電石渣作原料2 000t/d水泥生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)

趙 艷，溫 平

（河北省建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院，河北 石家莊 050051）

用電石作為化工原料的化工企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢渣-電石渣，如果電石渣不加以利用則會(huì)占用大量的土地，有會(huì)污染環(huán)境。電石渣的主要成分為氫氧化鈣，其分解后的化學(xué)成分為氧化鈣是生產(chǎn)水泥的主要原料之一。電石渣中含有對(duì)水泥生產(chǎn)有害成分堿和氯較高，需要采取一些特殊的措施來(lái)保證水泥生產(chǎn)的質(zhì)量、可靠性和連續(xù)性。陜西米脂冀東2 000t/d水泥生產(chǎn)線設(shè)計(jì)用30%左右的電石渣代替石灰石生產(chǎn)水泥，項(xiàng)目建成投產(chǎn)后順利實(shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)、達(dá)產(chǎn)，這樣充分利用了資源，變廢為寶，不僅解決了上游化工企業(yè)的廢渣難題，也給企業(yè)帶來(lái)了一定經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 工程概況

陜西米脂冀東為1條2 000t/d水泥生產(chǎn)線，設(shè)計(jì)年運(yùn)轉(zhuǎn)率為310天，年產(chǎn)熟料62萬(wàn)t，年產(chǎn)水泥85萬(wàn)t。

圖1 工藝總圖

1.1 總圖運(yùn)輸方案

本項(xiàng)目總平面設(shè)計(jì)原則是：滿足合理的工藝流程，保證原燃料和成品進(jìn)出物流順暢，布置盡量集中緊湊，節(jié)約用地，減少工程費(fèi)用，保證工廠有一個(gè)良好的生產(chǎn)環(huán)境。廠區(qū)主要分為：原燃料準(zhǔn)備區(qū)、主生產(chǎn)區(qū)共兩個(gè)功能分區(qū)。

原燃料準(zhǔn)備區(qū)：位于廠區(qū)的北側(cè)和東側(cè)，根據(jù)地形并結(jié)合工藝流程，采用“L”型布置。其中料漿池和清液池位于廠區(qū)北側(cè)，電石渣處理車(chē)間布置在其南側(cè)；原材料和煤等布置在廠區(qū)的東側(cè)。

主生產(chǎn)區(qū)：位于廠區(qū)的西側(cè)，從北向南“一字形”依次布置，從原料粉磨及廢氣處理至水泥袋裝及發(fā)運(yùn)。

廠前區(qū)布置有辦公樓、宿舍、食堂、浴室等子項(xiàng)。

其他輔助生產(chǎn)設(shè)施如中控室、水處理各車(chē)間、機(jī)電修、材料庫(kù)等根據(jù)功能及場(chǎng)地條件，在生產(chǎn)線周?chē)贾谩＼?chē)間設(shè)置見(jiàn)圖1。

1.2 原、燃料及物料平衡表

（1）電石渣。項(xiàng)目采用金泰氯堿工廠工業(yè)廢渣——電石渣作為石灰質(zhì)主要原料之一。金泰氯堿目前存儲(chǔ)池存有電石渣約130萬(wàn)t，每天還能排放約1 200t。金泰氯堿工藝決定其產(chǎn)生的電石渣氯離子含量偏高，電石渣氯離子含量在0.27%~0.346%。金泰二期工程在2013年10月份投產(chǎn)，投產(chǎn)后總計(jì)年排放電石渣約40萬(wàn)t。經(jīng)過(guò)改造其排放電石渣氯離子含量在0.06%以下，但仍偏高。根據(jù)原料配料計(jì)算，每年所需電石渣約60萬(wàn)t，因此每年需消耗存儲(chǔ)池中的電石渣約20萬(wàn)t左右，電石渣典型化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 電石渣化學(xué)成分（%）

表2 石灰石化學(xué)成分（%）

（2）石灰石。項(xiàng)目地最近距離的石灰石資源在山西中陽(yáng)蔡家溝鎮(zhèn)，距米脂140km。石灰石典型化學(xué)成分見(jiàn)表2。

（3）硅質(zhì)原料。使用距米脂大概230km的山西嵐縣的砂巖和工廠附近的黏土作為硅質(zhì)原料，砂巖的典型化學(xué)成分見(jiàn)表3，黏土的典型化學(xué)成分見(jiàn)表4。

表3 砂巖的化學(xué)成分（%）

表4 黏土的化學(xué)成分（%）

（4）鐵質(zhì)校正原料。項(xiàng)目擬采用距離米脂160km的中陽(yáng)鋼渣為鐵質(zhì)校正原料，中陽(yáng)鋼渣的典型化學(xué)成分見(jiàn)表5。

