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      2018-11-12 08:44:56 來(lái)源:水泥人網(wǎng)

      淺談電石渣在干法水泥生產(chǎn)線(xiàn)中的應用

        甘肅省金昌市氯堿化工產(chǎn)業(yè)鏈項目主要由金泥集團公司40萬(wàn)噸電石、16萬(wàn)噸干法乙炔,金川集團公司40萬(wàn)噸離子膜燒堿、30萬(wàn)噸聚氯乙烯(PVC)等項目組成。

        金昌水泥(集團)有限責任公司新型干法水泥二廠(chǎng)是金泥集團下屬的水泥分廠(chǎng)之一,位于金昌市新材料工業(yè)園區。2009年5月投產(chǎn),年可生產(chǎn)各類(lèi)水泥100萬(wàn)噸以上,占到集團公司水泥銷(xiāo)售的70%。

        金泥集團干法二廠(chǎng)是甘肅省金昌市氯堿產(chǎn)業(yè)鏈上的重要節點(diǎn)項目,將金川集團公司、甘肅金泥化工公司和甘肅金泥干法乙炔公司等金昌市氯堿產(chǎn)業(yè)進(jìn)行有效鏈接,完全利用其排放的電石渣作為石灰質(zhì)原料用于生產(chǎn),并將生產(chǎn)的水泥用于金川公司礦山井下填充,形成循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈。

        一、電石渣固體廢物綜合利用項目

        金泥集團公司多年來(lái)致力于打造資源節約型、環(huán)境友好型企業(yè),秉持固體廢物綜合利用的原則,將甘肅金昌市金川地區氯堿產(chǎn)業(yè)鏈上游企業(yè)排出的電石渣等固體廢物“吃干榨凈”,做到變廢為寶,徹底消除因電石渣等廢渣排放對環(huán)境的污染。同時(shí)也達到調整產(chǎn)品結構,適應市場(chǎng)對高性能、高質(zhì)量水泥需求的目的,完全符合國家的產(chǎn)業(yè)政策和環(huán)保政策。

        電石渣是氯堿化工生產(chǎn)PVC的過(guò)程中電石與水在發(fā)生器中發(fā)生反應,生成乙炔氣體時(shí)產(chǎn)生的廢棄物。利用電石渣生產(chǎn)水泥,可實(shí)現大摻量、無(wú)害化利用電石渣,是電石渣最有效的處理途徑。但利用全部電石渣代替石灰質(zhì)原料生產(chǎn)水泥,和傳統天然石灰質(zhì)原料生產(chǎn)水泥的煅燒控制參數有很大差別。

        1.電石渣的特性

        1.1電石渣的物理性能

        干法制備乙炔產(chǎn)生的電石渣,水分在4%—12%,根據其中所含硅、鐵等雜質(zhì)的不同,其密度在1.5—2.0kg/m3,容積密度為0.5—1.0kg/ m3,細度篩余(0.08mm方孔篩)為9%—18%,呈白色細粉狀,比表面積為260—350m2/kg。隨著(zhù)電石渣顆粒變小,其比表面積呈正比例關(guān)系。由于電石渣的主要化學(xué)成分為Ca(OH)2,水分含量低時(shí)呈現吸濕性,含水電石渣具有粘性和保水性,在常溫下晾曬會(huì )產(chǎn)生殼狀保護層,水分不易蒸發(fā)。

        1.2電石渣的化學(xué)成分

        干法制備乙炔產(chǎn)生的電石渣化學(xué)成分如表1。電石渣的主要化學(xué)成分為CaO,其含量為68%—74%。

        表1:電石渣主要化學(xué)成分

        

       

        2.電石渣的危害

        電石渣的有效成分和主要成分都為氫氧化鈣(質(zhì)量分數為90.1%),同時(shí)還含有氧化硅(質(zhì)量分數為3.5%),氧化鋁(質(zhì)量分數為2.5%),及少量的碳酸鈣、三氧化二鐵、氧化鎂、二氧化鈦、碳渣、硫化鈣等雜質(zhì)。電石渣呈灰色,并伴有刺鼻的氣味。電石渣呈強堿性,數量龐大,運輸成本高,且會(huì )造成二次污染;如果就地堆放,常給對周邊的環(huán)境造成嚴重的環(huán)境污染,比如占用大量的土地堆放、污染堆放場(chǎng)地附近的水資源、容易風(fēng)干起飛灰、形成粉塵對大氣造成污染等,是我國清潔生產(chǎn)和資源循環(huán)利用的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

