改进型燃煤催化剂在新型干法窑煅烧中的应用

何伟光

梅县梅雁旋窑水泥有限公司（514759）

1 原燃材料基本情况

投产至今原材料均来源自工厂周边矿山，成分比较稳定，一直坚持采用石灰石、砂岩、黏土、高铁黏土四组分配料，原材料化学成分见表1。煤炭采用福建龙岩地区出产的无烟煤，煤炭工业分析见表2。

表1 原材料化学成分（%）

表2 无烟煤的工业分析（%）

2 催化剂的机理和化验室实验的情况

煤炭燃烧催化剂是一种新兴的技术，随着国家节能减排政策的收紧以及煤炭价格的上涨，近年发展比较迅速,它的作用机理目前争论还比较大，主要有两种观点:氧传递学说和电子传递学说。现在市场上该类产品也比较多，形态和配方不同，基本作用机理应该相同。但根据我们的调查情况看，在工厂的实际应用中,由于所选用的催化剂质量有高低，加上各水泥企业的原燃材料、配料方案、工艺条件和操作水平各不相同，故使用效果差别比较大。

我们选择由湖南某公司开发的改进型燃煤催化剂，有以下性质:

1）是一种淡黄色液体，比重与水比较接近，无明显气味，不易挥发，无腐蚀性，无特别的防火要求；

2）对设备和耐火材料无不良影响,不但不含K+、Na+、Cl-等有害成分，而且具有将原燃材料中带入的硫固化到熟料中的作用，减少有害成分硫在烧成系统的循环，减少系统结皮，减轻对大气的污染。

为了检验催化剂对熟料煅烧的影响，为催化剂在实际生产中的应用提供决策依据，我们先在化验室进行了易烧性试验。方法是:

1）取生产中的白生料粉450 g（三率值分别为KH1.001、SM2.53、IM1.64）,掺加 50 g 生产中的煤粉,充分拌合。然后一分为二，一份作为空白试样；另一份滴入2滴催化剂（相当于万分之二的掺加量），充分拌合，作为试验试样。将以上试样分别压制成直径15 mm、厚度4 mm的试饼。

2）将以上试饼分成两组分别装入8只瓷钳锅，分为4组，每组包含一个空白试样，一个试验试样。分别放入已预热到700℃的高温炉，加热。达到各组设定温度后恒温30 min，分别测定f-CaO的含量见表3。

表3 高温煅烧后f-CaO含量（%）

从表3数据的对比可以看出:1）掺加催化剂后f-CaO含量在各个温度段都大副降低，说明催化剂具有促进煤粉燃烧和改善生料易烧性的作用；2）低温度段比高温度段效果显著，说明催化剂具有降低煤粉着火温度和物料反应温度的作用。

3 生产试用

有了化验室对比试验数据做基础，我们坚定了在生产中试用催化剂的信心。从2012年3月19日下午开始使用，将催化剂通过计量泵在煤磨磨头原煤称处加入，掺加量为原煤重量的千分之二（约为生料用量的万分之二）。加入量以煤磨的台时产量为基准，由化验室每班抽查一次，保证计量的准确性。使用至22日前3天基本无节煤效果;通过分析，决定对配料方案和各种操作参数进行调整，此后表征实物煤耗呈逐日下降趋势,至4月19日由实验前的0.128 0左右下降到0.11左右;因4月20日更换窑头喷煤管停窑2小时，系统参数被打乱后重新调整，此后煤耗又开始呈下降趋势，至4月底表征实物煤耗约0.107左右，与使用前相比，表征实物煤耗最高下降约15%，平均达到10%以上，节煤效果明显，具体数据见表4。

