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  • 文章内容

高分子多功能生料催化剂在新型干法熟料线中节能减排的应用

作者:匿名

本文通过在水泥生料中加入一种含高分子的多功能催化剂试验,并在三条新型干法熟料生产线验证,实现了磨机提产7%、降低生料粉磨电耗3.7%左右,同时吨熟料烧成降煤耗5kg~8kg, 提高熟料3d和28d抗压强度1MPa~3MPa;另外,降低窑尾废气中SO2的排放总量,经济效益和社会效益 明显。

  摘 要:本文通过在水泥生料中加入一种含高分子的多功能催化剂试验,并在三条新型干法熟料生产线验证,实现了磨机提产7%、降低生料粉磨电耗3.7%左右,同时吨熟料烧成降煤耗5kg~8kg, 提高熟料3d和28d抗压强度1MPa~3MPa;另外,降低窑尾废气中SO2的排放总量,经济效益和社会效益 明显。

  关键词:高分子;多功能;生料催化剂;新型干法;节能减排;应用

  0 引言

  随着国家《水泥工业大气污染物排放标准》、工信部《工业绿色发展规划(2016-2020)》以及于2018年实施排污税等系列政策法规的实施,对NOx、SO2排放和煤电消耗的考核限值将更加严格,更高的节能减排要求也直接关乎到水泥企业的生存。因此,加大技术创新、引进新技术是水泥企业实现节能减排、降低成本的有效途径。本文介绍的高分子多功能生料催化剂(简称生料催化剂、催化剂),是一种适用于水泥熟料生产的高分子液体材料,可多功能高效促进节能减排。

  1 实验室小磨试验过程

  1.1 原材料及设备

  (1)原材料来源。高分子多功能生料催化剂,深色液体,由湖南昌迪环境科技有限公司提供;生料所需原材料:石灰石、煤矸石、砂岩、铁渣,取自安徽淮北XS水泥公司现场。实验原料化学成分分析见表1。

表1 原料化学成分及粒度表(%)

原料名称

SiO2

CaO

Al2O3

Fe2O3

MgO

LOI

水分

粒度

石灰石

0.49

51.69

0.5

0.68

2.2

42.71

98.27

0.3

<50mm

煤矸石

52.06

1.09

23.29

3.18

0.7

13.98

93.5

0.6

<30mm

砂岩

90.53

0.68

4.06

1.33

0.37

1.98

98.95

6.0

粉状

硫酸铁渣

62.57

4.08

4.21

22.52

2.93

0.78

97.09

15

粉状

  (2)试验设备。实验小磨规格φ500mm×500mm(标准实验小磨),小磨钢球级配为标准配置。

  1.2 试验过程

  原料按湿基配比石灰石86%、煤矸石6%、砂岩5%、铁渣3%,进行人工配料,拌匀后每次取5kg为一份。每份在105℃温度下烘干1h,在物料温度降至60℃时开始装磨粉磨,细度要求0.08mm筛余<20%。参照《JCT 735-2005水泥生料易烧性试验方法》,检测600℃、700℃、800℃和950℃不同温度下的烧失量。结果见表2、表3。

表2 不同催化剂掺量与生料细度、烧失量的关系

生料催化剂

 

比表面积

/(m2/kg)

细度

烧失量/LOI

 

序号

 

型号

掺量

/%

0.08mm方孔筛余/%

0.2mm方孔筛余/%

 

600℃

 

700℃

 

800℃

 

950℃

空白

/

/

279.8

18.6

1.8

5.8

8.5

22.6

34.8

1

CA

0.10

289.8

16.6

1.5

6.4

10.2

24.4

34.7

效果1

   

10

-2

-0.3

0.6

1.7

1.8

-0.1

2

CA

0.15

301.1

14.6

1.0

7.6

11.8

25.6

35.0

效果2

   

21.3

-4

-0.8

1.8

3.3

3

0.2

3

CA

0.20

304.5

14.2

1.0

7.8

12.0

25.8

35.1

效果3

   

24.7

-4.4

-0.8

2

3.5

3.2

0.3

表3 掺入催化剂后对生料易烧性的影响

编号

掺量/%

LOI/%

SiO2/%

Al2O3/%

Fe2O3/%

CaO/%

MgO/%

SO3/%

fCaO/%

KH

SM

IM

K1450指数

1

/

35.07

14.10

3.58

2.19

42.92

0.96

0.51

1.77

0.92

2.44

1.63

69

2

0.10

34.92

13.98

3.57

2.19

42.61

1.03

0.64

1.35

0.92

2.43

1.63

83

 

