CN105585263A - 水泥熟料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水泥熟料的制备方法，所述方法采用的装置为干法水泥窑，所述干法水泥窑包括预热系统、分解炉、烟室和回转窑，所述方法所用的原料包括石灰质原料和辅料；将所述的石灰质原料粉磨后投入到所述的预热系统；将低硫辅料粉磨后投入到所述的预热系统、分解炉、烟室和回转窑中的至少一种；所述的低硫辅料为硫元素质量百分含量小于或等于预设值的所述辅料；将高硫辅料粉磨后投入所述的分解炉、烟室和回转窑中的至少一种，所述的高硫原料为硫元素质量百分含量大于预设值的所述辅料；所述的预设值为0.09-0.15％中的任意值。本发明方法可以降低水泥烧制过程中二氧化硫的排放量，具有操作简单、价格低廉的优点。

Description

水泥熟料的制备方法
技术领域
本发明涉及建筑领域，具体涉及一种水泥熟料的制备方法。
背景技术
二氧化硫(SO2)是常见的大气污染物之一，其除了能形成酸雨，破坏生态环境，还能形成PM2.5，诱发灰霾，影响人体健康；而在水泥煅烧过程中，又会产生大量的SO2；据统计，我国SO2年排放量在2000万吨以上，其中水泥行业占到3％～4％。2013年12月环境保护部和国家质量监督检验检疫总局发布了水泥工业大气污染物排放标准GB4915-2013代替原有标准GB4915-2004，规定现有水泥厂SO2排放浓度不超过200mg/Nm3；重点地区低于100mg/Nm3。新标准的出台使得水泥脱硫面临着巨大的压力。
干法水泥窑制备水泥熟料是水泥行业常用的水泥熟料制备方法，其采用的装置主要包括多级预热器(一般为5级)、分解炉、烟室和回转窑，其中预热器的作用为通过对原料进行预热来防止原料直接进入分解炉对窑系统产生不良影响，其工艺为将水泥原料经粉磨、混匀后投入到第二预热器中，然后经由各级预热器到达分解炉中，在分解炉中投入尾煤并通入三次风，在分解炉中石灰质原料分解，由产生的气体将物料带入最后一级预热器中，然后进入回转窑，在回转窑中烧制成水泥熟料；当原料中的硫化物进入预热器时，在400℃左右就开始氧化并释放出SO2，这个反应主要发生在第一、二级预热器；部分硫化物会在500-600℃发生氧化生成SO2气体，排放到空气中，按照目前的方法，排出的气体中二氧化硫的含量符合原有标准，但是不能达到新的标准的要求。
目前，针对水泥厂的脱硫技术主要有以下几种：干反应剂喷注法、热生料喷注法、喷雾干燥脱硫法、湿式脱硫法等。其中前两种是在第一、第二级预热器的气体出口出加入氧化钙，通过与气体的逆向运动来吸收二氧化硫，其使用的氧化钙一般为直接购买或者取自分解炉，购买氧化钙增加了原料成本，取自分解炉中的氧化钙需要增加工序及设备，都会增加加工成本；后两种则是将排出的气体收集后进行处理，需要专门的设备和工艺，同样会增加生产成本。
发明内容
本发明实施例提供了一种水泥熟料的制备方法，目的是降低水泥烧制过程中除去二氧化硫的成本，操作简单，无需增加高成本原料和专用设备。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
本发明提供了一种水泥熟料的制备方法，所述方法采用的装置为干法水泥窑，所述干法水泥窑包括预热系统、分解炉、烟室和回转窑，所述方法所用的原料包括石灰质原料和辅料；将所述的石灰质原料粉磨后投入到所述的预热系统；将低硫辅料粉磨后投入到所述的预热系统、分解炉、烟室和回转窑中的至少一种；所述的低硫辅料为硫元素质量百分含量小于或等于预设值的所述辅料；将高硫辅料粉磨后投入所述的分解炉、烟室和回转窑中的至少一种，所述的高硫原料为硫元素质量百分含量大于预设值的所述辅料；所述的预设值为0.09-0.15％中的任意值。
