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最先进水泥熟料生产工艺

   编辑:文武  邮箱:info@mortar.cn
2014-08-05 14:36:36 保护色:默认白 牵牛紫 苹果绿 沙漠黄 玫瑰红 字体:小字 中字 大字 点击数:0

 1 流化床窑的系统构成

1.1.工艺流程及主要组成。流化床水泥窑系统的示意图见图1
①悬浮预热分解系统(SC)
由五级预热器和分解炉组成(示意图为4级预热器),生料在悬浮预热分解系统中被预热和预分解。
 ②流化床水泥窑(FCK)
 生料在1300℃高温下完成造粒、烧结成熟料,熟料平均粒径为1-3mm,造粒过程中不需要额外提供粒种。
  ③冷却系统
  冷却系统由流化床淬冷器(FBQ)和移动床冷却器(PBC)组成。在淬冷器中,熟料1300℃迅速冷却至1000℃,以保证得到优质熟料。在移动床冷却器中,熟料被冷却至约110℃,可
有效回收熟料的余热。
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                    图1 流化床窑系统流程图
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2 实际生产数据
2.1 原料、燃料
   煅烧水泥熟料的原材料有石灰石、粘土、砂岩、铁粉、铝矾土,成分分析如表2所示。五组分按照配比要求生产出合格的生料。所用燃料煤的工业分析如表3所示,烧成的熟料化学
成分分析如表4。
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2.2熟料的岩相分析及性能测试
   流化床水泥窑烧成的熟料颗粒均匀,粒度为1-3mm左右。对烧制的熟料进行化学成分分析如表4,进行岩相分析如图2-5,进行X射线衍射分析如图6,物理性能测试结果如表5所示。
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   根据表4的成分分析可知,该熟料硅率高,铝率高,饱和系数低,液相量少粘度大,易烧性变差,但是1-4号熟料样品f-CaO含量不高。证明流化床水泥窑可以适用于易烧性差的生料。这是由于在流态化煅烧工艺中,物料从1000℃以下的预热带迅速进入到1300℃以上的煅烧带,生料分解产生的高活性的CaO、SiO2等氧化物,在活性降低以前,已进行固相反应。因此,反应比较完全。
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 由图2、3可知,熟料颗粒有环带结构,熟料颗粒中心由形成温度低的B矿与中间相构成,外围交叉出现A矿、B矿环状结构。由于烧成过程中煤粉不同时刻的混入,形成A、B矿不同含
量的环状结构。由图4可看出,A矿尺寸略小,大小分布均匀,包裹有C2S,含量较高;B矿发育良好,双晶纹明显,大小合适;fCaO较少。由图5可看出,中间相含量低,铝相较为明显。综合以上特征,熟料硅率高,表现为高温急烧,在高温段停留时间短,烧成时间不足,冷却良好。对于此种硅率、铝率高的配方,在回转窑中高温烧成也未必保证熟料中fCaO含量低,但是图中流化水泥窑烧成的熟料基本上看不到fCaO。
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  图6看出,该熟料的主要峰与化学式为C54S16MA的A矿匹配得特别好,证明此种C3S结晶状态好,并且图谱中C4AF的特征峰较弱,而C3A的特征峰特别明显。这与熟料的硅率铝率高是
相对应的。  表5中流化床窑熟料强度与预分解窑熟料相比,早期强度高是急速煅烧中,生料反应生成较多的铝酸盐矿物,后期强度高可能是因为C3S的含量较高,这一特征可从岩相图片中看出。流化床窑熟料综合样的强度也不比其他熟料差,性能优良。
3.物料平衡与热量平衡 
  流化床水泥窑烧成系统的物料平衡和热量平衡分别如表7、8所示。一般来说,2500t/d新型干法回转窑C1出口温度310-370℃,热耗占21%-23%;5000t/d新型干法回转窑C1出口温度
290-340℃,热耗大约占18%-21%。四川某厂一级筒出口温度高达310℃,废气带走热716kj/kg.cl,占19.8%,而该流化床水泥窑C1出口废气带走热为276 kj/kg.cl,仅占11.4%,热耗较低。当产量增加时,流化床窑单位熟料的燃料燃烧热耗、C1出口热耗及单位熟料表面散热将进一步降低,能源利用效率会更高。另外,2500t/d或 5000t/d的新型干法回转窑余风热耗大约10%-18%,而流化床水泥窑没有余风。
