从矿化剂到水泥速烧剂

20l 1耳NO．1 RESEARCH AND APPLICATION硼究与 应用 ⋯ -u⋯ t _ ⋯ ， ⋯ 一 ⋯ r— i=穗 蚕 姆 从矿化剂到水泥速烧剂 黄春江 (陕西斯曼特建材科技有限公司，陕西 71 0038) 文章编号：2218-9882(2011)01-0035—03 水泥熟料速烧剂 ，顾 名思义 ，是一种加速 熟 料矿物形成 、缩短煅烧时问、从而提高熟料窑台时 产 量的工艺外加剂 ，它可 以帮助 水泥 企业达到节 能、降耗、提产和改善产品质量的目的。也许人们 会 问：速烧剂不就是过去的矿化剂改个名吗?实际 上 ，速烧剂与矿化剂 、晶种技术虽有类似的功能， 但并不是相同的东西。 矿化剂从2O世纪80年代初期开始在机立窑上推 广应用 ，到20世纪90年代中期，全国大多数机立窑 都在使用矿化剂技术，并延伸到湿法 回转窑甚至干 法 中窄窑。矿化剂的技术应用，带来 了以下好处： 熟料质量改善，其主要指标 (如游离氧化钙 )含量 降低、强度提高、产量提高、熟料煅烧热耗降低。 我国在20世纪90年代 中期 以前 ，机立窑产量 占 水泥总产量70％以上 ，而立窑水泥企业普遍存在『[ 艺设备落后、管理与技术水平低 、原材料和生料缺 乏预均化和均化手段不佳等问题，水泥质量很不稳 定，与回转窑水泥质量相比存在较大差距。矿化剂 技术的应用 ，使立窑水泥质量得到明显改善 ，拉近 了立窑水泥与回转窑水泥的质量差距。 由于矿化剂 以萤石 (caF，)和石 膏 (CaS0 ) 为主要成分，国内外一些专家对矿化剂在水泥企业 的普遍使用也提 出了一些质疑。如矿化剂可能缩短 水泥窑耐火材料寿命 ；氟、硫 的挥发对环境造成污 染；氟铝酸钙 (C】】A7CaF2)与尢水硫铝酸钙 (C4A。S) 矿物的存在可能导致水泥凝结时间异常。针对上述 疑 问，矿化剂研究人员在一些水泥企业的配合下进 行 了比较，总体认为，只要生料三率值 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 合理， 矿化剂中氟、硫含量适宜，烧成操作方法得当，对 环境、耐火材料寿命和水泥凝结时间就无明显的负 面影响。 进入20世纪90年代中期，考虑到节能、环保与 提高水泥质量等因素 ，国家大力推广新型干法回转 窑 ，限制、淘汰立窑 与湿法回转窑，矿化剂技术逐 步淡出。其中也有在新型干法 回转窑上使用矿化剂 的尝试，但氟、硫 的挥发可能造成预热器、分解炉 结皮、堵塞，而且由于尾气温度增加，氟、硫排放 量明显升高，不利于环保，因此未能成功 为了克服氟硫矿化剂的缺点，20世纪80年代后 期，原中国建材研究院提 出了晶种煅烧技术 ，即在 水泥生料 中加入少量水泥熟料，煅烧过程 中预先加 入的熟料起晶核作用，使熟料矿物形成速度加快、 晶体生长及发育时间缩短。20世纪9O年代初期，在 原国家建材局的支持下 ，该院与各地建材局合作， 开展 了晶种煅烧技术的推广、应用 ，取得了良好的 节能和增产的效果，对环保也无负面影响，但整体 效果仍逊于氟硫矿化剂。此外，由于熟料返回至生 料系统 ，工艺比较麻烦，因此 ，晶种技术使用时间 不长，普及程度不如矿化剂。 近年来 ，我 国水泥行业飞速发展，能耗高、污 染大、工艺设备落后的立窑、湿法回转窑、干法中 空窑大部分被淘汰，新型回转窑数量不断增加，规 模越来越大。2008年我国水泥总产量约为14亿吨， 占世界水泥总产量的一半 。此外，水泥格局也发生 了根本性变化，大水泥产量从20％增加到60％，熟料 煅烧能耗降低3O％，水泥综合电耗 降低20％，水泥质 量大幅度提高，污染物排放大量减少。 根据新修订的国家标准 《水泥单位产 品能源消 耗限额》 (GB 16780—2007)要求，水泥生产煤耗和 电耗要进一步降低 ，其中熟料煅烧煤耗小于107kg标 煤／t，水泥综合 电耗小于93kW·h／t。由于我国新 型水泥设备 已经处于先进水平 ，继续改进装备达到 节能降耗 目的，势必大幅度增加设备投资，从而影 响水泥项 目投资回报 。而节能减排是全球经济发展 的趋势 ，也是我 国经济增长的基本要求 。如何降低 水泥生产能耗也 已成为科研人员孜孜以求的日标 。 