进一步的，所述的原料中辅料的质量百分含量为3-25％。
进一步的，将粉磨后的所述的高硫原料与低硫辅料混匀投入到所述的分解炉中。
进一步的，将粉磨后的所述的石灰质原料与低硫辅料混匀投入到所述的预热系统中。
进一步的，所述的预热系统包括n级预热器，所述n≥2，将所述的石灰质原料投入到二级预热器中。
进一步的，所述的预热系统包括n级预热器，所述n≥2，将所述的低硫辅料投入到二级预热器中。
进一步的，所述的辅料中含有铁、铝和硅中的至少一种。
进一步的，所述的辅料为天然原料和/或废矿废渣；所述的天然原料为砂岩、粉砂岩、河沙、硅石、页岩、泥岩、黄土、黏土和铁矿粉中的至少一种，所述的废矿废渣为紫泥、煤矸石、高铝矿、泥沙、废型砂、磷渣、粉煤灰、炉渣、硫酸渣和钢渣中的至少一种。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
本发明方法无需另外增加高价原料(氧化钙)，且无需增加二氧化硫气体处理设备，在烧制过程中利用分解炉中生成的氧化钙将产生的二氧化硫吸收掉，从而降低了二氧化硫脱除的成本；
本发明方法只需将原料中的含硫量较高的原料加入到分解炉、烟室或回转窑中，含硫较低的原料仍从预热器处加入，操作简便；含硫高的原料在水泥生产中所占的比例很低(质量分数小于20％)，直接加入到分解炉、烟室或回转窑中不会对窑系统产生不良影响。
附图说明
图1为本发明实施例提供的水泥熟料的制备方法中的投料方式示意图；
图2为本发明实施例提供的水泥熟料的制备方法中现有的水泥窑制备水泥熟料的投料方式示意图；
图3为本发明实施例提供的水泥熟料的制备方法中实施例1及其对比例中二氧化硫排放浓度对比图；
图4为本发明实施例提供的水泥熟料的制备方法中实施例2及其对比例水泥熟料参数对比图。
具体实施方式
干法水泥窑制备水泥的过程中SO2的主要来源为原料煅烧，原料中的硫元素的来源主要包括硫化物(无机硫和有机硫)、单质硫、硫酸盐等，本发明方法是将原料中含硫较高的原料直接加入分解炉、烟室或者回转窑中，利用分解炉中产生的氧化钙将反应产生的二氧化硫吸收，即二氧化硫与氧化钙放生反应，由于水泥原料中大部分是石灰质原料(质量分数80％以上)，因此分解过程中产生大量的氧化钙，可以将大部分二氧化硫吸收掉，从而降低了二氧化硫的排放量。
本发明所用到的设备为现有的干法水泥窑系统，图1和图2所示的投料方式均为本领域中常用的水泥窑系统，其包括第一预热器1，第二预热器2，第三预热器3，第四预热器4，第五预热器5，分解炉6，烟室7和回转窑8，其中每个预热器下部实线即为该预热器中分离出原料的示意，其中虚线为带有原料粉末的气体；原料粉末在第二预热器2气体出口处被气体带入第一预热器1中，气体由第一预热器1的气体出口排出，固体由下部分离出，到达第三预热器3的气体出口处，被气体带入到第二预热器2中，经第二预热器2分离后到第四预热器4的气体出口处，以此类推，最终粉末从第四预热器4下部到达分解炉中，再由产生的气体全部带入到第五预热器5后进入回转窑8，回转窑8中的气体通过烟室7到达分解炉。
为便于更进一步的理解本发明方法的技术方案，下面结合较佳实施例对本发明方案做详细阐述，其中所用的原料及其相关参数可根据需要进行调整，应当理解，以下实施例不作为本发明保护范围的限定。
实施例1
本实施例为在某1000t/d生产线上对本发明方案及其现有方案进行的对比。
表1为本实施中水泥原料配比表，表2为本实施例中各原料具体成分表，从表2中可以知道，其中的硫酸渣和高铝矿中的含硫量较高，而石灰石和砂岩的含硫量很低；
首先将石灰石、砂岩、高铝矿和硫酸渣分别粉磨，并按照表1中的配比进行称量、储存备用；开启窑系统，图1为其投料方式示意图，如图1所示，分解炉中通入煤粉和三次风，将称量好的硫酸渣粉末按照设定投料速度加入到分解炉中，同时，将石灰石、砂岩粉末与高铝矿粉末混合均匀后按照设定投料速度投入到第二级预热器气体出口。在第一预热器出口处收集排放气体，测定其二氧化硫浓度，其结果如图3所示(其结果记为示例1)；
