CN103086622B

CN103086622B - 一种秸秆替代部分燃煤生产水泥熟料的工艺

Info

Publication number: CN103086622B
Application number: CN201210536352.XA
Authority: CN
Inventors: 唐勇; 王邦万; 张继堂; 江远清; 刘德强
Original assignee: Sichuan Lisen Building Material Group Co Ltd
Current assignee: Sichuan Lisen Building Material Group Co Ltd
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2032-12-13
Also published as: CN103086622A

Abstract

本发明公开了一种水泥生产工艺，尤其是一种秸秆替代部分燃煤生产水泥熟料的工艺，属于水泥生产技术领域；秸秆经机械破碎处理后通过预分解窑投放口投放，替代部分燃煤生产水泥熟料；燃煤和秸秆混合燃烧后的烟气，一部分通过新型干法水泥窑熟料生产工艺路线处理和排放；另一部分通过预分解窑和回转窑之间的烟室上设置的旁路放风管道放风，经冷却和除尘后排放；本发明一方面能够充分利用丰富的秸秆资源，提高秸秆利用率，节约宝贵的煤炭资源，另一方面又要克服秸秆作为部分燃料，其氯碱化合物反应生成硫酸钾、硫酸钠、氯化钾等物质给水泥生产系统带来的不利影响。

Description

一种秸秆替代部分燃煤生产水泥熟料的工艺

技术领域

本发明涉及一种水泥生产工艺，尤其是一种秸秆替代部分燃煤生产水泥熟料的工艺，属于水泥生产技术领域。

背景技术

水泥是建筑行业中使用量最大、范围最广的一种无机非金属材料。水泥窑生产水泥，需要大量的能源，水泥工业主要是以煤作为燃料，不仅如此，煤的粉磨工艺中还需要消耗大量的电能。由于新型干法窑外分解窑水泥生产本身的特性，使得新型干法窑外分解窑也适合使用部分替代燃煤来生产水泥熟料。

秸秆是农作物通过采摘脱粒后留下来的茎叶，其来源和种类非常广泛，包括、小麦、稻子、油菜、玉米、棉花等等，我国每年的秸秆产量高达6-7亿吨左右。农作物秸秆从农家的财富变成需要处理的“废物”，相继出现了田间焚烧，污染环境，威胁飞机降落，影响车辆行驶等问题。秸秆的主要成分元素为C、H、O，焚烧后主要含有硅、钙、铁、铝、磷等元素，其主要化学形态有SiO₂，Al₂O₃，Fe₂O₃，CaO，MgO，这些物质都是水泥原料的主要组成成分，其成分接近水泥的硅铝质原料粘土，因此用水泥窑焚烧后秸秆的灰分，可以作为水泥生产的一部分原料，这些物质在水泥窑中和水泥中其他原料石灰石、粘土一起可以烧成硅酸盐水泥熟料主要成分硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸钙、铁相固熔体、玻璃体。

秸秆的燃烧特性和煤的最大不同，在于秸秆中的挥发分比煤样高出很多，导致其容易燃烧，平均燃烧速度快，燃尽温度和燃尽时间也低于燃煤，但秸秆中的挥发份K₂O、Na₂O、Cl^-比煤样高出很多，这些氯碱成分容易在水泥的窑系统形成硫酸钾、硫酸钠、氯化钾等成分，这些组分一部分融进水泥熟料，另外一部分随着废气挥发，当其随着废气流经预热器、烟室等温度低的部位时，受到冷却作用重新形成固体回到旋转窑，在旋转窑窑内再次挥发为气体，这样在水泥旋转窑和预热器之间形成氯碱化合物内循环，当其浓度达到一定时就会熔融在生料的表面上，并在预热器和旋转窑内形成结皮堵塞，影响水泥生产。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，在新型干法窑外分解窑，提供一种秸秆替代部分燃煤生产水泥熟料的工艺，一方面能够充分利用丰富的秸秆资源，提高秸秆利用率，节约宝贵的煤炭资源，另一方面又要克服秸秆作为部分燃料，其氯碱化合物反应生成硫酸钾、硫酸钠、氯化钾等物质给水泥生产系统带来的不利影响。

