CN114988731A - 一种节能降耗的水泥生产工艺 - Google Patents

一种节能降耗的水泥生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种节能降耗的水泥生产工艺，包括以下步骤：1）制备水泥生料；2）制备含水率不超过13%的煤泥；3）用水泥生料进行水泥熟料的烧制，烧制过程中，以焚烧制备得到的含水率不超过13%的干煤泥产生的热量，为烧制水泥熟料的分解炉提供额外热源，替代分解炉内燃料燃烧产生的热量，减少在分解炉内加入的燃料；4）用烧制完成的水泥熟料制备水泥成品。本发明通过为分解炉提供额外热源的方式，降低分解炉内燃料的使用量，从而降低水泥熟料生产中对燃料的使用量，极大降低水泥的生产成本；使用干煤泥作为额外热源的燃料，为洗煤厂产生的大宗固废煤泥提供了新的使用途径，形成洗煤厂和水泥厂双赢的局面，具有良好的市场前景，适宜广泛推广应用。

Description

一种节能降耗的水泥生产工艺
技术领域
本发明涉及水泥制造工艺技术领域，具体是指一种节能降耗的水泥生产工艺。
背景技术
水泥制造业是建材工业中的耗能大户，水泥产品能耗约 2 亿吨标准煤，占建材工业能耗约 60%、全国总能耗的 5%左右。数据显示，2020年我国水泥产量 23.8 亿吨，占全球水泥产量的 50%以上，水泥及熟料产品产销量连续多年位居世界首位。与此同时，水泥行业也是我国碳排放重点行业，占比达 13%以上。因此，在碳达峰、碳中和愿景下，水泥行业如何绿色发展、节能降耗、提质增效已成为社会各界关注的焦点。
水泥的中间产品是熟料，每生产一吨熟料排放约 0.85-0.90 吨的CO2。水泥熟料生产的主要原料是钙质原料如石灰石，硅质原料如砂岩，以及少量的铝铁质原料。熟料生产过程中 CO2排放 50-65%来源于不可再生资源石灰石分解，35%左右来源于燃煤。目前乃至今后都很难找到经济可行、能够大范围、大比例替代石灰石原料的材料。因此，水泥行业源头碳减排的重点是节约燃煤、以及提高替代原燃料和废弃物的比例。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于煤泥回收利用，且经济效益显著的节能降耗的水泥生产工艺。
为了实现上述目的，本发明通过下述技术方案实现：一种节能降耗的水泥生产工艺，包括以下步骤：
（1）制备水泥生料；
（2）制备含水率不超过13%的干煤泥；
（3）用水泥生料进行水泥熟料的烧制，在水泥熟料的烧制过程中，以焚烧制备得到的含水率不超过13%的干煤泥产生的热量，为烧制水泥熟料的分解炉提供额外热源，替代分解炉内燃料燃烧产生的热量，减少在分解炉内加入的燃料；
（4）用烧制完成的水泥熟料制备水泥成品。
本技术方案中的分解炉是石灰熟料生产***中一个燃料燃烧、热量交换和分解反应同时进行的新型热工设备。其作业的基本原理是：在分解炉内同时喂入预热后的生料、一定量的燃料以及适量的热气体，生料在炉内呈悬浮或沸腾状态；在 900℃以下，燃料进行无焰燃烧，同时高速完成传热和碳酸钙分解过程：燃料的燃烧时间和碳酸钙分解所需要的时间约需2-4s，这时生料中碳酸钙的分解可达到85%-95%，生料预热后的温度为800-850℃。分解炉内可以使用固体、液体或气体燃料，加入分解炉的燃料约占全部燃料的55- 65%。
为了降低水泥熟料生产能耗和成本，本技术方案通过为分解炉提供额外热源的方式，减少加入分解炉内的燃料量。为了进一步减低成本，使用干煤泥（含水率低于13%）作为产生额外热源的燃料。由于干煤泥中的杂质（灰分）较多，无法直接加入分解炉中（容易阻塞管道、影响水泥熟料质量），因此只能在分解炉外部单独燃烧，然后将燃烧的热量提供给分解炉，进而满足分解炉的热量需求。由于煤泥是洗煤后的废物，因此成本极低。
