电石渣替代石灰石新型干法水泥熟料生产技术

电石渣替代石灰石“干磨干烧”新型干法水泥熟料生产技术合肥水泥研究设计院二○○七年一月1. 前言电石渣是电石法生产乙炔过程中产生的工业废渣，2005年我国电石渣的排放量超过1400万吨，历年积存的电石渣量逾亿吨。

随着电石渣的存量和年排放量的增加，长期堆放占用土地资源、污染环境，对电石渣的有效利用日益迫切。

近年来有关电石渣的应用技术研究取得一定进展，如代替石灰用于火电厂烟气脱硫、用于生产硅钙板和墙体材料、作为生产涂料的添加剂等, 但所使用的电石渣数量均较小, 难以消化掉历年积存和正在排放的全部电石渣。

水泥工业作为大宗原材料基础工业具有消化大量工业废渣的潜力, 采用电石渣替代石灰石生产水泥不仅能大量有效利用电石渣变废为宝, 节约不可再生的石灰石资源, 实现资源综合利用, 促进循环经济发展。

而且可以保护环境, 一方面减排，另一方面治理废渣污染。

利用一吨电石渣可节省1.28吨石灰石，减少CO2气体排放0.56吨，经济效益和社会效益显著。

国内采用电石渣作为钙质原料生产水泥始于上世纪七十年代，当时主要采用传统的湿法长窑生产工艺，之后又出现立窑、立波尔窑，由于这些生产工艺能耗高、产量低、环境差，各项技术经济指标相对落后，不符合国家相关的产业政策等问题，已经自动退出历史舞台。

随着技术的发展和节能的需要，后来又出现了滤饼直接入湿法长窑和“湿磨干烧”的预分解窑、“湿磨干烧”的干法长窑（不带预热器和分解炉）以及“干磨干烧”的五级旋风预热器窑等生产工艺。

2002年国内首条1000t/d“干磨干烧”新型干法预分解水泥回转窑生产线在皖维高新材料股份有限公司成功投产（电石渣掺量15%），2005年国内首条1200t/d电石渣高掺量“干磨干烧”新型干法水泥生产线在山东淄博宝生环保建材有限公司顺利投产，使电石渣替代石灰石生产水泥走上了新型干法之路。

2.新型干法“干磨干烧”的技术路线新型干法水泥生产工艺从20世纪50年代兴起，经过几十年的历程不断发展成熟，特别是从20世纪90年代以后新型干法水泥生产在我国有了突飞猛进的发展，其生产规模不断扩大，多条10,000t/d熟料的新型干法水泥生产线正在稳定运行，显示出良好的经济效益和社会效益，预计到2020年新型干法水泥的产量将达到我国水泥总产量的90%甚至更高。

新型干法水泥生产具有三大特点：一是以悬浮预热技术和预分解技术为核心；二是将数控技术应用于原料的破碎和预均化、生料的粉磨和均化、熟料的煅烧及水泥粉磨等生产的全过程；三是使水泥的生产成为高效、优质、节约能源、清洁生产和符合环保要求的现代化绿色产业。

直观地想象，水泥成品是一种干粉物料，所以不管制造水泥的原料含水量多大，都应该使它们不断干燥而不是相反，但湿法制备水泥料浆就给部分或全部干料中加入水分。

从某种意义上说这是不合理的，但这是早期受技术发展限制的选择。

水泥生料制备有干法和湿法之分，湿法生产由于生料容易配制及均化，一度在国内得到较大发展，但湿法生产的致命缺点是热耗高、产量低、熟料早期强度较难提高（特别是采用了GB/T17671-1999水泥检验方法标准及1999系列水泥质量标准后此问题尤为明显）、环境治理难度大。

随着原料预均化技术和生料空气搅拌技术的发展和应用，湿法制备料浆的优势已不存在。

新型干法水泥生产技术的成熟及其产量高、热耗低、质量稳定可靠，废气易于处理及易于大型化等的良好表现已使其成为水泥工业发展的主流，而传统湿法生产因其工艺落后而被产业政策所限制。