由于高铝矿的硫含量也较高(大于0.1％)，为研究其对水泥熟料煅烧中产生气体的二氧化硫含量浓度的影响，将其由直接投入到分解炉中，作为对比。
首先将石灰石、砂岩、高铝矿和硫酸渣分别粉磨，并按照表1中的配比进行称量、储存备用；开启窑系统，分解炉中通入煤粉和三次风，图1为其投料方式示意图，如图1所示，将称量好的硫酸渣粉末和高铝矿粉末按照设定投料速度加入到分解炉中(图中C处)，同时，将其他两种原料混合均匀后按照设定投料速度投入到第二级预热器气体出口(图中B处)。在第一预热器出口A处收集排放气体，测定其二氧化硫浓度，其结果如图3所示(其结果记为示例2)。
表1原料配比
原料 石灰石 砂岩 高铝矿 硫酸渣
配比/t 815 100 56 29
表2各原料组成料成分表
名称 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O R2O
石灰石 5.75 1.36 1.17 47.68 2.48 0.05 0.52 0.12 0.46
砂岩 85.87 7.16 2.98 0.71 0.49 0.08 0.65 0.13 0.56
高铝矿 38.65 30.71 15.84 1.21 0.85 0.12 0.45 0.09 0.39
硫酸渣 61.7 4.4 21.69 4.1 3.36 0.45 0.75 0.18 0.68
对比例
首先将石灰石、砂岩、高铝矿和硫酸渣分别粉磨，并按照表1中的配比进行称量、储存备用；开启窑系统，将四种原料混匀由第二预热器出口处按照设定投料速度投料，在第一预热器出口处收集气体并测定其中的二氧化硫浓度，结果如图3所示(其结果记为基准情况)。
从图3以看出，现有技术中该水泥企业SO2排放浓度为340mg/Nm3(10％O2)，其浓度高于200340mg/Nm3(10％O2)，可以满足原有标准对水泥企业的要求，但无法满足新标准下的要求；采用示例1后，SO2的排放浓度降到220mg/Nm3(10％O2)，与基准相比降低幅度达32.4％；采用示例2后，SO2的排放浓度降到180mg/Nm3(10％O2)，与基准相比降低幅度为47.1％。按照国家标准，SO2排放浓度必须在统一的氧气浓度下进行，均为10％，因为如果这个值不统一，有些企业会故意在排出的时候漏进去大量空气，稀释掉SO2的浓度，SO2浓度就会降低，所以这个值必须固定，按照标准为10％)。
上述结果的原因在于示例1中把硫含量高达0.45％的硫酸渣直接喂入分解炉，硫酸渣中的硫化物等被迅速氧化为SO2，分解炉内温度在850～1000℃左右，同时含有大量刚分解成的氧化钙，特别适合于SO2的吸收脱除，因此刚释放出的SO2几乎全被氧化钙吸收。与基准情况相比，即硫酸渣喂入二级预热器后其中的硫化物直接被氧化为SO2并随烟气排放到大气中，示例1中SO2的排放浓度大大减小了。在示例2中，通过把硫酸渣和高铝矿都直接喂入分解炉中，从而进一步降低了SO2的排放浓度。
实施例2
现有技术中将所有原料的粉称重后混匀，而本发明方法中将硫元素含量较高的原料与石灰质等硫含量较低的原料分别投料，为了进一步说明及证实本发明内容，说明将含硫较高的原料直接喂入分解炉或窑尾烟室不会影响熟料的烧成质量，采用实验室回转窑进行不同喂料情况下熟料的烧制，对得到的水泥熟料进行抗压测试和f-CaO含量测定，得出本发明的投料方式对水泥的品质影响。
