"快煤粉"费用,经过四天试用,复合矿化剂掺量减少50%,煤量减少10%,使原材料费用保持不变,熟料3天抗压强度由原来32-34Mpa,提高到37-39Mpa,达到了预期目标,还使熟料日产量增加了18%:其综合效益得到了当地行政部门与企业的认可。

  3、 河北某县水泥厂,自九八年八月应用催化强燃技术后,原掺量为2%的复合矿化剂已取消,配热从1200Kcal/kg降到1100Kcal/kg,一号窑平均台时产量比应用前提高29.35%,后来由于供煤条件变化,改用京西难燃煤,熟料产量质量仍可保持原有水平。

  六、结语:

  1、催化强燃技术是改进立窑水泥熟料生产,实现快速煅烧,节能降耗,提高熟料质量和产量,减少环境污染的有效途径之一。

  2、实践证明,应用劣质煤资源不仅可以煅烧水泥熟料,而且可以煅烧出高质量水泥熟料,这对缺煤地区开发当地资源,降低生产成本,具有特殊意义。

  3、该技术对不同地区、不同煤质、不同原料的二十余家水泥厂进行了大量试烧,积累了一定的应用经验,完善了相关配套技术(包括快煤配制技术、立窑煅烧技术等),有利于普及推广。

  4、大量实际应用也证明,该技术的应用也存在一定局限性,它不适用于挥发分过高的半烟煤、不适用于生科配制设备无剩余能力的企业、不适用于土立窑或习惯于机窑土烧的企业。

  5、此项技术的环境效果尚需做进一步评价,虽然取代了复合矿化剂,肯定减少氟化物的排放量,由于燃烧充分,反应迅速完全,一氧化碳、二氧化硫等有害气体排放量亦必然会有显著降低,但由于条件限制,未能采集到足够数据供分析比较所用,有待于今后完善。

  6、此项技术经过适当改变,亦可用于水泥旋窑(其催化强燃剂简称为"猛煤粉"),已在小型旋窑经过了生产性验证;可以通过掺入50%左右劣质烟煤或半烟煤,在不降低产量、质量前提下,降低热耗20%。某厂经测算,吨熟料综合成本可降低9.71元。有关介绍,将另行专文论述。

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