利用磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥熟料窯系統(tǒng)熱平衡計算

程和信 賈 陽 李哲韜

引言

金正大諾泰爾化學(xué)有限公司在貴州甕安投資59.6億元打造的磷資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園項目，采用磷清潔生產(chǎn)技術(shù)，建設(shè)濕法磷酸循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈，開發(fā)出節(jié)能降耗、綠色環(huán)保等低碳技術(shù)與產(chǎn)品，努力將其建設(shè)成磷化工國家生態(tài)生產(chǎn)示范基地；并逐步使該公司成為“資源有依靠、技術(shù)有優(yōu)勢、服務(wù)有特色”的綜合一體化化工企業(yè)。

1 生產(chǎn)工藝

1.1 主要生產(chǎn)工藝

采用四級懸浮預(yù)熱器＋φ4.5×90m回轉(zhuǎn)長窯煅燒系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計產(chǎn)量500t/d，最大設(shè)計設(shè)計產(chǎn)量700t/d。

1.2 主要生產(chǎn)原料

磷石膏粉、硅砂巖、鋁礬土和焦炭末等原料生產(chǎn)水泥熟料。

1.3 主要燃料

煅燒燃料采用煤。利用磷石膏生產(chǎn)水泥聯(lián)產(chǎn)硫酸，無論從理論上，還是生產(chǎn)實際中都未得到明確的結(jié)果，本文從理論上論述利用水泥工業(yè)懸浮預(yù)熱器干法窯處置磷石膏窯系統(tǒng)熱平衡計算，計算出熟料燒成熱耗。

2 配料計算

從金正大諾泰爾化學(xué)有限公司生產(chǎn)車間取樣，進(jìn)行檢測。

2.1 原燃料（見表1）

表1 原料化學(xué)成分（%）

原煤及焦炭末工業(yè)分析。

煤：A17.55%，V31.07%，W1.05%，C54.95%，低熱值26196.81kJ/kg。焦炭末：A20.11%，V1.08%，W10.21%，C78.39%，低熱值24367.18kJ/kg。

2.2 配料方案確定

2.2.1 碳硫比的確定

根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)[4]，在控制C/S=0.7左右時，磷石膏分解率最高。配料計算按：C/S=0.7±0.01。

2.2.2 熟料率值的確定

根據(jù)本項目原、燃料特點及產(chǎn)品品種生產(chǎn)質(zhì)量要求，參考國內(nèi)外的成熟生產(chǎn)經(jīng)驗[1]，確定本設(shè)計的熟料率值控制范圍如下：

KH＝0.830±0.010SM＝3.30±0.10AM＝1.60±0.10

2.3 配料計算

原料干基配比：磷石膏：鋁礬土：硅砂巖：焦炭末=87.9：8.3：3.0：0.8。

2.4 生料、熟料化學(xué)成分（見表2）

2.5 熟料率值及礦物組成

KH=0.825 SM=3.141AM=1.288 C3S=40.270%C2S=33.935%C3A=5.378%C4AF=9.495%

2.6 熟料強(qiáng)度預(yù)測

表2 生料、熟料化學(xué)成分（%）

熟料強(qiáng)度預(yù)測按一般經(jīng)驗公式預(yù)測：R28=（CaO+Al2O3+Fe3O4+SiO2）·（59KH+5.9·SM）/100=60.6MPa。一般實際熟料強(qiáng)度誤差在±5%以內(nèi)。

3 熱平衡計算[1～3]

3.1 平衡范圍及基準(zhǔn)

平衡范圍：從冷卻機(jī)熟料出口到預(yù)熱器廢氣出口，即包括回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)、預(yù)熱器系統(tǒng)，并考慮了窯灰回窯與窯按閉路循環(huán)操作的情況。溫度基準(zhǔn)：0℃。物料基準(zhǔn)：1kg熟料。

3.2 物料平衡

3.2.1 收入項目

燃料消耗量：0.203kg/kg-cl；

入預(yù)熱器生料：2.674kg/kg-cl；

一次空氣量：0.309kg/kg-cl；

入冷卻機(jī)空氣量：2.715kg/kg-cl；

窯尾系統(tǒng)漏入空氣量：0.259kg/kg-cl。

3.2.2 支出項目

出冷卻機(jī)熟料量：1.000kg/kg-cl；

出預(yù)熱器廢氣量：3.776kg/kg-cl；

出預(yù)熱器飛灰量：0.228kg/kg-cl；

冷卻機(jī)排出的氣體量：0.774kg/kg-cl；

煤磨從系統(tǒng)抽出氣體量：0.347kg/kg-cl；

煤磨從系統(tǒng)抽出含塵量：0.008kg/kg-cl；

其它支出：0.026kg/kg-cl。

3.3 熱量平衡

3.3.1 收入項目

燃料燃燒熱：5312.734kJ/kg-cl；

燃料顯熱：11.925kJ/kg-cl；

生料帶入熱：113.006kJ/kg-cl；

入窯一次空氣帶入熱：10.085kJ/kg-cl；

進(jìn)冷卻機(jī)冷空氣顯熱：112.596kJ/kg-cl；

生料帶入空氣顯熱：0.000kJ/kg-cl；

系統(tǒng)漏入空氣顯熱：7.832kJ/kg-cl。

3.3.2 支出項目

熟料形成熱：2239.888kJ/kg-cl；

水分耗熱：711.672kJ/kg-cl；

出冷卻機(jī)熟料顯熱：65.263kJ/kg-cl；

預(yù)熱器出口廢氣顯熱：1414.808kJ/kg-cl；

預(yù)熱器出口飛灰顯熱：65.539kJ/kg-cl；

冷卻機(jī)排出空氣顯熱：153.161kJ/kg-cl；

出冷卻機(jī)的粉塵顯熱：2.784kJ/kg-cl；

煤磨抽熱風(fēng)顯熱：129.994kJ/kg-cl；

系統(tǒng)表面散熱：749.210kJ/kg-cl；

其它支出：35.859kJ/kg-cl。

從以上數(shù)據(jù)可看出：熱收入總值5568.178kJ/kg-cl，熱支出總值5568.178kJ/kg-cl，其它支出為 35.859kJ/kg-cl，占比 0.64%。

熟料熱耗=1250（煤耗）+1789（焦炭耗）=3039cal/kg-cl

3.4 熟料理論料耗

熟料理論料耗：2.419kg/kg-c（l干基）。

3.5 熟料理論聯(lián)產(chǎn)硫酸量

熟料理論聯(lián)產(chǎn)硫酸量：1.015kg/kg-cl。

4 結(jié)論

（1）利用生產(chǎn)無機(jī)肥工業(yè)廢渣磷石膏，硅砂巖、鋁礬土和焦炭末四種原料配料，熟料率值適宜且，其礦物組成合理，滿足本項目石膏制酸聯(lián)產(chǎn)水泥熟料的技術(shù)要求。

（2）金正大諾泰爾化學(xué)有限公司四條生產(chǎn)線建成投產(chǎn)，每年可以處理工業(yè)廢渣磷石膏52萬（t干基）以上，水泥熟料60萬t，生產(chǎn)公司所需硫酸60萬t以上，可以充分建立濕法磷酸循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈，開發(fā)節(jié)能降耗、綠色環(huán)保等低碳技術(shù)與產(chǎn)品。

（3）采用四級懸浮預(yù)熱器＋回轉(zhuǎn)長窯煅燒系統(tǒng)，需嚴(yán)格控制碳硫比、KH、SM、AM。