利用工业渣实现低煤耗快烧

一、低煤耗快烧的方法
　　 低煤耗煅烧泛指采用尽可能低的煤耗烧成水泥熟料。
　　 1990年浙江诸暨用尾矿和低钙石配料、全黑生料小料球煅烧获得优质高产低煤耗的效果，提出低煤耗快烧。这是符合优质熟料快速形成规律的烧法，它可以将易烧料用快烧的方法获得较好的技术和经济效益。
　　 传统原料不仅易烧性差、易磨性也较差。从地质学观点看应对传统原料进行如下改进：(1)用低钙石灰石代替高品位石灰石；(2)用工业渣代替黏土；(3)以废渣化代替矿化剂。
　　 调整原料结构就是要将高分解点、高熔点、高黏度、低潜能的高能耗传统原料转化为低分解点、低熔点、低黏度、高潜能的低能耗料，并应尽量寻找新原料，应用活性硅，用工业渣代土，从利废转化为环保。
　　 快烧水泥应抓两个要点：硅活性，共熔点。
　　 黏土岩矿化的岩矿是指无资源价值的岩石，如辉绿岩、变质片岩、高钙 矽卡岩和不能利用的低品位矿石及采矿围岩(如煤矸石)。尾矿实际上也是一种岩矿。、其熔点低，矿物组成复杂，有地质物理化学潜能，具有促熔、促燃和热激发作用，又有烧水泥所需的化学成分，可以代钙、代铁、代土(硅铝)。岩矿不仅是烧水泥的新型原料，有些还是很好的混合材料，如玄武岩、沸石岩、酸性岩浆喷出岩等。
　　 低煤耗快烧主要是利用未经过煅烧的岩矿，如尾矿煤矸石等。经过煅烧的工业废渣，如沸腾炉烧煤矸石、增钙液态渣、粉煤灰等含炭量低于3％的则以作混合材为宜。
1．配煤的重要性
　　 对于不同原料，配煤过多和不足都会影响产量、质量：对难烧料配煤量不宜过少，而对易烧料则配煤量不能过多。据计算，降低配煤可以提高硅酸盐矿物含量。因此，配煤是配方的关键之一。
　　 分析计算结果：在保持KH相同时，减煤后C3S+C2S合量提高；减铁、 提高KH，C3S+C2S合量进一步提高。就料论方，即利用现有原料调整配方提高强度。这里的配煤只考虑了管理水平的提高，采用130kg／t．cl。在有条件的地方，应该研究更主动的就方论料：根据应用需要的配方（例如要早强，选三高率值方案)去选用适用、易烧的原料，特别是工业废渣。对于立窑，因为可以利用全黑生料配料，具有成分正确(能烧高KH料)、高温煅烧、(实测可达1500-1600~℃以上，高温下液相量大、黏度低，不怕铁低)、快速烧成、适于利废的煅烧特点。从而取得节煤、利废、提高质量的综合效益。由于立窑适于烧难烧且耐烧的高KH料，因而可以提高CaO含量，保证有重金属物料时仍可保持高强度。
　　 当前大多数立窑厂的通病是由于配煤过多而影响冷却效果。配煤适当可以保证快冷、提高强度，快烧是低煤耗料相应的烧法。因此，节煤不仅可达到降低成本和减少二氧化碳排放的目的，而且是实现优质高产的方法。
2．改进煅烧方法
　　 低煤耗料(合煤量适当)形成热低，快烧形成热更低，因而是节能的煅烧方法。小料球煅烧保证了快烧快冷从而实现低煤耗烧成。立窑用尾矿配料、全黑生料快烧一例。尾矿作水泥原料的研究和应用始于“石煤铅锌矿铜矿尾矿烧制特种水泥一一机立窑烧成节能新技术”。在浙江诸暨应‘店街水泥厂应用铜尾矿墨城水泥厂应用铅锌矿尾矿，去掉石膏、萤石、铁粉，改变原料构成。最简单时为低钙石灰石、尾矿、煤三组分配料。为了将尾矿中的重金属利用好，配高KH料(达0．98~1．0)。用全黑生料低煤耗(比原来130kg／t降低10％一20％)小料球(以3~Φ7mm粒径占70％以上／小而匀的料球，比1976年时用等球径料球、粒径<8mm进了一步)快烧法，产量提高10％~20％，烧成28天抗压强度可达55-63MPa的熟料，生产普通硅酸盐水泥和特种水泥。该成果1991年分获浙江省、煤炭部科技进步一、二等奖，被国家科委列为国家级科技成果重点推广计划项目。用铜、铁、锡、铅、锌、钼、金矿等尾矿、在浙、湘、苏、皖、粤、桂、鲁、冀、辽、蒙、赣等地不同大小的几十台立窑和湿法回转窑、带预热发电的中小型干法窑上。推广应用，获得了显著效益。对提高质量实施新标准、利用废渣、保护环境具有重要意义。
　　 采用以上技术要注意的是：(1) 保持原料均匀，这是配准生料的前提。废渣成分波动大时必须采取预均化措施。圆库的建筑利用系数最高，利用物料经库和多摩搭配就有均化作用。(2) 配准生料，确保实现配料方案。通俗地讲强度的一半是配出来的；(3) 控制料流稳定，这是成好料球、稳定底火的保证。
二、低煤耗快烧的发展