目前 国内外水泥研究人员正在进行 以下几个方面研 究 ： 1 改变水泥熟料矿物组成，降低水泥煅 烧理论热耗 一 35 研究与应用 RESEARCH AND APpLICAT#Of、J 传统硅酸盐水泥熟料的理论热耗约为420kcal／kg， 目前最先进的水泥窑热效率为60％，则水泥熟料煅烧 实际热耗为700kcal／kg。继续提高水泥窑热效率十 分困难 ，也就是说熟料热耗要低于700kcal／kg的任 务非常难以实现。高贝利特水泥的研究有望突破节 能瓶颈，该熟料c，s含量高达50％，由于碳酸钙分解热 减少以及烧成温度降低，理论热耗可降至380kcal／ kg左右，节能效率为10％。但其C S含量较低，水泥早 期强度低，比较适合大坝、大体积基础建筑使用， 不能适应早期强度要求较高的工程，使用范围受到 限制，目前还难以取代传统硅酸盐水泥。 2 减少水泥熟料用量，增加混合材特别 是矿渣、钢渣与粉煤灰等工业废弃物用量， 降低水泥当量能耗 各类激发剂、增强剂、助磨剂不断涌现，主要 是解决水泥强度 问题。不过，水泥生产掺加了大量 混合材，配制混凝土时掺合料用量就要减少。很多 时候，水泥工艺~'t-)JHN与混凝土外加剂不相容，使 混凝土工作性能变差。熟料用量较少，也可能引起 混凝土抗碳化性能变差，影响混凝土耐久性。某些 水泥工艺外加剂含氯离子、钥讷离子等有害成分， 给构筑物寿命带来负面影响。 3 使用合适的熟料煅烧催化剂，降低熟 料烧成温度并提高其产、质量，最终达到节 能、降耗的目的 不同阶段使用的复合矿化剂、熟料 晶种、助燃 剂等都有不同程度的功效，当然也存在不足之处。 综合不同技术的特点，研发水泥熟料速烧剂便成为 当然的选择。 例如，西安得莱克混凝士~I-)JN剂有限公司研制 的SMT节能型熟料速烧增强剂主要由催化剂、微量 元素、晶种等成分构成，可以降低熟料烧成温度、 加速矿物形成、提高产品质量、增加经济效益，在 多条新型干法回转窑上使用均取得了令人满意的效 果，下面，以表 1和表2的试验数据来说明该熟料速 烧剂的作用。 表1水泥熟料速烧剂对熟料烧成温度的影响 (℃) { 1150 1200 l250 1300 i350 1400 备注 空白样 7．90 6．06 4．47 3．22 2．30 1．66 生料饱 和比 掺速烧剂 5．52 3．78 2．39 1．8O 1．20 O．74 O ． 98 空白样 14．25 9．75 6．25 5．10 4．20 2．9O 生料饱 和比 掺速烧剂 1O．O8 7．6O 5．2O 3．35 1．8O 1．3O 1 ． O2 36 从表1中的熟料游离氧化钙含量可以看出，空白 样在1300~C以前，游离氧化钙含量较高，随着烧成温 度提高，其含量迅速 降低 。而生料中掺加适量速烧 剂后，熟料游离氧化钙在1350oC以后变化不火，熟料 速烧剂可使烧成温度降低50～100。C。 表2水泥熟料速烧剂在水泥企业的实际使用效果(平均值) 2500t／d 1200t／d 800t／~藏筒 新型干法 新型干法 预热器窑 用前 1．2 1．5 1．5 f-CaO含量 用后 0．7 1．O 1．O 熟料煤耗 用前 169 214．7 225 (kg／t) 用后 152 198．8 l96 台时产量 用前 lO5 41．1 33．8 (t／h) 用后 117 46．6 36．5 熟料强度 用前 32．2 31．1 25．9 (MPa／3d) 用后 36．3 36．2 3O．1 从表2可以看出，熟料速烧剂在不同规模、不 同型号的回转窑上使用，均取得了显著的节能、提 产和提高产品质量的效果。根据全国数十家使用或 试用过该熟料速烧剂水泥企业的统计结果显示，在 生料中加入适量熟料速烧剂后 ，窑台时产量提高 10％～30％，熟料热耗 降低5％～15％，熟料强度增加 3％～7MPa。实践证明，使用该产 品不会对新型干法 回转窑的分解炉和预热器造成任何影响。不堵预热 器、分解炉和烟室，窑内不结圈。 水泥企业作为能耗大户，如何最大程度地降低 能耗是企业责任 ，更是社会责任。据国家统计局公 布的数字，2008年我国规模以上水泥企业全年产量 13．88亿吨。经计算，生产这些水泥共需熟料约9．7 亿吨，烧成煤耗约1．65亿吨 (实际煤耗)，电耗约 680亿kW·h，向大气排放c0 约9．