熟料高效催化劑在2500t/d生產(chǎn)線上的工業(yè)試驗

  隨著2013版《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》的重錘落地，NOx的排放限值更加苛刻，環(huán)保的壓力將直接導致制造成本增加。因此，加大技術創(chuàng)新、引進新技術是水泥行業(yè)環(huán)保和降低成本的唯一出路。本文介紹熟料高效催化劑在2500t/d生產(chǎn)線上的試驗情況。

  1 作用機理

  此熟料高效催化劑是武漢理工大學硅酸鹽材料工程重點實驗室開發(fā)的一種無毒無害的粉粒狀無機材料，其基本組成是由多種礦物廢渣（如銅渣等）摻和一定比例的稀土貧礦（下腳料）復合而成，利用母體晶種技術來改善生料的易燒性。其主要作用機理如下：

  1）降低反應物質(zhì)間質(zhì)點鍵能，提高其化學反應活性；

  2）促進液相提前出現(xiàn)，增加液相量，降低液相黏度，降低燒成共熔溫度；

  3）促進硅酸鹽礦物微晶的形成，晶格缺陷導致活化能力提高。

  由于稀土貧礦的巖性和黏土類礦物接近，銅渣的化學成分和赤鐵礦（鐵粉）的成分接近，故催化劑的加入對生料配料基本沒有影響。但銅渣中的鐵元素主要以Fe2+ 的形式存在，同時還含有部分CuO及其他微量元素；稀土貧礦中主要含有Ce、Y、La、Nd、Pr和Sc等元素。銅渣和稀土貧礦的化學成分見表1和表2。

表1 銅渣的化學成分  %

表2 稀土貧礦的化學成分  %

  2 試驗應用

  烏蘭察布中聯(lián)水泥有限公司2500t/d生產(chǎn)線采用黏土、石灰石、硅砂、鐵粉和粉煤灰五組分配料。2014年1月開始在生料配料中摻入熟料催化劑進行工業(yè)試驗。

  1）催化劑的摻入。熟料催化劑為粉體，摻入方法比較簡單。在石灰石和黏土原料庫的中間支一個30t的鋼板小倉，催化劑由TO160型斗式提升機（有效提升高度8.5m）喂入小倉，然后按外摻0.5%的比例經(jīng)調(diào)速定量給料機計量后與其他原料共同入磨粉磨成生料，入窯煅燒。 在配料過程中，根據(jù)生料立磨的臺時產(chǎn)量連鎖自動調(diào)節(jié)流量。

  2）窯況及問題。從窯頭看火孔觀察：黑火頭較短，燃燒速率快，火焰明亮，無飛砂；從操作參數(shù)來看：分解爐溫度895℃，熟料結粒好，升重1250g/L。但試驗一周后出現(xiàn)頻繁掉窯皮現(xiàn)象。從窯筒體掃描來看：窯皮不均勻，29～31m處窯皮偏厚。由于窯皮結掉頻繁，熟料fCaO含量出現(xiàn)不合格，平均在2.5%左右。

  3）原因及措施。根據(jù)上述現(xiàn)象，技術人員初步判斷是由于催化劑的使用，生料的易燒性變好，液相出現(xiàn)早，窯內(nèi)長浮窯皮所致。因此，我們將燃燒器退出窯口10mm，并調(diào)節(jié)三次風閘板，開度關小5%，強化窯內(nèi)通風。同時，調(diào)整分解爐用煤量，控制分解爐溫度在860～870℃左右，操作上盡可能實現(xiàn)“薄料快轉(zhuǎn)”。在配料上，提高硅酸鹽礦物含量。調(diào)整前后配料及工藝控制參數(shù)見表3。

表3 配料及工藝控制參數(shù)

  3 試驗效果

  經(jīng)過上述調(diào)整，窯況逐漸好轉(zhuǎn)，窯內(nèi)不再長浮窯皮，生產(chǎn)運行穩(wěn)定，質(zhì)量合格。熟料結粒均齊致密，色澤好，無黃心料。使用催化劑前后熟料質(zhì)量指標見表4，能耗技術指標見表5。

表4 熟料質(zhì)量指標

從表5可以看出，試驗前后，窯臺時產(chǎn)量同比提高5t/h，熟料標準煤耗同比下降3.5kg/t，熟料綜合電耗同比下降2.1kWh/t。初步估算，該生產(chǎn)線三項綜合每年可節(jié)約資金589萬元，節(jié)能及經(jīng)濟效益顯著。

表5 熟料能耗技術指標