黑煤矸石在生產水泥熟料中的成功應用

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1生產簡介

遼陽天瑞水泥有限公司現有2條5000t/d帶純低溫餘熱發電技術的新型干法水泥熟料生產線，迴轉窯規格為Φ4.8m×72m，配套史密斯進口的Atox 50的生料立磨，水泥粉磨系統採用Φ4.2m×13m球磨機配套輥壓機組成的聯合粉磨系統。自2009年8月投產以來，生料配料中的硅鋁質校正原料一直採用的是鋁礬土，但鋁礬土水分較高，最高時達到11%，尤其是在雨季與冬季生產時易造成下料溜子堵塞及調配倉內結掛等現象，斷料頻繁，給生料磨的穩定運行造成很大影響，進而造成生料成分嚴重波動，熟料強度降低。

通過天瑞集團公司內部兄弟企業之間相互交流並借鑒國內其他水泥企業的應用經驗，公司開始使用黑煤矸石替代鋁礬土配料進行嘗試。本文針對黑煤矸石在生產水泥熟料中的成功應用作一簡要論述，供業內人士參考。

2使用黑煤矸石配料的可行性

黑煤矸石是指採煤和洗煤過程中排放的固體廢物，是在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色岩石，其主要成分中SiO2含量為40%～50%，Al2O3含量為18%～24%，另外還含有少量的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素（鎵、釩、鈦、鈷），黑煤矸石是一種天然的硅鋁質校正原料。

黑煤矸石資源豐富，若棄置不用，會佔用大片土地，而且黑煤矸石中的硫化物逸出或浸出會污染大氣、農田和水體。黑煤矸石還會自燃引發火災或在雨季崩塌，淤塞河流造成災害。

經調研當地煤礦的煤矸石山，儲量較大。先期選取了一部分黑煤矸石經過長期自燃後的紅煤矸石，經過大量的數據統計分析，發現對熟料的後期強度有一定影響，主要是其自燃後的紅煤矸石雖然燒失量相對較低，但SO3含量偏高，使其生產出來的熟料SO3成分高，造成熟料的後期強度偏低，當時不論使用鋁礬土配料還是紅煤矸石配料，C1出口溫度均在300℃左右，餘熱發電噸熟料發電量均低於35kWh。為此利用黑矸石本身的發熱量來提高C1出口溫度，從而提高餘熱發電噸熟料發電量，效果也比較明顯。

3黑煤矸石配料方案及使用情況對比

生料配料採用石灰石、砂岩、鐵尾礦及鋁質校正原料（分別選擇鋁礬土、紅煤矸石和黑煤矸石），針對黑煤矸石成分的差別，又分為高硫黑煤矸石和低硫黑煤矸石兩種。原材料化學成分分析見表1，原煤及黑煤矸石工業分析見表2 ，試驗四種方案生料配比情況見表3，熟料成分及其強度對比見表4。

從不同鋁質原料生產期間效果對比和表1～表4可以看出：

1)熟料1採用鋁礬土配料，鋁礬土成分相對較穩定，但粒度大，經過破碎機破碎後進入預均化庫進行預均化處理，在保證正常下料的情況下出磨生料成分波動小，熟料質量相對穩定，後期強度較高。但缺點是當鋁礬土中含土量大且水分大時易造成堵塞，使出磨生料不穩定，在雨季及冬季不宜使用，但從熟料質量控制角度考慮，鋁礬土仍是較好的鋁質校正原料。

2)熟料2採用紅煤矸石配料，由於紅煤矸石成分波動大，採用預均化措施保證其成分的穩定，該物料不分季節，下料均順暢，出磨生料成分波動小，很穩定，熟料質量也相對穩定，但由於該物料中的硫含量較高導致熟料中的SO3含量有所上升，對熟料的後期強度有一定影響。

3)熟料3採用高硫的黑煤矸石1配料，其成分波動不大，採用預均化措施，下料也較順暢，出磨生料成分波動小，熟料質量也相對穩定。但由於該物料中的SO3含量與全硫含量較高使其熟料中的SO3含量也較高，對比熟料2當中使用紅煤矸石配料效果一樣有所上升，對熟料的後期強度也有一定影響。

4)熟料4採用低硫的黑煤矸石2配料，黑煤矸石2成分波動不大，採用預均化措施，下料也較順暢，出磨生料成分波動小，熟料質量也相對穩定，該物料中的硫含量相對較低，熟料中的SO3含量也不高，熟料後期強度也很好。

5)使用鋁礬土與紅煤矸石期間餘熱發電噸熟料發電量均低於35kWh，C1出口溫度均在300℃左右，使用黑煤矸石1 或2期間餘熱發電噸熟料發電量均超過38kWh，C1出口溫度均在330℃左右，由於黑煤矸石本身的發熱量提高了C1出口溫度，從而提高了餘熱發電的噸熟料發電量。採用黑煤矸石配料對餘熱發電量的提高均有效果，但硫含量高的黑煤矸石對熟料的後期強度有一定影響，不宜採用。

6）使用黑煤矸石配料後，價格較低，相對其他三種鋁質校正原料至少降低1.12元/t，配料成本下降。

4結束語

1）黑煤矸石中Al2O3含量較高，適合生料的配料需要，其易磨性也較好，生料磨台時相對提高5～10t/h。

2）黑煤矸石本身的發熱量在2500kJ/kg左右，提高了預熱器C1出口的溫度，從而提高了餘熱發電噸熟料發電量。

3）採用低硫的黑煤矸石配料，熟料中的SO3含量不高，熟料的後期強度相對較高，同時從環保角度考慮也使SO2排放指標降低。

4）使用黑煤矸石配料後，燒成系統分解爐溫度適當提高，尾煤用量有所降低，由平均17.5t/h下降到平均16.0t/h，操作上嚴格控制好分解爐出口及 C1出口溫度，不宜控制太高，避免造成預熱器系統結皮堵塞的發生。

5）為保證黑煤矸石的成分穩定，需要一定庫存量，並採取預均化措施，達到出磨生料質量穩定。

2013年以來公司一直堅持採用黑煤矸石配料，全年可消耗20萬t黑煤矸石，取得了較好的經濟效益和環保效益。

作者單位：

李媛，張延明：遼陽天瑞水泥有限公司

金光輝，張延明：泰山中聯水泥有限公司

（本文摘自《水泥》雜誌）