1、利用電石渣生產水泥的反思與展望作者:崔冬梅肖其中周宏建單位:合肥水泥研究設計院摘要:利用電石渣制水泥通常采用“干磨干燒”或“濕磨干燒”工藝,本文通過對兩種工藝過程的對比分析,指出各自優缺點,作出評價;并對利用電石渣制水泥的工藝選擇,提出一些個人看法與建議。1 電石渣的特性與水泥生產概況電石渣是電石法PVC的生產過程中,電石水解后產生的廢渣。電石渣的主要成分是Ca(OH2,其化學成分CaO含量高達70%。從乙炔發生器中排出的電石渣水分高達90%以上,經沉降池濃縮后,水分仍有7580%,正常流動時的水分在50%以上。電石渣容易造成環境污染,且難以治理,嚴重制約了電石法PVC工業的發展。電石渣成分均

2、勻,含鈣量高,是優質的水泥原料,用來代替石灰石生產水泥是用量最大、利用也最為徹底的方法,解決了化工生產廠家的后顧之憂。利用電石渣生產水泥通常采用“濕磨干燒”或預烘干“干磨干燒”工藝:山東淄博(1200t/d采用“干磨干燒”工藝,在2005年成功運行1年后停產至今,四川德陽(1500t/d、四川樂山(2500t/d這2條生產線也采用“干磨干燒”工藝,并于2008年建成投產,但由于電石渣供應問題沒有解決,電石渣的摻入量尚末達到設計要求;此外尚有多條采用“濕磨干燒”工藝的水泥生產線?；どa廠家通過調整工藝,可以使得新出廠電石渣中Cl-含量達到“干磨干燒”或“濕磨干燒”工藝的要求;而歷年積累的電石渣

3、大都存在Cl-超標的問題,只能通過少摻或采用濕法、立窯、中空窯煅燒工藝加以解決,不在本文討論之列。2008年,國家發展改革委辦公廳印發關于鼓勵利用電石渣生產水泥有關問題的通知,以下簡稱通知。通知規定新建電石渣水泥生產線裝置必須采用新型干法水泥生產工藝;現有電石渣水泥生產線可以采用“濕磨干燒”生產工藝進行改造1。這個規定有些不妥。2 “干磨干燒”與“濕磨干燒”兩種工藝過程的對比分析(1 從原料水分的去除來看,機械脫水無疑是最經濟的方式,所以不管是“濕磨干燒”還是“干磨干燒”,都先采用壓濾機對原料進行脫水。“濕磨干燒”是將生料漿進行壓濾后送入破碎烘干機;“干磨干燒”則是先將電石渣漿壓濾后再進行預烘

4、干。由于電石渣顆粒微細,分散度很高,具有多孔狀結構,保水性極強,單獨脫水的脫水率很低。采用廂式壓濾機脫水后,電石渣濾餅水分在35%左右。而壓濾生料漿時,由于其它易脫水原料的摻入,其保水性下降,生料濾餅的水分可降至27%。以電石渣干基配比60%、其它原料平均含水率5%計算,“干磨干燒”工藝每噸干基生料帶入水為0.635(100-35+0.45(100-5=0.344噸,帶入水分的99%在預烘干和生料粉磨兩個階段內蒸發;“濕磨干燒”則為27(100-27=0.370噸,主要在破碎烘干機內蒸發。由此可見在后續工序利用熱能脫水時,“濕磨干燒”比“干磨干燒”多出0.026噸水。利用熱能脫水往往是迫不得已

5、才采用的方式,在這一點上,“干磨干燒”略占優勢,“濕磨干燒”最為人所詬病的就是除電石渣外的原料要先加水再脫水,其結果是蒸發水量僅僅多出7%。(2 預烘干“干磨干燒”工藝選用回轉式烘干機對壓濾過的電石渣濾餅進行預烘干,使其水分由35%降至10%左右,這部分烘干熱耗達1000kJ/kg-cl,加上燒成熱耗3100kJ/kg-cl,合計熟料熱耗高達4100kJ/kg-cl,與“濕磨干燒”工藝相當,節煤效果并不顯著。另外還有一個現象:電石渣濾餅在回轉式烘干機內翻滾后,逐漸密實并形成球狀,獲得一定的強度,需要重新破碎,同“濕磨干燒”先加水再脫水一樣,有違反工藝路線之嫌。(3 電石渣成分均勻,只須烘干便可

