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(yīng)用
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(yàn),并在三條新型干法熟料生產(chǎn)線驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)了磨機(jī)提產(chǎn)7%、降低生料粉磨電耗3.7%左右,同時(shí)噸熟料燒成降煤耗5kg~8kg, 提高熟料3d和28d抗壓強(qiáng)度1MPa~3MPa;另外,降低窯尾廢氣中SO2的排放總量,經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 明顯。
關(guān)鍵詞:高分子;多功能;生料催化劑;新型干法;節(jié)能減排;應(yīng)用
0 引言
隨著國(guó)家《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、工信部《工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃(2016-2020)》以及于2018年實(shí)施排污稅等系列政策法規(guī)的實(shí)施,對(duì)NOx、SO2排放和煤電消耗的考核限值將更加嚴(yán)格,更高的節(jié)能減排要求也直接關(guān)乎到水泥企業(yè)的生存。因此,加大技術(shù)創(chuàng)新、引進(jìn)新技術(shù)是水泥企業(yè)實(shí)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(jiǎn)稱生料催化劑、催化劑),是一種適用于水泥熟料生產(chǎn)的高分子液體材料,可多功能高效促進(jìn)節(jié)能減排。
1 實(shí)驗(yàn)室小磨試驗(yàn)過程
1.1 原材料及設(shè)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(chǎng)。實(shí)驗(yàn)原料化學(xué)成分分析見表1。
表1 原料化學(xué)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 |
(2)試驗(yàn)設(shè)備。實(shí)驗(yàn)小磨規(guī)格φ500mm×500mm(標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)小磨),小磨鋼球級(jí)配為標(biāo)準(zhǔn)配置。
1.2 試驗(yàn)過程
原料按濕基配比石灰石86%、煤矸石6%、砂巖5%、鐵渣3%,進(jìn)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(shí)開始裝磨粉磨,細(xì)度要求0.08mm篩余<20%。參照《JCT 735-2005水泥生料易燒性試驗(yàn)方法》,檢測(cè)600℃、700℃、800℃和950℃不同溫度下的燒失量。結(jié)果見表2、表3。
表2 不同催化劑摻量與生料細(xì)度、燒失量的關(guān)系 | |||||||||
生料催化劑 |
比表面積 /(m2/kg) | 細(xì)度 | 燒失量/LOI | ||||||
序號(hào) |
型號(hào) | 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(duì)生料易燒性的影響 | |||||||||||||
編號(hào) | 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(jié)
根據(jù)表2、表3可看出:
?。?)添加生料催化劑0.08mm細(xì)度下降2%~4.4%,0.2m m細(xì)度下降0.3%~0.8%,比表面積增加10m2/kg~24.7m2/kg,助磨效果明顯;
(2)添加生料催化劑600℃~800℃時(shí)燒失量比空白均有增加,950℃燒失量與空白相當(dāng),說明催化劑有在低溫下催化促進(jìn)碳酸鈣分解的作用;
(3)添加0.1%生料催化劑與空白對(duì)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(duì)比,SO3增加0.13%,催化劑有促進(jìn)和吸收SO2形成硫酸鹽,具有固硫的作用。
2 工業(yè)性實(shí)驗(yàn)
2.1 使用方法
三家工廠實(shí)驗(yàn)均為新型干法5000t/d生產(chǎn)線;磨機(jī)均為立磨;安徽PJ工廠為中控自動(dòng)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(zhì)量變化。實(shí)驗(yàn)過程分三個(gè)階段進(jìn)行,第一為空白實(shí)驗(yàn)階段(實(shí)驗(yàn)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(duì)比實(shí)驗(yàn)階段(4d~5d);另部分試驗(yàn)收集了后空白數(shù)據(jù)對(duì)比。
2.2 數(shù)據(jù)采集
在工業(yè)實(shí)驗(yàn)過程中,重點(diǎn)采集下列數(shù)據(jù):入磨石灰石CaCO3,原料水分,生料細(xì)度,生料磨臺(tái)時(shí)產(chǎn)量,生料噸電耗,煤粉細(xì)度,燒成帶溫度,窯臺(tái)時(shí)產(chǎn)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(yàn)數(shù)據(jù)。煙氣排放數(shù)據(jù)為在線監(jiān)控?cái)?shù)據(jù);所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以廠家實(shí)驗(yàn)報(bào)告為憑據(jù)。
2.3 工業(yè)性實(shí)驗(yàn)過程
(1)淮北XS水泥的工業(yè)性試驗(yàn)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(yàn)室原始數(shù)據(jù)。(2)山東棗莊SF水泥公司實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)見表7。磨機(jī)平均臺(tái)時(shí)產(chǎn)量45 8t/h,對(duì)比增加30t/h,增幅7.0%;連續(xù)開磨的電耗21.86kW h/t生料,對(duì)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) | |||||||