差值

-0.15

-0.12

-0.01

0

-0.31

0.07

0.13

-0.42

0

-0.01

0

14

  1.3 分析小结

  根据表2、表3可看出:

  (1)添加生料催化剂0.08mm细度下降2%~4.4%,0.2m m细度下降0.3%~0.8%,比表面积增加10m2/kg~24.7m2/kg,助磨效果明显;

  (2)添加生料催化剂600℃~800℃时烧失量比空白均有增加,950℃烧失量与空白相当,说明催化剂有在低温下催化促进碳酸钙分解的作用;

  (3)添加0.1%生料催化剂与空白对比,降低熟料游离钙0.42%,提高k1450易烧性指数14%,生料易烧性较好;

  (4)添加0.1%生料催化剂与空白对比,SO3增加0.13%,催化剂有促进和吸收SO2形成硫酸盐,具有固硫的作用。

  2 工业性实验

  2.1 使用方法

  三家工厂实验均为新型干法5000t/d生产线;磨机均为立磨;安徽PJ工厂为中控自动操作,其他两厂为中控人工操作。在水泥生料磨系统里,每吨生料投入1000g~2000g催化剂,观察并记录生料磨、窑尾废气排放(温度、废气量和废气成分)变化、熟料烧成系统煤的用量变化和熟料质量变化。实验过程分三个阶段进行,第一为空白实验阶段(实验前约4d平均数据);第二为洗磨过渡阶段(2d左右);第三为对比实验阶段(4d~5d);另部分试验收集了后空白数据对比。

  2.2 数据采集

  在工业实验过程中,重点采集下列数据:入磨石灰石CaCO3,原料水分,生料细度,生料磨台时产量,生料吨电耗,煤粉细度,烧成带温度,窑台时产量,熟料电耗,尾气中NOx、SO2、CO排放浓度,熟料fCaO,原煤工业分析,熟料矿物组成、KH、C3S等,熟料的物理检验数据。烟气排放数据为在线监控数据;所有实验数据以厂家实验报告为凭据。

  2.3 工业性实验过程

  (1)淮北XS水泥的工业性试验数据采集,表4、表6来源其中控跟踪数据,表5来自工厂的化验室原始数据。(2)山东枣庄SF水泥公司实验的数据见表7。磨机平均台时产量45 8t/h,对比增加30t/h,增幅7.0%;连续开磨的电耗21.86kW h/t生料,对比下降0.81kWh/t生料,降幅3.7%。

表4 淮北XS水泥公司各种消耗变化实验数据

日期

生料产量

/(t/h)

生料电耗

/kWh

窑产量

/(t/h)

熟料电耗

/(kWh/t)

头煤

/(t/h)

煤耗

/(kg/t)

备注

空白阶段(09.17.~9.20.)

459.8

13.50

385.5

30.20

15.6

160.49

 

对比阶段(09.23.~9.26.)

469.6

12.50

390

30.4

14.2

155.7

扣除了09.21.~22的加催化剂过渡值

效果

+9.9

-1.0

+4.5

+0.25

-1.26

-4.74

故障率高,窑电耗实际下

 

表5 淮北XS水泥公司质量变化实验数据

 

日期

生料细度/%

入窑生料

煤粉细度/%

煤粉热值kJ/kg(kcal/kg)

熟料fCaO

熟料强度/MPa

0.08mm

0.2mm

分解率/%

0.08mm

%

合格率/%

3d

28d

空白阶段(09.17~20.)

17.5

2.4

91.8

4.2

20 458.174(4 894.3)

0.89

91.7

31.0

57.8

对比阶段(09.23~26.)

15.9

2.1

93.8

4.6

20 215.734(4 836.3)

0.66

100.0

32.9

59.3

效果

-1.6

-0.3

+2.0

+0.3

-242.44(-58.0)

-0.22

+8.3

+1.9

+1.5

 

表6 淮北XS水泥公司SO2实验数据

 

磨机及状态

09.17.~20.空

白阶段平均值

/(mg/Nm3)

09.23.~26.对

比阶段平均值

/(mg/Nm3)

 

降低相对值

/(mg/Nm3)

 

降低相对值/%

1号开磨

77

40

37

48.0

1号停磨

357

228

129

36.1

2号开磨

90

31

59

65.2

2号停磨

428

205

223

52.5

 

表7 山东枣庄SF水泥公司生料系统对比效果表

 

日期

 

生料磨产量

/(t/h)

筛余细度/%

生料电耗

/(kWh/t)

0.08mm

0.2mm

连续开磨

间断开磨

空白阶段

(06.08.~13.)

