熟料高效催化剂在2500t/d生产线上的工业试验

  随着2013版《水泥工业大气污染物排放标准》的重锤落地，NOx的排放限值更加苛刻，环保的压力将直接导致制造成本增加。因此，加大技术创新、引进新技术是水泥行业环保和降低成本的唯一出路。本文介绍熟料高效催化剂在2500t/d生产线上的试验情况。

  1 作用机理

  此熟料高效催化剂是武汉理工大学硅酸盐材料工程重点实验室开发的一种无毒无害的粉粒状无机材料，其基本组成是由多种矿物废渣（如铜渣等）掺和一定比例的稀土贫矿（下脚料）复合而成，利用母体晶种技术来改善生料的易烧性。其主要作用机理如下：

  1）降低反应物质间质点键能，提高其化学反应活性；

  2）促进液相提前出现，增加液相量，降低液相黏度，降低烧成共熔温度；

  3）促进硅酸盐矿物微晶的形成，晶格缺陷导致活化能力提高。

  由于稀土贫矿的岩性和黏土类矿物接近，铜渣的化学成分和赤铁矿（铁粉）的成分接近，故催化剂的加入对生料配料基本没有影响。但铜渣中的铁元素主要以Fe2+ 的形式存在，同时还含有部分CuO及其他微量元素；稀土贫矿中主要含有Ce、Y、La、Nd、Pr和Sc等元素。铜渣和稀土贫矿的化学成分见表1和表2。

表1 铜渣的化学成分  %

表2 稀土贫矿的化学成分  %

  2 试验应用

  乌兰察布中联水泥有限公司2500t/d生产线采用黏土、石灰石、硅砂、铁粉和粉煤灰五组分配料。2014年1月开始在生料配料中掺入熟料催化剂进行工业试验。

  1）催化剂的掺入。熟料催化剂为粉体，掺入方法比较简单。在石灰石和黏土原料库的中间支一个30t的钢板小仓，催化剂由TO160型斗式提升机（有效提升高度8.5m）喂入小仓，然后按外掺0.5%的比例经调速定量给料机计量后与其他原料共同入磨粉磨成生料，入窑煅烧。 在配料过程中，根据生料立磨的台时产量连锁自动调节流量。

  2）窑况及问题。从窑头看火孔观察：黑火头较短，燃烧速率快，火焰明亮，无飞砂；从操作参数来看：分解炉温度895℃，熟料结粒好，升重1250g/L。但试验一周后出现频繁掉窑皮现象。从窑筒体扫描来看：窑皮不均匀，29～31m处窑皮偏厚。由于窑皮结掉频繁，熟料fCaO含量出现不合格，平均在2.5%左右。

  3）原因及措施。根据上述现象，技术人员初步判断是由于催化剂的使用，生料的易烧性变好，液相出现早，窑内长浮窑皮所致。因此，我们将燃烧器退出窑口10mm，并调节三次风闸板，开度关小5%，强化窑内通风。同时，调整分解炉用煤量，控制分解炉温度在860～870℃左右，操作上尽可能实现“薄料快转”。在配料上，提高硅酸盐矿物含量。调整前后配料及工艺控制参数见表3。

表3 配料及工艺控制参数

  3 试验效果

  经过上述调整，窑况逐渐好转，窑内不再长浮窑皮，生产运行稳定，质量合格。熟料结粒均齐致密，色泽好，无黄心料。使用催化剂前后熟料质量指标见表4，能耗技术指标见表5。

表4 熟料质量指标

从表5可以看出，试验前后，窑台时产量同比提高5t/h，熟料标准煤耗同比下降3.5kg/t，熟料综合电耗同比下降2.1kWh/t。初步估算，该生产线三项综合每年可节约资金589万元，节能及经济效益显著。

表5 熟料能耗技术指标