日期 | 生料產(chǎn)量 /(t/h) | 生料電耗 /kWh | 窯產(chǎn)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(duì)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(shí)際下 |
表5 淮北XS水泥公司質(zhì)量變化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) | |||||||||
日期 | 生料細(xì)度/% | 入窯生料 | 煤粉細(xì)度/% | 煤粉熱值kJ/kg(kcal/kg) | 熟料fCaO | 熟料強(qiáng)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(duì)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) | ||||
磨機(jī)及狀態(tài) | 09.17.~20.空 白階段平均值 /(mg/Nm3) | 09.23.~26.對(duì) 比階段平均值 /(mg/Nm3) |
降低相對(duì)值 /(mg/Nm3) |
降低相對(duì)值/% |
1號(hào)開磨 | 77 | 40 | 37 | 48.0 |
1號(hào)停磨 | 357 | 228 | 129 | 36.1 |
2號(hào)開磨 | 90 | 31 | 59 | 65.2 |
2號(hào)停磨 | 428 | 205 | 223 | 52.5 |
表7 山東棗莊SF水泥公司生料系統(tǒng)對(duì)比效果表 | |||||
日期 |
生料磨產(chǎn)量 /(t/h) | 篩余細(xì)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(duì)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(hào)線生料系統(tǒng)使用效果表 | ||||||
日期 | 生料磨產(chǎn)量 /(t/h) | 生料段用電量 /kWh |
生料細(xì)度 /% |
分解率 /% |
主機(jī)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(shí)驗(yàn)與空白對(duì)比 |
+17 |
-0.71 |
-2.1 |
-0.4 |
+2.17 |
-2.3 |
?。?)安徽和縣PJ水泥公司實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)見表8。
使用生料催化劑,1號(hào)生料磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)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(hào)熟料生產(chǎn)線入窯煤耗與空白對(duì)比降低標(biāo)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(hào)窯試驗(yàn)煤耗變化情況表 | |||||||
項(xiàng) 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(yàn) | 397.0 | 679.5 | 11.6 | 16.8 | 24 198.02(5 789) | 23.09 | 28.09 |
實(shí)驗(yàn)與前空白對(duì)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(shí)驗(yàn)與后空白對(duì)比 | -1.9 | -62 | -0.9 | -1.7 | +217.36(+52) | -0.33 | +0.30 |
折噸熟料標(biāo)煤耗平均值 /(kg/t) |
6.2 |
3 結(jié) 論
(1)該生料催化劑起到降低生料細(xì)度,較好的實(shí)驗(yàn)提高磨機(jī)產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)熟料燒成煤耗5kg/t~8kg/t,提高生料3d和28d抗壓強(qiáng)度1MPa~3MPa。
?。?)降低窯尾廢氣中SO2的排放總量,較佳的停磨時(shí)實(shí)驗(yàn)效果降低200mg/Nm3以上,相對(duì)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(chǎn)量、質(zhì)量,熟料強(qiáng)度,同時(shí)降低煤耗、電耗;且尾氣中SO2含量均有明顯改善,經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯。
致謝:本應(yīng)用項(xiàng)目開發(fā)由湖南昌迪環(huán)境科技公司主導(dǎo),期間武漢理工大學(xué)趙青林團(tuán)隊(duì)擔(dān)當(dāng)熱工標(biāo)定、氣相檢測(cè)、工程方案設(shè)計(jì)和效果評(píng)價(jià),南京工業(yè)大學(xué)李偉峰博士團(tuán)隊(duì)擔(dān)當(dāng)催化劑材料的評(píng)價(jià)、機(jī)理設(shè)計(jì),南京理工大學(xué)錢華博士團(tuán)隊(duì)擔(dān)當(dāng)催化劑相關(guān)安全使用評(píng)價(jià);在近6個(gè)月的工業(yè)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)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(xiàng)目節(jié)能減排效果驗(yàn)證做出的貢獻(xiàn),一并表示感謝。
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編輯:俞垚伊
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