        3.電石渣與石灰石煅燒水泥的區別

        3.1分解爐溫度的控制

        天然石灰石的主要化學(xué)成分為CaCO3,分解溫度在700℃以上,急劇分解溫度在850℃以上。為了提高物料的分解率,保證入窯物料的易燒性,控制以石灰石作為石灰質(zhì)原料的預分解系統中分解爐的正常煅燒溫度為850—900℃。

        電石渣的主要化學(xué)成分為Ca(OH)2,在預熱器中的反應是Ca(OH)2脫去結合水生成CaO的過(guò)程。Ca(OH)2的分解溫度在500℃以上就可以分解,在650℃以上可以實(shí)現大量分解。

        電石渣中的CaO含量在68%以上,遠高于石灰石中氧化鈣的含量,屬于生產(chǎn)水泥的優(yōu)質(zhì)石灰質(zhì)原料,具備生產(chǎn)高等級電石渣水泥熟料的能力。電石渣和石灰石在窯尾預熱器和分解爐的反應過(guò)程不同,相關(guān)研究人員的熱分析結果顯示,電石渣中Ca(OH)2和石灰石中CaCO3分解熱耗分別為72.253kJ/mol和142.933kJ/mol,熱力學(xué)計算氫氧化鈣和碳酸鈣的理論分解熱耗分別為101.625kJ/mol和166.232kJ/mol。以上兩種結果顯示,單位質(zhì)量的電石渣的分解熱即電石渣中Ca(OH)2分解生成CaO的熱耗,遠低于單位質(zhì)量的石灰石中的CaCO3分解生成CaO的熱耗,電石渣在預分解系統實(shí)際熱耗為1350—1450kJ/kg。

        這就為金泥集團公司干法二廠(chǎng)的燒成煅燒帶來(lái)了困難,如何保證石灰石反應充分而電石渣又不反應過(guò)量,分解爐溫度控制成為困擾窯系統穩定煅燒的一大難題。如何解決系統內供熱和需熱的平衡問(wèn)題。經(jīng)過(guò)該廠(chǎng)的不斷摸索,預分解系統與窯頭的用煤比例由以前純石灰石的頭煤35%,尾煤65%,逐漸調整為現在的頭煤45%,尾煤55%,減少了預熱器的供熱,增加了窯內供熱,平衡了系統內供熱和需熱的問(wèn)題,穩定了系統煅燒。

        4.電石渣制水泥較石灰石制水泥的優(yōu)勢分析

        由于電石渣的化學(xué)成分與石灰石基本相同,理論上完全可以利用電石渣生產(chǎn)水泥。利用電石渣替代石灰石生產(chǎn)水泥這一工藝具有明顯的增產(chǎn)節能效果。

        4.1 CaO含量高達70%左右,改善了生料的易燒性;

        4.2 電石渣中的Ca(OH)2分解溫度比石灰石中的CaCO3分解溫度低很多,燒成熱耗較低;

        4.3 利用電石渣減少石灰石用量,不僅節約了不可再生資源石灰石的用量,滿(mǎn)足了水泥生產(chǎn)的原料需求,而且還解決了多年來(lái)因廢渣污染無(wú)法處理帶來(lái)的難題,使廢物資源得到利用,并且改善了生態(tài)環(huán)境;

        4.4 傳統水泥工業(yè)不僅資源和能源消耗巨大,而且對環(huán)境也造成了嚴重污染。水泥生產(chǎn)對環(huán)境產(chǎn)生破壞的根本原因在于,必須采用石灰石、燃料等不可再生資源和能源,經(jīng)歷破碎、粉磨、煅燒、再破碎和再粉磨等過(guò)程,因而在上述過(guò)程中不可避免會(huì )消耗資源、能源、排出廢氣、產(chǎn)生粉塵等污染物。傳統水泥企業(yè)排放污染物主要為粉塵和煙塵、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等,而使用電石渣作為主要原料生產(chǎn)水泥后,各項污染物排放值明顯下降;

        4.5電石渣制水泥相比石灰石制水泥能耗降低、成本減少。就我廠(chǎng)目前使用的原燃材料價(jià)格情況,如表2所示:

        

       

        3.5.1 電石渣的用量每增加1.0%,石灰石用量降低0.85%,砂巖用量增加0.15%,每月我廠(chǎng)生產(chǎn)生料按10萬(wàn)噸計算,可節約成本42萬(wàn)左右;

        3.5.2 當電石渣用量<20%時(shí),原煤(頭煤+尾煤)用量未發(fā)生變化;當電石渣用量在20%—30%之間時(shí),頭煤用量從6.2降低至5.8,尾煤用量從8.2降低至7.6;

        3.5.3 使用石灰石為原料制水泥時(shí),噸熟料實(shí)物煤耗達到133公斤/噸;使用量在20%—30%之間的電石渣時(shí),噸熟料實(shí)物煤耗達到119公斤/噸,每噸熟料可節約原煤14公斤,每月可節約原煤成本50萬(wàn)左右。