为了更好地实现本发明的工艺，进一步地，所述步骤（2）中，含水率不超过13%的干煤泥的具体制备过程为：
（2.1）收集洗煤后的煤泥水，通过板框压滤机进行初次压滤脱水，获得水分25%~30%的湿煤泥；
（2.2）将制得的湿煤泥通过超强压滤机进行二次压榨脱水，获得含水率不超过13%的干煤泥。
由于煤泥是洗煤后，废水中的残留物，其中灰分含量约55%~65%，因此燃烧热值较低。一般的洗煤厂仅使用板框压滤机对煤泥进行初次压滤脱水，制得湿煤泥（含水率为25%~30%），该湿煤泥含水量过高，无法直接燃烧，通常采用热风烘干等技术降低其含水率，再添加精煤，提高其整体热值，后作为电厂燃料使用。以水分30%的湿煤泥为原料，生产1吨水分13%的干煤泥，热风烘干，需要消耗约40千克标准煤。煤泥的使用成本虽然低于一般煤粉燃料，但是其成本还是相对较高。本技术方案采用超强压滤机对煤泥进行脱水，将湿煤泥压滤成干煤泥，同样是以水分30%的湿煤泥为原料生产1吨水分13%的干煤泥，超强压榨只需10-15度电，相当于4-6千克标准煤，压榨后干煤泥可作为低热值燃料直接燃烧，从而极大程度降低了煤泥的使用成本。且湿煤泥在压滤成干煤泥后，其热值会提升（从1700~1800大卡/千克提升至2300大卡/千克以上），进一步提高了煤泥的燃烧价值。
为了更好地实现本发明的工艺，进一步地，所述步骤（2.2）中，超强压滤机包括机架、输送装置和压榨装置，所述机架内设置有收集槽，所述输送装置设置于机架上且位于收集槽的上方，输送装置的两端分别与机架的两端连接，且输送装置的两端分别伸出机架的两端外，所述压榨装置设置于输送装置的上方，压榨装置用于对输送装置上输送的湿煤泥进行压榨脱水。
该超强压滤机现目前用于市政污泥脱水使用，本技术方案将其作为湿煤泥的二次压榨设备使用，可以在无需热能的情况下，将湿煤泥的含水率降低到13%以下使其可以燃烧。
为了更好地实现本发明的工艺，进一步地，所述步骤（2.2）中，超强压滤机的主要工作参数包括：
单机处理湿煤泥量：10t/h；
设计压力：80kg/cm2；
作用在湿煤泥上的工作压力：50~60 kg/cm2；
压滤时间：180s。
为了更好地实现本发明的工艺，进一步地，所述步骤（3）中，焚烧干煤泥为分解炉提供额外热源的独立设备为炉排型焚烧炉。
为了更好地实现本发明的工艺，进一步地，所述步骤（3）中，焚烧干煤泥产生热量为分解炉提供额外热源，能够减少分解炉内50%的燃料使用量。
为了更好地实现本发明的工艺，进一步地，所述步骤（1）中，水泥生料的具体制备过程为：
（1.1）通过破碎机破碎石灰质原料，并将破碎后的石灰质原料与黏土质原料置于预均化堆场混合均匀；
（1.2）将在预均化堆场混合均匀的原料通过配料***，加入硅质校正原料、铁质校正原料、铝质校正原料，然后置于生料均化库混合均匀；
（1.3）将生料均化库混合均匀的原料通过生料磨研磨后，获得水泥生料。
为了更好地实现本发明的工艺，进一步地，所述步骤（3）中，水泥熟料的烧制过程为：
（3.1）制备得到的水泥生料通过预热器预热后，进入分解炉中煅烧，往分解炉内注入提供煅烧热量的燃料，分解炉上还设置有接受焚烧干煤泥提供的额外热源的接口；
（3.2）分解炉内煅烧后的原料进入回转窑继续煅烧，然后通过篦式冷却机进行热再生和冷却，冷却了的水泥熟料转运至熟料库进行储存。
为了更好地实现本发明的工艺，进一步地，所述步骤（3.1）中，分解炉内加入的燃料为煤粉。
为了更好地实现本发明的工艺，进一步地，所述步骤（4）中，用水泥熟料制备水泥成品的具体过程为：在熟料中加入石膏，进行粉磨加工即得水泥成品。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明通过为分解炉提供额外热源的方式，降低了分解炉内燃料的使用量，极大的降低了水泥的生产能耗和成本；
