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    2. 高分子多功能生料催化劑在新型干法熟料線中節(jié)能減排的應用

      湖南昌迪環(huán)境科技有限公司 · 2018-10-23 15:24

        摘 要:本文通過在水泥生料中加入一種含高分子的多功能催化劑試驗,并在三條新型干法熟料生產線驗證,實現(xiàn)了磨機提產7%、降低生料粉磨電耗3.7%左右,同時噸熟料燒成降煤耗5kg~8kg, 提高熟料3d和28d抗壓強度1MPa~3MPa;另外,降低窯尾廢氣中SO2的排放總量,經濟效益和社會效益 明顯。

        關鍵詞:高分子;多功能;生料催化劑;新型干法;節(jié)能減排;應用

        0  引言

        隨著國家《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》、工信部《工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃(2016-2020)》以及于2018年實施排污稅等系列政策法規(guī)的實施,對NOx、SO2排放和煤電消耗的考核限值將更加嚴格,更高的節(jié)能減排要求也直接關乎到水泥企業(yè)的生存。因此,加大技術創(chuàng)新、引進新技術是水泥企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排、降低成本的有效途徑。本文介紹的高分子多功能生料催化劑(簡稱生料催化劑、催化劑),是一種適用于水泥熟料生產的高分子液體材料,可多功能高效促進節(jié)能減排。

        1 實驗室小磨試驗過程

        1.1 原材料及設備

       ?。?)原材料來源。高分子多功能生料催化劑,深色液體,由湖南昌迪環(huán)境科技有限公司提供;生料所需原材料:石灰石、煤矸石、砂巖、鐵渣,取自安徽淮北XS水泥公司現(xiàn)場。實驗原料化學成分分析見表1。

      表1 原料化學成分及粒度表(%)

      原料名稱

      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

      砂巖

      90.53

      0.68

      4.06

      1.33

      0.37

      1.98

      98.95

      6.0

      粉狀

      硫酸鐵渣

      62.57

      4.08

      4.21

      22.52

      2.93

      0.78

      97.09

      15

      粉狀

       ?。?)試驗設備。實驗小磨規(guī)格φ500mm×500mm(標準實驗小磨),小磨鋼球級配為標準配置。

        1.2 試驗過程

        原料按濕基配比石灰石86%、煤矸石6%、砂巖5%、鐵渣3%,進行人工配料,拌勻后每次取5kg為一份。每份在105℃溫度下烘干1h,在物料溫度降至60℃時開始裝磨粉磨,細度要求0.08mm篩余<20%。參照《JCT 735-2005水泥生料易燒性試驗方法》,檢測600℃、700℃、800℃和950℃不同溫度下的燒失量。結果見表2、表3。 

      表2 不同催化劑摻量與生料細度、燒失量的關系

      生料催化劑

       

      比表面積

      /(m2/kg)

      細度

      燒失量/LOI

       

      序號

       

      型號

      摻量

      /%

      0.08mm方孔篩余/%

      0.2mm方孔篩余/%

       

      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  摻入催化劑后對生料易燒性的影響

      編號

      摻量/%

      LOI/%

      SiO2/%

      Al2O3/%

      Fe2O3/%

      CaO/%

      MgO/%

      SO3/%

      fCaO/%

      KH

      SM

      IM

      K1450指數(shù)

      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 分析小結

        根據(jù)表2、表3可看出:

       ?。?)添加生料催化劑0.08mm細度下降2%~4.4%,0.2m m細度下降0.3%~0.8%,比表面積增加10m2/kg~24.7m2/kg,助磨效果明顯;

       ?。?)添加生料催化劑600℃~800℃時燒失量比空白均有增加,950℃燒失量與空白相當,說明催化劑有在低溫下催化促進碳酸鈣分解的作用;

       ?。?)添加0.1%生料催化劑與空白對比,降低熟料游離鈣0.42%,提高k1450易燒性指數(shù)14%,生料易燒性較好;

       ?。?)添加0.1%生料催化劑與空白對比,SO3增加0.13%,催化劑有促進和吸收SO2形成硫酸鹽,具有固硫的作用。

        2 工業(yè)性實驗

        2.1 使用方法

        三家工廠實驗均為新型干法5000t/d生產線;磨機均為立磨;安徽PJ工廠為中控自動操作,其他兩廠為中控人工操作。在水泥生料磨系統(tǒng)里,每噸生料投入1000g~2000g催化劑,觀察并記錄生料磨、窯尾廢氣排放(溫度、廢氣量和廢氣成分)變化、熟料燒成系統(tǒng)煤的用量變化和熟料質量變化。實驗過程分三個階段進行,第一為空白實驗階段(實驗前約4d平均數(shù)據(jù));第二為洗磨過渡階段(2d左右);第三為對比實驗階段(4d~5d);另部分試驗收集了后空白數(shù)據(jù)對比。

        2.2 數(shù)據(jù)采集

        在工業(yè)實驗過程中,重點采集下列數(shù)據(jù):入磨石灰石CaCO3,原料水分,生料細度,生料磨臺時產量,生料噸電耗,煤粉細度,燒成帶溫度,窯臺時產量,熟料電耗,尾氣中NOx、SO2、CO排放濃度,熟料fCaO,原煤工業(yè)分析,熟料礦物組成、KH、C3S等,熟料的物理檢驗數(shù)據(jù)。煙氣排放數(shù)據(jù)為在線監(jiān)控數(shù)據(jù);所有實驗數(shù)據(jù)以廠家實驗報告為憑據(jù)。

        2.3 工業(yè)性實驗過程

       ?。?)淮北XS水泥的工業(yè)性試驗數(shù)據(jù)采集,表4、表6來源其中控跟蹤數(shù)據(jù),表5來自工廠的化驗室原始數(shù)據(jù)。(2)山東棗莊SF水泥公司實驗的數(shù)據(jù)見表7。磨機平均臺時產量45 8t/h,對比增加30t/h,增幅7.0%;連續(xù)開磨的電耗21.86kW h/t生料,對比下降0.81kWh/t生料,降幅3.7%。

      表4  淮北XS水泥公司各種消耗變化實驗數(shù)據(jù)

      日期

      生料產量

      /(t/h)

      生料電耗

      /kWh

      窯產量

      /(t/h)

      熟料電耗

      /(kWh/t)

      頭煤

      /(t/h)

      煤耗

      /(kg/t)

      備注

      空白階段(09.17.~9.20.)