本发明采用的技术方案如下：

一种秸秆替代部分燃煤生产水泥熟料的工艺，包括新型干法水泥窑熟料生产工艺，秸秆经机械破碎处理后通过预分解窑投放口投放，替代部分燃煤生产水泥熟料；燃煤和秸秆混合燃烧后的烟气，一部分通过新型干法水泥窑熟料生产工艺路线处理和排放；另一部分通过预分解窑和回转窑之间的烟室上设置的旁路放风管道放风，经冷却和除尘后排放。

所述秸秆含水率小于40%，经机械破碎处理后的长度为30mm-100mm。

进一步的，所述秸秆含水率小于25%。

所述秸秆替代的燃煤量为总燃煤量的10%-20%，秸秆与替代的燃煤质量比为2-3.5:1。

所述旁路放风管道放风比例为1.5%-2.5%。

所述旁路放风管道放风的烟气温度大于1000℃，采用风机鼓入室温风进行冷却。

所述旁路放风管道放风的烟气经过两级冷却，第一次冷却后温度为400-450℃，第二次冷却后温度为200-250℃。

所述旁路放风管道放风的烟气经除尘得到的窑灰，作为水泥混合材生产水泥。

新型干法窑水泥生产的主要原料是石灰石、页岩、和硫酸渣，这三类原料经过破碎和均化后进入生料磨，在生料磨中经过粉磨工序后进入生料库暂存，在生料库中还进一步均化，然后通过提升机从预热器上方下料，生料经过多级预热器和预分解窑，和从水泥旋转窑出来的废气进行换热，经换热后，生料从常温上升到1000度，废气从1400度下降到300度左右。生料在分解窑经过预分解后进入水泥旋转窑窑尾煅烧，最后成为熟料从水泥窑头排出。水泥生产的燃料主要是燃煤，燃煤通过均化粉磨后，计量投送到旋转窑和分解窑焚烧，为水泥煅烧提供热量。水泥生产产生的废气，一方面和生料进行换热，在换热过程中，废气中酸性气体HCl、HF、SO₂等污染物被生料中的碱性物质吸收；然后废气经过喷淋降温，喷淋过程一部分粉尘被出去，降温后大概200 多度的废气提供给生料磨，烘干生料用；最后废气经过布袋收尘净化后，排入大气。

在本发明的秸秆替代部分燃煤生产水泥熟料的工艺中，一部分秸秆替代燃煤，秸秆的自然形态属于不规则形态，特别是玉米秆、麦秆等秸秆长度在300mm-2000mm之间，成枝条型，堆积密度小，不偏于贮存和运输，也不利于提升和投放到水泥窑里焚烧，因此秸秆需要进行预处理，预处理主要是破碎工艺，本发明中考虑到水泥窑焚烧的特性和经济性，选择秸秆选用破碎机进行预处理，优先选用剪切式破碎机破碎，破碎后的秸秆具有比重大、便于贮存和输送、易于投加，燃烧性能好、热效率高的优点。

秸秆的含水率对秸秆的燃烧特性影响很大，因为作为替代燃料在水泥窑焚烧的秸秆，其水分的挥发带走了一部分热量，造成水泥的热耗升高，使得替代燃料的经济效益得不到体现；另外水分的蒸发也加大了水泥窑排风量，严重影响水泥窑的窑况，在自然风干状态下的原料秸秆其含水率一般为15%-20%，结合窑内温度和工况原料秸秆含水率应小于40%，作为优选的含水率小于25%；秸秆的含水率和秸秆量与替换燃煤的质量成正比。分解窑在生产系统中处于较高位置，因此投料设备需要选择提升设备，秸秆经过破碎后物料尺寸控制在30mm-100mm间，一方面要适于使用机械设备对物料做提升，较小的物料尺寸也能提高秸秆的燃烧效率，同时也不因为过小的物料尺寸要求而增加秸秆的机械破碎加工费用。

新型干法窑水泥熟料生产工艺中，一般有两个燃料投放点：窑头投料点和分解窑燃料投料点，分解窑在水泥旋转窑窑尾上方，水泥窑燃烧的主要废气从这里升上，和从分解窑上方下来生料换热；窑头投料点在旋转窑窑头和篦冷机连接处，有个喷煤管，复合结构，中间喷油，外环喷煤粉。本发明选择在水泥烧成系统的分解窑作为秸秆投料点，原因主要是：预分解窑体积较大，呈圆柱形，投放容易；同时从分解窑投料，物料能自由下落到旋转窑中，并随着旋转窑的转动从窑尾走向窑头，其停留时间长，有利于物料彻底分解。

