改進型燃煤催化劑在新型干法窯煅燒中的應用

何偉光

梅縣梅雁旋窯水泥有限公司（514759）

1 原燃材料基本情況

投產至今原材料均來源自工廠周邊礦山，成分比較穩定，一直堅持采用石灰石、砂巖、黏土、高鐵黏土四組分配料，原材料化學成分見表1。煤炭采用福建龍巖地區出產的無煙煤，煤炭工業分析見表2。

表1 原材料化學成分（%）

表2 無煙煤的工業分析（%）

2 催化劑的機理和化驗室實驗的情況

煤炭燃燒催化劑是一種新興的技術，隨著國家節能減排政策的收緊以及煤炭價格的上漲，近年發展比較迅速,它的作用機理目前爭論還比較大，主要有兩種觀點:氧傳遞學說和電子傳遞學說?，F在市場上該類產品也比較多，形態和配方不同，基本作用機理應該相同。但根據我們的調查情況看，在工廠的實際應用中,由于所選用的催化劑質量有高低，加上各水泥企業的原燃材料、配料方案、工藝條件和操作水平各不相同，故使用效果差別比較大。

我們選擇由湖南某公司開發的改進型燃煤催化劑，有以下性質:

1）是一種淡黃色液體，比重與水比較接近，無明顯氣味，不易揮發，無腐蝕性，無特別的防火要求；

2）對設備和耐火材料無不良影響,不但不含K+、Na+、Cl-等有害成分，而且具有將原燃材料中帶入的硫固化到熟料中的作用，減少有害成分硫在燒成系統的循環，減少系統結皮，減輕對大氣的污染。

為了檢驗催化劑對熟料煅燒的影響，為催化劑在實際生產中的應用提供決策依據，我們先在化驗室進行了易燒性試驗。方法是:

1）取生產中的白生料粉450 g（三率值分別為KH1.001、SM2.53、IM1.64）,摻加 50 g 生產中的煤粉,充分拌合。然后一分為二，一份作為空白試樣；另一份滴入2滴催化劑（相當于萬分之二的摻加量），充分拌合，作為試驗試樣。將以上試樣分別壓制成直徑15 mm、厚度4 mm的試餅。

2）將以上試餅分成兩組分別裝入8只瓷鉗鍋，分為4組，每組包含一個空白試樣，一個試驗試樣。分別放入已預熱到700℃的高溫爐，加熱。達到各組設定溫度后恒溫30 min，分別測定f-CaO的含量見表3。

表3 高溫煅燒后f-CaO含量（%）

從表3數據的對比可以看出:1）摻加催化劑后f-CaO含量在各個溫度段都大副降低，說明催化劑具有促進煤粉燃燒和改善生料易燒性的作用；2）低溫度段比高溫度段效果顯著，說明催化劑具有降低煤粉著火溫度和物料反應溫度的作用。

3 生產試用

有了化驗室對比試驗數據做基礎，我們堅定了在生產中試用催化劑的信心。從2012年3月19日下午開始使用，將催化劑通過計量泵在煤磨磨頭原煤稱處加入，摻加量為原煤重量的千分之二（約為生料用量的萬分之二）。加入量以煤磨的臺時產量為基準，由化驗室每班抽查一次，保證計量的準確性。使用至22日前3天基本無節煤效果;通過分析，決定對配料方案和各種操作參數進行調整，此后表征實物煤耗呈逐日下降趨勢,至4月19日由實驗前的0.128 0左右下降到0.11左右;因4月20日更換窯頭噴煤管停窯2小時，系統參數被打亂后重新調整，此后煤耗又開始呈下降趨勢，至4月底表征實物煤耗約0.107左右，與使用前相比，表征實物煤耗最高下降約15%，平均達到10%以上，節煤效果明顯，具體數據見表4。