        綜上所述,利用電石渣煅燒水泥熟料,我廠(chǎng)根據電石渣的化學(xué)、物理性能先期在小磨實(shí)驗中嘗試成功后才投入到實(shí)際生產(chǎn)當中,投入到生產(chǎn)后發(fā)現原煤、和石灰石都有不同程度的降低,不僅變廢為寶,節約了大量不可再生的原煤、石灰石資源,降低了水泥生產(chǎn)成本,減少了溫室氣體排放,根據目前的生產(chǎn)情況來(lái)看每年可節約生產(chǎn)成本10000元左右。而且電石渣水泥熟料形成熱較低,容易粉磨,有利于降低熟料煅燒過(guò)程中的熱耗、電耗,具有良好的經(jīng)濟效益、社會(huì )效益與環(huán)境效益。

        5.電石渣水泥熟料

        以電石渣為主要原料煅燒所得熟料化學(xué)成分見(jiàn)表3,礦物組成見(jiàn)表4,熟料物理性能見(jiàn)表5。

        

       

        

       

        

       

        水泥各項指標滿(mǎn)足GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》生產(chǎn)標準,重金屬等指標符合國家標準GB 30760-2014《水泥窯協(xié)同處置固體廢棄物技術(shù)規范》。

        二、 實(shí)際生產(chǎn)中遇到的困難及解決辦法

        1.電石渣使用給生產(chǎn)、設備帶來(lái)的困難

        1.1在電石渣使用過(guò)程中,使用量低于20%對預熱器系統及窯內煅燒影響不大,使用量超過(guò)20%后窯尾系統、預熱器內物料有發(fā)粘現象,容易造成設備故障,并且出磨生料質(zhì)量波動(dòng)大,影響熟料煅燒質(zhì)量。

        1.2 由于上游企業(yè)電石渣供應量不斷加大,生料原入磨斜槽輸送能力有限,只能滿(mǎn)足20%左右的輸送量,給生產(chǎn)帶來(lái)了困難。

        1.3 由于電石渣是輕質(zhì)物料,在生產(chǎn)過(guò)程中容易出現分離現象。

        2.解決辦法

        2.1 在生產(chǎn)中通過(guò)反復的試驗,并根據上游企業(yè)的電石渣供量,電石渣使用量從10%逐步提高到30%,在相關(guān)人員的摸索和探討中逐步調整頭尾煤的使用量及配料方案,并結合我廠(chǎng)工藝設計和系統的運行情況,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的摸索發(fā)現,電石渣使用量達到20%-30%時(shí),系統需要的熱量明顯降低,在頭煤用量不變的情況下,尾煤用量明顯降低,頭、尾煤用量比例可控制在45%、55%,完全緩解窯尾系統、各級預熱器結皮嚴重的情況,保證熟料的正常煅燒和系統的正常運行。

        2.2 為解決電石渣供應量加大,我廠(chǎng)設備不能滿(mǎn)足生產(chǎn)需求的問(wèn)題,廠(chǎng)部積極組織人員對生料入磨斜槽進(jìn)行了改造,將原有φ300mm*22m的斜槽改為φ400mm*22m的斜槽,增大輸送能力完全達到生產(chǎn)需要。

        2.3為緩解生料分層現象,對均化庫位進(jìn)行了調整,盡量保證低庫位運行,給入庫生料粉的均勻布料提供合理空間,有效的保證了生料磨的運轉率。

        三、結語(yǔ)

        水泥行業(yè)是電石渣無(wú)害化、大摻量、無(wú)殘留、資源化處理的最好途徑,電石渣生產(chǎn)水泥是電石渣清潔處理的最佳途徑。由于電石渣的分解熱遠低于石灰石的分解熱,煤耗大幅降低,生產(chǎn)成本降低。而且電石渣分解排放的是水,而石灰石分解排放的產(chǎn)物為CO2,會(huì )產(chǎn)生溫室氣體。因此采用電石渣生產(chǎn)水泥,可實(shí)現低碳排放、低熱耗。同時(shí),高氧化鈣含量的電石渣為生產(chǎn)高等級水泥提供了可靠保障。

        金泥集團公司干法二廠(chǎng)作為甘肅省金昌市氯堿產(chǎn)業(yè)鏈的末端企業(yè),完全消化上游企業(yè)排出的電石渣等固體廢物,實(shí)現了廢物的再次整合利用,為甘肅省金昌市氯堿產(chǎn)業(yè)鏈作出了應有的貢獻。

        文/甘肅金昌水泥 薛希海 阮黎明

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