428

22.0

2.1

21.86

19.03

对比阶段

(15.~17.)

458

21.6

1.9

21.05

18.89

效果

+30

-0.6

-0.2

-0.81

-0.24

 

表8 安徽和县PJ水泥公司1号线生料系统使用效果表

 

日期

生料磨产量

/(t/h)

生料段用电量

/kWh

 

生料细度

/%

 

分解率

/%

 

主机电流

/A

11.13.~15.

416

23.07

17.9

1.0

93.19

200

11.17.~20.

433

22.36

15.8

0.6

95.36

197.8

实验与空白对比

 

+17

 

-0.71

 

-2.1

 

-0.4

 

+2.17

 

-2.3

  (3)安徽和县PJ水泥公司实验结果数据见表8。

使用生料催化剂,1号生料磨机台时产量提高17t/h,增幅4.1%;电耗下降0.71kWh,降幅3.1%。通过使用高分子多功能生料催化剂,1号熟料生产线入窑煤耗与空白对比降低标煤耗6.2kg/t,节煤效果明显,见表9。

表9 安徽和县PJ水泥公司1号窑试验煤耗变化情况表

 

项 目

生料喂料量

/(t/h)

用煤量

入窑煤粉

头尾煤/t

头煤/(t/h)

尾煤/(t/h)

煤炭发热量kJ/kg(kcal/kg)

Aad /%

Vad /%

11.13.~15.前空白

399.6

709.7

11.7

17.8

23 976.48(5 736)

23.71

27.57

11.17.~20.试验

397.0

679.5

11.6

16.8

24 198.02(5 789)

23.09

28.09

实验与前空白对比

-2.6

-30.2

-0.1

-1.0

+263.34(+53)

-0.62

+0.52

11.21.~22.后空白

398.9

741.5

12.5

18.5

23 980.66(5 737)

23.42

27.79

实验与后空白对比

-1.9

-62

-0.9

-1.7

+217.36(+52)

-0.33

+0.30

折吨熟料标煤耗平均值

/(kg/t)

 

 

6.2

         

  3 结 论

  (1)该生料催化剂起到降低生料细度,较好的实验提高磨机产量7%,降低生料粉磨电耗3.7%左右。

  (2)该生料催化剂可提高生料分解率2%~3%,降低标准熟料烧成煤耗5kg/t~8kg/t,提高生料3d和28d抗压强度1MPa~3MPa。

  (3)降低窑尾废气中SO2的排放总量,较佳的停磨时实验效果降低200mg/Nm3以上,相对降幅52.5%。

总之,在生料配料过程中加入高分子多功能生料催化剂,可提高生料磨产量、质量,熟料强度,同时降低煤耗、电耗;且尾气中SO2含量均有明显改善,经济效益和社会效益明显。

  致谢:本应用项目开发由湖南昌迪环境科技公司主导,期间武汉理工大学赵青林团队担当热工标定、气相检测、工程方案设计和效果评价,南京工业大学李伟峰博士团队担当催化剂材料的评价、机理设计,南京理工大学钱华博士团队担当催化剂相关安全使用评价;在近6个月的工业应用实验期间,得到了山东申丰、淮北相山和安徽盘景等水泥公司的大力支持,为本项目节能减排效果验证做出的贡献,一并表示感谢。

 参考文献:

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[2]苏光兰,张天石,徐彬等.复合工业助磨剂助磨性能研究[J].西南工学院学报,2000.

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[4]刘治华.应用生料催化剂技术煅烧水泥熟料[J].四川水泥,2007.

[5]刘成.光助FeⅡEDTA——草酸钠复合吸收液脱硫脱硝的实验研究

[A].武汉科技大学,2016.

[6]王剑锋,王栋民.水泥煅烧工艺中节煤外加剂的研究[A].中国水泥技术年会暨全国水泥技术交流大会,2009.

[7]赵洪义.水泥工艺外加剂技术及应用[J].中国建材,2000.

 

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