（2）本发明通过使用干煤泥作为额外热源的燃料，将难以回收利用的煤泥变废为宝，为洗煤厂产生的大宗固废煤泥提供了新的使用途径，形成了洗煤厂和水泥厂双赢的局面；
（3）本发明通过超强压滤机对湿煤泥进行二次压滤脱水，使得湿煤泥的含水率达到13%以下，实现干煤泥能够直接作为低热值燃料使用，使废弃资源最大化利用，具有良好的市场前景，适宜广泛推广应用。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更为明显：
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、工艺条件及优点作用更加清楚明白，结合以下实施实例，对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此，在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内，此处所描述的具体实施实例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
本实施例一种节能降耗的水泥生产工艺，如图1所示，包括以下步骤：
（1）制备水泥生料；
（2）制备含水率不超过13%的干煤泥；
（3）用水泥生料进行水泥熟料的煅烧，在水泥熟料的煅烧过程中，以焚烧制备得到的含水率不超过13%的干煤泥产生的热量，为烧制水泥熟料的分解炉提供额外热源，替代分解炉内燃料燃烧产生的热量，减少在分解炉内加燃料的；
（4）用烧制完成的水泥熟料制备水泥成品。
实施例2：
本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定所述步骤（2）中，含水率不超过13%的干煤泥的具体制备过程，具体如下：
（2.1）收集洗煤后的煤泥水，通过板框压滤机进行初次压滤脱水，获得水分25%~30%的湿煤泥；
（2.2）将制得的湿煤泥通过超强压滤机进行二次压榨脱水，获得含水率不超过13%的干煤泥。
煤泥作为湿法选煤过程产生的废弃物，因其粒度细、水分高、灰分重、黏性大以及热值低等特点，尤其是高水分限制了煤泥的资源化利用，煤泥被列入工业固体废物分类名录。煤泥的综合开发和利用已成为迫切需要解决的问题。煤泥替代标准煤作为煅烧水泥熟料的燃料，变废为宝，需要以下关键技术支撑：
干煤泥替代部分原燃料，是目前熟料生产节能降耗的重要措施。如何使高水分煤泥（水分 25-30%）低耗能转化为干煤泥（水分<13%），是提高替代燃料或废弃物使用比例的技术瓶颈。热风烘干煤泥（高耗能）是不可取的方法，也是限制煤泥在熟料生产中大量使用的因素之一。煤泥水分过高，给熟料煅烧带来不利因素远不止热耗增加这一方面。因此，研制工艺简单、生产成本低、效率高的煤泥干化设备显得尤为重要。
发明人偶然发现污泥脱水设备——超强压滤机能够将污泥的含水率降低到极低的水平，且污泥形态与经过板框压滤机压滤后的湿煤泥相近（均呈粘稠状），因此尝试将洗煤厂经过板框压滤机压滤脱水后的湿煤泥，再使用该超强压滤机进行压滤，直接获得了含水率低于13%的干煤泥，该干煤泥可直接作为低热值燃料进行燃烧。
实施例3：
本实施例在上述实施例的基础上，进一步的限定了超强压滤机的结构，所述超强压滤机包括机架、输送装置和压榨装置，所述机架内设置有收集槽，所述输送装置设置于机架上且位于收集槽的上方，输送装置的两端分别与机架的两端连接，且输送装置的两端分别伸出机架的两端外，所述压榨装置设置于输送装置的上方，压榨装置用于对输送装置上输送的湿煤泥进行挤压脱水。
该超强压滤机的具体结构已经申请了发明专利，其申请号为202010587504.3，并被公开，属于现有技术，这里不在多做赘述。
实施例4：
