可替代燃料在新型干法水泥熟料生产中的研究与应用

拓维熙

摘 要：在新的干法水泥熟料生产中，天然气、煤炭、石油等都是常用的燃料，而随着人们的环保意识的不断提高，对这些燃料生产过程中出现的废弃物的处理要求也日益提高。所以，在新型干法水泥熟料生产过程中采用可替代性燃料进行处理能有效地达到环境保护的作用。以电石渣、石油焦、镁渣、铜矿渣在新型干法水泥熟料生产中的应用为例进行了分析。

关键词：可替代燃料；环境保护；水泥熟料生产

中图分类号：TQ172                                文献标识码：A                                 文章编号：2096-6903（2023）01-0124-03

0 引言

水泥产业是一种高耗能、高污染的产业，是一种亟待节能减排的产业。大多数水泥都是以煤为燃料，而煤是不可再生的自然资源。从目前我国整体来说，水泥厂使用的原料基本上以煤为主，使用燃料较为单一。对国外而言，有天然气、石油、煤炭等多种可供选择的新型干法水泥熟料。但在我国能源资源有限的情况下，整个水泥行业的趋势是寻找可替代燃料进行生产，并且这些替代性燃料的采用，不仅节省了我们国家的自然资源，同时也提供了处理废物的新途径。

对于人们日常生活中产生的生活垃圾，经常使用的处理手段一般是焚烧或填埋。焚烧会导致有毒气体大量产生，对空气造成污染。如果在填埋过程中，处理不当，也会导致出现污染环境的现象，严重者甚至破坏水质和土壤。因此，寻找一些可代替性燃料应用在新型干法水泥熟料生产当中，不仅仅减少了对我国自然资源的损耗，也大大保护了环境。

1 电石渣部分在新型干法水泥熟料生产中的研究和应用

电石渣是电石制造中所产生的废弃物，而大量废弃的的电石渣，不仅占用土地资源，还会对土壤和周边环境造成污染。因此，如何有效地处理电石渣，是治理环境保护中的一个关键环节。采用电石渣部分来进行水泥熟料的生产，首先可以利用新干法的规模优势，对电石渣进行大量处理。其次，可以节省国内的自然资源。最后，可以减少二氧化碳在水泥生产中的含量，实现对环境的保护。

实验表明，用电石渣部分代替其他可燃料应用在新型干法水泥熟料生产的过程中，其熟料生产过程中的耗電量和煤炭消耗均有所下降，熟料的质量也能够得到有效的提升。对于企业而言，也具有一定的经济效益[1]。对国家而言，可以有效降低环境污染的程度。

1.1 试验过程

采用的原料是电石渣，电石渣的颗粒级配是用激光粒度分析仪分析出来的，电石渣中含有较多细微颗粒，经实验证明可得。由于电石渣颗粒较小，在熟料烧制过程中，能有效减少水泥生料磨粉的消耗，提高热传导速度。

1.2 电石渣配料对熟料锻烧、熟料性能有一定的影响

电石渣中含有大量的水，因此，用新型干法水泥生产进行制作与应用是十分必要的。用电石渣部分来进行熟料生产所采用的方法有两种，第一种是用电石渣来代替石灰石，与其他的原材料进行一定的配比之后，加入到生粉当中磨制成生料浆，把这些生料浆直接装入窑内，用机器脱水或者是烘干，完成之后制成熟料。但是这样的工艺方法较为落后，能耗较高，目前国家已经大量关停此项目生产。第二种，先将电石渣进行烘干处理，烘干完成之后，加入生料，然后放入窑内烧制成熟料。这种方法能量消耗很低，使用范围很广，但必须对生产线进行改造，必须增加电石渣的干燥装置。

1.3 电石渣应用要点

首先，在压滤过后的电石渣中，通常会将水份控制在40%以下，实时监测水分。其次，对电石渣进行严格的监测要设定一个自动清除的体系，将传感器与空气炮进行相连接，当出现断料的时候，空气炮可以自动填满，达到清理淤堵的任务，这样可以不用设置专门的人员来进行看管[2]。最后，随着电石渣的不断加入，原材料中的水分是不断增加的，为了控制机器的温度，应该根据电石渣的水分含量来调整喷水量，从而做到对温度的严格把控。

2 石油焦在新型干法水泥熟料生产中的应用

2.1 石油焦的特性

石油焦是将原油蒸馏后，将重质油区分开，再将这些区分开后的重质油，再进行燃烧，形成一种商品的石油焦。根据石油焦的结构与外形组合的不同，可以分为不同的石油焦。从外形上看，石油焦的形状不统一，表现出黑色的粒子，有金属的光泽，粒子均呈多孔结构，其中含碳元素较高。因为种类不同密度，差距比较大，质地比较坚硬[3]，磨损程度属于中等较难。但是因为品种不同，易磨性差异较大。而从碳含量和硫含量的角度来看，石油焦主要表现为硫含量，且价格差异也很大。