表5 中陽(yáng)鋼渣化學(xué)成分（%）

表6 原煤工業(yè)分析（%）

表7 煤灰化學(xué)成分（%）

表8 熟料率值

表9 物料配比（%）

（5）燃料。原煤產(chǎn)自陜西榆林地區(qū)，煤質(zhì)和供煤量都能保證，原煤的工業(yè)分析見(jiàn)表6，煤灰化學(xué)成分見(jiàn)表7。

（6）混合材。擬采用粉煤灰、爐渣和礦渣作為水泥混合材。米脂地區(qū)粉煤灰和爐灰產(chǎn)生量可以滿足本項(xiàng)目水泥混合材的用量和質(zhì)量要求，礦渣從鄰近的吳堡地區(qū)來(lái)。

表10 全廠物料平衡情況

（7）調(diào)凝劑。擬采用米脂各個(gè)電廠的脫硫石膏作為水泥生產(chǎn)所用調(diào)凝劑，其質(zhì)量滿足本項(xiàng)目生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)硅酸鹽水泥的技術(shù)要求。

（8）熟料率值見(jiàn)表8。

（9）原料配比見(jiàn)表9。

（10）全廠物料平衡見(jiàn)表10。

（11）全廠主機(jī)設(shè)備規(guī)格、能力和工作制度見(jiàn)表11。

（12）全廠物料儲(chǔ)存方式、儲(chǔ)存量及儲(chǔ)存期見(jiàn)表12 。

表11 全廠設(shè)備

表12 全廠物料儲(chǔ)存情況

2 主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1）多種有效的防堵措施。

原料中壓濾后的電石渣、黏土和脫硫石膏比較粘濕，針對(duì)它們的特性，有針對(duì)性的設(shè)計(jì)了儲(chǔ)庫(kù)及輸送計(jì)量設(shè)備：壓濾后的電石渣卸料斗底部設(shè)置有振動(dòng)電機(jī)，電石渣緩沖倉(cāng)設(shè)置有自動(dòng)清堵系統(tǒng)；在物料所能接觸到的部位內(nèi)部均設(shè)樹(shù)脂襯板，下部錐體傾角為70°，其最下部分特別設(shè)計(jì)成吊倉(cāng)結(jié)構(gòu)，這樣有利于物料下料順暢和方便捅料，其計(jì)量設(shè)備采用定量給料機(jī)；電石渣濾餅的儲(chǔ)存沒(méi)有設(shè)計(jì)成圓形儲(chǔ)庫(kù)，而是采用堆棚形式，儲(chǔ)存在堆棚中的電石渣濾餅由鏟車(chē)鏟到小的鋼漏斗中，由膠帶輸送機(jī)輸送到緩沖倉(cāng)經(jīng)計(jì)量后輸送到烘干破，盡量減少中轉(zhuǎn)的環(huán)節(jié)，相應(yīng)的減少了堵塞的概率。在試生產(chǎn)階段，沒(méi)有發(fā)生物料堵塞緩沖倉(cāng)或溜子而影響生產(chǎn)的情況。

（2）合理布置的原、燃料預(yù)均化堆場(chǎng)。

根據(jù)地形，石灰石和其它輔料選用聯(lián)合儲(chǔ)庫(kù)，煤預(yù)均化選用長(zhǎng)型堆場(chǎng)。聯(lián)合儲(chǔ)庫(kù)與預(yù)均化堆場(chǎng)相比具有占地小，設(shè)備投資少，但均化效果比預(yù)均化堆場(chǎng)差。圓形預(yù)均化堆場(chǎng)為連續(xù)堆料、取料，堆料為環(huán)線連續(xù)布料，端面取料、中心卸料；長(zhǎng)形預(yù)均化堆場(chǎng)則為一堆一取，直線連續(xù)布料，端面取料。長(zhǎng)形預(yù)均化堆場(chǎng)的優(yōu)點(diǎn)是：布料均勻，對(duì)周期長(zhǎng)成分波動(dòng)大的原料容易調(diào)整，對(duì)粘濕物料適用性強(qiáng)，易于設(shè)備的檢修和維護(hù)，便于擴(kuò)建；缺點(diǎn)是：存在端堆效應(yīng)，兩個(gè)料堆之間的成分也存在差異，占地面積大。圓形預(yù)均化堆場(chǎng)的特點(diǎn)是料堆內(nèi)外圈有差異，物料分布較不均勻，但由于連續(xù)堆料和取料，沒(méi)有端堆效應(yīng)，均化效果能滿足生產(chǎn)要求。圓形預(yù)均化堆場(chǎng)占地面積小，設(shè)備投資與長(zhǎng)形預(yù)均化堆場(chǎng)相當(dāng)。鑒于以上堆場(chǎng)形式自身的優(yōu)缺點(diǎn)和生產(chǎn)線實(shí)際征地情況，石灰石和輔料選用聯(lián)合儲(chǔ)庫(kù)、煤預(yù)均化堆場(chǎng)采用長(zhǎng)形預(yù)均化堆場(chǎng)。