本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定了超强压滤机的主要工作参数，具体包括：
单机处理湿煤泥量：10t/h；
设计压力：80kg/cm2；
作用在湿煤泥上的工作压力：50~60 kg/cm2；
压滤时间：180s。
该超强压滤机主要用于污泥脱水使用，将其作用于湿煤泥脱水也能取得良好效果。
实施例5：
本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定了所述步骤（3）中，焚烧干煤泥为分解炉提供额外热源的独立设备为炉排型焚烧炉。
虽然干煤泥能够直接燃烧提供热量，但是其灰分较高（60%以上），而水泥厂要求煤粉的灰分小于27%，将该干煤泥作为燃料直接加入分解炉中，将造成管道堵塞、影响熟料质量。因此，需要建造炉排型焚烧炉对干煤泥进行单独焚烧，然后将产生的热量导入分解炉中。
实施例6：
本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定所述步骤（3）中，使用焚烧干煤泥产生热量为分解炉提供额外热源，能够减少分解炉内50%燃料的使用量。
对于日产5000吨熟料的水泥厂，燃料是煤粉（热值5700大卡/千克、灰分25%），则分解炉煤粉用量为12吨/h。如果在分解炉外部独立建造一个炉排型焚烧炉，单独焚烧18吨/h干煤泥（热值2400大卡/千克）产生的热量为分解炉提供额外热源，使分解炉内热量和纯烧煤粉热量相同，则可将煤粉的用量减少为6吨/h。也彻底解决了干煤泥无法直接加入分解炉中使用，造成管道堵塞、影响熟料质量的难题。
扣除了热损失等因素，18吨干煤泥燃烧产生的热量与6吨煤粉燃烧产生的热量相当，即3吨干煤泥燃烧产生的热量相当于1吨煤粉燃烧产生的热量。每吨煤粉的价格为1100元/吨，而干煤泥的价格为220元/吨，由此可知，使用干煤泥替代煤粉，则分解炉每小时节约的成本为：1100*6-18*220=2640元；另外，炉排型焚烧炉燃烧干煤泥会产生煤灰，18吨干煤泥燃烧后产生10吨煤灰，煤灰可以作为水泥的原料重新回收利用，每吨煤灰价格为80元计算，炉排型焚烧炉每小时产生煤灰的价值为10*80=800元。
由此可见，在炉排型焚烧炉中燃烧干煤泥产生的热量与在分解炉中燃烧煤粉产生的热量相当的情况下，相较于煤粉，燃烧干煤泥每小时能够节约成本：2640+800=3440元。
相较于单纯使用煤粉燃料，成本降低：3440/6600=52%，能够降低52%的成本。
实施例7：
本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定，所述步骤（1）中，水泥生料的具体制备过程为：
（1.1）通过破碎机破碎石灰质原料，并将破碎后的石灰质原料与黏土质原料置于预均化堆场混合均匀；
（1.2）将在预均化堆场混合均匀的原料通过配料***，加入硅质校正原料、铁质校正原料、铝质校正原料，然后置于生料均化库混合均匀；
（1.3）将生料均化库混合均匀的原料通过生料磨研磨后，获得水泥生料。
实施例8：
本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定，所述步骤（3）中，水泥熟料的烧制过程为：
（3.1）制备得到的水泥生料通过预热器预热后，进入分解炉中煅烧，往分解炉内注入提供煅烧热量的燃料，分解炉上还设置有接受焚烧干煤泥提供的额外热源的接口；
（3.2）分解炉内煅烧后的原料进入回转窑继续煅烧，然后通过篦式冷却机进行热再生和冷却，冷却了的水泥熟料转运至熟料库进行储存。
实施例9：
本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定所述步骤（3.1）中，分解炉内注入的燃料为煤粉。