表4 催化剂使用前后试验数据统计表

4月3日 279.47 3 891 2 387 0.117 1 4月4日 281.43 3 830 2 350 0.119 7 4月5日 284.67 3 889 2 386 0.119 3 4月6日 283.12 3 904 2 395 0.118 2 4月7日 279.98 3 922 2 406 0.116 4 4月8日 277.4 3 951 2 424 0.114 4 4月9日 274.15 3 959 2 428 0.112 9 4月10日 275.25 4 014 2 462 0.111 8 4月11日 278.32 4 018 2 465 0.112 9 4月12日 277.22 4 013 2 462 0.112 5 4月13日 276.76 4 036 2 476 0.111 8 4月14日 268.23 3 984 2 444 0.109 8 4月15日 271.28 4 015 2 463 0.110 1 4月16日 272.39 4 034 2 474 0.110 1 4月17日 267.59 4 051.5 2 485 0.107 7 4月18日 268.82 4 030.9 2 472 0.108 7 4月19日 273.7 4 056.6 2 488 0.11 4月20日 246.86 3 371.4 2 068 0.119 4 换窑头喷煤管4月21日 262.71 3 820.9 2 344 0.112 4月22日 268 3 931.1 2 411 0.111 1 4月23日 273.79 3 944.4 2 419 0.113 2 4月24日 268.78 3 863.1 2 370 0.113 4 4月25日 263.36 3 928.2 2 409 0.109 3 4月26日 262.88 3 950.6 2 423 0.108 5 4月27日 263.02 3 997.5 2 452 0.107 3 4月28日 265.79 4 024.8 2 469 0.107 7 4月29日 253.33 3 877.3 2 378 0.106 5 4月30日 263.61 4 002.1 2 455 0.107 4 5月1日 263.5 3 971.9 2 436 0.108 2

我们分析，效果显著的原因有三个方面:1）催化剂可以降低煤粉着火温度，促进燃烧完全，避免了物理不完全燃烧和化学不完全燃烧。以前窑尾温度在1 160～1 200℃之间,现在1 060～1 120℃之间,下降了近100℃，说明基本消除了后燃烧现象。2）使用催化剂前由于原燃材料中硫含量较高，容易在预热器四级筒中循环富集形成结皮，最后导致积料影响稳定生产和操作的连续性；现在由于催化剂的熟料固硫作用，硫的循环量减少，不容易在四级筒富集，烧成系统通风顺畅，熟料结粒细小均匀，产量和二、三次风温都有一定幅度的提高，对煤耗下降有促进作用。3）催化剂试用初期，及时根据生产线的工艺特点和原材料情况调整了配料方案，将原方案的高铁配方改变为高铝配方，熟料KH控制值也由原来的0.905调整为0.895。配料方案调整后，中控室窑操明显感觉到生料易烧性的改善，质量好控制，也就敢于大胆减煤，煤耗也就下来了。

由于采用了高铝配料方案，同时原燃材料带入的硫比较高；而催化剂带入的化学物质的固硫机理是与熟料中的氧化铝和硫形成硫铝酸盐矿物，它正好需要高铝富硫的环境。硫铝酸盐矿物是一种早强矿物，早期强度很高但后期增进不大。我厂近期的熟料:1 d强度约18 MPa，比原来增加约4 MPa；3 d强度平均31.87 MPa，比原来增加约2～3 MPa；28 d强度约56 MPa，基本和原来持平。我们据此可以判断是硫铝酸盐矿物在起作用。原来熟料中三氧化硫含量为0.6%～0.9%，现在为0.8%～1.1%。

4 经济效益

由于计量设备有少许误差，表4中的煤耗数据为表征实物煤耗,最终要以盘点数据为准。根据5月1日的盘点数据来看，4月份的用煤量比以往正常月份节约1 000吨左右，节煤率约为10%，节约煤炭价值约60万元；同时消耗催化剂20吨，成本约27.5万元；两者相抵节约成本32.5万元，约合降低吨熟料成本4.50元。此外，还有产量增加、质量提高等方面的间接效益。

5 结语

1）我公司至今一直坚持原煤中掺加该种催化剂，实物节煤率比较稳定，都能达到10%左右。平均热耗为730 kcal/kg熟料；使用催化剂后3 d强度提高约3 MPa，28 d强度基本维持不变。

2）我公司在使用该种催化剂的水泥企业中是效果最为明显的,这应该与我生产线的工艺条件、原燃材料情况和配方、操作的及时跟进等因素密切相关，以上方法和效果不具有普遍性。

3）从使用情况来看，催化剂能减少预热器的结皮，保持窑皮平整并且厚薄均匀，能延长耐火砖的使用寿命，对维持正常的生产有利；由于其固硫作用，对减少硫化物排放，降低大气污染有积极意义。