在这种情况下，滤饼直接入湿法长窑、湿磨干烧、干磨干烧等各种生产流程应运而生，用以改造传统湿法生产线，并在利用高水分原料生产水泥方面取得一定进展。

电石渣是电石水解产生的废渣，其主要成分是Ca(OH)2，CaO含量高达65-70%，PH值>13，电石渣中的细颗粒较多，10-50微米颗粒为60-80%，生产过程中多以浆体排出，从乙炔发生塔中排出的电石渣浆水分高达90%以上，温度>80℃，经沉降池浓缩后，水分仍有75-80%，能正常流动时的水分在60%以上。

1.0kg电石水解排出的电石渣浆约1.15kg（干基）。

电石渣浆及其配制的水泥生料浆粘度大、流动性及过滤性能较差，合适的过滤设备是压滤机。

湿法生产用电石渣浆制备的水泥料浆水分一般为64%左右，为制得合格的料浆，有时还需要加入一定量的清水。

由于滤饼直接入湿法长窑及湿磨干烧方案制备生料需先加水后脱水，工艺路线曲折，湿料处理量大，劳动条件差；由于滤饼较难输送和储存且定量喂料十分困难，将连续运转的熟料烧成系统置于缓存能力较差，间断工作的压滤系统之后，系统稳定性差，运转效率低，这也可能是湿磨干烧系统预热器、分解炉频繁结皮堵塞的原因之一。

对于滤饼直接入湿法长窑而言，由于其换热方式为传导及辐射，换热效率低，烧成热耗较高也是不争的事实。

而新型干法“干磨干烧”生产系统只需要对湿物料进行脱水、不完全干燥及储存，然后进入正常的干法生产流程，湿料处理量少；生料均化库位于熟料烧成系统之前，喂料稳定，系统运行稳定，并可充分发挥现代新型干法系统的主流生料磨——立式磨通风量大，物料在悬浮状态下对流换热，烘干能力强的优点，做到优质、高产、低耗、环保。

从现代化水泥生产的观点来看，利用电石渣作为钙质原料生产水泥新型干法“干磨干烧”是发展方向。

目前，电石渣替代石灰石“干磨干烧”新型干法水泥熟料生产系统按其电石渣掺量的不同，有如下两种流程:直接入磨工艺见图-1（皖维型）, 电石渣掺量约15%;预烘干入磨工艺见图-2（宝生型），电石渣可实现高掺量,目前达60%(替代80%石灰石)。

图-1: 新型干法直接入磨工艺的流程（皖维型）图-2: 新型干法预烘干入磨工艺的流程（宝生型）随着技术的发展和使用原料种类及配比的不同，必然还会演变出不同的工艺过程，但根据已有的电石渣替代石灰石“干磨干烧”新型干法水泥生产线的实际运行情况可以断定，这种生产线可以采用电石渣100%的替代石灰石，而且从CaCO3和Ca(OH)2分解的角度考察这一过程，对节约能源、提高产量更为有利。

常规水泥的钙质原料一般采用以CaCO3为主要成分的矿物，CaCO3的分解温度为820℃左右，烧失量44%，而Ca(OH)2的分解温度为580℃左右，烧失量24.32%，再者Ca(OH)2分解所需热量也较少。

如果采用以Ca(OH)2为主要成分的工业废渣作为水泥原料，一方面生料分解温度降低，物料加热、分解所需热量随之减少；另一方面，生料烧失量减少导致熟料料耗减少，即获得相同产量的熟料所消耗的生料量减少;系统废气量相应减少, 从粉磨、烧成电耗、烧成热耗及通风动力诸方面均会有效地降低熟料能耗，这一点已经得到生产实践的证实。

长期以来，采用电石渣作为水泥的钙质原料未能在新型干法水泥窑上运用，一方面是受技术发展的限制，另一方面也有人们对于电石渣掺加后预分解系统是否能够正常运行存在疑虑。

在电石渣的形成过程中，引起预分解系统结皮堵塞的有害成分K2O、Na2O、SO3及Cl-会在从石灰石到电石渣的历程中熔融、挥发、溶解，其含量也比普通水泥原料要低（除非在此过程中受到污染或富集,如Cl-）；其次，电石渣经化学过程粉碎而成，颗粒较细，表面能较高，更容易凝聚；加上Ca(OH)2受热分解后形成水汽，由此可能引起的结皮、堵塞也增加这方面的担忧。