7亿吨。 假设我 国水泥企业全部使用水泥速烧剂，节 电、节煤均按10％计算，年可节约用电68亿kW．h，节 约用煤0．165亿吨，向大气少排放CO，0．97亿吨。 但是，想要使水泥熟料速烧剂价值最大化 ，在 其生产和使用环节必须注意以下问题： (1)我国水泥生产企业为数众多，窑型和规模、 原材料和燃料质量 、管理和技术水平干差万别，一 种或少数几种水泥熟料速烧剂不可能解决所有企业 的问题 ，这还需要熟料速烧剂研究和生产企业做好 几个方面的工作：一是产品系列化。根据水泥企业 的实际情况，通过试验室前期试验结果，为用户选 择合适的产品类型。二是为有需求的水泥企业提供 技术支持 ，协助用户解决生产使用过程 中可能遇到 20I I耳N0 RESEARCH AND APPLICATION研 穷与应用 “ 一 u u 臻8 嚣 高性能液体煤炭助燃剂在大型水泥企业中的应用研究 张 伟 顾 矗2 (1南京工业大学材料科学与工程学院 2南京神和新材料科技有限公司，南京 21 0009) 文章编号：2218-9882(2011)01—0037—03 1前言 我 国是一个 产煤大 国，同时也是一个用煤大 国，建国以来，煤在我国一次能源消费构成中占75％ 左右，预计~j2050年这一比例仍将高达50％以上。在 一 个较长的时期 内，煤炭仍将是我国能源消耗 中最 主要的角色 。建设资源节约型、环境友好型社会是 我 国现阶段的一项长期的任务，因此合理利用煤炭 资源，提高煤炭的燃烧效率，不仅具有较高的经济 效益，同时也具有重火的社会意义。研 究对高效燃 烧 、低负荷稳燃 、低污染、防止结渣与高温腐蚀这 五个方面的问题都有益的燃烧方式具有十分重要的 意义。 J~lc；u何提高资源利用率、减轻环境污染， 除尽力改造燃烧装置及工艺参数外，还需更有效的 煤炭燃烧纳米改性液 。按 目前煤炭产量计算，如果 能使煤炭热效率提高8％、节煤8％左右，我国每年将 少消耗煤2亿t，可减排c0。10％，其工业产值可达千亿 元 以上。 2 “火神DR”煤炭燃烧纳米改性液的性 能 (见表1) 表1煤炭燃烧纳米改性液的理化指标表 外观 常温下为淡黄色油状液体 密度 1．O3～ 1．06g／cm。 黏度 40～60MPa·S pit 6～ 8 I 沸点 (230±5)℃ l 冰点 一30℃ 含分散、渗透、氧化、催化等非 I 主要成分 离子型、阳离子型高分子材料，不 含cl、s、F等元素。 2．1煤炭燃烧纳米改性液作用机理 煤炭里面掺入0．5‰--0．6‰的煤炭助燃剂，在 煤炭燃烧过程中产生渗透一氧化一催化一裂变等 交换作用，促使碳氧化反应的活化能降低、耗氧 量 下降、大分子有机物裂解加速 ，使其均匀稳定 充分地燃烧，从而达到节煤、提高热效率、降低 氮氧化物排放的显著效果。同时s0 与灰分中的碱 土金属反应加速形成稳定的硫酸盐，从而有效地 降低了S0 的排放。另外，由于煤炭助燃剂具有助磨 功效，能提高煤磨机台时产量而节省电耗。 的问题。三是加大研发力度 ，不断总结经验 ，提高 产品性价 比。四是制订产品标准和使用操作规程 ， 为熟料速烧剂的科学、规范应用奠定基础。 (2)使用企业应根据 自身情况和熟料速烧剂的特 性，建立与之相适应的技术 管理制度 档案管理制度下载食品安全管理制度下载三类维修管理制度下载财务管理制度免费下载安全设施管理制度下载 和操作规程 ， 从而保证其使用效果和效益最大化。 (3)政府主管部 门要建立行业管理制度，为生产 企业提供政策支持 ，帮助其做大做强：同时，要加 强行业监管，防止不法企业生产假 冒伪劣产 品，引 导行业健康发展。 虽然水泥熟料速烧剂是在矿化剂 、晶种等技术 基础上开发出来 的新产品，理论上是可行的，在区 域性的推广应用 中也取得 了明显效果，但作为一种 新技术、新产品，还必须要对其进行进一步 的理论 研究和应用总结，只有不断完善其产品性能和配套 使用技术，才能获得长期、稳定的进步与发展。 总之，水泥熟料速烧剂的推广应用不可能一蹴 而就，需要科研 、生产、应用 、管理等各个环节的 密切配合，尤其是技术研发企业和产品生产企业要 脚踏实地、潜心研究 ，切不可急功近利 。只有做好 产品推广试点，使用户获得实实在在的效益 ，才具 备全面推广应用水泥熟料速烧剂的条件。 37