6、成為優質的水泥鈣質原料,現預烘干“干磨干燒”工藝采用立磨對配合料進行最終的烘干兼粉磨,生料產量為75t/h時,立磨本身裝機功率為575kW,加上立磨風機900kW,主機功率達1475kW。而在原料中需要粉磨的硅鋁質、鐵質及其它鈣質原料僅占40%,即在30t/h左右,若選用球磨機對這部分物料進行粉磨,則只須選用一臺2.410m中卸烘干磨便完全可以滿足要求,其主機功率僅為570kW。兩種方案主機功率差別竟達905kW,產量為45t/h,初水分為10%的粉料的烘干、混合要占用905kW的裝機功率,可見采用立磨粉磨以電石渣為主的原料并不節電。隨著煤化工行業科學技術的不斷進步,電石渣干排技術日益成熟,這

7、為新型干法生產水泥提供了捷徑,利用立磨粉磨電石渣生料浪費電能的缺陷將更為突出。“濕磨干燒”采用破碎烘干機對壓濾過的生料濾餅進行烘干、破碎,在獲得相同生料的情況下,它的主機裝機功率為450kW,加上濕法開流磨750kW,合計為1200kW,低于“干磨干燒”。(“濕磨干燒”要多用四臺壓濾機,主機功率為45.5kW;“干磨干燒”則需另加兩臺烘干機,主機功率為2110kW,均末計入。在電耗方面,“濕磨干燒”有優勢。3 對“干磨干燒”與“濕磨干燒”兩種工藝的評價(1 通過上述對比可以發現:在電石渣摻量較大時,“濕磨干燒”工藝的電耗、投資指標均優于“干磨干燒”;其蒸發水量高于“干磨干燒”7%,熱耗卻不相上

8、下,此中原因出在電石渣預烘干環節。從能量守恒的角度來看:水分蒸發的過程就是吸熱的過程,降低熱耗的途徑有兩個,一是降低物料水分,二是提高熱交換效率。機械脫水是最經濟的方式,它的能力要盡力發揮,在它的能力達到極限之后,就只能在提高熱交換效率上多做工作了。回轉式烘干機在烘干電石渣濾餅時,其效率顯然沒有在懸浮狀態下效率高?；剞D式烘干機與破碎烘干機熱效率的差異,在熱耗上得到了極好的體現。在傳統水泥生產中,對于大宗濕物料,20年前水泥界就有共識:當原料水分超過10%或粘性過大時,均應排除干法工藝,否則物料烘干熱耗將超過干法生產所能節省的熱耗。這個10%即是生料磨所能烘干原料的水分極限,現在普遍采用立式磨,

9、這個數據可提高至12-14%。例如:我國兩個設計院在對峨眉水泥廠擴建年產70萬噸新生產線的可行性研究中,就曾用全干法烘干工藝與“濕磨干燒”工藝進行對比,在分析中發現:全干法生產每年在熟料燒成熱耗上雖比“濕磨干燒”節約標煤7052t,但原料的烘干熱耗增加標煤9619t,水泥綜合電耗又增加標煤2580t,使其綜合能耗高于“濕磨干燒”方案5147t標煤,再加之干法投資高于“濕磨干燒”,其最優方案應選擇“濕磨干燒”2可見,僅因“濕磨干燒”熟料燒成熱耗指標高于全干法,就認為“濕磨干燒屬于中間技術,不宜于廣泛采用”是不科學的。我們尋求的應該是項目的整體效益。“濕磨干燒”的缺點在于:因為驅動功率較大,在流程

10、上可視作某級預熱器的破碎烘干機必須置于地面,一旦發生積料,必須停窯處理。隨著科技的進步,破碎烘干機日趨可靠。如果采用回轉式烘干機烘干大宗濕物料,片面追求可靠性,片面追求新型干法,則是工藝的倒退,實非明智之舉。(2 當電石渣濾餅摻入量較小,使得入磨原料綜合水分控制在12-14%以下,舍棄回轉式烘干機,利用立磨能夠一步完成烘干兼粉磨時,新型干法的優勢就很明顯了,此時采用新型干法是合適的。若采用干排電石渣,盡管此項技術仍在逐步完善之中,則不論電石渣摻量多少,在現有技術條件下,新型干法幾乎是唯一的選擇。4 是否有必要追求用電石渣100%替代石灰石?(1 電石渣中的Ca(OH2在平衡分解壓力為760mm