中国建材集团合肥水泥研究设计院一直致力于使用各种废渣生产水泥的综合技术与装备的开发研究，并在成功采用电石渣替代石灰石“干磨干烧”工艺生产水泥方面不断取得突破性进展。

安徽省皖维高新材料股份有限公司1000t/d水泥熟料“干磨干烧”生产线(18万吨/年）废渣处理环保技改工程获2005年度建材行业优秀工程设计一等奖，山东省淄博宝生环保建材有限公司电石渣替代石灰石1200t/d“干磨干烧”新型干法水泥生产线获2006年度建材行业优秀工程咨询成果一等奖，全国优秀工程咨询成果二等奖。

相信在不久的将来，在电石渣替代石灰石“干磨干烧”工艺生产水泥工艺方面还会有更大突破。

3. 新型干法“干磨干烧”的技术关键和设备特点3.1 电石渣浆的脱水电石渣浆水份大，颗粒细，水吸附力强，过滤性能差，故需选择脱水能力较强、料饼水分较低的厢式压滤机。

将水分75-80%的电石渣浆经渣浆泵注入压滤机，由于滤布阻挡，渣浆实现固液分离，随着浆体的不断注入，先期进入的固体也成为过滤介质的一部分，滤饼不断填充、密实，过滤阻力不断提高，当压力升高到一定程度，在浆体静压的作用下滤饼颗粒间的游离水分受压脱离，再通入压缩空气，一方面吹出压滤机中心区的料浆，另一方面采用压缩空气保压进一步降低滤饼水分。

如果采用带隔膜的厢式压滤机，隔膜充气后发生膨胀产生挤压力及弧面产生变向剪切力，破坏滤饼的几何结构，还可使滤饼水分再度降低。

3.2 电石渣滤饼的预烘干在水泥生产过程中，首先需要以熟料成分为目标，将原料按一定的比例配合后入生料磨制成生料粉。

电石渣浆采用机械脱水后滤饼水分一般在28-35%，这给输送、储存和准确配料带来困难，因此需要对滤饼进行预烘干。

电石渣滤饼初始水分高、粘结性强，干燥后细度大、容重小、易飞扬，烘干尾气湿含量高、易结露、腐蚀性强，因此烘干过程难度非常大。

我们采用回转筒式烘干机配套高浓度、抗结露、防腐蚀袋式除尘器及高效沸腾炉等技术装备对滤饼进行预烘干，并解决了下列技术难题：1、滤饼输送、喂料过程中的粘连、堵塞。

2、滤饼烘干过程中水分蒸发速率慢、烘干效率低。

3、烘干废气高浓、高湿、腐蚀性强，对收尘设备及其过滤介质的粘堵、清灰困难和腐蚀。

4、利用电石炉可燃废气燃烧作为烘干热源。

预烘干后电石渣水分约为15%，为松散的颗粒状及粉状物质，容重约600kg/m3，已能保证在输送、储存过程中不会发生粘堵并能准确配料。

3.3 原料烘干及粉磨立式磨采用厚料床粉磨原理，物料受碾压、剪切、冲击等多种作用，粉磨方式合理。

磨内物料在悬浮状态下对流换热，烘干速度快，且热气流能及时将磨细的物料及时带走，避免了过粉磨现象，因此粉磨效率高，电耗低，已成为水泥工业粉磨技术的发展潮流。

同时，由于其通风能力强，可采用低风温、大风量操作，预热器废气可大部分入磨，余热利用率高，综合水分<15%的物料能在立式磨中同时完成烘干兼粉磨过程，特别适用于粉磨水份较高的物料。

此外，立式磨还具有系统流程简单，占地面积少，可露天布置，土建费用低等优点。

采用电石渣、硅铝质原料、石灰石、铁质校正性原料配料，有一部分原料需要研磨。

根据入磨物料综合水分为<15%的要求，针对电石渣配比高时生料须研磨的物料比例小而须烘干的水分大的特性，通过原料易磨性及磨蚀性实验，采用了新研制的粉磨烘干高电石渣掺量生料的专用立磨，并利用窑尾废气作为烘干热源。

3.4 预分解系统预分解系统是新型干法水泥生产的主要标志。