实施例10：
本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定，所述步骤（4）中，用水泥熟料制备水泥成品的具体过程为：在熟料中加入石膏，进行粉磨加工即得水泥成品。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种节能降耗的水泥生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备水泥生料；
（2）制备含水率不超过13%的干煤泥；
（3）用水泥生料进行水泥熟料的煅烧，在水泥熟料的煅烧过程中，以焚烧制备得到的含水率不超过13%的干煤泥产生的热量，为烧制水泥熟料的分解炉提供额外热源，替代分解炉内燃料燃烧产生的热量，减少在分解炉内加入的燃料；
（4）用烧制完成的水泥熟料制备水泥成品。
2.根据权利要求1所述的一种节能降耗的水泥生产工艺，其特征在于，所述步骤（2）中，含水率不超过13%的干煤泥的具体制备过程为：
（2.1）收集洗煤后的煤泥水，通过板框压滤机进行初次压滤脱水，获得水分25%~30%的湿煤泥；
（2.2）将制得的湿煤泥通过超强压滤机进行二次压榨脱水，获得含水率不超过13%的干煤泥。
3.根据权利要求2所述的一种节能降耗的水泥生产工艺，其特征在于，所述步骤（2.2）中，超强压滤机包括机架、输送装置和压榨装置，所述机架内设置有收集槽，所述输送装置设置于机架上且位于收集槽的上方，输送装置的两端分别与机架的两端连接，且输送装置的两端分别伸出机架的两端外，所述压榨装置设置于输送装置的上方，压榨装置用于对输送装置上输送的湿煤泥进行压榨脱水。
4.根据权利要求3所述的一种节能降耗的水泥生产工艺，其特征在于，所述步骤（2.2）中，超强压滤机的主要工作参数包括：
单机处理湿煤泥量：10t/h；
设计压力：80kg/cm2；
作用在湿煤泥上的工作压力：50~60 kg/cm2；
压滤时间：180s。
5.根据权利要求1或2所述的一种节能降耗的水泥生产工艺，其特征在于，所述步骤（3）中，焚烧干煤泥为分解炉提供额外热源的独立设备为炉排型焚烧炉。
6.根据权利要求1或2所述的一种节能降耗的水泥生产工艺，其特征在于，所述步骤（3）中，焚烧干煤泥产生热量为分解炉提供额外热源，能够减少分解炉内50%的燃料使用量。
7.根据权利要求1或2所述的一种节能降耗的水泥生产工艺，其特征在于，所述步骤（1）中，水泥生料的具体制备过程为：
（1.1）通过破碎机破碎石灰质原料，并将破碎后的石灰质原料与黏土质原料置于预均化堆场混合均匀；
（1.2）将在预均化堆场混合均匀的原料通过配料***，加入硅质校正原料、铁质校正原料、铝质校正原料，然后置于生料均化库混合均匀；
（1.3）将生料均化库混合均匀的原料通过生料磨研磨后，获得水泥生料。
8.根据权利要求1或2所述的一种节能降耗的水泥生产工艺，其特征在于，所述步骤（3）中，水泥熟料的烧制过程为：
（3.1）制备得到的水泥生料通过预热器预热后，进入分解炉中煅烧，往分解炉内注入提供煅烧热量的燃料，分解炉上还设置有接受焚烧干煤泥提供的额外热源的接口；
（3.2）分解炉内煅烧后的原料进入回转窑继续煅烧，然后通过篦式冷却机进行热再生和冷却，冷却了的水泥熟料转运至熟料库进行储存。
9.根据权利要求8所述的一种节能降耗的水泥生产工艺，其特征在于，所述步骤（3.1）中，分解炉内加入的燃料为煤粉。
10.根据权利要求1或2所述的一种节能降耗的水泥生产工艺，其特征在于，所述步骤（4）中，用水泥熟料制备水泥成品的具体过程为：在熟料中加入石膏，进行粉磨加工即得水泥成品。
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