11、Hg下的分解溫度為575,分解吸熱1160kJ/kg;而石灰石中的CaCO3的分解溫度為894,分解吸熱1660kJ/kg。利用電石渣生產水泥,在電石渣摻入量較大時,其燒成熱耗應遠低于傳統熟料,但在實際生產時,節能指標并末達到期望值,主要原因在于電石渣與石灰石化學成份的差異。在電石法PVC的生產過程中,用來生產電石的原料是石灰石和焦碳,品位均很高;鈣質在電石水解得到乙炔氣的過程中只是作為載體出現,其本身并沒有消耗,引入的雜質也極其有限。電石水解的主反應式為:CaC2(電石+2H2OC2H2(乙炔氣+Ca(OH2(電石渣。不僅如此,在電石爐內溫度高達2000和還原氣氛的條件下,原料中的MgO被還

12、原成單質,同K2O、Na2O一道氣化后逃逸,其它微量元素則與鈣質結合3。在電石和水反應的同時,電石中雜質也參與反應生成Ca(OH2和其它氣體,其副反應式為:CaO+ H2O Ca(OH2CaS+ 2H2O Ca(OH2 +H2SCa3N2+ 6H2O 3Ca(OH2 +2NH3Ca3P2+6H2O 3Ca(OH2 +2PH3Ca2Si+4H2O 2Ca(OH2 + SiH4Ca3As2+ 6H2O 3Ca(OH2 + 2AsH3以上原因造成電石渣中微量元素特別是MgO的缺失,使得熟料礦物特別是C3S要在更高溫度下才能大量形成,燒成帶溫度要控制在1450以上,增加了熟料燒成熱耗。(2 PVC生產

13、與水泥生產的差異決定二者不能始終同步運行,通過對業主的接觸,發現他們大都希望在電石渣充足時,能最大限度地摻入電石渣,在化工廠停產檢修時,也能用石灰石維持生產。綜上所述,筆者認為比較理想的情況是:電石渣替代石灰石能保持在60%80%左右,其余使用低品位礦石,用以補充對水泥生產有利的微量元素。這樣在熱耗和運轉率上都是比較理想的,片面追求100%替代石灰石并不能達到最佳效益。5 “干磨濕燒”工藝簡述通過對兩種工藝過程的對比分析,筆者提出一種利用電石渣煅燒水泥熟料的新思路,簡而言之,就是“干磨濕燒”?！案赡駸钡闹饕攸c是:單獨粉磨、濾餅直接入分解爐。4(1 除電石渣外的輔助原料經配料后單獨粉磨,并

14、可根據原料條件決定是否采用均化措施。(2 針對電石渣濾餅特性,設計新型分解爐。電石渣漿經壓濾后,濾餅直接送入分解爐,一步完成烘干、分解;磨細輔助原料經配料后從C2筒上升管道喂入,經預熱后由C3筒收集并喂入分解管道,在分解管道與預熱器C4筒內完成與電石渣的混合,經C4筒收集后入窯煅燒成水泥熟料。新生態的CaO有更快的反應速率,而在使用回轉式烘干機烘干物料時,不僅熱效率低,且物料有升溫、冷卻、入窯再升溫的過程,因此電石渣直接入分解爐,可以減少無謂的熱量損耗。如果要求電石渣在爐內完成烘干、分解的過程,勢必要提高爐內溫度,分解爐出口溫度也會隨之提高,如果沒有物料降溫,預熱器出口廢氣溫度將會很高,這就是不能將混合料直接送入分解爐的原因。6 結束語(1 在現有技術條件下,對于濕排電石渣,當電石渣摻入量大時,采用“濕磨干燒”工藝是合適的;當電石渣摻入量小,立磨能夠完成烘干兼粉磨時,采用新型干法是合適的。(2 對于