煤矸石代粘土质原料在预分解窑上的应用

　　前言

　　煤矸石是采煤和洗煤过程中所排出的固体废弃物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低，比煤坚硬的黑灰色岩石，具有低发热量，一般为3000×4.18kj/kg左右，其主要化学成分为SiO₂：50％～60％，Al₂O₃：15％～25％，与粘土的化学成分相似。某预分解窑厂针对煤矸石的这种特性，利用煤矸石和粘土质原料的化学成分相近并能释放一定的热量的特性，用其代替粘土质原料和部分燃料在预分解窑上生产水泥熟料。下面着重就利用煤矸石代替粘土质原料在预分解窑上煅烧水泥熟料的实践体会进行分析总结。

　　1、用煤矸石代粘土配料试烧水泥熟料

　　煤矸石配料比粘土配料的生料活化能降低了许多，可提高生料的预烧温度，且煤矸石中的可燃物也有利于硅酸盐等矿物的熔解和形成，此外煤矸石配的生料表面能高，硅铝等酸性氧化物易于吸收氧化钙，可加速硅酸钙等矿物的形成。基于合理利用资源、节能降耗的目的，某1000t/d预分解窑厂对煤矸石代粘土试烧水泥熟料进行了尝试。

　　1.1对煤矸石的预均化处理

　　煤矸石成分波动，可能会引起生料成分波动，影响烧成熟料的质量；发热量的波动既影响成分，又影响操作。为此，对煤矸石进行了预均化处理,首先对煤矸石堆放点质量情况分布的调查，反复进行化学分析、堆放时间等综合分析。其次将进厂煤矸石，一层层的平铺堆高初步混合，配料使用时竖取，经破碎机破碎，皮带运输机、提升机送入预均化库，使煤矸石充分混合，经多点下料，皮带机输送入煤矸石配料库，待配料使用，此时煤矸石化学成分已达到相对稳定。煤矸石均化前后其SiO₂波动情况见表1。

　　表1   均化前后煤矸石SiO₂波动情况

　　1.2重视发热量的影响

　　煤矸石既是燃料又是原料，因为煤矸石有一定的发热量，在分解炉及窑内燃烧可以起到提高生料温度加强预烧的作用。如果燃烧不完全，产生还原气氛，反而对煅烧起不良影响。为此，要求在不过分降低烧成温度和拉长火焰的情况下，适当加大风量，提高空气过剩系数，以保证入窑生料中的可燃物尽量发挥作用。

　　1.3防止煤矸石锻烧中的结皮

　　该公司采用煤矸石代粘土配料在预分解窑上进行了试烧，通过试烧，预热器有经常结皮堵塞的现象，窑内结圈、结球厉害，生产不能正常进行，致使产质量大幅下滑，经过认真总结分析，决定从以下方面着手进行解决。

　　（1）为尽可能地避免预热器结皮堵塞，适当降低C1出口温度为300℃，降低分解炉出口温度为840－850℃，降低入窑物料分解率为80％～85％，降低窑尾烟室温度为950－1000℃。经过摸索确定分解炉用煤占窑炉总用煤量的60.5%比较适宜。

　　（2）关于窑速的控制，窑速要提起来，要根据窑投料量和窑内煅烧状况及时调整窑速，避免厚料层操作，采用薄料快转的煅烧方法进行水泥熟料的煅烧，从而尽可能地避免结圈、结球，窑速由3.6rpm提高到3.9rpm。

　　（3）严格控制进厂原煤的质量均齐稳定，加强原煤的预均化措施，要根据原煤的热值和灰分产率及时调整生料质量控制标准，保证配料方案中有尽可能多的C₃S含量和适量的f-CaO含量，将熟料f-CaO控制目标放宽到一定尺度，即1.0≤f-CaO≤2.5，经试验证明这样不会影响熟料的安定性，控制熟料中适量的f-CaO含量可以避免因追求较低的f-CaO含量而过分提高窑内温度，减少配煤过剩的可能，从而避免大量煤灰不均匀掺入熟料中造成窑内结圈等不正常工况。

　　（4）为了避免有害成分的循环富集，减轻预热器和窑系统结皮、结圈的可能，将含高碱、高硫、高氯的窑尾收尘回灰，作为混合材掺入水泥中，而不掺入原料或生料中，对缓解窑内结圈等将发挥重要作用，作为回转窑的窑灰也是水泥混合材的一种，其性能介于活性混合材与非活性混合材之间，是可以用作水泥混合材的，但掺量不宜过大，一般控制在5%左右，采用煤矸石配料在1000t/d预分解窑上煅烧水泥熟料的相关控制参数见表2。

　　表2煤矸石配料相关控制参数及熟料煤耗和强度

　　2、煤矸石配料的效果

　　（1）由于煤矸石具有助磨作用，故能改善生料易磨性，提高生料产量，降低生料磨电耗。该厂生料磨为CRM2650立式磨，主电机功率900kw，采用煤矸石配料前生料产量为100t/h，采用煤矸石配料后产量提高到120t/h，一吨生料可节约1.5度电，立磨运行时间一天按20小时，一月按25天计算，一个月可节约90000度电。

　　（2）能改善生料的易烧性，由于煤矸石含砂量比粘土或页岩的含砂量少，难烧的结晶二氧化硅少，生料的易烧性好，烧成反应速度快。其次，煤矸石中含有部分活性碳，燃烧时，从内部加热使其矿物中的硅和铝迅速加热活化。

　　（3）由于煤矸石具有一定的发热量，故采用煤矸石配料生产水泥熟料，降低了水泥煤耗和生产成本。未采用煤矸石配料前熟料标煤耗为110kg/t，采用煤矸石配料后熟料标煤耗为97kg/t，熟料实际产量为1200t/d，一月按25天计算，一个月可节约390t标煤。

　　（4）减少环境污染。

　　3、结束语

　　通过在1000t/d预分解窑上利用煤矸石代替粘土质原料进行生料配料，煅烧水泥熟料的实践说明，只要方法得当、措施得力，是切实可行的。采用煤矸石代粘土配料，经测算年消耗煤矸石50000吨左右，其热值按3000kj/kg计算，年可节标煤5000吨左右。不仅可以改善生态环境，符合社会可持续发展原则，而且具有广阔的市场应用前景与实际意义。