   流化床水泥窑流动床淬冷器和移动床冷却器的组合,保证了熟料冷却过程中很高的热回收率,这样冷却空气量降低至流化床水泥窑中燃料燃烧所需的空气量;而在传统的篦式冷却
机中,由于热回收率低,需要大量的过剩空气,所以流化床水泥窑熟料带走的热耗和CO2排放要相应地降低。如表8所示,流化床水泥窑出冷却机熟料温度低,熟料带走热耗仅占2.72%,而一般回转窑的熟料带走显热占3%—4%。
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3 流化床水泥窑的优点
  流化床水泥窑的核心技术是大颗粒流态化水泥熟料煅烧工艺 [3-6] ,用流化床反应器来代替传统水泥生产中的回转窑和立窑煅烧设备,从而达到降低能耗、提高质量和减小
污染的目的,具体表现如下所述:
  ①CO2排放量降低10%~25%,NOx排放量减少40%以上
  流化床水泥窑系统为1300~1400℃的无焰燃烧,而回转窑系统为1800~2000℃的火焰燃烧。表面散热低、冷却机无余风排出。热耗降低,燃烧形成的CO2相应减少。烧成温度低,流
化床水泥窑系统的NOx排放量显著减少,约为200~240ppm,比现有预分解窑系统减少约40%。
  ②能源利用率高,热耗下降10%~25% 
  目前,2500t/d新型干法回转窑的熟料热耗为3000~3700kJ/kg.cl,5000t/d新型干法回转窑为2800~3300 kJ/kg.cl,而流化床水泥窑单位熟料的燃料热耗为2289.6kJ/kg.cl,熟料
能耗最低。如表8所示,流化床水泥窑的烧成效率为70.39%,一般来说2500t/d新型干法回转窑烧成效率为40%~50%,5000t/d新型干法回转窑为48%~55%,因而流化床窑能源利用效率更高。
  用流化床水泥窑烧成的熟料粒度小而均匀,约2mm左右,这样在流化床淬冷器和移动床冷却器中的热交换很好,热效率可达80%以上,比现在的篦式冷却机提高了10%以上。另外,与
回转窑系统相比,散热表面积及表面温度也减小,如表9所示表面散热耗比仅占6.38%,与表中所列厂家表面散热能耗相比最低,这两种因素使热耗下降10%~25%。
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  ③煤种的选择有很大的灵活性
  回转窑由于其热交换靠热辐射,要求火焰温度达1800-2000℃,然而由于流化床的传热是接触传热,流化床的温度达到1400℃时对于烧成反应的发生来说已经足够。另外,回转窑不
宜采用低热值的劣质煤和高碳低挥发分煤,这类煤会降低火焰温度或者延迟燃烧,但在流化床水泥窑系统中,流化床的良好燃烧和传热性决定了它不但可以使用优质煤,更可以使用劣质煤,劣质煤也能保持良好的燃烧状况,因此煤种的选择余地很大。
  ④生产各种水泥的转换性好
利用流化床的燃烧特点,造粒和烧结温度能被精确控制,因此转换生产各种水泥比较容易,而且系统的优良特性保证生产出的特种水泥质量好,成本低。
  ⑤建设成本、运转成本和维护成本低
与回转窑比,流化床水泥窑系统的设备占用土地面积减少70%,建厂投资减少10%-30%。由于没有像回转窑和篦式冷却机那样的活动部件,流化床水泥窑系统的机械设备和耐火材料
的使用寿命增长,在热耗降低的同时,运转和维修成本也下降。
参考文献
[1] 张运科 特约记者 槐业进. 日产千吨流化床水泥窑落户淄博[N]. 中国建材报,2005-07-25001.
[2]山东淄博第一条流态化水泥工艺线再次试产[J]. 建材发展导向,2012,04:74.
[3]李晓光. 煅烧水泥熟料用大颗粒流化床的动力学特性研究[D].西安建筑科技大学,2006.
[4]范海宏,徐德龙,肖国先,李晓光,邓军平. 大颗粒流态化水泥熟料煅烧试验研究[J]. 水泥工程,2003,06:25-27+31.
[5]范海宏,徐德龙,肖国先,李晓光,邓军平. 利用流化床煅烧水泥熟料的试验研究[J]. 新世纪水泥导报,2004,01:37-39+5.
[6]段然. 大颗粒流化床水泥熟料煅烧工艺热模试验研究[D].西安建筑科技大学,2008.
 
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来源:中国水泥技术网
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