2.2 烧成的基本配置和替代方案

采用史密斯系列燃烧器配置水泥熟料和合理的水泥熟料生产线。该燃烧器具有风量小、调整灵活、热力大、对弱质燃料的适应性强等优点。在采用石油焦时，可以根据目前材料的质量和所包含的硫量，制订出具体的替代方案，尤其是对硫的含量和对硫的碱度进行控制。时刻观察窑内煅烧的情况以及出窑后熟料的质量，对于窑内废气二氧化碳的排放含量也要进行检测。综合考虑之后，再不断改进，以降低原来使用煤炭的消耗量，提高整体的使用效率，从而达到降低资源消耗、保护环境的作用。

2.3 使用石油焦代替燃料的生产情况

在使用前，石油焦必须进行检验。通过化验，对石油焦的搭配比例进行分析，分析出窑后熟料的质量，并对后回窑的主要参数进行分析。

石油焦的易磨性比原来采用煤炭的差，在两者按照一定比例搭配使用之后，有所下降。石油焦和煤粉在按照一定比例进行研磨的过程中，吐渣量较多，颗粒细胞较粗的情况出现。由此，需要提高原煤采购的热值，严格控制入窑煤粉的水含量，降低出磨煤粉的细度，并且加强对磨喷口环的清理，压缩煤粉和石油焦的燃烧时间。

窑内系统中结皮现象增多，特别是窑内尾部的烟室，分解炉的缩口等部位出现结皮的现象最多。因此，应该减少硫碱配比，确保两者之间相对平衡，保证硫化物在熟料中进行固化，随着熟料一块排出，降低熟料中的硫含量。

预热出口处CO含量的增加，需要整治系统漏风的情况，要匹配合适的系统风量，严格控制系统，避免出现燃烧时系统内部出现温度过高、堵塞、结圈等异常情况，甚至出现影响运行使用等安全风险。

石油焦挥发性低，燃烧时间過长，需要燃烧较多的空气量，容易造成脱氮氨等消耗上升，有害气体排放量增加。而且，分解炉内的高温区会因燃烧时间过长而发生变化。把喷枪的位置调到旋风筒的中间位置，既能有效降低尾气排放，又能减少氨气消耗，为企业节省生产成本。

对原煤、石油焦混合比例、温度集中、煤下料稳定、统一的运行方式进行严格控制，可以降低分解炉出口的温度，减少废气排放。通过调整燃烧器内外开流截面大小，可降低风量，提高出口压力。经实践表明，结皮、结圈等现象也随之降低。

3 镁渣在新型干法水泥熟料生产中的研究和应用

3.1 生产试验及效果

镁渣的化学成分中有多种矿物，如铁酸盐、铝酸盐等，这些矿物的水硬性能很好，故将部分镁渣掺入生料中。镁渣在加入生料过程中具有诱导结晶的作用，其性能类似于水泥熟料。镁渣是经过高温煅烧后产生的废渣，在降低煤耗使用的同时，还能使烧制温度大量降低，加速熟料的生成[4]，并能不断增加投料量，使窑内熟料产量在同等热量使用条件下不断增加。同时，掺入镁渣后，盐砂配比降低。因此完全停用铜渣可使企业生产成本大幅降低[5]。

3.2 在工艺中存在的问题以及解决办法

镁渣本身成粉末状，水分较大，经过磨损之后水分较高，导致在生料研磨时产量有所下降。而镁渣在下料和运转过程中，因为水分较大，容易粘连在皮带输送装备上，会出现下料不顺畅或者是堵塞的情况。为了解决这些问题，应该严格控制镁渣的水分。

3.3 使用要点

在选择镁渣时，一定要选择规模较大的、采用旋窑工艺的金属镁的企业，要求镁渣的质量稳定。而在使用镁渣配料时，因为熟料容易燃烧，会出现结皮、结圈等情况，所以在质检时一定要严格进行把控。回转窑内烧制操作过程中，要注意降低分解炉出口的温度，防止出现结皮、结圈现象。

3.4 取得的经济效益

掺入镁渣在降低企业生产成本的同时，也降低原料的配比，减少了使用原料的种类。且镁渣掺入后能提高熟料的易烧性，使产量稳定，熟料质量也随之提高，混合材料的参加量也得到了提高，水泥生产成本也随之降低。镁渣的综合利用，也可以享受国家税收政策的减免，有政策上的优惠，比如免税或者是减税，还可以改善社会效益好的环境污染问题。此外，镁渣的综合利用还可以增加水泥产品品种、优化产品结构，为开拓市场、发展企业做出贡献。