秸秆中的挥发份K₂O、Na₂O、Cl^-比煤样高出很多，这些氯碱成分容易在水泥的窑系统与生料形成硫酸钾、硫酸钠、氯化钾等成分，这些组分一部分融进水泥熟料，另外一部分随着废气挥发，当其随着废气流经预热器、烟室等温度低的部位时，受到冷却作用重新形成固体回到旋转窑，在旋转窑窑内再次挥发为气体，这样在水泥旋转窑和预热器之间形成氯碱化合物内循环，当其浓度达到一定时就会熔融在生料的表面上，并在预热器和旋转窑内形成结皮堵塞，影响水泥生产。

为了解决上述问题，本发明采用了在预分解窑和回转窑之间的烟室上设置旁路放风管道放风的技术方案，该烟室属于氯碱挥发份内循环经过的地方，也是氯碱挥发份浓度最高的位置，通过部分烟气引出的方式将高浓度氯碱化合物引出生产系统，能够有效的避免氯碱化合物在水泥的窑系内部结皮而影响窑况；在生产中，旁路放风管道可以采用连续放风，根据工艺和经济性对放风量进行控制，还可以采用间歇放风，即根据燃烧的秸秆燃烧量和生产监测情况决定是否进行烟气的放风以降低窑内的结皮组分含量，如果烟气内的结皮成分高，则进行烟气放风以降低其成分，如在合适的范围，则不需要放风，间歇放风量一般为烟气量的5%-20%，放风时间则根据实际工艺和放风量确定。预分解窑和回转窑之间的烟室所处的位置烟气温度高，预分解的生料温度也高，料能够保证硫酸钾、硫酸钠、氯化钾等成分不在预分解生料表面形成固体，保证结皮组分有效的引出窑系。

秸秆的替代量在不影响生产的正常进行下为宜，秸秆热值约为标准煤的50%，应综合含水率的影响和旁路放风量来确定秸秆替代比例，本工艺中燃煤的替换量为总燃煤量的10%-20%，秸秆与替代的燃煤质量比为2-3.5:1；放风量依据生产中加入的秸秆量来确定，放风量不宜过小或过大，过小会影响氯碱化合物排出效果，过大会加大水泥窑的热损，连续放风的比例为1.5%-2.5%。

相比于间歇放风，本发明采用的连续放风工艺对熟料生产线的工况影响更小，避免了间歇放风一次放风量过大导致窑内温度波动，影响熟料的烧结；同时，连续放风工艺对放风冷却及除尘装置的影响更小，便于生产维护。

从烟室抽出的旁路风，温度在1000℃以上，通过涡旋方式与热风混合急冷到400℃-450℃后，再通过辅助冷风机掺入室温风冷却到200℃-250℃，这种多级冷却的方式能够有效的降低冷风机的送风量，节省设备和运行投资，冷却后的旁路风通过窑尾的袋式除尘器除尘，收下的窑灰作为水泥混合材使用，净化后的气体由窑尾烟囱高空排放，排放的废气能够满足排放标准。

本发明放风所回收的粉尘，直接用于水泥混合材使用，相比于新型干法窑水泥生产回收粉尘重新进入水泥熟料烧成系统，能够减少粉尘的处理量。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、采用秸秆替代部分燃煤生产水泥熟料，能能够节约宝贵的煤炭资源，降低了生产成本，同时又能够充分利用秸秆资源，避免了秸秆田间焚烧污染环境和利用不充分的问题。

2、水泥焚烧温度很高，物料和气体的停留时间很长，旋转窑内的高温气体湍流强烈，使固体废物的焚烧更加彻底，同时水泥窑系统有完善的除尘设施，秸秆焚烧不会造成二次污染；秸秆焚烧后灰分接近水泥的硅铝质原料粘土，可以作为水泥原料的一部分，解决了传统燃烧的灰分污染问题。

3、本发明采用在预分解窑和回转窑之间的烟室设置旁路放风的技术方案，将高浓度氯碱挥发份从水泥窑生产系统中引出，能有效的避免秸秆焚烧产生的硫酸钾、硫酸钠、氯化钾等成分引起水泥窑结皮。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求和摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明的一种秸秆替代部分燃煤生产水泥熟料的工艺，以3200吨/天水泥熟料生产线进行项目实验。

