CN1052469A - 用煤矸石供热发电同时生产早强水泥工艺 - Google Patents

用煤矸石供热发电同时生产早强水泥工艺 Download PDF

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Abstract

利用煤矸石供热发电的同时生产早强水泥。利 用40-70％的煤矸石、25-50％的钙质材料及4-10％ 的矿化剂经预处理以后，直接在流化床锅炉中燃烧供 热发电的同时，生产275#-425#早强水泥；并且还可 以建成能量自循环(自发电、供电)的节能型水泥生产 新工艺。这种生产方法不仅节约能源，而且工艺简 单、烧成温度低，煅烧过程中固硫率高，大大减少环境 污染。

Description

本发明是关于利用煤矸石或劣质煤在流化床锅炉燃烧过程中供热和发电的同时生产新型早强水泥的新工艺。
根据资料及文献检索，目前国内外均未发现利用煤矸石在供热发电的同时生产水泥。
予计2000年我国煤的产量将达14亿吨，其中高硫煤达27%。洗矸年排出量约3000万吨，地面现已有矸石10亿吨以上，利用率仅为20-30%。“劣质燃料流化床燃烧技术”可以使不能在常规锅炉中正常燃烧的劣质煤和煤矸石能在流化床锅炉中顺利而稳定的燃烧，其热能可以用于发电或供热，但劣质煤和煤矸石的发热量一般小于2500大卡/公斤，其灰分含量大于60%，故燃烧后的灰渣如不能利用和处理，将污染环境并危及生产的正常运行。为此，“煤的转换与燃烧”对“劣质煤流化床燃烧灰渣综合利用”进行了研究，但其主要内容是利用灰渣作水泥混合材，其最大掺量小于40%;利用灰渣代替粘土生产水泥熟料，其煤矸石配量及煅烧温度如表1所示。
本发明利用40-70%的煤矸石经予处理后直接在流化床锅炉中燃烧供热发电的同时，其灰渣为275-425＃早强水泥。
发明的核心内容是水泥组成设计、予处理工艺和煅烧工艺的选用。众知，传统的水泥矿物不可能在流化床的温度范围内（800-950°）形成，且煤矸石和灰渣的含
表1 水泥熟料中煤矸石的配量及煅烧温度
水泥类型 煤矸石配量％ 燃烧温度℃
硅酸盐水泥硫铝酸盐水泥氟铝酸 水泥 小于10％小于15％小于15％ 14501250－13501250－1350
本发明 大于50％ 800－950
量小于15%，因此不可能借用该系统。我们研究证明水化硅酸钙脱水相在其再水化时具有胶凝能力。据此，我们将煤矸石与适量的钙质材料、矿化剂加水混合使其生成某些水化产物，此过程称之为予处理。经予处理后的矸石料球在流化床中燃烧时，水化产物在800-950℃左右脱水形成具有水硬活性的脱水相，其水化快，对提高水泥石的早期强度起重要作用;另外，经予处理后的部分粘土矿物与钙质材料在矿化剂的作用下，还可以在800-950℃形成部分早强矿物和具有水化活性的无定型物质。因此，本发明设计的水泥熟料是由脱水相、无定型物质和部分早强矿物组成。将其磨细后可生产出标号为275-425＃的早强水泥。该水泥的煅烧设备选用流化床锅炉或泥煤锅炉，它有利于煤矸石煌燃烧，并可直接供热或发电。且因工艺、设备简单，便于推广应用。本发明的特点是：
煤矸石的利用率高（40-70%）;水泥的形成温度低（800-950℃）;可在流化床锅炉供热或发电的同时生产早强水泥;节能效果好，工艺简单便于推广;固硫率达80-90%减少环境污染;可以建成能量自循环（自发电、供电）的节能型水泥生产新工艺。
图1、干法生产工艺流程图
图2、湿法生产工艺流程图
例一：流化床工艺方案（干法生产）见图1
1、工艺流程：
配料→混磨→成球→予处理→（流化床）燃烧→水泥熟料球→粉磨→包装
2、配料：生料球主要是由煤矸石、钙质材料及矿化剂组成，它们相互的比例关系取决于煤矸石的化学成分及所要求的水泥标号。现以中梁山洗矸为例：
矸石∶钙质材料∶矿化剂＝57∶37∶6
这种配料可生产出325＃早强水泥。
3、成球：在普通成球盘中进行，料球粒径决定于流化床沸腾燃烧的需要，本实例中料球粒径为2-10mm。
4、予处理：目的在于使混合料水化反应生成一定量的水化产物。因此，凡能加速SiO2-CaO-H2O体系及Al2O3-CaO-H2O等体系反应的方法如湿热球磨、加压蒸汽养护常压蒸汽养护或混合料在适当的温湿环境中静置的方法均可使用。本例中使用常压蒸汽养护4-8小时。
5、煅烧：本例在流化床锅炉内只加料球（没有外加煤）的情况下连续运行，炉床温度为850-900°，蒸汽锅炉表压可达13kg，从溢流口和冷渣口回收水泥熟料球。实验证明锅炉运行正常，各排渣口回收的灰渣均可满足标号为325＃早强水泥的要求。
例二：泥煤炉工艺方案（湿法生产）见图2
为了解决泥煤的综合利用，可以利用我国已有的泥煤蒸汽锅炉，其特点是进炉燃烧的燃料可以是带有湿度的泥煤浆。
1、工艺流程：
配料→混合湿磨（予处理）→煅烧（泥煤炉）→灰渣（熟料）→磨细→包装
2、配料：同例一。
3  予处理：我们的试验表明，混合湿磨的予处理效果优于其他方法，因此，在用泥煤炉煅烧时应优先采用此法，即将计量好的煤矸石、钙质材料、矿化剂及适量的水直接投入磨机中混磨（磨机内保持一定的温度以加速反应）。与常压蒸汽予处理方法相比，当予处理效果相同时，则予处理时间可减少三分之二。
4  煅烧等其他工艺原理与过程基本与例一相同。

Claims (4)

1、利用煤矸石在供热发电的同时生产早强水泥工艺，其特征在于将水泥生料(煤矸石、钙质材料、矿化剂)用湿热方式进行予处理，利用流化床或泥煤锅炉煅烧，在锅炉蒸汽供热或发电的同时，其灰渣(水泥熟料球)经磨细后即为275-425#水泥。利用本工艺也可在生产水泥的同时发电，可以建成能量自循环(自发电、自供电)的节能型水泥生产新工艺。
2、根据权利要求1所述，其特征于水泥生料由煤矸石、钙质材料、矿化剂组成的范围是：
煤矸石  40-70%
钙质材料  25-50%
矿化剂  4-10%
3、根据权利要求1所述，其特征在于，其灰渣（水泥熟料球）是由水化产物的脱水相、无定型物质及部分早强矿物组成。
4、根据权利要求1所述，流化床锅炉或泥煤锅炉的炉床温度为800-950℃。
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