      459.8

      13.50

      385.5

      30.20

      15.6

      160.49


      對比階段(09.23.~9.26.)

      469.6

      12.50

      390

      30.4

      14.2

      155.7

      扣除了09.21.~22的加催化劑過渡值

      效果

      +9.9

      -1.0

      +4.5

      +0.25

      -1.26

      -4.74

      故障率高,窯電耗實際下


      表5 淮北XS水泥公司質量變化實驗數(shù)據(jù)

       

      日期

      生料細度/%

      入窯生料

      煤粉細度/%

      煤粉熱值kJ/kg(kcal/kg)

      熟料fCaO

      熟料強度/MPa

      0.08mm

      0.2mm

      分解率/%

      0.08mm

      %

      合格率/%

      3d

      28d

      空白階段(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

      對比階段(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實驗數(shù)據(jù)

       

      磨機及狀態(tài)

      09.17.~20.空

      白階段平均值

      /(mg/Nm3)

      09.23.~26.對

      比階段平均值

      /(mg/Nm3)

       

      降低相對值

      /(mg/Nm3)

       

      降低相對值/%

      1號開磨

      77

      40

      37

      48.0

      1號停磨

      357

      228

      129

      36.1

      2號開磨

      90

      31

      59

      65.2

      2號停磨

      428

      205

      223

      52.5


      表7   山東棗莊SF水泥公司生料系統(tǒng)對比效果表

       

      日期

       

      生料磨產量

      /(t/h)

      篩余細度/%

      生料電耗

      /(kWh/t)

      0.08mm

      0.2mm

      連續(xù)開磨

      間斷開磨

      空白階段

      (06.08.~13.)

      428

      22.0

      2.1

      21.86

      19.03

      對比階段

      (15.~17.)

      458

      21.6

      1.9

      21.05

      18.89

      效果

      +30

      -0.6

      -0.2

      -0.81

      -0.24

       

      表8 安徽和縣PJ水泥公司1號線生料系統(tǒng)使用效果表

       

      日期

      生料磨產量

      /(t/h)

      生料段用電量

      /kWh

       

      生料細度

      /%

       

      分解率

      /%

       

      主機電流

      /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

      實驗與空白對比

       

      +17

       

      -0.71

       

      -2.1

       

      -0.4

       

      +2.17

       

      -2.3

       ?。?)安徽和縣PJ水泥公司實驗結果數(shù)據(jù)見表8。

      使用生料催化劑,1號生料磨機臺時產量提高17t/h,增幅4.1%;電耗下降0.71kWh,降幅3.1%。通過使用高分子多功能生料催化劑,1號熟料生產線入窯煤耗與空白對比降低標煤耗6.2kg/t,節(jié)煤效果明顯,見表9。

      表9   安徽和縣PJ水泥公司1號窯試驗煤耗變化情況表

       

      項  目

      生料喂料量

      /(t/h)

      用煤量

      入窯煤粉

      頭尾煤/t

      頭煤/(t/h)

      尾煤/(t/h)

      煤炭發(fā)熱量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.試驗

      397.0

      679.5

      11.6

      16.8

      24 198.02(5 789)

      23.09

      28.09

      實驗與前空白對比

      -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

      實驗與后空白對比

      -1.9

      -62

      -0.9

      -1.7

      +217.36(+52)

      -0.33

      +0.30

      折噸熟料標煤耗平均值

      /(kg/t)


       

      6.2






        3 結 論

       ?。?)該生料催化劑起到降低生料細度,較好的實驗提高磨機產量7%,降低生料粉磨電耗3.7%左右。

        (2)該生料催化劑可提高生料分解率2%~3%,降低標準熟料燒成煤耗5kg/t~8kg/t,提高生料3d和28d抗壓強度1MPa~3MPa。

        (3)降低窯尾廢氣中SO2的排放總量,較佳的停磨時實驗效果降低200mg/Nm3以上,相對降幅52.5%。

      總之,在生料配料過程中加入高分子多功能生料催化劑,可提高生料磨產量、質量,熟料強度,同時降低煤耗、電耗;且尾氣中SO2含量均有明顯改善,經濟效益和社會效益明顯。

        致謝:本應用項目開發(fā)由湖南昌迪環(huán)境科技公司主導,期間武漢理工大學趙青林團隊擔當熱工標定、氣相檢測、工程方案設計和效果評價,南京工業(yè)大學李偉峰博士團隊擔當催化劑材料的評價、機理設計,南京理工大學錢華博士團隊擔當催化劑相關安全使用評價;在近6個月的工業(yè)應用實驗期間,得到了山東申豐、淮北相山和安徽盤景等水泥公司的大力支持,為本項目節(jié)能減排效果驗證做出的貢獻,一并表示感謝。

        參考文獻:

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      編輯:俞垚伊

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      2025-06-25 05:41:37