实施例1，将生产地的秸秆如麦秆、油菜杆、玉米、稻子等收集起来，秸秆的含水率为20%，采用剪切式破碎机进行机械破碎到长度为30mm，进入仓库储存备用，在秸秆投入水泥生产线前先经称量，替换燃煤量的20%，称量的秸秆质量与替换燃煤质量之比为2:1，采用带式输送机输送到分解窑的物料投放点下方，再采用斗式提升机提升进入分解窑的方式定量给料，本工艺采用连续放风工艺，放风比例为窑内总烟气量的2.5%，通过设置于预分解窑和回转窑之间的烟室上的放风旁路放风，从烟室抽出的旁路风温度为1000℃，先经主冷风机掺入室温风，通过涡旋方式与热风混合，将旁路风急冷到400℃，然后再经辅助冷风机掺入室温风，继续冷却到200℃，冷却后的旁路风通过布袋收尘器收尘，收下的窑灰作为水泥混合材使用，净化后的气体由窑尾烟囱高空排放。生料进入水泥窑的在旋转窑内经过燃煤和秸秆的烧结后，从旋转窑窑头排出，通过篦冷机冷却后成为熟料，用于下一步生产。

实施例2，将生产地的秸秆如麦秆、油菜杆、玉米、稻子等收集起来，秸秆的含水率为25%，采用剪切式破碎机进行机械破碎到长度为50mm，进入仓库储存备用，在秸秆投入水泥生产线前先经称量，替换燃煤量的17%，称量的秸秆质量与替换燃煤质量之比为2.3:1，采用带式输送机输送到分解窑的物料投放点下方，再采用斗式提升机提升进入分解窑的方式定量给料，本工艺采用连续放风工艺，放风比例为窑内总烟气量的1.5%，通过设置于预分解窑和回转窑之间的烟室上的放风旁路放风，从烟室抽出的旁路风温度为1100℃，先经主冷风机掺入室温风，通过涡旋方式与热风混合，将旁路风急冷到410℃，然后再经辅助冷风机掺入室温风，继续冷却到220℃，冷却后的旁路风通过布袋收尘器收尘，收下的窑灰作为水泥混合材使用，净化后的气体由窑尾烟囱高空排放。生料进入水泥窑的在旋转窑内经过燃煤和秸秆的烧结后，从旋转窑窑头排出，通过篦冷机冷却后成为熟料，用于下一步生产。

实施例3，将生产地的秸秆如麦秆、油菜杆、玉米、稻子等收集起来，秸秆的含水率为30%，采用剪切式破碎机进行机械破碎到长度为50mm，进入仓库储存备用，在秸秆投入水泥生产线前先经称量，替换燃煤量的15%，称量的秸秆质量与替换燃煤质量之比为2.6:1，采用带式输送机输送到分解窑的物料投放点下方，再采用斗式提升机提升进入分解窑的方式定量给料，本工艺采用连续放风工艺，放风比例为窑内总烟气量的2.2%，通过设置于预分解窑和回转窑之间的烟室上的放风旁路放风，从烟室抽出的旁路风温度为1070℃，先经主冷风机掺入室温风，通过涡旋方式与热风混合，将旁路风急冷到420℃，然后再经辅助冷风机掺入室温风，继续冷却到230℃，冷却后的旁路风通过布袋收尘器收尘，收下的窑灰作为水泥混合材使用，净化后的气体由窑尾烟囱高空排放。生料进入水泥窑的在旋转窑内经过燃煤和秸秆的烧结后，从旋转窑窑头排出，通过篦冷机冷却后成为熟料，用于下一步生产。

实施例4，将生产地的秸秆如麦秆、油菜杆、玉米、稻子等收集起来，秸秆的含水率为35%，采用剪切式破碎机进行机械破碎到长度为80mm，进入仓库储存备用，在秸秆投入水泥生产线前先经称量，替换燃煤量的12%，称量的秸秆质量与替换燃煤质量之比为3:1，采用带式输送机输送到分解窑的物料投放点下方，再采用斗式提升机提升进入分解窑的方式定量给料，本工艺采用连续放风工艺，放风比例为窑内总烟气量的2%，通过设置于预分解窑和回转窑之间的烟室上的放风旁路放风，从烟室抽出的旁路风温度为1020℃，先经主冷风机掺入室温风，通过涡旋方式与热风混合，将旁路风急冷到440℃，然后再经辅助冷风机掺入室温风，继续冷却到240℃，冷却后的旁路风通过布袋收尘器收尘，收下的窑灰作为水泥混合材使用，净化后的气体由窑尾烟囱高空排放。生料进入水泥窑的在旋转窑内经过燃煤和秸秆的烧结后，从旋转窑窑头排出，通过篦冷机冷却后成为熟料，用于下一步生产。