所用回转窑为内燃式回转窑，尺寸为所用燃料为液化气，最高烧成温度可达1500℃以上。实验时，保证生料的配比不变，喂料量为20kg/h；通过调整排放机来保证窑内的燃烧气氛处于氧化气氛，回转窑内熟料的煅烧需要保证氧化气氛，这样燃料才能燃烧完全，烧成来的熟料质量才有保证，用气体分析仪进行测试，保持窑尾氧气含量稳定在3％～4％；实验时所用液化气的流量保持恒定，为了证明不同的加料方式对烧成熟料质量的影响，必须把其他可能影响熟料煅烧质量的因素固定下来，液化气流量就是影响熟料质量的一个因素，因此必须把液化气流量固定下来。
本实施所用的原料种类及配比关系与实施例1相同，如表1和表2所示。
喂料方式：首先将石灰石、砂岩、高铝矿和硫酸渣分别粉磨；基准情况为正常喂料，即将由石灰石、砂岩、高铝矿和硫酸渣配好的生料混匀并一起喂入窑尾；喂料方式1指将石灰石、砂岩和高铝矿粉磨称重混匀得到粉末M，将硫酸渣称重，将粉末M和称量好的硫酸渣粉末一起喂入尾窑；喂料方式2指将硫酸渣和高铝矿的粉末分别称量后混匀得到粉末N，而石灰石和砂岩粉末按照原有配比配好料，混均得到粉末P，将粉末N和粉末P一起喂入窑尾；喂料方式3指将硫酸渣、高铝矿和砂岩粉末按原有配比进行称重并混匀，而石灰石粉末按原有配比进行称重，并和硫酸渣、高铝矿、砂岩一起喂入窑尾。
上述喂料方式得到的水泥熟料的测定参数如图4所示。图4可以看出，基准情况、喂料方式1和喂料方式2所得熟料的f-CaO、3d抗压强度和28d抗压强度并没有明显变化；喂料方式3则因分别喂入的物料量较大(比例约为总量的20％)，而使熟料中f-CaO略有上升、3d和28d抗压强度稍有下降。总体而言，本发明所述喂料方式并不会对熟料煅烧产生较大影响。
本发明未尽之处，本领域技术人员可以根据常识即可完成，如称重、储料及原料提升等，本领域技术人员可以根据需要选择合适的计量装置、储料装置和提升装置等等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种水泥熟料的制备方法，所述方法采用的装置为干法水泥窑，所述干法水泥窑包括预热系统、分解炉、烟室和回转窑，所述方法所用的原料包括石灰质原料和辅料；其特征在于，将所述的石灰质原料粉磨后投入到所述的预热系统；将低硫辅料粉磨后投入到所述的预热系统、分解炉、烟室和回转窑中的至少一种；所述的低硫辅料为硫元素质量百分含量小于或等于预设值的所述辅料；将高硫辅料粉磨后投入所述的分解炉、烟室和回转窑中的至少一种，所述的高硫原料为硫元素质量百分含量大于预设值的所述辅料；所述的预设值为0.09-0.15％中的任意值。
2.根据权利要求1所述的水泥熟料的制备方法，所述的原料中辅料的质量百分含量为3-25％。
3.根据权利要求1所述的水泥熟料的制备方法，其特征在于，将粉磨后的所述的高硫原料与低硫辅料混匀投入到所述的分解炉中。
4.根据权利要求1所述的水泥熟料的制备方法，其特征在于，将粉磨后的所述的石灰质原料与低硫辅料混匀投入到所述的预热系统中。
5.根据权利要求1所述的水泥熟料的制备方法，其特征在于，所述的预热系统包括n级预热器，所述n≥2，将所述的石灰质原料投入到二级预热器中。
6.根据权利要求1所述的水泥熟料的制备方法，其特征在于，所述的预热系统包括n级预热器，所述n≥2，将所述的低硫辅料投入到二级预热器中。
7.根据权利要求1所述的水泥熟料的制备方法，其特征在于，所述的辅料中含有铁、铝和硅中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的水泥熟料的制备方法，其特征在于，所述的辅料为天然原料和/或废矿废渣；所述的天然原料为砂岩、粉砂岩、河沙、硅石、页岩、泥岩、黄土、黏土和铁矿粉中的至少一种，所述的废矿废渣为紫泥、煤矸石、高铝矿、泥沙、废型砂、磷渣、粉煤灰、炉渣、硫酸渣和钢渣中的至少一种。
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