4 铜矿渣在新型干法水泥熟料生产中的研究和应用

目前，我国铜冶炼的产量在迅速增加，这产生了大量的铜矿渣，而这些铜矿渣容易引发重金属的污染，对于资源也形成巨大的浪费。铜矿渣中包含有很多的有价金属，能够在低温下进行煅烧，有帮助融化的效果。所以，将铜矿渣作为水泥的原料配比，从而实现资源有效利用，并且达到节能降耗的目的。

4.1 实验过程

铜矿渣碱度较低，熔点较低，具有强酸性，呈玻璃状，颗粒较小，结构比较紧密，硬度较大，呈黑色。铜矿渣中含有大量的铁矿物，包含多种有价金属和少量贵金属。

从铜矿渣的差热分析可以看到，当温度上升时，有明显的一个吸热峰。这个时候，铜矿渣中的硫化物就会进行分解。而在水泥熟料的烧制过程中，铜矿渣在较低温度下产生的溶液，会导致熟料高温液出现，温度降低，从而促进煅烧。铜矿渣当中微量金属元素的存在，能够改善生料的易燃烧性，在熟料烧制的过程中起到良好的矿化效果，从而能够达到节能的目的。

4.2 铜矿渣的实际运用

在用铜矿渣来代替原材料之后，熟料的质量较好，炉内煅烧效果较好，没有飞沙，不出现淤堵、结皮等情况。同时熟料的煤消耗降低，抗压能力提高，电量的耗损也有效下降，取得了较好的经济效益和社会效益。

在采用铜矿渣配备之后，由于铜矿渣中熔点较低，造成矿物质较多。要及时对配套的方案和窑内的烧制进行调配，可以适当降低窑内的温度，大大提升熟料的质量，使回转窑的窑内窑皮平整，不出现结厚窑皮的现象。

所以，采用铜矿渣作为原材料，可以锻造出较为合格的水泥熟料。但是铜矿渣中氧化铝的含量比较低，所以应该选择氧化铝较高含量的铝质校正原料。铜矿渣对水泥熟料的烧制和矿物的形成具有良好的推动作用，能够改善水泥生料的燃烧性。而在燃烧过程中能够降低熟料所带来的煤炭消耗，使回转窑实现产量的提升，也能明显改善水泥熟料的物理学性能，整体提高熟料的质量。

5 不同燃料在新型干法水泥生产中应用的不同

由于水泥熟料新型干法生产线的不同和燃料来源的限制，所以在不同地区采用的燃料也各不相同。新型干法水泥的生产线，对于燃料的适应性较强，可以采用不同的燃料生产出合格的水泥熟料。是在具体操作过程中，不同的燃料所采用的制作工艺也各不相同，对于窑内的温度以及设备均有着不同的需求。所以，在实际生产过程中，要仔细研究不同燃料之间的配比变化，从而保证水泥熟料的质量。由于工艺的流程的不同，根据物质的形态进行对比，有的需要在入窑前先经过破碎机进行破碎，然后通过输送带，送入研磨，研磨成一定细度的粉状，这样方便进入窑内充分燃烧，但是整个过程需要的设备较多，流程较为复杂，生产成本较高。而有一些则是直接送入窑内，操作流程较为简单，也具有较好的经济效益，但是控制系统比较复杂，难以操作。

不同燃料对于熟料的质量影响也各不相同，由于操作人员的水平各不相同，炉内温度的不均匀或者是未燃烧完全被带入熟料中，也会给熟料的质量稳定控制增加难度。

通过使用这些可替代性燃料，可以降低采煤对环境的影响，减少了CO2的排放，避免了因为焚烧废弃物产生的大量有毒气体，也避免了填埋废料对土地的污染，最大程度地回收废料，直接用于熟料的生产，对我国可持续发展道路提供了有力帮助。

6 结语

利用新型干法水泥塑料生产，可以有效地减少自然资源的使用，同时也可以有效地解决生活废物问题。随着人们对环境保护的认识的提高，我国对环境保护的需求也日益严厉。

参考文献

[1] 张思才，刘永强，高海岗.可替代燃料在新型干法水泥熟料生产中的研究与应用[J].河南建材，2018（1）：60-61.

[2] 卢晓磊.阿利特改性硫铝酸盐水泥熟料矿物组成、结构与性能研究[D].济南：济南大学，2019.

[3] 翟宝.石油焦作为新型替代燃料在水泥窑应用的探讨[J].江苏建材，2021（6）：24-26.

[4] 范泳，王峰裕.新型干法水泥窑用预制件产品[C].//2013中国水泥技术年会暨第十五届全国水泥技术交流大会，2013.

[5] 陈晓东，李威，刘海兵，等.生活垃圾气化水泥窑协同处置技术研究及应用[J].中国水泥，2016（04）：74-77.