实施例5，将生产地的秸秆如麦秆、油菜杆、玉米、稻子等收集起来，秸秆的含水率为40%，采用剪切式破碎机进行机械破碎到长度为100mm，进入仓库储存备用，在秸秆投入水泥生产线前先经称量，替换燃煤量的10%，称量的秸秆质量与替换燃煤质量之比为3.5:1，采用带式输送机输送到分解窑的物料投放点下方，再采用斗式提升机提升进入分解窑的方式定量给料，本工艺采用连续放风工艺，放风比例为窑内总烟气量的1.7%，通过设置于预分解窑和回转窑之间的烟室上的放风旁路放风，从烟室抽出的旁路风温度为1050℃，先经主冷风机掺入室温风，通过涡旋方式与热风混合，将旁路风急冷到450℃，然后再经辅助冷风机掺入室温风，继续冷却到250℃，冷却后的旁路风通过布袋收尘器收尘，收下的窑灰作为水泥混合材使用，净化后的气体由窑尾烟囱高空排放。生料进入水泥窑的在旋转窑内经过燃煤和秸秆的烧结后，从旋转窑窑头排出，通过篦冷机冷却后成为熟料，用于下一步生产。

该3200吨/天水泥熟料生产线秸秆替代燃煤项目的实验规模为每年焚烧4万吨秸秆，其运行燃煤替代率为14.56%，采用秸秆替代部分燃煤生产水泥熟料，能能够节约宝贵的煤炭资源，降低了生产成本，同时又能够充分利用秸秆资源，避免了秸秆田间焚烧污染环境和利用不充分的问题；在水泥焚烧温度很高，物料和气体的停留时间很长，旋转窑内的高温气体湍流强烈，使秸秆的焚烧更加彻底，同时水泥窑系统有完善的除尘设施，秸秆焚烧不会造成二次污染；秸秆焚烧后灰分接近水泥的硅铝质原料粘土，可以作为水泥原料的一部分，解决了传统燃烧的灰分污染问题；同时本发明采用在预分解窑和回转窑之间的烟室设置旁路放风的技术方案，将高浓度氯碱挥发份从水泥窑生产系统中引出，能有效的避免秸秆焚烧产生的硫酸钾、硫酸钠、氯化钾等成分引起水泥窑结皮。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims

1.一种秸秆替代部分燃煤生产水泥熟料的工艺，包括新型干法水泥窑熟料生产工艺，其特征在于：秸秆经机械破碎处理后通过预分解窑投放口投放，替代部分燃煤生产水泥熟料；燃煤和秸秆混合燃烧后的烟气，一部分通过新型干法水泥窑熟料生产工艺路线处理和排放；另一部分通过预分解窑和回转窑之间的烟室上设置的旁路放风管道放风，经冷却和除尘后排放；其中，所述秸秆替代的燃煤量为总燃煤量的10%-20%，秸秆与替代的燃煤质量比为2-3.5:1，所述旁路放风管道放风比例为1.5%-2.5%。

2.如权利要求1所述的秸秆替代部分燃煤生产水泥熟料的工艺，其特征在于：所述秸秆含水率小于40%，经机械破碎处理后的长度为30mm-100mm。

3.如权利要求2所述的秸秆替代部分燃煤生产水泥熟料的工艺，其特征在于：所述秸秆含水率小于25%。

4.如权利要求1或2或3所述的秸秆替代部分燃煤生产水泥熟料的工艺，其特征在于：所述旁路放风管道放风的烟气温度大于1000℃，采用风机鼓入室温风进行冷却。

5.如权利要求4所述的秸秆替代部分燃煤生产水泥熟料的工艺，其特征在于：所述旁路放风管道放风的烟气经过两级冷却，第一次冷却后温度为400-450℃，第二次冷却后温度为200-250℃。

6.如权利要求1所述的秸秆替代部分燃煤生产水泥熟料的工艺，其特征在于：所述旁路放风管道放风的烟气经除尘得到的窑灰，作为水泥混合材生产水泥。