　　 应用低钙石灰石、尾矿易烧原料，可调整原料结构(一配方)。采用小料球快烧，加快料球烧成速度，同时也加快了冷却速度，因而也改进了煅烧方法(一烧法)。用低钙石灰石配料，f—CaO低。因为温度高，即化合、低温轻烧又无大碍，不像高钙石灰石每一粗颗粒就能形成一堆f-CaO。f-CaO少、安定性好，这也是敢于少加煤的一个因素。采用低煤耗快烧的工厂多年来生产中从未有过喷窑情况，立窑操作安全、轻松，说明低煤耗煅烧本身就是安全措施。关键是减煤去掉了架窑的祸根。由于熟料好磨，水泥磨电耗减少20％以上，吨水泥综合电耗降至80kWh以下，实现了水泥厂全线节能的目的。
　　 铜尾矿等原料中含有少量含氧矿物的氧，在煅烧时能与煤形成里应外合的整体煅烧、促进化合，可谓岩矿供氧。从窑面取出半熟料球的剖面是里熟外生，说明尾矿中的含氧矿物与生料中的炭形成热反应；尾矿配料煅烧时热工测定的废气热损失低，说明与空气供氧必然伴随79-％氮的情况不同，因而热损失减少。笔者研究晶种技术机理，也与含氧矿物有关。晶种技术在推广中的问题就在于没有用低煤耗快烧，实际用煤量多、形成过烧所致。将沉降灰均匀加入生料，仅此一举强度提高3~5MPa、产量提高3％-5％。还可减少部分郝氏反应带来的化学热损失，使总热耗低于半黑生料。现在用湿法旋风净化解决收尘、脱硫，收尘浆必须使用，立窑收尘浆是生料、生烧料、熟料的粉尘加上水所组成。利用收尘浆含有氢氧化钙可以脱部分硫，兼有晶种的作用，可谓一举两得。进一步改进通风方式，如采用腰风，提高空气中氧的利用率和布风均匀性，煤耗将会更低。对于西部地区海拔高、氧含量低的地方，这种烧成方法更为适用。
　　 采用节能型配套窑衬。节能型窑衬是一种高效新型隔热窑衬，采用该窑衬后综合经济效益显著。这种窑衬因投资少、见效快、实用性强，已成功地应用于多项水泥窑综合节能工程。
　　 该窑衬具有以下功效：(1)降低熟料热耗，节能显著；(2)降低窑体表面温度，无须采用外保温措施；(3)增加台时产量；(4)提高熟料质量；(5)结构稳定可靠，保温效果持久、使用寿命长。河北唐山迁西水泥厂(立窑)的节能型配套窑衬已用两年多。能够如此长期应用，这一点目前的旋窑都赶不上。在立窑上应用后不仅降低煤耗，而且减少了断面温差、提高熟料均匀性，形成改善煅烧条件等一系列优点。这对发挥立窑能用劣质煤、低煤耗、就近利废特长并转化为环保产业具有积极的作用，是低煤耗烧成的必要配套技术。

　　三、低煤耗快烧应用实例
1．高钙石灰石十煤渣+尾矿、江西贵溪市水泥厂，原来用的Ca050％的石灰石黏土+沸腾炉渣+铁粉+石膏+萤石+5000kcal福建煤，配煤12．5％。石灰石无法改动，用成因法Si质原料选用弋阳县基性岩铜尾矿+锅炉煤渣+原来的煤进行匹配，锅炉煤渣有残炭发热量2508kJ(600kc)／kg配入3％，总的配入热量近125．4kJ(30kc)／kg铜尾矿熔化温度1100℃，硫化物尤其FeS：在20％~25％，化学潜能高，氧化力强。考虑这种潜在因素，把实际配煤量降到6．0％，煤配入热量为2090kJ(500kc)／kg熟料，把煤渣热量加上，也只到2215．4kJ(530kc)／kg取得很突出的低煤耗烧成结果。
2．海南兰洋水泥厂，原来用CaO45％-48％石灰石+黏土+铁矿石+石膏萤石+越南煤。石灰石无法改动，用当地玄武岩石碴粉末代掉黏土、铁粉，稍加一点萤石，主要是要求活化石灰石中的SiO2，六组分配料改成四组分配。结果，在质量比原来提高的前提下配煤从10.5％降到7％，降低33．3％。
3．低钙石灰石+尾矿
　　 广东连州市水泥广原来用石炭纪CaO53％高品位石灰石+粗石英砂的黏土+水淘铁矿石(Fe2CO3)+萤石、石膏+煤，烧成热耗5014．0~5852．0kJ(1200~1400kc)／kg。用CaO33％-34％、沸腾分解点822,5~C的泥灰岩代替部分高品位石灰石，用邻县的连南县高硫化铁的铜尾矿(加3％-5％)代替黏土和矿化剂，结果月平均烧成热耗最低降到2428．4kJ(581kc，≈83kg／t,标煤)／k异熟料，煤耗降低一半多。熟料从此安定，强度提高。产量从原来7．0t／h提高到14．0t／h以上(qb3xlOm窑，磨损较大)。
4．磷渣+煤渣
　　 贵州省福泉军民水泥厂，用当地磷渣+煤渣代替SiO27l％的黏土，煤耗从180kg／t熟料降到125kg／t熟料。产量原来是5．5t／h提高0．5~1．5t／h(9％～27％)；熟料强度(28天抗压)从平均55MPa提高到62MPa(老标准)。
5．其他岩矿
　　 甘肃白银市银城水泥厂，用当地矿场辉绿岩废石渣代替黏土，降低煤耗25％、产量提高15％。新疆布尔津县水泥厂，两台小旋窑，原来用CaO46％-50％石灰石+黏土+铜渣(铁)+矿化剂+煤。把黏土改用黑色页岩，SiO2颗粒细，有发热量，结果煤耗降低18％，产量提高了20％。新疆阿勒泰市水泥厂，把黏土改用低熔点的中性岩浆喷出岩——安山岩，煤耗也 降低17％，熟料强度从平均60MPa提高到66MPa。