表4 催化劑使用前后試驗數據統計表

4月3日 279.47 3 891 2 387 0.117 1 4月4日 281.43 3 830 2 350 0.119 7 4月5日 284.67 3 889 2 386 0.119 3 4月6日 283.12 3 904 2 395 0.118 2 4月7日 279.98 3 922 2 406 0.116 4 4月8日 277.4 3 951 2 424 0.114 4 4月9日 274.15 3 959 2 428 0.112 9 4月10日 275.25 4 014 2 462 0.111 8 4月11日 278.32 4 018 2 465 0.112 9 4月12日 277.22 4 013 2 462 0.112 5 4月13日 276.76 4 036 2 476 0.111 8 4月14日 268.23 3 984 2 444 0.109 8 4月15日 271.28 4 015 2 463 0.110 1 4月16日 272.39 4 034 2 474 0.110 1 4月17日 267.59 4 051.5 2 485 0.107 7 4月18日 268.82 4 030.9 2 472 0.108 7 4月19日 273.7 4 056.6 2 488 0.11 4月20日 246.86 3 371.4 2 068 0.119 4 換窯頭噴煤管4月21日 262.71 3 820.9 2 344 0.112 4月22日 268 3 931.1 2 411 0.111 1 4月23日 273.79 3 944.4 2 419 0.113 2 4月24日 268.78 3 863.1 2 370 0.113 4 4月25日 263.36 3 928.2 2 409 0.109 3 4月26日 262.88 3 950.6 2 423 0.108 5 4月27日 263.02 3 997.5 2 452 0.107 3 4月28日 265.79 4 024.8 2 469 0.107 7 4月29日 253.33 3 877.3 2 378 0.106 5 4月30日 263.61 4 002.1 2 455 0.107 4 5月1日 263.5 3 971.9 2 436 0.108 2

我們分析，效果顯著的原因有三個方面:1）催化劑可以降低煤粉著火溫度，促進燃燒完全，避免了物理不完全燃燒和化學不完全燃燒。以前窯尾溫度在1 160～1 200℃之間,現在1 060～1 120℃之間,下降了近100℃，說明基本消除了后燃燒現象。2）使用催化劑前由于原燃材料中硫含量較高，容易在預熱器四級筒中循環富集形成結皮，最后導致積料影響穩定生產和操作的連續性；現在由于催化劑的熟料固硫作用，硫的循環量減少，不容易在四級筒富集，燒成系統通風順暢，熟料結粒細小均勻，產量和二、三次風溫都有一定幅度的提高，對煤耗下降有促進作用。3）催化劑試用初期，及時根據生產線的工藝特點和原材料情況調整了配料方案，將原方案的高鐵配方改變為高鋁配方，熟料KH控制值也由原來的0.905調整為0.895。配料方案調整后，中控室窯操明顯感覺到生料易燒性的改善，質量好控制，也就敢于大膽減煤，煤耗也就下來了。

由于采用了高鋁配料方案，同時原燃材料帶入的硫比較高；而催化劑帶入的化學物質的固硫機理是與熟料中的氧化鋁和硫形成硫鋁酸鹽礦物，它正好需要高鋁富硫的環境。硫鋁酸鹽礦物是一種早強礦物，早期強度很高但后期增進不大。我廠近期的熟料:1 d強度約18 MPa，比原來增加約4 MPa；3 d強度平均31.87 MPa，比原來增加約2～3 MPa；28 d強度約56 MPa，基本和原來持平。我們據此可以判斷是硫鋁酸鹽礦物在起作用。原來熟料中三氧化硫含量為0.6%～0.9%，現在為0.8%～1.1%。

4 經濟效益

由于計量設備有少許誤差，表4中的煤耗數據為表征實物煤耗,最終要以盤點數據為準。根據5月1日的盤點數據來看，4月份的用煤量比以往正常月份節約1 000噸左右，節煤率約為10%，節約煤炭價值約60萬元；同時消耗催化劑20噸，成本約27.5萬元；兩者相抵節約成本32.5萬元，約合降低噸熟料成本4.50元。此外，還有產量增加、質量提高等方面的間接效益。

5 結語

1）我公司至今一直堅持原煤中摻加該種催化劑，實物節煤率比較穩定，都能達到10%左右。平均熱耗為730 kcal/kg熟料；使用催化劑后3 d強度提高約3 MPa，28 d強度基本維持不變。

2）我公司在使用該種催化劑的水泥企業中是效果最為明顯的,這應該與我生產線的工藝條件、原燃材料情況和配方、操作的及時跟進等因素密切相關，以上方法和效果不具有普遍性。

3）從使用情況來看，催化劑能減少預熱器的結皮，保持窯皮平整并且厚薄均勻，能延長耐火磚的使用壽命，對維持正常的生產有利；由于其固硫作用，對減少硫化物排放，降低大氣污染有積極意義。