（3）高效的電石渣漿壓濾系統(tǒng)。

相對(duì)于舊式的電石渣漿壓濾系統(tǒng)，電石渣濾餅的物料水分由30%~37%降低到25%～30%，這樣節(jié)省了大量的煤耗，烘干電石渣濾餅的氣體溫度降低了近150℃，預(yù)熱器由傳統(tǒng)的2級(jí)現(xiàn)在3級(jí)就可以保證烘干。

（4）先進(jìn)的粉磨工藝流程。

早期的電石渣水泥生產(chǎn)線原料磨和水泥磨均一般都采用球磨系統(tǒng)，隨著國(guó)產(chǎn)立磨的技術(shù)進(jìn)步，其可靠性大大提高，為了節(jié)省能源，本項(xiàng)目原料磨、煤磨和水泥磨均采用立磨系統(tǒng)。立磨與球磨相比有以下優(yōu)點(diǎn)：立磨系統(tǒng)集中碎、粉磨、烘干、選粉等工序于一體，流程簡(jiǎn)單，烘干能力大，對(duì)原料的水分、粒度的適應(yīng)性強(qiáng)，粉磨電耗低；原料粉磨系統(tǒng)的比較見(jiàn)表13，煤磨系統(tǒng)的比較見(jiàn)表14，水泥磨系統(tǒng)的比較見(jiàn)表15。

（5）高效的生料均化庫(kù)。

生料均化庫(kù)采用IBAU型均化庫(kù)，它的優(yōu)點(diǎn)是：耗氣量少，單位電耗低，高卸空率和良好的均化效果，出庫(kù)生料CaO標(biāo)準(zhǔn)偏差小于±0.25%。

表13 原料粉磨系統(tǒng)的比較

表14 煤磨系統(tǒng)的比較

表15 水泥磨系統(tǒng)的比較

表16 生料化學(xué)成分（%）

表17 生料率值

表18 熟料礦物組成（%）

表19 熟料化學(xué)成分及礦物組成（%）

（6）先進(jìn)的燒成系統(tǒng)。

針對(duì)電石渣的特性，預(yù)熱器采用單系列大蝸殼3級(jí)（根據(jù)需要且可以切換到2級(jí)）旋風(fēng)預(yù)熱器，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：低阻力、高換熱效率和低廢氣量；分解爐具有煤適應(yīng)性好，容積產(chǎn)量高和高換熱效率的特性。電石渣中含有對(duì)水泥生產(chǎn)有害成分堿和氯較高且其煙氣成分與純石灰石的有較大的不同，因此分解爐、下料管、撒料盒等均有較大的改變。為了保證連續(xù)生產(chǎn)，防止結(jié)皮堵塞，窯尾還設(shè)置了旁路放風(fēng)系統(tǒng)。另外窯尾還加設(shè)了SNCR脫硝系統(tǒng)以保證廢氣達(dá)標(biāo)排放。

熟料冷卻采用第四代無(wú)漏料高效篦冷機(jī)，篦冷機(jī)的篦床采用液壓驅(qū)動(dòng)，熟料破碎機(jī)為錘式破碎機(jī)。液壓驅(qū)動(dòng)與傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)相比具有運(yùn)行平穩(wěn)、低噪音、低磨損等優(yōu)點(diǎn)；此篦冷機(jī)還具有高熱回收率（>75%）和低能耗（冷卻風(fēng)量≤2.0Nm3/t.cl）的優(yōu)點(diǎn) 。

（7）多項(xiàng)節(jié)能措施。除原料磨、煤磨水泥磨均選用立磨外，所有的工藝大風(fēng)機(jī)和篦冷機(jī)低壓部分冷卻風(fēng)機(jī)均采用變頻調(diào)速；所有的工藝大風(fēng)機(jī)均選用高效率的離心風(fēng)機(jī)。

3 試生產(chǎn)結(jié)果

2017.01.04~2017.01.10凌晨4點(diǎn)，系統(tǒng)共生產(chǎn)熟料約9 000多t，實(shí)現(xiàn)了72h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)產(chǎn)2 100t/d。達(dá)產(chǎn)期間電石渣摻量約占50%，電石渣濾餅水分平均25%~27%，C1出口最高溫度530℃，未用補(bǔ)燃熱風(fēng)爐即能烘干電石渣濾餅。達(dá)產(chǎn)期間生料和熟料數(shù)據(jù)見(jiàn)表16，表17，表18，表19。

4 結(jié) 語(yǔ)

陜西米脂冀東2 000t/d水泥生產(chǎn)線為我院設(shè)計(jì)的第1條完整的電石渣水泥生產(chǎn)線，試生產(chǎn)結(jié)果完全達(dá)到設(shè)計(jì)意圖，為我院拓展設(shè)計(jì)領(lǐng)域積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。