粉煤灰替代煤矸石生產熟料的應用實踐

孫靜敏

我公司5 000t/d水泥熟料生產線于2012年8月建成投產，主要原材料為石灰石、煤矸石、砂巖、鋼渣，技術改造后產量有所提高。為節能降耗，節約成本，根據粉煤灰的物理和化學性質，我們嘗試用粉煤灰替代煤矸石來生產熟料。

1 采用粉煤灰替代煤矸石前的生產情況

1.1 生料磨運行情況

回轉窯料耗按1.61計算，每日所需生料量為10 143t，將入窯生料量設定在420～430t/h。生料粉磨系統的設計生產能力為420t/h，實際生產能力與設計生產能力持平，低于入窯所需生料量。

更換了新型微動翻板閥的回轉窯系統，提高了C1出口收塵效率，目前收塵效率≥93%，回轉窯回灰量下降，生料磨系統滿負荷運轉1d，庫位增長量約400t。另外，我公司每周對原料輥磨系統進行兩次例行檢查維修，每次約4h。因此，原料磨生產能力有所不足。生料磨的主要設備見表1。

表1 生料磨的主要設備

1.2 SO2排放情況

我公司生產初期，SO2排放濃度一直比較高，窯磨同步運轉時，SO2排放濃度約80mg/Nm3，原料磨停機時，SO2排放濃度達到350mg/Nm3左右，我公司主要使用濃度5%的氨水脫硫，氨水使用量為600～1 500L/h。為了控制硫的排放量，我們對石灰石這一主要硫化物來源進行了控制，盡量不采購或少采購高硫石灰石，并對進廠石灰石成分進行分析，搭配使用。采取措施后，SO2排放初始濃度較停磨時下降約80mg/Nm3，但SO2排放濃度依舊相對較高。

1.3 粉煤灰與煤矸石的成本比較

粉煤灰為我公司附近某電廠工業廢棄物，長期大量露天堆放，不僅占用土地資源而且污染環境。經協商，我公司以每噸3元左右的運輸成本直接購入，而煤矸石的進廠成本每噸約14元。

2 試生產情況分析

2.1 粉煤灰與煤矸石的性質比較

粉煤灰是從電廠煤燃燒后的煙氣中收集下來的細灰，粉煤灰中含有的硫基本上都是以硫酸鹽形式存在；而煤矸石是采煤和洗煤過程中排放的一種比煤堅硬的黑灰色巖石，其本身含有的硫大部分都是以硫化物的形式存在。粉煤灰與煤矸石的化學成分分析見表2。

（1）由表2可知，粉煤灰與煤矸石的化學成分較為接近，因此配料方案變化不大。

表2 粉煤灰與煤矸石的化學成分分析，%

（2）在物理性能方面，粉煤灰顆粒細小，與生料細度非常接近，利于提高磨機產量。

2.2 試生產情況

（1）為適應生產操作，逐步增加粉煤灰代替煤矸石的比例。第一步的粉煤灰代替量為20%，第二步為60%，第三步為100%，每一步的工藝流程不變。經過兩個月的試生產，至2021年2月，粉煤灰100%代替了煤矸石生產熟料。出窯熟料的物理性能見表3。

由表3可見，調整配料方案后，增加粉煤灰替代量對出窯熟料的各項品質指標影響不大，甚至沒有影響。由此判斷，使用粉煤灰替代煤矸石生產熟料是切實可行的。

表3 出窯熟料的物理性能

（2）在粉煤灰逐步代替煤矸石的過程中，SO2排放濃度也在逐漸降低，最終排放濃度較停磨時下降150～200mg/Nm3。這主要是因為粉煤灰中硫酸鹽在預熱器C2和C3位置不會揮發SO2，而煤矸石中的硫化物在預熱器低溫部位會揮發大量SO2，造成SO2排放超標。通過進一步調整配料及參數，最終達到SO2≤30mg/Nm3的超低排放標準。

（3）粉煤灰顆粒非常細，摻加粉煤灰后，原材料的易磨性提高。原料輥磨產量由摻加前的420t/h增加至425t/h，滿足了回轉窯煅燒生產所需，降低了生產成本。

3 經濟效益分析

（1）摻加粉煤灰配料后，每噸生料綜合電耗降低約0.5kW·h，按年產熟料190萬噸計，年產生料約285萬噸，每年可節約成本：2 850 000×0.5×0.48（電費單價）=684 000元。

（2）摻加粉煤灰配料后，SO2排放濃度降低，氨水使用量大幅度下降，在合理控制好石灰石搭配情況下，基本停用了氨水脫硫。使用煤矸石時氨水用量按平均約0.7t/h計算，年可節約脫硫用氨水成本：0.7×24×300（按年運轉300d計算）×940（氨水單價）=4 737 600元。

（3）粉煤灰價格低，進價3元/t，原煤矸石進價14元/t，按生料產量285萬噸，鋁制校正原料配比3%計算，進廠采購成本降低：2 850 000×0.03×（14-3）=940 500元。

綜上所述，我公司煤矸石替換成粉煤灰，年可節約成本約636萬元，經濟效益明顯。我公司選用的煤矸石基本無發熱量，本文對煤矸石發熱量節約的燃煤費用忽略不計。

4 結語

利用粉煤灰替代煤矸石生產硅酸鹽水泥熟料，在保證熟料強度的同時，提高了生料磨產量，降低了SO2排放濃度和脫硫氨水使用量，降低了生產成本，達到了高產、低耗、環保的目的。